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空气压缩机一段冷却器设计
目录
第1章绪论 2
1.1空气压缩机冷却器工艺流程图 2
1.1.1工艺流程简图 2
1.1.2 结构简图 2
1.2换热器的类型 3
1.3换热器 3
第2章设计计算 4
2.1确定设计方案 4
2.1.1换热器的类型 两流体的温度变化 4
2.1.2管程安排 4
2.2确定物性数据 5
2.3估算传热面积 5
2.3.1热流量 5
2.3.2冷却水用量 5
2.3.3平均传热温差先按照纯逆流计算 5
2.3.4初算传热面积 6
2.4工艺尺寸 6
2.4.1管径和管内流速 6
2.4.2管程数和传热管数 6
2.4.3平均传热温差校正 7
2.4.4传热管排列和分程方法 7
2.4.5壳体内径 8
2.4.6折流板 8
2.4.7接管 8
2.5换热器核算 9
2.5.1热传热面积校核 9
2.5.2换热器内压核算 11
第3章心得体会 13
第4章参考文献 14
第1章绪论
1.1空气压缩机冷却器工艺流程图
1.1.1工艺流程简图
1.1.2 结构简图
1.2换热器的类型
列管式换热器又称为管壳式换热器,是最典型的间壁式换热器,历史悠久,占据主导作用,主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动,其行程称为管程;另一种流体在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
其主要优点是单位体积所具有的传热面积大,传热效果好,结构坚固,可选用的结构材料范围宽广,操作弹性大,因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速,往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍流程度大为增加。
列管式换热器中,由于两流体的温度不同,使管束和壳体的温度也不相同,因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大(50℃以上)时,就可能由于热应力而引起设备的变形,甚至弯曲或破裂,因此必须考虑这种热膨胀的影响。
1.3换热器
换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同,故换热器的类型也是多种多样。
按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类:混合式、蓄热式、间壁式。
间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中,冷、热流体被固体壁面隔开,互不接触,热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛,形式繁多。将在后面做重点介绍。
直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中,冷、热流体相互接触,相互混合传递热量。该类换热器结构简单,传热效率高,适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。
蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体,将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时,从热流体处接受热量,蓄热体温度升高后,再与冷流体接触,将热量传给冷流体,蓄热体温度下降,从而达到换热的目的。此类换热器结构简单,可耐高温,常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大,且不能完全避免两种流体的混合。
工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点,间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。
紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。
管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中,列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备,在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固,能承受高温高压,换热表面清洗方便,制造工艺成熟,选材范围广泛,适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。
使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上,而管板则安装在壳体内。因此,这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。
第2章设计计算
2.1确定设计方案
2.1.1换热器的类型 两流体的温度变化
两流体的变化情况:
热流体进口温度 ℃,出口温度 ℃;
冷流体进口温度℃,出口温度为 ℃。
该换热器用循环冷却水冷却,冬季操作时,其进口温度会降低,考虑到这一因素,估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大,确定选用浮头式换热器。
从两物流的操作压力看,应使混合气体走管程,循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢,若其流速太低,将会加快污垢增长速度,使换热器的热流量下降,所以从总体考虑,应使循环水走管程,走壳程。
定性温度:对于一般气体和水等低黏度流体,其定性温度可取流体进出口温
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