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　　摘要:換熱器是工業(yè)部門廣泛使用的一種設(shè)備。為了適應(yīng)所需，換熱器的類型多而復(fù)雜，本文根據(jù)作用原理和傳熱方式主要分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器進行了簡要介紹。間壁式換熱器仍是應(yīng)用*廣泛的一類換熱器，因此以其一列管式換熱器為例概括了換熱管的現(xiàn)狀和相應(yīng)的換熱器的發(fā)展進展。

　　關(guān)鍵詞：換熱器；換熱管；現(xiàn)狀；發(fā)展

　　一、換熱器介紹

　　換熱器是一種使熱量從熱流體傳遞到冷流體的設(shè)備，它在許多工業(yè)部門被廣泛使用，包括化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械等等。其主要功能有兩點，一是使流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標，以滿足工藝流程上的需要；二是有效的回收利用預(yù)熱、廢熱，特別是低位熱能。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用相當廣泛，自然的，其類型也相當多，若按照作用原理和傳熱方式則分為直接接觸式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器和中間載熱體式換熱器。

　　1.1 直接接觸式換熱器

　　直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器，是依靠冷、熱流體直接接觸而進行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽-水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等，具體應(yīng)用有冷卻塔、氣壓冷凝器、氣體洗滌器等。

　　采用這種換熱器，熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多；其結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作，運轉(zhuǎn)安全可靠，密封性

　　好，清洗、檢修方便，流體阻力小。同時價

　　格便宜，維護容易，可使用時間長。但明顯的缺點就是應(yīng)用范圍小，僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合。

　　1.2蓄熱式換熱器

　　圖1-1直接接觸式換熱器 熱式換熱器與回?zé)崾綋Q熱器相對應(yīng)，是一種應(yīng)用歷蓄史比較久遠的換熱裝置，回?zé)崾綋Q熱器中兩種流體的換熱是通過各個位置的固定邊界進行的，在穩(wěn)定運行時換熱器的內(nèi)的溫度只與位置有關(guān)，而在蓄熱式換熱器熱量的傳遞都是動態(tài)

　?。郏莸?，同時依賴于位置和時間。1在蓄熱式換熱器中，冷、熱流體交替地流過同一固體傳熱面及其所形成的通道，依靠構(gòu)成傳熱面的物體的熱容作用（吸熱或放熱），實現(xiàn)冷、熱流體之問的熱交換。蓄熱式換熱器有受熱面回轉(zhuǎn)式和風(fēng)罩回轉(zhuǎn)式兩種：前者是由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使煙氣和空氣交替沖刷蓄熱元件；后者是由風(fēng)罩轉(zhuǎn) 使煙氣和空氣交替沖刷蓄熱元件。該換熱器適用于流量大的氣一氣熱交換場合，如動力、硅酸鹽及石油化工等工業(yè) 中的余熱利用和廢熱回［］收等方面。2

　　蓄熱式換熱器的優(yōu)點也很明顯，首先是結(jié)構(gòu)緊湊，其次它是由由固體填充物構(gòu)成的蓄熱體作為傳熱面的，交替地通過同一通道利用蓄熱體來吸熱和放熱，其單位面積傳熱面大，適用于氣-氣熱交換，如回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。但局限在于不允許兩種流體混合。

　　圖1-3 燃燒室

　　圖1-2 蓄熱式換熱器

　　1.3 間壁式換熱器

　　間壁式換熱器又稱為表面式換熱器，利用間壁（固體壁面）進行熱交換。是應(yīng)用*廣泛的一類換熱器，形式也多種多樣，如板式換熱器、板翅式換熱器、列管換熱器三類。相比而言，板式換熱器具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便，使用壽命長等特點；板翅式換熱器制造工藝要求更為嚴格，且容易堵塞，不耐腐蝕，清洗檢修困難，但其傳熱性能特別好；列管式換熱器又稱管殼式換熱器，是工業(yè)上應(yīng)用*廣泛的換熱設(shè)備，又分為固定管板式換熱器、u形管式換熱器、浮頭式換熱器。管殼 式換熱器由一個殼體 和包 含許多 管子的管束所構(gòu)成，冷、熱流體之間通過管壁進行換熱的換熱器。它適應(yīng)于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。通常管殼式換熱器的工作壓力可達 4兆帕，工作作溫度在 200 ℃ 以下。在個別情況下還可達到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800 ram 以下，管子長度在9m以下，在個別情況下也有更大或更長的。其優(yōu)于其他兩種的特點是結(jié)構(gòu)堅固、可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣，故適應(yīng)性強、操作彈性較大。因此，在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。

　　圖1-4 管殼式換熱器

　　間壁式換熱器應(yīng)用廣泛，工作壞境多變 且較為惡劣，例如部分間壁式換熱器操作壓強高達2*105kpa，溫度-250到1500 ℃的范圍內(nèi)變化，某些流體的腐蝕性又特別嚴重等。每種類型的換熱器都有優(yōu)缺點，選擇換熱器類型時，要考慮的因素很多，例如材料，壓強，溫度，溫度差，壓強降，結(jié)垢腐蝕情況，流動狀態(tài)，傳熱效果，檢修和操作等。對同一種換熱器而言，某種情況下使用是好的，而在另外的情況下卻不能夠令人滿意，甚至根本不能用。因此在實際應(yīng)用中，工作人員需對各種間壁式換熱器的優(yōu)缺點和操作方式了然于胸，*大發(fā)［3］揮其優(yōu)勢。

　　1.4 中間載熱體式換熱器

　　中間載熱體式換熱器是將兩個間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接，載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器間循環(huán)，從高溫流體換熱器中吸收熱量，向低溫流體換熱器中釋放熱量給低溫流體。

　　圖1-5

　　熱管換熱器

　　二、換熱器的發(fā)展

　　換熱器在國民經(jīng)濟和化工生產(chǎn)領(lǐng)域中對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)經(jīng)濟性、可靠性起著舉足輕重的作用。近年來，能源與材料費用的不斷增長極大地推動了對高效節(jié)能換： 熱器的研究，作為一種節(jié)能設(shè)備，換熱器不僅是保證加工過程正常運轉(zhuǎn)不可缺少的設(shè)備，而且就金屬消耗、動力消耗和投資來說，其在整個工程中所占有比例很大。據(jù)統(tǒng)計，換熱器的投資約占全部設(shè)備投資的40%。因此開發(fā)新型高效和結(jié)構(gòu)緊湊的換熱器是目前換熱器研究的一個重要方向。其內(nèi)部強化傳熱主要有兩種途徑：增大傳熱面積，但換熱器的傳熱面積不可能無限制地增大，否則投資費用會大大增加，并且隨著工業(yè)化的進展，設(shè)備要緊湊化：提高傳熱系數(shù)，主要從管程和殼程傳熱強化系數(shù)的提高方面上考慮。

　　2.1 常見換熱管的研究現(xiàn)狀

　　2.1.1 螺旋槽管

　　螺旋槽管是種管壁上具有外凸和內(nèi)凸的異形管，管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù)，起到雙邊強化的作用。根據(jù)在光管表面加螺旋槽的類型，螺旋槽管有單頭和多頭之分，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有槽深e、槽距p和槽旋角β。研究還表明單頭螺旋槽管比多頭螺旋槽管的性能好。目前，無論足從傳熱、流阻、結(jié)垢性能，還是從無相變對流換熱和有相變凝結(jié)換熱，對螺旋槽管的強化傳熱研究從理論到實際已達到較高水平。

　　2.1.2 橫紋管

　　橫紋管是一種普通圓管作毛胚，在管外壁經(jīng)簡單滾軋出與軸線垂直的凹槽，同時在管內(nèi)形成一圈突起的環(huán)肋。其強化機理為：當管內(nèi)流體經(jīng)橫向環(huán)肋時，管壁附近形成軸向漩渦，增加了邊界層的擾動，有利于熱量通過邊界層的傳遞。當渦流即將消失時，流體又流經(jīng)下一個橫肋，不斷產(chǎn)生軸向渦流，因而保持連續(xù)且穩(wěn)定的強化作用。2.1.3 管內(nèi)插入物

　　管內(nèi)插入物的類型有很多，主要有：麻花鐵、螺旋線圈、螺旋帶、螺旋片、扭帶和靜態(tài)混合器等。各種插入物的強化傳熱機理一般可分為四種：形成旋轉(zhuǎn)流；破壞邊界層；中心流體與管壁流體產(chǎn)牛置換作用；產(chǎn)生二次流。管內(nèi)插入物的優(yōu)點是對舊的換熱器設(shè)備進行改造，以提高其換熱性能。在強化傳熱的同時，能達到清除污垢的目的。2.1.4 內(nèi)翅片管

　　內(nèi)翅片管是采用特殊的焊接工藝和設(shè)備加工而成，流體在管內(nèi)的換熱過程為單相強制對流換熱。其豐要特點是通過在傳熱管管內(nèi)擴大傳熱面積、強化管內(nèi)傳熱的途徑來提高換熱器的傳熱性能。八十年代初，日立電纜有限公司研究表明，采用左右錯式的螺旋內(nèi)翅片管強

　　［4］化單相流體的傳熱可使管內(nèi)給熱系數(shù)提高到光管的2.8倍左右。2.1.5 波紋管

　　波紋管是將光管加工成波紋形狀的翹片，其強化傳熱機理是：通過改變斷面使弧形段內(nèi)壁處發(fā)生兩次反向擾動，增加對管內(nèi)流體的擾動，擴大低熱阻區(qū)域，以提高傳熱系數(shù)，增強傳熱效果。具有不易結(jié)垢，單位容積傳熱面積大，耐腐蝕性強，溫差應(yīng)力小等優(yōu)點。2.1.6 縮放管

　　縮放管是由依次交替的收縮段和擴張段組成的波形管道，其強化傳熱的機理是：在擴張段流體速度降低，靜壓增大；在收縮段流體速度增加，靜壓減小；流體在方向反復(fù)改變的軸向壓力梯度下流動。擴張段產(chǎn)生的漩渦在收縮段被有效地利用，沖刷了流體邊界層，便邊界層減落實現(xiàn)了強化傳熱。

　　2.2 換熱器發(fā)展及進展

　　長期以來，列管式換熱器面臨著各種新型換熱器的挑戰(zhàn)，且某些場合已被一些新型換熱器所取代，但是由于它的高度可靠性和廣泛的適應(yīng)性，至今仍然居于統(tǒng)治地位。例如在日本其產(chǎn)量占全部換熱器的70%，產(chǎn)值占60%。由于受到挑戰(zhàn)，反過來也促進了它自身的發(fā)展。

　　［5］例如在高溫、高壓領(lǐng)域，已有用它取代蛇管、套骨式換熱器的趨勢。目前，對高效列管式換熱器的研究主要集中在強化管程和殼程兩方面，根據(jù)以上換熱管研究現(xiàn)狀針對管程有如下改進。

　　2.2.1 螺紋管換熱器

　　螺紋管是一種優(yōu)良的高效異形強化傳熱管件，其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由光滑管在車床上軋制而成，分單頭和多頭，其強化機理是：產(chǎn)生的邊界層分離流使傳熱邊界破壞。目前從傳熱、流阻、阻垢性能、無相變對流換熱、有相變凝結(jié)換熱等方面對螺紋管的強化傳熱研究從理論到實際都達到了較高水平。

　　圖2-1

　　螺紋管

　　2.2.2 橫紋管換熱器

　　橫紋管主要用來強化管內(nèi)單相流體的傳熱，在相同流速下，橫紋管比單頭螺旋槽管比較，流體阻力稍大但壓降較小，傳熱性能好。我國華南理工大學(xué)、沈陽化工學(xué)院和遼寧冷熱設(shè)備制造公司等單位對橫紋管進行了研究和應(yīng)用。如圖2-2。

　　圖2-2 橫紋管

　　2.2.3 菱形翅片管換熱器

　　菱形翅片管與螺紋管相比，翹片距更密，傳熱面積更大，當流體流經(jīng)菱形翅片表面時，傳熱邊界層在非連續(xù)翅片上因受到周期性破壞而減薄，從而提高了冷凝傳熱系數(shù)，是光滑管的6倍。

　　2.2.4 波紋管換熱器

　　波紋管是近10年出現(xiàn)的強化換熱管，其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，我國**臺波紋管換熱器由沈陽市廣廈熱力設(shè)備公司于 20世紀90年代初研制成功。

　　圖2-3 波紋管

　　2.2.5 縮放管換熱器

　　其結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。華南理工大學(xué)研究認為，縮放管可強化管內(nèi)外單相流體的傳熱，45在同等流阻損失下，re=10-10 范圍內(nèi)，傳熱管比光管增加70%?？s放管換熱器已在空氣

　?。?］預(yù)熱器、油冷卻器、冷凝器、廢熱鍋爐中廣泛使用。

　　三、結(jié)論

　　圖2-4

　　縮放管

　　換熱器在近百年來在國民經(jīng)濟的很多領(lǐng)域起著越來越重要的作用，能源與材料費用的不斷增長也極大地推動了對高效節(jié)能的換熱器的研究。而今，換熱器的類型已經(jīng)很多，但缺陷卻是大多數(shù)換熱器所共有的，其內(nèi)部強化傳熱途徑也相似。對于未來的發(fā)展，需要包括以下幾個方面：一是器械緊湊化；二是換熱高效化——減少熱量的散失；三是節(jié)能減排；四是理論系統(tǒng)化；五是技術(shù)模型化。

　　換熱器有著極其廣泛的應(yīng)用，在發(fā)展上雖然有瓶頸但仍然有很大的需要。

　　參考文獻

　?。?］frank w schmidt, a john willmott．thermal energy storage and regeneration［z］．washington：hemisphere ，1981．

　?。?］王維剛.蓄熱式換熱器的優(yōu)化設(shè)計［j］.化工機械，2010（4）:412-414 ［3］胡學(xué)敏.問壁式換熱器的分類和應(yīng)用分析［j］.商品與質(zhì)量：學(xué)術(shù)觀察，2012（6）：83-83 ［4］任孝平.換熱器研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢［j］.硅谷.2011(8)：27-27 ［5］陸璐.換熱器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展［j］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇.2011（2）：49-50 ［6］王永紅.列管式換熱器強化傳熱研究及發(fā)展［j］.低溫與超導(dǎo).2012（5）：53-57

　　浮頭式換熱器

　　一、浮頭式換熱器的概述

　　浮頭式換熱器的一端管板是固定的。與殼體剛性連接，另一端管板是活動的，與殼體之間并不相連。活動管板一側(cè)總稱為浮頭，浮頭式換熱器的管束可從殼體中抽出，故管外壁清洗方便，管束可在殼體中自由伸縮，所以無溫差應(yīng)力；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，且浮頭處若密封不嚴會造成兩種流體混合。浮頭式換熱器適用于冷熱流體溫差較大（一般冷流進口與熱流進口溫差可達110℃），介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗的場合。

　　二、浮頭式換熱器的總體結(jié)構(gòu)

　　三、浮頭式換熱器的特點

　　1、浮頭式換熱器的優(yōu)點

　?。?）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程。（2）介質(zhì)間溫差不受限制。

　?。?）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450°，壓力小于等于6.4mpa。（4）可用于結(jié)垢比較嚴重的場合。（5）可用于管程易腐蝕場合。

　　2、浮頭式換熱器的缺點（1）小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏。

　?。?）金屬材料耗量大，成本高20%。（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

　　三、浮頭式換熱器的應(yīng)用

　　浮頭式換熱器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。

　　四、浮頭式換熱器的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)

　　為使殼程進口段管束充分傳熱，浮頭式換熱器可采用內(nèi)導(dǎo)流或外導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。

　　1、內(nèi)導(dǎo)流浮頭式換熱器

　　內(nèi)導(dǎo)流筒換熱器是在換熱器的殼程筒體內(nèi)設(shè)置了內(nèi)導(dǎo)流筒使換熱器的前或后端未加導(dǎo)流筒前難以利用換熱的換熱管得以充分利用，從而增大換熱器的有效換熱面積。

　　2、外導(dǎo)流浮頭式換熱器

　　外導(dǎo)流式換熱器是在原換熱器的殼程筒體上增加一個放大筒節(jié)用以擴散殼程流體，并使流體從換熱器殼程的兩端進入殼程，從而避免了在換熱器布管時考慮布管弓形的高，而使增加了同規(guī)格上換熱器的布管數(shù)目并有效利用了換熱器前后端的換熱管從而增大了有效換熱面積。

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　　浮頭式換熱器項目可行性研究

　　報告

　　本報告是針對行業(yè)投資可行性研究咨詢服務(wù)的專項研究報告，此報告為個性化定制服務(wù)報告，我們將根據(jù)不同類型及不同行業(yè)的項目提出的具體要求，修訂報告目錄，并在此目錄的基礎(chǔ)上重新完善行業(yè)數(shù)據(jù)及分析內(nèi)容，為企業(yè)項目立項、上馬、融資提供全程指引服務(wù)。

　　可行性研究報告是在制定某一建設(shè)或科研項目之前，對該項目實施的可能性、有效性、技術(shù)方案及技術(shù)政策進行具體、深入、細致的技術(shù)論證和經(jīng)濟評價，以求確定一個在技術(shù)上合理、經(jīng)濟上合算的*優(yōu)方案和*佳時機而寫的書面報告。

　　可行性研究報告主要內(nèi)容是要求以**、系統(tǒng)的分析為主要方法，經(jīng)濟效益為核心，圍繞影響項目的各種因素，運用大量的數(shù)據(jù)資料論證擬建項目是否可行。對整個可行性研究提出綜合分析評價，指出優(yōu)缺點和建議。為了結(jié)論的需要往往還需要加上一些附件，如試驗數(shù)據(jù)、論證材料、計算圖表、附圖等，以增強可行性報告的說服力。

　　可行性研究是確定建設(shè)項目前具有決定性意義的工作，是在投資決策之前，對擬建項目進行**技術(shù)經(jīng)濟分析論證的科學(xué)方法，在投資管理中，可行性研究是指對擬建項目有關(guān)的自然、社會、經(jīng)濟、技術(shù)等進行調(diào)研、分析比較以及預(yù)測建成后的社會經(jīng)濟效益。在此基礎(chǔ)上，綜合論證項目建設(shè)的必要性，財務(wù)的盈利性，經(jīng)濟上的合理性，報告用途：發(fā)改委立項、申請資金、申請土地、銀行貸款、境內(nèi)外融資等 北京智博睿信息咨詢有限公司

　　技術(shù)上的**性和適應(yīng)性以及建設(shè)條件的可能性和可行性，從而為投資決策提供科學(xué)依據(jù)。

　　投資可行性報告咨詢服務(wù)分為政府審批核準用可行性研究報告和融資用可行性研究報告。審批核準用的可行性研究報告?zhèn)戎仃P(guān)注項目的社會經(jīng)濟效益和響；融資用報告?zhèn)戎仃P(guān)注項目在經(jīng)濟上是否可行。具體概括為：政府立項審批，產(chǎn)業(yè)扶持，銀行貸款，融資投資、投資建設(shè)、境外投資、上市融資、中外合作，股份合作、組建公司、征用土地、申請高新技術(shù)企業(yè)等各類可行性報告。

　　報告通過對項目的市場需求、資源供應(yīng)、建設(shè)規(guī)模、工藝路線、設(shè)備選型、環(huán)境影響、資金籌措、盈利能力等方面的研究調(diào)查，在行業(yè)專家研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上對項目經(jīng)濟效益及社會效益進行科學(xué)預(yù)測，從而為客戶提供**的、客觀的、可靠的項目投資價值評估及項目建設(shè)進程等咨詢意見。

　　另：提供國家發(fā)改委甲、乙、丙級工程咨詢資質(zhì) 北京智博睿信息咨詢有限公司

　　可行性研究報告大綱（具體可根據(jù)客戶要求進行調(diào)整）**章 浮頭式換熱器項目總論

　　1.1浮頭式換熱器項目概況

　　1.1.1浮頭式換熱器項目名稱

　　1.1.2浮頭式換熱器項目建設(shè)單位

　　報告用途：發(fā)改委立項、申請資金、申請土地、銀行貸款、境內(nèi)外融資等 北京智博睿信息咨詢有限公司

　　1.1.3浮頭式換熱器項目擬建設(shè)地點

　　1.1.4浮頭式換熱器項目建設(shè)內(nèi)容與規(guī)模 1.1.5浮頭式換熱器項目性質(zhì)

　　1.1.6浮頭式換熱器項目總投資及資金籌措

　　1.1.7浮頭式換熱器項目建設(shè)期

　　1.2浮頭式換熱器項目編制依據(jù)和原則

　　1.2.1浮頭式換熱器項目編輯依據(jù) 1.2.2浮頭式換熱器項目編制原則 1.3浮頭式換熱器項目主要技術(shù)經(jīng)濟指標 1.4浮頭式換熱器項目可行性研究結(jié)論

　　第二章 浮頭式換熱器項目背景及必要性分析

　　2.1浮頭式換熱器項目背景

　　2.1.1浮頭式換熱器項目產(chǎn)品背景 2.1.2浮頭式換熱器項目提出理由 2.2浮頭式換熱器項目必要性

　　2.2.1浮頭式換熱器項目是國家戰(zhàn)略意義的需要

　　2.2.2浮頭式換熱器項目是企業(yè)獲得可持續(xù)發(fā)展、增強市場競爭力的需要

　　2.2.3浮頭式換熱器項目是當?shù)厝嗣衩撠氈赂缓驮黾泳蜆I(yè)的需要

　　報告用途：發(fā)改委立項、申請資金、申請土地、銀行貸款、境內(nèi)外融資等 北京智博睿信息咨詢有限公司

　　第三章 浮頭式換熱器項目市場分析與預(yù)測

　　3.1產(chǎn)品市場現(xiàn)狀

　　3.3市場形勢分析預(yù)測

　　3.4行業(yè)未來發(fā)展前景分析

　　第四章 浮頭式換熱器項目建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案 4.1浮頭式換熱器項目建設(shè)規(guī)模

　　4.2浮頭式換熱器項目產(chǎn)品方案

　　4.3浮頭式換熱器項目設(shè)計產(chǎn)能及產(chǎn)值預(yù)測

　　第五章 浮頭式換熱器項目選址及建設(shè)條件

　　5.1浮頭式換熱器項目選址

　　5.1.1浮頭式換熱器項目建設(shè)地點 5.1.2浮頭式換熱器項目用地性質(zhì)及權(quán)屬 5.1.3土地現(xiàn)狀

　　5.1.4浮頭式換熱器項目選址意見 5.2浮頭式換熱器項目建設(shè)條件分析

　　5.2.1交通、能源供應(yīng)條件 5.2.2政策及用工條件

　　5.2.3施工條件

　　報告用途：發(fā)改委立項、申請資金、申請土地、銀行貸款、境內(nèi)外融資等 北京智博睿信息咨詢有限公司

　　5.2.4公用設(shè)施條件 5.3原材料及燃動力供應(yīng)

　　5.3.1原材料 5.3.2燃動力供應(yīng)

　　第六章 技術(shù)方案、設(shè)備方案與工程方案 6.1項目技術(shù)方案

　　6.1.1項目工藝設(shè)計原則

　　6.1.2生產(chǎn)工藝

　　6.2設(shè)備方案

　　6.2.1主要設(shè)備選型的原則 6.2.2主要生產(chǎn)設(shè)備 6.2.3設(shè)備配置方案 6.2.4設(shè)備采購方式 6.3工程方案

　　6.3.1工程設(shè)計原則

　　6.3.2浮頭式換熱器項目主要建、構(gòu)筑物工程方案

　　6.3.3建筑功能布局 6.3.4建筑結(jié)構(gòu)

　　第七章 總圖運輸與公用輔助工程

　　報告用途：發(fā)改委立項、申請資金、申請土地、銀行貸款、境內(nèi)外融資等 北京智博睿信息咨詢有限公司

　　7.1總圖布置

　　7.1.1總平面布置原則

　　7.1.2總平面布置

　　7.1.3豎向布置

　　7.1.4規(guī)劃用地規(guī)模與建設(shè)指標

　　7.2給排水系統(tǒng)

　　7.2.1給水情況

　　7.2.2排水情況

　　7.3供電系統(tǒng) 7.4空調(diào)采暖

　　7.5通風(fēng)采光系統(tǒng)

　　7.6總圖運輸

　　第八章 資源利用與節(jié)能措施

　　8.1資源利用分析

　　8.1.1土地資源利用分析

　　8.1.2水資源利用分析

　　8.1.3電能源利用分析

　　8.2能耗指標及分析 8.3節(jié)能措施分析

　　8.3.1土地資源節(jié)約措施

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　　8.3.2水資源節(jié)約措施

　　8.3.3電能源節(jié)約措施

　　第九章 生態(tài)與環(huán)境影響分析

　　9.1項目自然環(huán)境

　　9.1.1基本概況

　　9.1.2氣候特點

　　9.1.3礦產(chǎn)資源

　　9.2社會環(huán)境現(xiàn)狀

　　9.2.1行政劃區(qū)及人口構(gòu)成 9.2.2經(jīng)濟建設(shè)

　　9.3項目主要污染物及污染源分析 9.3.1施工期 9.3.2使用期

　　9.4擬采取的環(huán)境保護標準 9.4.1國家環(huán)保法律法規(guī)

　　9.4.2地方環(huán)保法律法規(guī)

　　9.4.3技術(shù)規(guī)范

　　9.5環(huán)境保護措施

　　9.5.1施工期污染減緩措施 9.5.2使用期污染減緩措施

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　　9.5.3其它污染控制和環(huán)境管理措施

　　9.6環(huán)境影響結(jié)論

　　第十章 浮頭式換熱器項目勞動安全衛(wèi)生及消防 10.1勞動保護與安全衛(wèi)生

　　10.1.1安全防護 10.1.2勞動保護 10.1.3安全衛(wèi)生 10.2消防

　　10.2.1建筑防火設(shè)計依據(jù)

　　10.2.2總面積布置與建筑消防設(shè)計

　　10.2.3消防給水及滅火設(shè)備

　　10.2.4消防電氣 10.3地震安全

　　第十一章 組織機構(gòu)與人力資源配置

　　11.1組織機構(gòu)

　　11.1.1組織機構(gòu)設(shè)置因素分析 11.1.2項目組織管理模式

　　11.1.3組織機構(gòu)圖

　　11.2人員配置

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　　11.2.1人力資源配置因素分析 11.2.2生產(chǎn)班制 11.2.3勞動定員

　　表11-1勞動定員一覽表

　　11.2.4職工工資及福利成本分析

　　表11-2工資及福利估算表 11.3人員來源與培訓(xùn)

　　第十二章 浮頭式換熱器項目招投標方式及內(nèi)容

　　第十三章 浮頭式換熱器項目實施進度方案

　　13.1浮頭式換熱器項目工程總進度

　　13.2浮頭式換熱器項目實施進度表

　　第十四章 投資估算與資金籌措

　　14.1投資估算依據(jù)

　　14.2浮頭式換熱器項目總投資估算

　　表14-1浮頭式換熱器項目總投資估算表單位：萬元

　　14.3建設(shè)投資估算

　　表14-2建設(shè)投資估算表單位：萬元

　　14.4基礎(chǔ)建設(shè)投資估算

　　報告用途：發(fā)改委立項、申請資金、申請土地、銀行貸款、境內(nèi)外融資等 北京智博睿信息咨詢有限公司

　　表14-3基建總投資估算表單位：萬元

　　14.5設(shè)備投資估算

　　表14-4設(shè)備總投資估算單位：萬元

　　14.6流動資金估算

　　表14-5計算期內(nèi)流動資金估算表單位：萬元

　　14.7資金籌措

　　14.8資產(chǎn)形成第十五章 財務(wù)分析

　　15.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與參數(shù)選取

　　15.2營業(yè)收入、經(jīng)營稅金及附加估算

　　表15-1營業(yè)收入、營業(yè)稅金及附加估算表單位：萬元 15.3總成本費用估算

　　表15-2總成本費用估算表單位：萬元

　　15.4利潤、利潤分配及納稅總額預(yù)測

　　表15-3利潤、利潤分配及納稅總額估算表單位：萬元 15.5現(xiàn)金流量預(yù)測

　　表15-4現(xiàn)金流量表單位:萬元

　　15.6贏利能力分析

　　15.6.1動態(tài)盈利能力分析

　　16.6.2靜態(tài)盈利能力分析

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　　15.7盈虧平衡分析

　　15.8財務(wù)評價

　　表15-5財務(wù)指標匯總表

　　第十六章 浮頭式換熱器項目風(fēng)險分析

　　16.1風(fēng)險影響因素

　　16.1.1可能面臨的風(fēng)險因素

　　16.1.2主要風(fēng)險因素識別

　　16.2風(fēng)險影響程度及規(guī)避措施 16.2.1風(fēng)險影響程度評價

　　16.2.2風(fēng)險規(guī)避措施

　　第十七章 結(jié)論與建議 17.1浮頭式換熱器項目結(jié)論

　　17.2浮頭式換熱器項目建議

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　　09無機非（1）

　　材料工程基礎(chǔ)論文

　　管殼式換熱器論文

　　摘要;本文主要介紹管殼式換熱器。并分析其特點。關(guān)鍵詞：管殼式換熱器、傳熱管束、管板、折流板

　　正文：管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列則管外清洗方便，適用于易結(jié)垢的流體。管殼式換熱器

　　流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為*簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。

　　類型：由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因此換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過50 ℃時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所

　　09無機非（1）

　　材料工程基礎(chǔ)論文

　　采用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：

　?、?固定管板式換熱器 管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結(jié)構(gòu)簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應(yīng)力。

　　② 浮頭式換熱器 管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應(yīng)力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應(yīng)用較廣，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價較高。

　?、?u型管換熱器 每根換熱管皆彎成u形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

　　非金屬材料換熱器 化工生產(chǎn)中強腐蝕性流體的換熱，需采用

　　09無機非（1）

　　材料工程基礎(chǔ)論文

　　陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金屬材料制作管殼式換熱器。這類換熱器的換熱性能較差，只用于壓力低、振動小、溫度較低的場合。

　　流道的選擇

　　進行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：①不潔凈和易結(jié)垢流體宜走管程，因管內(nèi)清洗較方便；②腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕；③壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；④飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數(shù)與流速無關(guān),且冷凝液容易排出；⑤若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時，宜使傳熱分系數(shù)大的流體走殼程，以減小熱應(yīng)力。

　　操作強化

　　當管壁兩側(cè)傳熱分系數(shù)相差很大時（如粘度小的液體與氣體間的換熱），應(yīng)設(shè)法減小傳熱分系數(shù)低的一側(cè)的熱阻。如果管外傳熱分系數(shù)小，可采用外螺紋管（低翅片管），以增大管外一側(cè)的傳熱面積和流體湍動，減小熱阻。如果管內(nèi)傳熱分系數(shù)小，可在管內(nèi)設(shè)置麻花鐵，螺旋圈等添加物，以增強管內(nèi)擾動，強化換熱，當然這時流體的流動阻力也將增大。

　　管殼式換熱器-shell and tube heat exchanger 由一個殼體和包含許多管子的管束所構(gòu)成，冷、熱流體之間通過管壁進行換熱的換熱器。管殼式換熱器作為一種傳統(tǒng)的標準換熱設(shè)備，在化工、煉油、石油化工、動力、核能和其他工業(yè)裝置中得到普遍采用，特別是在高溫高壓和大型換熱器中的應(yīng)用占據(jù)**優(yōu)勢。通常的工作壓力可達4兆帕，工作溫度在200℃以下，在個別情況下還可達到更高的壓力和溫度。一般殼體直徑在1800毫米以下，管子長度在9米以下，在個別情況下也有更大或更長的。

　　09無機非（1）

　　材料工程基礎(chǔ)論文

　　為提高換熱器的傳熱效能，也可采用螺紋管、翅片管等。管子的布置有等邊三角形、正方形、正方形斜轉(zhuǎn)45°和同心圓形等多種形式，前3 種*為常見。按三角形布置時，在相同直徑的殼體內(nèi)可排列較多的管子，以增加傳熱面積，但管間難以用機械方法清洗，流體阻力也較大。管板和管子的總體稱為管束。管子端部與管板的連接有焊接和脹接兩種。在管束中橫向設(shè)置一些折流板，引導(dǎo)殼程流體多次改變流動方向，有效地沖刷管子，以提高傳熱效能，同時對管子起支承作用。折流板的形狀有弓形、圓形和矩形等。為減小殼程和管程流體的流通截面、加快流速，以提高傳熱效能，可在管箱和殼體內(nèi)縱向設(shè)置分程隔板，將殼程分為2程和將管程分為2程、4程、6程和8程等。管殼式換熱器的傳熱系數(shù)，在水-水換熱時為1400～2850瓦每平方米每攝氏度〔w/(m2〃℃)〕;用水冷卻氣體時，為10～280w/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽時，為570～4000w/(m2〃℃)。

　　分類

　　管殼式換熱器按結(jié)構(gòu)特點分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、ｕ型管式換熱器、雙重管式換熱器、填函式換熱器和雙管板換熱器等。前 3種應(yīng)用比較普遍。

　　固定管板式換熱器

　　它是管殼式換熱器的基本結(jié)構(gòu)形式。管子的兩端分別固定在與殼體焊接的兩塊管板上。在操作狀態(tài)下由于管子與殼體的壁溫不同，二者的熱變形量也不同，從而在管子、殼體和管板中產(chǎn)生溫差應(yīng)力。這一點在分析管板強度和管子與管板連接的可靠性時必須予以考慮。為減小溫差應(yīng)力，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)。固定管板式換熱器一般只在適當?shù)臏夭顟?yīng)力范圍、殼程壓力不高的場合下

　　09無機非（1）

　　材料工程基礎(chǔ)論文

　　采用。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，但參與換熱的兩流體的溫差受一定限制；管間用機械方法清洗有困難，須采用化學(xué)方法清洗，因此要求殼程流體不易結(jié)垢。

　　浮頭式換熱器

　　浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)為管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板與浮頭蓋用螺栓連接，形成可在殼體內(nèi)自由移動的浮頭。由于殼體和管束間沒有相互約束，即使兩流體溫差再大，也不會在管子、殼體和管板中產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭式換熱器適用于溫度波動和溫差大的場合；管束可從殼體內(nèi)抽出用機械方法清洗管間或更換管束。但與固定管板式換熱器相比，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高。

　　u型管式換熱器 一束管子被彎制成不同曲率半徑的u型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束。管板夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱即可直接將管束抽出，便于清洗管間。管束的u形端不加固定，可自由伸縮，故它適用于兩流體溫差較大的場合；又因其構(gòu)造較浮頭式換熱器簡單，只有一塊管板，單位傳熱面積的金屬消耗量少，造價較低，也適用于高壓流體的換熱。但管子有u形部分，管內(nèi)清洗較直管困難，因此要求管程流體清潔，不易結(jié)垢。管束中心的管子被外層管子遮蓋，損壞時難以更換。相同直徑的殼體內(nèi)，u形管的排列數(shù)目較直管少，相應(yīng)的傳熱面積也較小。

　　雙重管式換熱器

　　將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器。管程流體從管箱進口管流入，通過內(nèi)插管到達外套管的底

　　09無機非（1）

　　材料工程基礎(chǔ)論文

　　部，然后返向，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，*后從管箱出口管流出。其特點是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱。但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價較高。

　　填函式換熱器

　　填函式換熱器的結(jié)構(gòu)，管束一端與殼體之間用填料密封。管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭與殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價也較低；但填料處容易滲漏，工作壓力和溫度受一定限制，直徑也不宜過大。

　　雙管板換熱器管子兩端分別連接在兩塊管板上，兩塊管板之間留有一定的空間，并裝設(shè)開孔接管。當管子與一側(cè)管板的連接處發(fā)生泄漏時，漏入的流體在此空間內(nèi)收集起來，通過接管引出，因此可保證殼程流體和管程流體不致相互串漏和污染。雙管板換熱器主要用于嚴格要求參與換熱的兩流體不互相串漏的場合，但造價比固定管板式換熱器高。

　　特點

　　這種換熱器結(jié)構(gòu)較簡單，操作可靠，可用各種結(jié)構(gòu)材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應(yīng)用*廣的類型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流

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　　材料工程基礎(chǔ)論文

　　動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為*簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內(nèi)流體速度,可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應(yīng)用。

　　09無機非（1）

　　材料工程基礎(chǔ)論文

　　參考文獻：:///100k/?tid=3280 3.江南 易宏 甑亮 岑漢釗.管殼式換熱器殼程強化傳熱 研究進展.化肥工業(yè) 1998 25 6 : 27 321

　　4.羅運祿 譚志明 崔乃英 張繡云.氮肥廠換熱設(shè)備的強 化改造.化肥工業(yè) 2 : 21 251

　　江西科技師范大學(xué)

　　食品科學(xué)與工程專業(yè)《化工原理課程設(shè)計》說明書

　　題目名稱

　　列管式換熱器的設(shè)計

　　專業(yè)班級

　　11級食品科學(xué)與工程

　　學(xué)

　　號 學(xué)生姓名

　　胡利君 呂亞瓊 鐘翠 指導(dǎo)教師

　　常軍 博士

　　2012 年 11 月 06日

　　目錄

　　1.概述…………………………………………………………………………………1.1設(shè)計方案………………………………………………………………………1

　　1.1.1設(shè)計條件…………………………………………………………………1

　　1.1.2選擇換熱器類型…………………………………………………………1

　　1.1.3傳熱器管程安排…………………………………………………………1.2設(shè)計換熱器的要求……………………………………………………………2 2.衡算…………………………………………………………………………………2

　　2.1傳熱面積的計算………………………………………………………………2

　　2.1.1定性溫度的確定…………………………………………………………3

　　2.1.2計算平均傳熱溫差………………………………………………………3

　　2.1.3初算傳熱面積……………………………………………………………3

　　2.2工藝結(jié)構(gòu)尺寸…………………………………………………………………3

　　2.2.1管徑和管內(nèi)流速…………………………………………………………3 2.2.2管程數(shù)和傳熱數(shù)管數(shù)……………………………………………………3 2.2.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)……………………………………………2.2.4傳熱管排列和分程方法…………………………………………………4

　　2.2.5殼體直徑…………………………………………………………………4

　　2.2.6折流板……………………………………………………………………4 2.2.7接管………………………………………………………………………2.3換熱器核算……………………………………………………………………5 2.3.1傳熱面積校正……………………………………………………………5 2.3.2殼程傳熱膜系數(shù)…………………………………………………………6 2.3.3污垢熱阻和壁管熱阻……………………………………………………6 2.3.4換熱器內(nèi)壓降得核算……………………………………………………7 3.總結(jié)………………………………………………………………………………8 4.附錄………………………………………………………………………………9 4.1計算總表………………………………………………………………………9 4.2設(shè)備選型表…………………………………………………………………10 5.圖紙………………………………………………………………………………11 6.參考文獻及資料…………………………………………………………………12

　　1.概述 1.1設(shè)計方案

　　換熱器是化工、石油、食品及其他許多部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中常用的一種換熱機械裝置。按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)皿和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間璧式。

　　本設(shè)計以列管式換熱器為模型，以進口溫度5℃、出口溫度70℃、流量為30m3/h為 設(shè)計條件，針對列管式換熱器生產(chǎn)過程中*主要的設(shè)備部件進行模擬設(shè)計和選型，本論文進行工藝設(shè)計、主要設(shè)備及附件尺寸的設(shè)計。

　　1.1.1設(shè)計條件

　　兩流體的溫度變化情況：熱流體進口溫度160℃，出口溫度105℃；流體進口溫度5℃，出口溫度70℃。冷流體的流量為30m3/h。

　　1.1.2 選擇換熱器的類型

　　列管式換熱器可分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器和u型管式換熱器。該換熱器用飽和水蒸氣加熱，冬季操作時，其進口溫度會降低，故而會加大管壁溫度和殼體溫度之差，所以溫差較大。同時，在清洗和檢修時，整個管束可以從殼體中抽出，因此應(yīng)選用浮頭式換熱器。

　　1.1.3傳熱管管程安排

　　由于水較易結(jié)垢，如果流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降；因此，飽和水蒸汽應(yīng)走殼程，水走管程。

　　1.2設(shè)計換熱器的要求

　?。?）合理的實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件

　　傳熱量流體的物熱力學(xué)參數(shù)與物理化學(xué)性質(zhì)是工藝過程所規(guī)定的條件。設(shè)計者應(yīng)根據(jù)這些條件進行熱力學(xué)和流體力學(xué)的計算，經(jīng)過反復(fù)比較，使所設(shè)計的換熱器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量，其具體做法如下。

　　?增大傳熱系數(shù)?在綜合考慮流體阻力及不發(fā)生流體誘發(fā)振動的前提下，盡量選擇高的流速。

　　?提高平均溫差？對于無相變的流體，盡量采用接近逆流的傳熱方式。因為這樣不僅可以提高平均溫差，還有助于減少結(jié)構(gòu)中的溫差應(yīng)力，在允許的條件下，可提高熱流體的進口溫度或降低冷流體的進口溫度。

　　?妥善布置傳熱面？例如在管殼式換熱器中，采用合適的管間距和排列方式，不僅可以加大單位空間內(nèi)的傳熱面積，還可以改善流體的流動性質(zhì)，錯列管束的傳熱方式比并列管束的好。如果換熱器中的一側(cè)有相變，另一側(cè)流體為氣相，可在氣相一側(cè)的傳熱面上加翅片，以增大傳熱面積，更有利于熱量的傳遞

　?。?）安全可靠

　　換熱器是壓力容器，在進行強度，剛度，溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時，應(yīng)遵循我國《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定》與《鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定》

　　等有關(guān)規(guī)定與標準。這對保證設(shè)備的安全可靠起著重要作用

　　（3）有利于安裝，操作與維修

　　直立設(shè)備的安全費往往低于水平或傾斜的設(shè)備。設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與裝拆，在廠房移動時不會受到樓梯，梁柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣，液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層

　?。?）經(jīng)濟合理

　　評價換熱器的*終指標是：在一定的時間內(nèi)固定費用（設(shè)置的購置費和安裝費等）與操作費（動力費，清洗費，維修費等）的總和為*小。在設(shè)計或選型時如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一指標尤為重要。

　　傳熱面上垢層的產(chǎn)生和增厚，使傳熱系數(shù)不斷降低，傳熱量隨之減少，故有必要停止操作進行清洗。在清洗時不僅無法傳遞熱量，還要支付清洗費，這部分費用必須從清洗后傳熱條件的改善得到補償，因此存在一*適宜的運行周期

　　嚴格的講，如果孤立的從換熱器本身來進行經(jīng)濟核算已確定適宜的操作條件與適宜的尺寸是不夠**的，應(yīng)以整個設(shè)備為對象進行經(jīng)濟核算或設(shè)備的優(yōu)化。但要解決這樣的問題難度很大，當影響換熱器的各項因素改變后對整個系統(tǒng)的效益關(guān)系影響不大時，按照上述觀點單獨地對換熱器進行經(jīng)濟核算仍然是可行的

　　選擇換熱器時，要遵循經(jīng)濟，傳熱效果優(yōu)，方便清洗，符合實際需要等原則

　　2.衡算

　　2.1傳熱面積的計算

　　2.1.1定性溫度的確定

　　5?70?37.5?c 2t1?t2?160?105?132.5?c

　　熱流體的定性溫度：?t?22 冷流體的定性溫度：?t?t1?t2?2?1?附錄三水在平均溫度37.5?c下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)由?可得

　　cp,c?4.174?103j/?kg.k?992.2kg/m3,653.3?10?6pa.s

　　?0.635w/(m.k)

　　?1?附錄三飽和水蒸汽在平均溫度132.5?c的有關(guān)物性數(shù)據(jù)由?可得

　　cp,h?4.266?103j/(kg.k),1.650kg/m3,217.8?10?6pa.s

　　?0.686w/(m.k)

　　熱負荷（忽略熱損失）：

　　30?992.2qt?qm,ccp,c(t2?t1)?4.174?103?(70?5)?2.24?106w

　　3600飽和水蒸汽用量（忽略熱損失）：

　　qm,hqt2.24?106?9.55kg/s 3cp,h?t4.266?10?55

　　2.1.2計算平均傳熱溫差

　　?t1?t1?t1?105?5?100?c ?t2?t2?t2?160?70?90?c

　　因為?t1100?2，所以 ?t290?tm逆=?t1?t2100?90?95?c 22

　　2.1.3初算傳熱面積

　　由于殼程氣體的壓力較大，故可選較大的k值。假設(shè)k?610w/(m2.c)，則可估算傳熱面積為：

　　qt2.24?106s估=?38.65m2

　　k?tm610?95

　　2.2工藝結(jié)構(gòu)和尺寸

　　2.2.1管徑和管內(nèi)流速

　　取管內(nèi)流速u?1.8m/s，傳熱數(shù)管數(shù)n?10

　　d?4qv4?30/3600?0.024m ?un?1.8?10?2?由?附錄二十一?查閱可選用?33.5?3.25mm規(guī)格的鋼管得d?0.027m

　　根據(jù)

　　4q4?30/3600u?v2?1.4m/s

　　?d?0.0272

　　2.2.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)

　　4qv4?30/3600ns?11

　　?d2u?0.0272?1.4按單程管設(shè)計，所需的傳熱管長度為：

　　l? s估?d0ns?38.65?33.4?34

　　?0.0335?11

　　按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計實際情況采用非標準設(shè)計，先去傳熱管長度l?8.5m，則該換熱管的管程數(shù)為：

　　l34

　　np?4

　　l8.5傳熱管總數(shù)： n?11?4?44

　　2.2.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)

　　平均溫差校正系數(shù)如下：

　　p?t2?t170?5?0.42 t1?t1160?5t1?t2160?105?0.85 t2?t170?51r?按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查參考文獻?圖4-25得?t?0.943平均傳熱溫差：

　　?tm?t?tm逆=0.943?95=89.585?c

　　由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8，同時殼程流體流量較小，故取雙殼程合適。

　　2.2.4傳熱管排列和分程方法

　　采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。

　　取管心距pt?1.25d0，則pt?1.25?33.5?41.875?42mm 隔板中心到離其*近一排管中心距離：

　　pz?t?6?27mm 各程相鄰管的管心距為54mm。

　　2.2.5殼體直徑

　　采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體直徑可按參考文獻?式（4-15）估算。取管板利

　　2用率，則殼體直徑為：

　　d?1.05ptn/?1.05?4244/0.75?337.78mm

　　按卷制殼體的進級檔，可取d?400mm。

　　2.2.6折流板

　　采用弓形折流板，取弓形折流板園缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為

　　h?0.25?400?100mm

　　可取h?100mm。

　　取折流板間距b?0.3d(0.2d?b?d)，則

　　b?0.3?400?120mm

　　可取b為120mm。

　　折流板數(shù)目nb?

　　傳熱管長8500-1=-1=69.8?70

　　折流板間距1202.2.7接管

　　殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)流體流速ui?2.5m/s，則接管內(nèi)徑為：

　　d?4qv?ui4?0.?0.0698m

　　?2.5圓整后可取管內(nèi)徑為70mm。

　　管程流體進出口接管，取接管內(nèi)流體流速u2?7m/s，則接管內(nèi)徑為：

　　d?

　　4?30/3600?0.389m

　　?72.3換熱器核算

　　2.3.1傳熱面積校正

　　管程傳熱膜系數(shù)?0.023?dire0.8pr0.4

　　管程流體流通截面積

　　?nsi?d2?0.0272?44?1/8?0.m2

　　42管程流體流速和雷諾數(shù)分別為：

　　ui?qv30/3600?0.6624m/s si0.re?diu?/?0.027?0.6624?992.2? ?6653.3?10普朗特數(shù)：

　　4.174?103?653.3?10?6pr?4.29

　　?0.635cp?i?0.023 ?dire0.8pr0.4?0.023?0.635?.8?4.290.4?3414w/(m2.c)0.027

　　2.3.2殼程傳熱膜系數(shù)

　　?0?0.36?id'e?re00.55pr(?/?w)0.14

　　13管子按正三角形排列，傳熱當量直徑為：

　　4(d'e?32?23?pt?d0)4?(?0.0422-?0.)2424==0.025m2

　　?d0?0.0335殼程流通截面積：

　　s0=bd(1-d033.5)=120?400?(1-)=9.714?10-3m2

　　pt42殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： 9.55/1.65u0==60m/s

　　0..027?595.8?1.655 re0==1.22?10-6217.8?10普朗特數(shù): 4.266?103?217.8?10-6pr0==1.362

　　68.2?10-2粘度校正：

　　(?/?w)0.14=1.05

　　10.6825?0=0.36?(1.22?10)?1.3623?1.05=7171w/m2.c

　　0.025

　　2.3.3污垢熱阻和管壁熱阻

　　查參考文獻?表4-6，管外側(cè)污垢熱阻r0?0,管內(nèi)側(cè)污垢熱阻

　　1ri=0.0002(m2.c)/w，根據(jù)我們的清洗方式估計管內(nèi)污垢熱阻變化大概是在

　　10％-20％已知管壁厚度b=0.0335m，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50w/(m.c)。

　　總傳熱系數(shù)k：

　　dm=0.0225m2

　　k?11?1223w/(m2.c)d0rdbd0..0002?0.8?0..0335?0.?i0?0?r0?0.0270.635?0.?idid?dm??0.027

　　傳熱面積校核：

　　qt2.24?106s'?==19m2

　　k?tm逆1223?95換熱器的實際傳熱面積為s: s?d0lnt?0.0335?8.5?44?39m2

　　換熱器面積裕度為：

　　s/s'?39/19?2.05

　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。

　　2.3.4換熱器內(nèi)壓降得核算

　　管程阻力：

　　?pi?(?p1?p2)nsnpft

　　l?ui2

　　ns?1,np?2? ,p?1?d21由re?，傳熱管相對粗糙度0.01，查參考文獻?中?re雙對數(shù)坐標圖得?0.038，流速ui?1.40m/s，992.2kg/m3，所以：

　　8.5992.2?1.42?p1?0.038?.3pa

　　0..2?1.42?p2?3?3?2917pa

　　22?pi?(.3?2917)?11?4?1.4?pa ?ui2管程流體阻力在允許范圍內(nèi)。

　　殼程阻力：

　　?p0?(?p1'?p2')ftns

　　其中ns?1,ft?1

　　流體流經(jīng)管束的阻力：

　　?p1'?ff0nc(nb?1)?u022

　　0.??f?0.5

　　f0?5?re0?0.22?0.35

　　nc?1.1n?1.1?44?7.3

　　nb?70

　　u0?595.m8s/

　　1.65?595.82?p1'?0.5?0.35?7.3?(70?1)?

　　2流體流過折流板缺口的阻力：

　　2h?u02 ?p2'?nb(3.5?)d2其中h?0.1m,d?0.4m

　　1.65?595.82?p2'?70?(3.5?0.5)?

　　2總阻力：?p???

　　3.總結(jié)

　　經(jīng)過三個星期的努力，我們的設(shè)計終于完成了。也許可能存在很多不足之處，但是看到我們的成果也感到很欣慰。通過這次設(shè)計，讓我們在各個方面都有很大提高，在設(shè)計中經(jīng)常查找資料提高了我們檢索和查閱資料的能力，我們還學(xué)會了一些關(guān)于設(shè)計的基本操作和基本規(guī)范，在計算過程中更加仔細和嚴謹，同時進一步扎實了所學(xué)的理論知識，對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識進行了一次綜合運用和系統(tǒng)復(fù)習(xí)，思維方式和設(shè)計思想有了進一步提高。因為此次設(shè)計由三個人一起完成，所以我們充分運用了團隊協(xié)作，通過分工合作，培養(yǎng)了我們的團隊意識和協(xié)作精神，也增進了朋友間的友誼。當然，在這次設(shè)計中，我們有很多方面有待加強，比如說沒有完全理解設(shè)計中的一些問題，還有不會靈活地運用公式。具體有在找飽和水蒸汽熱阻時，查了很多資料，沒有找到相關(guān)數(shù)據(jù)，所以我們將它假定為零。

　　4.參考文獻及資料

　　(1)王志魁，劉麗英，劉偉.化工原理第四版?m?北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010(2)申迎華，郝曉剛.化工原理課程設(shè)計?m?北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009(3)方書起，魏新利.化工設(shè)備課程設(shè)計指導(dǎo)?m?北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010

　　附錄一

　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果

　　參數(shù) 流量

　　進(出)口溫度/?c 定性溫度/?c

　　管程

　　30m3/h

　　殼程

　　3438kg/h 160(105)

　　5(70)

　　37.5 992.2 5(70)37.5 992.2 4.147

　　653.3?10?6

　　0.635 4.29 浮頭式 1400

　　132.5 1.650 160(105)132.5 1.650 4.266

　　217.8?10?6

　　0.686 1.3652 / / / / /

　　/

　　/

　　殼程

　　6.0

　　7171

　　0.117 密度/kg/m3 進(出)口溫度/?c

　　定性溫度/?c

　　密度/kg/m3

　　定壓比熱容/kj/kg.c

　　黏度/pa.s 熱導(dǎo)率/w/m.c

　　普朗特數(shù) 型號

　　殼體內(nèi)徑/mm 管徑/mm 管長/mm 管數(shù)目/根

　　?33.5?2.5

　　8500 44 38.65 4 管程 1.32 5927 0. 傳熱面積/m2

　　管程數(shù) 主要計算結(jié)果 流速m/s 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/w(m2.c)

　　阻力/mpa

　　污垢熱阻/(m2.c)/w

　　熱流量/kw

　　0.0002

　　0

　　2.24?106

　　1001 2.05 1 1 32 正三角形 70 120 碳鋼 傳熱溫差/?c 傳熱系數(shù)/w/m2.c

　　裕度/％ 殼程數(shù) 臺數(shù)

　　管心距/mm

　　管子排列 折流板數(shù)/個

　　折流板間距/mm

　　材質(zhì)

　　附錄2 設(shè)備選型表

　　序號 名稱 1 折流板 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

　　規(guī)格

　　長280mm ?33.5?3.25mm型號

　　psjj7a132-0-4 定距管 殼體 封頭 接管 接管 螺母 法蘭 支座 墊片 傳熱管 拉桿1 拉桿2 頂絲 螺柱 管板 管板

　　厚2.5mm dn1100mm ?70?2.5mm ?40?1.5mm m20 rf 550-2.5

　　數(shù)量 生產(chǎn)廠家 8 石家莊藍寶機械制造有限

　　公司

　　gb/-1994 265 上海斯普熱能技術(shù)有限公

　　司

　　q235-a 1 淄博泰勒換熱設(shè)備有限公

　　司

　　q235-a 2 阿里巴巴-佛山市順德區(qū)佛

　　茂鋼材貿(mào)易有限公司

　　br01-a 2 上?；ぱb備有限公司 br006 gb6170-92 hg 156 2 1 2

　　上海化工裝備有限公司 沙河市四方緊固件制造有

　　限公司

　　武漢威孚熱工技術(shù)有限公司

　　河北同力自控閥門制造有限公司

　　西安捷安達換熱設(shè)備廠 山東省聊城市**金屬制品有限公司

　　河北滄州上浦電器設(shè)備有限公司

　　河北滄州上浦電器設(shè)備有限公司

　　山東宏達科技集團有限公司

　　沙河市四方緊固件制造有限公司

　　澳昭美金屬材料有限公司 澳昭美金屬材料有限公司 廣州市柯凌自控閥門有限公司

　　安徽德儀儀器儀表有限公司公司 耳式支座b2 jb1165-732 25mm ?25?2.5mm ?25mm ?25mm

　　jb-t4704-2000

　　gb/t8162-1999 265 psjj7a1.32-0-5 4 psjj7a1.32-0-7 3 gb85-88 jb-t4707-2000 72 m20

　　psjj7a1.32-0-2 1 psjj7a1.32-0-6 1

　　pn-yfq-025s 1 折流擋雙弓型 板

　　壓力泵

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