【正文】 項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1換熱管外徑GB1511999《管殼式換熱器》252管長GB1511999《管殼式換熱器》30003傳熱面積《管殼式換熱器設(shè)計原理》4換熱管根數(shù)個4005拉桿個GB1511999《管殼式換熱器》16/86材料GB1501998《鋼制壓力容器》201正三角形排列GB1511999《管殼式換熱器》圖112換熱管中心距GB1511999《管殼式換熱器》323隔板板槽兩側(cè)相鄰中心距GB1511999《管殼式換熱器》441換熱管中心距GB1511999《管殼式換熱器》表12322換熱管根數(shù)根4003分程隔板厚同上104管束中心排管的管數(shù)根同上225筒體直徑同上7726實取筒體直徑考慮防沖板向上取800 序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式結(jié)果1工作壓力給定2材料GB1501998《鋼制壓力容器》Q235R3材料許用應(yīng)力GB1501998《鋼制壓力容器》2354焊接接頭系數(shù)《過程裝備設(shè)計》5殼程設(shè)計壓力6筒體計算厚度0．537設(shè)計厚度8名義厚度9實取名義厚度GB1511999《管殼式換熱器》表8610負(fù)偏差《過程裝備設(shè)計》111腐蝕余量《過程裝備設(shè)計》212計算厚度313設(shè)計厚度下圓筒的計算應(yīng)力 14校核合格15設(shè)計溫度下圓筒的最大許用工作壓力序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1試驗壓力2圓筒薄膜應(yīng)力 3校核 合格序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1設(shè)計壓力2材料GB1501998《鋼制壓力容器》Q235R3材料許用應(yīng)力GB1501998《鋼制壓力容器》2354焊接接頭系數(shù)《過程裝備設(shè)計》5封頭計算厚度6設(shè)計厚度2．537名義厚度8實取名義厚度GB1511999《管殼式換熱器》表869有效厚度510設(shè)計厚度下封頭的計算應(yīng)力 11校核12設(shè)計溫度下封頭的最大許用工作壓力13 合格 設(shè)備法蘭的選擇按其條件 設(shè)計溫度 設(shè)計壓力 由《壓力容器法蘭》選擇甲型平焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下： 單位（）螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量81578075074073736M1628由《壓力容器法蘭》選擇相應(yīng)墊片：非金屬軟墊片 JB/T4704—2000其相應(yīng)尺寸為：D=739mm d=703mm 接管法蘭的選擇1〉管程接管的公稱直徑相同設(shè)為，設(shè)進(jìn)出口質(zhì)量流量為 則同理 故取a =b=100mm故取公稱直徑 公稱壓力為 2〉殼程接管的公稱直徑相同設(shè)為，設(shè)進(jìn)出口質(zhì)量流量為 則同理故取公稱直徑 公稱壓力為 由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇板式平焊法蘭 DNA/ 法蘭理論重量100210170418M1618由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇板式平焊法蘭 DNA/ 法蘭理論重量80190150418M161管板的設(shè)計管板尺寸的確定及強(qiáng)度計算:本設(shè)計為管板延長部分兼作法蘭的形式，圖18所示e型連接方式的管板。所以可以計算出總傳熱系數(shù)為：則傳熱系數(shù)比為：(合理)所以假設(shè)合理。 則 管子外徑 管子內(nèi)徑 管子長度 則所需換熱管根數(shù)：=380可取換熱管根數(shù)為400 根 則管程流通面積為（四管程）管程流速為： 管程質(zhì)量流速為： 管程雷諾數(shù)為管程傳熱系數(shù)為：：查GB151—1999知管間距按?。汗苁行呐殴軘?shù)為： 取 22根則殼體內(nèi)徑為： 則長徑比為（合理）折流板由書可知可以選擇弓形折流板。不僅要重視加強(qiáng)換熱器傳熱元件的研究,而且防腐措施的強(qiáng)化同樣具有舉足輕重的作用,綜合考慮各方面因素,生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本的換熱器,在推動生產(chǎn)發(fā)展的同時,也會獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。特別是在較高參數(shù)的工況條件下,管殼式更顯示了其獨有的長處“目前在提高該類換熱器性能所開展的研究主要是強(qiáng)化傳熱,適應(yīng)高參數(shù)和各類有腐蝕介質(zhì)的耐腐材料以及為大型化的發(fā)展所作的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。但空心環(huán)支承的擾流作用不如折流桿支承,而且管束固定工藝相對較復(fù)雜。廣東鶴山市磷肥廠年產(chǎn)4104t硫酸的工業(yè)過程中,應(yīng)用該換熱器比傳統(tǒng)換熱器節(jié)省換熱面積50%,節(jié)省鋼材40%。王樹立[18]等實驗結(jié)果表明最佳的螺旋角與殼程流體的雷諾數(shù)有關(guān).[19]空心環(huán)支承是由華南理工大學(xué)研發(fā)的,它是由直徑較小的鋼管截成短節(jié),均勻分布在換熱管之間的同一截面上,呈線性接觸,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。的單螺旋板折流換熱器性能進(jìn)行了實驗研究,隨著螺旋角的減小傳熱效果增強(qiáng),但壓降增大,得出螺旋角為18176。、30176。商利艷[17]等分別對螺旋角為12176。其設(shè)計形式是折流板圍繞中心管螺旋纏繞,形成整體連續(xù)的螺旋折流板結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)中報道較少,張正國等[14]和英國公司[15]均有相關(guān)專利。在氣水換熱的情況下,傳遞相同熱量時,該換熱器可減少30%～40%的傳熱面積,節(jié)省材料20%～30%。縱流形支承結(jié)構(gòu)的特征是殼程流體的流動方向與管束平行,這類換熱器基本實現(xiàn)了殼程、管程流體的完全逆流,增大了有效平均溫差,提高了傳熱效果。在某些煙氣管對流換熱中,三維內(nèi)肋管具有獨特的自清灰功能,李清方[10]經(jīng)實驗,比其它強(qiáng)化管如螺紋管的傳熱效果好。 三維內(nèi)肋管是通過專用的工具經(jīng)過一定的方法對普通圓管內(nèi)壁加工而成的高效強(qiáng)化傳熱元件。同時還對該改進(jìn)型管進(jìn)行自然對流沸騰換熱特性的實驗研究,表明了改進(jìn)型縮放管的自然對流沸騰換熱性能優(yōu)于普通縮放管[7]?？s放管應(yīng)用于單相流的研究已開展很多。此外,與正常流速相比,這種插入物使換熱管的防垢能力提高8～10倍[5] 內(nèi)翅片管的特點是通過在換熱管管內(nèi)擴(kuò)大換熱面積，強(qiáng)化管內(nèi)傳熱途徑來提高換熱效率。用于液體工況,可使管殼式換熱器管程傳熱效率提高25倍。 英國CalGavin公司研制一種叫Heatex的插入物,它由一組延伸至管壁的圓態(tài)體組成,可使管側(cè)傳熱效率提高2～15倍[4]。這是由瑞士Allares公司首先提出的一種換熱管。[2] 梁龍虎[3]經(jīng)實驗研究,表明螺旋扁管管內(nèi)膜傳熱系數(shù)通常比普通圓管大幅度提高,在低雷諾數(shù)時最為明顯,達(dá)2～3倍。根據(jù)在光管表面加工螺旋槽的類型螺旋槽管有單頭和多頭之分,其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有槽深e、槽距p和槽旋角β。因此對其進(jìn)行研究就具有很大的意義。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展,換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益[2]。 換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備,在石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)應(yīng)用普遍。強(qiáng)化傳熱技術(shù)的應(yīng)用不但能節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，而且能大大節(jié)約投資成本。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 緒論固定管板式換熱器設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計第一章 緒論1 研究的目的和意義 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)等問題日益加劇。世界各國在尋找新能源的同時，也更加注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。換熱器由于其在化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，使得換熱器的強(qiáng)化傳熱技術(shù)一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現(xiàn)[1]。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右,占總投資的30%一45%。 目前,在換熱設(shè)備中,管殼式換熱器使用量最大。 換熱器換熱過程是為了實現(xiàn)下列目的：⑴通過減小設(shè)計傳熱面積來減小換熱器的體積和質(zhì)量⑵．提高已有換熱器的換熱能力⑶．使換熱器能在較低額溫差下正常工作⑷．通過減小換熱器的流體阻力來減少換熱器的動力消耗2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 換熱管是管殼式換熱器的主要組成部分，以下是列舉的集中國內(nèi)外新型高效換熱管以及它們的作用 螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內(nèi)凸的異形管,管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù),起到雙邊強(qiáng)化的作用。美國、英國、日本從1970年至1980年間對螺旋槽管進(jìn)行了大量的研究[1] 華南理工大學(xué)曾研究過1974年前蘇聯(lián)提出的一種換熱管，研究表明：在相同流速下，橫紋管的流體阻力較單頭螺旋槽管的流體阻力要小。隨著雷諾數(shù)的增大,通常也可提高傳熱系數(shù)50%以上。管子具有獨特結(jié)構(gòu),流體在管內(nèi)處于螺旋流動,促使湍流程度。 該公司還開發(fā)了一種叫HitranMatrixElements的花環(huán)式插入物,能在不增大壓降的條件下大大提高傳熱系數(shù)。用于氣體工況,可使相應(yīng)值提高5倍。該換熱管在1971年由美國提出，日本，俄羅斯等國家進(jìn)行過大量研究，研究表明：內(nèi)翅片管的可以使管內(nèi)換熱系數(shù)提高到光管的25倍[6] 縮放管是由依次交替的多節(jié)漸縮段和漸擴(kuò)段構(gòu)成,流體在該管結(jié)構(gòu)的作用下引起湍動,從而提高傳熱效率。華南理工大學(xué)提出一種改型縮放管,將每個縮放單元段中的擴(kuò)張段減到最小,并采用外凸圓弧、內(nèi)凹弧和直線相連接的方式。陳穎[8,9]經(jīng)實驗和模擬計算,表明該改進(jìn)型縮放管有較好的強(qiáng)化傳熱效果。流體在管內(nèi)受到三維肋的作用而使其熱邊界層的厚度減薄,從而提高對流傳熱膜系數(shù)。[11] 美國菲利浦石油公司于20世紀(jì)70年代,為改進(jìn)傳統(tǒng)換熱器中管子與折流板的切割破壞和流體誘導(dǎo)作用，開發(fā)了殼程流體縱流折流桿式換熱器。[1213] 從結(jié)構(gòu)上看該換熱器主要包括2大類:一類是沒有中心管,折流板為非整體連續(xù)的螺旋結(jié)構(gòu),其設(shè)計原理為:將圓截面的特制板安裝在“虛擬螺旋折流系統(tǒng)”中,每塊折流扳占換熱器殼程橫剖面的1/4,傾角朝向換熱器的軸線,使殼程流體做螺旋運(yùn)動,減少了管板與殼體之間易結(jié)垢的死角,從而提高了換熱效率。另一類是設(shè)有中心管,折流板為整體連續(xù)的螺旋結(jié)構(gòu)。另外遼寧石油化工大學(xué)陳世醒[16]又提出了一種特殊形式的折流板。、18176。、40176。的綜合性能最好。研究表明,空心環(huán)管殼式換熱器取代折流板式換熱器使換熱器鋼材減少35%～50%,氣體壓降減少30%～40%,已成功應(yīng)用于硫酸工業(yè)與石化工業(yè)?？招沫h(huán)常常與強(qiáng)化傳熱管配合使用,能夠同時強(qiáng)化管程、殼程傳熱,可獲得比普通光管高80%～100%的傳熱膜系數(shù)。3 發(fā)展方向 管殼式換熱器是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備,它具有高的可靠性和簡單易用性。綜上所述,隨著強(qiáng)化傳熱理論的研究,加強(qiáng)管殼式換熱器的改進(jìn),將高效傳熱管與殼程強(qiáng)化傳熱的支撐結(jié)構(gòu)相結(jié)合是今后換熱器發(fā)展的一個重要方向。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 傳熱工藝計算第二章 傳熱工藝計算殼程煤油的流量殼程煤油的進(jìn)口溫度 120℃殼程煤油的進(jìn)口溫度殼程柴油的工作壓力管程冷卻水的進(jìn)口溫度管程冷卻水的出口溫度管程冷卻水的工作壓力 定性溫度及物性參數(shù)管程冷卻水定性溫度=30管程冷卻水密度查物性表得=管程冷卻水比熱查物性表得=管程冷卻水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得= 管程冷卻水的粘度=管程冷卻水普朗特數(shù)查物性表得Pr2=殼程煤油定性溫度==40+(120－40)=64殼程煤油密度查物性表得殼程煤油比熱查物性表得殼程煤油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得殼程煤油黏度殼程煤油普朗特數(shù)查物性表得Pr1=1000μ1Cp1／λ1=取定換熱效率為則設(shè)計傳熱量:冷卻水流量: = 參數(shù)P：參數(shù)R：換熱器按單殼程四管程設(shè)計， 則查《管殼式換熱器原理與設(shè)計》圖 26（a） 得： 溫差校正系數(shù)： 有效平均溫差： 參考表2—7《管殼式換熱器原理與計算》初選傳熱系數(shù)： 則初選傳熱面積為：選用 不銹鋼的無縫鋼管作換熱管。則弓形折流板的弓高為： 折流板間距為： 折流板數(shù)量為： 殼程流通面積為： 殼程流速為： 殼程質(zhì)量流速為： 殼程當(dāng)量直徑為：殼程雷諾數(shù)為：