F50螺旋板式换热器设计-热量回收含开题及9张CAD图
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F50螺旋板式换热器设计-热量回收含开题及9张CAD图,F50,螺旋,板式,换热器,设计,热量,回收,开题,CAD
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F50螺旋板式换热器设计摘 要换热器，在工、农业中各个方面的应用都非常广泛，我们也能在日常生活中见识到各式各样的换热设备，它是我们在生产生活中不可或缺的一部分。随着节能方面相关技术的不断突破，换热器的种类也越来越多，而螺旋板式换热器就是其中的一种，它有着传热效率高，结构紧凑等诸多优点。本次毕业设计的课题就是设计螺旋板式换热器，通过阅读设计任务书及诸多参考文献，我确定了此次毕业设计的大概方向。首先是了解螺旋板式换热器它是由哪几部分构成的，经过查阅文献，它是由外壳、螺旋体、密封及进出口等四部分组成。确定了其要求和结构特点之后，再开始分析、确定设计方案。首先进行的是螺旋板式换热器的传热工艺计算，包括传热量、螺旋通道截面积与当量直径、传热系数和流体压力降等数据的计算。随后，就是螺旋板式换热器的强度计算与校核，还有挠度和稳定性的计算。到了最后，就该设计螺旋板式换热器的结构尺寸了，密封结构、定距柱尺寸、外壳、进出口的设计等。到这里，这一次的设计就完成了。通过这一次的毕业设计，我了解到了有关换热器的各种知识，并学会了如何在设计陷入僵局时去翻阅参考文献，得到想要的答案。这一次的设计过程也让我学会如何将理论知识联系实践，为今后的工作奠定了基础。关键词：螺旋板换热器；传热工艺；强度校核；结构ABSCHACTHeat exchangers are widely used in all aspects of industry and agriculture. They can also see all kinds of heat exchange equipment in daily life. They are an indispensable part of our production and life. With the continuous breakthroughs in energy-saving related technologies, there are more and more types of heat exchangers, and spiral plate heat exchanger is one of them, which has many advantages such as high heat transfer efficiency and compact structure. The topic of this graduation project is to design spiral plate heat exchanger. After reading the design task book and many references, I have determined the general direction of this graduation project. The first is to understand the components of spiral plate heat exchanger, which consists of shell, spiral, seal and inlet and outlet. After determining its requirements and structural characteristics, the analysis and determination of the design scheme will begin. First, the heat transfer process calculation of spiral plate heat exchanger is carried out, including the calculation of heat transfer, cross-sectional area and equivalent diameter of spiral channel, heat transfer coefficient and fluid pressure drop. Then, it is the strength calculation and check of the spiral plate heat exchanger, as well as the calculation of deflection and stability. At the end of the day, the structural dimensions of the spiral plate heat exchanger, the sealing structure, the size of the spacing column, the design of the shell and the inlet and outlet are designed. At this point, the design is over.Through this graduation project, I learned all kinds of knowledge about heat exchangers, and learned how to look through references and get the desired answers when the design was deadlocked. This time the design process also let me learn how to combine theoretical knowledge with practice, laying a foundation for future work.Key words: spiral plate heat exchanger;Heat transfer process;Strength check;physical dimension目 录1 前言11.1 螺旋板式换热器的研究背景11.2 螺旋板式换热器发展概况21.3 国内、外现状及发展趋势31.4 螺旋板式换热器的结构特点41.5 螺旋板式换热器的分类51.6 本论文的研究内容82 螺旋板式换热器的方案设计92.1设计任务及参数92.2设计计算中应考虑的问题92.2.1流体流动路程的选择92.2.2流体流速的选择92.2.3确定设计方案和流体的流动型式103 螺旋板式换热器的传热工艺的计算113.1 传热量Q113.2 螺旋通道截面积与当量直径的计算123.2.1 石油（热程）通道123.2.2 冷程通道123.3 雷诺数和普兰特数Pr123.4 给热系数的计算133.5 总传热系数K133.6 对数平均温度差,流体流动方向为全逆流操作143.7 传热面积计算143.8 螺旋通道计算153.9 螺旋圈数n与螺旋体外径153.10 流体压降的计算154 螺旋板式换热器的螺旋板的强度计算与校核174.1 强度计算174.2 螺旋板的挠度184.3 稳定性计算185 螺旋板式换热器的结构尺寸205.1 密封结构205.2 定距柱尺寸215.3 换热器外壳的设计215.4 进出口接管设计225.5 中心隔板尺寸235.6 螺旋板换热器各设计参数如下：246 换热器的安装与维修256.1换热器的安装256.2换热器的清洗和维修256.2.1换热器的清洗256.2.2换热器的维修257 总结27参考文献28致谢29IV1 前言1.1 螺旋板式换热器的研究背景在上个世纪七十年代爆发的第四次中东战争期间，出现了第一次世界性经济危机。它对许多西方国家的政治、经济和社会等各方面造成了相当大的不利影响,而这一次经济危机实际上就是就是重工业和能源的危机。我国进入到21世纪之后,由于全球的资源都很紧张,作为西方国家解决现在的能源问题和环境问题的一个重要方法节约能源、增加效果,已经是大部分发达国家越来越看重的重点问题,而且对于这个项目的投入也开始变大。同样的，我国也是面临着一样的能源问题和环境问题,其次,在我们国家，能源和资源的分布并不均匀，有的地方资源过剩，有的却极度匮乏;再然后,我国的工业能源体系目前正处于工业发展的初级阶段,能源的技术装备落后从而导致重工业能源的利用效率有限;最后,由于社会公众普遍忽视和缺乏环保的意识从而导致能源环境污染严重。虽然我国的工业能源利用效率还落后于其他的世界先进国家,但是与之相直接对应的一个事实是我国的重工业节能减排未来的发展空间巨大。面对日益严重的资源危机,在利用海水淡化从而节能的工程中，对既高效又节能设备的研发与生产是一个重要的方式,比如说研发和生产新式的海水淡化换热设备。新式换热器可以根据制造工艺和生产过程的可靠性要求来对控制海水淡化介质多余热量的温度,同时还可以能对介质中的多余热量、废弃热量进行回收利用甚至是再生产,因此海水淡化换热设备在国家工业中相当大范围内的部门已经成为经常使用的海水淡化工艺设备。海水淡化能源工程项目总投资中大部分的投资比例是企业投资，其中相当大的比例是主要投资在海水淡化换热器的研发生产与工艺设备制造之中的:在海水淡化工厂中,换热器的这项投资大约占到了总项目投资的十分之一;在海水淡化炼油厂中,该项目的投资大约占到了总项目投资的三四成;而在海水淡化工艺中的换热器几乎所有产品都是由海水淡化换热器内部的一些部件构成的。但是目前大规模使用的海水淡化换热器对于消耗能源的使用效率相对较低,因此能够提高海水淡化换热器的可靠性和工作效率才是可以在能源工程的生产中真正达到高效节能降耗的主要目的,同是换热器也可以在整个的国家相当大工业的范围内达到工程生产不可估量的社会经济效益甚至深远的经济社会效益3。近年来,随着国家新能源项目的建设以及投资进一步的加大,出现了很多新型的结构以及各种形式的换热器。为了应对其他新型结构和形式换热器的冲击和挑战,许多的专家学者对于管壳式的换热器及其原有结构的重新优化设计及新结构的开发应用做了大量的工作。近年来为了改善其内部的流动提高了良好的传热性能同时大大降低了动力的消耗,其取暖器的结构已由各种新型的管束转变为支撑结构的元件加上新型的强化传热管的组合结构从而代替了各种传统的新型螺旋管的结构。为了通过改进和设计提高其对燃气管束换热器的实际工作效率已经达到了实现节能降耗的主要技术目的,最为重要的技术手段就是通过控制和设计改善其内部那些流体的冲刷流动和流体形态,其主要的特点区别在与对燃气管束的那些冲刷气体流动上,所以以此作为控制流动方式可作为主要节能设计技术依据,可以把这些流动的液体形态为三种横流、纵流和旋转螺旋流。1.2 螺旋板式换热器发展概况螺旋板式换热器的结构和设计最早是由瑞典的“罗森布拉特”公司于1930年在世界上提出，并很快投入大规模生产而且取得了专利权。此后，英国的ahroapv公司、美国的ahrco公司和德国的公司、联邦德国的unioncarbide公司、日本的大江公司和川化公司、荷兰、捷克共和国、前苏联等数十家公司相继参与类似产品的设计、开发和制造。美国和日本螺旋板式空气热交换器的制造始于1945年第二次世界大战后的日本。每个国家和公司都开始制定自己的一系列标准。前苏联颁布了第一个螺旋板式空气换热器国家标准ahroct2067-66111。从20世纪50年代以来，螺旋板式换热器在我国机械和化工的方面得到了大规模的应用，并对其进行了设计和仿制。然而，到了20世纪60年代中期，换热器已经使用先进的卷床卷制的方法，这提高了换热器的产品质量，并使大规模生产成为可能。1970年，为了使换热器系列化和标准化，由原一机部通用机械研究所和苏州化工通用机械厂合作，开始对换热器进行了各方面的研究。随后，原一机部和大连工学院一机部合作，系统的分析和研究了螺旋板式换热器的传热和流体阻力等方面的内容。1973年，为了统一螺旋板式换热器的标准，原一机部制定并发布了jb1287-73，并负责组织编写了螺旋板式换热器图纸选择手册1，这有效的指导和推动了螺旋板式换热器的大规模应用和推广。在那个时候，还有很多的学校和研究所对换热器进行了研究。比如说，换热器的强度和刚度的研究，就有广西大学和原南京化工学院合作，这让螺旋板换热器的设计变得系统起来，也让后来者能够有方法进行设计。还有在合肥的通用机械研究所制定了一系列的标准，这让我们国家的各个机构在设计螺旋板换热器的时候有了一个整体的框架和体系。还有很多的研究所进行的对螺旋板换热器的研究也让我国螺旋板换热器的研发和生产起到了非常大的作用。1997年由中国机械工业部特别组织专家对全国能够生产螺旋板式换热器的企业进行了检查。这次对螺旋板式换热器的检查反映了目前我国螺旋板式换热器研发生产的基本情况和模式。在我国，螺旋板式换热器生产最密集的省份和地区是江苏省。苏州化工机械厂比较擅长生产和加工可拆卸螺旋板式换热器。是我国现今生产加工可拆卸螺旋板式换热器最完善的现代化企业。江苏无锡雪浪铆接焊接厂特别擅长生产用于酒精、溶剂、变压器油冷却和重油加热系统的可拆卸螺旋板换热器。江苏无锡换热器厂特别擅长于制药和双氧水领域可拆卸螺旋板式换热器的设计和生产。不只是江苏省，全国各地还有很多优秀的企业：广东佛山化工机械厂擅长烧碱行业螺旋板式换热器的设计和生产，而北京海淀四季青换热器厂是一家专业设计和生产可拆卸螺旋板式换热器的企业。1.3 国内、外现状及发展趋势我国的换热器设备产业在各地区分布较为广泛,但主要发展地区集中于东北、西北、华北和华东地区。其中东北是我国目前分布规模最大的地区,而换热器设备产业基地主要集中是在我国东北地区,特别是位于吉林四平等东北地区。这些地方由于自然资源的分布和换热设备工业技术基础等诸多方面的特殊原因,在集中供热,钢铁和煤炭以及电力行业板式换热器等领域都占据较大的份额和市场;中国西北地区则以中国甘肃兰州为生产中心,依托中国兰州石油机械研究所和中国兰石集团的换热器研发设备生产和技术力量,形成了较强的板式换热器研发产业基地,尤其重要的是在中国石油化工和食品领域有着很强的市场竞争力;中国华北地区在原北京京海、天津换热装备总厂等原石油机械部门的换热设备定点的生产单位和企业的支持和基础上,通过发展和引入大量的外资企业,获得了快速的发展;其中华东地区凭借其巨大的实力和市场,在中国石油轻工和食品领域的板式换热器生产市场和主要面向中国石油化的特殊材质的换热器市场等领域都占据了重要的地位。中国东部其他更知名企业还有，主要生产板式换热器的佛山市南海区的广东澜石传热设备有限公司，在这个领域，该公司是其中的龙头企业。螺旋板式换热器设备是广泛应用于我国化工、石油、制药和电力等能源行业的交换热量的设备之一。目前中国市场是目前世界上最重要的化工用热交换、散热和冷却工艺设备生产市场。据初步统计,现代石油化工用螺旋板式换热器设备投资约占工艺设备总投资的30%,炼油厂的螺旋板式换热器约占全部热交换工艺设备的40%,海水淡化的工艺设备几乎全部由螺旋板式换热器零部件组成。目前,世界上和欧洲各国在螺旋板式换热器的相关理论基础研究、新技术和新工艺产品开发应用等方面都已经进入了研究和探索的高水平发展阶段,涉及的应用领域非常广泛。尽管近年来我国进一步加大了各种高效换热器的研发和生产力度,但在一些高效换热器的领域,我国与发达国家仍然还存在一定的差距。因此,中国企业应充分借鉴国外先进的高效换热器生产技术,努力尽快赶上一些国际先进的水平。在我国乃至全球的范围内,螺旋板换热器早先主要是用在回收废液和在排出废气过程中的水分和能量等,目前虽然其生产的管壳式塑钢板换热器仍在全球占据市场主导地位,但是螺旋板式塑钢管壳换热器及各种新式换热器的市场竞争力也在逐渐增强和上升。目前世界螺旋板换热器的产业在产品与制造技术方面的发展趋势主要是表现为换热器产品的大型化、高效化、节能化。此外换热器新材料的研究开发与应用、产品与技术的更新换代、不同应用领域换热器产品的细分化都已经是换热器行业的发展趋势。1.4 螺旋板式换热器的结构特点(1)传热性能好。由于螺旋板式换热器具有两个可以容纳介质通过的螺旋通道，并且通道上还焊有定距柱或者是定距泡，可以使得流体的流动更加分散，与另一流体的接触密切，使其传热的效率十分高。最近几年，通过国内一些研究机构的研究表明，螺旋板式换热器的换热效率比管式换热器的效率高了一倍。(2)自我清洁能力强、不容易污染堵塞。污垢对于换热器的传热效果影响非常大。但对于螺旋板式换热器来说，影响并不大，因为它的两条通道是相对独立的，而且它允许的流速比其他种类的换热器更高，所以可以有效的冲刷污垢。(3)损失的散热量小。因为螺旋板式换热器的结构紧凑，因此虽然它的传热面积比较大，但外部的表面积很小。所以它一般不需要保温，损失的散热量也比较少。(4)温差应力小。螺旋板式换热器可以膨胀，当螺旋板受热膨胀或者是冷却之后，它的通道会伸长或者收缩，而每一圈都是一边是热的，另一边是冷的，最外面的一圈和大气接触。在螺旋体之间的温差没有很明显，所以温差应力会比较小。(5)传热温差小。有研究所从换热器设计的历史数据中分析得出，螺旋板式换热器允许设计的最小的温差是各种换热器中最低的，在温差只有3的时候还是可以进行热交换。所以这种换热器很适合用来回收低温热能，现在很多国家都在这样使用它。(6)结构紧凑。螺旋板式换热器和板式换热器是紧凑式换热器的典型代表。和管壳式换热器相比，其单位体积的传热面积要大的多。有研究数据表明，其单位体积的传热面积大约是管壳式换热器的3倍。(7)限制承受压力和直径的能力。螺旋设计，以确保能进行，外部压力的强度和刚度。虽然柱的预定间距承载力，螺旋的内部可以是改进的螺旋形，但螺旋板的较大直径，小的厚度，每个圆圈是在压力下，当在一定程度上的两个通道之间的压力差（即，在达到或接近时的临界压力），螺旋板将被展平而失去稳定性。目前，全国生产螺旋板式换热器的最大工作压力为4.0MPa。当设计压力超过1.6MPa的，其最大直径也被限制为大约2000毫米4。(8)检修难度大。螺旋板式换热器虽然不易泄漏，但由于结构上的限制，一旦产生泄漏就很难查找和维修(对不可拆螺旋板式换热器)，往往只能整台报废。因此对具有腐蚀性介质时，应选用耐腐蚀性能好的材料制造4。1.5 螺旋板式换热器的分类根据螺旋板式换热器的结构，主要分为两大类：可拆式和不可拆式，而根据不同的通道布置和使用的条件，螺旋板换热器又可以分成三种形式。I型:它的主要特点是：将螺旋通道的两边都垫入密封条后焊接密封，这种结构将两端都焊死了，是属于不可拆式的结构。在通道中两流体都是呈螺旋流动，冷流体从外面的进口流向中心，热流体由中心沿螺旋流向外周排出，这种形式的换热器称为I型，见图1所示。图1 I型螺旋板换热器I型螺旋板式热交换器：用于对流热传递，主要用于液 - 液热传递。在液 - 液热交换器中，该也可以用于加热和冷却的粘度高的液体。由于分布的一个流道的特性更好。另一个精确的温度控制是用来满足要求6。除了上述之外，也可用于冷却气体或蒸汽被冷凝掉顶部，但通过限制的通道，它只能在流量使用的小，在25105Pa的使用的标称压力之前以下。II型:这种换热器的主要特点是螺旋通道两端面交错焊死。两端面的密封采用顶盖加垫片的密封结构，螺旋体由两端分别进行机械清洗，II型螺旋板换热器为可拆式，主要用于气-液的热交换，使用压力在16105Pa。见图2所示III型:该换热器的特点是一个通道的两端全焊死，另一通道的两消全敞开。而且该型换热器的密封结构是采用端盖加垫片的结构。流体在全焊死的通道内由周边转到中心，然后再转到另一周边流出。另一流体只作轴向流动。这种结构主要用于蒸汽冷凝。蒸汽由顶部端盖进入，经由敞开通道向下作轴向流动而被冷凝，冷凝液由底部排出。这种换热器适用于两流体流量较大的情况使用的公称压力为16X105Pab，如图3所示。图2 型螺旋板式换热器 图3 型螺旋板式换热器1.6 本论文的研究内容螺旋板式换热器换热的效率非常高。虽然我国已从国外引进生产线，国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。但是对于有效的提高螺旋换热器的能源的利用率，使企业降低成本，提高效益还不是很详细。本文对螺旋换热器的换热性能的研究及分析做行之有效的工作。论文各章的主要内容如下：（1）简述换热器的强化结构、研究进展以及本论文的主要内容；（2）讲述螺旋板式换热器的方案设计；（3）对螺旋板式换热器的传热工艺的计算；（4）对螺旋板式换热器的螺旋板的强度计算与校核；（5）确定螺旋板式换热器的结构尺寸；（6）对本论文的研究进行总结，并给出后续研究的建议。2 螺旋板式换热器的方案设计2.1设计任务及参数热程介质：柴油 冷程介质：水热程设计压力：2.45MPa 冷程设计压力：2.25MPa热程设计温度：380 冷程设计温度：135 腐蚀余量：自定 换热面积：50m2 2.2设计计算中应考虑的问题2.2.1流体流动路程的选择为了提高螺旋扳换热器传递热量的效果，在确定流动的方向的时候，我们应该知道以下的一些东西:使两流体呈反向流动的状态，提高两流体的对数平均的温度差距，来增大传热的推动力,使效果更好。使直径较大的最外面的螺旋板承受比较小的压力，直径较小的最里面的螺旋板承受大的压力，来让两螺旋板的受力状态变得更好。使螺旋通道不易塞堵，并且便于洗涤，这涉及到定距柱(或定距泡)的安放问题。目前定距柱一般使用等边三角形的形状来布置的方式，因为这种排列比按正方形排列能有效地扰乱流体的流动，使其容易产生湍流，从而提高效率。2.2.2流体流速的选择增大流动的速度能提高雷诺数，也就是提高给热系数a值，这样就提高了换热器的总传热系数K值，减少所需要的换热面积F，还可以让污垢很难在螺旋通道中堆积的可能性。由流体力学可知，流体压力降与流速的二次方成正比。因此，增大流速，流体压力降随之增加，所以选择流速时应综合考虑，选择最经济之流速，这往往需要用几种方案进行计算比较方能确定。提高流速后，如果增大的给热系数对总传热系数K值起着决定性的影响，这时提高流速就有实际意义了。由于螺旋通道很长，因此通道越长，流体在通道中受到的阻力也越大，所以选择流动速度时，只要能让流体在通道内变成湍流，这样既能提高流体对流传热效率，也可降低阻力损失，减少运动力的消耗。2.2.3确定设计方案和流体的流动型式通过对以上螺旋板换热器的几种类型的特点的比较和设计中来思考的问题结合本设计的的流体流动形式，和操作压力分析后:本设计选择型螺旋板换热器来满足工艺上的要求，并使流体呈对流状态。93 螺旋板式换热器的传热工艺的计算3.1 传热量Q因为对于定性温度可以选择进出口的平均温度。那么我们选择壳程流体的定性温度为水：选择管程流体的定性温度为柴油：水在135的有关物性数据如下：密度 定压比热容 热导率 粘度 柴油在380的有关物性数据如下：密度 定压比热容 热导率 粘度 传热量可用以下公式计算： （1）式中Q单位时间内的传热量，W;A传热面积，m2;t1冷流体的平均温度,;t2热流体的平均温度,;K传热系数，表示冷、热流体之间温度差为1时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量，W/m2。对于换热器，冷、热流体的平均温度t1和t2,可分别取冷、热流体进出口温度的平均值。查表可选用K值为300 （2）303.2 螺旋通道截面积与当量直径的计算3.2.1 石油（热程）通道设石油的流速为W1=0.8m/s,石油流量为0.005m3/s。通道的截面积F1=0.00625m2 （3）选螺旋板宽度H=1m 通道宽度 b1=0.00625m （4）则当量直径：m （5）3.2.2 冷程通道设水的流速为W1=1.2m/s,水流量为0.009m3/s。通道的截面积F1=0.0075m2 （6） 通道宽度 b1=0.0075m （7）则当量直径：m （8）3.3 雷诺数和普兰特数Pr （9） （10）石油（热程）通道代入数据水（冷程）通道代入数据3.4 给热系数的计算由于是液-液传热，介质的雷诺数Re6000,在湍流范围内，故使用下列公式计算： （11）石油（热程）通道设中心管直径d=0.3m螺旋体的外径=0.8m则平均直径 （12）对被冷却介质m=0.3将已知数据代入计算公式W/(m2)水（冷程）通道对被加热介质m=0.4W/(m2)3.5 总传热系数K应用由串联热阻推导出的公式计算 （13） （14）取碳钢的传热系数=465w/(m)石油污垢热阻=(m2)/w水污垢热阻=( m2)/w则w/(）3.6 对数平均温度差,流体流动方向为全逆流操作 （15）=400=360 =155=115代入数据计算3.7 传热面积计算已知传热量Q=3675000W有传热方程式 （16） 将已知数据代入上式取F=50符合任务书条件要求。3.8 螺旋通道计算 H=1m （17）m3.9 螺旋圈数n与螺旋体外径前述已选螺旋中心直径d=0.3m,板厚m,L=25m,b1=0.0075m,b2=0.00624m。 （18）式中代入上式得圈螺旋体外径D0 （18） 与前面设的接近，故所设成立3.10 流体压降的计算由于液-液热交换，并考虑到定距柱和进出口局部阻力的影响，故按下面的公式计算通道和进出口的压力降 （19）设单位面积上的定距柱数目n0=90个/m2螺旋通道长度 L=25m热程通道压力降Pa冷程通道压力降 Pa4 螺旋板式换热器的螺旋板的强度计算与校核4.1 强度计算按公式进行计算： （20） 已知=0.8m,H=1m,换热器的操作压力P=2.25MPa其设计压力：=1.1P=1.1x2.45=2.695MPa （21） 螺旋板材料选Q235-A其, （22） 曲率影响系数 （23） =1+0.96(1.28-2X0.4)=1.46其中R=/2定距柱的间距t,按下式： （24） 当采用定距柱时C=4.7将已知数据代入公式：由以上计算可知，可取定距柱t=60mm4.2 螺旋板的挠度 （25） 已知E=MPa,t=60mm, =0.003m, =0.3，p=2.695MPa对于定距柱=0.00638，代入计算：=0.143mm4.3 稳定性计算对于螺旋板式换热器所有的通道来说，螺旋板会受到内部压力和外部压力的共同作用，当螺旋板收到的外部压力达到一个定值的时候，它就会被这个压力压瘪从而失去稳定性，这时的压力就被叫做临界压力。而我们为了能让换热器在正常工作时不出现问题，必须设计其操作压力小于其临界压力。由于螺旋板式换热器的临界压力于所选材料的物理性质还有螺旋板厚度等等一些数据有关，所以现在还没有特别准确的公式计算螺旋板式换热器的临界压力，但为了校核临界压力，我们就对它进行近似的计算。按“计算法”校核螺旋板式换热器的稳定性，根据已知数据，板宽H=1.0m板厚=0.003m,螺旋板曲率半径R=/2=0.4m按公式计算定距柱间距： （26）由强度计算取t=60mm所以t此条件下选用公式： （27）代入数据：=1.685MPa （28）对外压设备中，一般取稳定系数已知设备的设计压力为P=2.25MPa由于P故设备稳定,操作安全。5 螺旋板式换热器的结构尺寸由于是液-液热交换，按可拆式螺旋板式换热器确定各部件的结构和尺寸。流体流向的选择：柴油由上端的中心管进入，沿螺旋流向外周排出。水由外周向中心管排出，逆流操作。5.1 密封结构密封结构对于螺旋板式换热器是十分重要的，哪怕只有一点缝隙导致泄漏，也会让换热器无法正常工作，所以我们要保证断面密封结构的设计要符合要求。我们此次设计的是可拆式螺旋板换热器，因此采用封头垫片的密封结构。封头通过焊接法兰，螺栓等于外壳和螺旋板相连，螺旋通道之中垫入密封条焊接密封。图4 椭圆形端盖密封结构5.2 定距柱尺寸螺旋板上分布着密集的小圆柱，它们叫做定距柱。定距柱有着这样三个方面的作用：首先，定距柱一般按三角形排列，每个定距柱之间的距离确定，这样可以有效的控制螺旋通道的间距。其次，有着多个定距柱的支撑，可以增加螺旋体的强度和刚度。最后，均匀分布的定距柱还能是流体更容易发生湍流。在我们的设计或者加工中没有控制好定距柱的高度和螺旋通道的宽度，导致定距柱和螺旋板没有贴合，会严重削弱定距柱对螺旋板强度和刚度的加强。而且由于螺旋板会随着操作压力的变化发生膨胀和收缩，会影响到端面密封焊的寿命。因此在设计中一定要注意。定距柱的尺寸按螺旋通道宽度和决定。可选直径为5mm，热程高为6.25mm，冷程高为7.5mm的圆钢条作定距柱，考虑到定距柱间距t=60mm，定距柱的数目为n=36 个/，整个换热器的定距柱的数目为720个。定距柱按等边三角形排列。5.3 换热器外壳的设计换热器外壳，采用两个半圆对接焊结构，外壳主要受内压作用，其厚度按承受内压的圆筒计算，即按下式计算：,P=1.1MPa 圆筒半径R=400mm （29）壁厚附加量e=0,壳体材料选Q235-A, , , （30） （31）取壳体与连接板的连接采用角焊代入数据：故选碳钢板厚为4mm螺旋板换热器中承受压力的部分主要是外壳，我们一般用增加外圈螺旋板厚度的方法来提高外壳承受压力的能力。此次设计使用的是由两个半圆环作为外壳的，它用连接板两端一端与外壳焊接，另一端和螺旋体对接焊接。并没有使用角焊缝，这样做能有效的提高可拆式螺旋板换热器的可靠性。具体如图5所示。图5 螺旋板换热器的侧向接管型式5.4 进出口接管设计 进出口接管直径d,中心管采用垂直于螺旋板式横断面的结构，螺旋通道的接管为了减少加工量，也采用垂直接管，由传热工艺计算可知：热程（贫油）通道截面积冷程（富油）通道截面积设管内流量与通道内流量相等，亦即他们的截面积相等，热程通道的接管直径为： （32）热程通道的接管直径为： （33）选100x4不锈钢管，配管法兰为凸面对焊钢制法兰PN1.0 DN=250mm5.5 中心隔板尺寸中心隔板的设计对于螺旋板换热器是十分重要的，在实际工作中，无论是可拆式还是不可拆式，中心隔板和螺旋板之间的焊缝都是无法维修的。因此，除了在制造过程中控制好焊接的质量，还要对设计做出改进。此次设计经过各方面的考量，采用的是螺旋板和厚中心隔板的角接结构。具体如图6所示。 图6 中心板结构示意图螺旋板为碳钢，厚度=0.003m长度为H=1m 中心隔板的宽度： （34） 代入已知数据：中心隔板的高度等于螺旋板的高度。同时，也可求得偏心距： （35） （36）有中心隔板宽度可知支承环半径约为145mm。5.6 螺旋板换热器各设计参数如下：换热面积：F=50螺旋板圈数：28圈螺旋板长度：L=10m螺旋板高度：H=1m螺旋体的外径：=0.8m螺旋通道宽度热程（贫油）通道：=0.00625m冷程（富油）通道：=0.0075m螺旋板厚度：=0.003m螺旋中心直径：d=0.3m定距柱间距：t=60mm定距柱数：n=36 个/进出口管为100x4不锈钢管6 换热器的安装与维修6.1换热器的安装我们在安装换热器之前必须先检查它的一些基础情况。比如说，换热器的表面是否完好，形状和主要尺寸能否符合设计要求，密封结构是不是完好，保证没有泄露。将换热器的各个零部件和安装所需要的的工具分门别类的放好，确定没有遗漏，然后才能开始安装。基础的检查和验收完成之后，我们就可以开始进行换热器的安装。我们采用将换热器固定在垫铁上，将垫铁放置在水平地面上。这样可以可以增加换热器的水平稳定性，并能将其重量通过垫铁均匀的传递到水平地面上。此外，灵活的调整垫铁的厚度，还能使换热器达到合适的水平度和标高。垫铁主要可以分为三种，分别是平垫铁，斜垫铁和开口垫铁，其中斜垫铁必须成对使用，而且，将换热器安装在垫铁上必须留出空间，不能让垫铁妨碍换热器的膨胀。换热器到位之后要用水平仪进行找平工作，然后再进行固定。这样能让螺旋通道中的流动介质均匀充分的接触换热，如果换热器有所倾斜，可能会让实际换热效果无法达到设计。根据换热器的结构形式，在安装时要考虑留有空余，一般来说，我们要在换热器的两端留下足够的空间，这是为了以后操作、清洗维修的需要。6.2换热器的清洗和维修6.2.1换热器的清洗本设计采用的是可拆式螺旋板换热器，其本身有着很强的自我清洁能力，不过可能还是会有少许的污垢残留。因此，在下文介绍几种清洗方式。换热器的清洗一般使用机械法或者是化学法，我们一定要根据条件灵活的选用清洗方法。比如说无法溶解在酸碱和溶剂中的污垢就要采用机械法，而在一些结构复杂的换热器我们就采用化学法。机械清洗中一般用喷水、喷砂、喷丸，或者是海绵和钢丝刷子清洗；化学清洗就是用酸、碱或是化学溶剂。6.2.2换热器的维修为了让换热器的使用寿命更长，我们要保持对换热器的维护和检修。而螺旋板式换热器比起管壳式换热器，它的维护和检修都要困难得多。不可拆式换热器几乎无法进行内部的维修，可拆式还好一点，但也有很多地方无法维修。因此，我们在维护和检修的过程中应当以预防性维修为主。强调安全预防，来保证换热器能够安全稳定的运转，减少有可能发生的事故。7 总结
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