換熱器設(shè)計報告

1、化工流體傳熱課程設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計題目：真空蒸發(fā)制鹽系統(tǒng)鹵水分效預(yù)熱器設(shè)計（二）設(shè)計任務(wù)及條件1、蒸發(fā)系統(tǒng)流程及有關(guān)條件見附圖。2、 系統(tǒng)生產(chǎn)能力：85萬噸/年。3、有效生產(chǎn)時間：300天/年。4、 設(shè)計內(nèi)容：I 效預(yù)熱器（組）第 1 臺預(yù)熱器的設(shè)計。5、鹵水分效預(yù)熱器采用單管程固定管板式列管換熱器，試根據(jù)附圖中鹵水預(yù)熱 的溫度要求對預(yù)熱器（組）進行設(shè)計。6鹵水為易結(jié)垢工質(zhì)，鹵水流速不得低于 0.5m/s。7、換熱管直徑選為 38 x 3mm。8、鹵水物性參數(shù)隨溫度的變化，當(dāng)手冊查不到時，可按水的變化規(guī)律推算。（三）設(shè)計項目1、由物料衡算確定鹵水流量。2、假設(shè)K計算傳熱面積。3、確定預(yù)熱器的

2、臺數(shù)及工藝結(jié)構(gòu)尺寸。4、核算總傳熱系數(shù)。5、核算壓降。6確定預(yù)熱器附件。7、設(shè)計評述。（四）設(shè)計要求1、根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求編制詳細設(shè)計說明書。2、按機械制圖標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，繪制預(yù)熱器的工藝條件圖（2#），注意工藝尺寸和結(jié) 構(gòu)的清晰表達。設(shè)計流程圖12目錄第一章設(shè)計簡介4第二章熱力學(xué)計算52.1 由物料衡算確定鹵水流量 52.2假設(shè)K計算傳熱面積 5221熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲取5222估算傳熱面積62.2.3工藝尺寸的計算 62.2.4核算總傳熱系數(shù) 82.2.5核算壓降92.3 確定預(yù)熱器附件 102.4泵的選用122.5換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 13第三章設(shè)計評述14第四章主要符號說明16第五章參考

3、文獻17第一章設(shè)計簡介在工程中，將某鐘流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給他種流體的設(shè)備，稱 為換熱器，又叫熱交換器。在這種設(shè)備中，至少有兩種溫度不同的流體參與傳熱。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的應(yīng)用極為普遍，例如動力工業(yè)中鍋爐設(shè)備的過熱器， 省煤器，空氣預(yù)熱器，電廠熱力系統(tǒng)中的凝汽器，除氧器；冶金工業(yè)中的高爐的 熱風(fēng)爐，煉鋼和軋鋼生產(chǎn)工藝中的空氣或煤氣預(yù)熱； 制冷工業(yè)中蒸汽壓縮制冷機 或吸收式制冷機中的蒸發(fā)器；都是換熱器的應(yīng)用實例。在化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工 業(yè)的生產(chǎn)過程中，應(yīng)用換熱器的場合更是不勝枚舉。 在航天航空工業(yè)中，為了及 時取出發(fā)動機及輔助動力裝置在運動時所產(chǎn)生的大量熱量，換熱器也是不可缺少 的重

4、要部件。另外，由于世界上煤油，石油和天然氣資源的儲量有限而面臨著能源短缺的 局面，各國都在致力于新能源的開發(fā)，因而熱交換器的應(yīng)用又與能源的開發(fā)與節(jié) 約緊密聯(lián)系。所以，換熱器的應(yīng)用遍及動力、冶金、化工、煉油、建筑、機械制 造、食品、醫(yī)藥及航空航天等各個部門。根據(jù)換熱器在生產(chǎn)中的低位和作用，它應(yīng)滿足多種多樣的要求。一般來說， 對其基本要求有：（1）滿足工藝過程所提出的要求，熱交換強度高，熱損失少，在有力的平均 溫度下工作。（2）要有與溫度和壓力條件相適應(yīng)的不易遭到破壞的工藝結(jié)構(gòu)，制造簡單， 裝修方便，經(jīng)濟合理，運行可靠。（3）設(shè)備緊湊。（4）保證較低的流動阻力，以減少換熱器的動力消耗這次設(shè)計的換熱

5、器要求單管程固定管板式列管換熱器，以二次蒸汽為加熱流 體預(yù)熱鹵水，將鹵水由83攝氏度加熱到91攝氏度通過對換熱器的設(shè)計，達到讓學(xué)生了解換熱器的結(jié)構(gòu)特點，并能根據(jù)工藝要 求選擇適當(dāng)?shù)臉?gòu)最共完成圖紙?？梢哉f，這次設(shè)計作業(yè)從準(zhǔn)備材料，估算，核算，到最后的作圖，多方面的 鍛煉的學(xué)生們的設(shè)計能力，于此同時，還提高了團隊合作能力。第二章熱力學(xué)計算2.1由物料衡算確定鹵水的流量由表格2-1知數(shù)據(jù)如下表2-1年產(chǎn)量（純NaCI）80萬噸/年工作時間300天/年鹵水中NaCl含量293.76g/L第一效體積分率28%根據(jù)任務(wù)書的要求，氯化鈉的年產(chǎn)量為 85萬噸/年，根據(jù)公式進行計算得:85 1149 107 W

6、 總128.2kg/s293.76匯300江24><3600從圖中可以看出進入第三效的鹵水流量 F為：Wc 二總 28% =35.9kg/s2.2假設(shè)K計算傳熱面積2.2.1熱力學(xué)數(shù)據(jù)的獲?。?）冷流體鹵水的定性溫度：入口溫度：t, =83C出口溫度：t2=91C循環(huán)水的定性溫度為圻二ttl =（83 91）2 = 87 C查詢數(shù)據(jù)得表2-2 :表2-2鹵水的物理性質(zhì)表溫度，密度，恒壓熱容粘度導(dǎo)熱系數(shù)Ckg/ m3kJ/(kg K)mPa sw/(m C )871149.63.421.90.62(2) 飽和水蒸汽的熱力學(xué)性質(zhì)從圖中我們看出第三效的加熱蒸汽是198.6kpa，通過查表

7、得到此時的飽和水蒸汽溫度為T=120C，汽化熱為 r =2204.6kJ/kg2.2.2估算傳熱面積(1)計算傳熱量Q =WcCp,c(t2 tj =35.9x3.42x10 2204.6 10x8 = 0.98"06w(2)水蒸氣耗量Wh =Qr0.98 106二 0.44kg / s(3)計算有效平均溫度差“tmInT -12T7= 328C(4) 流體流經(jīng)的選擇冷流體鹵水不潔凈并且易結(jié)垢，所以走管程，便于清洗。熱流體為飽和水蒸氣，宜走殼層以便于及時排除冷凝液， 且蒸汽結(jié)晶，一般不清 洗。(5) 估算傳熱面積根據(jù)經(jīng)驗選取K=1000w/(m2 C),估算傳熱面積：二 29.88m

8、22.2.3工藝尺寸計算(1) 管徑與管內(nèi)流速的確定根據(jù)設(shè)計說明書要求，選用？38X 3mm較高級不 銹鋼傳熱管，管內(nèi)流速取u=0.6m/s。(2) 管長與傳熱管數(shù)選用L=6m的管長。根據(jù)流量與流速確定管數(shù)：V n =兀人2di u435.9 1149.64： (0.032)2 0.665因此，實際換熱面積為S=n二dL=65 3.14 0.038 6 =46.53m2采用此換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為QS：tm0.98 10646.53 32.82= 642.1W/(m C)(3) 平均溫度差校正及殼程數(shù)平均溫度差校正系數(shù)有:R=0P 二壬22120-83;t =1.0查參考文獻有由于平

9、均溫度差校正系數(shù)大于0.8，同時殼層流體流量比較大，所以采用單殼層 合適。(4)殼體內(nèi)徑根據(jù)殼體內(nèi)徑公式D =t(nc -1) 2b其中t=1.25外管徑，管子按正三角形排列時，橫過管數(shù)中心線管的根數(shù)nc =1.1 n = 1.165 9b' =1.25倍外管徑由此，算的殼體外徑D =475mm進行圓整，得外徑500mm綜上，立式單管程固定管板式列管式換熱器的規(guī)格如下：公稱直徑500mm公稱換熱面積46.53m2管程數(shù)1管數(shù)n65管長L6m管間距47.5mm管子直徑 38 3mm管子的排列方式正三角形(5) 折流擋板結(jié)構(gòu)的設(shè)計本設(shè)計采用弓形擋板，弓形折流板圓缺高度為殼體外徑的20%即h

10、=0.2 475 = 95mm，折流擋板間距取 B=600mm所用到的板數(shù)N 誌-仁9224核算總的傳熱系數(shù)(1) 管程對流傳熱系數(shù):廠 0.023Re0.8Pr0.4di其中應(yīng)嚴1°6嚴得創(chuàng)J1.9 10片丄空4竺匚0九0.62所以:i = 0.023 116170.8 1O0.4 = 2000W/（m2C）0.032(2) 污垢熱阻和管壁熱阻根據(jù)查表，得管程壁面的污垢熱阻 Rs =1.72 10(m2 C)/W ,殼程壁面的污垢熱阻Rs°=0.86 10，(m2C) /W，根據(jù)換熱器不銹鋼材質(zhì)可以查出管壁的導(dǎo)熱系數(shù) =17.45W/(m2 C)t0-twRotw ti:

11、i(3)殼程對流傳熱系數(shù)1一 rP2g入3卩«1.13ly5-tw）其中蒸汽溫度ts=120C，壁溫tw需要通過估算來求解，估算公式為假設(shè)0，帶入計算，從而求解出壁溫數(shù)值。然后將壁溫值帶入再求殼程對流傳 熱系數(shù)，通過循環(huán)計算，使得壁溫和殼程對流系數(shù)相對應(yīng)。通過計算，求的：tw = 110.2 °C，：0 = 5045W/(m2 C)(其中，飽和水的定性溫度為115C，物性參有卜=948.6kg/m3花=0.685W/(m C),-26.5 10-5Pa s(4) 總傳熱系數(shù)Kdo:idiRdsdbdo'd m+ R +丄o：0= 787.4W/(m2 C)2214K

12、 核/K 選二 787.4/642.1 =1.23所以換熱器是合適的，安全系數(shù)為22.6%2.2.5核算壓力降(1)管程壓降、巾=(pp)FtNsNpR =1.5,Ns=1,Np =1其中對于不銹鋼，取管壁粗糙度；=0.2mm02 =0.00625di32有 -Re圖中差查的 =0.04L廿di 2=0.0461149.6 0.620.0322-1551.96Pa1149.6 0.62-620.78Pa'PiQ4)FtNsNp =(1551.96 620.78) 1.5 1 1-3259.11 Pa(2)殼程壓降7 ：P。=(.p'：P2)FsNsNs =1,Fs =1流體流經(jīng)

13、管束的阻力巾1管子為正三角形排列F=0.5殼程流通面積S0 =B(D -ncd0) =0.6(0.5-9 0.038) = 0.0948m2殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為：uVs竺 4.12m/s0.038 4.12 1.1270.000023So1.127 0.0948= 7671fo 二 5.0 Reo 心28 二 5.0 7671 丿.228 = 0,65Nb =9p =0.5 0.65 9 (9 1)1.127 4.1222= 279.78Pa流體通過折流板缺口的阻力»Nb(3.5 晉S2=9 (3.52 0.6)0.5 )21.127 4.12= 94.7 Pa總阻力P。=2

14、79.78 94.7 =374.48Pa2.3確定預(yù)熱器附件（1） 折流擋板本設(shè)計采用弓形擋板，弓形折流板圓缺高度為殼體外徑的20%即 h =0.2x500 =100mm,折流板按等間距布置，管束兩端的折流板應(yīng) 盡可能靠近殼程進、出口接管，缺口上下排列，名義外直徑500mm厚度8mm折流擋板間距取B=600mm所用到的板數(shù)N =丄-1 =9。B（2） 拉桿拉桿是折流擋板定位不可缺少的原件。拉桿采用定距管結(jié)構(gòu)， 共4根，拉桿直徑16mm拉桿長度按實際需要確定，具體看尺寸圖。（3） 外殼 換熱器外殼包括殼體與換熱器兩端的封頭-管箱。本設(shè)計中， 外殼采用碳鋼材料，為了保證殼體具有足夠的強度，壁厚設(shè)計

15、為 8mm管箱設(shè)計 時在管箱上設(shè)計一平蓋，便于拆洗。封頭與殼體用螺紋連接，以便卸下封頭，檢查和清洗管子。根據(jù)設(shè)計規(guī)格，本設(shè)計的封頭為內(nèi)徑500mm的標(biāo)準(zhǔn)橢圓頭，厚度 8mm直邊高度25mm（4） 管板管板式本換熱器上的重要零件之一，設(shè)計中要考慮管板厚度的計算，以及管板與換熱管，殼體及管箱的連接。本設(shè)計中管板厚度定為27mm（5） 管板開孔換熱管排列原則如下：換熱管的排列應(yīng)該使整個管束完全對稱。在滿足布管限定圓直徑和換熱管與防沖板的距離規(guī)定的范圍內(nèi)，應(yīng)該全部布滿換熱管。拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。在靠近折流板缺邊的位置處應(yīng)布置拉桿，其間距小于或等700mm拉桿中心與折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控

16、制 在換熱管中心距的（0.51.5 ） . 3范圍內(nèi)。（6） 換熱器接管管道中水溶液的流速定為2m/s，所以鹵水的進口管管 徑為=0.141md = 4Vs =4 35.9二u 1149 3.14 2飽和蒸汽的流速定為30m/s，因此飽和蒸汽進口管管徑為Din二 0.129m4V =4 0.44:二u .1.127 3.14 30因冷凝水的流速一般為0.5m/s，所以冷凝水的出口管徑為D冷凝水=0.028m4V _4 0.3二u 948.6 3.14 0.5(7) 主要連接方式對于換熱器，主要是殼體與管板的連接，換熱管與管板的連接和管板與拉桿的連接。管板與殼體之間采用焊接的形式，換熱管與管板也

17、采用焊接的形式，管板 與拉桿之間采用螺紋連接。(8) 支座 對于本設(shè)計立式換熱器，支座米用耳式支座較好2.4 泵的選用泵的揚程:HgPg 2gHf其中,83 1052二94°C下鹵水的密度，經(jīng)查文獻1附錄,21得1 1 48g/m3 流動前后流速差：u ： 0; 本換熱器采用立式結(jié)構(gòu)，總高度 其他組員設(shè)計的換熱器高度也是 由泵到換熱器接管高度選取1mH = 6.5m，6.5m，選取的高度即為6.5m，由換熱器到蒸發(fā)器水平高度選取1.5m故 z=6.5 11.5=9m ； 靜壓頭 巾=198.6 -101.325 =97.275kPa ; 由上面計算可知，本換熱器管程壓降 a=3259

18、.11Pa，第二個換熱器管程壓降x =Pi4429.84Pa，第三個換熱器管程壓降' p''=3246.4Pa ,第四個換熱器管程壓降：p'"=2723.25Pa,故,Hf 二+Z 也 Pi密竺竺9竺送46心竺5七11148 9.81Hg97.275 103=90 1.21 = 18.85m1148 9.8135 9輸送流體鹵水的流量 V二一一=0.0312m3/s ,1149得到泵的工作點：V -112.32m3/h，Hg = 18.85m，輸送流體為鹵水，黏度比水大。綜上，查閱文獻1附錄24,選用IS150-125 250型單級單吸離心泵, 泵的性

19、能參數(shù)如下：型號流量/(m3 / h)揚程/(m)轉(zhuǎn)速/ (r / min)功率/ kW效率/%氣蝕余量/ m質(zhì)量（泵/底座）/kg軸電機IS150-125-25012022.5145010.418.5713.0188/1582.5換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果換熱器類型：單管程固定管板式換熱器換熱器面積（m2） : 46.53工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱鹵水飽和水蒸氣操作溫度，C8391120流量，kg/s35.90.44流體密度，m3 kg/1149.61.127流速，m/s0.64.95傳熱量，kW980總傳熱系數(shù)，w/(m2 1)787.4對流傳熱系數(shù)，/(m2C)20005045污垢系

20、數(shù)，m2 C /w0.0001720.000086壓力降，Pa2659.11508.69程數(shù)11使用材料不銹鋼碳鋼管子規(guī)格，mm38 x 3mm管數(shù)65管長，m6管間距，mm47.5排列方式正三角形殼體內(nèi)徑，mm475第三章設(shè)計綜述通過兩周的資料查閱、計算核實、畫圖，本次列管式換熱器設(shè)計大體完成,當(dāng)然，還有很多不足之處有待修改，下面是我對本次設(shè)計的一些評價與感受。1、 資料查詢要有足夠的針對性起初，我為了設(shè)計這次的換熱器，查詢了 大量的文獻書籍，不同書上有不同的方法，而且部分方法都十分復(fù)雜，所以把設(shè) 計放到了一個特別高的位置，開始研究計算方法，然而問題卻沒有得到解決，反 而更難了。結(jié)果，索性就

21、按照書籍上的來，結(jié)果計算起來才有了思路，在計算得 過程中遇到了難題再去查閱書籍，參考文獻，這樣效率才得到了大幅度的提高。 看來查閱資料不是越多越好呀。2、 計算方法有技巧這次設(shè)計的重點之一就是核算換熱器的總傳熱系數(shù)， 這個決定了結(jié)果是否正確，所以這個也就理所當(dāng)然是難點之一了。 估算了換熱器 的面積S和傳熱系數(shù)K,接下來就設(shè)計換熱器的結(jié)構(gòu)和核算傳熱系數(shù)了。設(shè)計結(jié) 構(gòu)倒是沒費太多時間，可是到了核算就頭疼了，錯了不要緊，一次肯定算不對， 可是前面假設(shè)的數(shù)據(jù)太多，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間有有聯(lián)系，牽一發(fā)而動全身，一下子 就不知所措了。例如，改變了管數(shù)，流速，傳熱面積，對流傳熱系數(shù)等等全都變 化。在經(jīng)過反復(fù)計算和總結(jié)后，我得出了一定的規(guī)律，改變設(shè)計的流速對結(jié)果很 是關(guān)鍵，而且不會把計算得思路攪亂，最后在增大幾次減少幾次流速之后， 最終 算出了符合規(guī)定的K值。3、 很多不足需補充本次設(shè)計完全是紙上談兵，所有的東西都是從紙上 來最終又落到了紙上，所以在考慮問題時勢必會有所欠佳。列如很重要的一點， 安全問題。由于參考資料有限，經(jīng)驗不足