双管程固定管板式换热器（200t·h)【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 课题名称 流量为 200t/设计者 宋雅诗 图号 计参数 管口表 容器类别 符号 公称尺寸 用途或名称 参数名称 壳程 管程 a 450 进油管 工作压力 b 450 出油管 设计压力 .5 c 200 热水出口 工作温度 25 90 d 设计温度 150 95 e 20 放气口 介质 油 水 f 20 放气口 介质特性 h 200 冷水进口 推荐材料 0钢 g 20 排液口 腐蚀余量 0.3 m 20 排液口 焊接接头 系数 程数 1 2 传热面积 465 465 换热管 推荐尺寸 管子与管板 连接方式 强度焊接 强度焊接 设计参数： 壳程：壳程介质为热油，由 25加热到 70； 管程： 管程为水，入口温度为 160，出口温度为 90；流量为 200t/h 结构为固定管板式换热器 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 内容摘要 本设计为固定管板式换热器，由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成。其结构较紧凑，排管较多，在相同直 径情况下面积较大制造较简单。本设计采用单壳程，双管程。管程工作压力 2作温度 90摄氏度，介质为水。壳程工作压力 作温度 70摄氏度，介质为油。 固定管板式换热器的设计包括：管子的规格和排列方式、圆筒、封头、管板的材料选择及厚度设计，拆流板、防冲板的选择等。首先管子的选择是以清洗方面及合理使用管材为原则。管子在管板上的排列方式为三角形排列。因为三角形排列时，管板的强度高、流体短路机会少，且相同管程内可排列更多的管子。壳体厚度计算式是由圆筒薄膜应力准则推导出的。其最小壁厚应不小于封头内径的 管板是管壳式换热器中最重要的部件之一，在选材时除力学性能外，还应考虑流体的腐蚀性的影响。在计算厚度时，要在满足强度要求的前提下，尽量减少管板的厚度。拆流板最常用的为圆缺型挡板，切去的弓形高度一般取外壳内径的 20% 25%。 关键字： 换热器 管板 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 a is of of to of a is in of an in in in as a ei a to 05 ts/h a to of a to of in to be in to a in in to of a to to to or a to to a to a to it to a a a by ie a in to be an is to 50 is to ,400,000,000,000 an an 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of a to to to 0% in he is in in to an a to of to of In of is a of to a of to on in to o a s s to be i a b 1=35 of a to to in on to on to so to to in is to is in of in an it is is of a to of a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章 综述 . 1 言 . 1 . 2 . 3 . 3 . 3 . 4 . 4 第二章 工艺计算说明书 . 9 2 1原始数据 . 9 2 2定性温度及物性参数 . 9 2 3传热量与油流量 . 10 2 4有效平均温差 . 10 2 5管程换热系数 . 10 2 6结构的初步设计 . 11 2 7壳程换热系数计算 . 11 2 8传热系数计算 . 12 2 9管壁温度计算 . 12 第三章 结构设计说明书 . 12 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 1换热管材料及规格的选择和根数的确定 . 12 3 2布管方式的选择 . 13 3 3筒体内径的确定 . 13 3 5封头形式的确定 . 14 3 6管箱短节壁厚计算 . 15 3 7容器法兰的选择 . 15 第四章 管板尺寸的确定及强度计算 . 17 4 1筒的计算 . 17 4 2对于延长部分兼作法兰的管板的计算 . 18 4 3假定管板的厚度计算 . 21 4 4 . 24 4 5法兰厚度的计算 . 24 4 6法兰力矩的的危险组合 . 25 4 6 1只有壳程设计压力 管程设计压力 ，不计膨胀节变形差（即 r=0）。 . 25 有壳程设计压力，而管程设计压力 ，并且计入膨胀变形差。 . 26 有管程设计压力 壳程设计压力 ，不计膨胀节变形差时： . 28 有管程设计压力 壳程设计压力 ，同时计入膨胀变形差时 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 30 . 31 . 31 兰的选择 . 31 . 33 . 35 . 36 箱耐压试验的应力校核计算 . 38 . 39 . 39 . 40 参 考 文 献 . 44 致谢 . 45 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 综述 言 换热器的发展已经有近百年的历史，被广泛应用在石油、化 、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域。进入 80 年代以来，由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。 按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器 、冷凝器、蒸发器等。按照制造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 目前在发达的工业国家热回收率 已达 96 % ,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的 35 % 40 %。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、新型热管和蓄热器等设备 , 其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化 , 换热器也趋于大型化 , 并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以 、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。 换热 器是 是传热流体与冷流体设备，换热器，也被称为热交换器的一部分 各类类型的热交换器作为一个过程中必不可少的设备，广泛应用于化工，制药，电力，冶金，交通，制冷，轻工等行业。这取决于如何生产工艺和生产规模，设计投资，能耗低，传热效率高的过程中，维护热交换器，旨在提高技术水平的容易具有十分重要的意义。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 热交换器的分类 由于制造工艺和科学水平，早期的热量只有一个简单的结构，并且一个小的传热面积，体积庞大和笨重，如蛇管式换热器的限制。随着制造工艺的发展，逐渐形成一个管壳式换热器，它不仅具有较大的单位体积的传热面 积和传热效果也不错，很长一段时间，成为在工业生产中的热的典型变化。 20 世纪 20 年代出现板式换热器，并在食品工业中使用。与代管制成，结构紧凑，传热效果好，从而逐渐发展成为各种形式的板式换热器。 30 年代初，瑞典首次成螺旋板式换热器。那么英国的法律体系营造钎焊铜及铜合金由冷却飞机发动机的板翅式换热器制造。 30 年代后期，瑞典创造了纸浆厂第一壳式换热器。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的散热问题，人们的新材料开始关注到热交换器。 构 由壳体，换热管，管板，由折流板（挡板）和管箱和其它部件。多圆柱形壳体，与内部的管束，管束两端固定在管板上。在管道中流动的两个热和冷的热交换流体，被称为管流体 ;在另一流管，称为壳侧流体。以提高传热系数管流体，安装于所述壳体通常是几个挡板。快门速度可以提高流体的外壳，迫使流体从束所需的多个横向，增强流体湍流程度。在管板管可设置在等边三角形或正方形。安排在一个更加紧凑，管外流体的湍流，传热系数高度等边三角形 ;外管易于清洁，方便适用流体结垢方安排。 以提高在管中的流体的速度，该管可以在分离器室的两端被提供时，整个管道被分成几组。仅通过该管，该束多次在来回，这就是所谓的多管的这种 流体的一部分。同样地，为了增加外管的流率，所述纵向挡板可以安装在外壳中，从而迫使流体通过几种已知的多壳的容纳空间。多管壳，并且可以与多个应用程序中使用。通过管束每一次所谓的流体 ;每一次由壳称为 示为最简单的单壳单管式换热器，换热器简称为 1 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 型 因为流体，所述壳体和所述热交换管束的随之而来的温度的类型的内管和外管的温度是不同的。如果两个温度相差很大，就会有该热交换器内的显著热应力，从而导致管的弯曲，断裂，或从管板拉断。因此，当管束与壳体温 固定管板换热器管的管板和壳体的两端成 一体，结构简单，但只适用于冷热流体和壳式换热器温差小操作，无机械清洗时间。当外壳与压力之间的温度差不稍微高，弹性补偿环安装在壳体，以减少热应力上。 式换热器管在管板的一端可以是自由浮动的，完全消除了热应力 ;并且整个束可从壳体中移除，以促进机械清洁和保养。广泛使用式换热器，但结构较复杂，成本较高。 U 型管换热器管是每个弯曲成 U 形管两端分别固定于下两个领域相同的电路板，由舱壁成进出口商会内管的手段。这样的热交换器被完全消除应力，浮动磁头结构较简单，容易清洗管。 金属材料换热器 热的腐 蚀性化学品生产流体，需要使用陶瓷，玻璃，聚四氟乙烯，石墨和管壳式换热器的其它非金属材料制成。这类换热器的性能差，仅对于低压力，振动，温度低的应用程序。 道的选择 热和冷的热交换流体，根据以下原则来选择通道：不洁应该去易结垢流体管，因为管清洗更方便 ; 腐蚀性流体宜走管，使管束与壳体而腐蚀 ; 高流体压力管应该去，以避免在压力下的情况 ; 应的饱和蒸汽，蒸汽冷凝传热系数的壳由于流速是独立的，且易于冷凝液排出 ; 如果两种流体大的固定管板式换热器的选择，之间的温差应使流体的传热系数去大壳，以减少热应力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 作强化 当壁传热的两侧系数相差很大时（换热器，诸如之间的液体和气体粘度小），应尽量减少对低热阻侧的传热系数。如果外热管的系数很小，雄性，可以使用（低翅片管），流体，以增加传热面积和紊流管的外侧，降低了热阻。如果将内管的传热系数小，可以设置捻铁，螺旋线圈和其它添加剂中的管，以提高内管的扰动，强化传热，当然，然后该流体的流动阻力也将增加。 预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 3、过热器 过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。 4、蒸发器 蒸发器用于加热流体，达到沸 点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。 三、按换热器的结构分类 可分为： 式换热器 、 固定管板式换热器 、 U 形管板换热器、 板式换热器 等。 期国内外开发研究的发展方向 金属材料在一定的范围内具有金属材料不可比拟的优点。石墨材料具有优良的导电、导热性能 ,较高的化学稳定性和良好的机加工性 ,氟塑料具有特别优良的耐腐蚀性。氟塑料耐腐蚀性能极强 ,并且与金属材料相比还具有成本上的优势。复合材料如搪瓷玻璃具有优良的耐腐蚀性能、良好的耐磨性、电绝缘性以及表面光滑不易粘附物料等优点 ,已经用于制作换热产品。陶瓷材料因其优异的耐腐蚀性、耐高温性能而引起工业界的高度重视 ,已经在换热产品的制造中得到应用。 力学和模型化设计的应用。在换热器的热流分析中 ,引入计算机技术 ,对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真 ,以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上 ,在换热器的模型设计和设计开发中 ,利用 使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计。 用先进的测量仪器来精确测量换热器的流场分布和温买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 度场分布 ,并结合分析计算 ,进一步摸清不同结构的强化传 热机理。采用数值模拟方法对换热器内流体流动和传热过程进行研究 ,预测各种结构对流场及传热过程的影响。 利用振动、电场方法强化传热的机理研究、试验研究 ,给出对比试验数据 ,提出理论计算模型。 达到管壳程同时强化的目的 ,强化结构组合研究将成为近期传热强化技术研究的发展方向。 出了一种先进方法，即气动喷涂法，来提高翅片化表 面的性能。其实质是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷 (金属陶瓷 混合物 )，从而得到各种不同性能的表面。通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为了评估 翅片管 换热器元 件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂 ，并添加了 24a 白色 电炉 氧化铝。将试验所得数据加以整理，便可评估翅片底面的接触阻力。将研究的翅片的效率与计算数据进行比较，得出的结论是：气动喷涂翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点，又对基部 (管子 )与表面 (翅片 )的过渡区进行了金相 结构分析 。 接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以，气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成，能促进粉末粒子向基体的渗透，这就说明了附着强度高，有 物理接触 和金属链形成。因而气动喷涂法不但可用于成型，还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上，也可用来对普通翅片的底面进行补充 加固。可以预计，气动喷涂法在紧凑高效换热器的生产中，将会得到广泛应用。 程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成曲折的 流道 系统 (z 字形流道 )，这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死角又能造成壳程结垢加剧，对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。其后果是，与 活塞流 相比，弓形折流板会降低净传热。优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求，故常为其他型式的换热器所取代 (如紧凑型板式换热器 )。对普通折流板几何形状的改进，是发展壳程的第一步。虽然引进了密封条买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能，但普通 折流 板设计的主要缺点依然存在。 美国 提出了一种新方案，即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性已为流体动力学研究和传热试验结果所证实，此设计已获得专利权。此种结构克服了普通折流板的主要缺点。螺旋折流板的设计原理很简单：将圆 截面 的特制板安装在 “拟螺旋折流系统 ”中，每块折流板占换热器壳程 中横剖面的四分之一，其倾角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接，与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠，如欲缩小支持管子的跨度，也可得到双螺旋设计。螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的灵活性，可针对不同操作条件，选取最佳的螺旋角；可分别情况选用重叠折流板或是双螺旋折流板结构。 司开发了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的 布朗 公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了 “压扁 ”与 “热扭 ”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单，但有许多激动人心的进步，它获得了如下的技术经济效益：改进了传热，减少了结垢，真正的逆流，降低了成本，无振动，节省了空间，无折流元件。 旋 运动，促进了湍流程度。该换热器总传热系 数较常规换热器高 40%，而 压力降 几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照 准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。 翅片 )的 螺旋管式换热器 ，一般都是采用焊接方法将金属丝固定在管子上。但这种方法对整个设备的质量有一系列的影响，因为钎焊法必将从换热中 “扣除 ”很大一部分管子和金属丝的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎会造成机器和设备堵塞，随之提前报损。 件 由 螺旋形板组成的 换热器 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 式换热器 是一种高效换热器设备，适用汽汽、汽液、液液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按 结构形式可分为 不可拆式（ 型）螺旋板式及可拆式（ 型、 型）螺旋 板式换热器 成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。 部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。 不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。 可拆式 螺旋板换热器 结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。 可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。 以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定：并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合：一个通道并联，一个通道串联。 ，广泛适用于汽 水换热的各个领域。由中国洛阳蓝海实业有限公司自主研发。它以蒸汽为动力，通过汽水压缩混合，使水温瞬时升高，利用压力激波技术达到无外力增压的效果，显著的节能和增压特点大大降低了用户使用成本，可取代传统的热交换器。 水换热设备，蒸汽经过绝热膨胀技术处理以射流态引入混合腔与经过膜化处理的被加热水在蒸汽冲击力作用下均匀混合，形成具有一定计算容积比的汽水压缩混合物，当其瞬间压缩密度达到一定值时便形成了两相流体场现象。在场态的激化下，该混合物的声速值出现突破声障临 界的过渡性转变，同时爆发大量压力激波，压力激波单向传导特性使瞬间达到买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 设计温度的热水在不变截面管道中出现压力升高却不回流现象。变声速增压热交换技术是以两相流体场的有序激化强制完成 瞬时换热 +无外力增压 双效应。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 第二章 工艺 计算说明书 2 1 原始数据 管程水的进口温度 =160 管程水的出口温度 =90 管程水的工作压力 程油的入口温度 =25 壳程油的出口温度 =70 壳程油的出口压力 程油的流量 00000kg/h 2 2 定性温度及物性参数 管程水定性温度 25 管程水密度查物性表得 1=945kg/程水比热查物性表得 ） 管程水导热系数查物性表 1=程水粘度 1=10s 管程水布朗特数查物性表得 程油定性温度 壳程油比热查物性表得 ） 壳程油密度查物性表得 2=800 kg/程油导热系数查物性表得 2= m ） 壳程油粘度 2=10s 壳程油布朗特数查物性表得 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 2 3 传热量与油流量 取定换热效率 =设计传热量 Q= - 1000/3600 =200000 90 1000/3600=107W 由 Q=- 导出油 流量 s 2 4 有效平均温差 （ - -（ - / （ - /（ - =（ 70-（ 90/ （ 70（ 90= 参数： P=（ /（ - =（ 90（ 20=数： R=（ - ） /（ - =（ 20（ 90=热器按单壳程 2管程设计则查得 管壳式换热器原理与设计 差校正系数 =效平均温差： nn t=t = 2 5 管程换热系数 初选传热系数 40（ K） 则初选传热面积为： ）tK（/106/（ 240 =用 25 无缝钢管做换热管。 则：管子外径 5子内径 0子长度 L=6000需要换热管根数： ）Ld14 3.（/F= =988 可取换热管根数为 988根 则管程流通面积： /4d3 N /N=a 298/2 =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 管程流速： ）3600a（/G= 111 =200000/（ 945 3600） =s 管程雷诺数： =/e 145 10=26530 管程传热系数（化工原理 3 8 6 . 7 2=1 . 4239100 . 6 8 5 / 0 . 0 20 . 0 2 3=0 . 0 2 3 = 0 . 40 . 8 0 . 410 . 812 6 结构的初步设 计 查 管间距按 管间距 s=束中心排管数； t =88 =34根 则壳体内径：0i 4d+）1s=D= 34+4 内径： 长径比： L/： 弓形折流板的弓高： h=（ 流板间距： B=流板数量 7 壳程换热系数计算 壳程流通面积： 0 . 1 0 5=）20 . 0 2 5 / 0 . 0 3 . 20 . 4=）/B=壳程流速： ）G= 2222 = 800 =程质量流速： 222 =W =800 程当量直径： ）d （ 988 =程雷诺数2e=800 1 100835 切去弓形面积所占比例按 h/热因子 L/： =40 壁温下水的粘度： w=62 10s 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 粘度修正系数 （=（ 91/62） 程传热系数 /3/ 122 *6=643 2 8 传热系数计算 查 38页可知 油侧污垢热阻： /W） 管程水 污垢热阻 ： /W） 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计 可以计算出总传热系数 2 6 2 . 6=）/+/r+1/ （1/=i/40=理） 2 9 管壁温度计算 管外壁热流密度计 算 ）Q=106/（ 988 ） =58193W/ 管外壁温度： ）r+1/ （51/643+=差校核 =差不大 合适 第三章 结构设计说明书 3 1 换热管材料及规格的选择和根数的确定 序号 项目 符号 单位 数 据来源及计算公式 数值 1 换热管材料 20# 2 换热管规格 25 6000 3 传热面积 A =Q/65 4 换热管根数 N 根 N=A/88 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 3 2 布管方式的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和数据计算 数值 1 转角正三角形 1 2 换热管中心距 S 2 32 3 隔板槽两侧相邻管中心距 Sn 2 44 3 3 筒体内径的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 换热管中心距 S 2 32 2 换热管根数 （ +4d 1156 8 实取筒体公称直径 D B/200 3 4 筒体壁 厚 的确定 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 c= 筒体内径 di 三 200 3 筒体材料 20R 4