dn1000二分加热器机械设计毕业设计论文(编辑修改稿)

dn1000二分加热器机械设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

垫圈 ,来防止物料泄漏 ,因而它的密封周边的总长非常长 ,防止垫圈泄漏是板式换热器的一个重要环节 ,垫圈能承受的温度、压力和化学稳定性也常常成为板式换热器使用的温度和压力极限以及允许用的物料范围。 另外 ,由于传热面之间的间隙小 ,传热面上有凹凸 ,因此比传统的光滑的压力损失大 ,另外 ,板式换热器所承受的工作压 力较低。 板翅式换热器 由于翅片的特殊结构 ,使流体在通道中形成强烈的紊动 ,就使热阻边界层不断破坏 ,从而有效地降低了热阻 ,提高了传热效率。 一般沸水的给热系数是 1 500～ 30 000 Kcal/ 2m . h. ℃。 另外板翅式换热器的结构比较紧凑 ,单位体积的传热面积 ,一般要比列管式换热器热效率大 5 倍以上 ,每一外壳容积为 1 3m 时 ,其传热面积为 160 2m 左右。 板翅式换热器 6 较轻巧而牢固 ,由于翅片很薄 ,一般为 0. 2～ 0. 3 mm ,而由于结构紧凑、体积小 ,一般有用铝制造 ,因而重量很轻 ,同时 ,翅片既是主要的传热表面 ,又是两隔板的支撑 ,故强度高。 板翅式换热器适应性强 ,在同一设备内可允许有 2～ 9 种介质换热 ,且可用于气体 —气体、气体 — 液体、液体 — 液体之间的热交换。 主要缺点 :因流道狭小 ,容易引起堵塞而增大阻力降 ,当换热器结垢以后 ,清洗十分困难 ,而且由于换热器的隔板和翅片都是很薄的铝板 (箔 ) 作成 ,故要求介质对铝不产生腐蚀 ,若一旦腐蚀而造成内部串漏 ,则很难 修补。 热管式换热器 热管是利用封装在密闭容器内液体的蒸发与凝结过程 ,有效地输送热量的一种传热装置。 用若干热管作为换热元件而组装的换热器称为热管式换热器。 热管式换热器多用于气 — 气热交换 ,这时 ,热管两端的受热段和放热段装有翅片 ,以提高传热效果。 热管式换热器优点在于传热面基本上是等温的 ,每单位体积的传热面积较大 ,选择不同的工作工质 ,可使热管在不同的温度条件下使用 ,结构比较简单 ,由热膨胀等引起的问题较小。 但是 ,热管式换热器的首要问题 ,是作为传热元件的热管内的工质对于所使用的工作环境是有一定临界热输送量 和工作温度的极限的 ,如果超越这一极限温度继续工作 ,则蒸发段就会“烧干”而停止工作。 20 世纪 80 年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。 各种新型、高效换热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，市场经济的发展、私有化比例的增大，降低成本已成为企业追求的最终目标。 因而节能设备的研究与开发备受瞩目。 能源的日趋紧张、全球环境气温的不断升高、环境保护要求的提高给换热器带来了日益广阔的应用前景。 在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府、民间研究 机构和企业都加大了投入资金力度，主要表现在下列几个方面。 一、研究机构及研究现状 美国传热研究公司是 1962 年发起组建的一个国际性、非赢利的合作研究机构，会员数百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，积累了换热器设计的丰富经验，在传热机理、两相流、振动、污垢、模拟及测试技术方面作出了巨大贡献。 近年来，该公司在计算机应用软件开发上发展很快，所开发的网络优化软件、各种换热器工艺设计软件计算精度准确，不仅节省了人力，提高了效率，而且提高了技术经济性能。 目前国内有近 7 20 家成为会员。 英国传热及流体服务 中心于 1967 年成立，隶属于英国原子能管理局。 该中心有会员数百家，长期从事传热与流体课题的研究，所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业，而且用于一般工业。 它最大特点是与各大学和企业合作，进行专门的课题研究，研究成果显著。 在传热与流体计算上更精确，开发的 HTFS、 TASC 各类换热器微机计算软件备受欢迎，国内有 30 多家企业成为会员。 国内各研究机构和高等院校研究成果不断推陈出新，在强化传热元件方面华南理工大学相继开发出多孔管、螺旋槽管、波纹管、纵横管等；天津大学在流路分析法、振动等方面研究成果显著 ；清华大学在板片传热方面有深入的研究；西安交大在板翅式换热器研究方面已取得初步成果；重庆建工学院开发出翅管换热器；在强度软件方面化工设备设计技术中心站开发出 SW6；在液压胀管方面江苏化工学院开发出液压胀管器；以换热器起家的兰州石油机械研究所率先开发出板式换热器、板式冷凝器、板式蒸发器、螺旋板换热器、外导流筒换热器等一批实用价值的系列高效换热器，近年来又在强度软件上开发出 Lansys PV、在 CAD 软件上开发出浮头式换热器 Lansys HF 、 U形管式换热器，含标准图 2020 余套；中国石化工程建设公司与兰州石 油化工机器厂联合开发出螺纹锁紧环换热器，这些技术成果为国民经济的快速发展，为中国炼油、化工工业的发展起到了决定作用，也使中国的传热技术水平步入国际先进水平。 二、 换热器的发展过程 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。 二十世纪 20 年代出现板式换热器，并应用于食品工业。 以板代管制成 的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。 接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。 30 年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。 在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。 60 年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善， 8 从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和 广泛应用。 此外，自 60 年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。 70 年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。 换热设备因其用途不同，类型繁多，性能不一，但均可归结为管壳式结构和板式结构两大类。 三、换热器研究及发展动向 换热器传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。 因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟。 两相流的物性基础来源于实验室实际工况的模拟，这恰恰是与实际工况差别 的体现。 实验室模拟实际工况很复杂，准确性主要体现与实际工况的差别。 纯组分介质的物性数据基本上准确，但油气组成物的数据就与实际工况相差较大，特别是带有固定颗粒的流体模拟更复杂。 为此，要求物性模拟在实验手段上更加先进，测试的准确率更高。 从而使换热器计算更精确，材料更节省。 物性模拟将代表换热器的经济技术水平。 分析设计是近代发展的一门新兴学科，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析发技术带来发展，同时也给常规强度计算带来更精确、更便捷的手段。 在超常规强度 计算中，可模拟出应力的分布图，使常规方法无法得到的计算结果能方便、快界、准确地得到，使换热器更加安全可靠。 这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞跃。 将会逐步取代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度。 换热器将随装置的大型化而大型化，直径将超过 5m，传热面积将达到单位 10000平方米，紧凑型换热器将越来越受欢迎。 随着全球水资源的紧张，循环水将被新的冷却介质取代，循环将被新型、高效的空冷器所取代。 保温绝热技术的发展，热量损失将减少到目前的 50%以下。 各种新型、高 效换热器将逐步取代现有常规产品。 电场动力效应强化穿热技术、添加物强化沸腾传热技术、通入惰性气体强化传热技术、滴状冷凝技术，微生物传热技术将会在新的世纪得到研究和发展。 同心管换热器、高温喷流式换热器、印刷线路板换热 9 器、穿孔板换热器将在工业领域及其他领域得到研究和应用。 材料将朝着强度高、制造工艺简单、防腐效果好、重量轻的方向发展。 随着稀有金属价格的下降，钛等稀有金属使用量将扩大， CrMo 钢材料将实现不预热和后热的方向发展。 国内污垢数据基本上是 20 世纪 60~70 年代从 国外照般而来。 四十年来，污垢研究技术发展缓慢。 随着节能、增效要求的提高，污垢研究将会受到国家的重视和投入。 通过对污垢形成的机理、生长速度、影响因素的研究，预测污垢曲线，从而控制结垢，这对传热效率的提高将带来重大的突破。 保证装置低能耗、长周期的运行，超声波防垢技术将得到大力发展。 腐蚀技术的研究将会有所突破，低成本的防腐涂层特别是金属防腐镀层技术将得到发展，电化学防腐技术将成为主导。 10 第二章 换热器结构设计计算 管壳式换热器的结构设计必须考虑许多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体 的性质以及检修与清理等来选择一些合适的结构形式 对同一形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。 在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。 设计条件： 管程介质： 尿液 ； 壳程介质： 蒸汽 ； 换热面积： 305 2m 管程操作温度： 155158℃； 管程操作压力： ； 壳程操作温度： 193℃； 壳程操作压力： ； 公称直径： 1000mm；管程数： 1； 壳程圆筒设计 圆柱型筒体 （ 1）筒体直径 容器和封头的直径 GB/T90192020《压力容器公称直径》规定如下。 对于用钢板卷焊的筒体，规定用筒体的内径作为它的公称直径。 其值从 300mm至6000mm,DN 在 1000 以内 50 进一挡， 1000~6000， 100 进一挡。 祥见下表。 表 压力容器的公称直径 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2020 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2800 2900 3000 当采用无缝钢管作筒体，规定用钢管外径作为筒体的公称直径。 11 表 无缝钢管制作筒体时容器的公称 159 219 273 325 377 426 （ 2）工作压力与设计压力 设计压力是指设定的容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计 载荷条件。 设计压力从概念上说不同于容器的工作压力。 工作压力是由工艺过程决定的，在工作过程中工作中工作压力可能是变动的，同时在容器的顶部和底部压力也可能是不同的。 容器的工作压力既然可能是变动的，所以将容器在正常操作条件下容器顶部可能出现的最高工作压力称为容器的最大工作压力。 容器的设计压力应该高与其最大工作压力，根据具体条件不同，可按如下规定确定。 1. 装有安全阀的容器，其设计压力不得低于安全发的开启压力，安全发的开启压力是根据容器最大工作压力调定的。 据此，容器的设计压力可取 p=（ ~） pw。 2. 装有 爆破片的容器，起设计压力不得低于爆破片的设计爆破压力上限。 根据所选用爆破片形式的不同，可取（ ~） pw 为设计压力。 3. 固定式液化气体压力容器设计压力应不低于表 213 的规定。 表 液化气体压力容器的设计压力 液化气化临界温度 设计压力 无保冷设施 有可靠保冷设施 无试验实测温度 有试验实测最高工作温度且能保证低于临界温度 50 50 饱和蒸汽压力 可能达到的最高工作温度下的饱和蒸汽压力 50 设计所规定的最大充装量时，温度为50 的气体压力 试验实测最高温度下的饱和蒸汽压力 4. 固定式液化石油气贮罐的设计压力应按不低于 50 时的混合液化石油气组分的实际饱和蒸汽压来确定，设计单位应在单位应在图样上注明限定的组分和对应的压力。 若无实际组分数据或不做组分分析，其设计压力侧应不低于表 12 14 规定的压力。 表 混合液化石油气压力容器的设计压力 混合液化石油气 50 饱和蒸汽压力 设计压力 无保冷设施 有可靠保冷设施 异丁烷 50 饱和蒸汽压力 等于 50 异丁烷的饱和蒸汽压力 可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸汽压力 异丁烷 50 饱和 蒸汽压力 丙烷 50 饱和蒸汽压力 等于 50 丙烷的饱和蒸汽压力 可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸汽压力 丙烷 50 饱和蒸汽压力 等于 50 丙烷的饱和蒸汽压力 可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸汽压力 以上设计压力的规定均只限于固定式压力容器，移动式压力容器设计压力另有规定。 （ 3）设计温度 t 设计温度是指容器在正常操作情况，在相应设计压力下，设定的受压元件的金属温度。 设计温度从概念上说不同于容器工作时器壁的金属温度。 设计温度是在相应设计。