固定管板式换热器设计毕业设计(编辑修改稿)

固定管板式换热器设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

第一章 绪论 4 促使湍流程度。 管内插入物 英国 CalGavin 公司研制一种叫 Heatex 的插入物 ,它由一组延伸至管壁的圆态体组成 ,可使管侧传热效率提高 2～ 15 倍 [4]。 该公司还开发了一种叫 HitranMatrixElements 的花环式插入物 ,能在不增大压降的条件下大大提高传热系数。 用于液体工况 ,可使管壳式换热器管程传热效率提高 25 倍。 用于气体工况 ,可使相应值提高5 倍。 此外 ,与正常流速相比 ,这种插入物使换热管的防垢能力提高8～ 10 倍 [5] 内翅片管 内翅片管的特点是 通过在换热管管内扩大换热面积，强化管内传热途径来提高换热效率。 该换热管在 1971 年由美国提出，日本，俄罗斯等国家进行过大量研究，研究表明：内翅片管的可以使管内换热系数提高到光管的 25 倍 [6] 缩放管 缩放管是由依次交替的多节渐缩段和渐扩段构成 ,流体在该管结构的作用下引起湍动 ,从而提高传热效率。 缩放管应用于单相流的研究已开展很多。 华南理工大学提出一种改型缩放管 ,将每个缩放单元段中的扩张段减到最小 ,并采用外凸圆弧、内凹弧和直线相连接的方式。 同时还对该改进型管进行自然对流沸腾换热特性的实验研究 ,表明了改进型缩放管的自然对流沸腾换热性能优于普通缩放管 [7]。 陈颖[8,9]经实验和模拟计算 ,表明该改进型缩放管有较好的强化传热效果。 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 绪论 5 三维内肋管 三维内肋管是通过专用的工具经过一定的方法对普通圆管内壁加工而成的高效强化传热元件。 流体在管内受到三维肋的作用而使其热边界层的厚度减薄 ,从而提高对流传热膜系数。 在某些烟气管对流换热中 ,三维内肋管具有独特的自清灰功能 ,李清方 [10]经实验 ,发现烟气与三维内肋管的对流换热系数可达光管的 倍 ,比其它强化管如螺纹管的传热效果好。 壳程强化换 热研究进展 杆式支撑结构 [11] 美国菲利浦石油公司于 20 世纪 70 年代 ,为改进传统换热器中管子与折流板的切割破坏和流体诱导作用，开发了壳程流体纵流折流杆式换热器。 纵流形支承结构的特征是壳程流体的流动方向与管束平行 ,这类换热器基本实现了壳程、管程流体的完全逆流 ,增大了有效平均温差 ,提高了传热效果。 螺旋折流板 [1213] 从结构上看该换热器主要包括 2 大类 :一类是没有中心管 ,折流板为非整体连续的螺旋结构 ,其设计原理为 :将圆截面的特制板安装在“虚拟螺旋折流系统”中 ,每块折流扳 占换热器壳程横剖面的 1/4,倾角朝向换热器的轴线 ,使壳程流体做螺旋运动 ,减少了管板与壳体之间易结垢的死角 ,从而提高了换热效率。 在气 水换热的情况下 ,传沈阳化工大学学士学位论文 第一章 绪论 6 递相同热量时 ,该换热器可减少 30%～ 40%的传热面积 ,节省材料20%～ 30%。 另一类是设有中心管 ,折流板为整体连续的螺旋结构。 其设计形式是折流板围绕中心管螺旋缠绕 ,形成整体连续的螺旋折流板结构 ,这种结构文献中报道较少 ,张正国等 [14]和英国公司 [15]均有相关专利。 另外辽宁石油化工大学陈世醒 [16]又提出了一种特殊形式的折流板。 商利艳 [17]等分别对螺旋角为 12176。 、 18176。 、 30176。 、 40176。 的单螺旋板折流换热器性能进行了实验研究 ,随着螺旋角的减小传热效果增强 ,但压降增大 ,得出螺旋角为 18176。 的综合性能最好。 王树立 [18]等实验结果表明最佳的螺旋角与壳程流体的雷诺数有关 . 空心环支撑 [19] 空心环支承是由华南理工大学研发的 ,它是由直径较小的钢管截成短节 ,均匀分布在换热管之间的同一截面上 ,呈线性接触 ,其结构如图 4所示。 研究表明 ,空心环管壳式换热器取代折流板式换热器使换热器钢材减少 35%～ 50%,气体压降减少 30%～ 40%,已成功应用于硫酸工业与石化工业。 广东鹤 山市磷肥厂年产 4 104t 硫酸的工业过程中 ,应用该换热器比传统换热器节省换热面积 50%,节省钢材 40%。 空心环常常与强化传热管配合使用 ,能够同时强化管程、壳程传热 ,可获得比普通光管高 80%～ 100%的传热膜系数。 但空心环支承的扰流作用不如折流杆支承 ,而且管束固定工艺相对较复杂。 沈阳化工大学学士学位论文 第一章 绪论 7 3 发展方向 管壳式换热器是当今应用最广泛的换热设备 ,它具有高的可靠性和简单易用性。 特别是在较高参数的工况条件下 ,管壳式更显示了其独有的长处“目前在提高该类换热器性能所开展的研究主要是强化传热 ,适应高参数和各类有腐蚀介质的 耐腐材料以及为大型化的发展所作的结构改进。 综上所述 ,随着强化传热理论的研究 ,加强管壳式换热器的改进 ,将高效传热管与壳程强化传热的支撑结构相结合是今后换热器发展的一个重要方向。 不仅要重视加强换热器传热元件的研究 ,而且防腐措施的强化同样具有举足轻重的作用 ,综合考虑各方面因素 ,生产高质量、低成本的换热器 ,在推动生产发展的同时 ,也会获得较高的经济效益。 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 传热工艺计算 8 第二章 传热工艺计算 原始数据 壳程煤油的流量hkgG 160001  壳程煤油的进口温度 39。 1t 120℃ 壳程煤油的进口温度C4039。 39。 1 壳程柴油的工作压力  管程冷却水的进口温度t 1539。 2 管程冷却水的出口温度Ct 4539。 39。 2 管程冷却水的工作压力  定性温度及物性参数 管程 冷却水 定性温度 2t = 39。 22( )/2tt30 C 管程 冷却水 密度查物性表得 2 =3kgm 管程 冷却水 比热查物性表得 2PC = CKgKJ  管程 冷却水 导热系数查物性表得 2 = Cmw  管程 冷却水 的粘度 2 = 管程 冷却水 普朗特数查物性表得 Pr2= 壳程煤油定性温度 1t = )c( 39。 39。 139。 139。 39。 1 ttFt  =40+(120－ 40)=64 C 壳程煤油密度查物性表得31 820 mkg 壳程煤油比热查物性表得CkgkJP  沈阳化工大学学士学位论文 第二章 传热工艺计算 9 壳程煤油导热系数查物性表得 Cmw  1 壳程 煤油 黏度sPa  61 10750 壳程 煤油 普朗特数查物性表得 Pr1=1000μ 1 Cp1／λ 1= 传热量与柴油的出口 温度及柴油的定性温度 取定换热效率为  则设计传热量 :  WttCGQ P3600/)40120(3600100039。 39。 139。 1110  冷却水流量 : hKttCp QG / 333600)( 222 02   ）（‘” 有效平均温度        35015404512015404512039。 239。 39。 139。 39。 239。 139。 239。 39。 139。 39。 239。 1lnlnttttlntttttN   = C 参数 P： 154539。 239。 1 39。 239。 39。 2  tt tt 参数 R： 4012039。 239。 39。 2 39。 39。 139。 1  tt ttR 换热器按单壳程四管程设计， 则查《管壳式换热器原理与设计》图 26（ a） 得： 温差校正系数： 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 传热工艺计算 10 有效平均温差：Ctt Nm  管程换热系数计算 参考表 2— 7《管壳式换热器原理与计算》 初选传热系数：CmwK  2400 则初选传热面积为： 2000 33 mtK QFm  选用  不锈钢的无缝钢管作换热管。 则 管子外径 md  管子内径 md i 0 2  管子长度l 3 则所需换热管根数：   ldFN t=380 可取换热管根数为 400 根 则管程流通面积为2222 mdNa it  （四管程 ） 管程流速为 ： sma G 6360022 22   管程质量流速为： smkgW  2222  管程雷诺数为 4222    id 管程传热系数为：      ..  idt  沈阳化工大学学士学位论文 第二章 传热工艺计算 11 结构的初步设计： 查 GB151— 1999 知管间距按 d 取： 管束中心排管数为：  tc NN 取 22 根 则壳体内径 为：     0  dNSD ci 故内径为 则长径比为 iDL（合理） 折流板由书可知可以选择弓形折流板。 则弓形折流板的弓高为：mDh i  折流板间距为：mDB i  折流板数量为： 31  Bln B 壳程换热系数计算 壳程流通面积为：201 msdBDf i    壳程流速为：smfG 160003600 1111   壳程质量流速为： smkgW  2111  壳程当量直径为： 220 202   dN dNDd t tie 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 传热工艺计算 12 壳程雷诺数为： 61111    ed 切去弓形面积所占比例按iDh查得为 壳程传热因子由《管壳式换热器原理与设计》书图 212 可查得：45Js 管外壁温度假定值为： C40 壁温下油的黏度为：sPau    黏度修正系数为： 111  壳程换热系数为：  313111  Jsd re 传热系数计算 查 GB151— 1999 书第 138 页可知：壳程选用煤油、管程选用冷却水 污垢热阻为：   由于管壁比较薄， 管壳层阻力损失都不超过 103N/m3所以管壁的热阻  可以忽略不计。 所以可以计算出总传热系数为：  3411 111 1200211 iijddddKCmw  则传热系数比为： KK j(合理 ) 所以假设合理。 沈阳化工大学学士学位论文 第二章 传热工艺计算 13 管壁温度计算 管外壁热流温度计算为：CmwldN Qq t  2020 33 管外壁温度为：Cqtt w    11111 误差校核：Ctt ww 。