换热器毕业设计模版

沈阳化工大学本科毕业设计题目：固定管板式换热器设计院系：能源与动力工程学院专业：热能与动力工程班级：学生姓名：指导教师：论文提交日期：2013年6月21日论文答辩日期：2013年6月25日毕业设计任务书热能与动力工程专业班学生：毕业设计（论文）题目：固定管板式冷却器设计毕业设计（论文）内容：文献综述CAD软件制图英文翻译毕业实习毕业设计（论文）专题部分：起止时间：2012年3月2012年6月指导教师：签字年月日教研主任：签字年月日学院院长：签字年月日毕业设计开题报告论文题目:固定管板式换热器的设计学生姓名:专业班级:学号:指导教师:2013年3月1日选题的目的和意义换热器为石油化工、食品、原子能及其它化工部门所广泛使用的一种工艺设备。一般情况换热器约占石油化工装置设备总重量的40%。近年来,随着制造技术的进步,强化转热元件的开发,使得新型高效换热研究有了较大的发展,根据不同的工艺条件与换热工况制造了不同结构形式的新型换热器,并已在化工、炼油、石油化工、制冷和制药各行业得到应用与推广，取得了较大的经济效益。2.题目要完成的主要内容和预期目标本次设计的换热器是固定管板式换热器，主要完成冷却水一煤油间的热量交换。管程工作压力为0.25Mpa，壳程工作压力为0.2Mpa。设计温度壳程是75℃，管程为35℃。管程内介质是自来水，壳程内为煤油。选用石棉作保温材料，厚度为100mm。根据任务书中流体进、出口的温度计算传热负荷，确定，选定换热器形式，选取换热器的材料，确定主要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，根据设计压力确定壁厚，使换热器有足够的腐蚀裕度。结构设计的一般顺序为:1.管箱设计，选择管箱短节、分程隔板、的材料尺寸及管箱深度。2.圆筒设计，选择合适的材料，计算结构尺寸。3.封头设计，选择封头形式，分别计算所受内压和外压。4.管板设计，确定连接形式，计算最小厚度。5.拉杆和定管距，确定拉杆的结构形式、直径和数量、布置及定管距结构尺寸。6.折流板设计，选择折流板形式、尺寸及板间距。7.容器法兰及支座的选取。8.强度校核，对上述步骤确定的结构尺寸形式进行强度校核，如不满足要求需重新进行结构设计、再校核，直至符合要求。最后通过设计计算提高换热器的传热效率和减少能源消耗，达到更高效，更节能的目的。3.进度计划1.查阅中外文期刊文献、整理成文献综述、翻译一篇英文资料、写出开题报告。时间:第1周一第4周2.进行换热器传热计算、设计计算和强度校核，用AutoCAD对换热器本体图及主要零部件图进行初步绘制。时间:第5周一第7周3.确定结构、正式计算。（5月4日—5月6日中期检查）时间:第8周一第11周4.完善设计说明书，初步进行结构设计，为出图做准备。时间:第12周一第14周5.计算说明书及图纸全部整理完毕，将电子版上交给指导教师。进一步修改图纸，准备答辩。时间:第15周一第16周6.做答辩准备。时间:第17周一第18周4.论文提纲一、文献综述二、传热工艺计算三、强度计算参考文献致谢附录一英文文献及翻译附录二实习报告指导教师意见指导教师签字:年月日沈阳化工大学学士学位论文摘要内容摘要换热器是进行热交换操作的通用工艺设备，被广泛应用于各个工业部门，尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。以炼油厂为例，换热器占设备总金属消耗量的20%左右。它既是工艺流程中的重要装备，同时又是企业减少能源消耗、降低生产成本的主要手段。由于世界性的能源危机，为了降低能耗，工业生产中对换热器的需求量越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。换热器分类方式多样，按照其工作原理可分为：直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类，其中间壁式换热器用量最大，据统计，这类换热器占总用量的99%。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类，其中管壳式换热器在长期的操作过程中积累了丰富的经验，其设计资料比较齐全，在许多国家都有了系列化标准，工业生产中有高度的可靠性并具有广泛的适应性本课题设计一个固定管板式换热器，相对于其他几种换热器，它具有以下优点：结构简单，加工方便，造价低；在相同壳体直径内排管最多，结构紧凑，可以使用各种材质的换热管；处理介质包括有相变和无相变各种介质的换热过程。根据GB151-1999《管壳式换热器》、GB150-1998《钢制压力容器》进行设计，主要包括以下四个部分：文献综述、传热工艺计算、强度校核QUOTECAD制图。第一，文献综述：查阅与课题相关中外期刊，编写文献综述。第二，传热工艺计算：根据所给数据查的相关物性参数并计算有效平均温差；由Dittus-Boetler公式计算管程换热系数；同理，有相关公式计算壳程换热系数并初定换热器结构；再计算总传热系数；根据相关公式计算管程压降与壳程压降并进行校核。第三，强度校核：选择换热器材料、规格，排列方式；确定筒体壁厚、管箱短节壁厚与管程封头壁厚并进行应力校核与液压实验；选择设备法兰与接管法兰；设计管板的厚度并对危险工况下的管板应力、壳程法兰应力、管子应力、壳程圆筒轴向应力、拉脱力进行校核；拉杆与定距管的确定；折流板、防冲板、分程隔板的选择；接管的选择与是否需开口补强的确定；鞍座的选择及应力校核。第四，运用AutoCAD软件进行绘图设计，图纸包括装配图和拉杆、左右管板、左右管箱等零件图。换热器既可以是一种单独的设备，也可是某一工艺设备的组成部分。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。通过这次设计使我更深入的了解了影响传热过程的各种因素，并通过改变它们使之符合设计要求。同时，也因CAD作图中所遇的各种困难与错误，并在逐步的克服与改正过程中知道换热器某一部分的具体构造以及为什麽这样。关键字：换热器；换热管；固定管板沈阳化工大学学士学位论文AbstractAbstractHeatexchangerforheatexchangeoperationisacommonsectors,especiallyinthepetroleum,chemicalproductionmorewidelyused.Intherefinery,forexample,thetotalheatconsumptionofmetalequipmentaccountedforabout20%.Itisanimportantprocessequipment,isalsothecompaniestoreduceenergyconsumption,theprimarymeansofreducingproductioncosts.Asaworldwideenergycrisis,inordertoreduceenergyconsumption,industrialproduction,thedemandformoreandmoreheatexchanger,theheatexchangerqualityrequirementsarealsoincreasing.Heatexchangerclassificationdiverse,accordingtoitsworkingprinciplecanbedividedinto:direct-contactheatexchangers,heatexchangeraccumulatorandrecuperativeheatexchangerthreecategories,includingthelargestamountofrecuperativeheatexchanger,accordingtostatistics,suchheatexchanger99%ofthetotalamount.Recuperativeheatexchangercanbedividedintoashellandtubeandshellheatexchangertypes,includingshellandtubeheatexchangerinthelong-termoperationhasaccumulatedrichexperienceinthedesigndatamorecomplete,inmanycountrieshaveastandardseries,industrialproductionhashighreliabilityandwiderangeofadaptability.Designofthisprojectafixedtubeheatexchanger,heatexchangerrelativetoothertypes,ithasthefollowingadvantages:simplestructure,easyprocessing,lowcost,withinthesameshelldiameterdischargepipeup,compactstructure,youcanusethekindofmaterialtubes,treatmentmediaincludingphasetransitionandnophasechangeheattransferprocessavarietyofmedia.AccordingtoGB151-1999‘shellandtubeheatexchangers’,GB150-1998‘SteelPressureVessels’fordesign,includingthefollowingfoursections:literaturereview,heattransferprocesscalculation,strengthcheckCADdrawings.First,theliteraturereview:Reviewandissuesrelatedtoforeignjournals,writingliteraturereview.Second,theheattransferprocesscalculation:Accordingtothedatarelatedtotheinvestigationandcalculationofeffectivephysicalparametersofmeantemperaturedifference,CalculatedbytheDittus-Boetlertubeheattransfercoefficient,Similarly,relevantformulashellheatexchangerheattransfercoefficientandaninitialstructure;thencalculatetheoverallheattransfercoefficient;calculatedaccordingtotherelevanttubeandshellsidepressuredroppressuredropandbechecked.Third,thestrengthcheck:Selectexchangermaterials,specificationsandarrangement,determinethecylinderwallthickness,tubeboxwithashortsectionofwallthicknessofthetubeheadandconductstresscheckwiththehydraulictest,selectiondeviceflangeandtakeovertheflange,designtubeplatethicknessanddangerousconditionsofthetubesheetstress,stressshellflanges,pipestress,axialstresscylindricalshell,pull-offforcetobechecked,Tiewithfixedpitchpipetodetermine,baffles,anti-redplates,partitionplateschoice,takeoverselectionandtheneedtodeterminetheopeningreinforcement,saddleselectionandstresscheck.Fourth,theuseofAutoCADsoftwareforgraphicdesign,drawings,includingassemblydrawingsandrod,sothetubeplate,lefttubeboxesandotherpartsdiagram.Heatexchangercanbeeitherastand-alonedevice,butalsoapartoftheprocessequipment.Itsmainfunctionistoensurethattheprocessmediarequiredfortheparticulartemperature,butalsoimprovetheenergyefficiencyofthemainequipment.Throughthisdesignmakesmeabetterunderstandingofthevariousfactorsthatinfluencetheheattransferprocess,andbychangingthemtoconformtothedesignrequirements.Atthesametime,alsobecauseofCADdrawinginthevariousdifficultiesencounteredwitherrorsandcorrectionsinthegradualprocessofovercomingandaportionoftheheatexchangertoknowthespecificstructureandwhy.Keywords:Heatexchanger;Tubes;Fixedtubeplate沈阳化工大学学士学位论文目录目录TOC\o"1-3"\h\uHYPERLINK引言 1第一章HYPERLINK绪论 附录二英文文献翻译新型管壳式折流板换热器实验研究YingshuangWang•ZhichunLiu•SuyiHuang•WeiLiu•WeiweiLiReceived:9July2009/Accepted:3March2010/Publishedonline:24February2011Springer-Verlag2011摘要新型管壳式换热器设计,制造和测试，经过了原始弓形折流板换热器的实验调查研究。两个热交换器运行性能比较结果表明,在相同的条件下,新模型的整体性能效率比分段挡板换热器高20%-30%。引言在许多领域换热器是一种非常重要的设备,如石油精炼，发电,化学工程，过程工业、食品工业等。在不同种类的换热器中,管壳式换热器(STHX）具有很多优点，比如可靠的结构、成熟技术和广泛的实用性,使其在各个行业得到广泛的应用[1]。在STHX中,挡板元素发挥着十分重要的作用，如支持管管束及壳侧流体的扰动。根据壳侧流体的流动方向，STHX可分为横向流、纵向流、螺旋流三类。在STHX的壳侧，压降和热交换随流动状态的变化而改变，这一特点对换热器的性能有非常的影响。传统的管壳式换热器隔板部分(SB-STHX)有许多缺点，比如管束经常发生高压降、低传热效率、有害的壳侧振动所引起的流动。当传统的弓形隔板用于STHX,在相同的热负荷下，为了抵消更高的压降，通常需要更高泵功率。因此,一种新型的STHX，使用不同类型的隔板可以获得更高的传热效率较低的压降。压降、整体传热是换热系统运营费用的两个相互依存的重要影响因素。为了提高性能，开发了不同类型挡板换热器,它有相当高的传热效率和相对较低的压力降,如杆板换热器和螺旋折流板换热器[2-11]。因此,本研究之主要目的是，开发新型的STHX克服上述不足，并实验研究其性能。此外,还将其与SB-STHX换热器进行性能比较。2新型隔板STHX的结构及其制造具有螺旋隔板的STHX，壳侧螺旋流动有某些优势,比如教高传热效率和较低的流动阻力[5、6、8]。然而,很难制造连续螺旋隔板。为了解决这个问题,一种新型的以传统的分段挡板为基础的花型隔板STHX换热器(FB-STHX),,如图1所示,一个圆挡板可以被划分为四个象限，在四个象限中,至少一个象限是空心的流体流动,而其余的象限用来支持热管。由于花挡板交变地安装，相位（相邻板的空心零件角度）可以是30°、60°或90°。在不同的应用条件下，相位可能发生变化。从图1可以观察到，在FB-STHX配置中的所有挡板是相同的;只有相位不同，因此制造花型挡板过程相当简化。制造花型挡板过程和制造分段挡板是相同的,花挡板张力杆固定。现在的FB-STHX挡板,有四个张力杆固定。图示中数据2和3分别显示弓形隔板和花型隔板中流体流线。从这个数据,可以观察到两种STHXs中，SB-STHX壳侧的流体流动是弯曲的，而在FB-STHX壳侧却是纵向的、有传热和流阻差异的涡流。本文中，FB-STHX壳侧的局部换热系数试验获得并与SB-STHX的进行了研究比较。换热器的尺寸Φ159mm×5mm，热交换器的详细参数列表1和2所示：2实验装置及研究方法如图4所示，对STHX实验系统传热、压降研究。实验设置有两个循环，热水循环和冷水循环。两个循环的详细的描述如下在这个循环中的热水循环，水在加热温度控制装置电热水器中加热，水通过水箱流入STHX壳侧，吸热后水流入STHX容积式流量计(6),最后回到了水箱中。进口和出口的水温流过STHX热电偶(1)(2)分别进行测量。热水通过泵(八)循环。阀门(12)和(13)控制流动速率。在这个循环中的冷水循环中水在冷却塔冷却。冷水通过STHX壳侧流入水箱，在流体管侧面吸热后,流从STHX立方体流量计(7),最终返回了水箱中。进口和出口的冷水温度分别由流经STHX热电偶(3)及(4)测量。冷水通过泵(9)循环，阀门(10),(11)用来调节流量。补水装置补充来至热水和冷水侧水流损失。4数据采集实验中测量了流量、温度和压降量。数据计算表明，管侧和壳侧的流动速率、进口和出口温度遵循能量守恒。热平衡量不少于5%。基于壳侧与管侧能量平衡，STHX综合传热系数可以计算出来。管侧传热系数通过经典相关性计算,所以，利用整体传热计算关联可获得壳侧传热系数，总压降可以直接测量。所以可以得到，摩擦因素f,努塞尔特数Nu和雷诺数Re之间的相互关系。详细描述如下：整体传热系数使用计算式1[12]计算其中，hi为管侧传热系数，单位W/(m²k）；ho为壳侧传热系数，单位W/(m²k）；Ri为管侧污垢热阻系数，单位(㎡K)/W;Ro为壳侧污垢热阻系数，单位(㎡K)/W;Rw为管壁热阻，单位(㎡K)/W.试验中,，由于热交换器是新引入的，忽略污垢热阻的影响。所以，上述方程可以表示为通过转换关系，得到整体传热系数其中，Q为冷和热流体间平均热流密度，单位W；Ａ为管口外径上的传热面积，单位㎡，可以通过方程４算出Ｎ为管根数；do为管外径，单位ｍ；Ｌ为管的有效长度，单位ｍ；Δtm,冷热流体对数平均温度,单位℃换热器是双管程和一个壳程,对数平均温差可归纳[12]其中，，为管侧内外的流体温度，℃；为壳侧内外的流体温度，℃。冷热流体间的传热由下列公式计算其中，m为流体质量流量，kg/s;Ｃp为恒压下的比热，J/(kgK).由方程２－５，可以求得整体传热系数。管侧热传递性能由下列公式[13]得到下标f表示流体温度、w表示壁温壁的热阻由下式求得管材料为铬镍钢，电导λ为14.7W/(mK).根据方程６、７计算管壁和管侧的传热系数，和整体传热系数ｋ一起带入方程１，就求得壳侧传热系数ho．Nu,f,和Re定义如下其中，Δpo为STHX壳侧总压降，Ｌ为有效管长度，do为管外径５实验结果与分析Sect.2对两种类型的STHXs管侧热水和壳侧冷水进行了实验。为了验证试验结果的可靠性，对FB-STHX、SB-STHX在三个不同进管口速度(0.70,0.94,1.2米/秒)的传热和流体流动特性进行了调查研究、性能对比。这对正确的评估不同的热交换器综合性能、传热系数与压降是很重要的。这就需要获得最高的传热速度和最低压降，所以需要对努塞尔特数Nu与压降之比比较研究。表５、６统计的是FB-STHX在上述三种不同速度下，传热性能与与流阻间的关系，数据中的线条表示最少安装面积下，如方程１２表示的，7,000≤Re≤23,000的相关系数r=0.9645。当7000≤Re≤23000变化下的流阻相关性可以用方程13–14表示，并且相关系数为r=0.9957，从方程5和6可以看出，努塞特数Nu和压降随雷诺数Re的增加而增加，,在FB-STHX外壳，相同的壳速不同管速下传热和流动阻力特性几乎相同，实验证明重复性好。图7和8显示SB-STHX传热和流动阻力特性。线条显示在这些数