1、 本 科 毕 业 设 计 设计题目： 螺旋板式换热器的设计 学生姓名： 岳庆法 学 号 ： 201001030212 专 业 ： 化学工程与工艺 指导教师： 王闰 学院： 化学化工与材料科学学院 12014 年 5 月 20 日 毕业论文（设计）内容介绍 论文（设计） 题目 螺旋板式换热器的设计 选题时间 2013.12.24 完成时间 2014.05.20 论文（设计） 字数 7000 关键词 螺旋板式换热器，热工计算，结构设计，焦化节能 论文（设计）题目的来源、理论和实践意义： 本课题的来源 ： 焦化厂化产车间产生的废循环氨水 ,温度在 80 摄氏度左右 ,这一部分热量直接排放掉会比较可惜
2、；但由于热的品质不高，较难回收。利用螺旋板式换热器高效的换热性能对这一部分能量进行回收，加热采暖水，为供暖节省了大量的能耗。题目 具有较强的实用性和专业性，符合专业培养化工生产专门人才的需要，满足综合训练的基本要求。利于提高设计者运用所学理论、专业知识和基本技能分析解决化工生产中实际问题的能力。为今后从事化工方面的生产、设计及研究工作打下坚实的基础。 论文（设计）的主要内容及创新点： 本设计的主要任务是对螺旋板式换热器的设计。设计过程包括 :一、选题与任务书分析；二、收集资料；三、技术设计；四、工程图纸绘制；五、编写毕业设计说明书。其中技术设计最为重要，它 的 内容包括：第一部分是热工计算；第
3、二部分是换热器的结构设计；第三部分是附件的计算 和选择；第四部分分别对螺 旋通道和轴向通道做了阻力降计算。最后提交的作品包括毕业设计说明书一份和螺旋板式换热器的装配图（ A1 图幅）一张。 本设计的创新点：考虑到循环氨水的流量比较大和现场安装空间有限，无法采用多台设备并联安装，所以 采用立式组合式 结构。将两台螺旋板换热器上下叠加组合，让采暖水并联走螺旋通道，循环氨水沿轴向通道流动。 这样，介质换热为错流换热。 附：论文（设计） 本人签名： 岳庆法 2014 年 5 月 20 日 摘要 该设计简要叙 述了螺旋板式换热器的基本发展历程、自身的优缺点及其结构型式。 本设计利用螺旋板换热器高效的换热
4、性能对焦化产生的循环氨水进行余热回收以供采暖 使用。 根据焦化厂提供的工艺条件， 通过热工计算、结构设计 ,确定出换热器的结构形式， 并对螺旋板的 阻力降进行 了 校核。 最后 在设计总结中提出自己对换热器的制造工艺及其注意问题的见解 。 关键词 ： 螺旋板式换热器，热工计算，结构设计，焦化节能 Abstract This design briefly introduces the basic development process, the advantages and disadvantages and the structure of spiral-plate heat exchange
5、r. Considering the high-efficiency of spiral-plate heat exchanger, we used it to recycle the waste heat from circling ammonia water in coking plant, which could be used to heat the heating water. Based on the technological conditions,I did the thermal calculation and structural design and proofread
6、the strength and rigidity of the spiral-plate heat exchanger. I put forward my own suggestions about the heat exchanger design at the end. Keywords: spiral-plate heat exchanger, thermal calculation, structural design, energy efficiency in choking plants 目录 前言 . 错误 !未定义书签。 第 1章螺旋板换热器简介 . 错误 !未定义书签。 1
7、.1 发展历程 . 错误 !未定义书签。 1.2 主要优点 . 2 1.3 主要缺点 . 错误 !未定义书签。 1.4 结构型式 . 3 第 2章热工计算 . 错误 !未定义书签。 2.1 介质的物性参数 . 错误 !未定义书签。 2.1.1 采暖水侧物料的物性参数 . 错误 !未定义书签。 2.1.2 热负荷计算 . 6 2.1.3 循环氨水侧物料的物性参数 . 6 2.1.4 热交换组合形式 . 7 2.2 tm 的计算 . 7 2.3 K 的计算 . 8 2.3.1 污垢热阻的选取 . 8 2.3.2 管壁热阻的计算 . 8 2.3.3 采暖水一侧给热系数的计算 . 9 2.3.4 循环
8、氨水一侧传热系数的计算 . 10 2.3.5 K 的计算 . 10 2.4 换热面积的计算 . 10 第 3章结构尺寸计算 . 错误 !未定义书签。 3.1 外径 D 的计算 . 错误 !未定义书签。 3.2 定距柱的选择与计算 . 错误 !未定义书签。 3.3 中心隔板的计算 . 错误 !未定义书签。 3.4 半圆端板的计算 . 错误 !未定义书签。 第 4章筒体、椭圆封头和其他附件的选择和计算 . 错误 !未定义书签。 4.1 半圆筒体的计算 . 错误 !未定义书签。 4.2 椭圆封头的选择 . 错误 !未定义书签。 4.3 接管的计算和选择 . 错误 !未定义书签。 4.4 容器法兰的选
9、择 . 17 4.5 接管法兰的选择 . 17 4.6 支座的设计 . 18 第 5章阻力降计算 . 19 5.1 螺旋通道的阻力降 . 19 5.2 轴向通道的阻力降 . 19 设计总结 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 1 前言 受内蒙古恒坤化工有限公司的委托，王闰老师的山东汉特工业设备制造有限公司要为内蒙古恒坤化工有限公司设计一组换热器，回收该公司焦化化产车间工艺系统中循环氨水携带的大量预热，用于该公司的采暖系统。恰巧学校安排我跟随王闰老师做毕业设计，我有幸参与了该换热组的设计。现将该设计整理出来，作为本人的毕业设计报告，向各位
10、老师汇报几年来的学习成果。在王闰老师和山东汉特工业设备制造有限公司张海涛等多位师兄的热心指导下，通过本次设计，我对 换热器设计以及所需要的化工原理、化工设备等学科的知识，有了进一步的理解，为自己即将毕业，走向新的工作和学习环境，打下了坚实的基础。自己感觉底气足了，信心强了，独立工作的能力也得到增强。在此我对指导我进行本次毕业设计的王闰老师表示诚挚的谢意。 以下是本设计的相关技术数据 ： 根据内蒙古恒坤化工有限公司的要求，用一组螺旋板式换热器回收利用循环氨水的热量加热公司整个采暖系统，根据用户提供的采暖面积等要求，初步估算需循环水约 300 m3 /h，以下列出设备设计工艺条件： 序号 项目 热
11、侧 冷侧 备注 1 介质名称 循环氨水 采暖水 2 工作压力 MPa 0.5 0.4 3 设计压力 MPa 0.6 0.6 4 进口温度 80 45 5 出口温度 待求 68 6 设计温度 95 95 7 介质流量 m3 /h 1000 300 8 换热器结构形式 螺旋板式换热器 2 第 1 章 螺旋板换热器简介 根据与客户的交流和综合考虑，双方确定本装置选用螺旋板式换热器。 螺旋板式换热器是由两块平行的钢板，在中间布焊定距柱，在专用卷床上卷制而成，两端可以采用板条（圆钢）密封，形成不可拆式结构；也可以只密封一个通道，然后两端用盲板密封，形成可拆式结构；按照要求使两流体按照不同的方式流动，可以
12、形成逆流流动，也可形成错流流动。由于螺旋般换热器流道内布焊了定距柱，介质在流道内流动时受到定距柱的扰动，加上螺旋状的流道随时改变介质的流动方向，使得介质在流道内即使流速很低的时候，也能形成湍流，所以螺旋板式换热器的传热效率很高，一般能达到管壳式换热器的三至四倍。 1.1 发展历程 螺旋板式换热器是瑞典罗森布拉德公司于 1930 年首先推荐使用的，很快就开始成批生产并取得了专利权。随后许多国家根据这个公司的专利相继仿照。英国 APV 公司、美国 AHRCO 公司、西德 ROCA 公司、日本大江和川化公司以及荷兰、捷克、苏联等国都以成批生产。日本是第二次世界大战以后才开始生产，各工厂均制定了各自的
13、系列标准。苏联在 1966 年颁布了国家标准 - OCT2067 66。 我国在五十年代已在化学工业中开始制造和使用了螺旋板式换热器。到了六十年初期，由于采用了专用的卷床卷制，提高了产品质量并能成批生产。 到了 1970 年，苏州化工机械厂和一机部通用机械研究所开始进行标准化，系列化生产，随后并与大连工学院协作对螺旋板式换热器的传热和流体阻力进行了系统的研究。 1973 年一机部制定了部标准 JB1287-73。 2003 年 3 月，国家经济贸易委员会发布螺旋板式换热器行业标准 JB/T4751-2003,该标准更详细的规范了螺旋板式换热器的设计、制造、生产、检验及验收等工作。 1.2 主要
14、优点 A.传热效率高 流体在螺旋板换热器中做螺旋流动，由此产生的离心力提高了流体的湍流程度。此外，在通道中的定距柱也破坏了边界层而产生涡流 。因此，在较低的雷诺数下就可以形成湍流，一般 Re=14001800 之间，最低的在 Re=500 时就能形成湍流，视定距柱的布置情况和数目而定。 B两流体逆流和低温传热 3 两种流体在较长的螺旋通道内可进行完全逆流的热交换。当两流体的进出口温度一定时，逆流的对数平均温度差要比并流、错流或折流时的大，因而单位面积的传热量也大。另一方面，如果要求单位面积传热量相等，则采用逆流传热就能以较小的对数平均温度差来完成。这对于低温热源的利用是十分有利的。 C不易结垢
15、 流体 在螺旋板换热器中走的是单通道，它的允许流速又比其他类型的换热器高（通常，对粘度不大的液体为 2米 /秒，对气体为 20 米 /秒），因此不易结垢。 D结构紧凑、不用管材、制造简便 螺旋板换热器是用金属板卷制的，因此没有管板、官箱等不起热交换作用的部件，在传热面积相同时，比列管式换热器紧凑得多，单位体积的传热面积约为列管式换热器的 23 倍。制造时机械加工量少，成本低。不用无缝钢管这一点对我国是有现实意义的。 1.3 主要缺点 A操作压力受到限制 螺旋板换热器的操作压力主要由一定厚度的金属板材和密封结构来承受。为了提高操作压力，相应的就要增厚板材，对密封结构的要求也提高了。有的厂家为了保
16、证外壳强度，采取加厚最外一层螺旋板的办法。这也给加工制造带来了一些困难。 B.检修困难 螺旋板内部损坏了很难修理。因此处理易腐蚀的介质时应选择耐腐蚀的金属材料来制造。 1.4 结构型式 国际上习惯按流体流过通道的方式分为四类： I 型、 II 型、 III 型和 G 型。而我国又习惯于按端面焊接的方式来分类： I 型、 II 型、 III 型。这里我们主要介绍国内分法，对于国际上的分类不做讨论。 凡是两端面全部焊死，两个通道都不能进行机械清洗时，国内统称为 I 型，或称为不可拆式螺旋板换热器。凡是在螺旋板两个端面进行交错焊接密封，并用可拆卸的顶盖和垫片密封的就称为 II 型。 这种设备的的两个通道均可在拆卸顶盖后进行机械清洗，故又称可拆式螺旋板换热器。还有 I 型和 II 型的混合型，此型螺旋体的一个端面全部焊死，而另一个端面则留下一个通道不焊接，另一个通道仍焊死。所以混合型的一个流体通道的两端全部焊死，不能进行机械清洗（只能化学清洗），而另一通道的一4 端是焊死的，另一端是敞开的，可以进行机械清洗。 此外，还有用四张钢板卷制成的螺旋体，其中一个通道的两端全部焊死，而另一个通道则两端全敞开。甲介质在两端全焊死的通道内由周边旋转至中心，然后又由中心 旋转至周边排出，也即甲介质的的进口和出口都在周边上；乙介质只能作轴向流动，这种类型在我国统称 III 型。
