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U型管式 管内外均能承受高压,管内清洗及检修困难
外填料管间容易泄漏,不宜处理易挥发、易爆炸及填料函函 压力较高的介质 密封性能差,只能用于压差较小的场合 函 釜式 双套管式 定床反应器中 能逆流操作,用于传热面较小的冷却器、冷套管式 凝器或预热器 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加螺旋管式 喷淋式 只用于管内流体的冷却或冷凝 拆洗方便,传热面能调整,主要用于粘性较板式 大的液体间换热 可进行严格的逆流操作,有自洁的作用,可板面结构紧凑,拆洗方便,通道较小、易堵,要式 平板式 求流体干净 板束类似于管束,可抽出清洗检修,压力不板壳式 能太高 螺旋板式 用作回收低温热能 沉浸式 热 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 结构比较复杂,主要用于高温高压场合和固式 内填料 - 5 -
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混合式 蓄热式 适用于允许换热流体之间直接接触 换热过程分阶段交替进行,适用于从高温炉气中回收热能的场合 完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求。 (1)合理地实现所规定的工艺条件
传热量、流体的热力学参数(温度、压力、流量、相态等)与物理化学性质(密度、粘度、腐蚀性等)是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算,经过反复比较,使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积,在单位时间内传递尽可能多的热量。其具体做法如下。
①增大传热系数? 在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下,尽量选择高的流速。
②提高平均温差? 对于无相变的流体,尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可提高平均温差,还有助于减少结构中的温差应力。在允许的条件时,可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。
③妥善布置传热面? 例如在管壳式换热器中,采用合适的管间距或排列方式,不仅可以加大单位空间内的传热面积,还可以改善流体的流动特性。错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变,另一侧流体为气相,可在气相一侧的传热面上加翅片以增大传热面积,更有利于热量的传递。 (2)安全可靠
换热器是压力容器,在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时,应遵照我国《钢制石油化工压力容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要的作用。
(3)有利于安装、操作与维修
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直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆,在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍,根据需要可添置气、液排放口,检查孔与敷设保温层。 (4)经济合理
评价换热器的最终指标是:在一定的时间内(通常为1年)固定费用(设备的购置费、安装费等)与操作费(动力费、清洗费、维修费等)的总和为最小。在设计或选型时,如果有几种换热器都能完成生产任务的需要,这一指标尤为重要。
动力消耗与流速的平方成正比,而流速的提高又有利于传热,因此存在一最适宜的流速。
传热面上垢层的产生和增厚,使传热系数不断降低,传热量随之而减少,故有必要停止操作进行清洗。在清洗时不仅无法传递热量,还要支付清洗费,这部分费用必须从清洗后传热条件的改善得到补偿,因此存在一最适宜的运行周期。
严格地讲,如果孤立地仅从换热器本身来进行经济核算以确定适宜的操作条件与适宜的尺寸是不够全面的,应以整个系统中全部设备为对象进行经济核算或设备的优化。但要解决这样的问题难度很大,当影响换热器的各项因素改变后对整个系统的效益关系影响不大时,按照上述观点单独地对换热器进行经济核算仍然是可行的。 1.1.换热器设计任务书 1.设计题目
设计一台用饱和水蒸气加热水的列管式固定管板换热器 2.设计任务及操作条件 (1)处理能力 85吨水/ 小时 (2)设备型式 列管式换热器 (3)操作条件
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①水蒸气:入口温度158.7℃,出口温度158.7℃ ②冷却介质:自来水,入口温度30℃,出口温度65℃ ③允许压强降:管程10^4-10^5,壳程10^3-10^4. (4)设计项目
①设计方案简介:对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 ②换热器的工艺计算:确定换热器的传热面积。 ③换热器的主要结构尺寸设计。 ④主要辅助设备选型。 ⑤绘制换热器总装配图。 3.设计说明书的内容 (1)目录;
(2)设计题目及原始数据(任务书);
(3)论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择; (4)换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型号、壳体直径等);
(5)设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等); (6)主体设备设计计算及说明; (7)主要零件的强度计算(选做); (8)附属设备的选择(选做); (9)参考文献; (10)后记及其它。
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