(2024年)固定管板式換熱器設(shè)計(jì)講課教案

固定管板式換熱器設(shè)計(jì)講課教案2024/3/261CATALOGUE目錄引言固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)參數(shù)熱工計(jì)算與傳熱分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化制造工藝與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行維護(hù)與故障排除總結(jié)與展望2024/3/26201引言2024/3/263換熱器是一種在不同溫度的兩種或兩種以上流體間進(jìn)行熱量交換的設(shè)備。換熱器定義換熱器分類換熱器應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，換熱器可分為管式、板式、翅片式等多種類型。廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域。030201換熱器概述2024/3/264由管板、換熱管、殼體、封頭等部分組成，管板與換熱管采用焊接或脹接方式連接。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價(jià)低；適用于高溫、高壓及大流量場合；易于清洗和維護(hù)。優(yōu)點(diǎn)傳熱效率相對(duì)較低；管板與換熱管連接處易產(chǎn)生泄漏；流體阻力較大。缺點(diǎn)固定管板式換熱器特點(diǎn)2024/3/265

設(shè)計(jì)目的與意義設(shè)計(jì)目的根據(jù)工藝要求，設(shè)計(jì)出滿足特定生產(chǎn)需求的固定管板式換熱器。設(shè)計(jì)意義提高生產(chǎn)效率，降低能耗；保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)；促進(jìn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。設(shè)計(jì)要求在滿足工藝要求的前提下，盡可能提高傳熱效率、減小流體阻力、降低制造成本。同時(shí)，還應(yīng)考慮設(shè)備的操作、安裝、維修方便等因素。2024/3/26602固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)參數(shù)2024/3/267管板管板是固定管板式換熱器的核心部件，用于支撐和固定管子，并分隔殼程和管程。管板上開有與管子相匹配的管孔，管孔的數(shù)量、直徑和排列方式根據(jù)設(shè)計(jì)需求確定。殼體殼體是固定管板式換熱器的外部構(gòu)件，用于容納管子和管板。殼體的形狀、尺寸和材質(zhì)根據(jù)設(shè)計(jì)需求和制造工藝選擇。折流板或支撐板折流板或支撐板用于支撐管子并引導(dǎo)殼程流體的流動(dòng)，以增強(qiáng)熱交換效果。其數(shù)量、位置和結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)需求確定。管子管子是熱交換的主要元件，負(fù)責(zé)將熱量從一種流體傳遞到另一種流體。管子的材質(zhì)、直徑、壁厚和長度等參數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)條件和流體特性選擇。結(jié)構(gòu)組成2024/3/268設(shè)計(jì)壓力與溫度換熱面積流速與壓降污垢系數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)選擇根據(jù)工藝條件和流體特性確定設(shè)計(jì)壓力和溫度，確保換熱器在安全范圍內(nèi)運(yùn)行。合理設(shè)計(jì)流速以控制壓降，確保流體在換熱器內(nèi)均勻分布并充分熱交換。根據(jù)熱負(fù)荷、流體流量和溫差等參數(shù)計(jì)算所需的換熱面積，并選擇合適的管子數(shù)量和排列方式?？紤]流體中的污垢對(duì)熱交換的影響，選擇合適的污垢系數(shù)以修正設(shè)計(jì)參數(shù)。2024/3/269根據(jù)流體特性、設(shè)計(jì)溫度和壓力等條件選擇合適的管子材料，如碳鋼、不銹鋼、銅合金等。管子材料管板材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性能，通常選擇與管子材料相同或相近的材質(zhì)。管板材料殼體材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛性，以承受外部載荷和內(nèi)部壓力。同時(shí)，應(yīng)考慮其耐腐蝕性能和制造工藝性。殼體材料密封材料應(yīng)具有良好的密封性能和耐高溫、耐腐蝕性能，以確保換熱器在運(yùn)行過程中不發(fā)生泄漏。密封材料材料選擇與要求2024/3/261003熱工計(jì)算與傳熱分析2024/3/2611基于能量守恒定律，分析換熱器內(nèi)熱量傳遞和平衡關(guān)系。熱平衡原理應(yīng)用傳熱學(xué)基本原理，建立換熱器傳熱過程的數(shù)學(xué)表達(dá)式。傳熱方程式根據(jù)傳熱方程式和實(shí)際工況，計(jì)算換熱器的換熱效率。換熱效率計(jì)算熱工計(jì)算基本原理2024/3/2612流體流動(dòng)狀態(tài)研究流體在換熱器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)傳熱過程的影響。傳熱方式分析導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射等傳熱方式在換熱器中的作用。溫度分布與熱阻分析換熱器內(nèi)溫度分布和熱阻對(duì)傳熱效果的影響。傳熱過程分析2024/3/2613通過增加翅片、波紋板等方式，增大有效傳熱面積。增大傳熱面積優(yōu)化流體通道設(shè)計(jì)，提高流體在換熱器內(nèi)的流速。提高流體流速選用導(dǎo)熱性能好的材料，提高換熱器的傳熱效率。采用高效傳熱材料通過增設(shè)擾流元件，加強(qiáng)流體在換熱器內(nèi)的擾動(dòng)，提高傳熱效果。加強(qiáng)流體擾動(dòng)傳熱強(qiáng)化措施2024/3/261404結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化2024/3/2615管板布局原則考慮管板受力均勻性、流體分布均勻性及方便制造等因素。強(qiáng)度計(jì)算方法采用有限元分析等方法對(duì)管板進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核，確保管板在各種工況下均能滿足強(qiáng)度要求。管板材料選擇根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)、操作條件及經(jīng)濟(jì)合理性等因素，選擇適當(dāng)?shù)墓馨宀牧稀９馨宀季峙c強(qiáng)度計(jì)算2024/3/2616123根據(jù)管束長度、重量及流體誘導(dǎo)振動(dòng)等因素，選擇合適的支撐方式，如折流板支撐、拉桿支撐等。管束支撐方式針對(duì)流體誘導(dǎo)振動(dòng)等問題，采取增加阻尼、改變流體流動(dòng)狀態(tài)等措施，降低振動(dòng)幅度和頻率。防振措施支撐件應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，同時(shí)考慮耐磨蝕、耐高溫等性能要求，選擇合適的材料和結(jié)構(gòu)形式。支撐件設(shè)計(jì)與選材管束支撐與防振設(shè)計(jì)2024/3/2617通過改變結(jié)構(gòu)形狀和布局，尋求最佳傳力路徑和降低應(yīng)力集中，提高結(jié)構(gòu)整體性能。拓?fù)鋬?yōu)化尺寸優(yōu)化形貌優(yōu)化多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化在滿足強(qiáng)度和剛度要求的前提下，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)尺寸，實(shí)現(xiàn)材料的最優(yōu)利用和降低制造成本。針對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行形狀調(diào)整，改善應(yīng)力分布和降低應(yīng)力集中系數(shù)，提高結(jié)構(gòu)疲勞壽命。綜合考慮結(jié)構(gòu)、熱、流體等多個(gè)學(xué)科因素，實(shí)現(xiàn)整體性能最優(yōu)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法2024/3/261805制造工藝與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)2024/3/2619材料準(zhǔn)備根據(jù)設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)備所需的管材、板材、焊材等，并進(jìn)行質(zhì)量檢查。加工與成型對(duì)管材進(jìn)行切割、彎曲、脹接等加工，對(duì)板材進(jìn)行切割、鉆孔、折彎等成型操作。組裝與焊接按照設(shè)計(jì)要求，將各部件組裝在一起，并進(jìn)行焊接操作。熱處理與試壓對(duì)焊接后的產(chǎn)品進(jìn)行熱處理，消除應(yīng)力，然后進(jìn)行試壓，檢查是否泄漏。制造工藝流程2024/3/2620確保焊接質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，避免出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷。焊接工藝控制確保脹接緊密，不出現(xiàn)泄漏等問題。脹接工藝控制控制加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度，確保產(chǎn)品性能穩(wěn)定。熱處理工藝控制關(guān)鍵工藝控制點(diǎn)2024/3/2621外觀檢查檢查產(chǎn)品表面是否平整、無裂紋、無銹蝕等缺陷。尺寸檢查檢查產(chǎn)品尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求，包括長度、直徑、壁厚等。壓力試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行壓力試驗(yàn)，檢查是否泄漏，確保產(chǎn)品安全可靠。出廠驗(yàn)收按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和合同要求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合驗(yàn)收，合格后方可出廠。檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與驗(yàn)收要求2024/3/262206運(yùn)行維護(hù)與故障排除2024/3/2623運(yùn)行操作注意事項(xiàng)啟動(dòng)前檢查停車操作啟動(dòng)操作運(yùn)行監(jiān)控確認(rèn)設(shè)備外觀完好，緊固件無松動(dòng)；檢查進(jìn)出口閥門狀態(tài)，確保無泄漏；檢查儀表及控制系統(tǒng)是否正常。先開啟冷流體進(jìn)出口閥門，再緩慢開啟熱流體進(jìn)出口閥門；觀察設(shè)備運(yùn)行情況，逐步調(diào)整至正常工況。定期檢查溫度、壓力、流量等參數(shù)，確保設(shè)備在安全范圍內(nèi)運(yùn)行；注意監(jiān)聽設(shè)備運(yùn)行聲音，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。先關(guān)閉熱流體進(jìn)出口閥門，再關(guān)閉冷流體進(jìn)出口閥門；停車后應(yīng)排盡設(shè)備內(nèi)積液，防止凍結(jié)或腐蝕。2024/3/262403長期停用保養(yǎng)長期停用時(shí)，應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行徹底清洗、干燥，并采取防銹、防塵措施。01日常維護(hù)保持設(shè)備外觀整潔，定期緊固松動(dòng)的螺栓；定期檢查進(jìn)出口閥門、儀表及控制系統(tǒng)，確保其正?？煽俊?2定期維護(hù)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，制定清洗、檢修計(jì)劃；定期對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行潤滑、調(diào)整或更換。維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃制定2024/3/2625壓力異常檢查進(jìn)出口閥門、管路是否堵塞，及時(shí)清理；檢查壓力表是否失靈，必要時(shí)更換。振動(dòng)與噪聲檢查設(shè)備基礎(chǔ)是否穩(wěn)固，必要時(shí)加固；檢查進(jìn)出口管路是否安裝合理，調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)。泄漏故障檢查密封件是否老化、損壞，及時(shí)更換；檢查緊固件是否松動(dòng)，及時(shí)緊固。換熱效果不佳檢查進(jìn)出口閥門是否開啟到位，調(diào)整流量分配；清洗換熱管內(nèi)外表面，提高傳熱效率。常見故障及排除方法2024/3/262607總結(jié)與展望2024/3/2627本次課程重點(diǎn)內(nèi)容回顧固定管板式換熱器的基本構(gòu)造和工作原理重點(diǎn)介紹了換熱器的管板、管束、殼體等關(guān)鍵部件及其作用。設(shè)計(jì)計(jì)算方法和步驟詳細(xì)講解了如何根據(jù)工藝條件進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算、確定換熱器型號(hào)和尺寸、進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算等。材料選擇和強(qiáng)度計(jì)算介紹了常用材料及其性能，以及如何進(jìn)行管板和殼體的強(qiáng)度計(jì)算和校核。制造、檢驗(yàn)和安裝要求概述了換熱器的制造工藝、檢驗(yàn)方法和安裝注意事項(xiàng)。2024/3/2628高效化提高傳熱效率，降低能耗是未來的重要發(fā)展方向。緊湊化減小設(shè)備體積，提高單位體積傳熱面積，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)對(duì)設(shè)備緊湊化的要求。耐高溫、高壓隨著工藝條件的不斷提高，對(duì)換熱器耐高溫、高壓性能的要求也越來越高。環(huán)?；捎铆h(huán)保材料和制造工藝，降低對(duì)環(huán)境的影響。固定管板式換熱器發(fā)展趨勢2024/3/2629新型材料的開發(fā)與應(yīng)用研究新型耐高溫、高壓、