固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之歐陽(yáng)理創(chuàng)編

歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)間：2021.03.05創(chuàng)作：歐陽(yáng)理摘要換熱器是化工、石油、動(dòng)力、冶金、交通、國(guó)防等工業(yè)部門重要工藝設(shè)備之一，其正確的設(shè)置，性能的改善關(guān)系各部門有關(guān)工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性以及能源的有效利用與節(jié)約，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著十分重要的影響。換熱器的型式繁多，不同的使用場(chǎng)合使用目的不同。其中常用結(jié)構(gòu)為管殼式，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、選材廣泛、清洗方便、適應(yīng)性強(qiáng)，在各工業(yè)部門應(yīng)用最為廣泛。固定管板式換熱器是管殼式換熱器的一種典型結(jié)構(gòu)，也是目前應(yīng)用比較廣泛的一種換熱器。這類換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、可靠性高、適應(yīng)性廣的特點(diǎn),并且生產(chǎn)成本低、選用的材料范圍廣、換熱表面的清洗比較方便。固定管板式換熱器能承受較高的操作壓力和溫度，因此在高溫高壓和大型換熱器中，其占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04固定管板式換熱器主要由殼體、換熱管束、管板、前端管箱（又稱頂蓋或封頭）和后端結(jié)構(gòu)等部件組成。管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在管板上。管箱和后端結(jié)構(gòu)分別與殼體兩端的法蘭用螺栓相連，檢修或清洗時(shí)便于拆卸。換熱器設(shè)計(jì)的優(yōu)劣最終要看是否適用、經(jīng)濟(jì)、安全、運(yùn)行靈活可靠、檢修清理方便等等。一個(gè)傳熱效率高、緊湊、成本低、安全可靠的換熱器的產(chǎn)生，要求在設(shè)計(jì)時(shí)精心考慮各種問(wèn)題.準(zhǔn)確的熱力設(shè)計(jì)和計(jì)算，還要進(jìn)行強(qiáng)度校核和符合要求的工藝制造水平。關(guān)鍵詞：換熱器；固定管板式換熱器；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04TheStructuralDesignofFixedTubePlateHeatExchangerAuthor:ChenHui-juanTutor:LiHuiAbstractHeatexchangerisoneofthemostimportantequipmentswhichisusedinthefieldsofchemical,oil,power,metallurgy,transportation,nationaldefenseindustry.Itsrightsettingandtheimprovementsofperformanceplayanimportantroleintherationalityotechnology,economy,energyutilizationandsaving,whichhasaveryimportantimpactonthenationaleconomy.Thetypeofheatexchangerisvarious,thedifferentuseoccasionsandthepurposeisdifferent.Whicharecommonlyusedforthetubeshelltypestructure,becauseofitssimplestructure,lowcostandwideselection,easytoclean,strongadaptability,themostwidelyusedinvariousindustrydepartments.Fixedtubeplateheatexchangerisakindoftypicalstructureoftubeandshellheatexchanger,alsoisakindofheatexchangerisappliedmorewidely.Thiskindofheatexchangerhassimpleandcompactstructure,highreliability,thecharacteristicsofwideadaptability,andtheproductionoflowcost,widerangeofselectionofmaterials,heatexchangesurfacecleaningmoreconvenient.Fixedtubeplateheatexchangercanoperateunderhighpressureandtemperature,therefore,theheatexchangerinhightemperatureandhighpressureandlargeinitspossessionofabsoluteadvantage.Fixedtubeplateheatexchangerismainlycomposedofshell,heat歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04exchangetubebundle,tubeplate,thefronttubebox(alsoknownastheroof

orhead)andtheback-endstructureparts.Tubebundleisinstalledonboth

endsofcasing,whichisfixedonthetubeplate.Tubeboxandtheback-end

respectively connected to theflangeboltsattheendsoftheshellstructure,maintenanceorcleaningforeasydisassembly.Themeritsoftheheatexchangerdesignultimatelydependsonwhetherapplicable,economic,safe,flexibleandreliablerunning,convenientmaintenancecleaning,etc.Ahighheattransferefficiency,compact,lowcost,safeandreliableproductionofheatexchanger,requirescarefullyconsideredinthedesignofallsortsofproblems.Theaccuratethermaldesignandcalculation,butalsoforintensityandconformtotherequirementofprocessmanufacturinglevel.Keywords:Heat exchanger,Fixedtubeplateheatexchanger,Structure,Design歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 歐陽(yáng)陽(yáng)理創(chuàng)編 2021.03.04目錄1緒論1換熱器的用途1換熱器的分類1管殼式換熱器的類型1管殼式換熱器結(jié)構(gòu)3板式換熱器的特點(diǎn)4板式換熱器的傳熱原理5本課題的研究?jī)?nèi)容及意義7換熱器的發(fā)展趨勢(shì)72固定管板式換熱器的工藝計(jì)算9設(shè)計(jì)工藝條件9熱力計(jì)算9熱量平衡計(jì)算9工藝結(jié)構(gòu)尺寸10管徑和管內(nèi)流速10管程數(shù)和傳熱管數(shù)10平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)10傳熱管排列和分程方法11殼體內(nèi)徑11折流板11接管12換熱器核算12熱流量核算1214換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力即壓降計(jì)算14平均溫差143強(qiáng)度計(jì)算16管箱圓筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16筒體壁厚計(jì)算16管箱短節(jié)的計(jì)算16封頭16封頭選型17封頭厚度的計(jì)算17管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18管板厚度的計(jì)算18管板與殼體的連接18折流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19拉桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19拉桿的結(jié)構(gòu)形式19拉桿的數(shù)量和直徑20拉桿的布置20換熱管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20換熱管的規(guī)格及尺寸20換熱管的排列圖21支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22雙頭螺柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)23法蘭的選擇23墊片的選擇24進(jìn)出口接管位置以及外伸長(zhǎng)度25接管外伸長(zhǎng)度25接管位置25結(jié) 論 27致謝282929緒論換熱器的用途換熱器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［1］。它的主要功能是保證工藝過(guò)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［2］。換熱器在節(jié)能技術(shù)改革中具有的作用表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是在生產(chǎn)工藝流程中使用著大量的換熱器的效率顯然可以減少能源的消耗；另一方面，用換熱器來(lái)回收工業(yè)余熱，廢熱，特別是低品位熱能的有效裝置，可以顯著提高設(shè)備的熱效率［3］。換熱器的分類換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。按其用途：可將換熱器分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器。按其傳熱方式和作用原理：可分為混合式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器等。其中間壁式換熱器為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。它按傳熱面形狀可分為管式換熱器、板面式換熱器、擴(kuò)展表面換熱器等。這其中又以管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛，它通過(guò)換熱管的管壁進(jìn)行傳熱。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、制造簡(jiǎn)便、使用材料范圍廣、可靠程度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。管殼式換熱器的類型根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，常將其分為固定管板式、浮頭式、U型管式、填料函式、滑動(dòng)管板式、雙管式［等。1）固定管板式換熱器固定管板式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖1-1所示。管束連接在管板上，管板與殼體焊接。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵塞或更換；缺點(diǎn)是當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線脹系數(shù)相差較大時(shí)，殼體與管束將會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。這種換熱器適用于殼測(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢、并能進(jìn)行清洗、管程與殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼測(cè)壓力不高的場(chǎng)合［5］。圖1-1固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)圖2)浮頭式換熱器浮頭式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下1-2所示。兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對(duì)殼體自由移動(dòng)，稱浮頭。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力［6］。浮頭換熱器的特點(diǎn)是管間與管內(nèi)清洗方便，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗大，且浮頭端小蓋在操作中無(wú)法檢驗(yàn)，制造時(shí)對(duì)密封要求較高。適用于殼體與管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場(chǎng)合。圖1-2浮頭式換熱器結(jié)構(gòu)圖3)U形管換熱器U形管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，只有一塊管板，管束由多根U形管組成，管的兩端固定在同一根管板上管子可自由伸伸縮。當(dāng)殼體與U形換熱管有溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力［7］。圖1-3U形管換熱器結(jié)構(gòu)圖由于彎管曲率半徑的限制，其換熱管排布較少管束最內(nèi)層管間距較大，管板的利用率較低，殼程流體易形成短路，對(duì)傳熱不利，當(dāng)管子泄漏損壞時(shí)，只有管束外圍處的U形管才便于更換，內(nèi)層換熱管壞了不能更換，只能堵死，而且壞一根U形管相當(dāng)于壞兩根管，報(bào)廢率較高。U形管結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、承壓能力強(qiáng)、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需清洗、又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場(chǎng)合。特別適用于管內(nèi)清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。4）填料函式換熱器填料函式換熱器的典型結(jié)構(gòu)如下圖1-4所示。這種換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與浮頭式換熱器相類似，浮頭部分露在殼體以外，在浮頭與殼體的滑動(dòng)接觸面處采用填料函式密封結(jié)構(gòu)。由于采用填料函式密封結(jié)構(gòu)，使得管束在殼體軸向可自由伸縮，殼壁與管壁不會(huì)產(chǎn)生熱變形差，從而避免可熱應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價(jià)比較低廉，且管束從殼體內(nèi)可以抽出你，管內(nèi)，管間都能清洗，維修方便［8］。圖1-4填料函式換熱器結(jié)構(gòu)圖1.2.2管殼式換熱器結(jié)構(gòu)管殼式換熱器的主要零部件有殼體、接管、封頭、管板、換熱管、折流元件等，對(duì)于溫差較大的固定管板式換熱器，還應(yīng)包括膨脹節(jié)。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證冷、熱兩種流體分走管程和殼程，同時(shí)還要承受一定溫度和壓力的能力［9］。(1)管板：管板是換熱器的重要元件，主要是用來(lái)連接換熱器，同時(shí)將管程和殼程分隔，避免冷熱流體相混合。當(dāng)介質(zhì)無(wú)腐蝕或有輕微腐蝕時(shí)，一般采用碳素鋼、低合金鋼板或其鍛件制造。(2)管子與管板的連接：管子與管板的連接必須牢固，不泄漏。既要滿足其密封性能，又要有足夠的抗拉強(qiáng)度。其連接形式主要有強(qiáng)度脹接、強(qiáng)度焊接、脹焊結(jié)合等［10］。(3)管箱：其作用是把管道中來(lái)的流體均勻分布到各換熱管中，將換熱管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器［11］。(4)折流板和支承板：殼程內(nèi)側(cè)裝設(shè)折流板或支承板，折流板的作用是組殼間流道，使流體以適當(dāng)?shù)牧魉贈(zèng)_刷管束，提高傳熱系數(shù)，改善傳熱效果，以達(dá)到一定的傳熱強(qiáng)度。常用的折流板有弓形和圓環(huán)形兩種，弓形折流板又分為單弓形、雙弓形和三弓形［12］。(5)拉桿和定距管：折流板的安裝一般是用拉桿和定距管組合并與管板固在一起。拉桿與管板連接的一端可用焊接或螺紋連接，另一端也用焊接或螺紋固定。一般拉桿的直徑不得小于10mm、數(shù)量不得小于4根［13］。(6)管板與殼體的連接：其連接型式可分為不可拆式和可拆式。1.3板式換熱器的特點(diǎn)(板式換熱器與管殼式換熱器的比較)(1)傳熱系數(shù)高由于不同的波紋板相互倒置，構(gòu)成復(fù)雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動(dòng)，能在較低的雷諾數(shù)(一般Re=50?200)下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認(rèn)為是管殼式的3?5倍。(2)占地面積小板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2~5倍，也不像管殼式那樣要預(yù)留抽出管束的檢修場(chǎng)所，因此實(shí)現(xiàn)同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/5~1/10。(3)容易改變換熱面積或流程組合，只要增加或減少幾張板，即可達(dá)到增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達(dá)到所要求的流程組合，適應(yīng)新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。(4)重量輕板式換熱器的板片厚度僅為0.4?0.8mm,而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.0?2.5mm,管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。(5)價(jià)格低采用相同材料,[14]在相同換熱面積下,板式換熱器價(jià)格比管殼式約低40%~60%。(6)制作方便板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,并可大批生產(chǎn),管殼式換熱器一般采用手工制作。(7)不易結(jié)垢由于內(nèi)部充分湍動(dòng),所以不易結(jié)垢,其結(jié)垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/3~1/10。(8)容易清洗框架式板式換熱器只要松動(dòng)壓緊螺栓,即可松開板束,卸下板片進(jìn)行機(jī)械清洗,這對(duì)需要經(jīng)常清洗設(shè)備的換熱過(guò)程十分方便。(9)熱損失小板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計(jì)，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。(10)對(duì)數(shù)平均溫差大，末端溫差小在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內(nèi)流動(dòng)，總體上是錯(cuò)流流動(dòng)，對(duì)數(shù)平均溫差修正系數(shù)小，而板式換熱器多是并流或逆流流動(dòng)方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動(dòng)平行于換熱面、無(wú)旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對(duì)水換熱可低于1℃，而管殼式換熱器一般為5℃。(11)容量較小是管殼式換熱器的10%~20%。(12)單位長(zhǎng)度的壓力損失大由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統(tǒng)的光滑管的壓力損失大。(13)工作壓力不宜過(guò)大，介質(zhì)溫度不宜過(guò)高，有可能泄露板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過(guò)2.5MPa,介質(zhì)溫度應(yīng)在低于250℃以下，否則有可能泄露。(14)易堵塞由于板片間通道很窄，一般只有2?5mm,當(dāng)換熱介質(zhì)含有較大顆?；蚶w維物質(zhì)時(shí)，容易堵塞板間通道。1.4板式換熱器的傳熱原理傳熱，即熱量傳遞，是自然界中最普遍存在的物理現(xiàn)象，凡是有溫度差存在的物系之間，會(huì)導(dǎo)致熱量從高溫處向低溫處的傳熱過(guò)程，解決傳熱問(wèn)題，都需要從總的傳熱速率方程出發(fā)，即：Q=KA△tm式中：Q—冷流體吸收或熱流體放出的熱流量，W；K一傳熱系數(shù)，W/(m2.0C)；A一傳熱面積，m2；△tm—平均傳熱溫差，0C。傳熱基本方式根據(jù)熱量傳遞機(jī)理的不同，傳熱基本方式有三種，即傳熱導(dǎo)、對(duì)流和輻射。（1）熱傳導(dǎo)：傳熱導(dǎo)又稱導(dǎo)熱，是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個(gè)與它直接接觸的低溫物體傳熱的過(guò)程。（2）對(duì)流傳熱：對(duì)流傳熱是依靠流體的宏觀位移，將熱量有一處帶到別一處的傳熱現(xiàn)象。在化工生產(chǎn)中的對(duì)流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸的熱量傳遞。（3）輻射傳熱：又稱為熱輻射，是指因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變?yōu)檩椛淠埽噪姶挪ǖ男问皆诳罩袀鞑?，?dāng)遇到另一物體時(shí)，又被全部或部分吸收而變成熱能。作為換熱設(shè)備，我們主要關(guān)心的是熱傳導(dǎo)和對(duì)流傳熱。對(duì)流傳熱大多數(shù)是指流體與固體壁面之間的傳熱，其傳熱速率與流體性質(zhì)及邊界層的狀況密切相關(guān)。如圖在靠近避免處引起溫度的變化形成溫度邊界層。溫度差主要集中在層流底層中。假設(shè)流體與壁面的溫度差全部集中在厚度為51的有效膜內(nèi)，該膜既不是熱邊界層，也非流動(dòng)邊界層，而是一集中了全部傳熱溫差并以導(dǎo)熱方式傳熱的虛擬膜。對(duì)流傳熱速率方程可用牛頓冷卻定律來(lái)描述，該定律是一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律：T-TwQ=aA(T-Tw)=一1一aA…etT—Twq=a(T-Tw)二-1 Ata-R對(duì)兩側(cè)流體，均可使用牛頓冷卻定律，即：Q=aA^T式中：Q---對(duì)流傳熱的熱流量，W；A———對(duì)流傳熱面積，m2；△T---壁面溫度與壁面法向上流體的平均溫度之差，K;a---比例系數(shù)，稱為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2.K)。對(duì)流傳熱過(guò)程的計(jì)算，歸結(jié)為如何獲取a。a一般有實(shí)驗(yàn)測(cè)定，采用科學(xué)的試驗(yàn)方法。對(duì)流傳熱的分類：無(wú)相變化傳熱：強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流有相變化傳熱：蒸汽冷凝、液體沸騰無(wú)相變化時(shí)對(duì)流傳熱過(guò)程的因次分析利用因次分析的方法可獲得描述對(duì)流傳熱的幾個(gè)重要的特征數(shù)：N=史 lpu C日Ns=f(Re,P,G)P九(努賽爾數(shù))Re=甘匕=力本課題的研究?jī)?nèi)容及意義本課題主要研究的是固定管板式換熱器，查閱換熱器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析固定管板式各部分性能影響，并進(jìn)行了換熱器的熱工計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算［15］。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。本文的研究結(jié)果對(duì)指導(dǎo)換熱器的規(guī)?；a(chǎn)，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域，以在廣泛范圍內(nèi)逐步取代進(jìn)口同類材料，降低使用成本具有重要意義。近年來(lái)，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，強(qiáng)化換熱元件的開發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與工況設(shè)計(jì)制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器，也取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。故我們?cè)谶x擇換熱設(shè)備時(shí)一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。在即定的流體之間，在一定時(shí)間內(nèi)交換一定數(shù)量的熱量；也可以是以回收熱量為目的，用于余熱利用；也可以是以保證安全為目的，即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設(shè)備被破壞［16］。換熱器的發(fā)展趨勢(shì)二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)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(wèn)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。當(dāng)前換熱器發(fā)展的基本趨勢(shì)是：繼續(xù)提高設(shè)備的傳熱效率，促進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性，加強(qiáng)生產(chǎn)制造成本的標(biāo)準(zhǔn)系列化，并在廣泛的范圍內(nèi)繼續(xù)向大型化發(fā)展，并CDF(ComptationalFluidDynamics)模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成一個(gè)高技術(shù)體系。換熱器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾發(fā)面：防腐技術(shù)，大型化與小型化并重，強(qiáng)化技術(shù)，抗振技術(shù)，防結(jié)垢技術(shù)，制造技術(shù)，研究手段。隨著工業(yè)中經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)環(huán)境保護(hù)的要求，制造水平的不斷提高，新能源的逐漸開發(fā)，研究手段的日益發(fā)展，各種新思路的與新結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，換熱器將朝著更高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方向發(fā)展［17］。2固定管板式換熱器的工藝計(jì)算

設(shè)計(jì)工藝條件熱水鍋爐的進(jìn)出口溫度為95℃/70℃；熱水配水溫度為50℃，若市政上的水溫為30℃，生活熱水量為5噸/小時(shí)。要求高溫水和被加熱水經(jīng)過(guò)板式換熱器的壓降均不大于0.05MPa,設(shè)計(jì)壓力1.0MPa。熱力計(jì)算已知工藝參數(shù)1)管程—水定性溫度：*=&+12)/2=(95+75)/2=82.50C工作壓力：P<0.21MPa查《化工原理》上冊(cè)，附錄二粘度：日=0.345x10-3P/sv=0.355x10-6m2/s比熱容：Cp=4.196kJ/(kg?k)密度：P=970.17(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)：九二0.67425W/(m-k)2)殼程—水定性溫度：*=&+12)/2=(30+50)/2=400C工作壓力：P<0.05MPa流量qm2=5000kg/h查《化工原理》上冊(cè)，附錄二粘度：日=0.6560x10-3Pa.sv=0.658x10-6m2/s比熱容：Cp=4.175kJ/(kg?k)密度：P=992.2(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)：九=0.633W/(m-k)熱量計(jì)平衡算殼程：過(guò)熱冷卻部分的傳熱量Q=GQ=G-C-At=2P50003600x4.175x(50—30)=115.972kw管程：由QnGJCp't，得，被加熱水用量-1.105kg/-1.105kg/s-3978kg/hG- 二 iC-At4.196義（95—70）P工藝結(jié)構(gòu)尺寸管徑和管內(nèi)流速換熱管的規(guī)格包括管徑和管長(zhǎng)，換熱管直徑越小，換熱器單位體積的換熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些，但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞。本設(shè)計(jì)選用①25x2.5較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速ui=1.0m/s管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)［18］：q 1.105/970.17n v- 3.63仁4s巴d2u0.785x0.022x14i按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為：A 376L-—一 11.97工12（m）兀dn 3.14x0.025x40s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，采用非標(biāo)設(shè)計(jì)，現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=6m,則該換熱器的管程數(shù)為:12l6l6（管程）傳熱管總根數(shù)NT-4x2-8（根）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù)R-與-1.2550-30P-50—30-0.30895-30按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查得：w=0.92平均傳熱溫差：At=楞t'=0.92x42.45239.05(。C)mmm由于平均溫差校正系數(shù)大于0.8，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。傳熱管排列和分程方法管子的排列方式有等邊三角形，正方形，轉(zhuǎn)角正方形三種。與正方形相比，等邊三角形排列比較僅湊，管外流體湍動(dòng)程度高，表面?zhèn)鳠嵯?/p>