1200kgh二甲胺换热器设计.docx

1200kgh二甲胺换热器设计12(X)kgh二甲胺换热器设计1.1.4 平均传热温差校正及壳程数17335管子排列171.1.6 管心过巨181.1.7 管束的分程方法191.1.8 壳体内径193.4 换热器核算203.4.1 热流量核算203.4.2 传热管和壳体壁温核算223.4.3 换热器内流体的阻力计算与校核233.5 本章小结264二甲胺换热器机械设计及校核274.1 换热器壳体设计及校核274.1.1 设计参数的确定274.1.2 强度计算274.1.3 壳体的水压试验284.2 换热器管箱设计及强度校核284.2.1 设计参数的确定284.2.2 强度计算294.2.3 管箱的水压试验294.3 换热器封头设计及校核294.3.1 选择封头种类294.3.2 设计参数的确定304.3.3 强度计算304.3.4 封头的直边高度304.4 换热器管板设计304.4.1 初选材料304.4.2 初选形式314.4.3 管子排列方式314.4.4 密封面314.4.5 壳体法兰314.5 换热器管板强度计算314.5.1 壳体圆筒314.5.2 管箱314.5.3 管子324.5.4 法兰力矩334.5.5 管板354.5.6 系数计算354.5.7 法兰364.6 壳程压力作用下的危险截面校核404.6.1 壳程压力作用下的危险组合404.6.2 管板应力414.6.3 壳体法兰应力414.6.4 管子应力424.6.5 壳程圆筒轴向应力424.6.6 拉脱应力424.7 管程压力作用下的危险截面校核424.7.1 管程压力作用下的危险组合424.7.2 管板应力444.7.3 壳体法兰应力444.7.4 管子应力454.7.5 壳程圆筒轴向应力454.7.6 拉脱应力454.8 开孔补强设计454.8.1 DN150 补强464.8.2 DN250 补强474.9 本章小结495其它附件设计及标准件选用515.1 分程隔板槽515.2 选管法兰及密封面形式515.3 支持板选用515.4 拉杆的选用525.5 鞍座的选择535.6 吊耳545.7 排气孔55-V -12(X)kgh二甲胺换热器设计5.8 焊条的选择555.9 本章小结55结 论56参考文献5712(X)kgh二甲胺换热器设计1文献综述1.1 换热器及分类由于工业的迅速发展，因能源引起的各种问题不断突出。在寻找能源的同时也更加注重了能源的利用问题。强化传热技术可以减少投资，节约能源。换热器是实现冷热流体热量互换的设备，换热器在工业生产和生活中占有极其重要的地位，使换热器的强化传热被重视，也涌现出各种研究成果。1.1.1 按作用原理和传热方式(1)直接接触式换热器又可称之为混合式换热器，冷热流体通过该设备直接接触从而实现换热。一般情况下实现一种气体和一种汽化压力很低的液体之间进行换热，且在换热后两种流体容易分离。比如水和空气进行换热，达到水温下降的目的。北方城市供暖的燃气锅炉的排烟温度是很高的，这个热量难以得到利用。假如利用直接接触式换热器，先把低温水雾化喷淋后直接与烟气接触，把烟气温度降到露点温度之下，这样因为水蒸气在凝结过程中放出热量，便达到了热量回收和水分回收的双重目的。在这个系统中，水、烟气是直接接触，因此不适用于热网水直接与烟气进行换热的情况。该换热器一般与热泵联合使用，低温水在换热器中与烟气接触换热升温，并通过泵热气重新进入系统，在水蒸气降温后又进入换热器，可以在直接接触式换热器中某种材料，使之对低温水进行相应的处理，同时也可解决设备的防腐蚀问题)。通过对这种物质换热特性进行分析和研究，得出水滴颗粒大小、水气换量比和换热器规模是影响换热效果的主要因素。(2)蓄热式换热器原理是通过填料或基质的物质特性，是物质的热量暂时储存起来，在通过此基质或填料与低热量物质相接触，实现热量交替的作用。蓄热式换热器在工业生产中十分常见,利用燃烧空气中的余热就是一个常见现象。在火葬中所使用的火化机就利用这样一个原理。通过回收烟气中的余热，火化烟气余热利用效率越高，则该火化机的节能效果越好。而为了提高这种效率，在工程中一般是采用将烟气中的热量传递给助燃风，使助燃风温度达到3()()°C以上，利用高温助燃风强制遗体和随葬品中的可燃物燃烧，它们燃烧产生的热量，足以用来维持燃烧室的燃烧温度。烟气热量排出时又被热交换器转换给助燃风，这样循环往复，当燃烧室达到一定温度时，靠遗体和随葬品燃烧产生的热量就可以基本维持遗体火化所需的炉膛温度，在喷很少的油或者不喷油就足够保证火化进行下去，这样就达到了节油的目的，节油效果越好，换热器节能效果越好。(3)间壁式换热器：间壁式换热器在生产应用中最为广泛。该换热器通过隔板(管)将冷热流体分割开来。套管式和管壳式换热器在工业生产中得到广泛应用，它们通过改变传热元件的材料、结构和形状等方式来强化传热，并且能在大大提高间壁式换热器的性能。美国CarborundumCo.公司推出的碳化硅材料制成的换热器，其传热性能和机械属性高于其他材料。国内20世纪70年代把波纹管用在换热器上明显增大了换热系数和传热面积。通过这种方式，换热器的传热温差、压降损失、能耗都被降低了，并大大提高经济效益。因此，开发和研究换热器强化传热元件有着十分重要意义。1.1.2 按使用目的(1)冷凝器减压蒸储系统中冷凝器的作用是将蒸发出来的溶媒蒸汽冷凝下来，实现溶媒的回收,避免溶媒进入真空系统。如果大量溶媒不能被冷凝而是进入真空系统，不仅会造成物料损失，增大对真空泵抽气量的要求，还会给真空泵后面的环保单元带来很大的压力，所以冷凝器的冷凝效果对减压蒸储系统的运行至关重要。冷凝器的冷凝效果与冷凝器的选型有很大的关系，因此需要根据不同的场合计算不同的换热面积并确定冷却介质。面积小的话则不能将物质完全冷却下来。而冷却介质对整个操作系统来说至关重要。一般冷却介质与物料蒸汽温差至少在10之上。设计者应根据实际应用选取不同冷却介质以及冷凝器设置。(2)加热器斯特林发动机的重要组件是加热器，如果燃烧的高温火焰热分布不均匀，则会对管产生损耗，因此必须开发出分布均匀热的斯特林加热器。介质燃烧强度大、效率更高的优点，根据纽曼与包克附壁射流(如图1.1)建立几何模型，考虑冲击角度不同并对换热系数加以修正，并采用相同雷诺数计算。在进行传质计算时将努塞尔数进行平均化处理。提出了多孔介质加热器的物理模型，推导了附壁效应的多孔介质模型(如图1.2)的流动和传热方程，得出SiC泡沫陶瓷多孔介质换热系数随流速的变化关系，在一定的流速梯度下，对基于附壁效应所得的多孔介质传热方程与学者Fu所提出的经验方程进行对比(如图1.3),该结论表明，所得出的传热方程对该加热器介质拟合接近，尤其适合SiC等孔径大、结构均匀且形状平滑的泡沫介质。72ZMJ赫脸辕氐与片(3)再沸器再沸器是用于蒸发蒸窗塔塔底物料的设备。因为蒸僧塔内部液体和再沸器内部液体有密度差，立式热虹吸再沸器便是这一密度差作为动力来循环使用，需要克服的是静压12（X）kgh二甲胺换热器设计头损失、速度损失和因摩擦产生的能损，塔与设备之间要有足够的高度差，用来克服动力损失，否则设备没有足够的动力，因此需要缜密的计算高度差。除此之外，我们可以灵活运用HTRI软件来计算静压头与管线参数。根据实际要求确定再沸器的设计条件。物料物性要选取合适的压力与温度进行计算,设备结构参数例如管线、管厚、静压头等要按照国家标准进行选取。运行参数中汽化率在5%35%之间，既不能过大也不能太小。1.1.3 按传热面形状及材料管壳式换热器通过管板（管壁）表面来换热，根据管的结构，可分为列管式、套管式和强化套管式换热器等几种。现有的换热实训装置是用水蒸汽加热空气，空气可由气泵提供，走管程，加热之后放空。水蒸汽可由相应设备（蒸汽发生器）提供，先分配，然后走壳程，换热之后温度下降变为液体，排出器外。冷热流体逆流换热，热流体通过汽化潜热将热量传递到器壁，然后热量又通过热传导传递给内侧，在对流传递给冷流体。稳定之后，若不计热损失，换热器内部放出的热量等于吸收的热量。本套换热工艺装置的换热设备有：（1）套管换热器：耐高压、结构简单，结构用同心圆管套连而成（见图1.4）。十4I三图1.4套管式换热器剖面图（2）强化套管换热器：管内有一蛇形强化管。由直径统一的不锈钢管按一定节距绕成，并将其固定。流体受之作用发生周期性的扰动，增强传热。（见图1.5）。图1.5强化套管式换热器剖面图网-#-12(X)kgh二甲胺换热器设计(3)列管式换热器：该装置采用固定管板式换热器，结构简单，特点是将管板焊在壳体两端，管束固定管板上，造价较低(见图1.6)。经过系列实验，根据迪图斯贝尔特公式求得的管内流体的对流系数随冷空气的流速变化图(图1.7) o可以看出空气流速越大，对流传热系数也越大。其中列管传热系数比套管传热系数要大。0空气速叫 2,图1.7管内流体的对流传热系数变化图1.2 典型换热器介绍1.2.1 列管式换热器列管式换热器是化工行业生产中最常用的换热器之一。在进行换热时，两种流体分别走不同通道，一种流体在管流动，称之管程；另一种流体在壳内流动，这称为壳程。(1) U形管式换热器U形管式换热器(图1.8)是管壳式换热器中的一种重要换热器结构类型，与固定管板式不同，U形管式的换热管在温度变化时可以自由伸缩，管与圆筒之间没有温差应力，造价低廉、结构简单，便于清洗，因此很常用。另外，U形管式换热器还有一个很明显的特点，可以在高温高压的条件下工作。若U形管束不需抽出机械清洗，则用正三12(X)kgh二甲胺换热器设计图1.8 U形管换热器角形排管，且管相对介质流向为30。(图1.9),可以提高换热效率并减少成本。如果管束需要定期抽出进行机械清洗，应选择管相对于介质流向为45。转角正方形排列形式的结构(图L10),在同等换热面积下换热效率更高。图1.9换热管30。正方形布管图图1.1()换热管45。正方形布管图如(2)固定管板式换热器固定管板式换热器(图1.11)结构紧凑、简单，造价费用低。但管外不能进行机械清洗。外壳体装有顶盖，顶盖和设置流体出口接管，管外设置一系列挡板。管子、管板、外壳刚性连接，由于管内流体和管外流体温度有差异，由此所产生的温差应力会使管子与管板脱节，严重的话会毁坏换热器。为了防止此种现象导致的负面效应，换热器必须装有温差补偿装置。此类型换热器传热效率受折流板间距、管束与壳程进出口结构、接管进出口流通面积影响U”-#-12(X)kgh二甲胺换热器设计B流体A流体图1.11固定管板式换热器1.2.2 板式换热器板式换热器是安装系列波纹形状的金属片叠成的一种高效换热器。各板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行