环境工程(固定管板式)课程设计

环境工程原理课程设计

环境工程原理课程设计

学院：化学与环境工程学院

专业：环境工程

学号：132209101214

姓名：甘火军

指导老师：张艳

时间：2016年1月6日

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摘要

固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用比较广泛的一种换热器。这类换热器具有结构简单、紧凑、可靠性高、适应性广的特点,并且生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便。固定管板式换热器能承受较高的操作压力和温度，因此在高温高压和大型换热器中，其占有绝对优势。

本次设计的题目是小区集中供热用热交换器的设计，课题预期达到的目标为：

换热器面积的计算，工艺结构尺寸的计算，换热管的确定，壳体内径，壳程数的计算等。

完善设计图纸及设计说明书。

关键词：换热器；工艺；结构；强度

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设计任务书

某小区集中供热用热交换器设计

锅炉热水110℃→85℃，处理量25吨/小时

循环水15℃→75℃，处理量50吨/小时

设计总换热面积、布管图及换热器结构图（固定管板式）。

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目录

1引言 (1)

1.1 换热器 (1)

1.2换热器的用途 (1)

1.3 换热器的发展 (1)

1.4 换热器的分类 (2)

1.5 换热器的发展趋势 (2)

2 设计方案 (3)

2.1 集中供暖通用方法 (3)

2.2 固定管板式换热器 (3)

1.1 设计方案换热器可行度 (4)

3 固定管板式换热器的工艺计算 (5)

3.1 估算换热面积 (5)

3.1.1 选择换热器的类型 (5)

3.1.2 流程安排 (5)

3.1.3 确定物性数据 (5)

3.1.4 估算传热面积 (6)

3.2 工艺结构尺寸 (8)

3.2.1 管径和管内流速 (8)

3.2.2 管程数和传热管数 (8)

3.2.3 传热管排列和分程方法 (9)

3.2.4 壳体内径 (9)

3.2.5 折流板 (9)

3.2.6 接管 (10)

3.3 换热器核算 (10)

3.3.1 热流量核算 (10)

3.4 换热器的主要结构尺寸和计算结果 (13)

4 设计评述 (15)

参考文献 (16)

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引言

1.1 换热器

换热器（heat exchanger），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[1]。

1.2 换热器的用途

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。换热器在节能技术改革中具有的作用表现在两个方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器的效率显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著提高设备的热效率[2]。

1.3 换热器的发展

数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场，其市场规模为150亿元；电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右；船舶工业换热器市场规模在40亿元以上；机械工业换热器市场规模约为40亿元；集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元，食品工业也有近30亿元的市场。另外，航天飞行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电、多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器，这些市场约有130亿元的规模。

国内换热器行业在节能增效、提高传热效率、减少传热面积、降低压降、提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，2011年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10-15%左右的速度增长，到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元[3]。

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1.4换热器的分类

换热器的种类划分方法很多，方法也各不相同。

按其用途：可将换热器分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸。

按其传热方式和作用原理：可分为混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器等。其中间壁式换热器为工业应用最为广泛的一种换热器。它按传热面形状可分为管式换热器、板面式换热器、扩展表面换热器等[4]。

这其中又以管壳式换热器应用最为广泛，它通过换热管的管壁进行传热。具有结构简单牢固、制造简便、使用材料范围广、可靠程度高等优点，是目前应用最为广泛的一种换热器。

管壳式换热器的形式：管壳式换热器根据其结构的不同，可以分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器等。

1.5 换热器的发展趋势

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[14]。

当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造成本的标准系列化，并在广泛的范围内继续向大型化发展，CFD（Comptational Fluid Dynamics）模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成一个高技术体系。

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