列管式換熱器設(shè)計(jì)(水蒸氣加熱水)

1、課程設(shè)計(jì)食品工程原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：列管式換熱器的設(shè)計(jì)班級(jí)：食品卓越111班設(shè)計(jì)者：張萌學(xué)號(hào)：5603110006設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年5月13日5月17日指導(dǎo)老師：劉蓉目錄概述1.1.換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書- 7 -1.2換熱器的結(jié)構(gòu)形式- 10 -2.蛇管式換熱器- 11 -3.套管式換熱器- 11 -1.3換熱器材質(zhì)的選擇- 11 -1.4管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)- 13 -1.5列管式換熱器的結(jié)構(gòu)- 14 -1.6管板式換熱器的類型及工作原理- 16 -1.7確定設(shè)計(jì)方案- 17 -2.1設(shè)計(jì)參數(shù)- 18 -2.2計(jì)算總傳熱系數(shù)- 19 -2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸- 20 -2.4換熱器核算- 21 -

2、2.4.1換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力212.4.2.熱流量核算22食品工程原理及單元操作課程設(shè)計(jì)任務(wù)班級(jí)： 食品卓越111班 姓名：張萌設(shè)計(jì)一臺(tái)用飽和水蒸氣（表壓400500kPa）加熱水的列管式固定管板換熱器，水流量為 85 （t/h），水溫由 30 加熱到 65 。 概述在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡(jiǎn)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。3540。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)及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換

3、熱器相繼問(wèn)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(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。 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(guò)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(diǎn)又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴(kuò)展表面式換熱器（板翅式、管翅式等），如表2-1所示。 表2-1 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類 類 型 特 點(diǎn) 間 壁 式 管 殼 式 列管式 固定管板式 剛性結(jié)構(gòu)

4、用于管殼溫差較小的情況（一般50），管間不能清洗 帶膨脹節(jié) 有一定的溫度補(bǔ)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(chǎng)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(chǎng)合 釜式 殼體上部有個(gè)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(chǎng)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

5、便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱 螺旋板式 可進(jìn)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(guò)程分階段交替進(jìn)行，適用于從高溫爐氣中回收熱能的場(chǎng)合 完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下各項(xiàng)基本要求。 （1）合理地實(shí)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(guò)程所規(guī)定的條件。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)這些條件進(jìn)行熱力學(xué)和流體力學(xué)的計(jì)算，經(jīng)過(guò)反復(fù)比較，使所設(shè)

6、計(jì)的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時(shí)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(dòng)的前提下，盡量選擇高的流速。 提高平均溫差? 對(duì)于無(wú)相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因?yàn)檫@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(shí)，可提高熱流體的進(jìn)口溫度或降低冷流體的進(jìn)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(dòng)特性。錯(cuò)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

7、，更有利于熱量的傳遞。 （2）安全可靠 換熱器是壓力容器，在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計(jì)算時(shí)，應(yīng)遵照我國(guó)鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定與鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定等有關(guān)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)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(fèi)往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與裝拆，在廠房移動(dòng)時(shí)不會(huì)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(jì)合理 評(píng)價(jià)換熱器的最終指標(biāo)是：在一定的時(shí)間內(nèi)（通常為1年）固定費(fèi)用（設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)等）與操作費(fèi)（動(dòng)力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)等）的總和為最小。在設(shè)計(jì)或選型時(shí)，如果有幾種換熱器

8、都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標(biāo)尤為重要。 動(dòng)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(jìn)行清洗。在清洗時(shí)不僅無(wú)法傳遞熱量，還要支付清洗費(fèi)，這部分費(fèi)用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補(bǔ)償，因此存在一最適宜的運(yùn)行周期。 嚴(yán)格地講，如果孤立地僅從換熱器本身來(lái)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(gè)系統(tǒng)中全部設(shè)備為對(duì)象進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算或設(shè)備的優(yōu)化。但要解決這樣的問(wèn)題難度很大，當(dāng)影響換熱器的各項(xiàng)因素改變后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的效益關(guān)系影響不大時(shí)，按照上述觀點(diǎn)單獨(dú)地對(duì)換熱器進(jìn)行經(jīng)

9、濟(jì)核算仍然是可行的。1.1.換熱器設(shè)計(jì)任務(wù)書 1設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)一臺(tái)用飽和水蒸氣加熱水的列管式固定管板換熱器 2設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件 （1）處理能力85噸水/ 小時(shí)（2）設(shè)備型式 列管式換熱器 （3）操作條件 水蒸氣：入口溫度158.7，出口溫度158.7 冷卻介質(zhì)：自來(lái)水，入口溫度30，出口溫度65 允許壓強(qiáng)降：管程104-105,殼程103-104.（4）設(shè)計(jì)項(xiàng)目 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介：對(duì)確定的工藝流程及換熱器型式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。 換熱器的工藝計(jì)算：確定換熱器的傳熱面積。 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。 主要輔助設(shè)備選型。 繪制換熱器總裝配圖。 3設(shè)計(jì)說(shuō)明書的內(nèi)容 （1）目錄； （2）設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)(任

10、務(wù)書)； （3）論述換熱器總體結(jié)構(gòu)(換熱器型式、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。 4設(shè)計(jì)圖要求用A1圖紙繪制換熱器一張：一主視圖，一左視圖，部分局部放大圖,剖面圖. 5設(shè)計(jì)思考題 （1）設(shè)計(jì)列管式換熱器時(shí)，通常都應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的換熱器，為什么？ （2）為什么在化工廠使用列管式換熱最廣泛？ （3）在列管式換熱器中，殼程有擋板和沒(méi)有擋板時(shí)

11、，其對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算方法有何不同？ （4）說(shuō)明列管式換熱器的選型計(jì)算步驟？ （5）在換熱過(guò)程中，冷卻劑的進(jìn)出口溫度是按什么原則確定的？ （6）說(shuō)明常用換熱管的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格（批管徑和管長(zhǎng)）。 （7）列管式換熱器中，兩流體的流動(dòng)方向是如何確定的？比較其優(yōu)缺點(diǎn)？ 6. 部分設(shè)計(jì)問(wèn)題指導(dǎo) （1）列管式換熱器基本型式的選擇 （2）冷卻劑的進(jìn)出口溫度的確定原則 （3）流體流向的選擇 （4）流體流速的選擇 （5）管子的規(guī)格及排列方法 （6）管程數(shù)和殼程數(shù)的確定 （7）擋板的型式 1.2換熱器的結(jié)構(gòu)形式1.管殼式換熱器管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，造價(jià)低廉，用

12、材廣泛，清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。管殼式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為以下幾種：（1） 固定管板式換熱器固定管板式換熱器兩端的管板與殼體連在一起，這類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于50且殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料。帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，其膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應(yīng)力，這種補(bǔ)償方法適用于兩流體溫差小于70且殼方流體壓強(qiáng)不高于600Kpa的情況。（2） 浮頭式換熱器浮頭式換熱器的管板有一個(gè)不與外殼連接，該端被稱為浮頭，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無(wú)關(guān)。浮頭式換熱器的管束可以拉出，便于清洗和檢修，適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱，應(yīng)

13、用極為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。（3） 填料涵式換熱器填料涵式換熱器管束一端可以自由膨脹，與浮頭式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，但殼程流體有外漏的可能性，因此殼程不能處理易燃，易爆的流體。2.蛇管式換熱器蛇管式換熱器是管式換熱器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，操作最方便的一種換熱設(shè)備，通常按照換熱方式不同，將蛇管式換熱器分為沉浸式和噴淋式兩類。3.套管式換熱器 套管式換熱器是由兩種不同直徑的直管套在一起組成同心套管，其內(nèi)管用U型時(shí)管順次連接，外管與外管互相連接而成，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，適當(dāng)?shù)剡x擇管內(nèi)、外徑，可使流體的流速增大，兩種流體呈逆流流動(dòng)，有利于傳熱。此換熱器適用于高溫，高

14、壓及小流量流體間的換熱。1.3換熱器材質(zhì)的選擇在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，換熱器各種零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度。流體的腐蝕性能以及對(duì)材料的制造工藝性能等的要求來(lái)選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來(lái)考慮，是比較容易達(dá)到的，但材料的耐腐蝕性能，有時(shí)往往成為一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會(huì)影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。 一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。 （1）碳鋼 價(jià)格低，強(qiáng)度較高，對(duì)堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易

15、被酸腐蝕，在無(wú)耐腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用是合理的。如一般換熱器用的普通無(wú)縫鋼管，其常用的材料為10號(hào)和20號(hào)碳鋼。 （2）不銹鋼 奧氏體系不銹鋼以1Crl8Ni9Ti為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的18-8奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。 （2）管板 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)。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴(kuò)脹，產(chǎn)生

16、顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達(dá)到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)4 MPa，設(shè)計(jì)溫度不超過(guò) 350的場(chǎng)合。（3）封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。封頭 當(dāng)殼體直徑較小時(shí)常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間稱為管箱,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時(shí)需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。分程隔板 當(dāng)需要的換熱面很大時(shí)，可采用多管程換熱器。對(duì)于多管程換熱器，在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接

17、的若干組，各組管子數(shù)目大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強(qiáng)傳熱。管程多者可達(dá)16程，常用的有2、4、6程。在布置時(shí)應(yīng)盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強(qiáng)傳熱，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。1.4管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)(1) 換熱效率高,熱損失小        在最好的工況條件下, 換熱系數(shù)可以達(dá)到6000W/ m2K, 在一般的工況條件下, 換熱系數(shù)也可以在30004000 W/ m2K左右,是管殼式換熱器的35倍。設(shè)備本身不存在旁

18、路,所有通過(guò)設(shè)備的流體都能在板片波紋的作用下形成湍流,進(jìn)行充分的換熱。完成同一項(xiàng)換熱過(guò)程, 板式換熱器的換熱面積僅為管殼式的1/ 31/ 4。(2) 占地面積小重量輕        除設(shè)備本身體積外, 不需要預(yù)留額外的檢修和安裝空間。換熱所用板片的厚度僅為0. 60. 8mm。同樣的換熱效果, 板式換熱器比管殼式換熱器的占地面積和重量要少五分之四。(3) 污垢系數(shù)低     &

19、#160;  流體在板片間劇烈翻騰形成湍流, 優(yōu)秀的板片設(shè)計(jì)避免了死區(qū)的存在, 使得雜質(zhì)不易在通道中沉積堵塞,保證了良好的換熱效果。(4) 檢修、清洗方便        換熱板片通過(guò)夾緊螺柱的夾緊力組裝在一起,當(dāng)檢修、清洗時(shí), 僅需松開(kāi)夾緊螺柱即可卸下板片進(jìn)行沖刷清洗。(5) 產(chǎn)品適用面廣        設(shè)備最高耐溫可達(dá)180 , 耐壓2.

20、0;0MPa , 特別適應(yīng)各種工藝過(guò)程中的加熱、冷卻、熱回收、冷凝以及單元設(shè)備食品消毒等方面, 在低品位熱能回收方面, 具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。各類材料的換熱板片也可適應(yīng)工況對(duì)腐蝕性的要求。        當(dāng)然板式換熱器也存在一定的缺點(diǎn), 比如工作壓力和工作溫度不是很高, 限制了其在較為復(fù)雜工況中的使用。同時(shí)由于板片通道較小,也不適宜用于雜質(zhì)較多,顆粒較大的介質(zhì)。1.5列管式換熱器的結(jié)構(gòu)介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分稱為管程。 （1）換熱管布置和排列間距 常用換熱

21、管規(guī)格有19×2 mm、25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)、25×2.5 mm(碳鋼10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列。  （A） （B）（C）  （D） （E）圖 1-4 換熱管在管板上的排列方式(A) 正方形直列     （B）正方形錯(cuò)列    (C) 三角形直列 

22、;    （D）三角形錯(cuò)列  （E）同心圓排列 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。我國(guó)換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。 （2）管板 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)。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴(kuò)脹，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達(dá)到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)4 MPa，設(shè)計(jì)溫度不超過(guò)350的場(chǎng)合。 （

23、3）封頭和管箱 封頭和管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。封頭 當(dāng)殼體直徑較小時(shí)常采用封頭。接管和封頭可用法蘭或螺紋連接，封頭與殼體之間用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。 管箱 換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間稱為管箱,殼徑較大的換熱器大多采用管箱結(jié)構(gòu)。由于清洗、檢修管子時(shí)需拆下管箱，因此管箱結(jié)構(gòu)應(yīng)便于裝拆。分程隔板 當(dāng)需要的換熱面很大時(shí)，可采用多管程換熱器。對(duì)于多管程換熱器，在管箱內(nèi)應(yīng)設(shè)分程隔板，將管束分為順次串接的若干組，各組管子數(shù)目大致相等。這樣可提高介質(zhì)流速，增強(qiáng)傳熱。管程多者可達(dá)16程，常用的有2、4、6程。在布置時(shí)應(yīng)盡量使管程流體與殼程流體成逆流布置，以增強(qiáng)傳熱，同時(shí)應(yīng)

24、嚴(yán)防分程隔板的泄漏，以防止流體的短路。1.6管板式換熱器的類型及工作原理        板式換熱器按照組裝方式可以分為可拆式、焊接式、釬焊式等形式;按照換熱板片的波紋可以分為人字波、平直波、球形波等形式; 按照密封墊可以分為粘結(jié)式和搭扣式。各種形式進(jìn)行組合可以滿足不同的工況需求,在使用中更有針對(duì)性。比如同樣是人字形波紋的板片還因采用粘結(jié)式還是搭扣式密封墊而有所不同, 采用搭扣式密封墊可以有效的避免膠水中可能含有的氯離子對(duì)板片的腐蝕, 并且設(shè)備拆裝更加方便。又如焊接式板式換熱器的耐溫耐壓

25、明顯好于可拆式板式換熱器, 可以達(dá)到250 、2. 5MPa 。因此同樣是板式換熱器, 因其形式的多樣性,可以應(yīng)用于較為廣泛的領(lǐng)域,在大多數(shù)熱交換工藝過(guò)程都可以使用。 雖然板式換熱器有多種形式, 但其工作原理大致相同。板式換熱器主要是通過(guò)外力將換熱板片夾緊組裝在一起, 介質(zhì)通過(guò)換熱板片上的通孔在板片表面進(jìn)行流動(dòng), 在板片波紋的作用下形成激烈的湍流, 猶如用筷子攪動(dòng)杯中的熱水, 加大了換熱的面積。冷熱介質(zhì)分別在換熱板片的兩側(cè)流動(dòng),湍流形成的大量換熱面與板片接觸, 通過(guò)板片來(lái)進(jìn)行充分的熱傳

26、遞,達(dá)到最終的換熱效果。冷熱介質(zhì)的隔離主要通過(guò)密封墊的分割, 或者通過(guò)大量的焊縫來(lái)保證, 在換熱板片不開(kāi)裂穿孔的情況下, 冷熱介質(zhì)不會(huì)發(fā)生混淆。1.7確定設(shè)計(jì)方案1選擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度158.7 出口溫度158.7；冷流體進(jìn)口溫度15，出口溫度為75，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用列管式換熱器。2 管程安排 從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使水蒸氣走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的

27、熱流量下降，所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，水蒸氣走殼程。2.1設(shè)計(jì)參數(shù)水蒸氣的定性溫度：T=158.7  密度03.1686kg/m3 氣化潛熱r=1901,1KJ/kg 粘度：i0.0135m Pas 水的定性溫度：T=(65+30)/2=47.5 密度：i990.0kg/m3  定壓比熱容：Cpi4.174kJ/kg 熱導(dǎo)率：i0.6400W/ m 粘度：i0.600m Pas 2.2計(jì)算總傳熱系數(shù)1、熱流量 =85/3600×1000×4.174×(65-30)=3449kJ/s平均傳熱溫差tm1=(t1-t2)/(t1/t

28、2)=(128.7-93.7)/(128.7/93.7)式中： , 求得tm1=110.32、 冷卻水用量考慮熱損失3%-5%取3%,則 Q= kJ/s (kg/h)3計(jì)算傳熱面積 求傳熱面積需要先知道K值，根據(jù)資料查得和水之間的傳熱系數(shù)在 1300W/(.)左右，先取K值為1200W/(.)計(jì)算由Q=KAtm 得 () 考慮安全系數(shù)5%-15%，取10%，則 A=26.1×（100+10）%=28.7（）2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸1管徑和管內(nèi)流速選用25×2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速u1=1.23m/s。2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) N

29、s=按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 L=按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=4.5m，則該換熱器的管程數(shù)為 Np=傳熱管總根數(shù) Nt=47×2=944.傳熱管排列和分程方法 采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采用正方形排列。 取管心距t=1.25d0，則 t=1.25×25=31.2532隔板中心到離其最.近一排管中心距離按式（3-16）計(jì)算 S=t/2+6=32/2+6=22各程相鄰管的管心距為44。5殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.7 ，則殼體內(nèi)徑為： D=1.05t可取D=400m

30、m6折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為： H=0.25×400=100m，故可取h=100mm取折流板間距B=450mm。折流板數(shù)目NB=2.4換熱器核算2.4.1換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力1）殼程阻力損失計(jì)算 殼程流通截面積：折流板間距取h=450mm 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： Re。>500摩擦系數(shù) f。=5.0/=5.0/=0.3887管束損失和缺口損失=0.5×0.387×11×(9+1)×3.1686××/2=5300.6 Pa =9×(3.5-)&

31、#215;3.1686××/2=2789.4 Pa=(5300.6+2789.4)×1.0×1=8090殼程阻力損失在1000-10000之間，符合設(shè)計(jì)要求。（2）管程阻力損失計(jì)算：（1）管程流體阻力 , , 由Re=40590，傳熱管絕對(duì)粗糙度0.02，查莫狄圖得，流速u=1.23m/s,所以: 25020大于10000，小于100000pa，所以：管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。2.4.2.熱流量核算管程給熱系屬上面以計(jì)算出普朗特?cái)?shù)： 所以殼程給熱系數(shù):經(jīng)計(jì)算為, =12378所需傳熱面積為: 面積裕度為：傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：換熱器型式：固定管板式換熱器面積（）：32.5工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水水蒸氣操作壓力，MPa常壓0.6操作溫度，15/75158.7/158.7流量，kg/h650008023流體密度，kg/990.03.1686流速，m/s1.2312.51傳熱量，kw4523總傳熱系數(shù)，w