【正文】 .....10 第 2 章 設(shè)計(jì)方案確定 .........................................................................................................................14 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 ..................................................................................................................15 設(shè)計(jì)方案的確定 ...................................................................................................................17 設(shè)計(jì)步驟 ...................................................................................................................................17 非系列標(biāo)準(zhǔn)換熱器的一般步驟 ..............................................................................................17 第 3 章 設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................................................18 確定設(shè)計(jì)方案 .........................................................................................................................18 確定物性數(shù)據(jù) .........................................................................................................................18 計(jì)算總傳熱系數(shù) .....................................................................................................................18 計(jì)算傳熱面積 .........................................................................................................................23 工藝結(jié)構(gòu)和尺寸 .....................................................................................................................23 換熱器核算 ............................................................................................................................25 第 4 章 設(shè)計(jì)全部參數(shù) .........................................................................................................................30 設(shè)計(jì) 小 結(jié) .............................................................................................................................................31 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................................32 附表 ....................................................................................................................................................33 附錄 ....................................................................................................................................................34 6 前 言 熱交換器，簡(jiǎn)稱換熱器，是在不同溫度的流體間，進(jìn)行傳遞熱能的裝置。因此換熱設(shè)備的研究備受世界各國(guó)政府及研究機(jī)構(gòu)的高度重視，在全世界第一次能源危機(jī)及在節(jié)約能源上研究新途 徑。這對(duì)提高能量的利用效率有著很大的促進(jìn)作用，對(duì)社會(huì)效益非常顯著，從另一方面大大緩解了能源的緊張狀況。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟(jì)效益。 列管式換熱器的應(yīng)用已具有很悠久的歷史。同時(shí)板式換熱器也已成為高效、緊湊的換熱設(shè)備，大量地應(yīng)用于工業(yè)中。 7 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 （ 1） 處理能力 ?104t/a 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℃。 ③ 允許壓降：不大于 105Pa。 （ 4） 建廠地址 天津地區(qū) 設(shè)計(jì)要求： 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算。根據(jù)不同的目的不同，換熱器可以是熱交換器、加熱器、冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器等。這類換熱器的介質(zhì)通常是一種是氣體，另一種為液體，主要是以塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備，但通常又涉及傳質(zhì)，故很難區(qū)分與塔器的關(guān)系，通常歸口味塔式設(shè)備，電廠用涼水塔為最典型的直接接觸式換熱器。熱流體通過蓄熱室時(shí)將冷的填充物加熱，當(dāng)冷流體通過時(shí)則將熱量帶走。蓄熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的利用或冷卻。所以這類設(shè)備化工上用的不多。從傳熱的基本特征分類，間壁式換熱器可分為管式和板式。 列管式換熱 器的類型 ?固定管板式換熱器 固定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)是殼側(cè)清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清洗的流體。為此在外殼上焊以膨脹節(jié)，但它僅能減小而不能完全消除由于溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力， 9 且在多程換熱器中，這種方法不能照顧到管子的相對(duì)移動(dòng)。 ?浮頭式 換熱器 浮頭式換熱器針對(duì)固定管板式的缺陷做了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。此類換熱器的管束膨脹不受殼體的約束，所以殼體與管束之間不會(huì)由于膨脹量的不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。但該類換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、本中，造價(jià)約比固定管板式高 20%左右，材料消耗量大，而且由于浮頭的端蓋在操作中無法檢查，所以在制造和安裝時(shí)要注意其密封，以避免發(fā)生內(nèi) 漏，管束和殼體的間隙較大，在設(shè)計(jì)時(shí)要避免短路。 ? U 形管換熱器 見圖 13 為一 U形管換熱器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為每根管子都彎成 U形，兩端固定在同一塊管板上，封頭用隔板分成兩室，故相當(dāng)于雙管程。但管內(nèi)清洗不便，管束中間部分的管子難以更換，又因最內(nèi)層管子彎曲半徑不能太小，在管板 中心部分布管不緊湊，所以管子數(shù)不能太多，且管束中心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換熱。這就影響了它的使用場(chǎng)合，僅宜用于管殼壁溫相差較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的情形。它的管束也可自由膨脹，所以管殼之間不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，且管程和殼 10 程都能清洗，結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，加工制造方便，材料消耗較少。 列管式換熱器的結(jié)構(gòu) 管程結(jié)構(gòu) 介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分稱為管程。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形錯(cuò)列和三角形直列和同心圓排列，如圖 1所示。 我國(guó)換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。每程內(nèi)都采用三角形排列，而在 11 各程之間為了便于安裝，采用正方形排列。 的比值，焊接時(shí)為 ，脹接時(shí)為～ 。應(yīng)根據(jù)工作壓力、溫度和介質(zhì)腐蝕性等條件決定。在設(shè)計(jì)和制造換熱器時(shí)，正確選用材料很重要。對(duì)化工設(shè)備而言，由于各部分可采用不同材料，應(yīng)注意由于不同種類的金屬接觸而產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕作用。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過 4MPa，設(shè)計(jì)溫度不超過 350℃的場(chǎng)合。 管板與殼體的連接有可拆連接和不可拆連接兩 種。兩端管板直接焊在外殼上并兼作法蘭，拆下頂蓋可檢修彭脹口或清洗管內(nèi)。 ?封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用式控制及分配管程流體。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接， 封頭與殼體直接按用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。管箱具有一個(gè)可拆蓋板，因此在檢修或清洗管子時(shí)無須卸下管箱。對(duì)于多管 程換熱器，在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組管子數(shù)目大致相等。管程多者可達(dá)到 16 程，常用的由 6程。 殼程結(jié)構(gòu) 介質(zhì)流經(jīng)傳熱管外面的通道部分成為殼程。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場(chǎng)合不同，殼程內(nèi)對(duì)各種元件的設(shè)置型式 亦不同，以此來滿足設(shè)計(jì)的要求。 ?殼體 殼體是一個(gè)圓筒形的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進(jìn)入和排出之用。 介質(zhì)在殼程的流動(dòng)方式有多種形式，單殼程型式應(yīng)用最為普遍。用兩個(gè)換熱器串聯(lián)也可達(dá)到同樣的效果。 殼體內(nèi)徑 D取決于傳熱管數(shù) N、排列方式和管心距 t。 ………………………………（ 11） 式中 t管心距， mm； d。 正三角形排列： = N ………………………………（ 12） 正方形排列：