預(yù)熱器課程設(shè)計(jì)2

1、精餾塔進(jìn)料預(yù)熱器的設(shè)計(jì)說明書姓 名：學(xué) 號(hào)：專業(yè)班級(jí)：高分子材料與工程09-3指導(dǎo)老師： 日 期：2012年6月29日目錄一、前言3二、正文112.1 確定方案112.2設(shè)計(jì)計(jì)算112.2.1 初選型號(hào)112.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)142.2.3 校核162.2.4 強(qiáng)度設(shè)計(jì)18三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表24四、主要符號(hào)說明25五、小結(jié)25六、參考文獻(xiàn)26摘要隨著換熱器在工業(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。本課程設(shè)計(jì)以0.6MPa的飽和水蒸氣加熱初始溫度為

2、20攝氏度40%的乙醇水溶液，首先根據(jù)進(jìn)料熱狀況參數(shù)計(jì)算出進(jìn)料溫度，即冷流體出口溫度，然后按照所規(guī)定的工藝條件，通過研究傳熱機(jī)理，計(jì)算傳熱面積，校核傳熱系數(shù)，從而探尋所需的換熱器類型和結(jié)構(gòu)，主要根據(jù)已選定的換熱器類型進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部零件（如接管、折流板、定距管、管箱等）的設(shè)計(jì)，包括材料的選擇、具體尺寸的確定，具體位置的安裝、管板厚度的計(jì)算、法蘭的選擇、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。通過以上計(jì)算，繪制精餾塔進(jìn)料預(yù)熱器的工藝流程圖和結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)出能滿足要求處理量及處理特定物料的換熱器。Abstract With the status and role of heat exchangers in industrial

3、 production, the type of heat exchanger is also a variety of different types of heat exchangers have advantages and disadvantages, and different performance. In heat exchanger design, we should first select the applicable type, and then calculate the heat exchanger heat transfer area required, and d

4、etermine the size of the structure of the heat exchanger according to process requirements.This course is designed to 0.6MPa of saturated steam heating the initial temperature of 20 degrees Celsius and 40% aqueous ethanol solution, first of all according to the parameters of the feed thermal conditi

5、ons of feed temperature, the cold fluid outlet temperature, and then follow the required process conditions. by studying the mechanism of heat transfer to calculate the heat transfer area, checking the heat transfer coefficient and thus to explore the type and structure of the heat exchanger, the ma

6、in heat exchanger type has been selected, the device internal parts (such as take over the baffle from the pipe, pipe boxes, etc.) design, including choice of materials, specifically to determine the size, the specific location of the installation, the calculation of the thickness of the tube plate,

7、 flange options, opening reinforcement calculation.Through the above calculation, draw a process flow chart and block diagram of the distillation column feed preheaters, and designed to meet the requirements of processing capacity and processing of specific materials heat exchanger.一、前言換熱器（英語(yǔ)翻譯：heat

8、 exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)的熱量交換設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器作為傳熱設(shè)備被廣泛用于鍋爐暖通領(lǐng)域，隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類越來(lái)越多。二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)

9、用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，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，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)的換熱問題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開始注意。 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年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的

10、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。換熱器的分類適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的具體分類如下： 一、換熱器按傳熱原理分類 1、表面式換熱器 表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動(dòng)，通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對(duì)流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。表面式換熱器有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。 2、蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱

11、量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。 3、流體連接間接式換熱器 流體連接間接式換熱器，是把兩個(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來(lái)的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。 4、直接接觸式換熱器 直接接觸式換熱器是兩種流體直接接觸進(jìn)行換熱的設(shè)備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。 二、換熱器按用途分類 1、加熱器：加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。 2、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)。 3、過熱器：過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)。 4、蒸發(fā)器：蒸發(fā)

12、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。 三、按換熱器的結(jié)構(gòu)分類 可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。金屬換熱器的特點(diǎn)1、間壁式換熱器 夾套式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但其加熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高.為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器.當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù).為補(bǔ)充傳熱面的不足，也可在釜內(nèi)部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過程的加熱和冷卻。 沉浸式蛇管換熱器 這種換熱器是將金屬管彎繞成各種與容

13、器相適應(yīng)的形狀，并沉浸在容器內(nèi)的液體中.蛇管換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，可用耐腐蝕材料制造；其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低，管外給熱系數(shù)小.為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。 噴淋式換熱器 這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內(nèi)流動(dòng)，冷卻水 從上方噴淋裝置均勻淋下，故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動(dòng)程度較高的液膜，管外給熱系數(shù)較沉浸式增大很多.另外，這種換熱器大多放置在空氣流通之處，冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度，增大傳熱推動(dòng)力的作用.因此，和沉浸式相比，噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。 套管式換熱器套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同

14、心套管，并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中，一種流體走管內(nèi)，另一種流體走環(huán)隙，兩者皆可得到較高的流速，故傳熱系數(shù)較大.另外，在套管換熱器中，兩種流體可為純逆流，對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受高壓，應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目). 特別是由于套管換熱器同時(shí)具備傳熱系數(shù)大，傳熱推動(dòng)力大及能夠承受高壓強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。 板式換熱器： 板式換熱器高清圖最典型的間壁式換熱器，它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史，而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。主體結(jié)構(gòu)由換熱板片以及板間的膠條組成。長(zhǎng)期在市

15、場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，但是其體積大，換熱效率低，更換膠條價(jià)格昂貴（膠條的更換費(fèi)用大約占整個(gè)過程的1/3-1/2）.主要應(yīng)用于液體-液體之間的換熱，行業(yè)內(nèi)常稱為水水換熱，其換熱效率在5000w/m2.K。 為提高管外流體給熱系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。折流檔板不僅可防止流體短路，增加流體速度，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種，前者應(yīng)用更為廣泛.。 目前，由于中國(guó)新版GMP的推出，板式換熱將逐漸退出食品，飲料，制藥等衛(wèi)生級(jí)別高的行業(yè)。 管殼式換熱器    管殼式換熱器圖解管殼式(又稱列管式) 換熱器是管殼式換熱

16、器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成，殼體多呈圓形，內(nèi)部裝有平行管束或者螺旋管，管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。管子的型號(hào)不一，過程一般為直徑16mm 20mm或者25mm三個(gè)型號(hào)，管壁厚度一般為1mm，1.5mm，2mm以及2.5mm。進(jìn)口換熱器，直徑最低可以到8mm，壁厚僅為0.6mm。大大提高了換熱效率，今年來(lái)也在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐漸推廣開來(lái)。管殼式換熱器，螺旋管束設(shè)計(jì)，可以最大限度的增加湍流效果，加大換熱效率。內(nèi)部殼層和管層的不對(duì)稱設(shè)計(jì)，最大可以達(dá)到4.6倍。這種不對(duì)稱設(shè)計(jì)，決定其

17、在汽-水換熱領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。最大換熱效率可以達(dá)到14000w/m2.k，大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。 同時(shí)，由于管殼式換熱器多為金屬結(jié)構(gòu)，隨著中國(guó)新版GMP的推出，不銹鋼316L為主體的換熱器，將成為飲料，食品，以及制藥行業(yè)的必選。 雙管板換熱器 也稱P型換熱器，是在管殼式換熱器的兩頭各加一個(gè)管板，可以有效防止泄漏造成的污染?，F(xiàn)在國(guó)產(chǎn)品牌較少，價(jià)格昂貴，一般在10萬(wàn)元以上，進(jìn)口可以到幾十萬(wàn)。符合新版GMP規(guī)定，雖價(jià)格昂貴，但決定其市場(chǎng)廣闊。 2、混合式換熱器混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱

18、速率。故凡允許流體相互混合的場(chǎng)合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。 按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型： (1)冷卻塔(或稱冷水塔) 在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進(jìn)行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實(shí)際工程中得到了廣泛的使用。 (2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔) 在工業(yè)上用這種設(shè)備來(lái)洗滌氣

19、體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液體以水居多?？照{(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，而且還可對(duì)其進(jìn)行加熱處理。但是，它也有對(duì)水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點(diǎn)：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用！ (3)噴射式熱交換器 在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管

20、的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。 (4)混合式冷凝器 這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。 4、蓄熱式換熱器蓄熱式換熱器用于進(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。一般用耐火磚等砌成火格子（有時(shí)用金屬波形帶等）。換熱分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段，熱氣體通過火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來(lái)。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲(chǔ)蓄的熱量而被加熱。這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。通常用兩個(gè)蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進(jìn)入一器時(shí)，冷氣體進(jìn)入另一器。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。 蓄熱式換熱器一般用于對(duì)

21、介質(zhì)混合要求比較低的場(chǎng)合。 5、陶瓷換熱器陶瓷換熱器是一種新型的列管式高溫?zé)崮芑厥昭b置，主要成份為碳化硅，可以廣泛用于冶金、機(jī)械、建材、化工等行業(yè)，直接回收各種工業(yè)窯爐排放的8501400高溫?zé)煔庥酂?，以獲得高溫助燃空氣或工藝氣體。 陶瓷換熱器研制成的這種裝置的換熱元件材料系一種新型碳化硅工程陶瓷，它具有耐高溫和抗熱沖擊的優(yōu)異性能，從 1000 風(fēng)冷至室溫，反復(fù)50 次以上不出現(xiàn)裂紋；導(dǎo)熱系數(shù)與不銹鋼等同；在氧化性和酸性介質(zhì)中具有良好的耐蝕性。在結(jié)構(gòu)上成功地解決了熱補(bǔ)償和較好地解決了氣體密封問題。該裝置傳熱效率高，節(jié)能效果顯著，用以預(yù)熱助燃空氣或加熱某些過程的工藝氣體，可節(jié)約一次能源，燃料節(jié)約

22、率可達(dá)30 %55%，并可強(qiáng)化工藝過程，顯著提高生產(chǎn)能力。 陶瓷換熱器的生產(chǎn)工藝與窯具的生產(chǎn)工藝基本相同，導(dǎo)熱性與抗氧化性能是材料的主要應(yīng)用性能。它的原理是把陶瓷換熱器放置在煙道出口較近，溫度較高的地方，不需要摻冷風(fēng)及高溫保護(hù)，當(dāng)窯爐溫度1250-1450時(shí)，煙道出口的溫度應(yīng)是1000-1300，陶瓷換熱器回收余熱可達(dá)到450-750，將回收到的的熱空氣送進(jìn)窯爐與燃?xì)庑纬苫旌蠚膺M(jìn)行燃燒，這樣直接降低生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。 陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因?yàn)樗^好地解決了耐腐蝕，耐高溫等課題。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)熱性能好，高溫強(qiáng)度高，抗氧化、抗熱震性能好。壽命長(zhǎng)，維修量小，

23、性能可靠穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便。設(shè)計(jì)要求隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，中國(guó)對(duì)某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。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。質(zhì)檢內(nèi)容設(shè)備制造過程中的檢驗(yàn)，包括原材料的檢驗(yàn)、工序間的檢驗(yàn)及壓力試驗(yàn)，具體內(nèi)容如下： （1）原材料和設(shè)備零件尺寸和幾何形狀的檢驗(yàn)； （2）原材料和焊縫的化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析試驗(yàn)、金相組織檢驗(yàn)，總稱為破壞試驗(yàn)； （3）原材料和焊縫內(nèi)部缺陷的

24、檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)方法是無(wú)損檢測(cè)，它包括：射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)等； （4）設(shè)備試壓，包括：水壓試驗(yàn)、介質(zhì)試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)等。質(zhì)檢方法換熱器壓力試驗(yàn)的順序如下： 固定管板換熱器先進(jìn)行殼程試壓，同時(shí)檢查換熱管與管板連接接頭，然后進(jìn)行管程試壓； U形管式換熱器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式換熱器先用試驗(yàn)壓環(huán)進(jìn)行殼程試壓，同時(shí)檢查接頭，然后進(jìn)行管程試壓； 浮頭式換熱器、釜式重沸器（浮頭式管束）先用試驗(yàn)壓環(huán)和浮頭專用工具進(jìn)行管頭試壓，對(duì)于釜式重沸器尚應(yīng)配備管頭試壓專用殼體，然后進(jìn)行管程試壓，最后進(jìn)行殼程試壓； 重疊換熱器接頭試壓可單臺(tái)進(jìn)行，當(dāng)各臺(tái)換熱器程間連通時(shí)，管程和殼程試壓應(yīng)在重疊組

25、裝后進(jìn)行。安裝方法安裝換熱器的基礎(chǔ)必須滿足以使換熱器不發(fā)生下沉，或使管道把過大的變形傳到傳熱器的接管上?；A(chǔ)一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎(chǔ)，換熱器上沒有鞍式支座而直接放在鞍形基礎(chǔ)上，換熱器與基礎(chǔ)不加固定，可以隨著熱膨脹的需要自由移動(dòng)。另一種為混凝土基礎(chǔ)，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固的連接起來(lái)。 在安裝換熱器之前應(yīng)嚴(yán)格的進(jìn)行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收工作，主要項(xiàng)目如下：基礎(chǔ)表面概況；基礎(chǔ)標(biāo)高，平面位置，形狀和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合實(shí)際要求；地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全；放置墊鐵的基礎(chǔ)表面是否平整等。 基礎(chǔ)驗(yàn)收完畢后，在安裝換熱器之前在基礎(chǔ)上放墊鐵，

26、安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，使兩者能很好的接觸。墊鐵厚度可以調(diào)整，使換熱器能達(dá)到設(shè)計(jì)的水平高度。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性，并將其重量通過墊鐵均勻地傳遞到基礎(chǔ)上去。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和開口墊鐵。其中，斜墊鐵必須成對(duì)使用。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊鐵，墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。 換熱器就位后需用水平儀對(duì)換熱器找平，這樣可使各接管都能在不受力的情況下連接管道。找平后，斜墊鐵可與支座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。當(dāng)兩個(gè)以上重疊式換熱器安裝時(shí)，應(yīng)在下部換熱器找正完畢，并且地腳螺栓充分固定后，再安裝上部換熱器?？沙楣苁鴵Q熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查，清掃，抽管束時(shí)應(yīng)注意保護(hù)密封面和

27、折流板。移動(dòng)和起吊管束時(shí)應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，以避免損傷換熱管。 根據(jù)換熱器的形式，應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來(lái)滿足條件（操作）清洗、維修的需要。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應(yīng)留有足夠的空間以便能從殼體內(nèi)抽出管束，外頭蓋端必須也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。 固定管板式換熱器的兩端應(yīng)留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。并且，用機(jī)械法清洗管內(nèi)時(shí)。兩端都可以對(duì)管子進(jìn)行刷洗操作。U形管式換熱器的固定頭蓋應(yīng)留出足夠的空間以便抽出管束，也可在其相對(duì)的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。 換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的條件下運(yùn)行。應(yīng)經(jīng)常對(duì)管，殼程介質(zhì)的溫度及壓降進(jìn)行監(jiān)督，分析換熱管的泄漏和

28、結(jié)垢情況。管殼式換熱器就是利用管子使其內(nèi)外的物料進(jìn)行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發(fā)等過程，與其他設(shè)備相比較，其余腐蝕介質(zhì)接觸的表面積就顯得非常大，發(fā)生腐蝕穿孔結(jié)合處松弛泄漏的危險(xiǎn)性很高，因此對(duì)換熱器的防腐蝕和防泄漏的方法也比其他設(shè)備要多加考慮，當(dāng)換熱器用蒸汽來(lái)加熱或用水來(lái)冷卻時(shí)，水中的溶解物在加熱后，大部分溶解度都會(huì)有所提高，而硫酸鈣類型的物質(zhì)則幾乎沒有變化。冷卻水經(jīng)常循環(huán)使用，由于水的蒸發(fā)，使鹽類濃縮，產(chǎn)生沉積或污垢。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設(shè)備腐蝕，腐蝕與結(jié)垢交替進(jìn)行，激化了鋼材的腐蝕。因此必須經(jīng)過清洗來(lái)改善換熱器的性能。由于清洗的困難程度是隨著垢層厚度或沉積的增加而迅速增

29、大的，所以清洗間隔時(shí)間不宜過長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)，換熱介質(zhì)的性質(zhì)，腐蝕速度及運(yùn)行周期等情況定期進(jìn)行檢查，修理及清洗。 換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝過程對(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。 換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工

30、藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長(zhǎng)期以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。使用換熱器注意事項(xiàng)（1）嚴(yán)重把關(guān)軟化水對(duì)于任何一種水質(zhì)把關(guān)，這一點(diǎn)是相當(dāng)重要，在進(jìn)行對(duì)軟化水水質(zhì)處理的前提下，首先要認(rèn)真檢查系統(tǒng)中的水和軟化罐水質(zhì)問題，如果確定合格就可以進(jìn)行注入處理；（2）新系統(tǒng)檢驗(yàn)對(duì)于一些新系統(tǒng)來(lái)說，不能馬上與換熱器進(jìn)行交替使用，首先把新的系統(tǒng)在指定的時(shí)間段運(yùn)行，讓它有了一個(gè)運(yùn)行模式后，這個(gè)時(shí)候方可以把換熱器并入系統(tǒng)中使用，這樣做的目的完全是為了避免管網(wǎng)中的雜質(zhì)破壞換熱器設(shè)備；（3）在線防除垢的技術(shù)應(yīng)用超聲波防、除垢技術(shù)目前已在石油化工、冶金電

31、力、制糖制藥等諸多工業(yè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。超聲波防除垢技術(shù)是利用超聲高頻脈沖震蕩波在換熱器金屬面與內(nèi)部物料液體液面產(chǎn)生的一系列作用而達(dá)到防除垢目的的。具體機(jī)理是超聲震蕩波垂直作用在換熱器金屬表面，使其在金屬中快速傳播，受到震動(dòng)的金屬壁面與相鄰液面產(chǎn)生了推斥力，使液體遠(yuǎn)離壁面，而后恢復(fù)原位，過程中產(chǎn)生了一個(gè)時(shí)間差，出現(xiàn)一個(gè)狹小的真空區(qū)域，周圍液體會(huì)迅速填充，產(chǎn)生了微渦，周而復(fù)始，就產(chǎn)生了這種高速微渦效應(yīng)，高速微渦效應(yīng)阻斷了液體中垢質(zhì)成分附著在金屬管壁的條件，從而達(dá)到了防垢效果。而高速微渦使液體不斷沖刷著金屬壁面上的軟垢，使軟垢隨液體流走，從而解決軟垢問題，同樣高速微渦可以帶走金屬周邊的氣泡，達(dá)到防

32、止金屬氧化的目的。對(duì)于已附著在金屬壁上的硬垢質(zhì)，在高頻振動(dòng)的作用下，由于金屬和垢質(zhì)的彈性阻抗不同，頻率響應(yīng)也不一致，是兩者間產(chǎn)生不同振動(dòng)，硬垢比金屬的彈性阻抗差很多，會(huì)在內(nèi)部形成多方向性的微沖性剪切力，使垢質(zhì)疲勞、裂紋、疏松、脫落。而在產(chǎn)生裂縫的同時(shí)，就會(huì)有毛細(xì)作用的出現(xiàn)，液體通過裂縫迅速進(jìn)入到垢層當(dāng)中，接觸高溫金屬管時(shí)受熱體積急速膨脹，加速垢質(zhì)的脫離。這就達(dá)到了除垢的效果。目前該技術(shù)已申請(qǐng)三項(xiàng)國(guó)家專利技術(shù)，并被發(fā)改委評(píng)委國(guó)家級(jí)科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。（4）保持持管網(wǎng)的清潔無(wú)論是在工作前還是工作完成后，我們都必須要對(duì)管網(wǎng)中進(jìn)行清潔處理，這樣做的目的是為了避免發(fā)生換熱器堵塞的現(xiàn)象。還要注意及時(shí)對(duì)除

33、污器以及過濾器的清洗，讓整個(gè)工作順利完成，效率相當(dāng)。因冷卻水大多數(shù)含有鈣、鎂離子和酸式碳酸鹽。當(dāng)冷卻水流經(jīng)金屬表面時(shí)，有碳酸鹽的生成。另外，溶解在冷卻水中的氧還會(huì)造成金屬腐蝕，形成鐵銹。由于銹垢的產(chǎn)生，換熱效果下降。嚴(yán)重時(shí)不得不在殼體外噴淋冷卻水，結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞管子，使換熱效果失去作用。采用福世泰克清洗劑清洗凝汽器，福世泰克的高效、環(huán)保、安全、無(wú)腐蝕，不但清洗效果良好而且對(duì)設(shè)備沒有腐蝕，能夠保證凝汽器的長(zhǎng)期使用。二、正文 2.1確定方案 設(shè)計(jì)任務(wù)：年處理 100萬(wàn) 噸40%乙醇水溶液的精餾塔預(yù)熱器 設(shè)備類型：列管式換熱器 操作條件： 原料溫度20，進(jìn)料熱狀況參數(shù)q= 1.05 用0.6MPa

34、飽和水蒸汽預(yù)熱 允許壓強(qiáng)降：不大于Pa 每年按330天計(jì)算，每天24小時(shí)連續(xù)操作 熱損失為總傳熱速率的5% 設(shè)備最大承受壓力：p=2.5MPa 選擇換熱器時(shí)，要遵循經(jīng)濟(jì)，傳熱效果優(yōu)，方便清洗，符合實(shí)際需要等原則。列管式換熱器有幾種形式：固定式管板式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器、填料函式換熱器，固定式管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但管外清洗困難，易處理殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料，但兩流體的溫差低于70且殼方流體壓強(qiáng)不高于600kPa的情況，浮頭式換熱器適用于兩流體溫差較大、易腐蝕和易結(jié)垢的流體，U形管式換熱器適用于高溫、高壓的場(chǎng)合，但管內(nèi)必須為清潔的流體，填料函式換熱器與浮頭式換熱

35、器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，但殼程流體有外漏的可能性，因此不能處理易燃、易爆的流體。本次處理的兩流體溫差大，初選浮頭式換熱器。 2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 2.2.1 初選型號(hào) 確定料液出口溫度 圖一：40%乙醇溶液平衡相圖圖二：不同溫度飽和水、飽和水蒸氣、飽和乙醇和飽和乙醇蒸汽的焓由圖一查得40%乙醇溶液:泡點(diǎn)溫度 ,露點(diǎn)溫度 泡點(diǎn)溫度時(shí)，查圖二得 則40%乙醇溶液:露點(diǎn)溫度時(shí)，查圖二得 則40%乙醇溶液 得 查圖二得 確定換熱器類型兩流體溫度變化情況：冷流體進(jìn)口溫度：20，出口溫度：59.3 。熱流體為0.6MPa飽和水蒸汽，溫度始終為 158.7兩流體最大溫差為138.7，溫差相差很大，故選用浮頭

36、式換熱器合理。 確定流體流動(dòng)空間因加熱介質(zhì)是飽和水蒸汽，易于通入殼程，40%乙醇溶液則通入管內(nèi)。 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進(jìn)出口溫度平均值。40%乙醇溶液： 查得40%乙醇溶液物性：密 度 比 熱 容 導(dǎo)熱系數(shù) 粘 度 飽和水蒸汽定性溫度： 密 度 氣化潛熱 計(jì)算熱負(fù)荷 熱量損失為5%，則飽和水蒸汽的流量： 計(jì)算平均溫差 初選換熱器規(guī)格根據(jù)管外為水蒸氣冷凝來(lái)加熱管內(nèi)有機(jī)物溶液總的傳熱系數(shù)范圍，初選 管子直徑 傳熱面積： 考慮15%的面積裕度，則 2.2.2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 管程數(shù)和傳熱管數(shù)取管內(nèi)流速 ,選用管長(zhǎng)為3m依據(jù)管的傳熱面積確定單程管數(shù)采用正三角形排列，不妨取標(biāo)準(zhǔn)管數(shù)217根按

37、單程管計(jì)算器流速為按單程管計(jì)算流速太小則管程數(shù)為按單殼程雙管程計(jì)算，總傳熱管數(shù)為210根 平均溫差校正按單殼程雙管程結(jié)構(gòu)差，溫度校正系數(shù)查得 傳熱管排列和分程方法采用正三角形排列，取管心距則 橫過管束中心的管數(shù)： 各程之間可排17根管子，整六邊形可排八層，實(shí)際排管數(shù)217根，取4根拉桿，拉桿直徑12mm,則實(shí)際換熱管數(shù)為213根 殼程內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率=0.7取標(biāo)準(zhǔn)管 折流擋板采用弓形折流擋板，取弓形折流擋板圓缺高度為課題內(nèi)徑的25%則切去的圓缺高度h=0.25×500mm=125mm取折流擋板間距B=0.5D=0.5×500mm=250mm折流擋板數(shù)由于無(wú)支

38、撐板，換熱管無(wú)支撐跨距大于1500mm,公稱直徑DN=500mm，查得折流擋板的最小厚度12mm。 接管殼程流體接管直徑：取接管內(nèi)液體流速為則接管內(nèi)徑 取標(biāo)準(zhǔn)管徑 管程流體接管直徑：取接管內(nèi)液體流速為則接管內(nèi)徑 取標(biāo)準(zhǔn)管徑 導(dǎo)流管與防沖擋板殼程接管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響換熱器的傳熱效率與使用壽命，由于介質(zhì)為水蒸氣，進(jìn)入殼程時(shí)，換熱器將受到很大沖擊，甚至發(fā)生震動(dòng)，為了保護(hù)管束，在入口處要設(shè)置導(dǎo)流管或防沖擋板。 2.2.3校核 核算總傳熱系數(shù) 計(jì)算管程對(duì)流傳熱系數(shù)雷諾數(shù):普蘭特準(zhǔn)數(shù)： 計(jì)算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)因?yàn)槭桥P式換熱器，殼程為蒸汽在水平管束外的冷凝傳熱。假定冷凝液膜為湍流，選用下式計(jì)算設(shè)管外壁溫度

39、,則冷凝液膜的平均溫度為查出膜溫144.35下水的物性常數(shù)密 度 導(dǎo)熱系數(shù) 粘 度 對(duì)于正三角形排列，橫貫管束中心線的管數(shù)所以 確定污垢熱阻 (因?yàn)樗魵鈧?cè)熱阻很小，計(jì)算中予以忽略) 核算總傳熱系數(shù)鋼材為碳鋼，導(dǎo)熱系數(shù)，所以選用該換熱器時(shí)要求過程的總傳熱系數(shù)為1500，在傳熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下，計(jì)算出的，故所選擇的換熱器的安全系數(shù)為則換熱器的傳熱面積的裕度符合要求。 核算壁溫核算時(shí)，一般忽略管壁熱阻，根據(jù)下列近似關(guān)系核算tw值得與假設(shè)的相差甚微，原假設(shè)成立。 核算壓強(qiáng)降因殼程為水蒸氣在等溫等壓下的冷凝傳熱，壓強(qiáng)降忽略，故下面僅計(jì)算管程的壓強(qiáng)降前已計(jì)算出 ， （湍流）取碳鋼管壁粗糙度 ，則由

40、摩擦因數(shù)圖查得，所以對(duì)于的管子， ，所以從上面計(jì)算可知，該換熱器壓強(qiáng)降符合題設(shè)要求，故所選換熱器合適。 2.2.4 強(qiáng)度設(shè)計(jì) 殼體和管箱的壁厚計(jì)算 殼程筒體計(jì)算與校核換熱器殼體直徑：殼體設(shè)計(jì)壓力： 計(jì)算壓力 ，設(shè)計(jì)溫度。殼體材料為 碳素鋼，假定材料在設(shè)定溫度下許用應(yīng)力 使用溫度下許用應(yīng)力采用100%無(wú)損檢測(cè)，根據(jù)工藝要求，腐蝕裕量 殼體計(jì)算厚度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，取鋼板厚度負(fù)偏差殼體名義厚度 ，取有效厚度 殼體水壓實(shí)驗(yàn)校核：水壓試驗(yàn)壓力：水壓試驗(yàn)應(yīng)力：圓筒殼最大許用工作壓力 故水壓試驗(yàn)合格。 管箱筒體設(shè)計(jì)及校核由于設(shè)計(jì)壓力、使用材料、設(shè)計(jì)溫度、內(nèi)徑均與殼體相同，故水壓試驗(yàn)也完全相同，水壓試驗(yàn)合格。 管

41、箱封頭設(shè)計(jì)及校核管箱封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。根據(jù)前面計(jì)算，其內(nèi)徑，設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度，使用材料為 碳素鋼材料在設(shè)定溫度下許用應(yīng)力 使用溫度下許用應(yīng)力焊接頭系數(shù) 計(jì)算厚度： 取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭K=1取鋼板厚度負(fù)偏差，腐蝕裕量 名義厚度，取有效厚度 最大許用工作壓力 故封頭滿足工作要求。 封頭高度計(jì)算得 換熱管與管板連接處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)壓力為低于，設(shè)計(jì)溫度低于，操作中無(wú)劇烈的震動(dòng)，無(wú)過大的應(yīng)力變化、無(wú)明顯的腐蝕，故采用脹接。即將脹管器放入插在管板孔中的管子端頭內(nèi)，擠壓管端壁，使管壁產(chǎn)生塑性變形，依靠?jī)烧咧g的殘余應(yīng)力來(lái)達(dá)到密封不漏和牢固連接。 殼體與管板連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)浮頭式換熱器管板與殼體采用可拆鏈接，

42、分為管板兼做法蘭和不兼做法蘭兩種形式。管板不做法蘭時(shí)，管板夾在殼體法蘭與管箱法蘭之間，管板上不開螺孔，他只是起到一個(gè)帶有兩面密封槽的墊片的作用。管板兼做法蘭時(shí)，殼體與管板并不焊接在一起，而是通過螺栓連接固定及密封。這是的管板兩面均設(shè)密封面，其中一面與殼體的法蘭形成密封；另一面與換熱器管箱上的法蘭形成密封?？刹鹗浇Y(jié)構(gòu)對(duì)換熱器的檢查、維修、清洗都較方便，故浮頭式換熱器常用此結(jié)構(gòu)，以利于管束從殼體內(nèi)抽出清洗管間。 管板厚度計(jì)算采用B.S.法進(jìn)行換熱器管板厚度計(jì)算，參數(shù)如下：筒體：內(nèi)徑；厚度 ；碳素鋼；換熱管：數(shù)量 ；外徑；有效長(zhǎng)度材料殼程壓力；管程壓力。假設(shè)管板厚度一根管管壁金屬的橫截面積開孔強(qiáng)度削

43、弱系數(shù)（雙程），則按管板簡(jiǎn)支考慮，依K值查化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)圖4-45、圖4-46、圖4-47，得 。管板最大應(yīng)力筒體內(nèi)徑截面積管板上管孔所占的總截面積系數(shù)系數(shù)當(dāng)量壓差管子最大應(yīng)力管板、管子強(qiáng)度校核：故管板計(jì)算厚度滿足要求?？紤]管板雙面腐蝕取,隔板槽深取4mm,實(shí)際管板厚為58mm。 溫差應(yīng)力及補(bǔ)償選用浮頭式換熱器，浮頭式換熱器中只有一塊管板與殼體剛性固定在一起，另一端的管板可相對(duì)殼體自由移動(dòng)，管束與殼體的熱變形相互不約束，因而不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，故不需要安裝膨脹節(jié) 。 拉桿及定距管折流擋板的安裝一般是用拉桿與定距管組合并與定距管組合在一起。拉桿與管板用螺紋連接，一般碳鋼采用拉桿和定距管形

44、式，定距管的直徑可與換熱管相同。拉桿與定距管的結(jié)構(gòu)形式如下： 法蘭、支座的選擇及開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)法蘭：根據(jù)壓力，公稱直徑選擇尺寸： 螺柱規(guī)格： 數(shù)量：20支座：一般換熱器都應(yīng)設(shè)有支座，支座的設(shè)計(jì)應(yīng)不使殼體產(chǎn)生過大的附加應(yīng)力或較大的撓度為原則。由于殼體直徑小于800mm并且為臥式換熱器，故安裝兩個(gè)鞍式支座，允許載荷60Kg所以，選用支座尺寸如下： (mm、Kg) 公稱直徑允許載荷鞍座高度底板腹板筋板墊板螺栓距l(xiāng)2鞍座質(zhì)量L1B1B3弧長(zhǎng)B4e帶墊片不帶墊片4266120039012088968500160628280139鞍座設(shè)置應(yīng)盡可能靠近封頭，即A應(yīng)小于等于且不宜大于0.2L，當(dāng)需要時(shí)A最大不得

45、大于0.25L。開孔補(bǔ)強(qiáng)：換熱器殼體和封頭上的接管處開孔需要補(bǔ)強(qiáng)時(shí)，常可按等面積補(bǔ)強(qiáng)法來(lái)補(bǔ)強(qiáng)，其結(jié)構(gòu)是在開孔外面焊上一塊截面積相當(dāng)?shù)模c容器器壁材料和厚度都相同的，即8mm厚的碳素鋼鋼板。三、設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表?yè)Q熱器形式：浮頭式換熱器換熱面積：工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱40%的乙醇水溶液0.6MPa的飽和水蒸氣操作壓力，12.5操作溫度，39.35158.7流量，35.072.76流體密度，9383.1686傳熱量，5774.1總傳熱系數(shù),1439.8污垢系數(shù),0壓力降,64633.70程數(shù)21使用材料16MnDRQ235-C碳素鋼管子規(guī)格管數(shù)217管長(zhǎng)3m管間距4.75mmm排列方式正三角形折流板形式上下間距250mm切口高度125mm殼體內(nèi)徑500mm殼體名義厚度：8mm 殼體有效厚度：5.7mm殼體有效厚度：5.7mm官箱封頭：標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 封頭高度：125m