乙二醇冷卻器設(shè)計(jì)-趙守強(qiáng)

1、35目錄前言-（3）1緒論-（4）1.1換熱器的作用及分類-（4）1.2換熱器的發(fā)展歷史-（5）1.3換熱器的工作原理及制造材料-（6）1.4換熱器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向-（7）2課程任務(wù)書(shū)-（10）3管殼式換熱器總體結(jié)構(gòu)的選擇-（11）3.1概述-（11）3.2管殼式換熱器的型式與結(jié)構(gòu)-（11）3.3管程和殼程數(shù)確定-（17）3.4管殼式換熱器的操作強(qiáng)化、主要控制參數(shù)及選用要點(diǎn)-（18）3.5流動(dòng)空間的選擇-（19）3.6流速的選擇-（21）3.7流動(dòng)方式的選擇-（22）4管殼式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)-（23）41管殼式換熱器的型式選擇-(24)42確定物性參數(shù)-(25)4.3估算傳熱面積(26

2、)4.3.1 熱流量(26)4.3.2 平均傳熱溫(26)4.3.3 甲苯用量(27)4.3.4計(jì)算傳熱面積(27)4.4 工藝結(jié)構(gòu)尺寸-(27)4.4.1 工藝結(jié)構(gòu)尺寸(27)4.4.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)(28)4.4.3 傳熱管排列和分程方法(28)4.4.4殼體內(nèi)徑(28)4.4.5 折流板(28)4.4.6 接管(29)4.5換熱器核算(29)4.5.1 熱量核算(29)4.5.2管程阻力(32)4.5.3殼程阻力(32)附表.(33)結(jié)語(yǔ)(34)參考文獻(xiàn)(35)前言化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是綜合應(yīng)用本門(mén)課程和有關(guān)先修課程所學(xué)知識(shí)，完成以單元操作為主的一次設(shè)計(jì)實(shí)踐

3、。通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法，并在查閱技術(shù)資料、選用公式和數(shù)據(jù)、用簡(jiǎn)潔文字和圖表表達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)果、制圖以及計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算等能力方面得到一次基本訓(xùn)練，在設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想和實(shí)事求是、嚴(yán)肅負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。化工原理課程設(shè)計(jì)是化工原理課程教學(xué)的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是使學(xué)生得到化工設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。圍繞以某一典型單元設(shè)備(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸發(fā)器、冷卻器等)的設(shè)計(jì)為中心，訓(xùn)練學(xué)生非定型設(shè)備的設(shè)計(jì)和定型設(shè)備的選型能力。設(shè)計(jì)時(shí)數(shù)為2周，其基本內(nèi)容為：(1)設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的型式進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。(2)主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

4、(含計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算)：物料衡算，能量衡量，工藝參數(shù)的選定，設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。(3)輔助設(shè)備的選型：典型輔助設(shè)備主要工藝尺寸的計(jì)算，設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)的選定。(4)工藝流程圖：以單線圖的形式繪制，標(biāo)出主體設(shè)備與輔助設(shè)備的物料方向，物流量、能流量，主要測(cè)量點(diǎn)。(5)主要設(shè)備的工藝條件圖：圖面應(yīng)包括設(shè)備的主要工藝尺寸，技術(shù)特性表和接管表。(6)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容應(yīng)包括：設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，目錄，設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介，工藝計(jì)算及主要設(shè)備設(shè)計(jì)，輔助設(shè)備的計(jì)算和選型，設(shè)計(jì)結(jié)果匯總，設(shè)計(jì)評(píng)述，參考文獻(xiàn)。整個(gè)設(shè)計(jì)由論述，計(jì)算和圖表三個(gè)部分組成，論述應(yīng)該條理清晰，觀點(diǎn)明確；計(jì)算要求方法正確，誤差

5、小于設(shè)計(jì)要求，計(jì)算公式和所有數(shù)據(jù)必需注明出處；圖表應(yīng)能簡(jiǎn)要表達(dá)計(jì)算的結(jié)果。在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求：（1） 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；（2） 結(jié)構(gòu)安全可靠；（3） 便于制造、安裝、操作和維修；（4） 經(jīng)濟(jì)上合理。 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)

6、缺點(diǎn)，性能各異。在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需傳熱面積，并確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。1緒論 1.1換熱器的作用及分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝過(guò)程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝過(guò)程上的需要。此外，換熱設(shè)備也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能得有效裝置。例如，煙道氣、高爐爐氣、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣等余熱，通過(guò)余熱鍋爐可產(chǎn)生壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動(dòng)力的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。換熱器還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力、原子能等工業(yè)部門(mén)。它的主要功能是保證

7、工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一，應(yīng)用甚為廣泛。 按換熱設(shè)備熱傳遞原理或換熱方式分類，可分為以下幾種主要形式。 （1）直接接觸式換熱器 這類換熱器又稱混合式換熱器。這類換熱器具有傳熱效率高，單位容積提供的傳熱面積大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。 （2）蓄熱式換熱器 這類換熱器又稱為回?zé)崾綋Q熱器。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜、單位體積傳熱面大、故較適用于氣-氣熱交換的場(chǎng)合。如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器就是一種蓄熱式換熱器。 （3）間壁式換熱器 這類換熱器又稱表面式換熱器。間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的換熱器，其形式多種

8、多樣，如常見(jiàn)的管殼式換熱器和板式換熱器都屬于間壁式換熱器。 （4）中間載熱體式換熱器 這類換熱器是把兩個(gè)間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來(lái)的換熱器。載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器。 按傳熱表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類 （1）管式：套管式、殼管式、設(shè)管式 （2）板式 （3）擴(kuò)展表面式：板翅式、翅片管式、管帶式 （4）蓄熱式 按流程又可分為單流程和多流程按用途又可分為： 1）冷卻器冷卻器是把流體冷卻到必要的溫度，但冷卻流體沒(méi)有發(fā)生相的變化。 2）加熱器 加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒(méi)有發(fā)生相

9、的變化。 3）預(yù)熱器 預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。 4）過(guò)熱器 過(guò)熱器用于把流體(工藝氣或蒸汽)加熱到過(guò)熱狀態(tài)。 5）蒸發(fā)器 蒸發(fā)器用于加熱流體，達(dá)到沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化 1.2換熱器的發(fā)展歷史 二十世紀(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器結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板式換熱器。接著，英國(guó)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(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)

10、新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。 60年代左右，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(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開(kāi)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(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。 1.3換熱器的工作原理及制造材料換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。 混合式換熱器是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合

11、換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠?jī)闪黧w本身的密度差得以及時(shí)分離。 蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。 間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開(kāi)，并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器

12、應(yīng)用最廣。 間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤(pán)式換熱器和空氣冷卻器等。 換熱器中流體的相對(duì)流向一般有順流和逆流兩種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無(wú)相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小

13、。 在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減?。蝗魝鳠崦娣e不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。 當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時(shí)，由于相變時(shí)只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無(wú)變化，因此流體的進(jìn)出口溫度相等，這時(shí)兩流體的溫差就與流體的流向選擇無(wú)關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯(cuò)流和折流等流向。 在傳熱過(guò)程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個(gè)重要的問(wèn)題。熱阻主要來(lái)源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側(cè)形

14、成的污垢層，金屬壁的熱阻相對(duì)較小。 增加流體的流速和擾動(dòng)性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會(huì)使能量消耗增加，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。 一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開(kāi)始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。1.4換熱器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向 20世

15、紀(jì)80年代以來(lái)，換熱器技術(shù)飛速發(fā)展，帶來(lái)了能源利用率的提高。各種新型、高效換熱器的相繼開(kāi)發(fā)與應(yīng)用帶來(lái)了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、私有化比例的加大，降低成本已成為企業(yè)追求的最終目標(biāo)。因而節(jié)能設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)備受矚目。能源的日趨緊張、全球氣溫的不斷升高、環(huán)境保護(hù)要求的提高給換熱器及空冷式換熱器及高溫、高壓換熱器帶來(lái)了日益廣闊的應(yīng)用前景。美國(guó)傳熱研究公司（Heat Transfer Research Inc.）即HTRI，是1962年發(fā)起組建的一個(gè)國(guó)際性、非贏利的合作研究機(jī)構(gòu)，會(huì)員數(shù)百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，積累了換熱器設(shè)計(jì)的豐富經(jīng)驗(yàn)，在傳熱機(jī)理、兩相流、振動(dòng)、污垢、模擬及測(cè)試

16、技術(shù)方面作出了巨大貢獻(xiàn)。近年來(lái)，該公司在計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)上發(fā)展很快，所開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件、各種換熱器工藝設(shè)計(jì)軟件計(jì)算精度準(zhǔn)確，不僅節(jié)省了人力，提高了效率，而且提高了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。目前國(guó)內(nèi)有近20家成為HTRI會(huì)員。 3 . Co2 _, X& V q英國(guó)傳熱及流體服務(wù)中心（Heat Transfer and Fluid Flow Service）即HTFS，于1967年成立，隸屬于英國(guó)原子能管理局。該中心有會(huì)員數(shù)百家，長(zhǎng)期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經(jīng)驗(yàn)和研究成果不僅廣泛用于原子能工業(yè)，而且用于一般工業(yè)。它最大特點(diǎn)是與各大學(xué)和企業(yè)合作，進(jìn)行專門(mén)的課題研究，研究成果顯著。在傳熱與流體計(jì)算

17、上更精確，開(kāi)發(fā)的HTFS、TASC各類換熱器微機(jī)計(jì)算軟件備受歡迎，國(guó)內(nèi)有30多家企業(yè)成為會(huì)員。3 r4 s y/ ?( X: B8 D! L31.物性模擬研究# Z/ Y( 6 R; g. x1 N* Z$ M, 換熱器傳熱與流體流動(dòng)計(jì)算的準(zhǔn)確性，取決于物性模擬的準(zhǔn)確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點(diǎn)研究課題之一，特別是兩相流物性模擬。兩相流的物性基礎(chǔ)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室實(shí)際工況的模擬，這恰恰是與實(shí)際工況差別的體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)際工況很復(fù)雜，準(zhǔn)確性主要體現(xiàn)與實(shí)際工況的差別。純組分介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)基本上準(zhǔn)確，但油氣組成物的數(shù)據(jù)就與實(shí)際工況相差較大，特別是帶有固體顆粒的流體模擬更復(fù)雜。為此，要求物性模擬在實(shí)

18、驗(yàn)手段上更加先進(jìn)，測(cè)試的準(zhǔn)確率更高。從而使換熱器計(jì)算更精確，材料更節(jié)省。物性模擬將代表?yè)Q熱器的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。2.分析設(shè)計(jì)的研究3 I( g- p Q 分析設(shè)計(jì)是近代發(fā)展的一門(mén)新興學(xué)科，美國(guó)ANSYS軟件技術(shù)一直處于國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)，通過(guò)分析設(shè)計(jì)可以得到流體的流動(dòng)分布場(chǎng)，也可以將溫度場(chǎng)模擬出來(lái)，這無(wú)疑給流路分析法技術(shù)帶來(lái)發(fā)展，同時(shí)也給常規(guī)強(qiáng)度計(jì)算帶來(lái)更準(zhǔn)確、更便捷的手段。在超常規(guī)強(qiáng)度計(jì)算中，可模擬出應(yīng)力的分布圖，使常規(guī)方法無(wú)法得到的計(jì)算結(jié)果能更方便、快捷、準(zhǔn)確地得到，使換熱器更加安全可靠。這一技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，將帶來(lái)技術(shù)水平的飛躍。將會(huì)逐步取代強(qiáng)度試驗(yàn)，擺脫實(shí)驗(yàn)室繁重的勞動(dòng)強(qiáng)度。1 M0 C

19、- Q1 n5 t% h, g3.大型化及能耗研究 ( c Z) D p. A. q, m3 Y換熱器將隨裝置的大型化而大型化，直徑將超過(guò)5m，傳熱面積將達(dá)到單位10000m2，緊湊型換熱器將越來(lái)越受歡迎。板殼式換熱器、折流桿換熱器、板翅式換熱器、板式空冷器將得到發(fā)展，振動(dòng)損失將逐漸克服，高溫、高壓、安全、可靠的換熱器結(jié)構(gòu)將朝著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、重量輕發(fā)展。隨著全球水資源的緊張，循環(huán)水將被新的冷卻介質(zhì)取代，循環(huán)將被新型、高效的空冷器所取代。保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的50以下。3 q- O1 i, U( 8 q j4.強(qiáng)化技術(shù)研究7 V: _+ ) y) u+ FC5 ?, L

20、9 J 各種新型、高效換熱器逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場(chǎng)動(dòng)力效應(yīng)強(qiáng)化傳熱技術(shù)、添加物強(qiáng)化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強(qiáng)化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)、微生物傳熱技術(shù)、磁場(chǎng)動(dòng)力傳熱技術(shù)將會(huì)在新的世紀(jì)得到研究和發(fā)展。同心管換熱器、高溫噴流式換熱器、印刷線路板換熱器、穿孔板換熱器、微尺度換熱器、微通道換熱器、流化床換熱器、新能源換熱器將在工業(yè)領(lǐng)域及其它領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用。, 8 9 ) |/ d+ h$ N8 M5.新材料研究 9 E6 . c8 P _/ A4 K材料將朝著強(qiáng)度高、制造工藝簡(jiǎn)單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。隨著稀有金屬價(jià)格的下降，鈦、鉭、鋯等稀有金屬使用量將擴(kuò)大，CrMo鋼材料將實(shí)現(xiàn)不預(yù)熱

21、和后熱的方向發(fā)展。5 I+ e B3 a0 t* ?7 d6.控制結(jié)垢及腐蝕的研究 m: W0 k. t 國(guó)內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是20世紀(jì)6070年代從國(guó)外照搬而來(lái)。四十年來(lái)，污垢研究技術(shù)發(fā)展緩慢。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會(huì)受到國(guó)家的重視和投入。通過(guò)對(duì)污垢形成的機(jī)理、生長(zhǎng)速度、影響因素的研究，預(yù)測(cè)污垢曲線，從而控制結(jié)垢，這對(duì)傳熱效率的提高將帶來(lái)重大的突破。保證裝置低能耗、長(zhǎng)周期運(yùn)行，超聲防垢技術(shù)將得到大力發(fā)展。; i3 q! n0 i0 H腐蝕技術(shù)的研究將會(huì)有所突破，低成本的防腐涂層特別是金屬防腐鍍層技術(shù)將得到發(fā)展，電化學(xué)防腐技術(shù)成為主導(dǎo)。2課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目 乙二醇冷卻器設(shè)計(jì)

22、二、設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)1、處理能力：50萬(wàn)噸乙二醇每年2、設(shè)備形式：管殼式換熱器3、操作條件：（1）乙二醇：入口溫度120，出口溫度105，操作壓力0.6MPa（2）冷卻介質(zhì)：甲苯，入口溫度25，出口溫度60，操作壓力0.3MPa（3）允許壓降不大于100KPa（4）每年按330天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行三、設(shè)計(jì)要求1、完成換熱器工藝設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2、繪制設(shè)備條件圖；3、繪制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)四、設(shè)計(jì)工作量說(shuō)明書(shū)總頁(yè)數(shù)不少于25-30頁(yè)五、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容1、目錄 2、設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)（任務(wù)書(shū)）3、論述換熱器總體結(jié)構(gòu)（換熱器形式、主要結(jié)構(gòu)）的選擇 4、換熱器加熱過(guò)程有關(guān)計(jì)算（物料衡算、熱量衡算、傳熱面

23、積、換熱管型號(hào)、殼體直徑等）5、設(shè)計(jì)結(jié)果概要（主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果等）6、主體設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明7、主要零件的強(qiáng)度計(jì)算（選做）8、附屬設(shè)備的選擇（選做）9、參考文獻(xiàn)10、后記及其它3管殼式換熱器總體結(jié)構(gòu)的選擇因任務(wù)書(shū)提出使用管殼式換熱器，故乙二醇的冷卻器采用管殼式換熱器。3.1概述 管殼式換熱器在煉油、石油化工、醫(yī)藥、化工以及其它工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。 管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其它新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、操作彈性大、可靠程度高、適用范圍廣等特點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍應(yīng)用。 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)

24、設(shè)計(jì)，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等，通過(guò)各種因素的綜合考慮及比較來(lái)選擇某一種的結(jié)構(gòu)形式。 對(duì)同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計(jì)中，按工藝特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝上的需要。3.2管殼式換熱器的型式與結(jié)構(gòu) 管殼式換熱器是把換熱管與管板連接，再用殼體固定。它的型式大致分為固定管板式、浮頭式、U形管式、外填料函式、填料函滑動(dòng)管板式等幾種。它的結(jié)構(gòu)是由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；

25、另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列 管殼式換熱器則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。流體每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器,簡(jiǎn)稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼

26、體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。 根據(jù)介質(zhì)的種類、壓力、溫度、污垢和其它條件，管板與殼體的連接方式，換熱管的型式與傳熱條件、造價(jià)、維修檢查方便等情況，根據(jù)各種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)來(lái)選擇、設(shè)計(jì)、制造各種管殼式換熱器。 管程結(jié)構(gòu) 換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些。但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞?？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過(guò)多。目前我國(guó)試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用和兩種規(guī)格，對(duì)一般流體是適應(yīng)的。此外，還有，572.5的無(wú)縫鋼管和252,的耐酸不銹鋼管。按選定的

27、管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長(zhǎng)度。實(shí)際所取管長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長(zhǎng)度合理截用。我國(guó)生產(chǎn)的鋼管長(zhǎng)度多為6m、9m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長(zhǎng)有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時(shí)，管子的長(zhǎng)度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長(zhǎng)與管徑之比，即L/D約為46。管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種（圖4.7.11a，圖4.7.11b）。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對(duì)易結(jié)垢流體更為適用。如將正方形排列的管束斜轉(zhuǎn)45安裝（圖4（3），可在一定程度上提高表面?zhèn)鳠嵯?/p>

28、數(shù)。 圖 管子在管板上的排列管板固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái)。封頭和管箱封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體(一般小于400mm)，圓形用于大直徑的殼體。管箱 列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。檢修時(shí)可拆下管箱對(duì)管子進(jìn)行清洗或更換。管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)符合以下兩個(gè)條件1） 軸向開(kāi)孔的單管程管箱，開(kāi)口中心處的最小深度應(yīng)不小于接管內(nèi)直徑的1/3。2） 多管程的內(nèi)側(cè)深度應(yīng)保證兩程之間的最小流通面積不小

29、于每管程換熱管流通面積的1.3倍；當(dāng)操作允許時(shí)也可等于換熱管的流通面積。3） 管箱長(zhǎng)度還應(yīng)考慮管程進(jìn)出管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的2B邊緣應(yīng)力影響范圍,如果緊挨殼程進(jìn)出管,還應(yīng)考慮裝卸螺栓螺母,這點(diǎn)新手特別容易忽視,特別在不按比例制圖情況下,個(gè)別情況還應(yīng)考慮人進(jìn)入管箱維護(hù)的空間。4） 管箱的長(zhǎng)度還應(yīng)考慮接管到封頭切線的距離，接管焊縫到法蘭密封面之間的距離.管箱的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短一些。殼程結(jié)構(gòu) 殼體換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí)，作圖法太麻煩費(fèi)時(shí)，一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分

30、別選定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后，仍應(yīng)用作圖法畫(huà)出管子排列圖。為了使管子排列均勻，防止流體走短路，可以適當(dāng)增減一些管子。另外，初步設(shè)計(jì)中也可用下式計(jì)算殼體的內(nèi)徑，即: 式中D殼體內(nèi)徑，m； t管中心距，m； nc橫過(guò)管束中心線的管數(shù)； b管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取b=(11.5)do。nc值可由下面的公式計(jì)算。管子按正三角形排列時(shí): 管子按正方形排列時(shí): 式中n為換熱器的總管數(shù)。折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、

31、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤(pán)形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的1040，一般取2025，過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。 a.圓缺形 b.圓盤(pán)形 a.圓缺形 b.圓盤(pán)形圖 折流板兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內(nèi)徑D的(0.21)倍。板間距過(guò)小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過(guò)大，流體就難于垂直地流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降。對(duì)圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng)情況有重要影響。由圖2可以看出，弓形缺口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生死區(qū)，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。 a.切除過(guò)少 b.切除適當(dāng) c.切除

32、過(guò)多圖擋板切除對(duì)流動(dòng)的影響擋板的間距對(duì)殼體的流動(dòng)亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過(guò)管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.21.0倍。我國(guó)系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為：固定管板式有100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，700mm七種浮頭式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或480mm），600mm八種。圖 裝有圓形折流擋板的列管換熱器緩沖板緩沖擋板 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。其它主要附件 導(dǎo)流筒 殼

33、程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段流體不能流動(dòng)的空間(死角)，為了提 高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時(shí)必然經(jīng)過(guò)這個(gè)空間。 放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷凝液等。 接管尺寸 換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計(jì)算，即: 式中Vs-流體的體積流量，m3/s； u -接管中流體的流速，m/s。流速u(mài)的經(jīng)驗(yàn)值為:對(duì)液體：u=12 m/s；對(duì)蒸汽：u=2050 m/s；對(duì)氣體：u=(1520)p/；式中p為壓強(qiáng)，單位為atm ；為氣體密度，單位為kg/m3。3.3 管程和殼程數(shù)的確定 當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時(shí)，有時(shí)會(huì)使

34、管內(nèi)流速較低，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動(dòng)力費(fèi)用；同時(shí)多程會(huì)使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些問(wèn)題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4和6程等四種。采用多程時(shí)，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等。管程數(shù)m可按下式計(jì)算，即: 式中 u管程內(nèi)流體的適宜速度，m/s； u管程內(nèi)流體的實(shí)際速度，m/s。 當(dāng)殼方流體流速太低時(shí)，也可以采用殼方多程。如殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程，如前述的圖4-47和圖4-48所示。但由于縱向隔板在制造、安裝和檢修等方面都有困難，

35、故一般不采用殼方多程的換熱器，而是將幾個(gè)換熱器串聯(lián)使用，以代替殼方多程。例如當(dāng)需二殼程時(shí)，則將總管數(shù)等分為兩部分，分別安裝在兩個(gè)內(nèi)徑相等而直徑較小的外殼中，然后把這兩個(gè)換熱器串聯(lián)使用，如圖所示。圖 .換熱器串聯(lián) 3.4管殼式換熱器的操作強(qiáng)化、主要控制參數(shù)及選用要點(diǎn)操作強(qiáng)化 當(dāng)管壁兩側(cè)傳熱分系數(shù)相差很大時(shí)（如粘度小的液體與氣體間的換熱），應(yīng)設(shè)法減小傳熱分系數(shù)低的一側(cè)的熱阻。如果管外傳熱分系數(shù)小，可采用外螺紋管以增大管外一側(cè)的傳熱面積和流體湍動(dòng)，減小熱阻。如果管內(nèi)傳熱分系數(shù)小，可在管內(nèi)設(shè)置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強(qiáng)管內(nèi)擾動(dòng)，強(qiáng)化換熱，當(dāng)然這時(shí)流體的流動(dòng)阻力也將增大。 主要控制參數(shù)管殼式換熱器的

36、主要控制參數(shù)為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數(shù)等。 選用要點(diǎn)1）根據(jù)已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計(jì)換熱面積，一般先假定傳熱系數(shù)，確定換熱器構(gòu)造，再校核傳熱系數(shù)K值。 2）選用換熱器時(shí)應(yīng)注意壓力等級(jí)，使用溫度，接口的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長(zhǎng)型，有利于提高換熱量。 3）換熱器的壓力降不宜過(guò)大，一般控制在0.010.05MPa之間； 4）流速大小應(yīng)考慮流體黏度，黏度大的流速應(yīng)小于0.51.0m/s；一般流體管內(nèi)的流速宜取0.41.0m/s；易結(jié)垢的流體宜取0.81.2m/s。 5）高溫水進(jìn)入換熱器前宜設(shè)過(guò)

37、濾器。 6）熱交換站中熱交換器的單臺(tái)處理和配置臺(tái)數(shù)組合結(jié)果應(yīng)滿足熱交換站的總供熱負(fù)荷及調(diào)節(jié)的要求。在滿足用戶熱負(fù)荷調(diào)節(jié)要求的前提下，同一個(gè)供熱系數(shù)中的換熱器臺(tái)數(shù)不宜少于2臺(tái)，不宜多于5臺(tái)。35 流動(dòng)空間的選擇在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中，首先要決定哪種流體走管程，哪種流體走殼程。這需要遵循一些一般原則。應(yīng)盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)的傳熱系數(shù)接近。在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量的損失，而對(duì)于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量的損失。管、殼程的決定應(yīng)盡量做到易于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。應(yīng)減小管子和殼體因受熱不同而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，順流式就優(yōu)于逆流式，因?yàn)轫?/p>

38、流式進(jìn)出口端的溫度比較平均不像逆流式那樣，熱、冷流體的高溫段都集中在一端，低溫部分集中于另一端，易于因兩端收縮不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。流量小而粘度大（）的流體一般以殼程為宜，因在殼程Re100即可達(dá)到湍流。但這不是絕對(duì)的，如流動(dòng)阻力損失允許，將這類流體通入管內(nèi)并采用多管程結(jié)構(gòu)，亦可得到較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。對(duì)于有毒的介質(zhì)或氣體介質(zhì)，必使其不泄露，應(yīng)特別注意其密封，密封不僅要可靠而且還要求方便和簡(jiǎn)單。應(yīng)盡量避免采用貴金屬，以降低其成本以上這些原則有的是相互矛盾的，所以在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程。1、 適于通入管內(nèi)空間（管程）的流體1） 不清潔的流體 因?yàn)樵诠軆?nèi)空間得到

39、較高的流速并不困難，而流速高時(shí)，懸浮物不易沉淀，且管內(nèi)空間也易于清潔。2） 體積小的流體 因?yàn)楣軆?nèi)空間的流動(dòng)截面往往比管外空間的流動(dòng)截面小，流體易于獲得必要的理想流速，而且也便于做多程流動(dòng)。3） 有壓力的流體 因?yàn)楣茏映袎耗芰?qiáng)，而且簡(jiǎn)化了殼體的密封要求。4） 腐蝕性強(qiáng)的流體 因?yàn)橹挥泄茏蛹肮芟洳判枰媚透g的材料，而殼體及管外空間的所有零件均可用普通材料制造，所以可以降低造價(jià)。此外，在管內(nèi)空間裝設(shè)保護(hù)用的襯里或覆蓋層也比較翻遍，并容易檢查。5） 與外界溫差較大的流體 因?yàn)榭梢詼p少熱量的散失。 2、 宜于通入管間空間（殼程）的流體1）當(dāng)兩流體溫度相差較大時(shí)，值較大的流體走管間 這樣可以減少管壁

40、與殼壁間的溫度差，因而也減少了管束與殼體間的相對(duì)伸長(zhǎng)量，故溫差應(yīng)力可以降低2）若兩流體的給熱性能相差較大時(shí)，值較小的流體走管間 此時(shí)可用翅片管來(lái)平衡傳熱面兩側(cè)的給熱條件，使之相互接近。3）飽和蒸汽 以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。4）粘度大的液體 管間的流動(dòng)截面與方向都在隨時(shí)變化，在低雷諾準(zhǔn)數(shù)下，管外給熱系數(shù)比管內(nèi)大。5) 被冷卻的流體 可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。6）泄漏后危險(xiǎn)性大的流體 可以較少泄露機(jī)會(huì)，以保安全。此外，易析出結(jié)晶、沉渣、淤泥以及其它沉淀物的流體，最好通入比較更容易清洗的流動(dòng)空間，在管殼式換熱器中，一般易清洗的是管內(nèi)空間。但在U

41、形管、浮頭式換熱器中，易清洗的都是管外空間。36 流體流速的選擇增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)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(dòng)力消耗就增多。所以適宜的流速要通過(guò)經(jīng)濟(jì)衡算才能定出。此外，在選擇流速時(shí)，還需考慮結(jié)構(gòu)上的要求。例如，選擇高的流速，使管子的數(shù)目減少，對(duì)一定的傳熱面積，不得不采用較長(zhǎng)的管子或增加程數(shù)。管子太長(zhǎng)不易清洗，且一般管長(zhǎng)都有一定的標(biāo)準(zhǔn)；單程變?yōu)槎喑淌蛊骄鶞囟炔钕陆?。這些也是選擇流速時(shí)應(yīng)予考慮的問(wèn)題表1 列管換熱器內(nèi)常用的流速范圍流體種類流速 m/s管程殼程一般液體宜

42、結(jié)垢液體氣 體0.5315300.21.50.5315表2 液體在列管換熱器中流速（在鋼管中）液體粘度mPas最大流速 m/s150010005005001001005335110.60.751.11.51.82.437 流動(dòng)方式的選擇除逆流和并流之外，在列管式換熱器中冷、熱流體還可以作各種多管程多殼程的復(fù)雜流動(dòng)。當(dāng)流量一定時(shí)，管程或殼程越多，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大，對(duì)傳熱過(guò)程越有利。但是，采用多管程或多殼程必導(dǎo)致流體阻力損失，即輸送流體的動(dòng)力費(fèi)用增加。因此，在決定換熱器的程數(shù)時(shí)，需權(quán)衡傳熱和流體輸送兩方面的損失。當(dāng)采用多管程或多殼程時(shí)，列管式換熱器內(nèi)的流動(dòng)形式復(fù)雜，對(duì)數(shù)平均值的溫差要加以修正。乙二

43、醇甲苯分子量M6292密度，/m3951.2845.92粘度，Pas1.510-30.4710-3比熱Cp，KJ/（kg）2.871.749導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m)0.2650.132允許壓強(qiáng)降，MPa0.60.3進(jìn)口溫度T1，12025出口溫度T2，105604管殼式換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算管殼式換熱器的選用和設(shè)計(jì)計(jì)算步驟基本上是一致的，其基本步驟如下： 1、試算并初選設(shè)備規(guī)格（1） 根據(jù)傳熱任務(wù)，計(jì)算傳熱速率；（2） 計(jì)算傳熱溫差，并根據(jù)溫差修正系數(shù)不小于0.8的原則，確定殼程數(shù)或調(diào)整加熱介質(zhì)或冷卻介質(zhì)的終溫；（3）選擇流體在換熱器中的通道；（4） 確定流體在換熱器中的流動(dòng)途徑。（5） 根據(jù)傳熱任務(wù)計(jì)

44、算熱負(fù)荷Q。（6）確定流體在換熱器兩端的溫度，選擇列管式換熱器的型式；計(jì)算定性溫度，并確定在定性溫度下流體的性質(zhì)。（7）計(jì)算平均溫度差，并根據(jù)溫度校正系數(shù)不應(yīng)小于0.8的原則，決定殼程數(shù)。（8）依據(jù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值范圍，或按生產(chǎn)實(shí)際情況，選定總傳熱系數(shù)K選值。（9） 依據(jù)傳熱基本方程，估算傳熱面積，并確定換熱器的基本尺寸或按系列標(biāo)準(zhǔn)選擇換熱器的規(guī)格；（10） 選擇流體的流速，確定換熱器的管程數(shù)和折流板間距。2 計(jì)算管、殼程壓強(qiáng)降 根據(jù)初定的設(shè)備規(guī)格，計(jì)算管、殼程流體的流速和壓強(qiáng)降。檢查計(jì)算結(jié)果是否合理或滿足工藝要求。若壓強(qiáng)降不符合要求，要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或選擇另一規(guī)格的設(shè)

45、備，重新計(jì)算壓強(qiáng)降直至滿足要求為止。3 計(jì)算傳熱系數(shù)，校核傳熱面積 計(jì)算管程、殼程的對(duì)流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計(jì)算傳熱系數(shù)和所需的傳熱面積。一般選用換熱器的實(shí)際傳熱面積比計(jì)算所需傳熱面積大10%25%，若K/K1.151.25，否則另設(shè)總傳熱系數(shù)，另選換熱器，返回第一步，重新進(jìn)行校核計(jì)算。通常，進(jìn)行換熱器的選擇或設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足傳熱要求的前提下，再考慮其他各項(xiàng)的問(wèn)題。它們之間往往是互相矛盾的。例如，若設(shè)計(jì)的換熱器的總傳熱系數(shù)較大，將導(dǎo)致流體通過(guò)換熱器的壓強(qiáng)降(阻力）增大，相應(yīng)地增加了動(dòng)力費(fèi)用；若增加換熱器的表面積，可能使總傳熱系數(shù)和壓強(qiáng)降降低，但卻又要受到安裝換熱器所能允許的尺寸的限制，且換

46、熱器的造價(jià)也提高了。此外，其它因素(如加熱和冷卻介質(zhì)的用量，換熱器的檢修和操作)也不可忽視?？傊?，設(shè)計(jì)者應(yīng)綜合分析考慮上述諸因素，給予細(xì)心的判斷，以便作出一個(gè)適宜的設(shè)計(jì)。41管殼式換熱器的型式選擇兩流體溫度變化情況：熱流體乙二醇入口溫度T1=120，出口溫度T2=105；冷流體甲苯入口溫度t1=25，出口溫度t2=60。乙二醇的定性溫度T=(T1+T2)/2=(120+105)/2=112.5，甲苯的定性溫度t=(t1+t2)/2=(25+60)/2=42.5，T-t=112.5-42.5=70。操作壓力：乙二醇0.6MPa；甲苯0.3MPa。極端溫差較大，壓力較小，故可采用固定管板式換熱器。

47、為了減小熱損失，采用乙二醇走管程，甲苯走殼程，采用逆流，管內(nèi)乙二醇流速選取ui=1.0m/s。選用熱管25mm2.5mm，其內(nèi)徑di=0.02m，外徑d0=0.025m。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺

48、栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫

49、度相差50以上時(shí)，為安全起見(jiàn)，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于6070和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過(guò)0.6Mpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。固定管板式換熱器的特點(diǎn)1、 旁路滲流較??；2、 造價(jià)低；3、 無(wú)內(nèi)漏；4、 固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無(wú)法清洗，管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合。圖2 固定管板式換熱器42確定物性參數(shù)定性溫度：可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼程流體甲苯的定性溫度：t=(t1+t2)/2=(25+60)/2=42.5管程流體乙二醇的定性溫度：T=(T1+T2)/2=(120+105)/2=112.5。甲苯在42.5的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 1=845.92kg/m3定壓比熱容 Cp1=1.794kJ/(kg)熱導(dǎo)率 1=0.132W/(m)粘度 1=0.4710-3Pas乙二醇在112.5的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 i=951.2 kg/m3定壓比熱容 Cpi=2.87kJ/(kgK)熱導(dǎo)率 i=0.265W/(mK)粘度 i=1.510-3Pas流量 qmi=63131.31kg/h4.3估算傳熱面積4.3.1 熱流量Qi=qmiCpi(T1T2)=63131.312.87（120-105）2.721