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管殼式換熱器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)-文庫吧資料

2025-06-22 18:11本頁面
  

【正文】 拉桿立桿的直徑與數(shù)量,查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表710 ,根據(jù)殼體的直徑得出。C) 將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式,可以得知:查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表411取 ;查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表49得 ++= mm查表413圓整后取 , 則 而 可見,所以水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠該殼體采用Q245R鋼6mm 厚的鋼板制造。=。 管子數(shù)n 管子排列方式,管間距的確定采用正三角形排列,由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表74查得層數(shù)為11層,查表75取管間距a=25 mm. 式中b 正六角形對角線上的管子數(shù) ,查表74,取b=23l-最外層管子的中心到壁殼邊緣的距離,取l=+10= 查表25,圓整后取殼體內(nèi)徑 由于換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比一般為4~25,常用的為6~10。選用Φ192的無縫鋼管,材質(zhì)為20號鋼。換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比一般為4~25,常用的為6~10由于小直徑的管子可以承受更大的壓力,而且管壁較??;同時(shí),對于相同的殼徑,可排列較多的管子,因此單位體積的傳熱面積更大,單位傳熱面積的金屬耗量更少。如果管程走的是易結(jié)垢的流體,則應(yīng)常用較大直徑的管子。小直徑的管子可以承受更大的壓力,而且管壁較??;同時(shí),對于相同的殼徑,可排列較多的管子,因此單位體積的傳熱面積更大,單位傳熱面積的金屬耗量更少。管板與管子的連接可脹接或焊接。每程內(nèi)都采用正三角形排列,而在各程之間為了便于安裝隔板,采用正方形排列方式。 (e)同心圓排列 圖14 換熱管管板上的排列方式正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊;正方形排列便于機(jī)械清洗。 (c) 三角形直列(b)正方形錯列 (a) 正方形直列根據(jù)實(shí)際需要,可以選擇使用不銹鋼材料。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。管殼式換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來選用。若兩流體的溫度差較大,傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程,因?yàn)楸跍亟咏鼈鳠崮は禂?shù)較大的流體溫度,以減小管壁和殼壁的溫度差。 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi),因管程流通面積常小于殼程,且可采用多管程以增大流速。飽和蒸氣宜走管間,以便于及時(shí)排除冷凝液,且蒸氣較潔凈,冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。腐蝕性的流體宜走管內(nèi),以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕,而且管子也便于清洗和檢修。 流徑的選擇 在具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè),使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近;在運(yùn)行溫度較高的換熱器中,應(yīng)盡量減少熱量損失,而對于一些制冷裝置,應(yīng)盡量減少其冷量損失;管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理,以保證運(yùn)行的可靠性。U 形管換熱器具有良好的密封性能, 并具有檢修、清洗方便的特點(diǎn)。由于固定管板式換熱器的殼程清洗困難和適應(yīng)熱膨脹能力差, 決定了固定管板式換熱器適用于換熱介質(zhì)清潔, 殼程壓力不高, 換熱介質(zhì)溫差不大的場合。綜上可知,換熱器的使用場合、使用目的、換熱介質(zhì)物性等因素的不同, 決定了管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)型式。造價(jià)較低、加工制造簡便,材料消耗較少。填料函式換熱器此類換熱器的管板也僅有一端與殼體固定,另一端采用填料函密封。但是管內(nèi)清洗不變,管束中間分布的管子難以更換,管板中心部分布管不緊湊,管子數(shù)目不能太多。U型管式換熱器僅有一個(gè)管板,管子兩端均固定于同一管板上。圖12 浮頭式換熱器特點(diǎn):該種換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重,造價(jià)比固定管板式要高出約20%,材料的消耗量較大,浮頭的端蓋在操作中無法檢查,所以安裝時(shí)要特別注意其密封,以免發(fā)生內(nèi)漏,且管束和殼體間隙較大,設(shè)計(jì)時(shí)避免短路。此種換熱器的管束不受殼體的約束,殼體與管束之間不會因?yàn)榕蛎浟康牟煌a(chǎn)生熱應(yīng)力。固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是,殼體和管壁的溫差較大,易產(chǎn)生溫差力,殼程無法清洗,管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢,設(shè)備壽命較低,不適用于殼程易結(jié)垢場合。在相同的殼體直徑內(nèi),排管較多,比較緊湊;殼側(cè)層清洗困難,加上膨脹節(jié)的方法不能照到管子的相對移動。當(dāng)膨脹之差較大時(shí),可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié),以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低,管程清洗方便,管程可以分成多程,殼程也可以分成雙程,規(guī)格范圍廣,故在工程上廣泛應(yīng)用。固定管 圖11 固定管板式換熱器板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束,管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上,兩端管板直接和殼體焊接在一起,殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上,管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固,管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起,管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。 選材方法 管殼式換熱器的選型管殼式換熱器有三種類型,分別為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器和填料函式換熱器。為保證換熱器的使用性能, 可在殼程入口加裝防沖板, 對介質(zhì)沖刷起到緩沖的作用, 保護(hù)管束不受沖擊。為保證管程流體的均勻分布, 充分發(fā)揮換熱管的換熱性能, 管程進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)置在換熱器管程的底部和頂部。管程進(jìn)、出口管徑在考慮管程壓降允許的條件下, 通過計(jì)算確定管徑, 其計(jì)算公式為ρω23 300( ρ 為管程介質(zhì)密度, kg/m3。在換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 合理設(shè)計(jì)折流板間距是保證殼程換熱介質(zhì)的壓力降滿足設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。換熱器殼程折流板可分為橫向折流板和縱向折流板, 由于殼程加裝縱向折流板在制造工藝上較困難, 而且造成殼程壓降增加, 因此一般采用殼程加裝橫向折流板。殼程分程可增加對殼程換熱介質(zhì)的擾動, 使殼程換熱介質(zhì)流速增加, 流程加大,換熱介質(zhì)橫向沖刷擾動加大, 提高換熱器傳熱能力。殼程分程設(shè)計(jì)。當(dāng)需要的傳熱面積很大,換熱管長度太長( 對臥式換熱器管長比殼徑比超過6~10, 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。 提高管殼式換熱器冷、熱介質(zhì)的平均對數(shù)溫差合理確定管程和殼程介質(zhì) 采用強(qiáng)化管殼式換熱器傳熱的結(jié)構(gòu)措施 設(shè)計(jì)思路、方法管子外形有光管、螺紋管。多年來發(fā)展起來的殼管式換熱器,由于其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固并能適應(yīng)很大的設(shè)計(jì)和使用條件的變化,已成為最廣泛使用的換熱器。隨著殼管式換熱器的應(yīng)用穩(wěn)步增長,以及對在各種流程條件下性能預(yù)計(jì)的精度要求越來越高,這造就40年代直至50年代研究活動的激增。水水和水氣換熱器的設(shè)計(jì),大概與現(xiàn)今的設(shè)計(jì)差不多。制造設(shè)備的傳熱面積可達(dá)500m2,即直徑約750mm、長6m,用于急劇增長的石油工業(yè)。殼管式換熱器發(fā)展的早期階段,出現(xiàn)的最大量的嚴(yán)重問題,不是在傳熱方面(這可以由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)粗略的估算),而是各種部件,特別是管板材料的強(qiáng)度計(jì)算問題,還有在制造技術(shù)和工程實(shí)施中的許多有關(guān)的其他問題,如管和管板的連接,法蘭和接頭管的焊接等。為了滿足電廠對在較高壓力下運(yùn)行的大型換熱器(如冷凝器和供水加熱器)的需要,在20世紀(jì)初,提出了殼管式換熱器的基本設(shè)計(jì)。其中,管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設(shè)備,但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),所以在各工程中仍得到普遍使用。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。常見的列管換熱器主要有固定管
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