毕业设计论文空冷冷凝器设计.doc
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1、西安石油大学本科毕业设计(论文)空冷冷凝器设计摘 要:冷凝器是各工业部门中重要的换热设备之一。换热器作为热量传递中的过程设备,在化工、冶金、石油、动力、食品、国防等工业领域中应用极为广泛。换热器性能的好坏,直接影响着能源利用和转换的效率。近年来,节能工作开始被全球所重视,而换热器特别是高效换热器又是节能措施中关键的设备。因此,无论是从上述各工业的发展,还是从能源的有效利用,换热器的合理设计、制造、选型和运行都有非常重要的意义。本设计是关于管翅式空冷器的设计。主要内容是进行了冷凝器的工艺计算,结构设计和强度校核。设计内容首先是传热计算,主要是根据设计条件计算换热面积。其次是结构设计以确定各部件的
2、尺寸。最后还包括是强度计算与校核,主要包括管箱结构与校核和支架的校核。关于设计管翅式冷凝器的各个环节,在后面设计书中做详细的说明。关键词:冷凝器;传热;结构;强度;管翅式换热器;Design of Air-cooled Condenser Abstract:Condense is one of the most important heat exchanging equipments in industrial field. As a heat transfer in the processing equipment, exchanger is widely applied in chemic
3、al industry, metallurgy, oil, power, food, defense industry. In recent years, the problem of energy-saving is beginning to be regarded all over the world. And heat exchanger, particularly efficient heat exchanger,It is the key to energy-saving equipment. Therefore, whether from the foregoing the dev
4、elopment of industry, or from efficient energy use, the reasonable heat exchanger design, manufacturing, selection and running all have very important significance. The manual is about the Finned tube condenser,which included process calculation , the structural design and intensity . The first part
5、 of this manual is the heat transfers calculation. Mainly, it is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area. Next is the structure design to determine the size of the components. Finally also including the strength calculation and checking, mainly including the Tube
6、Boxs structure and the support checking.About the design of the Finned tube condenser, The detailed content is in the back of the design instructions. Key words: Condenser ; Heat transfer; Structure; StrengthFinned tube exchanger目 录1 绪论12 冷换设备设计基础12.1 换热器的应用与分类12.1.1 换热器的应用12.1.2 换热器的分类12.2 冷凝器概述22.
7、3管翅式换热器32.3.1 管翅式换热器基本结构32.3.2 管翅式换热器的工作特性32.4 冷凝器的换热分析42.5 冷凝器中凝结换热过程分析53 传热计算83.1 空冷冷凝器的设计条件及基本参数83.2 空冷冷凝器的设计条件及基本参数83.2.1 迎风面速度的选择83.2.2 管程数的选择83.3 热负荷计算93.3.1已知条件分析93.3.2热负荷计算93.3.3 空冷器初选方案的计算103.3.4管内传热系数计算123.3.5 风量和空气出口温度的计算133.3.6 传热温差计算:143.3.7 翅片管外空气膜传热系数的计算143.3.8 各项热阻的计算和选取,153.3.9 总传热系
8、数:153.3.10 传热面积:153.3.11管程压力降163.3.12 管外翅片阻力,173.3.13 风机功率计算173.3.14 风机的过冬计算183.3.15 风机噪音估算:183.3.16 调速风机的节能184 结构设计194.1管束的参数确定与布管设计194.2 管箱的结构设计204.3管箱设计壁厚的选取与校核214.4 换热管与管板连接254.5管箱开孔补强设计274.6管束设计314.6.1管束材料的选择314.6.2管束定距结构的设计324.7空冷器的空气流道密封结构设计355经济技术性分析365.1 能耗分析365.2 节能措施366 设计总结38致 谢39参考文献40I
9、I1 绪论能源是当前人类面临的重要问题之一,能源开发及转换利用已成为各国的重要课题,而换热设备是能源利用过程中必不可少的设备,几乎一切工业领域都要使用,在化工、冶金、动力、交通、航空与航天等部门中应用尤为广泛。随着工业的不断发展,对能源利用、开发的合理性与有效性的要求不断提高,因而对换热器性能的要求也日益加强。特别是对换热器的研究必须满足各种特殊情况和苛刻条件的要求,对它的研究也就显得更为重要。因此,在换热器的生产及研究开发上除了满足各种必需的工艺条件之外,对它的综合性能也提出了更高的要求。近几年由于新技术发展、新能源开发利用、工艺的要求、环境保护等诸多因素的要求,传热强化技术和换热器现代研究
10、、设计方法获得飞速发展,设计人员开发出多种新型的换热器。与此同时,各种类型的换热器越来越受到各界的重视,而换热设备又是节能措施中较为关键的设备,因此,无论是从工业的发展,还是从能源的有效利用,换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业中,换热器主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到工艺流程规定的指标,以满足过程条件的需要。冷凝器属于换热器的一种,它是制冷系统中重要的换热设备。它的主要作用是将设备排出的高温、高压状态下的气态制冷剂予以冷却并液化。满足制冷剂在系统中的循环使用要求。在冷凝
11、过程中放出的热量由冷却介质(水或空气)带走。根据冷却介质种类的不同,冷凝器主要可分为水冷冷凝器、空冷(也称风冷)冷凝器以及水和空气联合冷却式冷凝器。在大多数条件下,这三种冷凝器均能取得良好的效果。但随着科技的发展以及全球水资源日益紧张,空冷式冷换设备已在石油、化工、冶金、核能、电力等行业得到大量的应用。空冷冷凝器器是以环境空气作为冷却介质,横掠翅片管外使管内高温工艺流体得到冷凝的设备。空冷式冷凝器利用空气作为冷却介质,替代了循环水系统对环境的污染,节能效果非常明显。此外,还具有维护费用低、运转安全可靠、使用寿命长等优点。本设计主要是围绕卧式空冷凝器展开设计,熟悉石油化工行业中换热装置及其工艺流
12、程,熟悉其工作原理。了解换热器的结构,并进行相关的设计计算和校核。112 冷换设备设计基础2.1 换热器的应用与分类2.1.1 换热器的应用换热器作为热量传递中的过程设备,在化工、冶金、石油、动力、食品、国防等工业领域中应用极为广泛。冷凝器是各工业部门中重要的换热设备之一。换热器性能的好坏,直接影响着能源利用和转换的效率。近年来,节能工作开始被全球所重视,而换热器特别是高效换热器又是节能措施中关键的设备。因此,无论是从上述各工业的发展,还是从能源的有效利用,换热器的合理设计、制造、选型和运行都有非常重要的意义。2.1.2 换热器的分类换热器作为传热设备随处可见,在工业中应用非常普遍,特别是耗能
13、用量十分大的领域,随着节能技术的飞速发展,换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、不通工况、不同温度、不同压力的换热器,结构和形式也不尽相同,换热器种类随新型、高效换热器的开发不断更新,其中常见的一些具体分类如下:(一)按传热原理分类1. 直接传热式换热器这类换热器又称混合式换热器。它是一种不需传热壁面,利用冷热流体直接接触进行换热的操作过程的换热器。直接接触式换热器具有传热效率高,单位容积提供的传热面积大,设备结构简单,价格便宜等优点,但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场所。2. 蓄热式换热器这类换热器又称回热式换热器。它是借助于固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触,把热量从热流体传给
14、冷流体的换热器。3. 间壁传热式换热器又称表面式换热器。它是利用间壁将进行热交换的冷热流体隔开,互不接触,热量又热流体通过壁面传递给冷流体。是工业生产中应用最为广泛的换热器,其形式多样,常见的管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。本论文所研究的管翅式换热器也属于其一种。4. 中间载体式换热器这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接起来的换热器。载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环,在高温流体换热器中吸收热量。在低温流体换热器中把热量放给低温流体。(二)按结构分类分为浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函式换热器、U形管式换热器、蛇管式换热器、双壳程换热器、单套管换
15、热器、多套管换热器、外导流筒换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、插管式换热器、滑动管板式换热器(三)按传热种类分类1 无相变传热 一般分为加热器和冷却器2 有相变传热 一般分为冷凝器和重沸器。其中,冷凝器是本论文所研究的重点。2.2 冷凝器概述冷凝器是制冷系统中重要的换热设备。它的主要作用是将设备排出的高温、高压状态下的气态制冷剂予以冷却并液化。满足制冷剂在系统中的循环使用要求。在冷凝过程中放出的热量由冷却介质(水或空气)带走。根据冷却介质种类的不同,冷凝器主要可分为水冷冷凝器、空冷(也称风冷)冷凝器以及水和空气联合冷却式冷凝器。在大多数条件下,这三种冷凝器均能取得良好的效果。但随着科技的发
16、展以及全球水资源日益紧张,空冷式冷换设备已在石油、化工、冶金、核能、电力等行业得到大量的应用。空冷冷凝器器是以环境空气作为冷却介质,横掠翅片管外使管内高温工艺流体得到冷凝的设备。空冷式冷凝器利用空气作为冷却介质,替代了循环水系统对环境的污染,节能效果非常明显。此外,还具有维护费用低、运转安全可靠、使用寿命长等优点。图2-1 空冷冷凝器简图空冷冷凝器的基本部件如下:管束:由管箱、翅片管、和框架组合构成。需要冷凝的流体在管内通过,空气在管外横掠流过翅片管束,对流体进行冷凝。风机:一个或几个一组的风机驱使空气流动。构架:冷凝器管束及风机的的支撑部件;附件:如百叶窗、蒸汽盘管、梯子、平台等。根据管束布
17、置形式,空冷冷凝器可分为卧式(水平式)空冷冷凝器、立式空冷冷凝器和斜顶式空冷冷凝器。卧式空冷冷凝器的管束水平放置。其优点是结构简单、安装方便、管内热流体和管外空气分布比较均匀,缺点是占地面积大。但新建装置多采用此结构形式。当进行介质冷凝时,为防止冷凝液滞留管中,管子应有3或1%的倾角。空冷冷凝器的基本形式多为管翅式,下面对管翅式换热器做以重点介绍。2.3管翅式换热器2.3.1 管翅式换热器基本结构管翅式换热器的基本结构如图21所示,管翅式换热器的结构与一般管壳式换热器基本相似,只是用翅片管代替了光管作为传热面。翅片管换热器可以仅有一根或若干根翅片管组成。翅片管事管翅式换热器中主要换热元件。管内
18、管外流体通过管壁及翅片进行热交换,由于翅片扩大了传热面积,使换热得以改善。图22 管翅式换热器基本结构示意图翅片管规格品种很多。从材料上讲,有碳钢、铜铝、不锈钢等,还有复合材料,如钢铝复合,即基管采用钢,翅片采用铝;较常见的翅片形式大致有以下几种:套胀的整体翅片、螺旋形缠绕或焊接或者钎焊翅片、环形翅片、螺旋型缠绕细金属丝、纵向翅片管等。2.3.2 管翅式换热器的工作特性管翅式换热器是广泛应用的热交换设备之一。它常常应用在两侧流体的换热性能相差甚大的情况下,通常是以管外侧安装翅化表面来减小换热性能较差流体的换热热阻,而换热性能较好的流体在管内流动仍然保持较小的换热热阻,从而达到整体增强换热器传热
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