列管式換熱器課程設(shè)計含有CAD格式流程圖和換熱器圖

1、列管式換熱器課程設(shè)計（含有CAD格式流程圖和換熱器圖）作者:日期:X X X X大學材料工程原理B課程設(shè)計設(shè)計題目：5.5義l(Tt/y熱水冷卻換熱器設(shè)計專 業(yè)： 班 級：學號：姓名：日 期：指導教師：設(shè)計成績：日 期：換熱器設(shè)計任務(wù)書題目5.5X10各階段時間安排（以天為單位） 講課、布置任務(wù)：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 工藝設(shè)計計算以及設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計：3天 （5）編制說明書、繪圖：4天 考核和答辯：0.5天t/y熱水冷卻換熱器設(shè)計設(shè)計基本參數(shù)處理能力：5.5X（rt/y設(shè)備型式：列管式換熱器操作條件：（1）冷卻介質(zhì)：循環(huán)水入口溫度：22,出口

2、溫度：40C（2）熱 水：入口溫度：80,出口溫度：60（3）允許壓降：不大于lPa（4）每年按330天計,每天24小時運行設(shè)計要求及內(nèi)容設(shè)計內(nèi)容：（1） 方案簡介：對選定的工藝流程、重要設(shè)備的形式進行簡要的論述；（2） 設(shè)備的工藝設(shè)計計算：包括工藝參數(shù)的選定、物料平衡、熱量平衡、設(shè)備的工藝尺寸計算以 及結(jié)構(gòu)設(shè)計：（3） 流程簡圖：以單線圖形式繪制，繪出主體設(shè)備和輔助設(shè)備的物料與氣流流向；（4） 設(shè)備工藝圖：包括設(shè)備的主要工藝尺寸、技術(shù)特性等設(shè)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(yīng)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

3、分析問題，完成一個 單元操作過程和設(shè)備的工程設(shè)計，得到材料工程設(shè)計的初步訓練。（3）使學生了解工程設(shè)計在生產(chǎn)、科研和工程建設(shè)中的地位與重要性，掌握工程設(shè)計的主要內(nèi)容、 程序和方法，學會應(yīng)用有關(guān)資料進行設(shè)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(shè)計計算書要求內(nèi)容完整、計算正確，文字簡潔通順：圖紙要求規(guī)范、整潔、齊全目錄1 .設(shè)計方案簡介2 .工藝流程簡介3 .工藝計算和主體設(shè)備設(shè)計4 .設(shè)計結(jié)果概要5 .附圖6 .參考文獻1 .設(shè)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(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

4、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(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。當管束和殼體之間的溫差 太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時.，川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

5、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(zhì)的混合。圖1-3 浮頭式換熱器1一完3?

6、2一固定管板 3一隔板 4浮頭鉤阿法蘭 5浮動管板 6浮頭蓋(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，維修方便。其缺點是填 料函乃嚴不高，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。圖1-4 域料函式換熱器1活動竹板 2埴料2K黑 3一填料 4填料函 5縱向隔板1.2換熱器類型的選擇以及流經(jīng)的選擇所設(shè)計的換

7、熱器用于冷卻熱水，水黏度較小，不易產(chǎn)生水垢，而且兩流體的溫差不 大于50C,所以選用固定管板式換熱器，熱水走殼程，循環(huán)水走管程。L3流速的選擇表2-2換熱器常用流速的范圍介 質(zhì)流速循環(huán)水新鮮水一般液體易結(jié)垢液體低粘度油高粘度油氣體管程流速， m/ s1. 02. 00. 81.50. 53>1.00. 81. 80. 51. 5530殼程流速， m/ s0. 5、50. 5、50. 215>0.50. 4、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

8、 流速增加，乂使流體阻力增大，動力消耗就增多。故擬取循環(huán)水流速為l.Om/s。L4材質(zhì)的選擇列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下二般 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、 聚四氨乙烯和玻璃等。根據(jù)實際需要，可以選擇使川碳鋼材料。L 5管程結(jié)構(gòu)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。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(chǎn)生水垢，

9、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(shè)備設(shè)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310c 熱水T=70夕= 994.8(Kg/ ?3)冷卻水oro熱水（70）Cp=4.V74(KJ/KgC)2 = 0.618(vv/nr)/ = 7.86 x 10一4 (Pas)夕= 977.8(Ag/J)Cp =4.187(k/Kg)2 = 0.668(w/ m )/7 = 4.061xl0-4(Pt/-5)(3)計算熱負荷QWo=5.5X104X 1000 330 +2g6

10、945kg/hQo=WoCpo A to=6945 X4.187X(80-60)=581760 kJ/h= 161.6 kW循環(huán)水的流量叱= . = 7740.7kg /?cpiAtt 4.174x(40-22)（4）計算平均溫度差，并確定殼程數(shù)。=22t2 = 40工=80T, = 60。=二竺三"山 R 二一二生絲二 0.3103T 。80 6040 22查表知= 0.957平均傳熱溫差 A& = 0.957 x 39 = 37.3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，故取單殼程合適即憶=1（5）初選換熱器規(guī)格管內(nèi)管外均為水，初選傳熱系數(shù)K。= 100

11、0W/(m2 . )選用x 2.5” (碳鋼)& = 0.02/71,d2 = 0.025 mQKo"_ 16.16xl04-1000x37.3考慮 15%的面積裕度,S=1.15XSH=4.98(m2)估算單程管的根數(shù)7740.73600x994.8O.785xO.O22xl.O= 6.88標7根單程管計算，所需的傳熱管長度為A估 _4.983.14x0.025x7 X 10(/7?)取管長為2.5m則2,=空=4 (管程2 5數(shù))L = 1.5m N = 4x7 = 28取管心距t=1.25 d0t= 1.25 X 25 g 32(mm)殼體內(nèi)徑D=200mm采用弓形折流

12、板，圓缺高度h =0.25x200 = 50mm折流板間距/? = 150%折流板數(shù)N,=4-1 =蘭2-1 = 15 h 150(7)接管殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)熱水流速為u=L0m/s,則接管內(nèi)徑為,14x6945 /(3600 x977.8) d =yl0.05 m、九u 3.14 x 1.0取標準管徑為50mmo管程流體進出口接管：取接管內(nèi)冷卻水流速u = L5m/s,則接管內(nèi)徑為14 x 581760 /(3600 x 994.8)3.14x1.5=0.043 m取(I)45mm無縫鋼管。4.2核算總傳熱系數(shù)K(1)計算管程對流崔熱系數(shù)4管內(nèi)循環(huán)水流速："_ 縱” /(

13、36008)_ 7740.7/(3600x994.8) 弊3皿,/, 1 萬0.785x0.022 x7 ' ''cL n4 1= 2.49xl044向 _ 0.02 x 0.983 x 994.8 從 一 7.860 xlQ-4-= 5.30cpM _4.174x103x7.860x10-4a = 0.0234 0.618o.8p3 = 0 023 xX (2.49 X 104)08x5.30° ; 3852 AW/(m2 )（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：4 =力。（1 一 牛）=0.15 X 0.2 X （1 一 *|）

14、= 6.56 x 10-3 m2熱水流速：“。二卡2 =竺黑嚴皿必三角形排列的當量直徑:x0.0322-0.0252)43.14x0.025=0.020 m0,02x0,3x977,84.016 xl0-4= 14608= 2.55_%22 _4.I87xl03x4.061xl()7f2 - 4 0.668久=0.362(尸5“3(嚴4- de=0.36 x x (14608 )055 x 2.55 x 0.95 = 3046.6W /(/ )確定污垢熱阻R熱水污垢熱阻Rd = 0.09x10-3 加2. /W 循環(huán)水污垢熱阻Rd2 = 0.21x10-3機2/c/卬(4)總傳熱系數(shù)由總傳熱系

15、數(shù)計算傳熱面積kq = 一;一研 1 P* &2 + 7 - Rd cty klm11 s-4 0.002x25 ° “+ 2.1x10 + 9x10 -2525=970.13046.645x2020 3852.1x20A =161.6x10 =447/7?K()M“ 970.1x37.3S =加。(L-0. 1)N = 3.14x0.025 x2.4x28 5.28m2S A 5.28-4.474.47滿足換熱器的裕度要求43計算壓強降 計算管程壓強降由ReI =2.49x10，傳熱管相對粗糙度g = 0.005參考圖2-Re雙對數(shù)坐標圖得4 = 0.033流速1 = 0.

16、983m/5 , p =994.8g/直管中因摩擦阻力產(chǎn)劣勺壓強降：AD 2 1 Pll CCS 2.5 994.8xO.9832 1OQOr,D、=2 x =O.O33xx= 1982.6(Pa)1 d1 20.022回彎中因摩擦阻力產(chǎn)生的壓強降：AP, =3空L= 3x坐上"二=1441.9(&) -22N=l,Np=4,F|=l.4E =(1982 +1441.9)x4x1.4 = 1.917 xl()4(pa)管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)(2)計算殼程壓強降2庶=(*；+*2')我也，其中：N, =1,結(jié)垢校正系數(shù)：F, =1.5管子排列方法對壓強降校正系數(shù)：F

17、 = 0.5, 殼程流體的摩擦系數(shù)：/()=5.0xRe2-°”8 =5.0xl4608228 =0.561橫過管束中心線的管數(shù)nc = 1. h扇=L1 x J無=6,折流板數(shù)：Nh = 15按殼程流通橫截面積：Ao = A(D - ncd.) = 0.15(0.2 - 6 x 0.025) = 0.0075 m269453600 a 43600 x977.8x0.0075=0.263 nil s則流體流經(jīng)管束產(chǎn)生的壓強降:AR = Ffond)吸2=0.5x0.561 x6x(15 + l)x 977匚().261=%。gp”)流體流過折流板缺口產(chǎn)生的壓強降：AP, = Atf(

18、3.5 - ,其中 h = 0.15/n, £> = 0.2/w , D 2則 AR = 15 x(3.5-)x= 1014.5(尸a)-0.22ZM =(州' +記比2=(910.62 + 1014.5)x1.5 = 2887. .7(Pa) 殼程流體阻力在允許范圍之內(nèi)8、換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果表附表1換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率/ (Kg/h)77406945進（出）口溫度/22 (40)80 (60)壓力/MPa物性定性溫度/C3170密咬/Kg 而994.8977.8定壓比熱容 /kJ/(kg/)4. 1744. 187黏度/Pa - s7.86XKT44.061x107熱導率/W/(mC)0.6180. 668普朗特數(shù)5. 302. 55設(shè)備結(jié) 構(gòu)參數(shù)形式固定管板式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm200臺數(shù)1管徑/mm25管心距/mm25管長/mm2500管子排