换热器的课程设计

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1、前言1.1换热器的发展、应用换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。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。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。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

2、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

3、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，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。70年代末随着能源矛盾的日益突出，国内冶金工业炉开始大量采用换热器，其中绝大多数是金属对流换热器。当时最受青睐的是翅片管换热器，它的换热元件是带有内外翅片的铸钢管。由于单位体积内的换热面积大，所以换热器整体效率高，占地小，适合旧有炉子改造位置紧张的条件。但由于铸造产品质量控制难度大

4、，裂、漏现象严重，而且膨胀问题也成为薄弱环节，更有令人头痛的积灰问题，限制了翅片管换热器的应用水平。自80年代后期以来，各种轧制管材的换热器逐渐取代了翅片管换热器。虽然其单位体积内的换热量没有翅片换热器大，但它的质量稳定，寿命长，阻力损失也不太大，得到广大用户的喜爱。目前应用最多的是管式换热器，其换热管是无缝钢管，有时管内加插件以强化传热，材质是碳钢或碳钢渗铝或耐热钢。近年来，材质水平又有了新的提高1.2换热器的类型管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点．在各工业领域中得到最为广泛地应用。近年来．尽管受到了其他新型换热器的挑战．但反过来也促进了其自身的发展。在换热器向

5、高参数、大型化发展的今大，管壳式换热器仍占主导地位。根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式和釜式重沸器五类。1.3固定管板式换热器的特点固定管板式换热器的典型结构如图1所示。管束连接到管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑、承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗。管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元件(如膨

6、胀节、挠性管板等)，来吸收热膨胀差。图1固定管板式换热器2结构分析固定管板式换热器的主要组合部件有前端管箱，壳体和后端结构（包括管束）三部分组成。管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其结构简单紧凑，排管多，能承受较高的压力，造价低，管内不宜结垢，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管程和壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。3设计参数管程壳程换热面积推荐材质物料名称操作压力操作温度物料名称操作压力操作温度管层壳层冷却水0.3535-45甲醇0.4535-9012620#目录第一节前言第二节固定管板换热器结构

7、分析第三节设计参数第四节换热器设计参数的确定第五节封头的选择与设计第六节法兰的选择与设计第七节管板的设计第八节折流板的设计第九节拉杆与定距管的设计第十节管法兰的设计第十一节支座的设计第十二节焊接结构设计第十三节膨胀节设置必要性的判断第十四节开孔补强校核第十五节固定管板式换热器的强度计算及校核第十六节参考文献第十七节设计结果汇总表第十八节设计体会换热器主要结构尺寸和计算结果列表如下：项目结果单位换热器的公称直径D800mm换热器管程数1--换热器管子总数N367根换热器单管长度L4.5m换热器管子规格mm换热器管子排列方式正三角形排列--管