流量為260t-h臥式蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì)【過(guò)程裝備與控制工程類(lèi)】【說(shuō)明書(shū)+CAD】

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首先我設(shè)計(jì)的流量為260t/h臥式蒸汽冷凝器，該冷凝器適用范圍廣，在化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位。我在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行了工藝計(jì)算根據(jù)任務(wù)書(shū)了解了原始數(shù)據(jù)，選取換熱效率從而計(jì)算了傳熱器與水蒸氣流量、傳熱量與水蒸氣的計(jì)算、有效平均溫差計(jì)算、管程換熱系數(shù)計(jì)算、結(jié)構(gòu)的初步計(jì)算、管程換熱系數(shù)計(jì)算、總傳熱系數(shù)計(jì)算、管壁溫度計(jì)算和殼程壓力降計(jì)算。其中，選取傳熱系數(shù)做了很多的計(jì)算獲得了正確的系數(shù)根據(jù)換熱管數(shù)量的公式得到了390根換熱管、長(zhǎng)徑比4.5符合適用范圍，為以后的強(qiáng)度計(jì)算打下了基礎(chǔ)。 2.1 管殼式換熱器結(jié)構(gòu) 管殼式換熱器又叫做列管式換熱器。它封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用最廣的類(lèi)型。 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)，由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列 管殼式換熱器則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。流體每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次稱為一個(gè)殼程。圖示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器,簡(jiǎn)稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。 3.1 管殼式換熱器的發(fā)展 在工業(yè)生產(chǎn)中，為了實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過(guò)程的一種設(shè)備，統(tǒng)稱 為換熱器。它是化工、煉油、動(dòng)力、原子能和其他許多工業(yè)部門(mén)廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備。對(duì)于迅速發(fā)展的化工、煉油等工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，換熱器尤為重要。通常在化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的 10-20%。在石油煉廠中，換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的 85-40%。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進(jìn)行著各種不同的換熱過(guò)程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝等。換熱器就是用來(lái)進(jìn)行這些熱傳遞過(guò)程的設(shè)備，通過(guò)這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。由于使用的條件不同，換熱設(shè)備又有各種各樣的形式和結(jié)構(gòu)。另外，在化工生產(chǎn)中，有時(shí)換熱器 作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備，有時(shí)則把它作為某一個(gè)工藝設(shè)備中的組成部分。其他如回收排放出去的高溫氣體中的廢熱所用的廢熱鍋爐，有時(shí)在生產(chǎn)中也是不可缺少的?？傊?，換熱器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用是十 分廣泛的，任何化工生產(chǎn)工藝幾乎都離不開(kāi)它。 換熱器發(fā)展歷史簡(jiǎn)要回二十世紀(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)新材料料制成的換熱器開(kāi)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(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)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類(lèi)。節(jié)能和環(huán)保已經(jīng)成為當(dāng)今世界的兩大主題。 4.1管殼式換熱器的分類(lèi) 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過(guò)50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類(lèi)型： 4.1.1固定管板式 固定管板式換熱器 管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機(jī)械清洗時(shí)的換熱操作。當(dāng)溫度差稍大而殼程壓力又不太高時(shí)，可在殼體上安裝有彈性的補(bǔ)償圈，以減小熱應(yīng)力。是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過(guò)板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液—液、液—汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比列管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達(dá)90%以上。板式換熱器（Plate Type Heat Exchanger），本成套設(shè)備由板式換熱器、平衡槽、離心式衛(wèi)生泵、熱水裝置（包括蒸汽管路、熱水噴入器）、支架以及儀表箱等組成。用于牛奶或其它熱敏感性液體之殺菌冷卻。欲處理的物料先進(jìn)入平衡槽，經(jīng)離心式衛(wèi)生泵送入換熱器、經(jīng)過(guò)預(yù)熱、殺菌、保溫、冷卻各段，凡未達(dá)到殺菌溫度的物料，由儀表控制氣動(dòng)回流閥換向、再回到平衡槽重新處理。物料殺菌溫度由儀表控制箱進(jìn)行自動(dòng)控制和連續(xù)記錄，以便對(duì)殺菌過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和檢查。此設(shè)備適用于對(duì)牛奶預(yù)殺菌、巴式殺菌。板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類(lèi)，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。是冷熱倆流體被一層固體壁面（管和板）隔開(kāi)，不相混合， 通過(guò)間壁進(jìn)行熱交換.夾套換熱器：在容器外壁安裝夾套制成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；但其容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù).使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器，當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí)，亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其他增加湍流的措施，以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù)。為補(bǔ)充傳熱不足，也可在釜內(nèi)安裝蛇管。它廣泛用于反應(yīng)過(guò)程的加熱和冷卻。夾套式換熱武器主要用于反應(yīng)過(guò)程的加熱或冷卻，是在容器外壁安裝夾套制成。 4.1.2 浮頭式 兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長(zhǎng) 方向浮動(dòng)。當(dāng)殼體與管束因溫度不同而引起熱膨 脹時(shí)，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)力。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，消除了溫差應(yīng)力，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。 4.1.3 U型管式 把每根管子都彎成U形，兩端固定在同一管板上，每根管子可自由伸縮，來(lái)解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，管程不易清洗，常為潔凈流體，可適用高壓氣體的換熱。 5.1換熱器發(fā)展前景 近幾年來(lái),隨著高溫?zé)峁芗夹g(shù)研究的不斷成熟和深入,高溫?zé)峁軗Q熱器的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大,目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、民用和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。在冶金、化學(xué)、陶瓷、建材及輕工等工業(yè)生產(chǎn)中,常需要500℃以上的清潔空氣以滿足助燃、干燥和供氧等需要,采用高溫?zé)峁芸諝饧訜崞骺梢暂p易地達(dá)到這一要求,并且從根本上解決常規(guī)空氣加熱器所無(wú)法解決的傳熱難題。 高溫?zé)峁芗夹g(shù)在噴霧干燥中的應(yīng)用取得成功,并已收到了令人滿意的實(shí)際效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的上。高溫預(yù)熱煤氣(或助燃?xì)?,使冶金工廠大量的低熱值高爐煤氣(其熱值約為4187J)資源在加熱爐上的利用成為可能。回收利用六大耗能工業(yè)(冶金、化工、煉油、玻璃、水泥及陶瓷)的高溫余熱,使這些領(lǐng)域的能源利用率達(dá)到一個(gè)新的水平。換熱器肋片換熱的研究應(yīng)該注重基礎(chǔ)性的理論研究創(chuàng)新，尋求建立能支撐肋片設(shè)計(jì)選型的系統(tǒng)化的理論，同時(shí)要結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，尋求實(shí)際應(yīng)用中最節(jié)能的肋片參數(shù)值。 換熱器制造商和設(shè)計(jì)人員對(duì)于換熱器肋片外型、布置仍然沒(méi)有可靠的理論依據(jù)，傳統(tǒng)的肋片布置方式在換熱效率上不如換熱管表面設(shè)置的針狀或圓臺(tái)狀肋，而對(duì)于針狀肋片在換熱管表面的最佳換熱的散布規(guī)律仍然還不明晰，理論研究非常薄弱；對(duì)替代傳統(tǒng)的平板和環(huán)狀肋片的高效換熱肋片研究甚少。 新型換熱管的形狀研究過(guò)少，目前的研究?jī)H局限于傳統(tǒng)的圓形或矩形換熱管上，對(duì)更高效的換熱管型的探索研究比較缺乏。對(duì)換熱管排數(shù)和排列方式對(duì)換熱器整體換熱性能的影響研究的理論體系還沒(méi)形成，目前對(duì)于此方面的研究多以實(shí)驗(yàn)研究為主，然后從實(shí)驗(yàn)中提取經(jīng)驗(yàn)公式，關(guān)于管排數(shù)的純理論的換熱理論還沒(méi)有得到建立。作為衡量換熱器性能時(shí)的換熱效率，已不能作為換熱器設(shè)計(jì)選型的標(biāo)準(zhǔn)，換熱效率高并不意味著制造成本的節(jié)省以及換熱效果最佳化；傳熱因子和摩擦因子是比較合適的衡量換熱器整體性能的指標(biāo)，但是需要綜合考慮此兩種因素后建立換熱器最優(yōu)化換熱的統(tǒng)一理論，單一的考慮換熱因子或者摩擦因子的大小對(duì)于衡量換熱器換熱性能沒(méi)有任何意義。 6.1國(guó)外最新?lián)Q熱器 焊接式板式換熱器：用焊接的方式代替橡膠密封圈，隨著時(shí)代的進(jìn)步出現(xiàn)了全焊式和半焊式的換熱器，它們?cè)谂f型號(hào)的基礎(chǔ)上消除了墊片的限制。由德國(guó)跟日本聯(lián)合開(kāi)發(fā)的BAVARIA，操作壓力可從真空到6MPa，操作溫度200-900℃，單臺(tái)換熱器面積為3-200㎡?？捎糜跉?氣、氣-液、液-液的換熱和蒸汽的冷凝。1.4.2、Pack inox換熱器：是一種所有部件都焊接的無(wú)密封墊圈的板式換熱器。由壓力容器外殼和傳熱板束組成。特點(diǎn)：傳熱效率高。兩側(cè)流體有較高的膜傳熱系數(shù)比一般的管式高2-3倍。流速分布均勻。沒(méi)有死角是純逆流換熱。重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，占地少。壓力降低，無(wú)振動(dòng)。殼體上有人孔，清洗方便。降低了制造成本，減少了企業(yè)投資。國(guó)外推出新型換熱器有：ABB公司的螺旋折流板換熱器、Hamon Lum mus公司的SRCTM空冷式冷凝器、NTIW列管式換熱器、英國(guó)CalGain公司的絲狀花內(nèi)查物交換器、日本的Hy brid混合式換熱器、俄羅斯的變形翅片換熱器、噴涂翅片管冷凝器、非釬焊金屬絲纏繞翅片管換熱器、美國(guó)公司的Kenics換熱器、帶紐帶插入物的湍流增強(qiáng)式換熱器和麻花扁管換熱器。日本生產(chǎn)的世界單臺(tái)最大處理能力為5，000m3/h的UX-100型板式換熱器、法國(guó)公司成產(chǎn)的6900mm*1525mm*1300mm（長(zhǎng)寬高）換熱面為1500㎡/m3的板翅式換熱器。以上介紹的各式換熱器的設(shè)計(jì)思想各有新穎之處，結(jié)構(gòu)上具有特色。有的在于強(qiáng)化管內(nèi)傳熱，有的在殼程強(qiáng)化傳熱，有的改進(jìn)了管箱的設(shè)計(jì)。 參考文獻(xiàn) [1]鄧頌九.提高管殼式換熱器傳熱性能的途徑,化學(xué)工程,1992.20(2)30-36 [2]魚(yú)津博久,小州敬雄,熱交換器的進(jìn)步和期待,化學(xué)裝置[日]2005.3(3)44-48 [3]RajivMukherjee.Effectively design shell-and tube heatexchangers.CEP.94(2):21-37 [4]Rajiv Mukherjee.Bwoaden your heat exchanger design skills.CEP.2005,40(3):35-47 [5]時(shí)銘顯.石油化工裝備研究的進(jìn)展.石油煉制與化工,1997,(1):1-5 [6]ПознякВЕСавелъевВНИсследоВание.2004(2)29-34 [7]КрасниковаОК.Определениевозможностииспользованиянеприпая нногоребраввитом.1996,(1)46-48 [8]АлексеевАOПрименениегазодинамическогонапылениядляоребрения трубтепдообменников.Хим.инеф.Маш.1996,(4):63～64 6