U型管換熱器設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）U型管換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模學(xué)院名稱制造科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)名稱過(guò)程裝備與控制工程學(xué)生姓名XX學(xué)號(hào)XX指導(dǎo)教師XX講師二。一五年六月目錄緒論第一章1.1換熱器的發(fā)展及研究現(xiàn)狀1.2換熱器的生產(chǎn)需求第二章2.1設(shè)計(jì)任務(wù)2.1.1設(shè)計(jì)題目2.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)2.2方案確定2.3確定介質(zhì)物性參數(shù)2.4計(jì)算總傳熱系數(shù)2.4.1熱流量2.4.2平均傳熱溫差2.4.3水蒸氣用量2.4.4總傳熱系數(shù)K2.5傳熱面積計(jì)算2.6工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.6.1管束數(shù)量確定2.6.2平均傳熱溫差校正2.6.3傳熱管排列和分程方式2.6.4殼體內(nèi)徑D2.6.5折流擋板2.6.7接管尺寸第三章3.1構(gòu)件材料選擇3

2、.1.1一般選材原則3.1.2壓力容器常用鋼3.1.3構(gòu)件材料終定第四章4.1筒體計(jì)算4.1.1厚度計(jì)算4.1.2校核筒壁壓力4.2封頭尺寸計(jì)算4.2.1封頭厚度計(jì)算4.2.2校核封頭應(yīng)力4.3管箱短節(jié)計(jì)算4.3.1管箱短節(jié)圓筒厚度的計(jì)算4.3.2壓力及應(yīng)力計(jì)算4.3.3管箱短節(jié)長(zhǎng)度計(jì)算4.4管板設(shè)計(jì)及校核4.4.1布管面積4.4.2管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑4.4.3管板計(jì)算厚度4.4.4管板名義厚度4.4.5換熱管軸向應(yīng)力計(jì)算及校核4.5開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算4.5.1等面積法適用范圍4.5.2殼程接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)4.5.3管程開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)第五章5.1設(shè)備外部結(jié)構(gòu)5.1.1殼體結(jié)構(gòu)5.1.2封頭結(jié)構(gòu)5.1.3管箱

3、結(jié)構(gòu)5.1.4接管設(shè)計(jì)5.1.5法蘭選用5.1.6支座結(jié)構(gòu)5.2設(shè)備內(nèi)部件結(jié)構(gòu)5.2.1折流板設(shè)計(jì)5.2.2拉桿和定距管設(shè)計(jì)5.2.3分程隔板設(shè)計(jì)5.2.4防沖擋板5.2.5管板設(shè)計(jì)5.2.6U型換熱管5.3各構(gòu)件連接形式5.3.1壓力容器連接形式分類5.3.2橢圓封頭和殼體的連接5.3.3殼程接管和殼體的連接5.3.4管程接管與殼體的連接5.3.5管束和管板的連接第一章緒論1.1換熱器的發(fā)展及研究現(xiàn)狀是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，乂稱熱交換器。二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用丁食品工業(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

4、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，用丁飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典乂制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用丁紙漿工廠。在此期問(wèn)，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(kāi)始注意。60年代左右，由丁空間技術(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。自60年代開(kāi)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)上乂創(chuàng)制出熱管式

5、換熱器。目前對(duì)換熱器的研究現(xiàn)狀，工程上已經(jīng)大量使用商業(yè)的軟件進(jìn)行換熱器的計(jì)算。最著名的專業(yè)換熱器計(jì)算軟件主要有以下幾個(gè)：第一是成立丁1962年的美國(guó)傳熱研究公司(HeatTransferResearchInc即HTRI)開(kāi)發(fā)的XchangeSuit軟件；第二是成立丁1976年的英國(guó)傳熱及流體服務(wù)中心(HeatTransferandFluidFlowService,即HTFS)開(kāi)發(fā)的HTFS系列軟件和B-JAC軟。因此，換熱器計(jì)算軟件發(fā)展到今天已經(jīng)可以向很多制造廠商提供設(shè)備條件。目前工業(yè)上用得較多的管殼式換熱器主要有浮頭式、固定管板式和U型管式，其中以浮頭式換多。本次選擇設(shè)計(jì)的是U型管式換熱器，

6、它的管板比固定管板式換熱器少，其泄露量也相應(yīng)減少，并且U型管式換熱器具有殼程水壓試驗(yàn)后烘干更容易，適用場(chǎng)合廣、換熱面積大、管內(nèi)介質(zhì)流速大效率高、檢修簡(jiǎn)便、操作彈性較大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜承受能力強(qiáng)的特點(diǎn)。由丁U型換熱管的兩端都同時(shí)固定在上同一塊管板上，管子可以自由伸縮，因此，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。但是，U型管換熱器的主要缺點(diǎn)就是U型管具有一定的彎曲半徑，故管板的利用率較差，管內(nèi)不容易活洗，一旦內(nèi)層有管束堵塞更換困難，只有將堵塞的換熱管兩端封住，影響傳熱。所以，U型管式換熱器適用丁管與殼壁溫差較大或管內(nèi)走活潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的介質(zhì)的情形；有時(shí)候也用在換熱器殼程

7、容易結(jié)垢，需要活洗，但乂不適宜用浮頭式或固定管板式的場(chǎng)合。U型管換熱器是一種典型的管殼式換熱器，其管子彎成U形，管子的兩端固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸縮，而與其他管子及殼體無(wú)關(guān)。U型管換熱器僅有一塊管板，且無(wú)浮頭，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比其他換熱器便宜。U形管束可以從殼體內(nèi)抽出，所以管子便丁活洗。但管內(nèi)活洗困難，所以管內(nèi)介質(zhì)必須是活潔且不易結(jié)垢的物料。由丁換熱管呈U形，管子的更換除外側(cè)一層外，內(nèi)部管子大部分不能更換。管束中心部分存在空隙，所以流體易發(fā)生短路而影響傳熱效果。U形管的彎頭部分曲率不同，管子長(zhǎng)度不一，因而物料分布不如固定管板式換熱器均勻。1.2換熱器的生產(chǎn)需求U型管換熱器在當(dāng)

8、前市場(chǎng)的生產(chǎn)需求是比較大的，U型管換熱器是在工業(yè)過(guò)程生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)兩種介質(zhì)問(wèn)進(jìn)行熱量傳遞的一種設(shè)備，也可以用來(lái)保證工藝流程和條件的同時(shí)實(shí)現(xiàn)二次能源余熱的回收。在化工廠換熱器約占總投資10%-20%;在煉油廠換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的35%-40%。由丁工藝流程不同，生產(chǎn)中往往進(jìn)行著加熱、冷卻、蒸發(fā)或冷凝等過(guò)程。通過(guò)換熱器熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝需要。近20年來(lái)，換熱設(shè)備在能量?jī)?chǔ)備、轉(zhuǎn)化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了廣泛運(yùn)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝過(guò)程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝過(guò)程的需要。除

9、此之外，換熱設(shè)備也是回收余熱、廢熱特別是低品位熱能的有效裝置。所謂低品位熱能是指難以利用容易忽略的熱能，例如工業(yè)排放的煙道氣、高爐爐氣等。第二章?lián)Q熱器工藝計(jì)算2.1設(shè)計(jì)任務(wù)2.1.1設(shè)計(jì)題目U型管換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，處理量為12000Nm/h,使用壽命為15年2.1.2設(shè)計(jì)參數(shù)(1) 由2管程和1殼程組成。(2) 水蒸汽加熱空氣：水蒸汽：入口溫度100C，出口溫度100C；空氣：入口溫度30C，出口溫度40Co(3) 設(shè)計(jì)壓力為常壓1.1013MPa；允許的壓降：不大丁105Pa。2.2方案確定考慮到空氣和水蒸氣均不易結(jié)垢，且為了便丁強(qiáng)化傳熱，應(yīng)使傳熱系數(shù)較小的流體管程。因此，選擇空氣走殼程，水蒸氣走管程。2.3確定介質(zhì)物性參數(shù)根據(jù)定性溫度，分別從化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)中查取殼程和管程流體的相關(guān)物性數(shù)據(jù)如下表2-1:表2-1相關(guān)介質(zhì)物性參數(shù)介質(zhì)空氣水蒸氣溫度/C30C35C(差值法取值)