【正文】 每年按 330 天計(jì)，每天 24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 列管式換熱器的選擇與核算 傳熱計(jì)算 管、殼程流體阻力計(jì)算 管板厚度計(jì)算 U 形膨脹節(jié)計(jì)算（浮頭式換熱器除外） 管束振動 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 2 概述 換熱器概述 換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。換熱器由筒體、管箱、封 頭、支座、換熱管、折流板、管板及接管、法蘭等組成。缺點(diǎn)：殼程無法進(jìn)行機(jī)械清洗，殼程檢查困難，殼體與管子之間無溫差補(bǔ)償元件時(shí)會產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，即溫差較大 時(shí)需采用膨脹節(jié)或波紋管等補(bǔ)償元件以減小溫差應(yīng)力。其中，換熱器是目前應(yīng)用較為廣泛的換熱設(shè)備。本文引用這三年學(xué)過的書本知識及相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對換熱器的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。 。 ，內(nèi)容正確，條理分明 。遼寧石 油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工機(jī)械系畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 煤油冷卻器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間： 至 設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)行地點(diǎn)： 設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容： 對換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)， 傳熱計(jì)算 、 管、殼程流體阻力計(jì)算、管板厚度計(jì)算、 換熱器厚度及內(nèi)經(jīng)、 管束振動、管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu) 等等。 設(shè)計(jì)（論文）的主要技術(shù)指標(biāo) 1 處理能力： 10 萬噸 /年煤油 2 設(shè)備形式： 列管式換熱器 3 操作條件 (1).煤油：入口溫度 140℃ ，出口溫度 40℃ (2).冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度 30℃ ，出口溫度 40℃ (3).允許壓強(qiáng)降：不大于 100kPa 設(shè)計(jì)（論文）的基本要求 。 。 遼寧石 油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工機(jī)械系畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn) [1] 夏清，姚玉英 ,陳常貴 ,等 . 化工原理 [M]. 天津：天津大學(xué)出版社， 2020 [2] 華南理工大學(xué)化工原理教研組 . 化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì) [M]. 廣州：華南理工大學(xué)出版社， 1996 [3] 刁玉瑋 ,王立業(yè) . 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第五版） [M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社 , 2020 [4] 大連理工大學(xué)化工原理教研室．化工原理課程設(shè)計(jì) [M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社， 1996 [5] 魏崇光，鄭曉梅 . 化工工程制圖 [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,1998 [6] 婁愛娟 ,吳志泉 . 化工設(shè)計(jì) [M].上海：華東理工大學(xué)出版社， 2020 [16]化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)，化學(xué)工業(yè)出版社， 2020 進(jìn)度安排及完成情況 序號 設(shè)計(jì)（論文）各階段任務(wù) 日 期 完成情況 1 查閱畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的資料 4 月 11 日 ~ 4 月 17 日 2 確定畢業(yè)設(shè)計(jì)選題及設(shè)計(jì)步驟 4 月 18 日 ~4 月 24 日 3 計(jì)算設(shè)計(jì)相關(guān)數(shù)據(jù) 4 月 25 日 ~5 月 8 日 4 撰寫畢業(yè)論文 5 月 9 日 ~ 6 月 19 日 5 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯 6 月 20 日 ~ 6 月 24 日 學(xué)生簽名 ： 指導(dǎo)教師簽名 ： 系 主 任 簽 名 ： 2020 年 月 日 遼寧石 油化工大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工機(jī)械系畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 這篇論文主要介紹的是換熱器機(jī)械計(jì)算等相關(guān)的設(shè)計(jì)過程。換熱器是目前許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的通用工藝設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，在相同管束情況下其殼體內(nèi)徑最小，管程分程較方便。我設(shè)計(jì)的換熱器內(nèi)部以換熱管和折流板做為基本構(gòu)件，冷介質(zhì)、余熱介質(zhì)分別在管程與殼程之間流動，以達(dá)到降溫或升溫的效果。 通過強(qiáng)度計(jì)算合理選擇材料，確保安全運(yùn)行，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低設(shè)備的制造成本，實(shí)現(xiàn)化工單元操作的最佳化。在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的 10%～ 20%，在煉油廠約占總費(fèi)用 35%～ 40%。因此，設(shè)計(jì)和選擇得到使用、高效的換熱器對降低設(shè)備的造價(jià)和操作費(fèi)用具有十分重要的作用。 換熱器的類型按傳熱方式的 不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。 表 21 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類 類型 特點(diǎn) 間 壁 式 壁 管 殼 式 列 管 式 固定管式 剛性結(jié)構(gòu) 用于管殼溫差較小的情況（一 般 ≤ 50℃ ），管間不能清洗 帶膨脹節(jié) 有一定的溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力 浮頭式 管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合 U 型管式 管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難 填料函式 外填料函 管間容易泄露，不宜處理易揮發(fā)、 易爆炸及壓力較高的介質(zhì) 內(nèi)填料函 密封性能差，只能用于壓差較小的場合 釜式 殼體上部有個(gè)蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮 雙套管式 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場合和固定床反應(yīng)器中 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 間 式 套管式 能逆流操作，用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器 螺旋管式 沉浸式 用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱 噴淋式 只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱 螺旋板式 可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作，有自潔的作用，可用做回收 低溫?zé)崮? 傘板式 結(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈 板殼式 板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高 混合式 適用于允許換熱流體之間直接接觸 蓄熱式 換熱過程分階段交替進(jìn)行，適用于從高溫爐氣中回收熱能的場合 固定管板式 因設(shè)計(jì)需要，下面簡單介紹一下固定管板式換熱器。但是由于殼程不易檢修和清洗，因此殼方流體應(yīng)是較為潔凈且不易結(jié)垢的物料。有具有補(bǔ)償圈（ 或稱膨脹節(jié)）的固定板式換熱器，即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束的熱膨脹程度不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形（拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束的不同的熱膨脹程度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 圖 21 固定管板式換熱器的示意圖 1擋板 2補(bǔ)償圈 3放氣嘴 設(shè)計(jì)背景及設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)背景 在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛地使用各種換熱器，且他們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備 ，并占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。一些新型的換熱器相繼問世。 設(shè)計(jì)要求 完善的換熱器在設(shè)計(jì)和選型時(shí)應(yīng)滿足以下各項(xiàng)基本要求： （ 1）合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：可以從： ① 增大傳熱系數(shù) ② 提高平均溫差 ③妥善布置傳熱面等三個(gè)方面具體著手。 （ 3）有利于安裝操作與維修 直立設(shè)備的安裝費(fèi)往往低于水平或傾斜的設(shè)備。 （ 4）經(jīng)濟(jì)合理 評價(jià)換熱器的最終指標(biāo)是：在一定時(shí)間內(nèi)（通常 1 年內(nèi)的）固定費(fèi)用（設(shè)備的購置費(fèi)、安裝費(fèi)等）與操作費(fèi)（動力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)）等的總和為最小。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 3 熱量設(shè)計(jì) 初選換熱器的類型 兩流體的溫度變化情況如下： （ 1） 煤油：入口溫度 140℃ ，出口溫度 40℃ ； （ 2）冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度 30℃ ，出口溫度 40℃ ； 該換熱器用循環(huán)冷卻自來水進(jìn)行冷卻，冬季操作時(shí)， 其進(jìn)口溫度會降低，考略到這一因素，估計(jì)所需換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，需考慮熱膨脹的影響，相應(yīng)地進(jìn)行熱膨脹的補(bǔ)償， 故而初步確定選用帶有膨脹節(jié)的管板式換熱器。與煤油相比，水的對流傳熱系數(shù)一般較大。 表 式換熱器內(nèi)的適宜流速范圍 流體種 類 流速 /（ m/s） 管程 殼程 一般液體 ~3 ~ 易結(jié)垢液體 1 氣體 5~30 3~15 表 （以普通鋼壁為例） 液體粘度 /mPa． s ＞ 1500 1500～ 500 500～ 100 100～ 35 35～ 1 ＜ 1 最大流速 /（ m/s） 由上表，我們初步選用 Φ25 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 ui=。 殼程流體（煤油）的定性溫度為： T= 2 40140? =90℃ 管程流體（水）的定性溫度為： t= 352 3040 ?? ℃ 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 逆流時(shí)，我們有 煤油： 140℃ →40 ℃ 水： 40℃ ←30 ℃ 從而， 39。mt? t?? ==32℃ 冷卻水用量 由以上的計(jì)算結(jié)果以及已知條件，很容易算得： Wc=)( 12 ttC Qpc ?=)3040(41802802972?= kg/h 總傳熱系數(shù) K 總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值見表 34，有關(guān)手冊中也列有其他情況下的總傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 表 34 總傳熱系數(shù)的選擇 管程 殼程 總傳熱系數(shù) /[W/（ m3s 中有機(jī)物 μ=～ 1mPas 水（流速為 1m/s） 水 水溶液 μ＜ 2mPas 有機(jī)物 μ＜ s 有機(jī)物 μ＞ 1mPas 中有機(jī)物 μ=～ 1mPas 輕有機(jī)物 μ＜ s 輕有機(jī)物 μ＜ s 重有機(jī)物 μ＞ 1mPa℃ ） 水 水 水 SO2 冷凝 NH3 冷凝 氟里昂冷凝 814～ 1163 698～ 930 756 （ 1） .管程傳熱系數(shù)： 136700 0 0 7 2 ????? i iiii ud ? ? 00 80Pr ???? i ipi uc ? )()(iipiiiiii ucuddai ????? 3 6 7 ????iid? =2753 W/m2?℃ （ 2） .殼程傳熱系數(shù)： 假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)是： o? =500 W/m2?℃