螺旋板式换热器设计VIP

本科毕业设计设计题目：螺旋板式换热器的设计学生姓名：岳庆法学 号 ：201001030212专 业 ：化学工程与工艺指导教师：王闰学院：化学化工与材料科学学院12014 年 5 月 20 日毕业论文（设计）内容介绍论文（设计）题目 螺旋板式换热器的设计选题时间 2013.12.24 完成时间 2014.05.20论文（设计）字数7000关键词 螺旋板式换热器，热工计算，结构设计，焦化节能论文（设计）题目的来源、理论和实践意义：本课题的来源：焦化厂化产车间产生的废循环氨水,温度在 80 摄氏度左右,这一部分热量直接排放掉会比较可惜；但由于热的品质不高，较难回收。利用螺旋板式换热器高效的换热性能对这一部分能量进行回收，加热采暖水，为供暖节省了大量的能耗。题目具有较强的实用性和专业性，符合专业培养化工生产专门人才的需要，满足综合训练的基本要求。利于提高设计者运用所学理论、专业知识和基本技能分析解决化工生产中实际问题的能力。为今后从事化工方面的生产、设计及研究工作打下坚实的基础。论文（设计）的主要内容及创新点：本设计的主要任务是对螺旋板式换热器的设计。设计过程包括:一、选题与任务书分析；二、收集资料；三、技术设计；四、工程图纸绘制；五、编写毕业设计说明书。其中技术设计最为重要，它的内容包括：第一部分是热工计算；第二部分是换热器的结构设计；第三部分是附件的计算和选择；第四部分分别对螺旋通道和轴向通道做了阻力降计算。最后提交的作品包括毕业设计说明书一份和螺旋板式换热器的装配图（A1 图幅）一张。本设计的创新点：考虑到循环氨水的流量比较大和现场安装空间有限，无法采用多台设备并联安装，所以采用立式组合式结构。将两台螺旋板换热器上下叠加组合，让采暖水并联走螺旋通道，循环氨水沿轴向通道流动。这样，介质换热为错流换热。附：论文（设计） 本人签名：岳庆法 2014 年 5 月 20 日摘要该设计简要叙述了螺旋板式换热器的基本发展历程、自身的优缺点及其结构型式。本设计利用螺旋板换热器高效的换热性能对焦化产生的循环氨水进行余热回收以供采暖使用。根据焦化厂提供的工艺条件，通过热工计算、结构设计,确定出换热器的结构形式，并对螺旋板的阻力降进行了校核。最后在设计总结中提出自己对换热器的制造工艺及其注意问题的见解。关键词：螺旋板式换热器，热工计算，结构设计，焦化节能AbstractThis design briefly introduces the basic development process, the advantages and disadvantages and the structure of spiral-plate heat exchanger. Considering the high-efficiency of spiral-plate heat exchanger, we used it to recycle the waste heat from circling ammonia water in coking plant, which could be used to heat the heating water. Based on the technological conditions,I did the thermal calculation and structural design and proofread the strength and rigidity of the spiral-plate heat exchanger. I put forward my own suggestions about the heat exchanger design at the end.Keywords: spiral-plate heat exchanger, thermal calculation, structural design, energy efficiency in choking plants目录前言 .1第 1 章螺旋板换热器简介 .21.1 发展历程 .21.2 主要优点 .21.3 主要缺点 .31.4 结构型式 .3第 2 章热工计算 .52.1 介质的物性参数 .62.1.1 采暖水侧物料的物性参数 .62.1.2 热负荷计算 .62.1.3 循环氨水侧物料的物性参数 .62.1.4 热交换组合形式 .72.2 tm 的计算 .72.3 K 的计算 .82.3.1 污垢热阻的选取 .82.3.2 管壁热阻的计算 .82.3.3 采暖水一侧给热系数的计算 .92.3.4 循环氨水一侧传热系数的计算 .102.3.5 K 的计算 .102.4 换热面积的计算 .10第 3 章结构尺寸计算 .123.1 外径 D 的计算 .123.2 定距柱的选择与计算 .133.3 中心隔板的计算 .133.4 半圆端板的计算 .14第 4 章筒体、椭圆封头和其他附件的选择和计算 .154.1 半圆筒体的计算 .154.2 椭圆封头的选择 .164.3 接管的计算和选择 .164.4 容器法兰的选择 .174.5 接管法兰的选择 .174.6 支座的设计 .18第 5 章阻力降计算 .195.1 螺旋通道的阻力降 .195.2 轴向通道的阻力降 .19设计总结 .20参考文献 .21致谢 .221前言受内蒙古恒坤化工有限公司的委托，王闰老师的山东汉特工业设备制造有限公司要为内蒙古恒坤化工有限公司设计一组换热器，回收该公司焦化化产车间工艺系统中循环氨水携带的大量预热，用于该公司的采暖系统。恰巧学校安排我跟随王闰老师做毕业设计，我有幸参与了该换热组的设计。现将该设计整理出来，作为本人的毕业设计报告，向各位老师汇报几年来的学习成果。在王闰老师和山东汉特工业设备制造有限公司张海涛等多位师兄的热心指导下，通过本次设计，我对换热器设计以及所需要的化工原理、化工设备等学科的知识，有了进一步的理解，为自己即将毕业，走向新的工作和学习环境，打下了坚实的基础。自己感觉底气足了，信心强了，独立工作的能力也得到增强。在此我对指导我进行本次毕业设计的王闰老师表示诚挚的谢意。以下是本设计的相关技术数据：根据内蒙古恒坤化工有限公司的要求，用一组螺旋板式换热器回收利用循环氨水的热量加热公司整个采暖系统，根据用户提供的采暖面积等要求，初步估算需循环水约 300 m3 /h，以下列出设备设计工艺条件：序号 项目 热侧 冷侧 备注1 介质名称 循环氨水 采暖水2 工作压力 MPa 0.5 0.43 设计压力 MPa 0.6 0.64 进口温度 80 455 出口温度 待求 686 设计温度 95 957 介质流量 m 3 /h 1000 3008 换热器结构形式 螺旋板式换热器2第 1 章 螺旋板换热器简介根据与客户的交流和综合考虑，双方确定本装置选用螺旋板式换热器。螺旋板式换热器是由两块平行的钢板，在中间布焊定距柱，在专用卷床上卷制而成，两端可以采用板条（圆钢）密封，形成不可拆式结构；也可以只密封一个通道，然后两端用盲板密封，形成可拆式结构；按照要求使两流体按照不同的方式流动，可以形成逆流流动，也可形成错流流动。由于螺旋般换热器流道内布焊了定距柱，介质在流道内流动时受到定距柱的扰动，加上螺旋状的流道随时改变介质的流动方向，使得介质在流道内即使流速很低的时候，也能形成湍流，所以螺旋板式换热器的传热效率很高，一般能达到管壳式换热器的三至四倍。1.1 发展历程螺旋板式换热器是瑞典罗森布拉德公司于 1930 年首先推荐使用的，很快就开始成批生产并取得了专利权。随后许多国家根据这个公司的专利相继仿照。英国 APV 公司、美国 AHRCO 公司、西德 ROCA 公司、日本大江和川化公司以及荷兰、捷克、苏联等国都以成批生产。日本是第二次世界大战以后才开始生产，各工厂均制定了各自的系列标准。苏联在 1966 年颁布了国家标准-OCT206766。 我国在五十年代已在化学工业中开始制造和使用了螺旋板式换热器。到了六十年初期，由于采用了专用的卷床卷制，提高了产品质量并能成批生产。到了 1970 年，苏州化工机械厂和一机部通用机械研究所开始进行标准化，系列化生产，随后并与大连工学院协作对螺旋板式换热器的传热和流体阻力进行了系统的研究。1973 年一机部制定了部标准 JB1287-73。2003 年 3 月，国家经济贸易委员会发布螺旋板式换热器行业标准 JB/T4751-2003,该标准更详细的规范了螺旋板式换热器的设计、制造、生产、检验及验收等工作。1.2 主要优点A.传热效率高流体在螺旋板换热器中做螺旋流动，由此产生的离心力提高了流体的湍流程度。此外，在通道中的定距柱也破坏了边界层而产生涡流。因此，在较低的雷诺数下就可以形成湍流，一般 Re=14001800 之间，最低的在 Re=500 时就能形成湍流，视定距柱的布置情况和数目而定。B两流体逆流和低温传热3两种流体在较长的螺旋通道内可进行完全逆流的热交换。当两流体的进出口温度一定时，逆流的对数平均温度差要比并流、错流或折流时的大，因而单位面积的传热量也大。另一方面，如果要求单位面积传热量相等，则采用逆流传热就能以较小的对数平均温度差来完成。这对于低温热源的利用是十分有利的。C不易结垢流体在螺旋板换热器中走的是单通道，它的允许流速又比其他类型的换热器高（通常，对粘度不大的液体为 2 米/秒，对气体为 20 米/秒） ，因此不易结垢。D结构紧凑、不用管材、制造简便螺旋板换热器是用金属板卷制的，因此没有管板、官箱等不起热交换作用的部件，在传热面积相同时，比列管式换热器紧凑得多，单位体积的传热面积约为列管式换热器的 23 倍。制造时机械加工量少，成本低。不用无缝钢管这一点对我国是有现实意义的。1.3 主要缺点A操作压力受到限制螺旋板换热器的操作压力主要由一定厚度的金属板材和密封结构来承受。为了提高操作压力，相应的就要增厚板材，对密封结构的要求也提高了。有的厂家为了保证外壳强度，采取加厚最外一层螺旋板的办法。这也给加工制造带来了一些困难。B.检修困难螺旋板内部损坏了很难修理。因此处理易腐蚀的介质时应选择耐腐蚀的金属材料来制造。1.4 结构型式国际上习惯按流体流过通道的方式分为四类：I 型、II 型、III 型和 G 型。而我国又习惯于按端面焊接的方式来分类：I 型、II 型、III 型。这里我们主要介绍国内分法，对于国际上的分类不做讨论。凡