【正文】 圖31 布管圖1 圖 32 布管圖2 筒體設(shè)計 筒體壁厚的確定由于殼程的介質(zhì)為冷卻水，腐蝕強度較低，壓力較小，所以采用Q235B。—焊接系數(shù)。 δe—名義厚度，mm。 Pc—工作壓力，MPa。所以： 32 處理數(shù)據(jù)殼程管程設(shè)計壓力4MPa設(shè)計溫度65℃165℃金屬溫度35℃65℃ 管程的設(shè)計 換熱管規(guī)格與尺寸的選擇由于本固定管板式換熱器的安置要求，在達到20㎡的換熱面的同時，具有較小的筒徑，所以我們在此選擇了非常規(guī)換熱管，根據(jù)GB/T 173952008,其中的系列2，我們選擇了以下尺寸的換熱管：表33 換熱管規(guī)格尺寸管徑壁厚長度理論質(zhì)量材料規(guī)格8mm1845Q235B計算管子在設(shè)計壓力下是否可以正常工作： σt=Pc(Di+δe)2δe=(5+)2=≤113216。通過這章，我們了解了換熱器的分類，和各自的特點，通過對比，了解固定管板式換熱器與其他換熱器的相同點與異同點，對以后的設(shè)計打下基礎(chǔ)。再者介紹了列管式換熱器，對U型管換熱器與浮頭式換熱器進行了簡短的介紹。 圖22 固定管板式換熱器[5] 本章小結(jié) 本章首先介紹了換熱器的傳熱原理，讓我們對換熱器的工作機理有了一定的了解。這就是固定管板式名稱的由來。固定管板式換熱器由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成，管子的兩端與管板通過焊接法或者膨脹法固定，而殼體則與管板焊接。將固定管板換熱器的優(yōu)缺點總結(jié)如下：優(yōu)點：l 旁路滲流較小；l 鍛件使用較少，造價低；l 無內(nèi)漏；l 傳熱面積比浮頭式換熱器大20%～30%；缺點：l 殼體和管壁的溫差較大，殼體和管子壁溫差t50℃,當(dāng)t50℃時必須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；l 易產(chǎn)生溫差力，管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；l 殼程無法機械清洗；l 管子腐蝕后連同殼體報廢，設(shè)備壽命較低；l 不適用于殼程易結(jié)垢場合，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。但是，固定管板式換熱器并不是在任何場合均通用的，有趣其殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。由于這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。 浮頭式換熱器 浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。U 形管式換熱器僅有一個管板，管子兩端均固定于同一管板上。而列管式換熱器又分為：固定管板式換熱器、U形管式換熱器以及浮頭式換熱器。他有著突出的有點：單位體積具有的傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、堅固，傳傳熱效率好，而且能用多種材料制造，適用性較強，操作彈性大。其特點是設(shè)備體積大，且兩種流體會有一定程度的混合。蓄熱器通常采用兩臺交替使用。 蓄熱式傳熱其特點是冷、熱流體間的熱交換是通過蓄熱體得周期性加熱和冷卻來實現(xiàn)的。 混合式傳熱將冷、熱流體在換熱器中以直接混合的方式進行熱量交換，具有傳熱效率高、設(shè)備簡單等優(yōu)點。在殼體內(nèi)安裝與管束相垂直的折流板是為了支撐管子避免管子變形；調(diào)高殼程流體的流速和改變其流動方向以增強殼程流體的傳熱效果。另一種流體由殼程接管流入，在殼體與管束間的空隙流過，然后從殼體的另一接管流出。一種流體由一側(cè)接管進入封頭，流經(jīng)各管后匯集于另一封頭，并從該封頭接管流出。進行熱交換的冷、熱流體分別在內(nèi)管與環(huán)隙中流過，通過內(nèi)管壁熱量傳遞。 間壁式傳熱間壁式傳熱是化工生產(chǎn)過程中最普遍采用的傳熱形式，間壁式傳熱是冷、熱流體被一固體壁隔開，熱流體將熱量傳導(dǎo)固體壁面，通過固體壁面將熱量傳給冷流體。熱傳導(dǎo)與熱對流傳熱速率取決于冷熱物體之間的溫度差大小，輻射傳熱則取決于物體的溫度水平?；跓崃W(xué)第二定律，波爾茲曼給出了描述輻射傳熱機理與數(shù)學(xué)模型，根據(jù)其機理，所有物質(zhì)只要其溫度高于絕對零度，都能發(fā)射輻射能。熱輻射以電磁波的形式在空間中傳遞，它與光傳播類似，既有波動性，又有粒子性，熱輻射的傳播速度與光速相同，它在空間中以直線傳播。若輻射在真空中傳播，它不會轉(zhuǎn)變?yōu)闊峄蚱渌问降哪堋? 輻射傳熱輻射傳熱涉及輻射能從能源向熱阱的傳遞過程。強制對流傳熱過程總會伴隨著自然對流傳熱過程，因為溫度差在流體中產(chǎn)生浮力，但其影響很小，可以忽略不計。對流傳熱可分為自然對流傳熱與強制對流傳熱兩大類。 對流傳熱對流傳熱是不同溫度的流體因攪拌、流動引起的流體質(zhì)點宏觀位移導(dǎo)致的傳熱過程。熱傳導(dǎo)發(fā)生時，物體內(nèi)部的分子或流體質(zhì)點沒有發(fā)生宏觀位移。固體或壁面存在溫度梯度發(fā)生的傳熱是最典型的熱傳導(dǎo)，此外，液體、氣體之間也會發(fā)生熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。工程上通常由兩種或兩種以上組合而成的復(fù)合傳熱過程。最后，對本次設(shè)計進行總結(jié)與繪圖。然后集中學(xué)習(xí)化工設(shè)備設(shè)計工程的步驟與流程，以及合格施工圖的畫法。 主要工作 本課題的主要工作是換熱器設(shè)備的設(shè)計，在設(shè)計的同時對大學(xué)四年所學(xué)的知識進行一次全面的梳理與復(fù)習(xí)。而換熱器的普及使用和大力的發(fā)展，雖然沒法從根本上解決能源問題，但是熱量的回收和再利用，減緩了我們能源的消耗，給予我們更多的時間進行新能源的開發(fā)，為我們以后的發(fā)展起到很大的促進作用。而國民節(jié)能意識和節(jié)能措施的相對落后，國際間高耗能產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移和縣域經(jīng)濟工業(yè)化可能會使得節(jié)能與能耗總量的增長比例失調(diào)，能源利用效率低成為我國爆發(fā)能源危機的關(guān)鍵因素。我國2004 年和2005 ，能源消費年均增長率大于15%。我國能源的利用率也是讓人堪憂統(tǒng)計數(shù)字表明，建國59 年來，我國的GDP 增長了10 多倍，而能源消耗同比增長了40 多倍。我國已經(jīng)進行了大量的強化傳熱技術(shù)的研究，但是在新型的傳熱器的應(yīng)用與開發(fā)上還與發(fā)達國家有著很大的差距。換熱器是國民經(jīng)濟與工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備，隨著現(xiàn)在的新工藝，新科技，新材料的不斷開發(fā)和能源匱乏引發(fā)的問題，世界各國已經(jīng)將能源的綜合利用和重復(fù)利用放到了一個非常重要的位置。為了能降低能耗，同時提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效率，需要開發(fā)適用于不同行業(yè)與領(lǐng)域的高效率換熱器。到2020年，中國石油供應(yīng)的一大半將依賴國際資源，很容易受到全球原油價格變化的影響。而石油、天然氣的人均儲量更遠低于世界水平。我國至今沒有建立起能源預(yù)警機制和戰(zhàn)略儲備系統(tǒng)。高溫少水使水力發(fā)電的作用受到限制。高耗能工業(yè)成為工業(yè)用電增長的主導(dǎo)力量。經(jīng)濟高增長和重化工業(yè)拉動用電需求剛性增長。歸其主要原因有：（1）電源建設(shè)增長和社會用電增長存在巨大落差；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)脆弱、網(wǎng)際調(diào)度能力差、電煤緊張。2003年，全國21個省市區(qū)發(fā)生大面積電荒，進而引發(fā)了煤炭、柴油供應(yīng)緊張，煤、油緊張又加劇了電荒。此外，我國的核能、太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿刃履茉春驮偕茉吹拈_發(fā)，與發(fā)達國家的差距也很大。在能源探明儲量中，煤炭占94%、%、%，屬于富煤、貧油、少氣。 三、我國能源種類不均衡，開發(fā)難度加大，能源利用率低，能源發(fā)展后勁嚴重不足。我國煤炭資源的64% 集中在華北地區(qū)，水電資源約70% 集中在西南地區(qū)，而能源消費則集中在東部經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)。從總體上看，我國的能源資源總量位于世界前列，但因人口眾多，人均能源資源不足。我國目前的能源現(xiàn)狀是：一、我國人均能源資源不足。能源是我國國民經(jīng)濟發(fā)展中的一個戰(zhàn)略問題。1992 年我國開始成為石油的凈進口國，此后不斷增加的石油進口量引起國際社會的嚴重關(guān)切，能源已成為國家安全的重要影響因素。從上世紀70 年代初開始，我國已經(jīng)經(jīng)歷了三次大的能源危機。 總之，能源危機遲早會爆發(fā)；它的爆發(fā)將具有爆炸性。事實上，近10年來，中東及海灣地區(qū)與非洲的戰(zhàn)爭都是由化石能源的重新配置與分配而引發(fā)。 核聚變到2050年還沒有實現(xiàn)的希望。1995年煤炭開采量為33億噸，可以供應(yīng)169年。年開采量維持在2300兆立方米，將在57~65年內(nèi)枯竭。 石油儲量的綜合估算，可支配的化石能源的極限，大約為1180~1510億噸，石油儲量大約在2050年左右宣告枯竭。自工業(yè)革命之后，機械化的生產(chǎn)與生活走入了人們的生活，石油、天然氣、煤炭成為了人類社會生存與發(fā)展不可或缺的化石原料，因而它是建筑在化石能源基礎(chǔ)之上的一種發(fā)展?，F(xiàn)代社會在經(jīng)濟、科技、文化等領(lǐng)域快速的發(fā)展。 調(diào)研情況 國際資源形式工業(yè)革命之后，機械化的生產(chǎn)與生活走入了人們的生活，石油、天然氣、煤炭成為了人類社會生存與發(fā)展不可或缺的化石原料。能源危機，是現(xiàn)在社會發(fā)展，需要重視的關(guān)鍵問題之一，隨著社會的快速發(fā)展，尤其是工業(yè)革命之后，石油，煤礦等不可再生資源由于巨大的消耗，存量已日益減少，上個世紀70年代初發(fā)生的世界性能源危機，有力促進了傳熱強化技術(shù)的發(fā)展。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等應(yīng)用。換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。特別在缺水地區(qū)，以空冷代替水冷，可以緩和水源不足的矛盾。但耗電量、噪聲和占地面積均大，冷卻效果受氣候變化影響較大。主要應(yīng)用于：煉油、石油化工塔頂蒸氣的冷凝；回流油、塔底油的冷卻；各種反應(yīng)生成物的冷卻；循環(huán)氣體的冷卻和電站汽輪機排氣的冷凝。換熱器機械中的空氣冷卻器的畢業(yè)設(shè)計目錄摘要 IAbstract II第一章 緒論 5 選題背景 5 選題意義 5 調(diào)研情況 5 國際資源形式 5 國內(nèi)資源形式 5 換熱器對于我們的重大意義 5 主要工作 5第二章 方案論證 5 傳熱的基本方式及其機理 5 熱傳導(dǎo) 5 對流傳熱 5 輻射傳熱 5 冷、熱流體熱量傳遞方式及換熱設(shè)備 5 間壁式傳熱 5 混合式傳熱 5 蓄熱式傳熱 5 列管式換熱器 5 固定管板式換熱器 5 本章小結(jié) 5第三章 設(shè)計論述 5 初始數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理 5 管程的設(shè)計 5 換熱管規(guī)格與尺寸的選擇 5 排管 5 筒體設(shè)計 5 筒體壁厚的確定 5 筒體強度的校核 5 折流板的設(shè)計 5 管箱的設(shè)計與長頸法蘭的選擇 5 管箱筒體的設(shè)計 5 長頸法蘭的選擇 5 封頭的計算 5 管板的設(shè)計與強度校核 5 管板的設(shè)計 5 管板厚度的校核 5 膨脹節(jié)判定 5 鞍式支座的選用 5 開孔補強的計算 5 殼體管接頭處開孔補強 5 封頭管接頭處開孔補強 5 管箱管接頭處開孔補強 5 本章小結(jié) 5第四章 結(jié)果匯總與分析 5 計算結(jié)果匯總 5 其他附件的設(shè)計與選擇 5 本章小結(jié) 5第五章 總結(jié) 5 設(shè)計中存在的問題 5 換熱管的設(shè)計問題 5 折流板的設(shè)計問題 5 材料選擇問題 5 換熱器的發(fā)展前景 5 新型換熱器的發(fā)展 5 近期國內(nèi)外的研究方向 5參考文獻 5附錄 5附錄一 符號說明 5附錄二 金屬需用應(yīng)力 5附錄三 折流板或支撐板的最小厚度表 5致謝 5III 第一章 緒論 選題背景空氣冷卻器在化工生產(chǎn)中，有著廣泛的應(yīng)用，同樣也起著重要的作用。它的作用是：冷卻或冷凝。工作壓力可達69兆帕。采用空冷器可節(jié)省大量工業(yè)用水，減少環(huán)境污染，降低基建費用。 選題意義空氣冷卻器，是以空氣作為冷卻劑的換熱器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門應(yīng)用較為廣泛的單元設(shè)備之一，在生產(chǎn)中占有重要地位。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30%，在煉油廠中，換熱器占全部工藝設(shè)備的40%左右，海水淡化工藝裝置，則全部由換熱器組成。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，則換熱器的應(yīng)用，發(fā)展與研究就成為了一個人們所關(guān)注的課題。但是作為不可再生的資源，隨著開采量的日益增大，和儲存量的日益減少，能源危機已經(jīng)是一個討論越來越熱烈的問題。而這個發(fā)展，得益于化石能源，如石油、天然氣、煤炭與核裂變能的廣泛的投入應(yīng)用。然而，由于這一經(jīng)濟的資源載體將在21世紀上半葉迅速地接近枯竭。 天然氣儲備估計在131800~152900兆立方米。煤的儲量約為5600億噸。 鈾的年開采量目前為每年6萬噸，根據(jù)1993年世界能源委員會的估計可維持到21世紀30年代中期?；茉磁c原料鏈條的中斷，必將導(dǎo)致世界經(jīng)濟危機和沖突的加劇，最終葬送現(xiàn)代市場經(jīng)濟。這種軍事沖突，今后還將更猛烈、更頻繁。[1] 國內(nèi)資源形式國內(nèi)的能源狀況也同樣讓人堪憂。由于能源危機，每到冬夏兩季用電高峰，各大城市便會出現(xiàn)不同程度的拉閘限電現(xiàn)象，而企業(yè)則會出現(xiàn)大面積的開工不足。雖然2008 年的全球性經(jīng)濟危機已經(jīng)使石油價格下降了60%多，但現(xiàn)價仍是同樣發(fā)生經(jīng)濟危機的1998 年的近四倍。長期以來,由于能源緊張，嚴重制約著我國經(jīng)濟的發(fā)展，因此能源問題已成為影響我國四個現(xiàn)代化進程的關(guān)鍵問題?？偭恳灿邢陆?。不僅如此，總量方面也有一定程度的下降 二、我國能源資源分布不均。因此，“北煤南運”“西煤東運”“西電東輸”的產(chǎn)銷格局將長期存在，造成能源輸送損失和過大的輸送建設(shè)。我國能源以煤炭為主，其次是石油、天然氣、水電和核能。這種特點決定了我國能源生產(chǎn)以煤為主的格局長期不會改變。 四、能源領(lǐng)域的供求矛盾日益突出，出現(xiàn)能源緊張。而2004年全國總體電力供需形勢更加嚴峻。（2）高速經(jīng)濟列車拉緊了弦。鋼材、建材、有色金屬、汽車等行業(yè)出現(xiàn)高速增長，盲目投資、低水平重復(fù)建設(shè)加劇。（3）氣候原因。五、我國的能源儲備嚴重不足，而融入世界的步伐卻很快。我國水能資源和煤炭探明儲量人均分別只占世界水平的55%、25%，預(yù)計到2030 年，這一