文档介绍：第一章引言
螺旋板式换热器主要由板材、接管、密封板组成,结果简单,材料利用率高。结构上分为可拆式和不可拆式螺旋板两种。流体在Re>500时可达到湍流状态,因此比管壳式换热器传热效率高1倍以上。且螺旋板式换热器本适用于液-液,气-气,气-液对流传热也可用于蒸汽冷凝和液体蒸发传热。螺旋板换热器结构是由两张钢板卷制而成,形成了两个均匀的螺旋通道,两种传热截止可进行全逆流流动,适用小温差传热,便于回收低温热源并可准确地控制出口温度。而且在壳体上的接管是切向结构,局部阻力小,螺旋通道的曲率是均匀的,流体在设备内流动没有大的换向,总的阻力小,因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。
⑴其优点是:⑴
①传热效率高,比管壳式换热器高1倍以上;
②结构紧凑,单位体积传热面积180㎡/m3;
③结构可靠;
④不易污染;
⑤成本低;
⑥适用温度可达300℃,;
⑦适用于化工、较轻介质场合。
⑵螺旋板式换热器主要特点:
①传热效果好。
②传热系数最高能达到3300W/(m2·K),是列管式换热器的2~3倍。
③低温热回收率高。
④工作介质在设备内是全逆流进行换热的,加上流程长,在低温热能的余热回收工艺中效果很好。
⑤运行安全可靠。不可拆式的介质通道以焊接密封,有效保证两种介质不混合。
⑥运行阻力小。流体通道可据工艺单独设计,压力损失小。
⑦自清力强。介质通道为螺旋形,没有流通死角,允许流速高,不易结垢。
近年来,螺旋板换热器在技术和质量方面都有了很大的发展。螺旋板式换热器的螺旋板均采用整张优质卷板料卷制,螺旋体中无拼接焊缝,螺旋体卷制采用特制的回点,螺旋线芯模曲率均匀拐点圆弧过渡无应力集中,独到的卷制技术能够有效地避免螺旋体内的各种加工缺陷,从而确保两通道介质不出现因加工制造带来的内部窜漏的隐患。特别是不锈钢系列螺旋板式换热器,对其两通到内设置的定距柱采用先进的碰焊技术,定距柱采用精致机加工成形。这一新技术的应用即提高了定距柱排布的精确度,又提高了定距柱与螺旋般的焊点牢固性,显著地改善了螺旋板体的整体刚度和稳定性[27]。
根据设计题目,压缩机出口水冷气设计。考虑压缩机出口的气体水煤气由80摄氏度冷却到35摄氏度,温差为45摄氏度,并不是很大,因此可以考虑最常用管壳式换热器和螺旋板式换热器。其中管壳式换热器应用最为广泛,因它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高使用范围广等优点,但在换热效率设备的体积和金属材料的消耗等方面都不如螺旋板式换热器。
基于以上螺旋板换热器和管壳式换热器的比较以及螺旋板换热器的优点,决定采用螺旋板换热器。
螺旋板式换热器系由外壳、螺旋体、密封及进出口等四部分组成。螺旋体用两张平行的钢板卷制而成,具有两个使介质通过的矩形通道。
根据螺旋板式换热器的结构,可分为可拆式和不可拆式两种。由于螺旋板式换热器不能进行机械清洗,虽然生产实践证明,螺旋板式换热器与一般列管式换热器相比是不容易堵塞的,尤其是泥沙、小贝壳等悬浮颗粒杂质不易在螺旋通道内沉积,分析其原因;一是因为它是单通道杂质在通道内的沉积,形成周转的流把它冲掉,二是因为螺旋通道内没有死角,杂质容易被冲出。但长时间应用应会使螺旋板换热器内积留杂质。而不可拆式换热器不便于清洗,因此本设计为半可拆式换热器,即一端面采用焊接密封,而另一端面采用的密封采用端盖加垫片的密封结构,螺旋体内可由上端面进行清洗。
螺旋通道的端面是焊接密封的,密封性能好,结构可靠。
由于螺旋板式换热器不易检修,尤其是内部板出现问题时极难修理,有些厂把设备两端焊缝全部车掉,重新将板展平补焊后再卷制,这样做消耗的工时太大,因此螺旋板换热器的防腐是十分重要的。根据热交换气体水煤气的成分可选换热器的材料为16MnR.。
在进行螺旋板式换热器的结构设计中,密封结构的设计是至关重要的,密封结构的好坏,直接影响到螺旋板换热器能是否正常运转。即使微小的泄漏使两流体相混,也使传热不能正常运行。所以密封结构的设计是一个很重要的问题。在此螺旋板换热器中计划采用两种密封结构形式,即焊接密封和垫片端盖密封。
第二章设计要求
设计一台螺旋板式换热器,将20/h的水煤气从80℃冷却到35℃。冷却水的入口温度为20℃,冷却水量为30/h ,.
第三章传热工艺的计算
传热量Q的计算
热程的物性参数
已知水溶液流量为V=/s,入口温度T1=80℃;出口温度T2=35℃,定性温度
Tc=
= =℃
在此定性温度下,气体的物理参数查表如下:
H2
CO
CO2
N2
CH4

表 3-1 水煤气的各组分体积百分数
气体
*10^7cal/cm.