【正文】 焊接方式：選為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù) ?? ； 根據(jù) GB 7132020《鍋爐和壓力容器用鋼板》和 GB 3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對 Q345R 鋼板其厚度負(fù)偏差 mmC ? ，取腐蝕裕量mmC 22 ? 。 由于所設(shè)計的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，根據(jù) GB 7132020《鍋爐和壓力容器用鋼板》選擇 Q345R 為殼體的材料。 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 表 37 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 換熱器形式：固定管板式 換熱面積 / 2m ： 名稱 物料名稱 操作壓力 MPa/ 操作溫度 /C? 流量 ）（ hkg// 管程 冷卻水 10/35 殼程 循環(huán)水 55/40 80000 流體密度 ）（ 3// mkg 流速 ）（ sm// 傳熱量 KW/ 總傳熱系數(shù) ）（ KmW ?2// 傳熱系數(shù) ）（ KmW ?2// 污垢系數(shù) ）（ WKm // 2? 阻力降 Pa/ 15913 程數(shù) 2 1 管子規(guī)格 219?? 材質(zhì) 碳鋼 管數(shù) 180 管長 6000mm 管間距 mm/ 25 排列方式 正三角形 折流板形式 上下 間距 mm/ 150 切口高度 25% 折流板數(shù) 37 殼體內(nèi)徑 mm/ 450 接管管 程內(nèi)徑 4108?? 接管殼程內(nèi)徑 4133?? 4 換熱器的機械設(shè)計 計算筒體厚度 22 由工藝條件給定的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計溫度為 C?65 ,設(shè)計壓力 。 換熱器內(nèi)流體的流動阻力 （ 1） 管程流動阻力其中： 1P? 直管中因摩擦阻力引起的壓力降， spti NNFPPP )( 21? ????? （ 37） 其中： 1P? —— 直管中因摩擦阻力引起的壓力降，221 iic udlP ?? ????； 2P? —— 回彎管 中摩擦 阻力引起 的壓力 降，可由 經(jīng)驗公 式 23 22 iuP ???估算； tF —— 結(jié)垢校正系數(shù)， mmmm 219 ?? 的換熱管取 ； pN—— 管程數(shù)，取 2； sN—— 串聯(lián)的殼程數(shù)，取 1。 （ 4）計算傳熱面積 S mtmK QS ?????? 實際傳熱面積： 8 060 1 mlNdS op ?????? ?? 面積裕度： %% %100 ??????? S SSH P 傳熱面積裕度在 %20~%15 之間，該換熱器能夠完成任務(wù)。 ② 管程流體進(jìn)、出口接管 按定性溫度計算，使進(jìn)出口接管內(nèi)徑相等，取接管內(nèi)冷卻水流速為： smu /? ，則接管內(nèi)徑： muVd ?? ???? ?? ）（ 15 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 mmmm 4108 ?? 。 取折流板間距 DB ? ,則 mmB ??? ，可取 mmB 150? 。盤環(huán)形折流板制造不方便，流體在管束中為軸向流動，效率較低。取管板利用率 ?? ，則殼體內(nèi)徑為： mmNtD ????? ? 按照 JB/T 471292《固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)》，圓整到最接近標(biāo)準(zhǔn)尺寸，可?。?mmD 450? 。管心距取決于管板的強度、清洗管子外表面時所需的空隙、管子在管板上的固定方法等。 如圖 32 所示。因此，換熱管的空間排列方式一般采用正方形錯列或正三角形錯列。換熱管的排列應(yīng)使其在整個換熱器圓截面上均勻分布，同時還要考慮流體的性質(zhì)，管箱結(jié)構(gòu)及加工制造等方面的問題。 按單程管計算，所需的傳熱管長度為 mndAL so ????? ?? 按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。 表 33 管殼式換熱器常用流速的范圍 流體的種類 一般液體 易結(jié)垢液體 氣體 流速 sm/ 管程 3~ 1? 30~5 殼程 ~ ? 15~3 表 34 不同黏度液體在列管換熱器中的流速 （在鋼管中） 液體黏度 smPa?/ 最大流速 ）（ sm// 液體黏度 smPa?/ 最大流速 ）（ sm// 5000? 35~100 500~1000 1~35 100~500 1. 1? （ 2）管程數(shù)和換熱管數(shù) 流體從換熱管的一端流到另一端，稱為一個流程。所以本設(shè)計選用 mmmm 219 ?? 規(guī)格。 我國目前適用的管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有換熱管規(guī)格為： mmmm 219 ?? 、 mmmm ?? 。本設(shè)計就屬于變溫傳熱中兩側(cè)變溫傳熱的情況。℃ h? ? c? ? 進(jìn)口溫度℃ 1T 55 1t 10 出口溫度℃ 1T 40 2t 35 熱負(fù)荷及冷卻水用量計算 (1) 熱負(fù)荷的計算 由于是冷卻過程，故熱負(fù)荷按熱流體循環(huán)水計算。 ⑧ 黏度大或流量較小的流體宜走殼程，因有折流擋板的作用，在低 eR 下 （ 100?eR ）即可達(dá)到湍流。 ⑤ 兩流體溫差較大時，對于固定管板式換熱器，宜將對流傳熱系數(shù)大的流體走 殼程， 以減少管壁與殼體的溫差 ，減小熱應(yīng)力。對于直管管束，宜走管程；對 于 U 形管管束，宜走殼程。 熱流體的定性溫度 4055 ???mT℃， 冷流體的定性溫度 3510 ???mt℃； 7 由于兩流體溫差小于 C?50 ，不必考慮熱補償。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸氣品質(zhì)所決定。其結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價比較低廉，且管束從殼體內(nèi)可以抽出，管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。 結(jié)構(gòu)比較簡單、價格便宜，承壓能力強，適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗，又不適宜采用浮頭式和固定管板 式的場合。 圖 22 浮頭式換熱器 （ 3） U 形管式換熱器 U 形管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖 23 所示，這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點是，只有一塊管板，管束由多根 U 形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。浮頭有浮動管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換；缺點是當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力?；静淮嬖谡饎优c傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。每個折流板與殼程流體的流動方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運動能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。這次設(shè)計主要有工藝計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度設(shè)計，以及最后完成裝配圖和零部件圖，通過這些部分，對換熱器的設(shè)計和結(jié)構(gòu)有了充分的了解，可以整體把握對化工設(shè)備的設(shè)計，提高畫圖能力。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促進(jìn)了其自身的發(fā)展。因此，循環(huán)水冷卻器的設(shè)計對企業(yè)的生產(chǎn)是很重要的。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、 能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。 選題的依據(jù)和意義 換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 %20~%10 ；在煉油廠中，約占總投資的 %40~%35 。再根據(jù)工藝參數(shù)進(jìn)行機 械設(shè)計，機械設(shè)計主要包括對筒體、管箱、管板、折流板、封頭、換熱管、鞍座及其它零部件，如拉桿、定距管等的計算和選型等，并進(jìn)行必要的強度核算，最后運用AutoCAD 繪制固定管板式換熱器的裝配圖及零部件圖，并編寫說明書。 本設(shè)計是對管殼式換熱器中固定管板式換熱器的研究?，F(xiàn)在，它被當(dāng) 作一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用，尤其在化工、石油、能源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中仍處于主導(dǎo)地位。 本科畢業(yè)設(shè)計 循環(huán)水冷卻器設(shè)計 學(xué) 院 完整版 微信號 taojiayuan2020 學(xué) 號 taojiayuan2020 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 循環(huán)水冷卻器設(shè)計 [摘要 ]： 傳熱過程是化工生產(chǎn)過程中存在的及其普遍的過程，實現(xiàn)這一過程的換熱設(shè)備種類繁多，是不可缺少的工藝設(shè)備之一 。 循環(huán)水冷卻器是換熱設(shè)備中的一種，是企業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備。固定管板式換熱器屬于管殼式換熱器的一種，是利用間壁使高溫流體和低溫流體進(jìn)行對流傳熱從而實現(xiàn)物料間的熱量傳遞。 [關(guān)鍵詞 ]： 換熱器、換熱面積、管板、換熱管。 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝過程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝過程 上的需要。在日常生活中隨處可見，因此換熱器的研究備受世界各國政府及研究機構(gòu)的高度重視，在全世界第一次能源危機爆發(fā)以來，各國都在下大力量尋找新的能源及在節(jié)約能源上研究新的途徑。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，并朝大型化的方向發(fā)展是非常重要的。特別是在水資源缺乏的今天，循環(huán)水冷卻器可以節(jié)約大量寶貴的水資源，同時，也可 以影響企業(yè)的經(jīng)濟損失。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位，其可靠性和可能性已被充分證明，也更顯示其獨有的長處。 在這次的設(shè)計中，要求有：（ 1）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件，應(yīng)根據(jù)熱力學(xué)參數(shù)和物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)計算，經(jīng)過反復(fù)比較，使所設(shè)計的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量；（ 2）安全可靠， 在進(jìn)行強度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時，應(yīng)遵照我國 GB 1511999《管殼式換熱器》等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)；（ 3）有利于安裝、操作與維修，設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與拆裝，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層；（ 4）經(jīng)濟合理，以整個系統(tǒng)中各種設(shè)備為對象進(jìn)行經(jīng)濟核算或設(shè)備的優(yōu)化。鋼鐵行業(yè)和化工行業(yè)的發(fā)展都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)展空間。螺旋折流板換熱器是最新發(fā)展起來的一種管殼式換熱器是由美國 ABB 公司提出的。在氣一水換熱的情況下傳遞相同熱量時該換熱器可減少 %40~%30 的傳熱面積節(jié)省材料 %30~%20 。對于低雷諾數(shù)下 ）（ 1000?eR 的傳熱螺旋折流板效果更為突出。這種換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場合。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)殼體與 U 形換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。 因填料處易產(chǎn)生泄漏，填料函式換熱器一般適用于 MPa4 以下的工作環(huán)境，且不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度也受填料的物性限制。產(chǎn)氣量大、蒸氣品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以小些。因此初 步確定選擇用固定管板式換熱器。 ② 腐蝕性流體宜走管程，以免殼體和管束同時被腐蝕。 ⑥ 蒸氣冷凝宜走殼程，以利于排出冷凝液。 （ 2） 選擇流徑 循環(huán)水相對比較潔凈，選擇循環(huán)水走殼程，冷卻水走管程，既有利于冷卻水冷卻效率高，也可借助外界溫度加速循環(huán)水冷卻。 KWTTCmQhhh )4055()( 21 ????????? ? 熱負(fù)荷： KW hlh )%51(