浮头式换热器设计(26页).doc
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1、-浮头式换热器设计-第 25 页浮头式换热器1;浮头式换热器设计概述2;浮头式换热器国内外研究现状和发展趋势3;设计研究技术路线和目标4;研究内容和拟解决的关键问题5;计划安排和预期成果6;参考文献成人高等教育毕业设计(论文)题 目_学 生_联系电话 指导教师_评 阅 人_教学站点_专 业_完成日期_成人高等教育毕业设计(论文)任务书论文题目学生姓名教学站专业班级内容与要求设计(论文)起止时间20 年 月 日至20 年 月 日指导教师签名学生签名 年 月 日成人高等教育专科毕业设计(论文)审查意见表学生姓名教学站点专业、班级论文题目序号评审项目指 标分值评分1工作态度对待工作严肃认真,学习态度
2、端正。2能够正确处理工学矛盾,按照要求按时完成各阶段工作任务。22工作能力与水平能够综合和正确利用各种途径收集信息,获取新知识。1能够应用基础理论与专业知识,独立分析和解决实际问题。1毕业设计(论文)所得结论具有应用或参考价值。1基本具备独立从事本专业工作的能力。13论文质量论文条理清晰,结构严谨;文笔流畅,语言通顺。2方法科学、论证充分;专业名词术语使用准确。2设计类计算正确,工艺可行,设计图纸质量高,标准使用规范。4工 作 量论文正文字数达到8000及以上。不足8000字的,每少500字扣2分。85论文格式论文正文字体字号使用正确,图表标注规范。3论文排版、打印、装订符合西安石油大学继续教
3、育学院毕业设计(论文)撰写规范的要求。66创 新工作中有创新意识;对前人工作有改进、突破,或有独特见解。1 是否同意参加评阅(填写同意或者不同意):总分30说明有下列情况之一的毕业设计(论文)不得参加评阅:1、毕业设计(论文)选题或内容与所学专业不相符的;2、毕业设计(论文)因1/2以上内容与他人论文或文献资料相同,被认定为雷同的;3、正文字数不足6000字的。评语:指导教师: 年 月 日成人高等教育专科毕业设计(论文)评阅意见表学生姓名教学站点专业、班级论文题目序号评审项目指 标满分评分1选 题毕业设计(论文)选题难易程度适中,具有实际或理论意义。52论文质量毕业设计(论文)能反映学生对所学
4、的基础理论与专业知识进行综合运用的能力。5条理清晰,结构严谨;文笔流畅,语言通顺。5方法科学,论证充分;专业名词术语准确。5设计类计算正确,工艺可行,设计图纸质量高,标准使用规范。3工 作 量完成任务书规定的内容。论文正文字数达到8000及以上。不足8000字的,每少500字扣5分。204规 范 化论文正文字体字号使用正确,图表标注规范。10论文排版、打印、装订符合西安石油大学继续教育学院毕业设计(论文)撰写规范的要求。155创 新对前人工作有改进、突破,或有独特见解5总分70说明有下列情况之一的毕业设计(论文)按“0”分记:1、毕业设计(论文)审查成绩单中的审查成绩栏内为“取消”字样的;2、
5、毕业设计(论文)选题或内容与所学专业不符的;3、毕业设计(论文)因1/2以上内容与他人论文或文献资料相同,被认定为雷同的;4、正文字数不足6000字的。评语:评阅人: 年 月 日 浮头式换热器的设计摘要本次设计的题目为浮头式换热器。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种,它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死,另一端可相对壳体滑移,称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束,因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力,另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便,易清洗。在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计,按照设计要求,在结构的选取上,采用了2-4型,即壳侧两程,管侧四
6、程。首先,通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计,设计的前半部分是工艺计算部分,主要设根据设计传热系数.压强校核.壳程压降.管程压降的计算。设计的后半部分则是关于结构和强度的设计,主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件(如壳体. 折流板. 管箱固定管板.分程隔板.拉杆.进出口管.浮头箱.浮头.支座.法兰.补强圈)的设计,关键词换热器;浮头;管壳 工况: 一种浮头式换热器,它由壳体、换热管束、管板、浮头、外接管、法兰螺栓连接件、膨胀件等组成,其特点是壳体与换热管束之间可连接一个膨胀节,以消除热膨胀差,浮头直接与外接管相接,以减
7、小流阻。膨胀节与法兰连接件全部在壳体外,安装和检修方便,该种浮头换热器结构简单、紧凑,流阻小,热效率高,便于检修,适用于换热介质之间温差大的工况,尤为适用石油、化工等高温高压的换热装置中。目录前言热力计算原始数据定性温度和物性参数计算初选结构管程换热计算及流量计算壳程换热计算传热系数管程压降压强校核壳程压降结构设计 换热流程设计管子和传热面积管子排列方式壳体管箱固定管板分程隔板折流板拉杆进出口管浮头箱支座补强圈法兰浮头安装与拆卸参考文献致谢前言换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。 随着现 代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重,世界各国已普遍 把石油化工
8、深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新 的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性 起着重要的作用,有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已 达 96%。换热设备在现代装置中约占设备总重的 30%左右,其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约 70%。其余 30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备,其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。 在继续提高设备热效率的同时,促进换热设备的结构紧凑性,产品系列化、标准化和专业化,并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种,换热管束包括换热
9、管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管,也可为带翅片的翅片管,翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等,材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形,也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。分程隔板可将管程及壳程介质分成多程,以满足工艺需要。管壳式换热器主要有固定管板式,U型管式和浮头式换热器。针对固定管板式与U型管式的缺陷,浮头式作了结构上的改进,两端管板只有一端与外壳固定死,另一端可相对壳体滑移,称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束,因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力。浮头
10、式换热器的优点还在于方便拆卸,清洗方便,对于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况很能适应。其缺点在于结构复杂、填塞式滑动面处在高压时易泄露,这使其应用受到限制,适用压力为:。 换热器(热交换器)是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,换热器按传热方式的不同可分为混合式(混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器,又称接触式换热器)、蓄热式(蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面,从而进行热量交换的换热器)和间壁式(随间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开,并通过间壁进行热量交换的换热器,因此又称表面式换热器,这类换热器应用最广)三类
11、。在我国换热器的制造技术远落后于外国,由于制造工艺和科学水平的限制,早期的换热器只能采用简单的结构,而且传热面积小、体积大和笨重,如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展,逐步形成一种管壳式换热器,它不仅单位体积具有较大的传热面积,而且传热效果也较好,长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 在我国随着经济快速发展的同时,各种不同型式和种类的换热器发展很快,新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要,我国对某些种类的换热器已经建立了标准,形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求:(1) 合理地实现所规定的工艺条件;(2) 结构安全可靠;(3) 便于制造、安装、操作和维修;
12、(4) 经济上合理。所谓提高换热器性能,就是提高其传热性能。狭义的强化传热系数指提高流体和传热之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理:温度边界层减勃和调换传热面附近的流体。因此最近十几年来,强化传热技术受到了工业界的广泛重视,得到了十分迅速的发展,凝结是工业中普遍遇到的另一种相变换热过程,凝结换热系数很高,但经过强化措施还可以进一步提升换热效率。1. 管外凝结换热的强化(1)冷却表面的特殊处理(2)冷却表面的粗糙化(3)采用扩展表面2. 管内凝结换热的强化(1)扩展表面法(2)采用流体旋转法(3)改变传热面形状按照设计要求,在结构的选取上,为了增大温差校正系数,采用了2-4型,即壳侧两程
13、管侧四程。首先,通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计,在结构设计时,要考虑许多因素,例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及便于拆卸等等。之后对有些部件用ANSYS进行了强度校核并进行对其优化设计。由于时间和资料有限,本人的认识也不够全面,在设计过程中可能还存在许多问题,望老师们给予批评和指正。1 热力计算1.1原始数据水进口温度:=144水出口温度:=163水工作压力:P2=2MPa油进口温度:=175油出口温度:=155油工作压力:P1壳体内径:DS=700mm管箱内径:DN=750mm换热管规格:193 L=8m1.2
14、定性温度和物性参数计算水的定性温度:(1)水的密度:2=913kg/m3水的比热:Cp2水的导热系数:k2 水的粘度:210-6水的柏朗特数:Pr2油(柴油)的定性温度:(2)油的密度:1=715 kg/m3油的比热:Cp1=2.48 kJ/kg油的导热系数:k1=0.133 W/m油的粘度:110-4油的柏朗特数:(3)1.3初选结构管排列方式 :分程隔板两侧正方形,其余三角形管子外径:d0管子内径:di=d0-(23/1000)=0.013m(4)管长:L=8m管间距:00.19=0.0285m(5)壳体内径:Ds管束中心排管数:由公式(6)得Nc=22总管子数:由(7)得Nt=400选型
15、:采用2-4型即双壳程四管程。1.4管程换热计算及流量计算试选传热系数:k0=240 W/m2(查表)传热面积:由(8)得F0=190.91 m2逆流平均温差:(9)参数:(10)(11)温差校正系数:按2壳程4管程查表得 有效平均温差:(12)设计传热量:(13)换热效率:取油流量:(14)水流量:(15)管程流通截面(按4管程):(16)管程流速:(17)管程雷诺数:(18)管程换热系数:(19)1.5壳程换热计算折流板的设计:纵向折流板中间分程,横向安置弓形折流板弓形折流板弓高:(20)折流板间距:(21)壳程流通截面:(22)壳程流速:(23)壳程量流速(24)壳程当量直径:(25)壳
16、程雷诺数:(26)切去弓形面积所占比例:查图得(27)壳程传热因子:查图得管外壁温度:假定后再复核,设=160壁温下的粘度: (28)粘度修正系数:(29)壳程换热系数:(30)1.6传热系数水侧污垢热阻: m2/W油侧污垢热阻: m2/W管壁热阻:r忽略总传热热阻:(31)传热系数:(32)传热系数的比值: (33)合适管外壁热流密度:=4118W/m2(34)管外壁温度:(35)误差校核:(36)误差不太大,不再重算。1.7管程压降壁温:(37)壁温下水的粘度:管程摩擦系数:查表得管子沿程压降:(38)回弯压降:(39)进出口管处质量流速:(40)进出管口处压降:(41)管程结垢校正系数:
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- 头式 换热器 设计 26
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