50kw壳管式干式蒸发器毕业设计.docx

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1、50kW壳管式干式蒸发器毕业设计目录1 绪论11. 1课题的提出和研究容11.1.1 课题背景11. 1.2课题任务21.2 干式蒸发器21.2.1 干式蒸发器简介21.2.2 干式蒸发器与满液式蒸发器的区别21.3 壳管式换热器31.3.1 1壳管式换热器简介31.3.2 壳管式换热器分类41.3.3 壳管式换热器的发展62设计与计算的理论概述82.1壳管式换热器的结构82. 1.1管程结构83. 2.2壳程结构82.2 管程和壳程数的确定92.3 流动空间的选择92.4 流体流速的选择112.5 4流体流动方式的选择122.6 5流体温度和流体终温的确定122.6材质的选择123结构初步设

2、计计算132.7 1设计方案确定/133.2 设计条件确定133.3 制冷剂质量流量计算133.4 冷冻水流量计算133.5 5对数传热温差初步计算143.6 管长初步计算143.7 结构初步设计154换热器计算172.8 1壳程换热系数计算174.2 管换热系数的计算184.3 制冷剂流动阻力及传热温差的计算194.3 .1制冷剂的流动阻力计算194.4 .2实际对数平均温差204.4 传热系数KO及按表面计算的热流密度Z214. 4.1传热系数Ko215. 4.2按表面计算的实际热流密度214.5 所需传热面积225总体结构设计235.1 换热管设计235.2 壳体结构设计255.2.1壳

3、体壁厚的确定255.2.2壳体直径的确定265.3进出口设计275.3.1壳程接管设计275.3.2管程接管设计275.3 端盖设计285.4 管板设计285.5 5折流板设计305.5 .1折流板型式305.6 .2折流板尺寸305.6拉杆和定距管321.1.1 1拉杆的直径和数量321.1.2 拉杆的位置321.1.3 定距管尺寸335. 7结构部件明细表346U型管换热器的制造、检验和验收356.1 换热器的制造351. 1.1换热器的主要受压部分的焊接接头356. 1.2管箱、壳体和头盖357. 1.3换热管358. 1.4管板369. 1.5换热管与管板的连接3610. 1.6折流板

4、、支撑板3611. 1.7管束的组装3712. 1.8换热器的密封面3713. 1.9换热器的组装3714. 1.10无损检测3715. 1.11压力试验3716. 1.12铭牌386.2 安装、试车和维护381. 2.1安装386. 2.2试车397. 2.3维护39结论40致谢错误!未定义书签。附录42附录1换热器设计计算表42附录2换热器整体结构图45参考文献461绪论换热器是一种实现物料之间传递热量的节能设备，在石油，化工，动力，食品，轻工等行业应用普遍。在炼油，化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%45%。近年来随着节能技术的发展，换热器的应用领域不断扩大带来了显

5、著的经济效益。换热器的种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分为三大类，即间壁式、混合式和蓄热式。在三大类换热器中，间壁式换热器应用最多。间壁式换热器又可分为夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和壳管式换热器。其中壳管式换热器（又称列管式）是最典型的问壁式换热器，它在工业应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占有主导的地位。1.1 课题的提出和研究容1.1.1 课题背景目前在国的冷水机组中，蒸发器主要有以下几种形式：满液式、干式、降膜式、板式和套管式。在大中型的冷水机组中，壳管式换热器是最主要的换热器形式，考虑到成本和结构尺寸的限制，板式和套管式换热

6、器主要应用于小型的涡旋和螺杆机组。壳管式蒸发器主要有干式和满液式两种，对于热泵机组，考虑到能够在制冷制热两种工况下运行，干式换热器还是绝对的首选，满液式蒸发器在热泵上的应用相对来说还不成熟。对于冷水机组，由于满液式蒸发器具有更高的换热性能，已经受到越来越多的制冷设备制造商的青睐，但是其致命的弱点是机组的回油问题，特别是在低温工况下尤为严重，增加回油设备一方面增加了成本另一方面也降低了机组的可靠性。干式蒸发器的应用则相对要成熟很多，采用干式蒸发器不需要单独的换热器回油设计，但是其缺点是系统效率却会有所降低。干式换热器性能接近板式换热器，但对于像R134a这类环保的替代工质，板式换热器在稍大的冷量

7、围性能会因为制冷剂分配不均而有所降低而且价格一般偏贵。随着国空调行业的迅猛发展和新的国家强制性空调能效标准的颁布，高效和环保已经成为制冷空调行业的发展方向，因此对于在新型工质下如何提高这种运行可靠的传统换热器型式一一干式蒸发器性能的研究是个很有意义的课题。1.1.2 课题任务本次设计的蒸发器是50kW壳管式干式蒸发器，主要完成的是冷冻水和制冷剂之间的热量交换，在设计工况下能够正常运行，达到预期的标准，材料选择达到设计压力的要求，换热器尽可能的减少泄漏。同时在保证技术条件的前提下，换热器外观设计尽量美观，整体尺寸尽量小。主要设计任务包括设计条件的确定、设计方案的选择、换热计算、结构设计，其中结构

8、设计又包括管板、端盖、折流板、拉杆、定距杆、法兰、进出口的设计等几个方面。具体设计条件见表表ITT设计条件制冷剂负荷蒸发温度冷凝温度冷冻水进口温度冷冻水出口温度R2250kW2321271.2 干式蒸发器1.2.1 干式蒸发器简介干式蒸发器是液体制冷剂经节流后从蒸发器一端的端盖进入管程，端盖上铸有隔板，制冷剂经过两个或多个流程蒸发并吸收载冷剂的热量后从同一个端盖出来后进入压缩机。如果端盖隔板垫片泄漏，会使制冷剂短路，造成回液及制冷能力下降。这种蒸发器的主要特点是：制冷剂在管完全蒸发并过热成为过热气体，这有利于使用热力膨胀阀自动调节供液量。通常使用的制冷剂有R22、R134a.R407c.R41

9、0a等。因为制冷剂在管蒸发，只要管流速超过4ms,就可以把管的润滑油带回压缩机，回油方便。在设计当中，壳程采用GB151或TEMA规定的E型结构（折流板型式），折流板的缺口大小根据载冷剂的物理性质与流量大小开15%50%的缺口，通常情况下，折流板缺口的流速与载冷剂横向掠过管束的流速大致相等，为了保证换热效果，折流板与壳体壁的间隙、换热管与折流板的间隙要小于或等于GB151或TEMA规定的最小间隙，特别是在低温情况下，这些间隙显得尤为重要，由于在低温情况下，载冷剂一般为高粘度流体，流速慢，热阻相对增大，间隙泄漏更加明显，所以在低温情况下对间隙的控制一定要更加严格。1.2.2 干式蒸发器与满液式蒸

10、发器的区别干式蒸发器的制冷剂在管流动，水在管簇外流动。制冷剂流动通常有几个流程，由于制冷剂液体的逐渐气化，通常越向上，其流程管数越多。为了增加水侧换热，在壳体传热管的外侧设有若干个折流板，使水多次横掠管簇流动。干式蒸发器的优点：(1)润滑油随制冷剂进入压缩机，一般不存在积油问题；(2)充灌的制冷剂少，一般只有满液式的1/3左右；(3)蒸发温度t。在0。C附近时，水不会冻结。使用这种蒸发器必须注意：(1)制冷剂有多个流程，在端盖转弯处如处理不好会产生积液，从而使进入下一个流程的液体分配不均匀，影响传热效果；(2)水侧存在泄漏问题，由于折流板外缘与壳体间一般有13mm间隙，与传热管之间有2mm左右

11、的间隙，因而会引起水的泄漏。实践证明，水的泄漏会引起水侧换热系数降低20%30%,总的传热系数降低5%-15%o满液式壳管蒸发器在管走水，制冷剂在管簇外面蒸发，所以传热面基本上都与液体制冷剂接触。一般壳体充注的制冷剂量约为壳体有效容积的55%65%,制冷剂液体吸热气化后经筒体顶部的液体分离器，回入压缩机。满液式蒸发器的优点是结构紧凑，操作管理方便，传热系数较高。满液式蒸发器的缺点：(1)制冷系统蒸发温度低于0时，管水易冻结，破坏蒸发管；(2)制冷剂充灌量大；(3)受制冷剂液柱高度影响，筒体底部的蒸发温度偏高，会减小传热温差；(4)蒸发器筒体下部会积油，必须有可靠的回油措施，否则影响系统的安全运

12、行。1.3 壳管式换热器1.3.1 壳管式换热器简介壳管式换热器又称为列管式换热器，是最典型的间壁式换热器。壳管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。壳管式换热器优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。.壳管式换热器结构：由壳体、传热管束、管板、折流板(挡板)和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多

13、次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程为提高管流体速度，可在两端管箱设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。1.3.2 壳管式换热器分类由于管外流体的温度不同，因此换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器将产生很大热

14、应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50。C时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，壳管式换热器可分为以下几种主要类型：.（1）浮头式换热器浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。新型浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成，其特征是：在外头盖侧法兰侧面设凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中

15、心为圆心，半径稍大于管束外径的梯型凹槽，且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通，而不与凹型槽相连通；在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，设浮头法兰为凸型和梯型凸台双密封，分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰，且凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配，该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖,其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片，该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的径，同时相应变更加大相关零部件的尺寸；另配置一无外力辅助钢圈，其圈体径大于浮头管板外径，钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰侧面凹型或梯型密封面连接并密封，另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封。浮头换热器的特点：浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体自由移动，这个特点在现