U形管換熱器設(shè)計【含5張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 U形管換熱器開題報告 （1）課題的來源、選題的目的和意義 換熱器是在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的一種設(shè)備，自從21世紀(jì)以來，各國的換熱器水平都有了長足的發(fā)展，我國的換熱器技術(shù)在我國各方面人才的努力下也有了很大提高，本次設(shè)計就是在已有的計算基礎(chǔ)上進(jìn)行的，此次設(shè)計強(qiáng)調(diào)了節(jié)能與效率這兩大主題。 在查閱了《管殼式換熱器原理與設(shè)計》《傳熱學(xué)》等書的基礎(chǔ)上，結(jié)合換熱器設(shè)計的資料，進(jìn)行了這次設(shè)計。 1.1換熱器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用 換熱器是在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的一種設(shè)備，它是化工，煉油、動力、油田儲運(yùn)集輸系統(tǒng)和原子能及其許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用設(shè)備，是保證工藝流程和條件，利用二次能源實(shí)現(xiàn)余熱回收和節(jié)約能源的主要設(shè)備。在化工廠換熱器約占總投資的10%-20%;在煉油廠換熱器約占全部工藝設(shè)備投資的35%-40%。由于工藝流程不同，生產(chǎn)中往往進(jìn)行著加熱、冷卻、蒸發(fā)或冷凝等過程。通過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。 1.2換熱器的分類及其特點(diǎn) 換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見，在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍，特別是在耗能用量十分大的領(lǐng)域。隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類開發(fā)越來越多。適用于不同介質(zhì)、工況、溫度和壓力的換熱器，其結(jié)構(gòu)和型式也不相同。按使用目的不同，換熱器可分為加熱器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。由于使用條件和工作環(huán)境不同，換熱器又有各種各樣的形式和結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)中有時把換熱器作為一個單獨(dú)的化工設(shè)備，有時則把它作為某一工藝設(shè)備中的組成部分，按傳熱原理和實(shí)現(xiàn)熱交換的方法，換熱器可分為間壁式、混合式及蓄熱式3類，其中間壁式換熱器應(yīng)用最普遍。 間壁式換熱器在各工業(yè)部門中使用極其廣泛，擔(dān)負(fù)著各種換熱任務(wù)，例如用以加熱、蒸發(fā)、冷凝和廢熱回收等。由于它們的使用條件和要求差別很大，如容量、溫度、壓力和工作介質(zhì)的性質(zhì)等，涉及的范圍極廣，因此換熱器的結(jié)構(gòu)型式也多種多樣。 間壁式換熱器，從作為換熱面的間壁形式看，主要分為管式和板式兩大類。管殼式、套管式換熱器的換熱面由管子構(gòu)成，屬于管式換熱器;板翅式、板式換熱器的換熱面由板片構(gòu)成，屬于板式換熱器。各種間壁式換熱器的特征、工作特性、允許的使用范圍等差別很大，其結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱計算也各有特點(diǎn)。管殼式換熱器又稱為列管式換熱器，它屬于間壁式換熱器。按照有無溫度補(bǔ)U形管式換熱器的研究與優(yōu)化設(shè)計償及補(bǔ)償方法的不同，管殼式換熱器主要分為下列幾種： (1)固定管板式。固定管板式換熱器的典型結(jié)構(gòu)是管束連接在管板上，管板與殼體焊接。其優(yōu)點(diǎn)是簡單、緊湊，能承受較高的壓力，造價低;殼程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。缺點(diǎn)是當(dāng)管束與殼體的壁溫差或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，殼體和管束中將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。這種換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢的場合;管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場合。 (2)浮頭式。浮頭式換熱器的典型結(jié)構(gòu)是兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自由移動稱為浮頭。浮頭由浮頭管板、鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆聯(lián)接，管束可從殼體內(nèi)抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。浮頭式換熱器的特點(diǎn)是管間和管內(nèi)清洗方便;但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價比固定管板式換熱器高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時對密封要求較高。它適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。 (3) U形管式。U形管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)是只有一塊管板，管束由多根U形管組成，管的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。當(dāng)殼體與U形換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。其主要缺點(diǎn)是U形管具有一定的彎曲半徑，故管板的利用率較差，管內(nèi)不易清洗，U形管更換困難。U形管換熱器結(jié)構(gòu)比較簡單、價格便宜，承受能力強(qiáng)，適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗、又不適宜采用浮頭式和固定管板式的場合，特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、高壓、腐蝕性大的物料。 (4)填料函式。換熱器兩管板中一塊與法蘭通過螺栓固定連接，另一塊類似于浮頭，與殼體間隙處通過填料密封，可做一定量的移動。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡單，加工、制造、檢修、清洗較方便，但填料密封處易產(chǎn)生泄漏。填料函式換熱器適用于壓力和溫度都不高、非易燃、難揮發(fā)的介質(zhì)傳熱。 在近代的許多化工過程中，如裂解、合成及聚合等，大都要求在高溫高壓下進(jìn)行，有的壓力高達(dá)250MPx，溫度高達(dá)7500C，在這樣的條件下，尤其還存在腐蝕的情況下，實(shí)現(xiàn)換熱更困難。一方面，伴隨著現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)規(guī)模的日益增大，換熱設(shè)備也相應(yīng)向大型化方向發(fā)展，以降低動力消耗和金屬消耗;另一方面，隨著精細(xì)化工的迅速崛起，換熱設(shè)備也有向小而精方向發(fā)展的趨勢，管殼式結(jié)構(gòu)的換熱器能滿足這樣的要求。 1 .3U形管式換熱器 U形管式換熱器是管殼式換熱器的一種，由管板、殼體、管束等零部件組成，重量較輕。在同一直徑情況下?lián)Q熱面積最大，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，在高溫、高壓下金屬耗量最小。其優(yōu)點(diǎn)是: (1)管束可抽出來機(jī)械清洗; (2)殼體與管壁不受溫差限制; (3)可在高溫、高壓下工作，一般適用于溫度小于等于500 oC，壓力小于等于10MPa; (4)可用于殼程結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合; (5)可用于管程易腐蝕場合。 U形管式換熱器殼程內(nèi)一般可按工藝要求設(shè)置折流板和縱向隔板，以增加殼側(cè)介質(zhì)流速。為了進(jìn)一步開展設(shè)計，還必須選擇冷熱流體的流動通道，在U形管式換熱器中可根據(jù)以下原則選擇: (1)因?yàn)閁形管內(nèi)清洗不方便，所以不潔凈和易結(jié)垢的液體宜在殼程; (2)腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時受到腐蝕; (3)壓力高的流體宜在管程，以免殼體承受壓力; (4)飽和蒸汽宜走殼程，因飽和蒸汽比較潔凈，一般給熱系數(shù)與流速無關(guān)，而且冷凝液容易排出; (5)被冷卻的流體宜走殼程，以便于散熱; (6)若兩流體溫差較大，對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，使給熱系數(shù)大的流體通入殼程，以減少熱應(yīng)力; (7)流量小而粘度大的流體一般通入殼程為宜。 （2）本課題在國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 管殼式換熱器是石油、化工裝置中應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備。由于管殼式換熱器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，且能選用多種材料制造，故適應(yīng)性極強(qiáng)，尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應(yīng)用。雖然現(xiàn)在出現(xiàn)了波紋板換熱器、板殼式換熱器、螺旋板換熱器、傘板換熱器等結(jié)構(gòu)緊湊、高效的換熱設(shè)備，但管殼式換熱器仍占據(jù)著主導(dǎo)地位。因?yàn)樵S多工藝過程都具有高溫、高壓、高真空、有腐蝕性等特點(diǎn)，而管殼式換熱器具有選材范圍廣(可為碳鋼、低合金鋼、鋁材、銅材、欽材等)，換熱表面清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，特別是能承受高溫和高壓等特點(diǎn)，所以管殼式換熱器廣泛應(yīng)用，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等方面。管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定著換熱器的熱力性能。另一個對換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板(或折流桿)。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。管殼式換熱器中換熱管內(nèi)構(gòu)成的流體通道稱為管程，換熱管外構(gòu)成的流體通道稱為殼程。管程和殼程分別通過兩種不同溫度的流體時，溫度較高的流體通過換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低的流體被加熱，實(shí)現(xiàn)了兩流體換熱的工藝目的。一般管殼式換熱器與其它類型的換熱器比較有以下主要技術(shù)特性: (1)耐高溫高壓，堅(jiān)固、可靠、耐用; (2)制造應(yīng)用歷史悠久，制造工藝及操作、維修、檢驗(yàn)技術(shù)成熟; (3)選材廣泛，適用范圍大。 從間壁式換熱器的發(fā)展史來看，管殼式換熱器的技術(shù)提高受到下列因素的限制: (1)流體熱附面層熱阻的限制。即使是湍流流動，在流體與固體壁之間也要生一層附面層(又稱邊界層)，而其中接觸固體壁的一層稱為層流底層，其流動性質(zhì)為層流流動，它是靠分子擴(kuò)散進(jìn)行傳導(dǎo)傳熱的，傳熱速率很小。這一厚度僅為3-5mm的薄層，其熱阻幾乎占了整個附面層熱阻的80%。進(jìn)一步減薄、破碎、離和清除這個薄層，都可以逐步提高換熱器的傳熱量，它是提高換熱器技術(shù)的關(guān)鍵之一。 (2)流體壓力損失的限制。通過提高流體速度，可以減薄附面層的厚度，從而提高傳輸?shù)臒崃?。但是，提高流體速度卻引起一個矛盾的后果，流體的壓力損失增加，其增加的速率巨大，所以不得不降低流速來接受較低的傳熱系數(shù)。 (3)擴(kuò)大傳熱面積的限制。擴(kuò)大傳熱面積是提高預(yù)熱溫度和增加熱回收率的簡單而有效的辦法，但卻受到換熱器成本和價格提高、換熱器尺寸擴(kuò)大與安裝重量加大、換熱器體積龐大與運(yùn)輸車輛超重等等的限制。 （3）擬完成的主要工作 本臺設(shè)計的換熱器是U形管換熱器，主要完成冷卻水—水蒸氣的熱量交換，設(shè)計壓力為管程1.6MPa，殼程壓力為0.75MPa，管程冷卻水進(jìn)，出口溫度分別為38oC和97oC，殼程水蒸氣進(jìn)出口溫度分別為205.1oC和95oC，傳熱面積134㎡，采用25x2.5x3000的無縫鋼管換熱，筒體DN=900。通過設(shè)計計算提高換熱器的熱效率和減少能源消耗，達(dá)到更高效，更節(jié)能的原則。 （4）完成課題所需的條件（實(shí)驗(yàn)設(shè)備、軟件、資料等） 實(shí)驗(yàn)室、U形管換熱器、壓力表、溫度表、計算機(jī)、CAD軟件，《壓力容器法蘭》、《管殼是換熱器》、《管殼是換熱器原理與設(shè)計》等參考資料。 （5）課題進(jìn)度安排 1．設(shè)計準(zhǔn)備階段 2周 2．?dāng)M定總體方案 2周 3. 繪制圖紙 5 周 4．相關(guān)設(shè)計計算 3周 5．設(shè)計說明書撰寫 3周 6．準(zhǔn)備答辯講稿、進(jìn)行答辯 1周 （6）主要參考文獻(xiàn) [1] JB/T4700-4707-2000 《壓力容器法蘭》.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).2002，8，22 [2] GB151-1999 《管殼是換熱器》 全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會. 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