【正文】 10, 立式換熱器超過 4～ 6 時(shí) ) , 采用單管程換熱器使管程流速很低時(shí) , 可采用管程分程的辦法來提高管程換熱介質(zhì)的流速。 對于小于 300mm 的換熱器 , 為使管束排列緊湊 , 可采用同心圓排列。 管子的排列方式有等邊三角形、正方形和同心圓排列等 , 對于殼程介質(zhì)不易結(jié)垢或可用化學(xué)方法清洗污垢的介質(zhì) , 采用三角形排列可使換熱器的外徑減小 15% 。 換熱器管徑的設(shè)計(jì) 由于小直徑換熱管具有單位體積傳熱面積大 , 換熱器結(jié)構(gòu)緊湊 , 金屬耗量少 , 傳熱系數(shù)高的特點(diǎn) , 在換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 , 對于管程介質(zhì)清潔、不易結(jié)垢的介質(zhì) , 采用小管徑管束能有效增加換熱面積。同時(shí) , 由于螺紋管的螺紋結(jié)構(gòu)能有效破壞 流體邊界層 , 有效提高了換熱器的傳熱能力。 化工與材料學(xué)院 09級本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 5 設(shè)計(jì)思路、方法 管子外形有光管、螺紋管。 采用強(qiáng)化管殼式換熱器傳熱的結(jié)構(gòu)措施 在換熱器設(shè)計(jì)中 , 通常采用強(qiáng)化傳熱的措施來提高換熱器的傳熱能力。 從經(jīng)濟(jì)性考慮 , 對于高溫、高壓或腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì) , 作為管程換熱介質(zhì)更加合理 。 合理確定管程和殼程介質(zhì) 在換熱器設(shè)計(jì)中 , 對于殼程安裝折流板的換熱器來說 , Re100 時(shí) , 殼程介質(zhì)即達(dá)湍流 , 因此 ,對于流量小或粘度大的介質(zhì)優(yōu)先考慮作為殼程換熱介質(zhì) 。當(dāng)換熱器冷、熱流體的溫度沿傳熱面變化時(shí) , 兩種流體逆流平均溫差最大 , 順流平均溫差最小 , 在實(shí)際換熱器設(shè)計(jì)中 , 冷、熱流體多采用交錯(cuò)流方式 , 其平均對數(shù)溫差介于逆流和順流之間。 提高管殼式換熱器傳熱能力的措施 管殼式換熱器 的傳熱能力是由殼程換熱系數(shù)、管程換熱系數(shù)和換熱器冷、熱介質(zhì)的對數(shù)平溫差決定的 , 因此 , 提高管殼式換熱器傳熱能力的措施包括以下幾點(diǎn)。中國石化北京設(shè)計(jì)院與華南理工大學(xué)聯(lián)合研制的交叉鋸齒型插入物 , 是華南理工大學(xué)對 12 種內(nèi)插件 (在 Re = 300～ 3500 和 Pr = 135 范圍內(nèi) ) 進(jìn)行比較后優(yōu)選的型式 , 可直接形成流體的混合 ,尤其 適用高粘度流體的換熱。目前管內(nèi)插入物種類很多 , 如螺旋線、紐帶、錯(cuò)開紐帶、螺旋片和靜態(tài)混合器等。其傳熱系數(shù)較光管式提高 2～ 3 倍。沈陽市廣廈熱力設(shè)備開發(fā)制造公司開發(fā)的超薄壁 (δ = 015mm) 不銹鋼波紋管換熱器 [3 ] ,其承壓能力可達(dá) 8MPa 。我國螺紋管的標(biāo)準(zhǔn)翅化率為 ～ (3),美、英、日、德等國均有商品化低翅管。 管層強(qiáng)化傳熱 人們想盡各種辦法實(shí)施強(qiáng)化傳熱 , 歸結(jié)起來不外乎 2 條途徑 , 即改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的插入物。 殼層強(qiáng)化傳熱 傳統(tǒng)的管殼式換熱器 , 流體在殼側(cè)流動(dòng)存在著轉(zhuǎn)折和進(jìn)出口兩端渦流的影響區(qū) , 影響了殼側(cè)的給熱系數(shù)。目前各國為改善該換熱器的傳熱性能開展了大量的研究。當(dāng)今換熱器的發(fā)展以 CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器 開發(fā)等形成了一個(gè)高技術(shù)體系 [1]。其余 30 %為各類高效緊湊式換新型熱管和蓄熱器等設(shè)備 ,其中板式、板翅式、熱管及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家熱回收率已達(dá) 96% ,換熱設(shè)備在石油煉廠中約占全部工藝設(shè)備投資的 35%～ 40%。 管殼式換熱器的國內(nèi)外概況 隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展和能源問題的日益嚴(yán)重 , 必然帶來更多的高性能、高參數(shù)換熱設(shè)備的需求。研究內(nèi)容不僅包括殼側(cè)流動(dòng)，而且相當(dāng)重要的還有真實(shí)平均溫差的計(jì)算、結(jié)構(gòu)件特別是管板的強(qiáng)度計(jì)算。因?yàn)槲酃笩嶙杵鸷艽蟮淖饔?，殼?cè)流動(dòng)的粘性流是一個(gè)困難的問題，而且，60 年代以前的他們的了解很少。在 30 年代，殼管式換熱器的設(shè)計(jì)者，根據(jù)直接經(jīng)驗(yàn)和在理想管束上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了很多正確的設(shè)計(jì)原則。 在 20 世紀(jì) 20 年代，殼管式換熱器的制造工藝得到相當(dāng)圓滿的發(fā)展，這主要是由于幾個(gè)主要制造商努力的結(jié)果。油加熱器和冷卻器、再沸器以及各種原油餾分和有關(guān)的有機(jī)流體的冷凝 器這些設(shè)備需要在惡劣的野外條件下運(yùn)行，流體常常不干凈而且又要求高溫和高壓，因此，設(shè)備便于清洗和進(jìn)行現(xiàn)場修理是絕對需要的。經(jīng)過 長期的運(yùn)用，使設(shè)計(jì)變得相當(dāng)成熟和專業(yè)化。在工程設(shè)計(jì)中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟(jì)的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證 換熱器的質(zhì)量和運(yùn)行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。 換熱設(shè)備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。 在換熱器中，至少 有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。 設(shè)計(jì)的目的與意義 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備， 以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞， 又稱熱交換器。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。這使得它在各種換熱設(shè)備的競相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，在許多工業(yè)部門被大量采用。 緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。 工業(yè)上最常見的換熱器是間壁式換熱器。此類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由熱流體傳給冷流體。常見的設(shè)備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。將在后面做重點(diǎn)介紹。該類換熱器適用于冷、熱流體 不允許直接接觸的場合。 間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。 按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。 換熱器 換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。 列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。管束的壁面即為傳熱 面。 關(guān)鍵詞： 管殼式換熱器課程設(shè)計(jì) 管殼式換熱器使用范圍 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 化工與材料學(xué)院 09級本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) II Structure design of shellandtube heat exchanger Abstract Student in course design theory is a good opportunity of integrating theory with practice,this experim ent on the course design of shellandtube heat exchanger, industrial production, mastering and understanding concepts such as energy conservation, effciency, environmental protection. Heat exchanger in oil refining, petrochemical, and widely used in other industries, it is suitable for cooling, heating, evaporation and condensation, heat recovery, and various other aspects. Among them, shellandtube heat exchanger in the heat transfer efficiency, size of equipment and metal consumption than other new type of heatexchange equipment, but it has a strong structure, flexibility, high reliability, widely used and so on, so the project is still being widely used. Structure design of shellandtube heat exchanger, is to ensure that the heat exchanger and the quality of life, you must consider many factors, such as material, pressure, temperature and wall temperature difference, scaling, fluid properties, as well as maintenance and cleaning, and so on to choose an appropriate structure. With a form of heat exchangers, for a variety of conditions, often used structures are not the same. In engineering design, apart from used as far as possible the training series, often designed according to their specific conditions, to meet the needs of technology (supported by most reasonable under suitable conditions the most effective and most economic manufacture of heat exchangers, and so on). Key words： Course design of shellandtube heat exchanger Shellandtube heat exchanger use Structure design of shellandtube heat exchanger 化工與材料學(xué)院 09級本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 1 目 錄 摘要 ................................................. Ⅰ ABSTRACT ............................................ Ⅱ 1 前言 ................................................ 1 概述 ............................................... 1 換熱器的類型 ..................................... 1 換熱器 ....