列管式換熱器課程設計(含有CAD格式流程圖和換熱器圖).doc

X X X X 大 學材料工程原理B課程設計設計題目： 5.5104t/y熱水冷卻換熱器設計 專 業(yè)： - 班 級： - 學 號： - 姓 名： - 日 期： - 指導教師： - 設計成績： 日 期： 換熱器設計任務書題目5.5104t/y熱水冷卻換熱器設計設計基本參數(shù)處理能力：5.5104t/y設備型式：列管式換熱器 操作條件： (1）冷卻介質：循環(huán)水入口溫度：22，出口溫度：40 (2）熱 水：入口溫度：80，出口溫度：60 （3）允許壓降：不大于105 Pa （4）每年按330天計，每天24小時運行設計要求及內容設計內容；（1） 方案簡介：對選定的工藝流程、重要設備的形式進行簡要的論述；（2） 設備的工藝設計計算：包括工藝參數(shù)的選定、物料平衡、熱量平衡、設備的工藝尺寸計算以及結構設計；（3） 流程簡圖：以單線圖形式繪制，繪出主體設備和輔助設備的物料與氣流流向；（4） 設備工藝圖：包括設備的主要工藝尺寸、技術特性等設計要求：（1） 加深學生對本課程基本理論知識的理解，提高本課程基本知識的應用能力；（2） 要求學生能綜合運用本課程和先修課程的基本理論和知識，獨立思考和分析問題，完成一個單元操作過程和設備的工程設計 ，得到材料工程設計的初步訓練。（3） 使學生了解工程設計在生產、科研和工程建設中的地位與重要性，掌握工程設計的主要內容、程序和方法，學會應用有關資料進行設計計算，提高繪圖能力，提高獨立分析和解決問題的能力；課程設計計算書要求內容完整、計算正確，文字簡潔通順；圖紙要求規(guī)范、整潔、齊全各階段時間安排（以天為單位）（1） 講課、布置任務：0.5天（2） 查閱資料，搜集數(shù)據(jù)：1天（3） 分析確定方案易操作參數(shù)：1天（4） 工藝設計計算以及設備結構設計：3天（5） 編制說明書、繪圖：4天（6） 考核和答辯：0.5天目錄1. 設計方案簡介2. 工藝流程簡介3. 工藝計算和主體設備設計4. 設計結果概要5. 附圖6. 參考文獻1.設計方案簡介1.1列管式換熱器的類型根據(jù)列管式換熱器的結構特點，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設計要求，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。固定管板式換熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結余構簡單；在相同的殼體直徑內，排管最多，比較緊湊；由于這種結構式殼測清洗困難，所以殼程宜用于不易結垢和清潔的流體。當管束和殼體之間的溫差太大而產生不同的熱膨脹時，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質的泄漏。（2）U型管換熱器U型管換熱器結構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，當殼體與U型環(huán)熱管由溫差時，不會產生溫差應力。U型管式換熱器的優(yōu)點是結構簡單，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；管束最內程管間距大，殼程易短路；內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構如下圖1-3所示。其結構特點是兩端管板之一不與外科固定連接，可在殼體內沿軸向自由伸縮，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，不會產生溫差應力；管束可以從殼體內抽搐，便與管內管間的清洗。其缺點是結構較復雜，用材量大，造價高；浮頭蓋與浮動管板間若密封不嚴，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質的混合。(4)填料函式換熱器填料函式換熱器的結構如圖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，不會產生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應力。填料函式換熱器的優(yōu)點是結構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；管束可以從殼體內抽出，管內管間均能進行清洗，維修方便。其缺點是填料函乃嚴不高，殼程介質可能通過填料函外樓，對于易燃、易爆、有度和貴重的介質不適用。1.2換熱器類型的選擇以及流經的選擇所設計的換熱器用于冷卻熱水，水黏度較小，不易產生水垢，而且兩流體的溫差不大于50，所以選用固定管板式換熱器，熱水走殼程，循環(huán)水走管程。1. 3流速的選擇 表2-2 換熱器常用流速的范圍 介質流速 循環(huán)水 新鮮水 一般液體 易結垢液體 低粘度油 高粘度油 氣體 管程流速，m/s1.02.00.81.50.531.00.81.80.51.5530殼程流速，m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.8215由于增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。故擬取循環(huán)水流速為1.0m/s。1.4材質的選擇列管換熱器的材料應根據(jù)操作壓強、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機械性能及耐腐蝕性能要下降。同時具有耐熱性、高強度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實際需要，可以選擇使用碳鋼材料。1.5管程結構換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如下圖所示。 (a) 正方形直列（b）正方形錯列 (c) 三角形直列 （d）三角形錯列 （e）同心圓排列 由于正三角形排列較緊湊，對于相同殼體直徑的換熱器排的管子較多，傳熱效果也較好，而且這個換熱器不易產生水垢，不需要考慮清洗問題。所以綜上所述，采用正三角形形錯列排列2、工藝流程簡介4工藝計算和主體設備設計4.1初算換熱器規(guī)格（1）確定流體進入空間：熱水走殼程，循環(huán)水走管程（2）確定流體的定性溫度、物性數(shù)據(jù)定性溫度： 冷卻水 熱水冷卻水（31） 熱水（70） （3）計算熱負荷Q Wo=5.51041000330246945kg/h Qo=Wocpoto=69454.187(80-60)=581760 kJ/h=161.6 kW循環(huán)水的流量(4)計算平均溫度差，并確定殼程數(shù) 查表知平均傳熱溫差由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適（5） 初選換熱器規(guī)格管內管外均為水，初選傳熱系數(shù)選用（碳鋼） 考慮 15的面積裕度，S=1.15S=4.98(m2)估算單程管的根數(shù)單程管計算，所需的傳熱管長度為 取管長為2.5m則（管程數(shù)） 取管心距t=1.25 d0t=1.252532(mm)殼體內徑D=200mm采用弓形折流板，圓缺高度折流板間距折流板數(shù)（7）接管 殼程流體進出口接管：取接管內熱水流速為 u1.0 m/s，則接管內徑為 取標準管徑為50mm。管程流體進出口接管：取接管內冷卻水流速 u1.5 m/s，則接管內徑為 取45mm無縫鋼管。4.2核算總傳熱系數(shù)K（1）計算管程對流傳熱系數(shù)管內循環(huán)水流速：（2）計算殼程對流傳熱系數(shù)換熱器中心附近管排中流體流通橫截面積：三角形排列的當量直徑：(3)確定污垢熱阻R（4）總傳熱系數(shù)由總傳熱系數(shù)計算傳熱面積滿足換熱器的裕度要求4.3 計算壓強降(1)計算管程壓強降由，傳熱管相對粗糙度參考圖雙對數(shù)坐標圖得流速， 管程流體阻力在允許范圍之內（2）計算殼程壓強降，其中：，按殼程流通橫截面積：則流體流經管束產生的壓強降：流體流過折流板缺口產生的壓強降：，其中 ，則殼程流體阻力在允許范圍之內8、換熱器的主要結構尺寸和計算結果表附表1 換熱器主要結構尺寸和計算結果參數(shù)管程殼程流率/（Kg/h)7740 6945進（出）口溫度/22（40） 80（60）壓力/MPa物性定性溫度/31 70 密度/Kg/m3994.8 977.8定壓比熱容/kJ/(kg/)4.174 4.187黏度/Pas熱導率/W/(m)0.6180.668普朗特數(shù)5.302.55設備結構參數(shù)形式固定管板式殼程數(shù)1殼體內徑/mm 200臺數(shù) 1管徑/mm25管心距/mm25管長/mm2500管子排列正三角形管數(shù)目/根 28折流板數(shù)/個 15傳熱面積/m25.28折流板間距/mm150管程數(shù) 4材質 碳鋼主要計算結果管程殼程流速/（m/s） 0.9830.3表