【正文】 gmental baffle, in the same condition, the baffle (known as noncontinuous helical baffles) can reduce the pressure drop of about 45%, while the overall heat transfer coefficient can be increased by 20% to 30 % in the same heat load can be greatly reduced heat exchanger size. Heat exchanger is an indispensable equipment to transmission of heat exchange in the process of chemical production, which is in a wide range of applications in petroleum, chemical industry, light industry, pharmaceuticals, energy and other industrial production. This is a heat exchanger used for benzene – toluene separation process, heats benzene toluene mixtures from room temperature to the bubble point temperature by water vapor, shellandtube exchanger has being chosen. Design is divided into two parts, process design part and mechanical design part. In process design, first of all, suppose a heat transfer coefficient according to given design parameters. Then, account the heat transfer area and determine variety of technology size, such as Models of heat exchanger, heat exchange tube number of tube side and shell side, Spacing and number of traverse baffles and diameter size, etc. At last, make heat check and pressure check on process data, make sure that area degree and pressure drop are both in reasonable limits. Otherwise, it is necessary to reset the heat transfer coefficient, repeat the process until the adoption of check. Mechanical design part has two steps. Step one is structural design, determine structural sizes of the heat exchanger by process parameters such as the main body, channel box, adapter tube, and tubesheet, etc.。機(jī)械設(shè)計(jì)部分分為兩步，第一步：根據(jù)第一部分已設(shè)計(jì)出的工藝尺寸設(shè)計(jì)筒體、管箱、接管、折流板以及各部分之間的連接等結(jié)構(gòu)和尺寸；第二步：依據(jù)GB150、GB151的規(guī)定進(jìn)行強(qiáng)度校核，其中主要包括對(duì)管板、殼體與換熱管進(jìn)行的強(qiáng)度校核，校核通過(guò)后根據(jù)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)繪制圖紙。換熱器的設(shè)計(jì)分為工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備，在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。在折流時(shí)，流體處于近似螺旋流動(dòng)狀態(tài)。理想的螺旋折流板應(yīng)具有連續(xù)的螺旋曲面。編號(hào)：（ ）字 號(hào)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 螺旋折流板換熱器的設(shè)計(jì) 題目： 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 摘 要折流板是提高換熱器工效的重要部件。傳統(tǒng)換熱器中最普遍應(yīng)用的是弓形折流板，由于存在阻流與壓降大、有流動(dòng)滯死區(qū)、易結(jié)垢、傳熱的平均溫差小、振動(dòng)條件下易失效等缺陷，近年來(lái)逐漸被螺旋折流板所取代。由于加工困難，目前所采用的折流板，一般由若干個(gè)1/4的扇形平面板替代曲面相間連接，形成近似的螺旋面。相比于弓形折流板，在相同工況下，這樣的折流板（被稱(chēng)為非連續(xù)型螺旋折流板）可減少壓降45%左右，而總傳熱系數(shù)可提高20%～30%，在相同熱負(fù)荷下，可大大減小換熱器尺寸。本換熱器是用于空氣壓縮機(jī)級(jí)間冷卻，采用常溫冷卻水將壓縮后的高溫空氣冷卻到一定溫度，本次設(shè)計(jì)采用固定管板式換熱器。在工藝設(shè)計(jì)部分，根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)假設(shè)傳熱系數(shù)，計(jì)算換熱器的換熱面積以及初步確定換熱器型號(hào)、換熱管、管程和殼程數(shù)、折流板間距和數(shù)目以及內(nèi)徑等工藝尺寸，然后進(jìn)行熱力核算和壓力降核算，確定面積欲度和換熱器壓力降均在合理范圍之內(nèi)，否則，要重新設(shè)定傳熱系數(shù)，重復(fù)上述過(guò)程，直至通過(guò)核算。通過(guò)復(fù)算與校核，使所設(shè)計(jì)的換熱器能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求。 In step two, according to the data determined by the abovementioned, make strength check by prescript of GB150 and GB151, which is include tube plate, shell and tubes. After the strength check has passed, blueprint can be drew. By plex operator and check, the heat exchanger design are meeting the requirement of production technology.Keywords: Helical Baffles。Process design。 Strength check1 緒論該設(shè)計(jì)為螺旋折流板式換熱器的設(shè)計(jì)。我們常見(jiàn)的列管式換熱器的折流板是弓形的，而此設(shè)計(jì)的折流板則是螺旋式的，這就是本次設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處和難點(diǎn)所在。燕山石油化工公司煉油廠現(xiàn)在服役的換熱器大多采用的還是國(guó)外早期的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，換熱效率低、阻力降大、容易結(jié)垢、停工檢修頻繁。原渣油冷卻器采用弓型折流板換熱器，其缺點(diǎn)為：弓型折流板換熱器的能耗大；弓型折流板殼程容易結(jié)垢，降低換熱效率；弓型折流板換熱器的運(yùn)行周期一般為2年，致使檢修、清洗頻繁，裝置操作費(fèi)用增加。螺旋折流板列管換熱器有很好的經(jīng)濟(jì)效益。、目的、意義換熱器是石油、化工、制冷、冶金及動(dòng)力等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的主要工藝設(shè)備之一，有資料表明在我國(guó)全部換熱器產(chǎn)量中管殼式換熱器約占80％以上，管殼式換熱器問(wèn)世將近一百多年來(lái)，已經(jīng)積累了大量的設(shè)計(jì)資料和操作運(yùn)行數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)特性、傳熱特性和流體動(dòng)力特性的計(jì)算已經(jīng)形成了一套比較完善的方法，繼續(xù)依靠傳統(tǒng)的化工工藝計(jì)算提高其傳熱效率，包括根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量標(biāo)定的數(shù)據(jù)反饋，對(duì)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式、設(shè)計(jì)模型以及數(shù)據(jù)圖表等所進(jìn)行的局部修正以及綜合考慮各種影響因素在內(nèi)的優(yōu)化，其發(fā)展空間已經(jīng)趨于飽和。如在殼程采用折流桿、折流環(huán)以及螺旋折流板等支撐結(jié)構(gòu)；在管程開(kāi)發(fā)各種類(lèi)型的翅片管、螺紋管等強(qiáng)化傳熱換熱管和增加螺旋鐵等內(nèi)擾流結(jié)構(gòu)。 眾所周知，在化工領(lǐng)域上，換熱器的重要性不言而喻，其運(yùn)行的成本之高也是有目共睹的，換熱器不僅僅局限在換熱的區(qū)域內(nèi)，它的運(yùn)行在整個(gè)化工行業(yè)都是影響巨大的。螺旋折流板式換熱器正是在不斷追求進(jìn)步的浪潮中推廣出來(lái)的，如今已經(jīng)獲得了很廣泛的應(yīng)用，但是技術(shù)前進(jìn)的腳步始終不會(huì)停留，每一天都在變革，如果要想走在技術(shù)的前列就不能忘本，畢竟技術(shù)的發(fā)展都是在原來(lái)的基礎(chǔ)上發(fā)展過(guò)來(lái)的，因此本課題就是在我學(xué)習(xí)的最基本的弓形換熱器的前提下給予更加深入的拓展。渦旋或螺旋流動(dòng)一直是強(qiáng)化傳熱的有效手段，從殼側(cè)流體由縱向或蛇形橫向流動(dòng)方向改變?yōu)槁菪隣盍鲃?dòng)的角度產(chǎn)生了螺旋折流板換熱器的構(gòu)想，但由于連續(xù)螺旋曲面的加工及安裝難度很大，20世紀(jì) 八、九十年代捷克科學(xué)家發(fā)明了非連續(xù)的1/4螺旋形折流板換熱器，采用一系列1/4扇形折流平板來(lái)代替螺旋曲面。 I公司，據(jù)ABB Lum musHeat transfer公司公布，自1994~2007年3月 該公司共完成349個(gè)項(xiàng)目,共計(jì)1350臺(tái)(套)螺旋折流板換熱器的設(shè)計(jì)和制造。其他另有一些單位則選擇自主開(kāi)發(fā),近幾年也得到了一些發(fā)展。應(yīng)用結(jié)果表明，殼程采用螺旋折流板結(jié)構(gòu)較采用垂直弓形折流板結(jié)構(gòu)確實(shí)具有減少殼程流體壓力降的優(yōu)勢(shì)。螺旋隔板支撐結(jié)構(gòu)的換熱器具有良好的防垢特性，適用于易結(jié)垢、高黏度的介質(zhì)如原油、渣油等的強(qiáng)化傳熱。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于：首先，流體在殼程流動(dòng)時(shí)，由于螺旋折流板回轉(zhuǎn)面的約束，最大流動(dòng)截面只有殼體縱向截面的1/2(一個(gè)周期內(nèi))，在相同的流量下，和普通單殼程弓形折流板換熱器相比，其特征流速理論上增大為后者的2倍左右。其次，由于流體與折流板表面相切接觸，消除了因垂直阻擋而在折流板根部附近形成的回流區(qū)，能有效抑制污垢的積累沉淀，防止殼程結(jié)垢，延長(zhǎng)換熱器的有效使用周期。但是這樣的理想螺旋面在實(shí)際加工中卻存在很大困難。所有這些因素的疊加效應(yīng)就是導(dǎo)致螺旋折流板換熱器的加工制造費(fèi)用急劇增加，因而有必要開(kāi)發(fā)理想螺旋面的替代結(jié)構(gòu)，在不影響螺旋折流板換熱器整體流動(dòng)與傳熱性能的前提下，盡可能簡(jiǎn)化螺旋折流板換熱器的加工制造過(guò)程，以最大限度節(jié)省制造費(fèi)用和材料浪費(fèi)。非連續(xù)型螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：由2—4塊四分之一殼橫截面的扇形截面折流板搭建成一個(gè)近似螺旋面，間斷狀地自殼程進(jìn)口處向出口處推進(jìn)，實(shí)驗(yàn)表明這種形式的換熱器螺旋折流板可以使殼側(cè)流體呈近似螺旋流動(dòng)，單位壓降換熱能力相對(duì)弓型折流板有很大提高。連續(xù)型螺旋折流板換熱器的 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)是：折流板類(lèi)似于常見(jiàn)的 輸送 固相介質(zhì) 的攪龍 ，其形狀可以是自殼體進(jìn)口向出口推進(jìn)的完全螺旋面，使介質(zhì)在殼體內(nèi)做到相對(duì)連續(xù)平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，但折流板不能覆蓋殼程的殼體中心區(qū)域，需要采取其它輔助結(jié)構(gòu)來(lái)彌補(bǔ)換熱損失，此外這類(lèi)螺旋折流板換熱器加工制造十分復(fù)雜，給產(chǎn)品的進(jìn)一步大型化和推廣應(yīng)用帶來(lái)困難。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大量介質(zhì)從相鄰折流板間形成的三角形空間短路通過(guò)，殼體直徑越大短路越嚴(yán)重，因而嚴(yán)重削弱了換熱效率。大連海特?zé)捰图夹g(shù)有限公司宋小平等人針對(duì)普通螺旋折流板管殼式換熱器的弱點(diǎn)，分別將原扇形折流板在兩側(cè)直邊處同時(shí)加寬一排或二排管距寬度，相鄰兩扇形板的直邊以交叉搭式接續(xù)，加寬部分重迭，由同一排或二排換熱管穿過(guò)。這種交叉重迭搭接方式接續(xù)，可以對(duì)流經(jīng)管束的介質(zhì)起到良好的引導(dǎo)作用,減少兩相鄰扇形板直邊交叉形成三角形空間的短路現(xiàn)象，確保換熱效率的提高。撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司李久生等人提出 雙殼程螺旋折流板換熱器的產(chǎn)品方案，其出發(fā)點(diǎn)是大直徑換熱器上選用單殼程螺旋折流板結(jié)構(gòu)將會(huì)受到25176。螺旋傾角的限制。采用雙殼程相當(dāng)于減小了殼體直徑，在保證一定流速的情況下使得折流間距變大，從而得到了較大的螺旋傾角，解決大直徑螺旋折流板換熱器螺旋傾角小、傳熱性能下降的弊病。管箱分程也是采用了1個(gè)與殼側(cè)相同直徑的分程筒體，其一端焊接在管箱的端蓋上，另一端用4個(gè)支撐板將筒體固定。殼程介質(zhì)也是先從殼體接管流入，由于分隔板的阻隔，介質(zhì)只能進(jìn)入分程筒體至另一端管板處，再返回到筒外流至前端分隔板處，從另一接管流出,最終完成管殼程介質(zhì)的換熱過(guò)程。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。 （1） 檢索大量相關(guān)資料，對(duì)本課題有一個(gè)整體的理解和思路。書(shū)寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述和外文翻譯。（5） 繪制設(shè)計(jì)圖、裝配總圖和部件圖。 2 換熱器的簡(jiǎn)介適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的具體分類(lèi)如下： 換熱器按傳熱原理分類(lèi)：（1）表面式換熱器：表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開(kāi)的空間里流動(dòng)，通過(guò)壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對(duì)流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。 （2）蓄熱式換熱器：蓄熱式換熱器通過(guò)固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過(guò)加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過(guò)固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。 （3）流體連接間接式換熱器：流體連接間接式換熱器，是把兩個(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來(lái)的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。 換熱器按用途分類(lèi)：（1）加熱器：加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒(méi)有發(fā)生相的變化。 （3）過(guò)熱器：過(guò)熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過(guò)熱狀態(tài)。 按換熱器的結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱(chēng)之管程；另一種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱(chēng)為殼程列管式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)