【正文】 ................................................................................... 36 容器法蘭螺栓 ........................................................................................................... 36 物料接管法蘭螺栓 .................................................................................................... 36 排氣、排液法蘭螺栓 ................................................................................................. 36 膨脹節(jié) ........................................................................................................................ 37 拉桿 ............................................................................................................................ 37 拉桿的結構尺寸 ........................................................................................................ 37 拉桿與管板連接 ........................................................................................................ 38 折流板 ........................................................................................................................ 38 結 論 ................................................................................................................................ 40 致 謝 ................................................................................................................................ 41 參考文獻 ........................................................................................................................... 42 1 1 概 述 換熱器的作用和意義 換熱器是將熱流體的 部分熱量傳遞給冷流體的設備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備 [1]。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質(zhì)上的區(qū)別。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 [2]。 換熱器的分類 換熱器作為傳熱設備被廣泛用于耗能用量大的領域。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結構型式也不同，換熱器的具體分類如下： 換熱器按傳熱原理可分為： (1)間壁式換熱器 間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。蓄熱式換熱器有旋轉式、閥門切換式等。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。 換熱器按用途分為： (1)冷卻器 冷卻器是把流體冷卻到必要的溫度，但冷卻流體沒有發(fā)生相的變化。 3 (3)預熱器 預熱器預先加熱流體，為工序操作提供標準的工藝參數(shù)。 (5)蒸發(fā)器 蒸發(fā)器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化 [5]。固定管板式換熱器的典型結構是管束連接在管板上，管板與殼體焊接。殼程清洗方便，管子損壞時易于堵 管或更換。這種換熱器適用于殼程側介質(zhì)清潔且不易結垢的場合 。 (2)浮頭式。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆聯(lián)接，管束可從殼體內(nèi)抽出。浮頭式換熱器的特點是管間和管內(nèi)清洗方便 。它適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結垢的場合。 U形管式換熱器的典型結構是只有一塊管板，管束由多根 U形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。其主要缺點是 U 形管具有一定的彎曲半徑，故管板的利用率較差，管內(nèi)不易清洗， U形管更換困難。 (4)填料函式。此結構的特點是結構比較簡單，加工、制造、檢修、清洗比較方便，但填料密封處易產(chǎn)生泄漏。 在近代的許多化工過程中，如裂解、合成及聚合等，大都要求在高溫高壓下進行，有的壓力高達 250MPx，溫度高達 7500C，在這樣的條件下，尤其還存在腐蝕的情況下，實現(xiàn)換熱更困難。另一方面，隨著精細化工的迅速崛起，換熱設備也有向小而精方向發(fā)展的趨勢，管殼式結構的換熱器能滿足這樣的要求。在同一直徑情況下?lián)Q熱面積最大，結構簡單、緊湊，在高溫、高壓下金屬耗量最小 [6]。 (2)殼體與管壁不受溫差限制 。C，壓力小于等于10MPa。 (5)可用于管程易腐蝕場合。 U 形管式換熱器殼程內(nèi)一般可按工藝要求設置折流板和縱向隔板，以增加殼程側介質(zhì)流速。 (2)腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕 。 (4)飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較潔凈，一般給熱系數(shù)與流速無關，而且冷凝液容易排出 。 (6)若兩流體溫差較大，對于剛性結構的換熱器，使給熱系數(shù)大的流體通入殼程，以減少熱應力 。 6 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 換熱器是化工、石油、制藥及能源等行業(yè)中應用相當廣泛的單元設備之一。上個世紀 70 年代初發(fā)生的世界性能源危機，有力地促進了傳熱強化技術的發(fā)展。因此，幾十年來，高效換熱器的開發(fā)與研究始終是人們關注的課題，國內(nèi)外先后推出了一 系列新型高效換熱器 [7]。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設備。所以，這些年來，換熱器的開發(fā)與研究成為人們關注的課題。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。換熱設備在現(xiàn)代裝置中約占設備總重的 30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，約占 70%，其余 30%為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展 7 十分迅速。 近年來，國內(nèi)已經(jīng)進行了大量的強化傳熱技術的研究，但在新型高效換熱器的開發(fā)方面與國外差距仍然較大，并且新型高效換熱器的實際推廣和應用仍非常有限。 其次，新技術普遍應用。 并且，產(chǎn)品結構發(fā)生變化。注重系統(tǒng)集成，不僅著眼于單機，更注重系統(tǒng)、產(chǎn)品軟件化。今后的儀器設計歸納成一個簡單的公式：儀器 =AD/DA+CPU+軟件， AD 芯片將模擬信號變成數(shù)字信號，在經(jīng)過軟件處理變換后用 DA 輸出。同時，對其一方面要求成本適宜，另一 方面要求高精度的設計技術。 8 2 工藝計算 原始設計參數(shù) (1)操作條件 管程：最高工作壓力 ，設計壓力 設計溫度 200℃ 殼程：最高工作壓力 ，設計壓力 設計溫度 150℃ (2)操作介質(zhì) 管程：煤油 殼程：普通河水 (3)保溫材料 巖棉 (4)保溫厚度 100 mm 計算換熱量 Q 計算有效平均溫度 mt? 由平均溫度計算公式 ： 2 21 tttm ??? 代入 數(shù)據(jù)得 1752 1502021 21 ?????? ttt m ℃ （ 21） 計算換熱量 Q 已知換熱面積 S =161m2，根據(jù) GB151 表，查得傳熱系數(shù) K = 400w/m2.℃ ，則由換熱量計算公式 ： mtKSQ ???? 9 代入數(shù)據(jù)得 ???????? 1 7 54 0 01 6 1mtKSQ 107 W （ 22） 其中： ? tm：平均溫度 K：傳熱系數(shù) t1：管程設計溫度 Q：換熱量 t2：殼程設計溫度 S：換熱面積 計算換熱管根數(shù) N 初選換熱管材料為不銹鋼，規(guī)格為 Φ25mm6000mm，由換熱面積可求得換熱管根數(shù)： dlSN ?? 代入數(shù)據(jù)得 161 00 000 0 ????N 根 （ 23） 選取 350 根。 選擇換熱器的基本參數(shù) 選擇換熱管的排列形式 管子在管板上的排列有正 三角形、正方形和同心圓排列三種方式 。一般來說，正三角形排列在一 定 的管板面積上可配置較多的管子，而且管外 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較大，但正三角形排列時管外機械清洗較為困難，而且管外流體的流動阻力也較大。同心圓排列方式優(yōu)點在于靠近殼體的地方管子分布較均勻，在殼體直徑較小的換熱器中可排列的傳熱管數(shù)比三角形排列還多。 本設計為 U 形管式換熱器，殼程 介質(zhì)易結垢 需要清洗，故 采用正方形排列方式。 有了前面得到的傳熱面積、管根數(shù)和管子外徑，很容易得到管子的長度，由傳熱面積計算公式： dLnS ?? 得 mdn SL 161 ????? ? (24) 考慮到常用管 子的長度有 3m、 和 6m，根據(jù)計算值取管子長度為 6m，與先前初選的管子長度相符。殼體內(nèi)徑應等于或大于管板的直徑，所以可通過確定管板的直徑來確定殼體內(nèi)徑。 管束中心線上最外層管 中心至殼體內(nèi)壁的距離 e==25=，則將數(shù)據(jù)代入式（ 25） 得 Di= t(nc1)+2e =32（ 231） +2=779mm (25) 換熱器筒體內(nèi)徑的常用標準尺寸在 400mm 以后，以 100mm 遞增，故 按殼體 內(nèi) 徑標準系列尺寸圓整，取殼體內(nèi)徑： Di =800mm。此時，該換熱器的長徑比 β ??? ，符合要求。常見的折流板有弓形和圓環(huán) 圓盤形兩種，其中弓形折流板又可以分為單弓形、雙弓形和三弓形 3 種，它以結構簡單、流動死去少等優(yōu)點普遍應用于管殼式換熱器中。 由前面確定的換熱管的外徑和材料，查 GB151 表 42 得，換熱管最大無支撐跨距為 1850mm， 已知管程長為 6000mm， 則需折流板 最少個數(shù)為 6000247。 弓形折流板缺口高度應使流體通過缺口時與橫過管束時的流速相近 ，缺口弦 12 高宜取 ~ 倍的殼體內(nèi)徑，本設計折流板形成采用切除 25%的殼體內(nèi)徑，則折流板切除高度為 mmDh i 2 0 08 0 0%25%25 ???? 。再結合換熱管無支撐跨距，折流板的最小厚度查GB151 表 34 取 s =12mm。 折流板上管孔數(shù) N =35025/4=875 個 。 計算 圓筒 壁厚 nt 根據(jù)工藝條件以及一般化工設備的選材和經(jīng)濟性的考慮，確定殼體材料選擇碳素鋼 16MnR。代入式（ 31）得： mmtn ????? ?? 但碳素鋼和低合金鋼圓筒 的最小厚度應不小于 表 （摘自 GB151 表 8） 的規(guī)定， 因此取圓筒壁