流量为105t每小时的固定管板式换热器的设计（全套含CAD图纸）
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购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 第一章前言 . 1 热器的介绍 . 1 定管板式换热器的特点 . 1 热器的未来发展趋势 . 2 第二章换热器传热工艺计算 . 4 始数据 . 4 性温度及确定其物性参数 . 4 热量与水蒸气流量计算 . 5 效平均温差计算 . 6 程换热系数计算 . 7 构的初步设计 . 8 程换热系数计算 . 9 传热系数计算 . 10 壁温度计算 . 11 程压力降计算 . 11 程压力降计算 . 12 第三章 固定管板式换热器结构设计计算 . 15 热管材料及规格的选择和根数的确定 . 15 管方式的选择 . 15 体内径的确定 . 16 体壁厚的确定 . 16 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 体水压试验 . 17 头厚度的确定 . 17 箱短节壁厚计算 . 18 箱水压试验 . 19 箱法兰的选择 . 19 板尺寸的确定及强度计算 . 20 否安装膨胀节的判定 . 32 冲板尺寸的确定 . 32 流板尺寸的确定 . 32 管孔接管及其法兰的选择 . 33 孔补强计算 . 37 座的选择及应力校核 . 40 座选择 . 40 座的应力校核 . 41 参考文献 . 45 致谢 . 46 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 摘要 管壳式换热器作为固定管板式换热器的一种具有代表性的结构，是当前应用较为广泛的一款换热器。这款换热器拥有诸多特点：结构简易，紧凑，适用面广泛，安全系数高，选料面广泛，低成本，换热表面清洗极方便。由于固定管板式换热器可以经 受比较高的操作温度和压力，所以这类换热器占有极大优势在各类高压高温和大型换热器中。 1 换热器简单说是具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产过程中，进行着各种不同的热交换过程，其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使流体温度达到工艺的指标，以满足生产过程的需要。此外，换热设备也是回收余热，废热，特别是低品位热能的有效装置。 2 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，在相同直径下面积较大，制造较简单。 固定管板式换热器的 结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 3 换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题 要进行强度校核和符合要求的工艺制造水 平。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 为了按照要求设计固定管板式换热器的机械结构设计和绘图查阅 壳式换热器和 制压力容器和 标准。 主要的步骤有标准件的选用，各零件间连接结构的设计，零件材料的选择还有厚度的计算。其中包括了封头，筒体，管箱壁厚和管板的计算，稳定性校核和管子拉托力，支座，容器法兰，接管法兰，接管的选择以及管板与壳体之间连接结构的设计，换热器与管板之间连接结构设计，折流板，开孔补强设计。 随着经济的高速发展，我们便利的生活因有现有的科技成果有了质的飞跃，换热器的设计技 术也在不停的更新换代，以后的设计前景和应用前景将会更加光明。 已知条件为：设计压力为管程 程 作温度管程 25 ，壳程 175 ，设计温度管程 180 ，壳程 105 ，管程介质为 1水，壳程介质为 水蒸气。依据给定条件所得传热面积为 95虑到介质特性等因素，采用 25000 的#20（材料）的无缝钢管，本设计采用 410 根换热管可满足换热量。设定拉杆数量为 7 根，计算得到筒体直径为 000成了压降计算、强度计算、开孔补强、管箱短节壁厚计算等 。在强度设计中，依据 行筒体、封头强度设计及校核，依据流量进行入口接管、出口接管等管口直径的选择，依据等面积补强法进行开口补强计算。本设计选择管板延长兼做法兰，依据 的弹性支撑假设对管板进行设计和校核，管板与换热管的连接方式为焊接，拉杆与管板为螺纹连接结构。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 本设计充分的利用材料，适用比较多的场合。 410 根换热管更加体现了换热的效率。在同样的换热器中此换热器十分的廉价、安全。所以该换热器在工厂中占有重要位置。 4 关键词 ： 换热器； 结构设计； 计算； 校核 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 as a a is of a of a of is to so of a in of is a of or In of is by of to is to to of In of an of a is is in is is is of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 is in or of on at of of is on of of in to of is a of be in is of on is to so A in of to of In to in of of of B B of of of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 of of is is of of of of a is in of be ( to on of as of 5 x 2.5 x 3000 of , of In to of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 on of of as to of of is of of of In in is in an 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 第一章前言 . 1 热器的介绍 . 1 定管板式换热器的特点 . 1 热器的未来发展趋势 . 2 第二章换热器传热工艺计算 . 4 始数据 . 4 性温度及确定其物性参数 . 4 热量与水蒸气流量计算 . 5 效平均温差计算 . 6 程换热系数计算 . 7 构的初步设计 . 8 程换热系数计算 . 9 传热系数计算 . 10 壁温度计算 . 11 程压力降计算 . 11 程压力降计算 . 12 第三章固定管板式换热器结构设计计算 . 15 热管材料及规格的选择和根数的确定 . 15 管方式的选择 . 15 体内径的确定 . 16 体壁厚的确定 . 16 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 体水压试验 . 17 头厚度的确定 . 17 箱短节壁厚计算 . 18 箱水压试验 . 19 箱法兰的选择 . 19 板尺寸的确定及强度计算 . 20 否安装膨胀节的判定 . 32 冲板尺寸的确定 . 32 流板尺寸的确定 . 32 管孔接管及其法兰的选择 . 33 孔补强计算 . 37 座的选择及应力校核 . 40 座选择 . 40 座的应力校核 . 41 参考文献 . 45 致谢 . 46 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 1 第一章 前言 热器的介绍 换热器的定义是将热流体的一部分热量传递给冷流体的设备，又叫做热交换器。换热器在生活中应用广泛，在正常生活中汽轮机装置中的凝汽器还有日常生活中的取暖用的暖气散热片以及航天火箭上的油冷却器等，都叫做换热器。换热器还广大运用于化工工业，石油，动力和原子能等工业部门。换热器的主要作用是保证介质在工艺过程中所要求的特定温度，同时也是其中之一的主要设备在提高能源利用率方面。在节能技术改革中， 换热器具有的作用表现在两大方面：一方面在生产工艺流程中明显能减少能源的消耗的办法是使用大量的换热器的效率；第二方面可以明显提高设备的热效率的方法是用换热器来收回工业余热。 5 定管板式换热器的特点 固定管板式换热器的经典结构如图 立式固定管板式换热器 固定管板式换热器由许多零件组成：例如管箱，壳体，管板，管子等零件。换热器内部结构较为紧凑，排管较为多，面积较大在于相同直径下，制造较为简单。 固定管板式换热器的结构特点如下：在壳体中设置有管束，管束两端 用胀接沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 2 或者焊接的方式将管子固定在管板上，壳体直接和和两端管板焊在一起，壳程的进出口管直接焊接在壳体上，封头法兰和管板外圆周用螺栓紧紧固定，封头直接和管程的进出口管焊接在一起，管束内根据换热管的长度设置若干块折流板。这类换热器管程能使用隔板分成任何程数。 6 特点：固定管板式换热器具有结构简易，制造的成本低廉，管程清洗方式方便，管程可以分类成多程，壳程也能分类成双程，规格范围广泛，所以广泛应用于工程工艺中。对于有腐蚀性或者较为脏的介质不宜采用，会产生壳程清洗困难的问题。可以在壳体上设置膨胀节为了减少因管与壳 程温差而出现的热应力，在发生膨胀差较为大时候。 7 固定管板式换热器的特点是： （ 1） 旁路渗流较小 （ 2） 锻件使用较少，造价低； （ 3） 无内漏； （ 4） 浮头式换热器比固定管板式换热器的传热面积要小 20%30%； 固定管板式换热器的缺点是： （ 1） 管壁和壳体的温差较大，管壁和壳体的温差要控制的范围是 t50； （ 2） 当 t50 一定要在壳体上面设置好膨胀节； （ 3） 容易出现温差应力，管头与管板间极易由于产生温差应力而损坏； （ 4） 壳程无法应用机械清洗； （ 5） 管子遭受腐蚀后连带着壳体报废，设备使用寿命较低； 8 热器的未来发展趋势 我国的换热器 工业起步比较晚， 1963年抚顺机械设备有限公司以美国 隔两年，兰州石油机械制造出我国第一架板式换热器。原苏州化工机械厂，现苏州新苏化工机械有限公司在二十世纪 60 年代成功研制出我国第一座螺旋板式换热器。 9此后，我国在引进德国法国 换热技术后，我国换热器产业取其精华，去其糟粕，开沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 3 始自主研发并且获取了较快的发展。 1980 年以后，我国显现出自主研发传热技术的新方向，极大部分的强化传热原件被传入市场，折流杆换热器，高效重沸机，双壳程换热器， 表面蒸发式空冷器，新结构高效换热器，高效冷凝器，板壳式换热器等新一批优良的高效换热器作为我国传热技术高潮时代的主要代表作。 换热器的发展现状 由于进入二十一世纪之后，工业装置中应用了大量的强化传热技术，我国换热器工业产业获得了飞速的发展在技术水平上，并且板式换热器日益崛起。 10 最近这几年，我国在如下几方面取得了巨大突破：例如大型管壳式换热器，高效节能板壳式换热器，大直径螺纹锁紧环高压换热器，大型板式空气预热器等方面。而且近几年来，由于我国石油化工，钢铁行业等行业的飞速发展，其需求水平大幅度的上涨，但国 内企业的制造水平有限，供给能力受限，所以导致其行业出现了供不应求的市场状态。其现缺口状况只能依靠进口来弥补。我国换热器市场份额增长的速度已经远超出供给增长速度。由此可得出我国的现状是对高端换热器产品需求量极其大，但是供给不足。 据统计，石化产业和钢铁行业依旧作为我国重要的支柱型产业，将要持续保持飞速发展的势头，以及化工产业也在快速发展。 11这些产业都将为换热器行业提供更广阔的空间和光明的发展前景。在将来，国内市场的需求会出现环保；节能型产品；要求产品的性价比；多样化需求；产品的特点化等需求逐步成为主导。 由于国内的经济发展带来良好机遇和进口产品巨大的可转化性共同寓意着我国换热器行业的优良发展前景。并且，行业发展一定要注重高端产品的研制。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 4 第二章 换热器传热工艺计算 始数据 管程水的进口温度 1t =25 管程水的出口温度 1t =90 管程水的工作压力 1P =程水的流量 1G =105000kg/h 壳程水蒸气的入口温度 2t =175 壳程水蒸气的出口温度 2t =95 壳程水蒸气的工作压力 2P =性温度及确定其物性参 数 管程水的定性温度 5 7 2 90252111 2程水密度查物性表得 21 / 管程水比热查物性表得 )/( 管程水导热系数查物性表得 1 =m ) 管程水黏度 1 =0s 管程水普朗特数查物性表得 壳程水蒸气定性温度： 壳程水蒸气冷凝点： 1752 冷却段： 1 3 52 951 7 52212 冷凝段： 1 7 52 1 7 51 7 5222 壳程水蒸汽密度查物性表得： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 5 冷却段： 2 =m 冷凝段 : 2 =m 壳程水蒸汽比热查物性表得： 冷却段： 2 ) 冷凝段： 2 ) 壳程水蒸汽导热系数查物性表得： 冷却段： 2=m ) 冷凝段： 2 =m ) 壳程水蒸汽粘度： 冷却段： 2=0s 冷凝段： 62 1014 壳程水蒸汽普朗特数查物性表得： 冷却段： 冷凝段： 热量与水蒸气流量计算 取定换热效率 =设计传热量 : 1 11 )1000/3600 =245000851000/3600 =06w 2 )( 22220 出水蒸气气流量 r 为 2t 时的汽化潜热 r=2032J/蒸气流量： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 6 )( 22 02 G i)95175(302 0 3 2 =s 2却段传热量： i 1125040)95175( 2222 2 冷凝段传热量 : 9 6 9 7 6 0102 0 3 22 设冷凝段和冷却段分界处的温度为3 )( 13112 11 23 81251 0 0 01 8 5 0 0 0 3 6 0 6 9 7 6 0 2效平均温差计算 逆流冷却段平均温差 : 40) ()(321321 流冷凝段平均温差 : = 2517581175()(132132 2却段： 参数： 0 9 5 8190 331 tt 数： 5175 312 tt i 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 7 因为所设计的换热器为双管程，所以用平均温度即可 40 nm 冷凝段： 参数： 581 1213 tt 2数： 02581 175175 132 tt i 因为所 设计的换热器为双管程，所以用平均温度即可 = = 初选冷却段传热系数 : )/(6200 程换热系数计算 初选冷凝段传热系数 : )/(1100 0 则初选冷却段传热面积为 : 44. 4540620 0 2 00 69 7 6 0t 选用 25无缝钢管做换热管 则 : 管子外径 5子内径 0子长度 L=3000需要换热管根数 : 4 0 5. 0 00 根 2取 换热管根数为 410 根 . 管程流通面积： 0. 5 149 6m 21 2程流速 : 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 8 0. 05 805 00 0111 2程雷诺数 : 1e 2 4 1 6 . 3 4=）4 . 7 20 . 0 2 /0 . 0 5 89 8 3 . 2 （ 2程冷却段 的定性温度 : 0812 1311 管程冷却段传热系数 : 7 3 4 . 2 6) 0( 0 5 6 0 5)1 0 0( )0 1 6 0 5 id 2程冷凝段的定性温度 : 532 25812 1321 管程冷凝段传热系数 : 5 7 7 . 4 3) 0( 0 5 30 1 6 0 5)1 0 0( )0 1 6 0 5 id 2构的初步设计 查 管间距按 管间距 :s=m 管束中心排管数： 2 2 4 1 N 根，取 25 根 则壳体内径 : c 25( 01 2整为 :m 则长径比 ; 313 折流板选择弓形折流板 : 弓形折流板的弓高 : h=流板间距 : i 取折流板数量 : 块块取 1 第二章 换热器传热工艺计算 9 程换热系数计算 壳程流通面积 : 202 07 ( i 壳程流速 : 冷却段 : 0 50 7 4 0 2凝段 : 壳程当量直径 : 0 . 0 7 2 20 20 dN 2 冷凝段管外壁温度假定值 : 125膜温： 1 5 02 1 7 51 2 52 2 m 610 膜温下液膜的密度 : m 膜温下液膜的导热系数： )/( 正三角形排列 4 0 . 8 n 冷凝负荷 := 0 . 0 2 壳程冷凝段雷诺数 : 5 6 8 0 744 m2程冷凝段传热系数 : 7 7 7 7. 1590 . 1 2 12 4 9 2 445356 4 1 41 . 2 8 8 7)561()e()(13162331312232 2阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 10 冷却段管外壁温假定值 : 952 冷却段雷诺数： 9 2 5 7102 0 1 . 0 3 6 0 . 4 9R 6 2温下水粘度 : 62 粘度修正系数； 0 . 9 6 4) 8102 3 0 . 3()( w 2程传热因子查图 2 : 100冷却段壳程换热系数 : 1 1 1 3 . 5 61 0 09 6 0 6 40 . 6 9j 31 传热系数计算 查 138 页可知 水蒸汽的侧污垢热阻 12: )/(52 管程水选用地下水，污垢热阻为 : )/(51 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略 不计 冷却段总传热系数 : 101221112 1 9 . 4 . 2 传热面积比为 : 0 620 0 kK j（合理） 冷凝段总传热系数 : 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 11 3 5 4 . 7 7 11111155010122传热面积比为 : 0 . 3 21 1 0 0 4/ 0 KK j(合理 ) 壁温度计算 设定冷凝段的长度 : L =却段的长度 : L 冷却段管外壁热流密度计算 : )(3 6 5 0 3 . 1 4 w /9 5 7 2 1 01 1 2 5 0 4 0)/(022 t 2却段管外壁温度 : 99) 1 3/1(3 6 5 0 3 . 1 41 3 5)/1( 52222 w 4 误差不大 冷凝段管外壁热流密度计算 : )103 908 w / (2. 042 4*0. 025*3. 14*410 0. 98*6969760)/( 022 t 冷凝段管外壁温度 : 1 2 7 . 5) 7 7 . 111 0 3 9 08(150)/1( 5222 2误差不大误差校核 - 2 . ww 程压力降计算 管程水的流速 : 0 . 0 5 m / 5 1 4 9 69 8 3 . 23 6 0 0 1 0 5 0 0 03 6 0 0 1111 2阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 12 管程雷诺准数 : 2 4 1 6 . 3 4)104 . 7 2/( 3 . 2/41111 管程摩擦系数 : 0 52 4 1 6 3 1 6 6 . 压降结垢校正系数 : 4.1 沿程压降 : 1 1 . 6 1 4 p 30 . 0 4 52 22111 i 2程数 : 4 管程回弯次数 :n=5 回弯压降 : 2 4 . 5 8 p 32 22112 t 2管程出入口接管内径 : 501 管 程出入口速 : 0 . 6 m / 0 0 1 0 5 0 0 043 6 0 0 4 212 11 部压降 : 5 3 0 . 9 2 8 p 2113 管程总压降 : 5 6 7 . 1 2 2 p 管程允许压降 : 35000 即压降符合要求。 程压力降计算 壳程当量直径 : 0 . 0 6 6 本科毕业论文 题 目： 流量为 105t/h 固定管板式换 热 器 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 论文答辩日期： 目 录 第一章前言 . 1 热器的介绍 . 1 定管板式换热器的特点 . 1 热器的未来发展趋势 . 2 第二章换热器传热工艺计算 . 4 始数据 . 4 性温度及确定其物性参数 . 4 热量与水蒸气流量计算 . 5 效平均温差计算 . 6 程换热系数计算 . 7 构的初步设计 . 8 程换热系数计算 . 9 传热系数计算 . 10 壁温度计算 . 11 程压力降计算 . 11 程压力降计算 . 12 第三章 固定管板式换热器结构设计计算 . 15 热管材料及规格的选择和根数的确定 . 15 管方式的选择 . 15 体内径的确定 . 16 体壁厚的确定 . 16 体水压试验 . 17 头厚度的确定 . 17 箱短节壁厚计算 . 18 箱水压试验 . 19 箱法兰的选择 . 19 板尺寸的确定及强度计算 . 20 否安装膨胀节的判定 . 32 冲板尺寸的确定 . 32 流板尺寸的确定 . 32 管孔接管及其法兰的选择 . 33 孔补强计算 . 37 座的选择及应力校核 . 40 座选择 . 40 座的应力校核 . 41 参考文献 . 45 致谢 . 46 摘要 管壳式换热器作为固定管板式换热器的一种具有代表性的结构，是当前应用较为广泛的一款换热器。这款换热器拥有诸多特点：结构简易，紧凑，适用面广泛，安全系数高，选料面广泛，低成本，换热表面清洗极方便。由于固定管板式换热器可以经受比较高的操作温度和压力，所以这类换热器占有极大优势在各类高压高温和大型换热器中。 1 换热器简单说是具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产过程中，进行着各种不同的 热交换过程，其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使流体温度达到工艺的指标，以满足生产过程的需要。此外，换热设备也是回收余热，废热，特别是低品位热能的有效装置。 2 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，在相同直径下面积较大，制造较简单。 固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头 焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 3 换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题 要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。 为了按照要求设计固定管板式换热器的机械结构设计和绘图查阅 壳式换热器和 制压力容器和 标准。 主要的步骤有标准件的选用，各零件 间连接结构的设计，零件材料的选择还有厚度的计算。其中包括了封头，筒体，管箱壁厚和管板的计算，稳定性校核和管子拉托力，支座，容器法兰，接管法兰，接管的选择以及管板与壳体之间连接结构的设计，换热器与管板之间连接结构设计，折流板，开孔补强设计。 随着经济的高速发展，我们便利的生活因有现有的科技成果有了质的飞跃，换热器的设计技术也在不停的更新换代，以后的设计前景和应用前景将会更加光明。 已知条件为：设计压力为管 程 程 作温度管 程 25 ，壳 程 175 ，设计温度管 程 180 ，壳 程 105 ， 管程介质 为 1水，壳程介质 为 水蒸气。依据给定条件所得传热面积 为 95虑到介质特性等因素，采用 25000 的#20（材料）的无缝钢管，本设计 采用 410 根换热管可满足换热量。设定拉杆数量为 7 根，计算得到筒体直径 为 000成了压降计算、强度计算、开孔补强、管箱短节壁厚计算等。在强度设计中，依 据 行筒体、封头强度设计及校核，依据流量进行入口接管、出口接管等管口直径的选择，依据等面积补强法进行开口补强计算。本设计选择管板延长兼做法兰，依 据 的弹性 支撑假设对管板进行设计和校核，管板与换热管的连接方式为焊接，拉杆与管板为螺纹连接结构。 本设计充分的利用材料，适用比较多的场合。 410 根换热管更加体现了换热的效率。在同样的换热器中此换热器十分的廉价、安全。所以该换热器在工厂中占有重要位置。 4 关键词 ： 换热器； 结构设计； 计算； 校核 as a a is of a of a of is to so of a in of is a of or In of is by of to is to to of In of an of a is is in is is is of is in or of on at of of is on of of in to of is a of be in is of on is to so A in of to of In to in of of of B B of of of of is is of of of of a is in of be ( to on of as of 5 x 2.5 x 3000 of , of In to of on of of as to of of is of of of In in is in an 目 录 第一章前言 . 1 热器的介绍 . 1 定管板式换热器的特点 . 1 热器的未来发展趋势 . 2 第二章换热器传热工艺计算 . 4 始数据 . 4 性温度及确定其物性参数 . 4 热量与水蒸气流量计算 . 5 效平均温差计算 . 6 程换热系数计算 . 7 构的初步设计 . 8 程换热系数计算 . 9 传热系数计算 . 10 壁温度计算 . 11 程压力降计算 . 11 程压 力降计算 . 12 第三章固定管板式换热器结构设计计算 . 15 热管材料及规格的选择和根数的确定 . 15 管方 式的选择 . 15 体内径的确定 . 16 体壁厚的确定 . 16 体水压试验 . 17 头厚度的确定 . 17 箱短节壁厚计算 . 18 箱水压试验 . 19 箱法兰的选择 . 19 板尺寸的确定及强度计算 . 20 否安装膨胀节的判定 . 32 冲板尺寸的确定 . 32 流板尺寸的确定 . 32 管孔接管及其法兰的选择 . 33 孔补强计算 . 37 座的选择及应力校核 . 40 座选择 . 40 座的应力校核 . 41 参考文献 . 45 致谢 . 46 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 1 第一章 前言 热器的介绍 换热器的定义是将热流体的一部分热量传递给冷流体的 设备，又叫做热交换器。换热器在生活中应用广泛，在正常生活中汽轮机装置中的凝汽器还有日常生活中的取暖用的暖气散热片以及航天火箭上的油冷却器等，都叫做换热器。换热器还广大运用于化工工业，石油，动力和原子能等工业部门。换热器的主要作用是保证介质在工艺过程中所要求的特定温度，同时也是其中之一的主要设备在提高能源利用率方面。在节能技术改革中，换热器具有的作用表现在两大方面：一方面在生产工艺流程中明显能减少能源的消耗的办法是使用大量的换热器的效率； 第二方面可以明显提高设备的热效率的方法是用换热器来收回工业余热。 5 定管板式换热器的特点 固定管板式换热器的经典结构如图 立式固定管板式换热器 固定管板式换热器由许多零件组成：例如管箱，壳体，管板，管子等零件。换热器内部结构较为紧凑，排管较为多，面积较大在于相同直径下，制造较为简单。 固定管板式换热器的结构特点如下：在壳体中设置有管束，管束两端用胀接沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 2 或者焊接的方式将管子固定在管板上，壳体直接和和两端管板焊在一起，壳程的进出口管直接焊接在壳体上，封头法兰和管板外圆周用螺栓紧紧固定，封头直接和管程的进出口管焊接在一起，管束 内根据换热管的长度设置若干块折流板。这类换热器管程能使用隔板分成任何程数。 6 特点：固定管板式换热器具有结构简易，制造的成本低廉，管程清洗方式方便，管程可以分类成多程，壳程也能分类成双程，规格范围广泛，所以广泛应用于工程工艺中。对于有腐蚀性或者较为脏的介质不宜采用，会产生壳程清洗困难的问题。可以在壳体上设置膨胀节为了减少因管与壳程温差而出现的热应力，在发生膨胀差较为大时候。 7 固定管板式换热器的特点是： （ 1） 旁路渗流较小 （ 2） 锻件使用较少，造价低； （ 3） 无内漏 ； （ 4） 浮头式换热器比固定管板式换热器的传热面积要小 20%30%； 固定管板式换热器的缺点是： （ 1） 管壁和壳体的温差较大，管壁和壳体的温差要控制的范围是 t50 ； （ 2） 当 t50 一定要在壳体上面设置好膨胀节； （ 3） 容易出现温差应力，管头与管板间极易由于产生温差应力而损坏； （ 4） 壳程无法应用机械清洗； （ 5） 管子遭受腐蚀后连带着壳体报废，设备使用寿命较低； 8 热器的未来发展趋势 我国的换热器工业起步比较晚， 1963年抚顺机械设备有限公司以美国 隔两年，兰州石油机械制造出我国第一架板式换热器。原苏州化工机械厂，现苏州新苏化 工机械有限公司在二十世纪 60 年代成功研制出我国第一座螺旋板式换热器。 9此后，我国在引进德国法国 换热技术后，我国换热器产业取其精华，去其糟粕，开沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 前言 3 始自主研发并且获取了较快的发展。 1980 年以后，我国显现出自主研发传热技术的新方向，极大部分的强化传热原件被传入市场，折流杆换热器，高效重沸机，双壳程换热器，表面蒸发式空冷器，新结构高效换热器，高效冷凝器，板壳式换热器等新一批优良的高效换热器作为我国传热技术高潮时代的主要代表作。 换热器的发展现状 由于进入二十一世纪之后，工业装置中应 用了大量的强化传热技术，我国换热器工业产业获得了飞速的发展在技术水平上，并且板式换热器日益崛起。 10 最近这几年，我国在如下几方面取得了巨大突破：例如大型管壳式换热器，高效节能板壳式换热器，大直径螺纹锁紧环高压换热器，大型板式空气预热器等方面。而且近几年来，由于我国石油化工，钢铁行业等行业的飞速发展，其需求水平大幅度的上涨，但国内企业的制造水平有限，供给能力受限，所以导致其行业出现了供不应求的市场状态。其现缺口状况只能依靠进口来弥补。我国换热器市场份额增长的速度已经远超出供给增长速度。由此可得出我国的现 状是对高端换热器产品需求量极其大，但是供给不足。 据统计，石化产业和钢铁行业依旧作为我国重要的支柱型产业，将要持续保持飞速发展的势头，以及化工产业也在快速发展。 11这些产业都将为换热器行业提供更广阔的空间和光明的发展前景。在将来，国内市场的需求会出现环保；节能型产品；要求产品的性价比；多样化需求；产品的特点化等需求逐步成为主导。 由于国内的经济发展带来良好机遇和进口产品巨大的可转化性共同寓意着我国换热器行业的优良发展前景。并且，行业发展一定要注重高端产品的研制。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 4 第二 章 换热器传热工艺计算 始数据 管程水的进口温度 1t =25 管程水的出口温度 1t =90 管程水的工作压力 1P =程水的流量 1G =105000kg/h 壳程水蒸气的入口温度 2t =175 壳程水蒸气的出口温度 2t =95 壳程水蒸气的工作压力 2P =性温度及确定其物性参数 管程水的定性温度 5 7 2 90252111 2程水密度查物性表得 21 / 管程水比热查物性表得 )/( 管程水导热系数查物性表得 1 =m ) 管程水黏度 1 =0s 管程水普朗特数查物性表得 壳程水蒸气定性温度 ： 壳程水蒸气冷 凝点： 1752 冷却段： 1 3 52 951 7 52212 冷凝段： 1 7 52 1 7 51 7 5222 壳程水蒸汽密度查物性表得： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 5 冷却段： 2 =m 冷凝段 : 2 =m 壳程水蒸汽比热查物性表得： 冷却段： 2 ) 冷凝段： 2 ) 壳程水蒸汽导热系数查物性表得： 冷却段： 2=m ) 冷凝段： 2 =m ) 壳程水蒸汽粘度： 冷却 段： 2=0s 冷凝段： 62 1014 壳程水蒸汽普朗特数查物性表得： 冷却段： 冷凝段： 热量与水蒸气流量计算 取定换热效率 =设计传热量 : 1 11 )1000/3600 =245000851000/3600 =06w 2 )( 22220 出水蒸气气流量 r 为 2t 时的汽化潜热 r=2032J/蒸气流量： 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 6 )( 22 02 G i)95175(302 0 3 2 =s 2却段传热量： i 1125040)95175( 2222 2 冷凝段传热量 : 9 6 9 7 6 0102 0 3 22 设冷凝段和冷却段分界处的温度为3 )( 13112 11 23 81251 0 0 5 0 0 0 3 6 0 6 9 7 6 0 2效平均温差计算 逆流冷却段平均温差 : 40) ()(321321 流冷凝段平均温差 : = 2517581175()(132132 2却段： 参数： 0 5 8190 331 tt 数： 5175 312 tt i 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 7 因为所设计的换热器为双 管程，所以用平均温度即可 40 nm 冷凝段： 参数： 581 1213 tt 2数： 02581 175175 132 tt i 因为所设计的换热器为双 管程，所以用平均温度即可 = = 初选冷却段传热系数 : )/(6200 程换热系数计算 初选冷凝段传热系数 : )/(1100 0 则初选冷却段传热面积为 : 44. 4540620 0 2 00 69 7 6 0t 选用 25无缝钢管做换热管 则 : 管子外径 5子内径 0子长度 L=3000需要换热管根数 : 4 0 5. 0 00 根 2取换热管根数为 410 根 . 管程流通面积： 0. 5 149 6m 21 2程流速 : 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器传热工艺计算 8 0. 05 805 00 0111 2程雷诺数 : 1e 2 4 1 6 . 3 4=）4 . 7 20 . 0 2 /0 . 0 5 89 8 3 . 2 （ 2程冷却段的定性温度 : 0812 1311 管程冷却段传热系数 : 7 3 4 . 2 6) 0( 0 5 6 0 5)1 0 0( )0 1 6 0 5 id 2程冷凝段的定性温度 : 532 25812 1321 管程冷凝段传热系数 : 5 7 7 . 4 3) 0( 0 5 30 1 6 0 5)1 0 0( )0 1 6 0 5 id 2构的初步设计 查 管间距按 管间距 :s=m 管束中心排管数： 2 2 4 1 N 根，取 25 根 则壳体内 径 : c 25( 01 2整为 :m 则长径比 ; 313 折流板选择弓形折流板 : 弓形折流板的弓高 : h=流板间距 : i 取折流板数量 : 块块取 1 第二章 换热器传热工艺计算 9 程换热系数计算 壳程流通面积 : 202 0 7 4 ( i 壳程流速 : 冷却段 : 0 50 7 4 0 2凝段 : 壳程当量直径 : 0 . 0 7 2 20 20 dN 2 冷凝段管外壁温度假定值 : 125膜温： 1 5 02 1 7 51 2 52 2 m 610 膜温下液膜的 密度 : m 膜温下液
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