1、化工原理課程設(shè)計題目：汽油冷卻器的設(shè)計系 別_化學(xué)化工學(xué)院_班 級 化 工 132學(xué) 號20130914210姓 名 黃 紅 潘指導(dǎo)教師 朱 芳 坤 日 期：2015 年 6 月26 日任務(wù)書一、 設(shè)計題目：處理量62萬噸/年汽油冷卻器的設(shè)計二、設(shè)計任務(wù)： 1、處理能力:6.2×105t/a汽油； 2、設(shè)備型式：列管式換熱器； 3、操作條件： （1）汽油：入口溫度160；出口溫度60； （2）冷卻介質(zhì)：采用循環(huán)水，入口溫度15，出口溫度30； （3）允許壓降：管程不大于0.1MPa 殼程不大于30KPa (4)汽油定型溫度下無物性數(shù)據(jù)： 密度 0 =780Kg/m3 定壓比熱容 CP

2、0=2.20KJ/Kg 熱導(dǎo)率 0=0.138W/m 粘度 0=0.536×10-3Pa·s（5） 每年按330天計，每天24小時連續(xù)生產(chǎn)。三、設(shè)計要求：1、選擇適宜的列管式換熱器并進行核算2、要進行工藝計算3、要進行主體設(shè)備的設(shè)計（主要設(shè)備尺寸、橫算結(jié)果等）4、編寫設(shè)計任務(wù)書5、進行設(shè)備結(jié)構(gòu)圖的繪制（設(shè)備技術(shù)要求、主要參數(shù)、接管表、部件明細(xì)表、標(biāo)題欄。）2任務(wù)書2摘要5Abstract6第一章 緒論91.1換熱器技術(shù)概況91.2換熱器設(shè)備的發(fā)展101.3換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用11第二章 設(shè)計方案132.1換熱器類型的選擇132.2流程的安排15第三章 換熱器的工藝計算1

3、63.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)163.2 換熱器面積的估算173.2.1 熱負(fù)荷173.2.2平均傳熱溫差173.2.3傳熱面積183.2.4 冷卻水的用量193.3 換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算203.3.1 管內(nèi)和管外流速計算203.3.2管長管徑及管程數(shù)和傳熱管數(shù)的計算223.4 管程數(shù)和傳熱管數(shù)的計算223.4.1 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)的確定223.4.2 傳熱管排列和分程的選擇233.4.3 殼程內(nèi)徑計算253.4.4 折流板的選擇253.4.5 其他附件選擇273.5 換熱器核算283.5.1 傳熱能力的核算283.5.1.1 殼程傳熱膜系數(shù)283.5.2 壁溫核算323.5.3 換熱器流體

4、流動阻力計算323.6 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸計算結(jié)果匯總343.7 主要符號說明35主要參考文獻364.主體設(shè)備條件圖及生產(chǎn)工藝流程圖（附圖）3737摘要在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱為換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)部門的通用工藝設(shè)備，尤其是石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛，在化工廠中換熱器可用作加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸騰器等。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱機理的研究十分活躍，一

5、些新型高效換熱器相繼問世。 隨著換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用不同，換熱器的類型也多種多樣，不同類型的換熱器各有優(yōu)缺點，性能各異。在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過熱器等。 換熱器按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴展表面式換熱器（板翅式、管翅式等），如表1-0所示。類 型 特 點 間 壁 式 管 殼 式 列管式 固定管板式 剛性結(jié)構(gòu) 用于管殼溫差較小的情

6、況（一般50），管間不能清洗 帶膨脹節(jié) 有一定的溫度補償能力，殼程只能承受低壓力 浮頭式 管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合 U型管式 管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難 填料函式 外填料函 管間容易泄漏，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì) 內(nèi)填料函 密封性能差，只能用于壓差較小的場合 釜式 殼體上部有個蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮 雙套管式 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場合和固定床反應(yīng)器中 套管式 能逆流操作，用于傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器 螺旋管式 沉浸式 用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱 噴淋式 只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主

7、要用于粘性較大的液體間換熱 螺旋板式 可進行嚴(yán)格的逆流操作，有自潔的作用，可用作回收低溫?zé)崮?平板式 結(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈 板殼式 板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高 混合式 適用于允許換熱流體之間直接接觸 蓄熱式 換熱過程分階段交替進行，適用于從高溫爐氣中回收熱能的場合 表1-0 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下各項基本要求:（1）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件 傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學(xué)性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規(guī)定的條件。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)這些條件進行熱力學(xué)和流體力學(xué)的計算，經(jīng)過反復(fù)比較，使

8、所設(shè)計的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量。其具體做法如下。 增大傳熱系數(shù) 在綜合考慮流體阻力及不發(fā)生流體誘發(fā)振動的前提下，盡量選擇高的流速。 提高平均溫差 對于無相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因為這樣不僅可提高平均溫差，還有助于減少結(jié)構(gòu)中的溫差應(yīng)力。在允許的條件時，可提高熱流體的進口溫度或降低冷流體的進口溫度。 妥善布置傳熱面 例如在管殼式換熱器中，采用合適的管間距或排列方式，不僅可以加大單位空間內(nèi)的傳熱面積，還可以改善流體的流動特性。錯列管束的傳熱方式比并列管束的好。如果換熱器中的一側(cè)有相變，另一側(cè)流體為氣相，可在氣相一側(cè)的傳熱面上加翅片以增大傳熱面積，

9、更有利于熱量的傳遞。 （2）安全可靠 換熱器是壓力容器，在進行強度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時，應(yīng)遵照我國鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定與鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。這對保證設(shè)備的安全可靠起著重要的作用。 （3）有利于安裝、操作與維修 直立設(shè)備的安裝費往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與裝拆，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層。 （4）經(jīng)濟合理 評價換熱器的最終指標(biāo)是：在一定的時間內(nèi)（通常為1年）固定費用（設(shè)備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費等）的總和為最小。在設(shè)計或選型時，如果有幾種換熱器都

10、能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標(biāo)尤為重要。 動力消耗與流速的平方成正比，而流速的提高又有利于傳熱，因此存在一最適宜的流速。 傳熱面上垢層的產(chǎn)生和增厚，使傳熱系數(shù)不斷降低，傳熱量隨之而減少，故有必要停止操作進行清洗。在清洗時不僅無法傳遞熱量，還要支付清洗費，這部分費用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補償，因此存在一最適宜的運行周期。 嚴(yán)格地講，如果孤立地僅從換熱器本身來進行經(jīng)濟核算以確定適宜的操作條件與適宜的尺寸是不夠全面的，應(yīng)以整個系統(tǒng)中全部設(shè)備為對象進行經(jīng)濟核算或設(shè)備的優(yōu)化。但要解決這樣的問題難度很大，當(dāng)影響換熱器的各項因素改變后對整個系統(tǒng)的效益關(guān)系影響不大時，按照上述觀點單獨地對換熱器進行經(jīng)濟

11、核算仍然是可行的。Abstract In the different temperature of heat transfer fluid between the device known as the heat exchanger, referred to as heat exchanger. In heat exchangers should have at least two different temperature of fluid, a fluid of high temperature, heat release; another kind of fluid temperatur

12、e is low, heat absorption. Heat exchanger is one of the many industrial departments of general technology equipment, particularly in the oil, chemical production in the application of more extensive, in chemical plant in the heat exchanger can be used as a heater, cooler, condenser, evaporator and t

13、hen boiling device. With the development of our industry, of energy utilization, development and conservation of the increasing demands, thus the heat exchanger requirements are also increasing. Heat exchanger design, manufacture, improvement of structure and heat transfer mechanism research is very

14、 active, a number of new type high efficient heat exchanger in succession. With the heat exchanger in the industrial production of different functions and status, types of heat exchangers are also diverse, different types of heat exchanger with different advantages and disadvantages, the performance

15、 of different. In the design of heat exchangers, first of all should be according to the technological requirements of applicable type, and then calculate the heat required heat transfer area, and to determine the heat exchanger structure size. Heat exchanger according to the different purposes can

16、be divided into heater, cooler, condenser, evaporator, a reboiler, cryogenic device, such as the superheater. Heat exchanger in heat transfer can be divided into: hybrid, regenerative and recuperative. The intermediate wall type heat exchanger is the most widely used, according to the heat transfer

17、surface shape and structure can be divided into the shell and tube type heat exchanger, plate type heat exchanger and the extended surface heat exchanger ( plate-fin tube fin type, etc.), as shown in table 1-0.Table 1-0 heat transfer structure classificationType Characteristic Wall type Shell and tu

18、be type tube Fixed tude type Rigid structure Shell and tube temperature difference for the smaller ( general 50 ), tube can not be cleanedWith expansion joint There is a certain temperature compensation ability, can bear the low pressure shellFloating head type And can bear high pressure, can be use

19、d for high temperature and high pressure U shaped pipe And can bear high pressure, pipe cleaning and maintenance difficulties Stuffing box Outer packing Tube is easy to leak, for processing volatile, explosive and high pressure mediumInner packing The sealing performance is poor, can only be used fo

20、r occasions with small pressure difference Kettle type The upper part of the shell has an evaporating space for reboiler, cookingDouble pipe type The structure is more complex, mainly used for high temperature and high pressure situations and fixed bed reactor Sleeve type Countercurrent heat transfe

21、r surface can be used for smaller, cooler, condenser or preheater Spiral tube type Immersion For the fluid in the pipe cooling, condensing or pipe fluid heating Spray typeOnly for the fluid in the pipe cooling and condensation Surface type Plate Easy to wash, heat transfer surface can be adjusted, m

22、ainly for viscous liquid heat exchanger Spiral plate Can undertake strict countercurrent operation, a self-cleaning effect, can be used for recovering low temperature heat energy Flat typeCompact structure, convenient assembly and disassembly, small, easily blocked channel, require fluid clean Shell

23、 type Plate beam similar to the tube bundle can be drawn out for cleaning, maintenance, too high pressure Mixed type Suitable for direct contact between the heat transfer fluid Heat storage typeHeat transfer process in stages, applied from the high temperature furnace gas heat recovery Improve the h

24、eat exchanger in the design or selection should meet the following requirements. ( 1) reasonably realize specified conditions Heat transfer, fluid thermodynamic parameters ( temperature, pressure, flow, phase state, etc.) and physical and chemical properties ( density, viscosity, corrosion resistanc

25、e etc.) are process conditions. The designer should according to the conditions of thermodynamics and fluid mechanics calculation, after repeated comparisons, the design of the heat exchanger with as little as possible with the heat transfer area, per unit of time transfer as much heat. The concrete

26、 methods are as follows. increases heat transfer coefficient? Considering the fluid resistance and fluid induced vibration under the premise, try to choose high velocity. Improve the mean? For no phase change fluid, as a close to the countercurrent heat transfer way. Because it can not only improve

27、the mean temperature difference, also help to reduce the thermal stress in structure. In the conditions allow, can improve the hot fluid inlet temperature or reducing the cold fluid inlet temperature. The proper arrangement of heat transfer surface? For example in shell and tube heat exchanger, the

28、suitable tube spacing or arrangement, can not only increase the unit within the space of the heat transfer area, but also can improve the fluid flow characteristics. Staggered tube bundle heat transfer way than parallel bundles. If the heat exchanger is arranged in one side of the phase transition,

29、the other side of the fluid is a gas phase, in the gas phase side of the heat transfer surface and fin to increase the heat transfer area, more conducive to heat transfer.( 2) safety and reliability The heat exchanger is a pressure vessel, the strength, rigidity, temperature stress and calculation o

30、f fatigue life of our country, should be in accordance with the " steel Petrochemical Pressure Vessel Design Regulations " and " steel shell and tube type heat exchanger design provisions " and other relevant regulations and standards. To ensure the security and reliability of th

31、e equipment plays an important role in.( 3) facilitates the installation, operation and repair ertical installation fee is often lower than the horizontal or inclined equipment. Equipment and components shall be convenient for transportation and installation, the plant Mobile has no stairs, beam, co

32、lumn hinder, according to the need to buy gas, liquid discharging port, check hole and laying insulation layer.( 4) the economic and reasonable Evaluation of heat exchanger is the ultimate indicator is: in a certain period of time ( usually 1 years ) fixed costs ( equipment purchase, installation co

33、st and operation cost etc.) ( power cost, cleaning costs, repair costs ) to minimize the sum of. In the design or selection, if there are several heat exchanger can finish production tasks, this index is particularly important. The power consumption and the flow rate is proportional to the square of

34、 velocity, but also improve beneficial to heat transfer, so there is an optimum velocity. On the heat transfer surface fouling layer of generation and thickening, the heat transfer coefficient is reduced ceaselessly, subsequently and decrease heat transfer, so it is necessary to stop the operation o

35、f cleaning. When in cleaning is not only unable to transfer heat, pay cleaning fee, the cost must be cleaned from the heat transfer conditions are compensated, so there is an optimum operating cycle. Strictly speaking, only if isolated from the heat exchanger to undertake economic accounting to dete

36、rmine the suitable operating condition and the suitable size is not comprehensive enough, should be based on the system of economic accounting of all equipment for the object or equipment optimization. But in order to solve this problem is very difficult, when the influence of heat exchanger on the

37、various factors change on the whole system performance has little effect when, according to the above views individually heat exchanger economic accounting is still feasible.第一章 緒論1.1換熱器技術(shù)概況換熱器就是在不同流體間傳遞熱能的裝置。在世界范圍內(nèi)，雖然目前管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位，單各種板式換熱器的競爭力在逐漸上升。世界換熱器產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)品與技術(shù)方面的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為產(chǎn)品大型化、高效化、節(jié)能化，此外，換熱器新材料的

38、開發(fā)應(yīng)用、產(chǎn)品技術(shù)的更新?lián)Q代、不同應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的細(xì)分化也都是行業(yè)的發(fā)展趨勢。 隨著時代的改變，換熱器也不斷發(fā)展進步著。目前，為提高換熱器的傳熱效率，各種新型換熱器產(chǎn)品層出不窮。螺旋折流板換熱器、雙紋管換熱器、絲狀花內(nèi)插物換熱器、變形翅片管換熱器、噴涂翅片管冷卻器、非釬焊金屬絲纏繞翅片換熱器、螺旋繞管式換熱器、帶紐帶插入物的湍流增強式換熱器、麻花扁管換熱器、提箱式全焊板式換熱器、防振結(jié)構(gòu)換熱器等新產(chǎn)品不斷推向市場。目前，大型可拆式板殼式換熱器、新型節(jié)能焊接板式換熱器、系統(tǒng)集成應(yīng)用換熱機組、強化傳熱管式換熱器、板式蒸發(fā)器等產(chǎn)品日益成為市場的主流。在材料應(yīng)用上，隨著原材料價格的變動，更經(jīng)濟、更耐腐蝕

39、的新型材料制成的產(chǎn)品日益增長。在應(yīng)用領(lǐng)域上，換熱器產(chǎn)品根據(jù)不用的應(yīng)用要求被不斷細(xì)分化。同時，在產(chǎn)品市場競爭格局上，歐美等發(fā)達(dá)國家在繼續(xù)加強在板式換熱器領(lǐng)域上的研發(fā)力量，而屬于大型壓力容器的管殼式換熱器的生產(chǎn)制造則不斷向歐洲的意大利和亞洲的日本、韓國、印度、中國等國家和地區(qū)轉(zhuǎn)移。1.2換熱器設(shè)備的發(fā)展 由于制造工藝和技術(shù)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單結(jié)構(gòu)，傳熱面積下、體積較大、笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，管殼式換熱器的單位以及具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 20世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱

40、器，結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好。30年代初，瑞典首次制成螺旋板式換熱器。緊接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿生產(chǎn)。20世紀(jì)60年代，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自20世紀(jì)60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步發(fā)展。20世紀(jì)70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展的基礎(chǔ)上又開發(fā)出列管式換熱器。 2

41、0世紀(jì)80年代后，大量的強化傳熱元件被推向市場，如折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發(fā)式空冷凝器等高效換熱器。 進入21世紀(jì)后，大量的強化傳熱技術(shù)應(yīng)用與工業(yè)裝置，世界換熱器在技術(shù)上獲得了快速提升，板式換熱器日漸崛起。1.3換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。 換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常用作把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新

42、結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。 換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。 它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。 換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計，熱交換器的噸位約占整個工藝設(shè)備的20%有的甚至高達(dá)30%，其重要性可想而知。 換熱器種類很多,但根據(jù)冷,熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類,即間壁式,混合式和蓄熱式。在三類換熱器中,間壁式換熱器應(yīng)用最多：1 .間

43、壁式換熱器的類型 夾套式換熱器 這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結(jié)構(gòu)簡單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻,可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當(dāng)夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動的措施,以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補充傳熱面的不足,也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻. 8 J + i7 R2 c/ u! n6 S+ x 沉浸式蛇管換熱器 這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容器相適應(yīng)的形狀,并沉浸在容器內(nèi)的液體中.蛇管換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,能承受高壓,可用耐腐蝕材料制造;其缺點是容器內(nèi)液體湍動

44、程度低,管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù),容器內(nèi)可安裝攪拌器. 5 O. o* # r0 c 噴淋式換熱器 這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動,冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下,故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液膜,管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作用.因此,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善. 套管式換熱器 套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中,一種流體走管內(nèi),另一種流體走環(huán)隙,兩者皆可得到

45、較高的流速,故傳熱系數(shù)較大.另外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對數(shù)平均推動力較大. 套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單,能承受高壓,應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點,在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式. 8 M% W- l. g0 O: W- W 管殼式換熱器 管殼式(又稱列管式) 換熱器是最典型的間壁式換熱器,它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位. 管殼式換熱器主要有殼體,管束,管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平

46、行管束,管束兩端固定于管板上.在管殼換熱器內(nèi)進行換熱的兩種流體,一種在管內(nèi)流動,其行程稱為管程;一種在管外流動,其行程稱為殼程.管束的壁面即為傳熱面. 為提高管外流體給熱系數(shù),通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板.折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加.常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種,前者應(yīng)用更為廣泛. 流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個管程,每通過殼體一次稱為一個殼程.為提高管內(nèi)流體的速度,可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板,將全部管子平均分隔成若干組.這樣,流體可每次只通過部分管子而往返管束多次,稱為多管程.同樣,為提高管外流速,可在殼體

47、內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間,稱多殼程.在管殼式換熱器內(nèi),由于管內(nèi)外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同.如兩者溫差很大, 換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上松脫.因此,當(dāng)管束和殼體溫度差超過50時,應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏夭钛a償措施,消除或減小熱應(yīng)力. 2.混合式換熱器 混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動

48、力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。+ R# t# H+ j! J: I混合式熱交換器的種類, B/ R& B6 e d+ r$ t j按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型： * ! T/ 8 I: C' H(1)冷卻塔(或稱冷水塔) 在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實際工程中得到了廣泛的使用。 (2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔) ; Q4 l+ 8 E/ , k; B! Q

49、在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多。空調(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對空氣進行冷卻，而且還可對其進行加熱處理。但是，它也有對水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用!(3) 噴射式熱交換器在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進行傳熱傳質(zhì)

50、，并同進入擴散管，在擴散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。 8 8 Q3 v" N+ r2 r5 c(4)混合式冷凝器 這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝7 F' w; c9 U& k& 3.蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器用于進行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時用金屬波形帶等）。換熱分兩個階段進行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。這兩個階段交替進行。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。常用

51、于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。 蓄熱式換熱器一般用于對介質(zhì)混合要求比較低的場合。, R0 6 " F8 8 M/ R7 G第二章 設(shè)計方案2.1換熱器類型的選擇 根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計要求，介紹幾種常見的列管式換熱器。1 固定管板式換熱器這類換熱器如圖1-1所示。固定管辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)余構(gòu)簡單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而

52、產(chǎn)生不同的熱膨脹時，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。 2.U型管換熱器U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型環(huán)熱管由溫差時，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。U型管式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，只有一塊管板，密封面少，運行可靠；管束可以抽出，管間清洗方便。其缺點是管內(nèi)清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報廢率較高。此外，其造價比管定管板式高10%左右。3. 浮頭式換熱器浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點是兩端管板之一

53、不與外科固定連接，可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時，互不約束，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi)管間的清洗。其缺點是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。4.填料函式換熱器填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。其特點是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，制造方便，耗材少，造價也比浮頭式的低；管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進行清洗，維修

54、方便。其缺點是填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。 選擇換熱器時,要遵循經(jīng)濟,傳熱效果優(yōu),方便清洗,符合實際需要等原則。換熱器分為幾大類夾套式換熱器：沉浸式蛇管換熱器、噴淋式換熱器、套管式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器、熱管式換熱器、列管式換熱器等。不同的換熱器適用于不同的場合。而列管式換熱器在生產(chǎn)中被廣泛利用。它的結(jié)構(gòu)簡單、堅固、制造較容易、處理能力大、適應(yīng)性大、操作彈性較大。尤其在高壓、高溫和大型裝置中使用更為普遍。所以首選列管式換熱器中固定管板式換熱器作為設(shè)計基礎(chǔ)。 2.2流程的安排1、冷、熱流體流動通道的選擇在列管式換熱器的設(shè)計中，

55、哪種流體走管程，哪種流體走殼程，需進行合理安排。選擇原則：傳熱效果好、結(jié)構(gòu)簡單、檢修與清洗方便。一般考慮以下幾個方面。易結(jié)垢應(yīng)走易清洗的一側(cè)。對于固定管板式、浮頭式換熱器，一般應(yīng)使易結(jié)垢流體流經(jīng)管程；但對于U形管式換熱器，易結(jié)垢流體應(yīng)走殼程。 若在設(shè)計上需要提高流體的流速，以提高其傳熱膜系數(shù)。在這種情況下，應(yīng)將需提高流速的流體放在管程。這是因為管程流通截面面積小，易于采用多管程結(jié)構(gòu)，以提高流速。 具有腐蝕性的流體應(yīng)走管程，以免管束與殼體同時受到腐蝕，同時這樣也可以節(jié)約耐腐蝕材料，降低換熱器成本。 壓力高的流體應(yīng)走管程，這是因為管子直徑小，承壓能力強，能夠避免采用耐壓的殼體和密封措施。具有飽和蒸汽冷凝的換熱器，應(yīng)使飽和蒸汽走殼程，便于及時排除冷凝液，且蒸汽較清潔，以免污染殼程。溫度很高（或很低）的物料應(yīng)走管內(nèi)，以減少熱量（或冷量）