上下两段列管式换热器的设计+CAD图纸(2)
2.2热力学计算 12
2.2.1确定物性数据 11
2.2.2热量衡算 13
2.2.3流动空间及流速的测定 13
2.2.4计算总传热系数 13
2.2.5换热器核算 16
2.2.6 阻力计算 18
2.3细部结构计算 20
2.3.1筒体与管箱的材料选择 20
2.3.2筒体 20
2.3.3管箱 21
2.3.4管箱封头 21
2.3.5水压试验校核 22
2.3.6固定管板 23
2.3.7换热管及其排列方式 24
2.3.8换热管与管板的连接 25
2.3.9接管 26
2.3.10折流板和折流杆 31
2.3.11拉杆 33
2.3.12 导流筒 34
2.3.13 法兰 34
2.3.14 垫片 36
2.3.15 耳式支座 36
2.3.16 隔板 39
3管壳式换热器壳程流体流动的数值模拟 40
3.1建立流体流动模型 40
3.1.1建立折流板流体流动模型 40
3.1.2建立折流杆流体流动模型 40
3.2流体流动模型网格的生成和边界条件设置 41
3.3控制方程 42
3.4数值模拟分析 42
3.4.1 Fluent数值界面设置 43
3.4.2 Fluent求解计算 52
3.4.3 Fluent数值分析总结 53
4总结 60
致谢 61
参考文献 62
1.1引言
换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展，换热器的应用领域不断扩大，带来了显著的经济效益[1]。其中管壳式换热器约占换热器总量的70%，作为最常用的一类换热器，特别适合于高温高压的应用场合，并且能够适合各种传热传质过程，最具灵活性。管壳式换热器的强化传热分为管内和管外两方面，其中壳侧流动与换热越来越成为这种换热器革新、完善的重点[2]。上下两段列管式换热器的设计所使用的物料为变换气和半水煤气，为合成氨的主要原材料，所以上下两段列管式换热器是在氮肥厂中使用的。而我国有中小氮肥厂500多家，其化肥总产量占全国化肥产量的一半以上。然而中小氮肥厂又是我国的耗能大户，因此节能降耗成为这些企业的主要问题。换热器是氮肥生产过程中的关键设备，而管壳式换热器由于具有耐高温、高压、处理量大、制造技术成熟等优点，在其中占有重要的地位。目前氮肥厂使用的管壳式换热器，其壳程内部大都采用传统的折流板（单弓形挡板）结构。这种换热器传热效率低，材料及能量消耗大，而且由于抗流体诱导振动能力差，易引起设备的破坏与腐蚀，使用寿命极短。因此对氮肥厂现有的这种换热器进行技术改造并对其实施设备的更新换代，已成为长期从事氮肥工业及换热设备工作者的历史重任。
1.2发展管壳式换热器的节能意义
目前在我国石油化工行业中，换热设备投资占设备投资的30%以上，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器，其中80%以上的管壳式换热器仍采用弓形折流板光管结构，这种结构决定了换热器传热效果差，壳程压降大，与我国正在推行的节能减排政策不相适应。因此提高换热器的效能对化工行业节能减排、提高效益非常重要。换热设备传热过程的强化就是力求使换热设备在单位时间内、单位传热面积传递的热量尽可能增多。应用强化传热技术的目的是为了进一步提高换热设备的效率，减少能量传递过程中的损失，更合理更有效地利用能源。提高传热系数、扩大单位传热面积、增大传热温差是强化传热的三种途径，其中提高传热系数是当今强化传热的重点。