南昌大学食品列管式换热器设计书

南昌大学食品列管式换热器设计书（精选2篇）

南昌大学食品列管式换热器设计书 篇1

食品工程原理课程设计

设计题目：列管式换热器的设计

班级：

设计者：

学号：

设计时间：2013 年 5 月 12 日~19 日

指导老师： 食品工程原理课程设计

目录

1.1 概述.............................................................................................................................................3

1.2 换热器的结构与类型..................................................................................................................3

1.2.1 列管式换热器的基本构型与流体行程.....................................................................................4

1.2.2 列管式换热器的类型.................................................................................................................5

1.3 列管式换热器的主要部件...........................................................................................................7

1.3.1 换热管.........................................................................................................................................7

1.3.2 管板.............................................................................................................................................9

1.3.3 封头、管箱、分程隔板.............................................................................................................9

1.3.4 折流挡板的选用.......................................................................................................................10

1.3.5 其他主要部件...........................................................................................................................10

1.4 固定管板式换热器的优点.........................................................................................................11

1.5 确定设计方案............................................................................................................................12

1.5.1 选择换热器的类型...................................................................................................................12

1.5.2 流体流动途径的选择...............................................................................................................12

1.6 传热过程工艺计算....................................................................................................................13

1.6.1 冷热流体的物理性质...............................................................................................................13

...............................................................................................................14 1.6.2 传热面积的初步计算

1.7 核算...........................................................................................................................................16

.......................................................................................................................16 1.7.1 传热系数的计算 1.7.2 核算传热面积 A0......................................................................................................................19 1.7.3 核算压力降...............................................................................................................................20 1.6.3 结构设计及计算........................................................14

1.8 主要附属件的选定....................................................................................................................23

1.8.1 接管直径...................................................................................................................................23

1.8.2 封头的选用...............................................................................................................................24

1.8.3 管板的选择...............................................................................................................................24

1.8.4 管板与管子连接.......................................................................................................................25

1.8.5 管箱的选择...............................................................................................................................25

1.8.6 定距管.......................................................................................................................................26

1.8.7 拉杆的选择及数量...................................................................................................................26

1.8.8 各零件的选用...........................................................................................................................27

1.9 主题装置图的绘制（见 A1 图纸）...........................................................................................27

2.0 附表...........................................................................................................................................27

2.1 收获及感想.........................................................................................................错误!未定义书签。

2.2 主要参考文献............................................................................................................................30 / 32

食品工程原理课程设计

《食品工程原理及单元操作》课程设计任务

班级：

姓名：

设计一台用饱和水蒸气（表压 400～500kPa）加热水的列管式固 定管板换热器，水流量为 80（t/h），水温由20℃ 加热到 60℃。

1、设计项目：

①热负荷

②传热面积 ④外壳直径及长度 ⑤接管直径

2.设备图主视图、左视图（部分剖）。0 号、1 号或 A4 纸（4 号）画图 3.设备管口表零部件明细表，标题栏表。

管子排列 外壳及管板厚度 ③⑥2 / 32

食品工程原理课程设计

1.1 概述

在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。35％～40％。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。按用途不同可分为：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备。按其结构类型分，有列管式、板面式、版壳式、螺旋板式、板翅式、管翅式等。

列管式换热器发展 较早，设计资料和技术数据较完整，目前在许多国家都已有系列化标准产品。虽然在换热效率、紧凑性材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结构简单、牢固、耐用，适应性强，操作弹性大，成本较低等优点，因此仍是化工、石化、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设备。

1.2 换热器的结构与类型 / 32

食品工程原理课程设计

1.2.1 列管式换热器的基本构型与流体行程

列管式换热器主要由壳体、换热管束、管板、封头等部件组成，图 2-1 为它的基本构型，此式为卧式换热器，此外还有立式的。在圆

筒形的壳体内装有换热管束，管束安装固定在壳体内两端的管板上。

封头用螺丝钉与壳体两端的法兰连接，如需检修或清洗，课将封头盖

拆除。

图 2-1 列管式换热器的基本构型

冷热流体在列管式换热器内进行热交换时，一种流体在管束与壳

体间的环隙内流动，其行程称为壳程；另一种流体在换热管内流动，其行程成为管程。如需换热器较大传热面积时，则应排列较多的换热

管束。为提高管程流体流速，强化传热，可将换热管分为若干组，称

为多管程。同样，为提高壳程流体的涡流程度，以提高对流传热系数，强化传热，可在壳体内安装横向式或纵向式的折流挡板。这样，壳程

流体的流速和流向可不断发生改变，使雷诺数在较低时

就 能达到湍流。/ 32

南昌大学食品列管式换热器设计书 篇2

石化行业各种物料间的换热很普遍, 作为该行业使用最为广泛的换热设备, 列管式换热器发挥了巨大的作用。其中水作为通用的换热介质被大量使用。众所周知, 随着工业、生活用水量的急剧增长、水源污染、水资源紧缺等各种问题的出现, 合理利用水源、节约用水成为今后各行业发展的重要策略之一。

我国沿海地区的石化厂区利用丰富的海水资源, 不仅可以缓解用水紧张, 且经济效益十分可观。海水腐蚀环境复杂, 离子浓度大, 尤其是C l-含量高, 换热设备材质耐海水腐蚀的性能是关键问题, 针对所选材质的特点对设备合理设计、检验、制造及维护, 才能保证设备安全稳定的运行。

2 海水腐蚀性

海水是一种含有多种盐类的电解质溶液, 以3~3.5%的氯化钠为主盐, p H值为8左右, 并溶有一定量氧气, 大部分金属材料在海水中都会氧去极化腐蚀。本文所讨论的换热设备是炼油厂内冷却油品的列管式换热器, 考虑海水腐蚀特性, 管程介质为海水, 壳程介质为油品。

海水对换热器管束的腐蚀类型主要有以下几种:

(1) 点腐蚀:海水是一种高含盐、高电导性的溶液。局部表面腐蚀坑的腐蚀特征判断, 腐蚀类型为点腐蚀, 管束的腐蚀泄漏是管束内点腐蚀引起。海水中含有大量氯离子, 对于大多数金属其阳极阻滞程度很小。由于氯离子的存在, 使钝化膜易遭破坏, 易产生孔蚀, 即使是不锈钢也容易发生局部腐蚀。

(2) 氧腐蚀:海水中富含的氧对换热器管束内表面产生以氧去极化腐蚀为主的电化学腐蚀。金属表面层物理化学性质的微观不均匀性, 如成分不均匀性、相分布的不均匀性、表面应力应变的不均匀性, 以及界面处海水物理化学性质的微观不均匀性, 导致金属一海水界面上电极电位分布的微观不均匀性, 这就形成了无数腐蚀微电池, 电极电位低的区域是阳极区, 发生铁的氧化反应:

而电极电位较高的区域是阴极区, 发生氧的还原反应:

结果阳极区产生电子, 阴极区消耗电子, 导致金属的腐蚀。这种由微电池电化学反应导致的腐蚀称为微电池腐蚀。与海水接触的金属腐蚀大多数以这种方式进行。

(3) 氧化物腐蚀:在海水环境中, 金属表面有氧化铁锈垢时, 氧化物电位高, 成为阴极;金属表面电位低, 成为阳极;因此产生电偶腐蚀。由于管束内表面局部点腐蚀形成了氧化物锈垢, 因此内表面也存在氧化物腐蚀, 反应式如下:

(4) 垢下腐蚀:海水中泥沙含量较多, 管束内长期沉积泥沙, 内表面沉积泥沙部位也容易产生泥沙垢下快速点腐蚀泄漏。

上述多种腐蚀的综合作用, 使换热器管束个别部位出现了快速点腐蚀穿孔泄漏。

3 材质选择

铜、双相不锈钢等材质都具有耐海水腐蚀的特性, 但寿命相对来说较短, 也容易发生缝隙腐蚀。就炼油厂的设备工作状况而言, 工艺条件复杂、设备投产时间较长, 需考虑的不仅仅是耐腐蚀的问题, 比如冲刷问题, 管道清洗问题等等, 综合起来, 最合适的材料还是钛材。

钛熔点为1 6 6 8℃, 比铁的熔点高118℃, 是轻金属中的高熔点金属。钛的比容与奥氏体不锈钢相似, 但由于密度小, 则热容小, 容易加热也容易冷却。

纯净的钛是银白色金属, 具有银灰光泽。高纯钛具有良好的可塑性, 但当有杂质时会变得脆而硬。钛是一种非常活泼的金属, 其平衡电位很低, 在介质中的热力学腐蚀倾向大, 但实际上钛在许多介质中很稳定, 包括在氧化性、中性和弱还原性介质中。钛的抗腐蚀性、稳定性及较其他材质的特殊性能, 管束材质选用钛管更为合适。

4 设计经验

(1) 根据换热器管、壳程压力及温度、操作介质的流量及换热量的需求等选择设备规格。由于海水对钛管腐蚀性很小, 在满足强度的前提下尽量用薄壁管, 一是薄壁管换热效果更好, 二是降低设备造价。

选用壁厚为1.5或1.0m m的钛管较为合适。如果使用更小壁厚钛管, 在搬运、放置、穿管、焊接等过程中都较为困难, 必须轻拿轻放, 因为较薄壁厚的钛管很容易被压扁、压坑、弯曲。这些情况虽然不影响使用, 但后续的穿管等制造、安装过程较为麻烦。

(2) 与海水直接接触的管板、管箱等部件, 在满足强度的前提下, 选择钛-钢复合板。

钛制容器按加工制造角度可分为三类:全钛容器;钢制衬钛;钛-钢复合板。由于造价太高不宜选用全钛制造;钢制衬钛其衬里加工难度大, 且性能不佳, 也不适宜;相比较而言, 钛-钢复合板的综合性能更为突出。

(3) 折流板、支持板等内构件与钛管管束接触, 由于钛材与碳钢的电位差值较大, 在易产生电位腐蚀的介质内, 碳钢材质的折流板、支持板等部件较易腐蚀, 影响换热器的稳定运行。针对这种情况, 与钛管束接触的内部件选用不锈钢较为合适。

(4) 对于设有分程隔板的管箱, 根据具体情况确定是否需要进行热处理。管箱进行焊后热处理的目的是为了减小焊接后产生的结构应力, 以免部件变形, 影响管箱密封性能。而这一目的也可通过控制焊接工艺、机械加工、组装等工作的质量达到。当然, 对于操作压力比较高, 规格比较大的管箱还是应当进行焊后热处理。

5 结束语

海水利用是节约能源、环境保护的一项有效措施, 其中海水换热是典型利用海水资源的一种途径。而海水的腐蚀性是关键问题, 针对这个情况, 换热管束选用具有诸多优良性能的钛管, 可以有效地耐海水腐蚀, 达到预期的效果。选用钛管虽然设备初期投资较高, 但满足工艺要求并稳定运行的同时, 可以获得更好的长期效益。

参考文献

[1]GB151-1999管壳式换热器

[2]JB/T4745-2002钛制焊接容器

[3]有色金属制容器/黄嘉琥编著化学工业出版社, 2008.10