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      南通賽孚機械設備有限公司

       

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      管殼式換熱器的設計步驟

      【摘要】:
      管殼式換熱器,熱交換器,非標容器,設計步驟

      一個專業的非標設備設計、制造企業一定有非常強大的技術力量,才能支撐起復雜多變的定制化客戶需求。

      南通賽孚機械設備有限公司就是這樣一個技術力量雄厚,生產能力強大的集研發、設計、制造和服務為一體的非標設備定制單位。

      今天,我們要安利的是“管殼式換熱器的設計步驟”。

      在設計熱交換器時,如果只作盲目加大傳熱面積的安全系數或簡單估算就會造成嚴重的資源浪費。只有,在進行非常詳細的計算,才有可能使投入運行的熱交換器在安全和經濟雙重方面得到可靠和有力的保證。

      事實上,設計中許多因素之間互相關聯,設計過程錯綜復雜,因而使設計程序應因設計任務和原始條件的不同而異,例如在傳熱計算和阻力計算中,不可避免涉及結構,因而常需初選傳熱系數,得到初估的傳熱面積,從而作出結構安排,然后作進一步的傳熱計算,得到傳熱系數的計算值和所需的傳熱面積。一般由結構確定的傳熱面積比計算出的所需傳熱面積具有10%~20%的余量時,傳熱計算和結構計算方為成功。

      若阻力計算、強度計算及振動校棱等仍有問題,還得重新更改某些部分,甚至重新選型。

      一般的設計程序如下:

       

      STEP1: 

      根據設計任務搜集有關的原始資料,并選定熱交換器的型式等.

      原始資料應包括:流體的物理化學性質(如結垢性、腐蝕性、爆炸性、化學作用等),流體的流量、壓力、溫度、熱負荷,設備安裝場所的限制,材質的限制,壓降的限制等等。

      STEP2:

      確定定性溫度,并查取物性數據;

      STEP3:

      由熱平衡計算熱負荷及熱流體或冷流體的流量;

      STEP4:

      選擇殼體和管子的材料;

      STEP5:

      選定流動方式,確定流體的流動空間;

      STEP6:

      求出平均溫差;

      STEP7:

      初選傳熱系數K',并初算傳熱面積F';

      STEP8:

      設計熱交換器的結構(或選擇標準型號的熱交換器),包括:

      ①選取管徑和管程流體

      流速;

      ②確定每程管數量、管長、總管數;

      ③確定管子排列方式、管間距、殼體內徑和連接管直徑等;

      ④確定殼側程數及縱向隔板數目、尺寸,或折流板的數目、間距、尺寸等殼程結構尺寸。

      在這一步中最好通過草圖確定有關數據和傳熱面積F"(F"一般與F'不會正好相等)。

      要注意到,在確定結構尺寸時,許多因素相互影響,最終則在殼體的直徑和長度上得到反映,往往短的殼體其直徑較大,而長的殼體其直徑較小,一般說來以后者比較經濟。這是因為:

      ①小直徑的殼體有可能用標準的管子制造;

      ②對于給定的運行條件,殼體直徑小則殼體、法蘭、端蓋等部件的厚度也可減??;

      ③管板的加工成本相對較高,若殼體直徑小,可使管板的厚度、直徑相應減小,于是可降低制造成本;

      ④單位長度管子的成本低。  

      當然,小殼徑長殼體的選擇首先要滿足允許壓降的要求,還要照顧到在已有空間內設備的布置、安裝和維修的可能性。

      STEP9:

      管程換熱計算及阻力計算。當換熱系數遠大于初選傳熱系數且壓降小于允許壓降時,才能進行下一步計算,否則要重選K',并調整結構。

      STEP10:

      殼程換熱計算。根據采用的結構,假定壁溫和計算換熱系數,若不合理則應調整殼程結構直至滿意為止。

      TEP11:

      S 校核傳熱系數和傳熱面積。根據管、殼程換熱系數及污垢熱阻、壁面熱阻等,算出傳熱系數K及傳熱面積F??紤]到換熱計算公式中的不定因素、運行條件與設計條件的差異、日后由于嚴重結垢或泄漏不得不堵塞一些管子以及緊急和反常情況下流體的參數可能在短時間內發生變化等諸多原因,因而要求由結構計算確定的傳熱面積F"比計算出的所需傳熱面積F大10%~20%時,才認為滿足要求。

      STEP12:

      核算壁溫。要求與假定的壁溫相符。

      STEP13:

      計算殼程阻力,使之小于允許壓降,若壓降不符合要求,要調整流速或結構尺寸。

      STEP14:

      對熱交換器的零部件進行強度計算。例如殼體璧厚,管板、封頭和法蘭的厚度、尺寸,支座型式和尺寸,螺釘大小和個數等等。

      STEP15:

      核算管、殼熱應力和管子接口處的拉脫力,考慮熱補償措施并對振動進行校核計算。

      STEP16:

      繪正式圖紙、編寫材料表等。

      綜上所述,以上這些步驟可視具體情況作適當調整,對設計結果應進行分析,如果發現不合理處要有一定的反復和重演才能保證執行結果的標準。

      例如,如果某一熱阻占統治地位,如果有可能的話,應采取措施減小阻熱。

      又比如允許壓降必須盡可能加以利用,若計算壓降與允許壓降有實質差別,則應嘗試改變設計參數或結構尺寸甚至改變結構型式。有時為了節省投資,甚至應該采用幾個方案進行比較,可見其設計過程是相當復雜費時的。

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