【正文】 working pressure tube 3MP, shell, work process of for 61 ℃ , the temperature tube for 80 ℃ shell cheng. Through the graduation design, I am familiar with the floating head heat exchanger process, mastered the structure of floating head heat exchanger and calculation method of floating head, learned the heat exchanger is manufacturing requirements and installation process. But, due to lack of experience and limited ability, certain shortings and even mistakes, please the teacher criticism and corrections. KEY WORDS： HEAT EXCHANGER； FLOATING HEAD； TUBESIDE； SHELLSIDE 本科生畢業(yè)設計（論文） III 目錄 第一章 換熱器概述 ............................................................................................................................... 1 換熱器的應用 ............................................................................................................................. 1 換熱器的主要分類 ................................................................................................................... 1 換熱器的分類及特點 ..................................................................................................... 1 管殼式換熱器的分類及特點 ..................................................................................... 2 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) ......................................................................................................... 5 換熱管簡介 .................................................................................................................................. 5 第二章 工藝計算 .................................................................................................................................... 7 設計條件 ....................................................................................................................................... 7 換熱器傳熱面積與換熱器規(guī)格： ...................................................................................... 8 流動空間的 確定 .............................................................................................................. 8 初算換熱器傳熱面積 39。在化工廠中，換熱設備的投資約占總投資的 10%～ 20%；在煉油廠，約占總投 資的 35%～ 40%。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。 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。 換熱器的主要分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。這類換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合。首先讓熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過，把熱量帶走。 本科生畢業(yè)設計（論文） 2 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣 氣熱交換的場合。冷、熱流體被一固體壁面隔開，通過壁面進行傳熱。 管殼式換熱器的分類及特點 由于設計題目是浮頭式換熱器的設計，而浮頭式又屬于管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類型以及結(jié)構(gòu)特點。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。 流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次就稱為一個殼程，而圖121 所示為最簡單的單殼程單管程換熱器。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程；同樣。多管程與多殼程可以配合使用 。 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。因此，當管束與殼體溫度差超過 50℃時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應力。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。更主要的缺點是當殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應力，因此為了減少溫差應力，通常需在殼體上 設置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來降低管束與殼體中的溫差應力。管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動的浮頭，故當管束與殼體受熱伸長時，兩者互不牽制，因而不會產(chǎn)生溫差應力。由上述特點可知，浮頭式換熱器多用于溫度波動和溫 差大的場合，盡管與固定管板式換熱器相比其結(jié)構(gòu)更復雜、造價更高。一束管子被彎制成不同曲率半徑的 U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個管箱。其結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過。 雙重管式換熱器： 將一組管子插入另一組相應的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖 4。其特點是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。 填料函式換熱器：圖 5 為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。拆下管箱、填料壓蓋等有關零件后，可將管束抽 出殼體外，便于清洗管間。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。 （ 1） 雙殼程結(jié)構(gòu)：在換熱器管束中間設置縱向隔板，隔板與殼體內(nèi)壁用密封片阻擋物流內(nèi)漏，形成雙殼程結(jié)構(gòu)。 （ 2） 螺旋折流板式換熱器：螺旋折流板可以防止死區(qū)和返混，壓降較小。 （ 3） 雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個管板，形成的雙管板結(jié)構(gòu)用于收集泄漏介質(zhì)，防止兩程介質(zhì)混合。國內(nèi)已使用的新效的換熱管有以下幾種： 螺紋管：又稱低翅 片管，用 光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻 倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。 表面多孔管：該管為光管表面形成一層多孔性金屬敷層，該敷層上密布的小孔能形成許多汽化中心，強化沸騰傳熱。 （ 3） 波紋管：為擠壓成型的不銹鋼薄壁波紋管，管內(nèi)、管外都有強化傳熱的作用，但波紋管換熱器承壓能力不高，管心距大而排管少，殼程短而不易控制。尤其在化工、石油、能源 本科生畢業(yè)設計（論文） 6 設備等部門所使用的換熱設備中，管殼式換熱器仍處于主導地位，因此本次畢業(yè)設計特針對這類換熱器中的浮頭式換熱器的工藝設計以及結(jié)構(gòu)設計進行介紹。工藝設計中包括了熱力設計以及流動設計，其具體運算如下所述： 設計條件 兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度 82℃，出口溫度 76℃；冷流體（自來水）進口溫度 51℃，出口溫度 71℃。 因兩流體中苯發(fā)生相變 ,水的對流傳熱系數(shù)一般較大且易結(jié)垢 ,故應使循環(huán)水走管程，苯品走殼程。 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。這是因為：被冷卻的流體走殼程可便于散熱，而傳熱系數(shù)大的流體應走管程，這樣可降低管壁的溫差，減少熱應力，同時對于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。A 傳熱計算（熱負荷計算） 熱負荷： Qc=mo△ H+mocpto+mocpt1 =3500 394 ﹢ 3500 (8280) ﹢ 3500 (8076)=? 106kj/h= 冷卻水用量： 1407000 1 5 2 2 0 k g /hti 4 . 6 2 2Qoc p i? ???= （ ）△ （ 7151 ） 有效平均溫差 39。 采用平均溫度差。m = = = 4t 1 l n l nt 2 △ △ （ 80 76 ） （ 71 51 ）△ （ ℃ ）△ 80 76△ 71 51 )( 0, Cmttmtm ???????? 總 按經(jīng)驗值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 K估 =300W/（㎡﹒℃）； 初算出所需的傳熱面積 39。= 7 3 .3 4 mtm 3 0 0 1 7 .7 6QK ??? （ ）△ 總 ； 考慮到所用傳熱計算式的準確程度及其他未可預料的因素，應使所選用的換熱器具有換熱面積 0A 留有裕度 10%25%，故有 39。 本科生畢業(yè)設計（論文） 9 所選浮頭式換熱器的規(guī)格參數(shù)以及其工藝計算常用參數(shù)可參考表 23與表24（附第二章后）。取管心距 t=，則 T=?20=25（ mm） 橫過管束中心線的管數(shù) nc= 288 = 取 19（根） 換熱器型號、參數(shù)的確定 將選型計算所得換熱器管管子數(shù)與布管總數(shù)相比較，如果換熱器管管子數(shù)大于布管總數(shù)，則需更換公稱直徑 DN,然后重新計算布管總數(shù)；如果換熱管管子數(shù)小于布管總數(shù)，則可最終確定換熱器型號，并將換熱器的型號參數(shù)輸出。 殼體內(nèi)徑計算 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η =，則殼體內(nèi)徑為 D= /N? =?25 286/ =556（ mm）取 600mm 圓整可取 D=600mm 式中： T— 管心距 本科生畢業(yè)設計（論文） 10 N— 傳熱管總根數(shù) η — 管板利用率 圓缺高度計算： 采用弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25﹪，則切去的圓缺高度為h=?600=150mm 取折流板間距 B=,則 B=? 600=300mm，可取 B 為 300mm 折流板的計算 折流板 一般都比較薄，為了盡量避免加工偏差，便于管束裝配，全部折流板應疊在一起同時進行鉆孔為好，待鉆孔工序完成后再按對稱方向根據(jù)需要的形狀進行邊緣加工。折流板的缺口一般在排管中心以下或切于兩排管孔的小橋中間。一般采用等距分布。折流板的最大間距與管徑及殼體直徑有關。 2． 3． 2 換熱器的流體阻力 （ 1） 管程流動阻力 i t s pP? ? ? ?? 12（ P + P ） F N N Ns=1， Np=4， Ft= 22i2l u ud 2 2P????? ? ?1P= ， 由 Re=10061 ，傳熱管相對粗糙度 ，查莫狄圖得i? =℃，流速 ui=， ? =994kg/m3，所以 24 . 5 0 . 3 9 8 31 0 . 1 1 1 3 6 8 . 5 a0 . 0 1 6 2P ?? ? ? ? ?