2-管壳式热交换器第三部分
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管壳式换热器强化传热技术概述马越中国矿业大学化工学院,江苏徐州,221116摘要:总结了近年来国内外新型管壳式换热器的研究进展,从管程、壳程、管束三方面介绍了管壳式换热器的发展历程、结构改进及强化传热机理,并与普通弓形折流板换热器进行对比,概括了各式换热器的强化传热特点。
最后指出了换热器的研究方向。
关键词:管壳式换热器;强化传热;研究方向Overview of the Shell and Tube Heat Exchangers about Heat TransferEnhancement TechnologyMA YueCUMT,Xuzhou,jiangsu,221116Abstract:Abstract : The research progress of shell and tube heat exchanger were summarized. The development structural improvement and heat transfer enhancement of the heat exchangers were introduced through three aspects e. g. tube pass shell pass and the whole tub bundle etc. Compared with the traditional segmental bame heat exchanger various types of heat exchangers'characteristics about heat transfer enhancement were epitomized。
At last,the studying directions of heat exchangers were pointed out.Key words:shell and tube heat exchanger;heat transfer enhancement;studying direction1引言《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出,到2015年,全国万元国内生产总值能耗下降到0。
3.3 换热器选择3.3.1 换热器的类型换热器种类很多,按热量交换原理和方式,可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。
其中间壁式换热器按传热面的形状和结构可分为:管壳式、板式、管式、液膜式、板壳式与热管。
目前,在换热设备中,使用量最大的是管壳式换热器。
管壳式换热器又称列管式换热器,该类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广泛的应用。
近年来,尽管受到了其他新型换热器的挑战,但反过来也促进其自身的发展。
在换热器向高参数、大型化发展的今天,管壳式换热器仍占主导地位。
列管式换热器可根据其结构特点,分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。
各类换热器特性如下表。
表3-1 各类换热器特性3.3.2 换热器选型原则换热器选型时需要考虑的因素很多,主要是流体的性质;压力、温度及允许压力降得范围;对清洗、维修的要求;材料价格;使用寿命等。
本项目选用目前应用最广泛的列管式换热器。
列管式换热器中常用的是固定管板式和浮头式两种。
一般要根据物流的性质、流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修清洗等要素决定选用列管换热器的型式。
从经济角度看,只要工艺条件允许,应该优先选用固定管板式换热器。
但遇到以下两种情况时,应选用浮头式换热器。
①壳壁与管壁的温差超过70℃;壁温相差50~70℃。
而壳程流体压力大于0.6MPa时,不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。
②壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。
综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面,本次设计主要采用浮头式和固定管板式换热器。
3.3.3换热管规格选择①管子的外形:列管换热器的管子外形有光滑管和螺纹管两种。
一般按光滑管设计。
当壳程膜系数低,采取其他措施效果不显著时,可选用螺纹管,它能强化壳程的传热效果,减少结垢的影响。
②管子的排列方式:相同壳径时,采用正三角形排列要比正方形排列可多排布管子,使单位传热面积的金属耗量降低。
第⼗章管壳式换热器第⼗章管壳式换热器第⼀节管壳式换热器基本知识【学习⽬标】学习GB151-1999《管壳式换热器》,了解该标准适⽤范围及相关定义、规定。
了解管壳式换热器型号表⽰⽅法。
⼀、GB151《管壳式换热器》标准适⽤范围GB151-1999《管壳式换热器》标准规定了⾮直接受⽕管壳式换热器(已下简称“换热器”)的设计、制造、检验和验收的要求。
GB151-1999《管壳式换热器》1 “范围”⼆、换热器型号表⽰⽅法GB151-1999《管壳式换热器》标准第3章“总则”中,规定了换热器型号的表⽰⽅法。
1、换热器的主要组合部件(GB151图1)图10-1 AES、BES浮头式换热器1-平盖;2-平盖管箱(部件);3-接管法兰;4-管箱法兰;5-固定管板;6-壳体法兰;7-防冲板8-仪表接⼝;9-补强圈;10-壳体(部件);11-折流板;12-旁路挡板;13-拉杆;14-定距管;15-⽀持板;16-双头螺柱或螺栓;17-螺母;18-外头盖垫⽚;19-外头盖侧法兰;20-外头盖法兰;2、换热器型号的表⽰⽅法采⽤碳素钢、低合⾦钢冷拔钢管做换热管时,其管束分为Ⅰ、Ⅱ两级:Ⅰ级管束——采⽤较⾼级、⾼级冷拔钢管;Ⅱ级管束——采⽤普通级冷拔钢管。
⽰例:a )浮头式换热器平盖管箱,公称直径500mm ,管程和壳程设计压⼒均为1.6MPa ,公称换热⾯积54m 2,碳素钢较⾼级冷拨换热管外径25mm ,管长6m ,4管程,单壳程的浮头式换热器,其型号为:4256546.1500----AES Ⅰ b )固定管板式换热器封头管箱,公称直径700mm ,管程设计压⼒2.5MPa ,壳程设计压⼒1.6MPa ,公称换热⾯积200m 2,碳素钢较⾼级冷拨换热管外径25mm ,管长9m ,4管程,单壳程的固定管板式换热器,其型号为:42592006.15.2700----BEM Ⅰ c )U 形管式换热器封头管箱,公称直径500mm ,管程设计压⼒4.0MPa ,壳程设计压⼒1.6MPa ,公称换热⾯积75m 2,不锈钢冷拨换热管外径19mm ,管长6m ,2管程,单壳程的U 形管式换热器,其型号为:2196756.10.4500----BIU f )填料函式换热器平盖管箱,公称直径600mm ,管程和壳程设计压⼒均为1.0MPa ,公称换热⾯积90m 2,16Mn 较⾼级冷拨换热管外径25mm ,管长6m ,2管程,2壳程的填料函浮头式换热器,其型号为:22256900.1600----AFP Ⅰ三、换热器部分定义及规定GB 151标准许多定义和规定是与GB 150⼀致的,以下内容摘录了⼀部分不同于GB 150的规定。
一、课程设计题目管壳式换热器的设计二、课程设计内容1.管壳式换热器的结构设计包括:管子数n,管子排列方式,管间距的确定,壳体尺寸计算,换热器封头选择,容器法兰的选择,管板尺寸确定塔盘结构,人孔数量及位置,仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。
2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核(1)根据设计压力初定壁厚;(2)确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力;(3)计算是否安装膨胀节;(4)确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚,并进行强度和稳定性校核。
3. 筒体和支座水压试验应力校核4. 支座结构设计及强度校核包括:裙座体(采用裙座)、基础环、地脚螺栓5. 换热器各主要组成部分选材,参数确定。
6. 编写设计说明书一份7. 绘制2号装配图一张,Auto CAD绘3号图一张(塔设备的)。
三、设计条件气体工作压力管程:半水煤气0.75MPa壳程:变换气 0.68 MPa壳、管壁温差55℃,tt >ts壳程介质温度为220-400℃,管程介质温度为180-370℃。
由工艺计算求得换热面积为140m2,每组增加10 m2。
四、基本要求1.学生要按照任务书要求,独立完成塔设备的机械设计;2.设计说明书一律采用电子版,2号图纸一律采用徒手绘制;3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺;学生自备图纸、橡皮与铅笔;4.画图结束后,将图纸按照统一要求折叠,同设计说明书统一在答辩那一天早上8:30前,由班长负责统一交到HF508。
5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。
五、设计安排六、说明书的内容1.符号说明2.前言(1)设计条件;(2)设计依据;(3)设备结构形式概述。
3.材料选择(1)选择材料的原则;(2)确定各零、部件的材质;(3)确定焊接材料。
4.绘制结构草图(1)换热器装配图(2)确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置,以单线图表示;(3)标注形位尺寸。
(4)写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5.壳体、封头壁厚设计(1)筒体、封头及支座壁厚设计;(2)焊接接头设计;(3)压力试验验算;6.标准化零、部件选择及补强计算:(1)接管及法兰选择:根据结构草图统一编制表格。
管壳式换热器设计-课程设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN河南理工大学课程设计管壳式换热器设计学院:机械与动力工程学院专业:热能与动力工程专业班级:11-02班学号:姓名:指导老师:小组成员:目录第一章设计任务书 (1)第二章管壳式换热器简介 (2)第三章设计方法及设计步骤 (4)第四章工艺计算 (5)物性参数的确定 (5)核算换热器传热面积 (5)传热量及平均温差 (6)估算传热面积 (8)第五章管壳式换热器结构计算 (9)换热管计算及排布方式 (9)壳体内径的估算 (12)进出口连接管直径的计算 (13)折流板 (13)第六章换热系数的计算 (18)管程换热系数 (18)壳程换热系数 (19)第七章需用传热面积 (21)第八章流动阻力计算 (23)管程阻力计算 (24)壳程阻力计算 (25)总结 (27)第一章设计任务书煤油冷却的管壳式换热器设计:设计用冷却水将煤油由140℃冷却冷却到40℃的管壳式换热器,其处理能力为10t/h,且允许压强降不大于100kPa。
设计任务及操作条件1、设备形式:管壳式换热器2、操作条件(1)煤油:入口温度140℃,出口温度40℃(2)冷却水介质:入口温度26℃,出口温度40℃第二章管壳式换热器简介管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。
纵然各种板式换热器的竞争力不断上升,管壳式换热器依然在换热器市场中占主导地位。
目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热,提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。
强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方式,其中提高传热系数是强化传热的重点,主要是通过强化管程传热和壳程传热两个方面得以实现。
目前,管壳式换热器强化传热方法主要有:采用改变传热元件本身的表面形状及表面处理方法,以获得粗糙的表面和扩展表面;用添加内物的方法以增加流体本身的绕流;将传热管表面制成多孔状,使气泡核心的数量大幅度增加,从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力;改变管束支撑形式以获得良好的流动分布,充分利用传热面积。