换热器毕业设计论文 第1章 浮头式换热器就是管壳式换热器系列中的一种,它的特点就是两端管板只有一端与外壳固定死,另一端可相对壳体滑移,称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束,因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力,另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便,易清洗,在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计,按照设计要求,在结构的选取上,即壳侧两程,管侧四程。首先,通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计,设计的前半部分就是工艺计算部分,主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算;设计的后半部分则就是关于结构与强度的设计。主要就是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件(如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈)的设计。 换热器就是国民经济与工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发与能源问题的日趋严重,世界各国已普遍把石油化工深度加工与能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性与可靠性起着重要的作用,有时甚至就是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右,其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵与蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时,促进换热设备的结构紧凑性,产品系列化、标准化与专业化,并朝大型化的方向发展。浮头式换热器就是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管,也可为带翅片的翅片管,翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等,材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形,也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱与平盖管箱等。随着我国工业化与城镇化进程的加快,以及全球发展中国家经济的增长,国内市场与出口市场对换热器的需求量将会保持增长,客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来瞧,在国家大力投资的刺激下,我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长,大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大型换热器毕业设计论文 风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟,都将对换热器产业产生巨大的拉动。 未来散热器将会朝着更加节能环保与美观实用的角度不断创新与发展,短时期钢制柱式散热器与铜铝复合散热器任将会就是市场主流产品与选择。 换热器在工业生产与生活的各个领域都得到了广泛的应用,而且其功作性能的优劣直接影响着整个装置与系统综合性能的好坏,因此换热器的合理设计极其重要,所以一个合理的换热器应满足一下的几点要求: (1)在给定的工作条件(流体流量、进口温度等)下,达到要求的传热量与流体出口温度; (2)流体压降要小,以减小运行的能量消耗; (3)满足外形尺寸与重量要求; (4)安全可靠,满足最高工作压力,工作温度以及防腐、防漏、工作寿命等方面要求; (5)制造工艺切实可行,选材合理且来源有保证,以减少初投资; (6)安装、运输以及维修方便等。按照设计要求,在结构的选取上,为了增大压差校正系数,采用了壳侧两程管侧四程。 通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计。在结构设计时,要考虑许多因素,例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及拆卸等等。之后对有些部件进行强度校核并进行对其优化设计。 换热设备就是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其她许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中,换热设备的投资约占总投资的10%-20%,在炼油厂中,约占总投资的35%-40%。

1、1换热设备的应用 浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束,因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力,另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便,易清洗,在化工工业中应用非常广泛。在工业生产中,换热设备的主要作用就是使热量又温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到工艺过程规定的指标,以满足工艺过程上的需要。此外,换热设备也就是回收余热与废热,特别就是低位热能的有效装置。 换热器毕业设计论文

图1-1浮头式换热器实物图

1、2换热器设备的分类

1.2.1按作用原理分类 (1)直接接触式换热器 直接接触式换热器又称混合式换热器,就是利用冷,热流体直接接触,彼此混合进行换热的换热器。为增加两流体的接触面积,以达到充分换热,在设备中常放置填料与栅板,通常采用塔状结构。如冷却塔,冷却冷凝器等。 (2)蓄热式换热器 蓄热式换热器又称回热式换热器,就是借助于固体构成的蓄热体与热流体与冷流体交替接触,把热量从热流体传递给冷流体的换热器。在换热器内首先由热流体通过,把热量积蓄在蓄热体中,然后由流体通过,由蓄热体把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触,因此不可避免地会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合,则不采用蓄热式换热器。 (3)间壁式换热器 它又称表面式换热器,就是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开,互不接触,热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器就是工业生产中应用最为广泛的换热器,其形式多样,如管壳式换热器与板式换热器都属于间壁式换热器。 (4)中间载流体式换热器 它就是把两个间壁式换热器由在其中循环的载流体连接起来的换热器。载流体在高温流体换热器与低温流体换热器之间循环,在高温流体换热器中吸收热量,在低温换热器毕业设计论文 流体换热器中把热量释放给低温流体,如热管式换热器等。 1.2.2按作用方式分类 (1)管式换热器 管式换热器都就是通过管子壁面传热的换热器。按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕管式换热器与管壳式换热器等。蛇管式换热器一般由金属或非金属管子,按需要弯曲成所需的形状,如圆盘形、螺旋形与长的蛇行等。它就是最早出现的一种换热设备,具有结构简单与操作方便等优点。按使用状态不同,蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管与喷淋式蛇管两种。套管式换热器就是由两种不同大小直径的管子组装成同心管,两端用U形弯管将她们连接成排,并根据实际需要,排列组合成传热单元,换热时,一种流体走内管,另一种流体走内外管间的环隙,内管的壁面为传热面,一般按逆流方式进行换热。两种流体都可以在较高的温度、压力、流速下进行换热。套管式换热器的优点就是结构简单,工作适应范围大,传热面积增减方便,两侧流体均可提高流速,使传热面的两侧都可有较高的传热系数;缺点就是单位传热面的金属消耗量大,检修、清洗与拆卸都较麻烦,在可拆连接处容易造成泄漏。管壳式换热器就是目前应用最为广泛的换热设备。在圆筒形壳体中放置了许多管子组成的管束,管子的两端固定在管板上,管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子,改善传热性能,在筒体内间隔安装多块折流板,用拉杆与顶距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上与两侧的端盖上装有流体的进出口,有时还在其上装设检查孔,为了安置测试仪表用的接口管,排液孔与排气孔等。缠绕管式换热器就是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋闲形状交替缠绕而成,相邻两成螺旋状传热管的螺旋方向相反,采用一定形状的定距管使之保持一定的距离。缠绕状传热管可以采用单根绕制,也可采用两根或多跟组焊后一起绕制。管内可以通过一种介质,称通道型缠绕管式换热器;也可分别通过几种不同的介质,而每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上,构成多通道型缠绕管式换热器。缠绕管式换热器适用于同时处理多种介质等场合。 (2)板面式换热器 板面式换热器就是通过板面进行传热的换热器。板面式换热器按传热板面的结构形式可分为以下五种:螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳就是换热器与伞式换热器。板面式换热器的传热性能要比管式换热器优越,由于结构上的特点,使流体能在较低的速度下就达到湍流状态,从而强化了传热。板面就是换热器采用板换热器毕业设计论文 材制作,在大规模组织生产时,可降低设备成本,但其耐压性能比管式换热器差。 第2章 浮头式换热器热力计算 浮头式换热器热力计算一般包括:定性温度与物性参数,初选结构,管程热力计算及流量计算,壳程换热计算,传热系数,管程压降,壳程压降压强校核。 2、1原始数据 油进口温度: '1t=175℃ 油出口温度: "1t=155℃ 油工作压力: P1=1、6MPa 水进口温度: '2t=144℃ 水出口温度: "2t=163℃ 水工作压力: P2=2MPa 壳体内径: DS=700mm 管箱内径: DN=750mm 换热管规格:Φ19×3 L=8m

2、2定性温度与物性参数计算

水的定性温度: Cttt5.15321631442222 水的密度: ρ2=913kg/m3 水的比热: Cp2=4、32kJ/kg℃ 水的导热系数:k2=0、686W/m℃ 水的粘度: μ2=168、8×10-6 水的柏朗特数:Pr2=1、08 油(柴油)的定性温度:

Cttt16521551752111 油的密度: ρ1=715 kg/m3 油的比热: Cp1=2、48 kJ/kg℃ 油的导热系数:k1=0、133 W/m℃