【正文】 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2020 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 當(dāng)采用無(wú)縫鋼管作筒體，規(guī)定用鋼管外徑作為筒體的公稱(chēng)直徑。其值從 300mm至6000mm,DN 在 1000 以?xún)?nèi) 50 進(jìn)一擋， 1000~6000， 100 進(jìn)一擋。 設(shè)計(jì)條件： 管程介質(zhì)： 尿液 ； 殼程介質(zhì)： 蒸汽 ； 換熱面積： 305 2m 管程操作溫度： 155158℃； 管程操作壓力： ； 殼程操作溫度： 193℃； 殼程操作壓力： ； 公稱(chēng)直徑： 1000mm；管程數(shù)： 1； 殼程圓筒設(shè)計(jì) 圓柱型筒體 （ 1）筒體直徑 容器和封頭的直徑 GB/T90192020《壓力容器公稱(chēng)直徑》規(guī)定如下。 10 第二章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮許多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體 的性質(zhì)以及檢修與清理等來(lái)選擇一些合適的結(jié)構(gòu)形式 對(duì)同一形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。保證裝置低能耗、長(zhǎng)周期的運(yùn)行，超聲波防垢技術(shù)將得到大力發(fā)展。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會(huì)受到國(guó)家的重視和投入。 國(guó)內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是 20 世紀(jì) 60~70 年代從 國(guó)外照般而來(lái)。 材料將朝著強(qiáng)度高、制造工藝簡(jiǎn)單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。電場(chǎng)動(dòng)力效應(yīng)強(qiáng)化穿熱技術(shù)、添加物強(qiáng)化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強(qiáng)化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)，微生物傳熱技術(shù)將會(huì)在新的世紀(jì)得到研究和發(fā)展。保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的 50%以下。 換熱器將隨裝置的大型化而大型化，直徑將超過(guò) 5m，傳熱面積將達(dá)到單位 10000平方米，緊湊型換熱器將越來(lái)越受歡迎。這一技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，將帶來(lái)技術(shù)水平的飛躍。 分析設(shè)計(jì)是近代發(fā)展的一門(mén)新興學(xué)科，通過(guò)分析設(shè)計(jì)可以得到流體的流動(dòng)分布場(chǎng)，也可以將溫度場(chǎng)模擬出來(lái)，這無(wú)疑給流路分析發(fā)技術(shù)帶來(lái)發(fā)展，同時(shí)也給常規(guī)強(qiáng)度計(jì)算帶來(lái)更精確、更便捷的手段。從而使換熱器計(jì)算更精確，材料更節(jié)省。純組分介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)基本上準(zhǔn)確，但油氣組成物的數(shù)據(jù)就與實(shí)際工況相差較大，特別是帶有固定顆粒的流體模擬更復(fù)雜。兩相流的物性基礎(chǔ)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室實(shí)際工況的模擬，這恰恰是與實(shí)際工況差別 的體現(xiàn)。 三、換熱器研究及發(fā)展動(dòng)向 換熱器傳熱與流體流動(dòng)計(jì)算的準(zhǔn)確性，取決于物性模擬的準(zhǔn)確性。 70 年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。 60 年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善， 8 從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和 廣泛應(yīng)用。 30 年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。 二、 換熱器的發(fā)展過(guò)程 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。在傳熱與流體計(jì)算上更精確，開(kāi)發(fā)的 HTFS、 TASC 各類(lèi)換熱器微機(jī)計(jì)算軟件備受歡迎，國(guó)內(nèi)有 30 多家企業(yè)成為會(huì)員。該中心有會(huì)員數(shù)百家，長(zhǎng)期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經(jīng)驗(yàn)和研究成果不僅廣泛用于原子能工業(yè)，而且用于一般工業(yè)。目前國(guó)內(nèi)有近 7 20 家成為會(huì)員。 一、研究機(jī)構(gòu)及研究現(xiàn)狀 美國(guó)傳熱研究公司是 1962 年發(fā)起組建的一個(gè)國(guó)際性、非贏利的合作研究機(jī)構(gòu)，會(huì)員數(shù)百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，積累了換熱器設(shè)計(jì)的豐富經(jīng)驗(yàn)，在傳熱機(jī)理、兩相流、振動(dòng)、污垢、模擬及測(cè)試技術(shù)方面作出了巨大貢獻(xiàn)。能源的日趨緊張、全球環(huán)境氣溫的不斷升高、環(huán)境保護(hù)要求的提高給換熱器帶來(lái)了日益廣闊的應(yīng)用前景。各種新型、高效換熱器的相繼開(kāi)發(fā)與應(yīng)用帶來(lái)了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、私有化比例的增大，降低成本已成為企業(yè)追求的最終目標(biāo)。但是 ,熱管式換熱器的首要問(wèn)題 ,是作為傳熱元件的熱管內(nèi)的工質(zhì)對(duì)于所使用的工作環(huán)境是有一定臨界熱輸送量 和工作溫度的極限的 ,如果超越這一極限溫度繼續(xù)工作 ,則蒸發(fā)段就會(huì)“燒干”而停止工作。熱管式換熱器多用于氣 — 氣熱交換 ,這時(shí) ,熱管兩端的受熱段和放熱段裝有翅片 ,以提高傳熱效果。 熱管式換熱器 熱管是利用封裝在密閉容器內(nèi)液體的蒸發(fā)與凝結(jié)過(guò)程 ,有效地輸送熱量的一種傳熱裝置。 板翅式換熱器適應(yīng)性強(qiáng) ,在同一設(shè)備內(nèi)可允許有 2～ 9 種介質(zhì)換熱 ,且可用于氣體 —?dú)怏w、氣體 — 液體、液體 — 液體之間的熱交換。 另外板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)比較緊湊 ,單位體積的傳熱面積 ,一般要比列管式換熱器熱效率大 5 倍以上 ,每一外殼容積為 1 3m 時(shí) ,其傳熱面積為 160 2m 左右。 板翅式換熱器 由于翅片的特殊結(jié)構(gòu) ,使流體在通道中形成強(qiáng)烈的紊動(dòng) ,就使熱阻邊界層不斷破壞 ,從而有效地降低了熱阻 ,提高了傳熱效率。 允許用的溫度和壓力方面 :用于板式換熱器靠每?jī)砂迤g的墊圈 ,來(lái)防止物料泄漏 ,因而它的密封周邊的總長(zhǎng)非常長(zhǎng) ,防止墊圈泄漏是板式換熱器的一個(gè)重要環(huán)節(jié) ,墊圈能承受的溫度、壓力和化學(xué)穩(wěn)定性也常常成為板式換熱器使用的溫度和壓力極限以及允許用的物料范圍。 板式換熱器在運(yùn)行維護(hù) 方面的特點(diǎn)之一就是裝拆比較方便 ,甚至可以不必完全拆開(kāi) ,僅把壓緊螺栓松開(kāi)就可抽出板片清洗、更換墊圈 ,以至更換板片。 板式換熱器 由于板式換熱器的傳熱面上可以壓出凹凸形排液槽 ,在較低的雷諾數(shù)條件下既可出現(xiàn)紊流狀態(tài) ,故換熱系數(shù)較高 ,一般可達(dá) 3 000～ 5 000Kcal/ 2m . h. ℃ ,與同樣流速下的管殼式換熱器相比 ,此值約為管殼式換熱器的傳熱系數(shù)的 3～ 5 倍 ,雖然 ,這時(shí)板式換熱器的阻力會(huì)大一些 ,如在同樣耗功的條件下相比 ,則板式換熱器的放熱系數(shù)比管殼式的高一倍左右。 浮頭式管殼換熱器 ,其浮頭不與外殼相連 ,可自由伸縮 ,這樣既解決了熱膨脹的問(wèn)題 , 5 也方便清洗 ,檢修時(shí)可將管芯抽出即可 對(duì)于固定管板、列管、套管式換熱器每一外殼容積為 1 3m 時(shí) ,其傳熱面積約為 30～40 m3 。 U型管殼式換熱器就是克服此缺點(diǎn)將管子作成“ U”型 ,一端固定另一端活動(dòng) ,使得換熱器不受膨脹的影響 ,結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 ,重量輕 ,其缺點(diǎn)是不能機(jī)械清洗、管子不便拆換、單位容量及單位質(zhì)量的傳熱量低 ,適用于溫差大、管內(nèi)流體介質(zhì)比較干凈的場(chǎng)合。 固定管板式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn) 。為此，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)、溫度、壓力的不同選擇不同種類(lèi)的換熱器，揚(yáng)長(zhǎng)避短，使之帶來(lái)更大的效益。 八、空冷式換熱器分類(lèi) 分為干式空冷器、濕式空冷器、干濕聯(lián)合空冷器、電站空冷器、表面蒸發(fā)式空冷器、板式空冷器、能量回收空冷器、自然對(duì)流空冷器、高壓空冷器。 六、按密封形式分 此類(lèi)換熱器多用于高溫、高壓裝置中，具體分為：螺旋鎖緊環(huán)換熱 器、薄膜密封換熱器、鋼墊圈換熱器、密封蓋板式換熱器。 四、按折流板分布分類(lèi) 分為單弓形換熱器、雙弓形換熱器、三弓形換熱器、螺旋弓形換熱器。 一般分為冷凝器和重沸器。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿(mǎn)足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤(pán)式換熱器和空氣冷卻器等。 3 （ 3） 間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開(kāi)，并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱(chēng)表面式換 熱器，這類(lèi)換熱器應(yīng)用最廣。這類(lèi)換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中， 熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠?jī)闪黧w本身的密度差得以及時(shí)分離。 （ 1） 混合式換熱器是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱(chēng)接觸式換熱器。適用于不同介質(zhì)、不同工況，不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)和型式亦不同，換熱器種類(lèi)隨新型、高效換熱器的開(kāi)發(fā)不斷更新，具體分類(lèi)如下。換熱器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。 近年來(lái)國(guó)內(nèi)在節(jié)能、增效等方面改進(jìn)換熱器性能，在提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績(jī)。螺紋鎖緊環(huán)換熱器、金屬墊圈式換熱器、密封蓋板式換熱器技術(shù)發(fā)展 越來(lái)越快，不僅在承溫、承壓上滿(mǎn)足裝置運(yùn)行要求，而且在傳熱與動(dòng)力消耗上發(fā)展較快，同時(shí)亦適用于乙烯裂解、化肥中合成氨、聚合和天然氣等場(chǎng)合，可滿(mǎn)足承壓高達(dá)35Mpa，承溫達(dá) 700 度的使用要求。管殼式換熱器按用途分為無(wú)相變傳熱的換熱器和有相變傳熱的冷凝器和重沸器。近年來(lái)隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑?lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 換熱器是一種 實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、冶金、電力、 2 輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在研究投入大、人力資源配備足的情況下，一些具有代表性的高效換熱器和強(qiáng)化傳熱元件誕生。 換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處可見(jiàn)，是不可或缺的工藝設(shè)備之一。 能源是當(dāng)前人類(lèi)面臨的重要問(wèn)題之一 ,能源開(kāi)發(fā)及轉(zhuǎn)換利用已成為各國(guó)的重要課題 ,而換熱器是能源利用過(guò)程中必不可少的設(shè)備 ,幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用 ,化工、冶金、動(dòng)力、交通、航空與航天等部門(mén)應(yīng)用尤為廣泛。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)某些種類(lèi)的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。這些過(guò)程均和熱量傳遞有著密切聯(lián)系，因而均可以通過(guò)換熱器來(lái)完成。 Manufacturing Technology III 目 錄 摘要 ............................................................................................................................................II Abstract..................................................................................................................................... III 第一章 概 述 ............................................................................................................................ 1 換熱器在工業(yè)中的應(yīng)用 ............................................................................................... 1 換熱器的分類(lèi) ............................................................................................................... 2 換熱器的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn) ........................................................................................... 4 管殼式換熱器 .................................................................................................... 4 板式換熱器 ......................................................................................................... 5 板翅式換熱器 ..................................................................................................... 5 熱管式換熱器 ..................................................................................................... 6 換熱器研究現(xiàn)狀與發(fā)展動(dòng)向 ....................................................................................... 6 第二章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 .............