汽水换热器设计毕业论文Word文件下载.doc

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3.2管程的设计 13

3.2.1管箱设计 13

3.2.2封头结构设计 13

3.2.3管板 14

3.2.4布管 14

3.3壳程设计 15

3.3.1壳程筒体设计 15

3.3.2管子与管板连接 16

3.3.3折流板和拉杆的设计 16

3.3.4进口防冲结构的设计 18

3.4支座的选用 18

3.5接管及接管法兰的设计 18

3.5.1管程进出口的设计 18

3.5.2壳程进出口的设计 19

第4章强度设计 21

4.1壳程筒体的壁厚设计计算 21

4.2管程管箱筒体的壁厚设计计算 23

4.3封头设计 24

4.4开孔补强计算 26

4.5管板厚度设计 31

4.6换热管稳定许用压应力 42

4.7法兰设计计算 43

第5章结论 46

参考文献 47

致谢 48

.专业.专注.

第1章引言

1.1课题介绍

本设计题目为汽-水换热器设计，由以下几个部分组成的：

汽—水换热器的工艺设计、结构设计、强度设计以及应用AutoCAD绘图软件绘制装配图、零件图和部件图。

该换热器是在板式换热器的基础上加装降温与降压器而组成的，利用调节器对高蒸汽或高温水进行一级换热使之降之150℃以下。

进入板式换热器进行换热，适用于高温蒸汽及高温水150℃以上。

这种装置集板式换热器同时具有降温与降压器的优点。

使换热器更加充分地进行热量交换。

汽水混合加热器是一种新型的汽液混合加热装置，与其它换热设备比较，它具有换热效率高、噪声小、安装简单，成本低廉等特点。

因此被广泛应用于生产、生活用水的加热和热水采暖系统中。

工作时被加热水通过呈拉阀尔管形的喷管，蒸汽从喷管侧通过管壁上的许多斜向小孔喷入水中，二者在高速流动中瞬时良好混合，达到加热水的目的。

1.2选题意义

换热器的作用可以是以热量交换为目的。

广泛应用于汽车、航空、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工、食品、工程机械等行业的一种通用设备。

按其传热面的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其他形式换热器，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。

所以，选择换热器的设计能提高学生对所学知识的综合运用，并为以后的工作打下坚实的基础。

能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发及转换利用已成为各国的重要课题，而换热器是能源利用过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用。

它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时提高的能源利用率。

1.3国外发展趋势

国方面，各研究机构和高等院校研究成果不断推出新，在强化传热元件方面华南理工大学相继开发出表面多孔管、波纹管、纵横管等；

天津大学在流路分析法、振动方面研究成果显著；

清华大学在板片传热方面有深入研究；

大学在板翅式换热器研究方面已取得初步成果。

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，也使中国传热技术水平步入国际先进水平。

在生产中存在的热交换条件千变万化，所需要的换热器必须各式各样，为了符合使用要求，国、外对换热器技术的开发从传热机理的研究、设备的结构的创新，设计计算的方法改进以及制造工艺水平的提高等方面都进行了长期而大量的工作。

直至目前，换热器的基本状况是管壳式换热器，就其数据量或使用场所与管式结构竞争，从空间技术发展起来的热管技术受到极大重视，各式热管换热器已进入工业实用阶段。

在换热器设计中采用了电子计算机，不仅可以缩短计算时间，减少人为的差错，而且有可能进行最佳设计。

换热器制造工艺上获得了改进，新材料及复合材料已逐渐使用。

随着工业的高速发展，换热器技术将迅速发展。

就目前的情况分析，换热器的基本发展趋势是：

提高传热效率，提高紧凑性，降低材料消耗，增强承受高温、高压、超低温及耐腐蚀能力。

保证互换性及扩大容量的灵活性，通过减少堵塞和便于除垢以减少操作事故，从选用材料，结构设计以及运行操作等各方面增长使用寿命并在广泛的围向大型化发展。

在换热器制造中，专业化生产的趋势仍将继续。

加工中向“多轴化”及“数值控制化”发展。

采用新技术、新工艺、新材料，提高机械化、自动化水平。

提高劳动生产率，降低制造成本仍是基本发展目标。

对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。

虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。

随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。

目前，从世界石油、化工行业看，先进国家早以开发和采用了高效节能换热器。

世界先进国家的油化工企业的换热设备正处在更新换代时期,朝着新型降耗高效换热器方向发展。

1.4课题的主要工作

第1部分：

准备工作

查阅相关文献资料了解换热器在化工生产中的地位和作用、换热器的现状和发展趋势、设计的理论基础、技术路线及其意义。

第2部分：

工艺计算

换热器的结构、热量衡算、物料衡算、传热膜系数的确定、传热面积的确定、压力降计算。

第3部分：

强度计算

换热器壳体、管箱短节、封头厚度确定、容器法兰、螺栓、垫片的校核计算、管板厚度的计算,开孔补强计算。

第4部分：

计算机绘图及说明书的编写

利用AutoCAD软件绘制出换热器的装配图及各个零件图，并编写说明书。

第2章工艺设计

2.1原始数据及相关物性参数

a）管程介质：

水，进口温度t1=70℃,出口温度t2=95℃;

壳程介质：

蒸汽，进口温度t3=190℃,出口温度t4=100℃;

b）壳程冷却水的物性参数，按定性温度145℃查得：

等压比热：

℃

密度：

导热系数：

粘度：

c）壳程冷却水的物性参数，按定性温度70℃查得：

2.2换热器的热负荷计算

（1）壳程吸热量Q1：

（2-1）

=4.3×

20000/3600×

（95-70）

=597.2kw

=1480.3485kw

2.3平均温差的计算

设备流体的流型选用逆流，逆流时的对数平均温差：

℃（2-2）

2.4估算传热面

（1）初选传热系数：

根据经验初选℃

（2）估算传热面积：

根据传热速率方程得初算传热面积：

（2-3）

（3）选择管子的材料、尺寸：

管子外形有光管、螺纹管两大类常见形式，一般情况下采用光管，以求经济易的得和安装、检修、清洗方便[5]。

本设备选择光管。

管径采用标准尺寸，管径选，材料为无缝钢管。

管子长度L取标准长度m

（4）总管子数：

（2-4）

其中——换热管外径mm

——传热面积m2

根

2.5换热器结构初步设计

卧式换热器一台，换热面积10；

换热器壳体径；

换热管长；

换热管外径；

管壁厚；

管径；

换热管根数22根；

排列形式为三角形排列；

单壳程，n2=1,双管程，n1=2；

管间距Pt=32mm；

折流板间距C=270mm；

折流板数量为n=4

2.6传热系数校核计算

2.6.1管程换热系数

（1）管程流通面积：

m2（2-5）

其中——换热器径mm

——总管子数根

（2）管流速：

（2-6）

（3）管雷诺数：

（2-7）

（4）普朗特数：

（2-8）

（5）管程给热系数：

（2-9）

=

2.6.2壳程换热系数

（1）壳程流通面积：

m2（2-10）

（2）壳程流速：

（3）壳程当量直径：

（2-11）

（4）壳程雷诺数：

（5）液体普朗特数：

（6）壳程给热系数为：

（2-12）

（7）总传热系数计算：

（2-13）

其中——壳程换热系数℃

——管程换热系数℃

管程和壳程污垢系数，取=0.0005℃

管材料（不锈钢）导热系数℃

所选传热系数合格

2.7流体阻力计算

2.7.1管程压降计算

总压降（）中包括沿程摩擦阻力（），回弯阻力（）及进出口管咀的局部阻力（）三部分，还要考虑管污垢的影响。

（1）管程粘度修正系数：

由于管程为冷却过程所以=0.95

（2）管程沿程摩擦系数：

管雷诺数Re1=2189>

2100

（2-14）

（3）管子沿程压降：

管程沿程压降（2-15）

其中——管子沿程压降Pa

——管程质量流速

——管程流体在定性温度下的质量密度

——管程数

——管程摩擦系数

——管程流体粘度校正系数

（4）回弯压降：

Pa（2-16）

（5）管程进出口局部压降：

（2-17）

其中——管程进出口管处质量流速取1.5

=Pa

（6）管程压降污垢校正系数：

管子查表得：

（7）管程压降：

　　　　　（2-18）

2.7.2壳程压降计算

（1）当量直径：

mm（2-19）

（2）壳程流体的圆管摩擦系数：

（2-20）

（3）管束压降：

（2-21）

=