氨氣換熱器設(shè)計(jì)【說明書+CAD】

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換熱器的種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大類：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時(shí)分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器等。 換熱器中流體的相對(duì)流向一般有順流和逆流兩種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時(shí)，由于相變時(shí)只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進(jìn)出口溫度相等，這時(shí)兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯(cuò)流和折流等流向。 在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個(gè)重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對(duì)較小。增加流體的流速和擾動(dòng)性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會(huì)使能量消耗增加，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。 中國換熱器產(chǎn)業(yè)起步較晚。1963年撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司按照美國TEMA標(biāo)準(zhǔn)制造出中國第一臺(tái)管殼式換熱器，1965年蘭州石油機(jī)械研究所研制出我國第一臺(tái)板式換熱器，蘇州新蘇化工機(jī)械有限公司（原蘇州化工機(jī)械廠）在20世紀(jì)60年代研制出我國第一臺(tái)螺旋板式換熱器。之后，蘭州石油機(jī)械研究所首次引進(jìn)德國斯密特?fù)Q熱器技術(shù)，原四平換熱器總廠引進(jìn)法國維卡勃換熱器技術(shù)，國內(nèi)換熱器行業(yè)在消化吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，開始獲得較快發(fā)展。20世紀(jì)80年代后，中國出現(xiàn)了自主開發(fā)傳熱技術(shù)的新趨勢(shì)，大量的強(qiáng)化傳熱元件被推向市場，國內(nèi)傳熱技術(shù)高潮時(shí)期的代表作有折流桿換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發(fā)式空冷器等一批優(yōu)良的高效換熱器。 2.換熱器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 進(jìn)入21世紀(jì)后，大量的強(qiáng)化傳熱技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)裝置，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在技術(shù)水平上獲得了快速提升，板式換熱器日漸崛起。如蘭石換熱設(shè)備公司板式換熱器成功進(jìn)入國內(nèi)核電建設(shè)項(xiàng)目常規(guī)島和核島領(lǐng)域，并陸續(xù)將板式換熱器用于大乙烯項(xiàng)目、鈦白粉生產(chǎn)線等領(lǐng)域。四平巨元瀚洋板式換熱器公司也成功進(jìn)入大亞灣二期嶺澳核電站的常規(guī)島和核島領(lǐng)域。 最近幾年，我國還在大型管殼式換熱器、大直徑螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器、高效節(jié)能板殼式換熱器、大型板式空氣預(yù)熱器方面獲得了重大突破。飛速發(fā)展的柏恩品牌（BHE）誕生于2004年。2008年8月，由中國石化集團(tuán)上海工程公司與中國第一重型機(jī)械公司、蘭州石油機(jī)械研究所、鎮(zhèn)海煉化公司共同承擔(dān)研制的鎮(zhèn)海煉化百萬噸/年乙烯項(xiàng)目-EO/EG裝置大型管殼式換熱器國產(chǎn)化研制通過技術(shù)鑒定，標(biāo)志著我國在大型管殼式換熱器領(lǐng)域獲得了重大突破。該換熱器是國內(nèi)正在制造的首臺(tái)換熱面積超過10000㎡的超大型管殼式換熱器。 2009年4月，中國石化組織專家對(duì)“大直徑螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器國產(chǎn)化研制攻關(guān)”項(xiàng)目進(jìn)行了科學(xué)技術(shù)成果鑒定。該項(xiàng)目是依托中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司千萬噸級(jí)煉油項(xiàng)目中的320萬噸/年加氫處理裝置開展的，由中國石化工程建設(shè)公司、中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司、蘭州蘭石機(jī)械設(shè)備有限責(zé)任公司、撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司聯(lián)合承擔(dān)。該換熱器的國產(chǎn)化標(biāo)志著我國已經(jīng)具備設(shè)計(jì)和制造DN2000以下的螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器的能力，大大降低了石化工程建設(shè)成本，單臺(tái)即可節(jié)約采購資金1400萬元，且縮短了交貨期，打破了國外公司壟斷地位。2009年6月，由甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司研制開發(fā)的國產(chǎn)首臺(tái)10500㎡高效節(jié)能板殼式換熱器暨國產(chǎn)首臺(tái)100萬噸/年P(guān)X裝置10910㎡板式空氣預(yù)熱器在上海通過出廠驗(yàn)收。該10500㎡高效節(jié)能板殼式換熱器將應(yīng)用在中國石油烏魯木齊石化分公司100萬噸/年芳烴聯(lián)合裝置，是目前國內(nèi)單臺(tái)換熱面積最大的國產(chǎn)板殼式換熱器，其采用的RZ4板型、T型分布器等多項(xiàng)技術(shù)屬國際領(lǐng)先，換熱器整體已達(dá)到國際先進(jìn)水平。10500㎡高效節(jié)能板殼式換熱器的研制成功是國產(chǎn)板殼式換熱器發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，標(biāo)志著國產(chǎn)板殼式換熱器已跨入國際領(lǐng)先行列，并將結(jié)束同類產(chǎn)品依靠進(jìn)口的歷史。 國產(chǎn)首臺(tái)總傳熱面積達(dá)10910㎡板式空氣預(yù)熱器將應(yīng)用于中國石油烏魯木齊石化分公司100萬噸 /年對(duì)二甲苯（PX）芳烴聯(lián)合裝置，是國內(nèi)首套加熱爐空氣預(yù)熱器全部采用全焊接波紋板空氣預(yù)熱器的對(duì)二甲苯裝置，也是首套排煙溫度低至100℃的裝置，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。這臺(tái)空氣預(yù)熱器屬高效、環(huán)保節(jié)能型熱交換器，其研制成功標(biāo)志著國產(chǎn)全焊接波紋板空氣預(yù)熱器的研制邁上了一個(gè)新臺(tái)階。 3.換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，以及全球發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)的增長，國內(nèi)市場和出口市場對(duì)換熱器的需求量將會(huì)保持增長，客觀上為我國換熱器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的市場空間。從市場需求來看，在國家四萬億投資的刺激下，我國國民經(jīng)濟(jì)仍將保持較快發(fā)展。石油化工、能源電力、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)仍然保持穩(wěn)定增長，大型乙烯項(xiàng)目、大規(guī)模的核電站建設(shè)、大型風(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)、太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中多晶硅產(chǎn)量的迅速增長、大型環(huán)境保護(hù)工程的開工建設(shè)、海水淡化工程的日益成熟，都將對(duì)換熱器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的需求拉動(dòng)。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，由于石油化工、食品醫(yī)藥、海水淡化等領(lǐng)域?qū)Q熱器使用的材料有特殊要求，以及特殊材料換熱器利潤空間相對(duì)較大等因素，未來特殊材料換熱器所占比例將會(huì)增加，而該類產(chǎn)品價(jià)格較高，也會(huì)使市場規(guī)模進(jìn)一步放大。 目前，我國換熱器產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模大概為360億人民幣。基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對(duì)換熱器穩(wěn)定的需求增長，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在未來一段時(shí)期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長。 4.研究的主攻方向 盡管我國在部分重要換熱器產(chǎn)品領(lǐng)域獲得了突破，但我國換熱器技術(shù)基礎(chǔ)研究仍然薄弱。與國外先進(jìn)水平相比較，我國換熱器產(chǎn)業(yè)與西方發(fā)達(dá)國家最大的技術(shù)差距在于換熱器產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和原理研究，尤其是缺乏介質(zhì)物性數(shù)據(jù)，對(duì)于流場、溫度場、流動(dòng)狀態(tài)等工作原理研究不足。在換熱器制造上，我國目前還以仿制為主，雖然在整體制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片壓制方面與發(fā)達(dá)國家還有一定的差距。在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)上，我國換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)較為滯后。目前，我國的管殼式換熱器標(biāo)準(zhǔn)的最大產(chǎn)品直徑還僅停留在2.5米，而隨著石油化工領(lǐng)域的大型化要求，目前對(duì)管殼式換熱器直徑已經(jīng)達(dá)到4.5米甚至5米，超出了我國換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍，使得我國換熱器設(shè)計(jì)企業(yè)不得不按照美國TEMA標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。更為嚴(yán)重的是，我國在大型專業(yè)化換熱器設(shè)計(jì)軟件方面嚴(yán)重滯后。目前我國在換熱器設(shè)計(jì)過程中還不能實(shí)現(xiàn)虛擬制造、仿真制造，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型專業(yè)計(jì)算軟件。由于在換熱器的相關(guān)工藝計(jì)算、傳熱計(jì)算和振動(dòng)模型的計(jì)算方面缺少大型專業(yè)化軟件支持，使得我國對(duì)設(shè)計(jì)出來的換熱器產(chǎn)品無法準(zhǔn)確預(yù)計(jì)其使用效果，這使得我國企業(yè)在換熱器產(chǎn)品招標(biāo)過程中處于不利地位。因此在未來必須重視換熱器產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和原理研究，制作出我國自己的換熱器標(biāo)準(zhǔn)。 五．主要研究內(nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 主要研究內(nèi)容 (1）設(shè)計(jì)方案的確定； （2）換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括：熱負(fù)荷計(jì)算、平均溫差的計(jì)算、傳熱面積計(jì)算、換熱管的選擇、管數(shù)計(jì)算與排列、殼體直徑與殼體厚度的確定、管程和殼程壓力降的計(jì)算、總傳熱系數(shù)的計(jì)算與校核； （3）主體構(gòu)件的設(shè)計(jì)和連接，包括：管束分程及管殼分程情況，管板、管箱與封頭、折流板、支承板、拉桿與定距管等； （4）輔助結(jié)構(gòu)的選用； （5）完成設(shè)備裝配圖及重要零部件圖； 六. 設(shè)計(jì)時(shí)間安排 時(shí) 間 階段 內(nèi)容與任務(wù) 成果 5-7周 畢業(yè)實(shí)習(xí) 了解設(shè)計(jì)相關(guān)的技能 資料收集、實(shí)習(xí)日志、實(shí)習(xí)報(bào)告 8-9周 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 進(jìn)行深入的調(diào)查和國內(nèi)外文獻(xiàn)查閱、確定設(shè)計(jì)思路和步驟 外文翻譯、開題報(bào)告 9-11周 方案設(shè)計(jì) 完成氨氣換熱器的數(shù)據(jù)計(jì)算和分析,進(jìn)行廣泛的設(shè)計(jì)方案構(gòu)思 計(jì)算數(shù)據(jù)，工藝結(jié)構(gòu) 12-14周 深入設(shè)計(jì) 進(jìn)行fluent模擬實(shí)驗(yàn)并完成零件圖和裝配圖 電子圖與設(shè)計(jì)說明書綱要 15-16周 末期設(shè)計(jì) 完成設(shè)計(jì)所有環(huán)節(jié)，定型打包，設(shè)計(jì)說明書的編寫 設(shè)計(jì)說明書 17周 答辯準(zhǔn)備 設(shè)計(jì)過程中所有文件的檢查修改、答辯用材料的編寫 畢業(yè)設(shè)計(jì)、電腦演示、論文答辯提綱、視頻課件制作 七．指導(dǎo)老師審核意見 簽 字： 年 月 日 II - 8