固定管板式管殼式冷卻器設(shè)計(jì)方案說(shuō)明書(shū)

1、定管板式管殼式冷卻器設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark5 o Current Document 第一章概述3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.1換熱器簡(jiǎn)單介紹3 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 1.2本設(shè)計(jì)的目的與意義3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第二章管殼式換熱器的性能及特點(diǎn)4 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 2.1列管式換熱器的

2、類(lèi)型52.1.1固定管板式換熱器52.1.2浮頭式換熱器52.1.3 U型管換熱器62.1.4填料涵式換熱器6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.2題目要求換熱器的設(shè)計(jì)62.2.1換熱管及其在管板上的排列72.2.2管板和管子的連接82.2.3管箱 92.2.4殼體及其與管板的連接 102.2.5折流板112.2.6拉桿和定距管12 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 2.3管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)13 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 第三章煤油冷

3、卻器設(shè)計(jì)計(jì)算14 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 3.1設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)方案的確定143.1.1原始資料143.1.2選擇換熱器類(lèi)型143.1.3流動(dòng)空間及流速的確定143.1.4確定物性數(shù)據(jù)143.1.5傳熱量及平均溫差153.1.6估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)163.1.7管程計(jì)算183.1.8殼程結(jié)構(gòu)及殼程計(jì)算183.1.9需用傳熱面積 203.1.10阻力計(jì)算21 HYPERLINK l bookmark101 o Current Document 第四章 設(shè)計(jì)心得體會(huì)24 HYPERLINK l bookmark104 o Current

4、 Document 參考文獻(xiàn)26附錄27第一章概述1.1換熱器簡(jiǎn)單介紹在石油化工生產(chǎn)中，常需要加熱或冷卻，及熱量的傳遞。熱量的傳遞有導(dǎo)熱、對(duì)流和 輻射三種基本方式。本設(shè)計(jì)是導(dǎo)熱與對(duì)流兩種傳熱方式的組合。當(dāng)一種流體與另一種流體 進(jìn)行熱交換而且不允許混合時(shí)，就要求在間壁式熱交換器中進(jìn)行，冷熱流體被固體傳熱面 隔開(kāi)。本次設(shè)計(jì)的題目是固定管板的管殼式煤油冷卻器，冷卻器是換熱設(shè)備中的一種，它是 按在化工生產(chǎn)中所用的各種換熱設(shè)備的功能和用途不同進(jìn)行分類(lèi)的。用水或其他冷卻介質(zhì) 冷卻液體或氣體的裝置稱(chēng)為冷卻器。在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱(chēng)為熱交換器， 簡(jiǎn)稱(chēng)換熱器。在換熱器中至少要有兩種流體，一種流體溫度

5、較高，放出熱量；另一種流體 則溫度較低，吸收熱量。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上流體參加換熱的換熱器，但 它的基本原理與前一種情形并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。1.2本設(shè)計(jì)的目的與意義通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生多方位、綜合地分析考察工程問(wèn)題并獨(dú)立解決工程實(shí)際 問(wèn)題的能力。主要體現(xiàn)在以下幾方面：1)資料、文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)的查閱、收集、整理和分析的能力。要科學(xué)、合理、有創(chuàng)新地完成一項(xiàng) 工程設(shè)計(jì)，往往需要各種數(shù)據(jù)和相關(guān)資料。因此，資料、文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)的查找、收集是工程 設(shè)計(jì)必不可少的基礎(chǔ)工作。2)工程的設(shè)計(jì)計(jì)算能力和綜合評(píng)價(jià)的能力。為了使設(shè)計(jì)合理要進(jìn)行大量的工藝計(jì)算和設(shè)備的 設(shè)計(jì)計(jì)算。本設(shè)計(jì)包括熱工計(jì)算和冷卻器設(shè)備的結(jié)

6、構(gòu)計(jì)算。3)工程設(shè)計(jì)表達(dá)能力。工程設(shè)計(jì)完成后，往往要交付他人實(shí)施或與他人交流，因此，在工程 設(shè)計(jì)進(jìn)行和完成過(guò)程中，都必須將設(shè)計(jì)理念、思想、設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果用文字、圖紙和表格 的形式表達(dá)出來(lái)。只有完整、流暢、正確地表達(dá)出來(lái)的工程設(shè)計(jì)內(nèi)容，才可能被他人理解、接受，順利付諸實(shí)施。通過(guò)本設(shè)計(jì)不僅可以進(jìn)一步鞏固學(xué)生所學(xué)的相關(guān)知識(shí)，提高學(xué)生學(xué)以致用的綜合能力 ，尤其對(duì)傳熱學(xué)、流體力學(xué)等課程更加熟悉，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、注重實(shí)踐和 學(xué)習(xí)嚴(yán)謹(jǐn)、作風(fēng)踏實(shí)的品格。第二章管殼式換熱器的性能及特點(diǎn)管殼式換熱器具有悠久的使用歷史，雖然在傳熱效率、緊湊性及金屬耗量等方面不如 近年來(lái)出現(xiàn)的其他新型換熱器；但其具有結(jié)構(gòu)

7、堅(jiān)固、可承受較高的壓力、制造工藝成熟、 適應(yīng)性強(qiáng)，其允許壓力可以從高真空U41.5MPa，溫度可以從-100C以下到1100C高溫及選材范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，目前，仍是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種間壁式換熱器 ，按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有固定管板、U形管、和浮頭和填料涵式換熱器式四種形式。三種各有優(yōu) 缺點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)合。管殼式換熱器主要是由殼體、管束、管板、管箱及折流板等組 成，管束和管板是剛性連接在一起的。21列管式換熱器的類(lèi)型2.1.1固定管板式換熱器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)構(gòu)簡(jiǎn)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)使殼側(cè)清洗困難，所以殼程宜用 于

8、不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不頭腦感的熱膨脹時(shí)，常 會(huì)使管子與管板的接口脫開(kāi)，從而發(fā)生介質(zhì)的泄露。為此常在外殼上焊一膨脹節(jié)，但它僅 能減小而不能完全消除由于溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，且在多程換熱器中，這種方法不能照顧 到管子的相對(duì)移動(dòng)。由次可見(jiàn)，這種換熱器比較適用于溫差不大或溫差較大但殼程壓力不 高的場(chǎng)合。2.1.2浮頭式換熱器浮頭式換熱器針對(duì)固定板式換熱器的缺陷做了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。兩端管板只有一端與殼 體完全固定，另一端則相對(duì)于殼體作某些移動(dòng)，該端稱(chēng)之為浮頭。次類(lèi)換熱器的管束膨脹 不受殼體的約束，所以殼體與管束之間不會(huì)由于膨脹量的不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。而且在清洗 和檢修時(shí)，緊需

9、將管束從殼體中抽出即可，所以能適用于管殼壁間溫差教大，或易于腐蝕 和易于結(jié)垢的場(chǎng)合。但該類(lèi)換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，造價(jià)約為固定管板式高20%左右， 材料消耗量大，而且由于浮頭的端蓋在操作中無(wú)法檢查，所以在制造和安裝時(shí)要特別注意 其密封，以免發(fā)生內(nèi)漏，管束和殼體的間隙較大，在設(shè)計(jì)時(shí)要避免短路。至于殼程的壓力 也受滑動(dòng)接觸面的密封限制。2.1.3 U型管換熱器U型管換熱器僅有一個(gè)管板，管子兩端菌固定于同一管板上。這類(lèi)換熱器的特點(diǎn)是： 管束可以自由伸縮，不會(huì)因管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程為雙管程 ，流程較長(zhǎng)，流速較高，傳熱性能較好；承受壓力強(qiáng)；管束可以從殼體內(nèi)抽出，便于檢修 和清洗，

10、且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜。但管內(nèi)清洗不便，管束中間部分管子難以更換，又因?yàn)?最內(nèi)層管子彎曲半徑不能太小，在管板中心部分布管不緊湊，所以管子數(shù)不能太多，且管 束中心部分存在間隙，使殼程流體易于短路而影響殼程換管。此外，為了彌補(bǔ)彎管后管壁 的減薄，直管部分必須用壁較厚的管子。這就影響了它的使用場(chǎng)合，僅宜用于管殼壁溫差 較大，或殼程介質(zhì)易結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢，高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的情形。2.1.4填料涵式換熱器此類(lèi)換熱器的管板也僅有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可以 自由膨脹，所以管殼之間不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，且管誠(chéng)和殼程都能清洗，結(jié)構(gòu)較浮頭式簡(jiǎn)單， 造價(jià)較低，加工制造方便，材料消耗較少。

11、但由于填料密封處易于泄露，故殼程壓力不能 過(guò)高，也不宜用于易揮發(fā)、宜燃、易爆、有毒的場(chǎng)合。管殼式換熱器工作時(shí)，一種流體走管內(nèi)、稱(chēng)為管程，另一種流體走管外 殼體內(nèi)）、 稱(chēng)為殼程。管內(nèi)流體從換熱管一端流向另一端一次，稱(chēng)為一程；管內(nèi)流體從換熱管一端經(jīng) 過(guò)U形彎曲段流向另一端一次，稱(chēng)為兩程。兩管程以上就需要在管板上設(shè)置分程隔板來(lái)實(shí) 現(xiàn)分程。2.2題目要求換熱器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)要求是帶有固定管板的管殼式冷卻器。下面介紹其特點(diǎn)：所謂“固定管板”是指管板和殼體之間也是剛性連接在一起，相互之間無(wú)相對(duì)移動(dòng)，具 體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。這種換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)較低；在相同直徑的殼體內(nèi)可排列較多的換 熱管，而且

12、每根換熱管都可單獨(dú)進(jìn)行更換和管內(nèi)清洗；但管外壁清洗較困難。當(dāng)兩種流體 的溫差較大時(shí)，會(huì)在殼壁和管壁中產(chǎn)生溫差應(yīng)力，一般當(dāng)溫差大于50C時(shí)就應(yīng)考慮在殼體 上設(shè)置膨脹節(jié)以減小或消除溫差應(yīng)力。固定管板式換熱器適用于殼程流體清潔，不易結(jié)垢，管程常要清洗，冷熱流體溫差不 太大的場(chǎng)合。1312 112-1固定管板管殼式換熱器管管1一封頭；2-法蘭；3排氣口； 4-殼體；5換熱管；6波形膨脹節(jié)；7-折流板或支持板）; 8- 防沖板; 9一殼程接10-管板；11 一管程接管；12-隔板；13-封頭；14-管15-排液口； 16定距管；17-拉桿；18-支座; 19-墊22.2.換熱管及其在管板上的排列換熱管是

13、殼式換熱器的傳熱元件，它直接與兩種介質(zhì)接觸。常用換熱管為：碳鋼、低 合金鋼管有019x2、025x2.5、038x3、。57乂3.5；不銹鋼管有。25乂2、。38乂2.5。采用小管徑 、布管數(shù)量多，單位體積的傳熱面積增大、金屬耗量少，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效率也稍高一些 ；但制造較麻煩，且小直徑管子易結(jié)垢，不易清洗。所以一般對(duì)清潔流體用小直徑的管子 ，粘性較大的或污濁的流體采用大直徑的管子。在相同傳熱面積下，換熱管越長(zhǎng)則殼體、封頭的直徑和壁厚就越小，經(jīng)濟(jì)性越好；但 換熱管過(guò)長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效果不再顯著且清洗、運(yùn)輸、安裝都不太方便。換熱管的長(zhǎng)度規(guī)格有1.5 、2.0、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12

14、.0m，化工生產(chǎn)中6m管長(zhǎng)的換熱器最常用。換熱器一般都用光管，為了強(qiáng)化傳熱，也可用螺紋管、帶釘管及翅片管等。換熱管在管板上的排列形式有正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正方形等。如圖2-2所示。三角形排列布管多，結(jié)構(gòu)緊湊，但管外清洗不便；正方形排列便于管外清洗，但布管較少、結(jié)構(gòu)不夠緊湊。一般在固定管板式換熱器中多用三角形排列，浮頭式換熱器多用正方形排列。2-2換熱管的排列形式2.2.2管板和管子的連接管板是換熱器的主要部件之一，一般采用圓形平板，在板上開(kāi)孔并裝設(shè)換熱管。管板 還起分隔管程和殼程空間、避免冷熱流體混合的作用。管板和管子的連接方式有脹接和焊 接，對(duì)于高溫高壓下常采用脹、焊并用的方

15、式。脹接連接是利用管子與管板材料的硬度差，使管孔中的管子在脹管器的作用下直徑變 大并產(chǎn)生塑性變形，而管板只產(chǎn)生彈用可能引起接頭脫落或松動(dòng)，發(fā)生泄2-3脹接連接性變形，脹管后管板在彈性恢復(fù)力的 作用下與管子外表緊緊貼合在一起， 達(dá)到密封和緊固連接的目的，如圖2- 3所示。由于脹接是靠管子的變形來(lái) 達(dá)到密封和壓緊的一種機(jī)械連接方法 ，當(dāng)溫度升高時(shí)，由于蠕變現(xiàn)象的作漏。因此，脹接適用于換熱管為碳鋼，管板為碳鋼或低合金鋼，設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)4MPa、設(shè) 計(jì)溫度不超過(guò)350 r，且無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。焊接連接是將換熱管的端部與管板焊在一起，工藝簡(jiǎn)單、不受管子和管板材料硬度的限制，且在高溫高壓下仍能保持良好的連

16、接效果，所以對(duì)于碳鋼或低合金鋼，溫度在300r如圖2-4所示。2-4管板與換熱管的焊接連接管管以上，大都采用焊接連接，因?yàn)楫?dāng)溫度在300C以上時(shí)，蠕變?cè)斐擅浗託堄鄳?yīng)力松弛，將使脹口失效。目前廣泛采 用焊接加脹接。這種方法能夠提高接頭的抗疲勞性能，并且能消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕， 從而延長(zhǎng)接頭的使用壽命。2.2.3管箱管箱位于殼體兩端，其作用是控制及分配管程流體。管箱的結(jié)構(gòu)如圖2-5所示，其中a ）圖適用于較清潔的介質(zhì)，因檢查管子及清洗時(shí)只能將管箱整體卸下，故不夠方便；b）圖在管箱上裝有平蓋，只要拆下平蓋即可進(jìn)行清洗和檢查，所以工程應(yīng)用較單才，檢修、清洗都不方多，但材料用量較大；c）際應(yīng)用較少。官

17、箱的這種結(jié)構(gòu)密封性好，但s 5 1上開(kāi)壓下孔等都是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)多加考慮的NW問(wèn)題。這些部件的好壞，直接影響換熱器的效率。在，應(yīng)盡量減小各種開(kāi)口尺寸，地減少法蘭連接。因?yàn)樵诟邷叵?，以便采用較小尺寸的法蘭連接。時(shí)，材料的強(qiáng)）蘭和螺栓都要設(shè)計(jì)得十分:果特別是當(dāng)溫度超過(guò)5（高溫下，還應(yīng)盡可度便急劇下降2.2.4殼體及其與管板的連接二二管殼式換熱器的殼體大多是一個(gè)管筒形狀構(gòu)形器，器壁上焊有接管，供殼程流體進(jìn)入 和排出之用。直徑小于400m隔的殼體2通常用鋼管制于400mm時(shí)都用鋼板卷焊而成在殼程進(jìn)口接管處常裝有防沖板或稱(chēng)緩沖板，以防止進(jìn)口流體直接撞擊管束上部的管 排。這種撞擊會(huì)侵蝕管子，并且會(huì)引起振動(dòng)。圖2

18、-6所示為兩種進(jìn)口接管和防沖板的布置。不同類(lèi)型的換熱器其殼體與管板的連接方式不同，如圖2-7所示。在固定管板式中，兩端管板均與殼體采用焊接連接、且管板兼作法蘭用，在浮頭式、U形管式及填料函式換熱器中采用可拆連接，將管板夾持在殼體法蘭和管箱法蘭之間， 這樣便于管束從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修。折流板的作用是引話(huà)動(dòng)或其他形式的流動(dòng)，并可調(diào)(a)可拆連接2.2.5折流板節(jié)折流板間距以獲得適宜流速，提高傳熱效率。另外，折流板還可起到支撐管束的作用。常用折流板有弓形和圓盤(pán)-圓環(huán)形兩種，如圖2-8、圖2-9所示。弓形的有單弓形、雙弓形及三弓形，單弓形和雙弓形應(yīng)用最多。弓形缺口的高度應(yīng)使 流體通過(guò)時(shí)的流速與橫

19、向流過(guò)管束時(shí)的流速相當(dāng)，一般取缺口高伽為殼體直徑的0.20.45 倍。當(dāng)臥式換熱器的殼程為單相清潔流體時(shí)，折流板缺口應(yīng)水平上下布置。若氣體中含有 少量液體時(shí)，則應(yīng)在缺口朝上的折流板的最低處開(kāi)通液口；若液體中含有少量氣體時(shí)，則 應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開(kāi)通氣口。當(dāng)殼程為氣、液共存或液體中含有固體物料時(shí)， 折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開(kāi)通氣口，如圖2-10所示。最小間距應(yīng)不小于圓筒內(nèi)徑的1/5，且不小于50mm。最大間距應(yīng)不大于圓筒內(nèi)直 徑。2.2.6拉桿和定距管折流板的固定是通11所示。拉桿90*日定距管的連接如圖2-板之根兩端皆帶有螺紋的長(zhǎng)桿，一端擰入管板。折流板穿在拉桿上，間

20、則以套在拉桿上的定距管來(lái)保持板間距離。最后一塊折流板可用螺母擰在拉桿上予以緊固。也有采用螺紋與焊接相結(jié)合連接或全焊接連接的。(a)b)各種尺寸換熱器的拉桿直徑和拉桿數(shù)量分別見(jiàn)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中的規(guī)定。但其直徑不得2-10折流板缺口尺寸小于10mm，數(shù)量不少于4根。52-11拉桿結(jié)構(gòu)和定距管2.3管殼式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)GB151-1999管殼式換熱器是由國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的關(guān)于管殼式換熱器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn) 是管殼式換熱器設(shè)計(jì)和制造的主要依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為JB/T4714472092，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)浮頭式換熱器和冷凝器、固定管板式 換熱器、立式熱虹吸式重沸器及U形管式換熱器的具體結(jié)構(gòu)形式、基本參數(shù)及其組合都作

21、了具體的規(guī)定（定型。第三章煤油冷卻器設(shè)計(jì)計(jì)算3.1設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)方案的確定3.1.1原始資料對(duì)固定管板的管殼式煤油冷卻器進(jìn)行傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算和阻力計(jì)算。在該換熱器中，將 16t/h 的 T-1煤油從160 C冷卻至40 C,冷卻水進(jìn)口和出口溫度分別為30C和40C，煤油的工作壓力為 0.1MPa,水的工作壓力為0.3MPa。完成該設(shè)計(jì)任務(wù)。3.1.2選擇換熱器類(lèi)型根據(jù)已知條件，為了使煤油冷卻效果好，油溫均勻，而且該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差 較大，選兩臺(tái)固定管板的管殼式熱交換器串聯(lián)工作。3.1.3流動(dòng)空間及流速的確定由

22、于熱流體煤油進(jìn)口溫度160C出口溫度40 ；冷卻水的進(jìn)口和出口溫度分別為30C和 40，煤油的工作表壓力為0.1Mpa，水的工作表壓力為0.3Mpa。水的結(jié)垢性強(qiáng)，工作壓力 也較高，故使其在管程流動(dòng)，而煤油的溫度、壓力均不高，且較潔凈，在殼程流動(dòng)是合適 的。選用025x26的碳鋼管，管內(nèi)流速取凹=1.14m/s。據(jù)熱交換器原理與設(shè)計(jì)附錄F查取 )，則匚=25mm。3.1.4確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均 值。根據(jù)流體力學(xué)知煤油屬于低黏度流體。殼程煤油的定性溫度為1=I C管程流體的定性溫度為|_1 =根據(jù)定性溫度，在化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)中

23、分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。分別的到100C的煤油和35 C的水的物性數(shù)據(jù)如下表3-1。表3-1煤油和水的物性數(shù)據(jù)表密度 kg/m3)定壓比熱容kJ/kg C)導(dǎo)熱系數(shù)W/vm C)粘度vkg/m- s)100 C的煤油d =766E =2.38d =0.1042d =0.00054535 C的水W =994.06回=4.178目=0.625回=0.000723分別確定該溫度下煤油和水的普蘭德數(shù)I、 I:3.1.5傳熱量及平均溫差1）有傳熱學(xué)知識(shí)可知傳熱量匚可有下式計(jì)算:其中為熱損失系數(shù)，根據(jù)相關(guān)資料取為0.98。逆流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫差_1 :2)3)冷卻水用量I :4)殼程參數(shù)P、R

24、:溫差修正系數(shù)：5)有效平均溫差I(lǐng)的計(jì)算:6)C3.1.6估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)1）由換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)初選傳熱系數(shù)為=260W/m3.C,據(jù)此估算出傳熱面積： TOC o 1-5 h z 2）管程所需流通面積:|3）每程管數(shù)：|取為84根。其中為管子內(nèi)徑，=25-2x2.5=20mm。為了不使管子太長(zhǎng)并且符合國(guó)標(biāo)和行業(yè)的規(guī)定，因此該冷卻器按雙層設(shè)計(jì)， 那么I 。 I為兩臺(tái)冷卻器總的層數(shù)。4）每根管長(zhǎng)：|去標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為=0.45m。根據(jù)第二章的介紹，考慮各方面的因素采用組合排列的方式，即每層內(nèi)按正三角形排 列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。管板上兩根管子中心線(xiàn)的距離稱(chēng)為管間距，其大小主要與管板強(qiáng)度和清潔

25、管子外表所 需間隙、管子在管板上的固定方法有關(guān)。本設(shè)計(jì)選用的固定方法為焊接法。因此有熱交換器原理與設(shè)計(jì)的表2.3與表2.4選數(shù)據(jù)如下：5）管間距s=32mm ，分層隔板處管間距 _=44mm。平行于流向的管距 _=I，垂直與流向的管距6）估計(jì)殼體直徑在400mm-700mm之間，所以有熱交換器原理與設(shè)計(jì)的表2.6查得拉 桿直徑為16mm。根據(jù)表2.7查的拉桿數(shù)為4根。下圖3-1便是該冷卻器的側(cè)視草圖。7）根據(jù)該圖我們可以讀出六邊形層數(shù)a=7, 一臺(tái)管子數(shù)n168根，因此就可得出兩臺(tái)，由圖可量出管束中冷卻器傳熱面積， 心至最外層管中心距離為235.59mm，于是管束外緣直徑I為:8）殼體內(nèi)徑叫：

26、 一| 其中 ，且不小于10mm，故I =0.4962+2x0.0125=0.5212m，按GB151-99去標(biāo)準(zhǔn)直徑為0.55m。9）長(zhǎng)徑比/ 1=4.5/0.55=8.18結(jié)果在425之間，估計(jì)算與估值是合理的。按鋼3.1.7管程計(jì)算1）管程接管直徑：管標(biāo)準(zhǔn)取值為廠I2）管程雷諾數(shù)回計(jì)算3）管程換熱系數(shù)3.1.8殼程結(jié)構(gòu)及殼程計(jì)算為了提高流體的流速和湍流強(qiáng)度，強(qiáng)化殼程流體的傳熱，在管外空間常裝設(shè)縱向隔板或折流板。由于縱向隔板安裝難度較大，并且它與殼體壁之間容易存在間隙而產(chǎn)生流體泄露等，在它兩側(cè)的流體溫度不同又存在熱的泄露， 往往降低了裝設(shè)縱向隔板的效果?？紤]以上 兩個(gè)方面的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)不采

27、用縱向隔板。3-2 冷卻器折流板據(jù)第二章的內(nèi)容，該冷卻器選擇了弓形 折流板，這是由于在弓形折流板中，流體流 動(dòng)中的死角較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其在熱交換器 中的排列選為上下方向交替排列型。折流板 的圓形角選為 I ，由于液體中沒(méi)有氣體，所以折流板不用開(kāi)通液口。其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。1）根據(jù)折流板間距在0.21）I 之間，取為=0.3m。折流板數(shù)目2）由草圖3-1可數(shù)出折流板上管孔數(shù)為144個(gè)，折流板上管孔直徑L 查GB151-99為0.0254m。由草圖3-1數(shù)出通過(guò)折流板上管子數(shù)為144根，折流板缺口處管數(shù)為24根。折流板直徑匚 查GB151-99 規(guī)定為0.5455m。3）折流板缺口面積:4）錯(cuò)流

28、區(qū)內(nèi)管數(shù)占總數(shù)的百分?jǐn)?shù)的匚=0.60475）缺口處管子所占的面積LJ6）流體在缺 口處流通面積 LI ： LI =- LI =0.0449-0.0163=0.0286 I7）流體在兩折流板間錯(cuò)流流通截面積：8）殼程流通截面積9）殼程接管直徑 |，有鋼管的標(biāo)準(zhǔn)選相近規(guī)格廠I10）由有草圖3-1可得錯(cuò)流區(qū)管排數(shù)=8排。11）每一缺口內(nèi)的有效錯(cuò)流管排數(shù)12）旁通流道數(shù)根據(jù)圖可得出=1，選取旁通擋板數(shù)為3對(duì)。13）錯(cuò)流面積中旁流面積所占分?jǐn)?shù)_ :14）一塊折流板上管子和管孔間泄露面積I :15）折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間泄露面積匕116）殼程雷諾數(shù)I :17）查附錄里圖可得理想管束傳熱因子:查附錄里圖可

29、得折流板缺口校正因子： r_i 查附錄里圖可得折流板泄露校正因子：rI 查附錄里圖可得旁通校正因子: 從而可得殼程傳熱因子18）殼程質(zhì)量流量19）假定殼側(cè)避免溫度為66r，查與此溫度對(duì)應(yīng)的煤油黏度由此得出殼側(cè)換熱系數(shù)：3.1.9需用傳熱面積根據(jù)附錄中各種油品及溶液的污垢熱阻經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的：水垢熱阻 I，煤油污垢熱阻 I 。在這里計(jì)算省略了管壁熱阻。2）傳熱面積,由此計(jì)算如下數(shù)據(jù)：1）沿程阻力I :=15564 Pa其中L為兩臺(tái)冷卻器每根管子有效長(zhǎng)度，所以L=2x2x4.5=182）回彎阻力3）進(jìn)出口連接管阻力100000Pa，所以 I 50000Pa,而I =26868 Pa 50000 Pa,計(jì)

30、算結(jié)果在規(guī)定范圍內(nèi)。查熱交換器原理與設(shè)計(jì)的圖2.36、2.37、2.38可得理想管束摩擦系數(shù)=0.21，折流板泄露校正系數(shù)=0.53,旁路校正系數(shù)LI =0.78，由于間距相等不需校正，所以折流板間距不等的校正系數(shù)Rs=1。據(jù)此計(jì)算如下：5）理想管束錯(cuò)流段阻力I6）理想管束缺口處阻力I7）殼程總阻力8）兩臺(tái)殼程總阻力 I根據(jù)熱交換器原理與設(shè)計(jì)的表2.10的規(guī)定，因?yàn)楸緭Q熱器殼程操作壓力為100000Pa在0-100000Pa之間，所以I =0.5P=50000Pa，而I =1714Pa50000 Pa,計(jì)算結(jié)果在規(guī)定范圍內(nèi)。自此設(shè)計(jì)計(jì)算全部完成，下面將該煤油冷卻器的結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果列于下表3

31、-2。表3-2煤油冷卻器的結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果殼程管程流量kg/h16000107185進(jìn)/出口溫度/c30/40160/40壓力/MPa0.30.1形式管殼式中的固定管板式臺(tái)數(shù)2殼體內(nèi)徑/mm550管心距/mm32管徑/mm25x2.5管子排列管長(zhǎng)/mm4500折流板數(shù)/個(gè)14管數(shù)目/根168折流板間距/mm300傳熱面積/ m2118.7拉桿數(shù)4程數(shù)2流速/m/s)1.140.175表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/m-k)5336.2342.6污垢熱阻/m-k/w)0.000340.00017阻力/ Pa26868.4281928.4217熱流量/KW1243.9467傳熱溫差/c40. 6181傳熱系數(shù)

32、/W/m-K)266.8提供面積與所需面積比1.034材質(zhì)碳鋼補(bǔ)：本設(shè)計(jì)中殼程流速計(jì)算第四章設(shè)計(jì)心得體會(huì)時(shí)間像針尖上的一滴水滴在大海里，無(wú)聲無(wú)息地消逝而去。但是我在設(shè)計(jì)里所學(xué)到的 知識(shí)遠(yuǎn)不能用短短的兩周來(lái)衡量。在這兩周里，從查資料開(kāi)始，細(xì)心琢磨，直到弄明白煤油 冷卻器設(shè)計(jì)的流程，才依據(jù)老師給的例題計(jì)算，計(jì)算給設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸，畫(huà)CAD,編電子版說(shuō) 明書(shū)，腳踏實(shí)地地慢慢走過(guò)來(lái)。這其中有同學(xué)的互相幫助，有我自己的努力與認(rèn)真，更離不開(kāi) 張老師的悉心指導(dǎo)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我運(yùn)用了 Exce l進(jìn)行程序編制，在編制的過(guò)程中，我獲得了許多書(shū)本 中所不能夠得到的東西。經(jīng)過(guò)此過(guò)程讓我對(duì)Exc el的用運(yùn)更加熟練，其中的一些原理也漸漸 開(kāi)始明白。其次當(dāng)我和同學(xué)一起編時(shí)，他給我找出了許多錯(cuò)誤，這也讓我更加深刻地理