管殼式換熱器設(shè)計-數(shù)據(jù)2【含CAD圖紙】

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畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 學(xué) 院 專 業(yè) 年 級 姓 名 指導(dǎo)教師 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目：管殼式換熱器設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專 業(yè) 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 職 稱 一、原始依據(jù)（包括設(shè)計或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等） 原始數(shù)據(jù)： （1）設(shè)計壓力：1Mpa。殼體介質(zhì)：水。管程介質(zhì)：乙二醇胺。 （2）總體參數(shù)：筒體外徑600mm，管徑Φ19×2，長4500mm，材料為Q235。 （3）設(shè)計溫度：殼、管壁溫差45℃，tt＞ts 殼程介質(zhì)溫度為25-35℃，管程介質(zhì)溫度為45-70℃。 （4）殼體與封頭材料在低合金高強度剛中間選用，并查出其參數(shù)，接管及其他數(shù)據(jù)根據(jù)表7-15、7-16選用。 （5）腐蝕度為2mm，拉桿數(shù)量為6件。 （6）殼體與支座對接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)Φ=0.9 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。 在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質(zhì)上的區(qū)別。 換熱設(shè)備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點，所以在各工程中仍得到普遍使用。 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。 對同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。 二、參考文獻(xiàn) ［1］匡國柱 史啟才 ：《化工單元過程與設(shè)備設(shè)計》； ［2］秦叔經(jīng)、葉文邦等：《換熱器》［M］ ，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年版； ［3］譚天恩、竇梅、周明華等：《化工原理（第三版）上、下冊》［M］，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年版； ［4］《化工過程及設(shè)備設(shè)計》［M］華南工學(xué)院化工原理教研室，1987； ［5］賈紹義等：《 化工原理課程設(shè)計》［M］，出版社，2003年版； ［6］刁玉瑋、王立業(yè)、喻健良等：《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》［M］，大理理工大學(xué)出版社，2006年版； ［7］錢頌文：《換熱器手冊》［M］，化學(xué)工業(yè)出版社； ［8］蔡紀(jì)寧、張莉彥：《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》［M］，化學(xué)工業(yè)出版社2011年版； ［9］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB151-89鋼制管殼式換熱器.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，1989出版； ［10］時均等：化學(xué)工程手冊(第二版，上卷).化學(xué)工業(yè)出版社； ［11］《鋼制壓力容器》GB150-1998； ［12］《鋼制塔式容器》JB4710-1992； ［13］ GB151-1999 《管殼式換熱器》1999年； ［14］《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 1999年。 三、設(shè)計（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計或研究內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對學(xué)生提出具體要求） 設(shè)計內(nèi)容： 1．管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 包括：管子數(shù)n，管子排列方式，管間距的確定，殼體尺寸計算，換熱器封頭選擇，容器法蘭的選擇，管板尺寸確定塔盤結(jié)構(gòu)，人孔數(shù)量及位置，儀表接管選擇、工藝接管管徑計算等等。 2. 殼體及封頭壁厚計算及其強度、穩(wěn)定性校核 （1）根據(jù)設(shè)計壓力初定壁厚； （2）確定管板結(jié)構(gòu)、尺寸及拉脫力、溫差應(yīng)力； （3）計算是否安裝膨脹節(jié)； （4）確定殼體的壁厚、封頭的選擇及壁厚，并進(jìn)行強度和穩(wěn)定性校核。 3. 筒體和支座水壓試驗應(yīng)力校核 4. 支座結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度校核 包括：裙座體（采用裙座）、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓 5. 換熱器各主要組成部分選材，參數(shù)確定。 6. 編寫設(shè)計說明書一份 7. 繪制2號裝配圖一張，Auto CAD繪3號圖一張）。 對學(xué)生的基本要求： 1.學(xué)生要按照任務(wù)書要求，獨立完成塔設(shè)備的機械設(shè)計； 2.設(shè)計說明書一律采用電子版，2號圖紙一律采用徒手繪制； 3.各班長負(fù)責(zé)組織借用繪圖儀器、圖板、丁字尺；學(xué)生自備圖紙、橡皮與鉛筆； 4.畫圖結(jié)束后，將圖紙按照統(tǒng)一要求折疊，同設(shè)計說明書統(tǒng)一在答辯那一天早上8：30前，由班長負(fù)責(zé)統(tǒng)一交到HF508。 5.根據(jù)設(shè)計說明書、圖紙、平時表現(xiàn)及答辯綜合評分。 說明書內(nèi)容： 1.前言 （1）設(shè)計條件； （2）設(shè)計依據(jù)； （3）設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述。 2.材料選擇 （1）選擇材料的原則； （2）確定各零、部件的材質(zhì)； （3）確定焊接材料。 3.繪制結(jié)構(gòu)草圖 （1）換熱器裝配圖 （2）確定支座、接管、人孔、控制點接口及附件、內(nèi)部主要零部件的軸向及環(huán)向位置，以單線圖表示； （3）標(biāo)注形位尺寸。 （4）寫出圖紙上的技術(shù)要求、技術(shù)特性表、接管表、標(biāo)題明細(xì)表等 4.殼體、封頭壁厚設(shè)計 （1）筒體、封頭及支座壁厚設(shè)計； （2）焊接接頭設(shè)計； （3）壓力試驗驗算； 5.標(biāo)準(zhǔn)化零、部件選擇及補強計算： （1）接管及法蘭選擇：根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖統(tǒng)一編制表格。內(nèi)容包括：代號，PN,DN,法蘭密封面形式，法蘭標(biāo)記，用途）。補強計算。 （2）人孔選擇：PN,DN,標(biāo)記或代號。補強計算。 （3）其它標(biāo)準(zhǔn)件選擇。 6.結(jié)束語：對自己所做的設(shè)計進(jìn)行小結(jié)與評價，經(jīng)驗與收獲。 7.主要參考資料。 【格式要求】： 1.計算單位一律采用國際單位； 2.計算過程及說明應(yīng)清楚； 3.所有標(biāo)準(zhǔn)件均要寫明標(biāo)記或代號； 4.設(shè)計說明書目錄要有序號、內(nèi)容、頁碼； 5.設(shè)計說明書中與裝配圖中的數(shù)據(jù)一致。如果裝配圖中有修改，在說明書中要注明變更； 6.書寫工整，字跡清晰，層次分明； 7.設(shè)計說明書要有封面和封底，均采用A4紙，裝訂成冊。 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日 審題小組組長（簽字） 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題名稱 管殼式換熱器設(shè)計 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 1.選題依據(jù)及意義 換熱器的基建投資在一般化工、石化企業(yè)中約占設(shè)備總投資的20%，其中固定管板式換熱器約占換熱器的70%。? 固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個補償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。? 特點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。? 固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板換熱器的結(jié)構(gòu)特點是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱器的長度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。? 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。? 本課題所設(shè)計的冷卻器屬于固定管板換熱器，是針對給定的設(shè)計參數(shù)，按照相關(guān)規(guī)定的要求，通過壁厚計算和強度校核等，設(shè)計固定管板式換熱器產(chǎn)品。熟悉壓力容器設(shè)計的基本要求，掌握固定管板式換熱器的常規(guī)設(shè)計方法，把所學(xué)的知識應(yīng)用到實際的工程設(shè)計中區(qū)，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下扎實的基礎(chǔ)。 2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板式管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為各種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翹式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。? 60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓，釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。從此，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。? 換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。? 混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。? 蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。? 間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。? 間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等：板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翹式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求面設(shè)計的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器等。? 換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫度分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小。?在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費 3.本課題研究內(nèi)容 本臺設(shè)計的換熱器是一臺乙二醇胺-水換熱器，主要完成冷卻水—乙二醇胺的熱量交換，設(shè)計壓力為管程1.0MPa，殼程壓力為1.0MPa，管程乙二醇胺進(jìn)，出口溫度分別為70oC和45oC。殼程水進(jìn)、出口溫度分別為25oC和35oC，運用所學(xué)的知識，獨立解決設(shè)計中碰到的以下問題：? （1）設(shè)計方案簡介? 對給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的形式進(jìn)行簡要論述。? （2）根據(jù)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝計算? 物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝尺寸的設(shè)計計算。? （3）主要受壓元件強度計算? 計算熱交換器各部件尤其受壓部件（如殼體）的應(yīng)力大小，檢查其強度是否在允許范圍內(nèi)。在考慮強度時，應(yīng)該盡量采用中國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)材料和部件，按照國家壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進(jìn)行計算或核算。 （4）計算機繪圖及說明書的編寫? 利用AutoCAD軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個零件圖，并編寫說明書。 4.本課題研究方法 行動研究法是一種適應(yīng)小范圍教育改革的探索性的研究方法，起目的不在于建立理論，歸納規(guī)律，而是對教育活動和教育實踐中的問題，在行動研究中不斷地探索，改進(jìn)工作，解決教育實際問題。行動研究將改革行動與研究工作相結(jié)合，與教育實踐的具體改革行動機密相連。（特點是邊執(zhí)行、邊評價、邊修改）。 模式：預(yù)診-——收集資料初步研究——擬定總體計劃——制定具體計劃——行動——總結(jié)評價 這個方法的具體特點： 一是具有動態(tài)性，所有的設(shè)想，計劃都處于一個開放的動態(tài)系統(tǒng)中，都有可修改的； 二是較強的聯(lián)合性與參與性； 三是在整個研究過程中，診斷性評價、形成性評價、總結(jié)性評價貫穿于行動研究法工作流程的始終。 首先要對研究過程進(jìn)行考察。考察內(nèi)容有：一是行動背景因素以及影響行動的因素。二是行動過程，包括什么人以什么方式參與了計劃實施，使用了什么材料，安排了什么活動，有無意外的變化、如何排除干擾。三是行動的結(jié)果，包括預(yù)期的與非預(yù)期的，積極和消極的。要注意收集三方面的資料，背景資料是分析計劃設(shè)想有效性的基礎(chǔ)材料，過程資料是判斷行動效果是不是、由方案帶來和怎樣帶來的考察依據(jù);結(jié)果資料是分析方案帶來的什么樣的效果的直接依據(jù)。 5.研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 第1-2周：搜索文獻(xiàn)資料，完成外文翻譯? 第3-4周：完成開題報告? 第5-6周：查詢各方面資料，熟悉課題，對課題形成直觀的了解，實地考察搜集資料? 第7-8周：整理資料，對設(shè)計中可能用到的軟件進(jìn)行熟悉，查找相關(guān)專業(yè)資料? 第9-10周：初步設(shè)定設(shè)計方案，通過反復(fù)比較驗證從中并選擇最優(yōu)方案? 第11-12周：初步進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合專業(yè)資料，反復(fù)論證設(shè)計的合理性，依據(jù)設(shè)計步驟繪制簡圖等?? 第13-14周：論文初稿提交指導(dǎo)老師審閱 6.參考文獻(xiàn) [1]?Spence?J,?Tooth?A?S.?Pressure?Vessels?Design[M].Concepts?and?Principles.? Oxford：Alden?Press.UK:1994.? [2]?Maralikrishna?K,Shenoy?U?V.Heat?Exchanger?Design?Targets?for?Minimum?Area? and?Cost[M].Chem.Eng.Res.Des.2000.78-61167. [3]?王志文主編.化工容器設(shè)計.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990? [4]?JB/T4700-4707-2000.《壓力容器法蘭》.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).2002-8-22.? [5]?秦叔經(jīng)，葉文邦.換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.? [6]?金志浩.?管殼是換熱器原理與設(shè)計[M].遼寧：科學(xué)技術(shù)出版社.? [7]?Tubular.Exchanger?Manufacturers?Association?Standards[A].?8th?ed,?New?York:1988.? [8]?熊勇剛.機械CAD參數(shù)化設(shè)計技術(shù)[J].機械科學(xué)與技術(shù)出版社.? [9]?錢頌文,朱冬生,李慶領(lǐng)等.管式換熱器強化傳熱技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社? 2003.? [10]?賀小華.化工設(shè)備常用結(jié)構(gòu)的參數(shù)化CAD設(shè)計[J].南京化工大學(xué)學(xué)報,1997.? [11]?楊啟明.過程裝備設(shè)計[M].西南石油大學(xué),2004.? [12]?許文.新編換熱器選型設(shè)計與制造工藝實用全書[M].北京：北方工業(yè)出版社， 2006.?? [13]?化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會．換熱器設(shè)計[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社， 1988.? [14]?劉曉紅.?螺旋隔板換熱器的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用[J].?機電工程技術(shù),2008 選題是否合適： 是□ 否□ 課題能否實現(xiàn)： 能□ 不能□ 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日 選題是否合適： 是□ 否□ 課題能否實現(xiàn)： 能□ 不能□ 審題小組組長（簽字） 年 月 日 摘 要 換熱設(shè)備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點，所以在各工程中仍得到普遍使用。 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。 對同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。 關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；使用范圍；結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract Heat exchanger in oil refining，petrochemical，and widely used in other industries，it is suitable for cooling，heating，evaporation and condensation，heat recovery，and various other aspects. Among them，shell-and-tube heat exchanger in the heat transfer efficiency，size of equipment and metal consumption than other new type of heat-exchange equipment，but it has a strong structure，flexibility，high reliability，widely used and so on，so the project is still being widely used. Structure design of shell-and-tube heat exchanger，is to ensure that the heat exchanger and the quality of life，you must consider many factors，such as material，pressure，temperature and wall temperature difference，scaling，fluid properties，as well as maintenance and cleaning，and so on to choose an appropriate structure. With a form of heat exchangers，for a variety of conditions，often used structures are not the same. In engineering design，apart from used as far as possible the training series，often designed according to their specific conditions，to meet the needs of technology (supported by most reasonable under suitable conditions the most effective and most economic manufacture of heat exchangers，and so on). Key words： shell-and-tube heat exchanger；use；heat exchanger 目 錄 第一章 前言 1 1.1換熱器概述 1 1.2換熱器的分類 1 第二章 列管式換熱器的結(jié)構(gòu) 1 2.1管程結(jié)構(gòu) 1 2.2殼程結(jié)構(gòu) 2 2.3 管程和殼程數(shù)的確定 4 第三章 管殼式換熱器的熱力計算 6 3.1確定物性參數(shù) 6 3.2傳熱量與水流熱量 6 3.3有效平均溫差 7 3.4結(jié)構(gòu)初步設(shè)計 7 3.5管程換熱系數(shù)計算 8 3.6殼程換熱系數(shù)計算 9 3.7總傳熱系數(shù)計算 10 3.8管壁溫度計算 11 3.9管程壓降計算 11 3.10殼程壓降計算 12 第四章 換熱器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 4.1 換熱器殼體壁厚計算及校核 14 4.2 換熱器封頭的選擇 15 4.3 法蘭墊片的選擇 16 4.3.1固定端法蘭與墊片 16 4.3.2 接管法蘭型式與尺寸 17 4.4 管板的設(shè)計 18 4.5 換熱管與管板連接拉脫力 19 4.5 膨脹節(jié) 20 4.5.1膨脹節(jié) 20 4.5.2膨脹節(jié)計算 21 4.6 折流板設(shè)計 23 4.6.1折流板型式 24 4.6.2折流板尺寸 24 4.6.3折流板的布置 25 4.7 進(jìn)出口設(shè)計 26 4.7.1接管外伸長度 26 4.7.2接管與筒體、管箱殼體的連接 27 4.7.3接管最小位置 29 第五章 總結(jié) 31 參考文獻(xiàn) 32 謝 辭 33 第一章 前言 1.1換熱器概述 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。 在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質(zhì)上的區(qū)別。 在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。換熱器的設(shè)計制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問世。 1.2換熱器的分類 換熱器作為傳熱設(shè)備被廣泛用于耗能用量大的領(lǐng)域。隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類越來越多。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的具體分類如下： 1、換熱器按傳熱原理可分為： 1）間壁式換熱器 間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。 2）蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器通過固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門切換式等。 3）流體連接間接式換熱器 流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。 4）混合式換熱器 混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，冷水塔、氣體冷凝器等。 2、換熱器按用途分為： 1）冷卻器 冷卻器是把流體冷卻到必要的溫度，但冷卻流體沒有發(fā)生相的變化。 2）加熱器 加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。 3）預(yù)熱器 預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。 4）過熱器 過熱器用于把流體(工藝氣或蒸汽)加熱到過熱狀態(tài)。 5）蒸發(fā)器 蒸發(fā)器用于加熱流體，達(dá)到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。 下面我們主要介紹列管式換熱器 。 1、 列管式換熱器分類 列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。 列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器。 　　優(yōu)點：單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。 　　結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。 一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。 列管式換熱器，按材質(zhì)分為碳鋼列管式換熱器，不銹鋼列管式換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管式換熱器三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器，按結(jié)構(gòu)分為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1～500m2，可根據(jù)用戶需要定制。在進(jìn)行換熱時，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。 　　列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補償結(jié)構(gòu)來分，主要有以下幾種： 浮頭式換熱器、固定式換熱器、U形管換熱器、填料函式換熱器等 1）浮頭式換熱器 浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。 　　新型浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設(shè)凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套絲或焊設(shè)多個螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關(guān)零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與 凹型槽相連通；在凹型和梯型凹槽之間鉆孔并套絲或焊設(shè)多個螺桿均布，設(shè)浮頭法蘭為凸型和梯型凸臺雙密封，分程隔板與梯型凸臺相通并位于同一端面的寬面法蘭，且凸型和梯型凸臺及分程隔板分別與浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相對應(yīng)匹配，該浮頭法蘭與無折邊球面封頭組配焊接為浮頭蓋，其法蘭螺孔與浮頭管板的絲孔或螺桿相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其墊片，該結(jié)構(gòu)必要時可適當(dāng)加大浮頭管板的厚度和直徑及圓筒的內(nèi)徑，同時相應(yīng)變更加大相關(guān)零部件的尺寸；另配置一無外力輔助鋼圈，其圈體內(nèi)徑大于浮頭管板外徑，鋼圈一端設(shè)法蘭與外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面凹型或梯型密封面連接并密封，另一端設(shè)法蘭或其他結(jié)構(gòu)與浮頭管板原凹型槽及其墊片或外圓密封。 　　浮頭換熱器的特點： 　　浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動，這個特點在現(xiàn)場能看出來。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高（比固定管板高20%），在運行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。 2）固定管板式換熱器 固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個補償圈（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。 　　固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板 外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。 　　這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。 為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時，為安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于60～70℃和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6Mpa時由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。 　　固定管板式換熱器的特點 1、 旁路滲流較??； 2、 造價低； 3、 無內(nèi)漏； 固定管板式換熱器的缺點是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合。 3）U型管式換熱器 這類換熱器只有一個管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。 4）填料函式換熱器： 　　這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。 32 第二章 列管式換熱器的結(jié)構(gòu) 2.1管程結(jié)構(gòu) ①換熱管規(guī)格和排列的選擇 　　換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對于潔凈的流體管徑可取小些。但對于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞?？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用和兩種規(guī)格，對一般流體是適應(yīng)的。此外，還有，的無縫鋼管和，的耐酸不銹鋼管。 　　按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長度。實際所取管長應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長度合理截用。我國生產(chǎn)的鋼管長度多為6m、9m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時，管子的長度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長與管徑之比，即L/D約為4～6。 管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對易結(jié)垢流體更為適用。如將正方形排列的管束斜轉(zhuǎn)45°安裝，可在一定程度上提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 圖1 管子在管板上的排列 ②管板 固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 ③封頭和管箱 封頭 　封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體(一般小于400mm)，圓形用于大直徑的殼體。 管箱 列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時可采用平蓋，壓力較高時則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。檢修時可拆下管箱對管子進(jìn)行清洗或更換。 管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)符合以下兩個條件 1） 軸向開孔的單管程管箱，開口中心處的最小深度應(yīng)不小于接管內(nèi)直徑的1/3。 2） 多管程的內(nèi)側(cè)深度應(yīng)保證兩程之間的最小流通面積不小于每管程換熱管流通面積的1.3倍；當(dāng)操作允許時也可等于換熱管的流通面積。 3） 管箱長度還應(yīng)考慮管程進(jìn)出管開孔補強的2B邊緣應(yīng)力影響范圍,如果緊挨殼程進(jìn)出管,還應(yīng)考慮裝卸螺栓螺母,這點新手特別容易忽視,特別在不按比例制圖情況下,個別情況還應(yīng)考慮人進(jìn)入管箱維護(hù)的空間。 4） 管箱的長度還應(yīng)考慮接管到封頭切線的距離，接管焊縫到法蘭密封面之間的距離.管箱的長度應(yīng)盡量短一些。 2.2殼程結(jié)構(gòu) 　?、贇んw 換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計算出的實際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計算時，作圖法太麻煩費時，一般在初步設(shè)計時，可先分別選定兩流體的流速，然后計算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計完成后，仍應(yīng)用作圖法畫出管子排列圖。為了使管子排列均勻，防止流體走"短路"，可以適當(dāng)增減一些管子。 　　另外，初步設(shè)計中也可用下式計算殼體的內(nèi)徑，即: 　　　　　　　　　　　 　　式中D――――殼體內(nèi)徑，m； 　　　　 t――――管中心距，m； 　　　 　 nc―――－橫過管束中心線的管數(shù)； 　　　　 b′―――管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取b′=(1～1.5)do。 　　nc值可由下面的公式計算。 　　管子按正三角形排列時： 　　　 　　管子按正方形排列時： 　　 　　式中n為換熱器的總管數(shù)。 ②折流擋板 　　安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束，使湍動程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的10～40％，一般取20～25％，過高或過低都不利于傳熱。 a.圓缺形 b.圓盤形 a.圓缺形 b.圓盤形 圖2 折流板 　　兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內(nèi)徑D的(0.2～1)倍。板間距過小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過大，流體就難于垂直地流過管束，使對流傳熱系數(shù)下降。 　　對圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對殼程流體的流動情況有重要影響。由圖2可以看出，弓形缺口太大或太小都會產(chǎn)生"死區(qū)"，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。 　　　 a.切除過少　　　 b.切除適當(dāng) 　　 c.切除過多 圖3　擋板切除對流動的影響 擋板的間距對殼體的流動亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.2～1.0倍。我國系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為： 　　固定管板式有100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，700mm七種 浮頭式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或480mm），600mm八種。 圖4 裝有圓形折流擋板的列管換熱器 ③緩沖板 緩沖擋板　 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時對管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。 ④其它主要附件 導(dǎo)流筒　 殼程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段流體不能流動的空間(死角)，為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時必然經(jīng)過這個空間。 　　 放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷凝液等。 接管尺寸　 換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計算，即： 式中Vs--流體的體積流量，m3/s； 　 u --接管中流體的流速，m/s。 　　流速u的經(jīng)驗值為: 對液體：u=1.5～2 m/s； 對蒸汽：u=20～50 m/s； 對氣體：u=(15～20)p/ρ；式中p為壓強，單位為atm ；ρ為氣體密度，單位為kg/m3。 2.3 管程和殼程數(shù)的確定 當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時，有時會使管內(nèi)流速較低，因而對流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過多，導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動力費用；同時多程會使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計時應(yīng)考慮這些問題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4和6程等四種。采用多程時，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等。 管程數(shù)m可按下式計算，即： 式中 u―――管程內(nèi)流體的適宜速度，m/s； 　　 u′―――管程內(nèi)流體的實際速度，m/s。 當(dāng)殼方流體流速太低時，也可以采用殼方多程。如殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程。但由于縱向隔板在制造、安裝和檢修等方面都有困難，故一般不采用殼方多程的換熱器，而是將幾個換熱器串聯(lián)使用，以代替殼方多程。例如當(dāng)需二殼程時，則將總管數(shù)等分為兩部分，分別安裝在兩個內(nèi)徑相等而直徑較小的外殼中，然后把這兩個換熱器串聯(lián)使用。 第三章 管殼式換熱器的熱力計算 3.1確定物性參數(shù) 定性溫度：可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。 殼程流體水的定性溫度：t=(t1+t2)/2=(25+35)/2=30℃ 管程流體乙二醇胺的定性溫度：T=(T1+T2)/2=(70+45)/2=57.5℃。 水在30℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 ρ1=995.7kg/m3 定壓比熱容 Cp1=4.174kJ/(kg·℃) 熱導(dǎo)率 λ1=0.618W/(m·℃) 粘度 μ1=8.05×10-7Pa·s 乙二醇在57.5℃的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 ρi=1052.04 kg/m3 定壓比熱容 Cpi=2.87kJ/(kg·K) 熱導(dǎo)率 λi=0.265W/(m·K) 粘度 μi=697.76×10-6Pa·s 流量 qmi=63131.31kg/h 3.2傳熱量與水流熱量 取定換熱器熱效率為η=0.98 冷凝段傳熱量： Q1= G1·γ·η/3600 =1.3×1.986×103×1052.04×0.98/3600 =739.4KW 冷卻段傳熱量： Q1C= G1·Cp1C·(t3- t1”)·η/3600 =1.3×1.986×103×2.87×(70-45)×0.98/3600 =50.4KW 總傳熱量Q0= Q1+ Q1C=739.4+50.4=789.8KW 冷卻水的流量： G2==18922Kg/h 設(shè)定冷凝段和冷卻段分界處水的溫度為t3 G2==18922Kg/h 解得 t3=34.3℃ 3.3有效平均溫差 冷凝段溫差： ===39.8℃ 對于冷凝，冷凝溫度基本一定，故溫差校正系數(shù)為1，所以有效平均溫差=39.8℃ 冷卻段溫差： ===27.1℃ 查得溫差校正系數(shù)=0.82 所以有效平均溫差=0.82×27.1=22.2℃ 3.4結(jié)構(gòu)初步設(shè)計 參考表2-7，初選冷凝段的傳熱系數(shù)=850W/m 初選冷卻段的傳熱系數(shù)=250W/m 初選傳熱面積： 冷凝段的傳熱面積：= =21.86m2 冷卻段的傳熱面積： ==7.4m2 選用無縫鋼管作換熱管 管子外徑 d0=19mm 管子內(nèi)徑 di=15mm 管子長度取l=4.5m 管子總數(shù)： ==108.9 取121根 管間距 S=1.25d0=1.25×0.019=0.025m 管束中心排管數(shù)：NC=1.1=1.1=12.1 取13根 殼體內(nèi)徑：取Di=0.6m 長徑比：l/Di=3/0.6=5 合理 弓形折流板弓高：h=0.25Di=0.25×0.6=0.15m 折流板間距：B=Di/3=0.6/3=0.200m 折流板數(shù)量：nb=l/B-1=3/0.200-1=14塊 取13塊。 3.5管程換熱系數(shù)計算 管程流通截面積： 管程流速：w2===0.25m/s 管程雷諾數(shù)：Re2===7135 管程質(zhì)量流量：248.9Kg/s 管程傳熱系數(shù): 冷凝段的定性溫度：=(+t3)/2=(34.3+25)/2=29.65℃ 冷卻段的定性溫度： =(+t3)/2=(34.3+35)/2=34.65℃ 冷凝段傳熱系數(shù)： = = =2907.9 冷卻段傳熱系數(shù)： = = =3048.7 3.6殼程換熱系數(shù)計算 殼程流通面積： f1=BDI(1-d0/S)=0.2000.6(1-0.019/0.025)=0.0263m 殼體當(dāng)量直徑： =0.0533m 殼程流速 冷凝段：=11.80m/s 冷卻段：=0.035m/s 凝段管外壁溫度假定值： =58℃ 膜溫：tm==64℃ 膜溫下的物性參數(shù)查表得： λm=0.1607W/m℃ =765.41kg/m3 =0.3166× 冷凝負(fù)荷：Γ=G/==0.0497kg/（m.s） 冷凝段雷諾數(shù)：=627.9 冷卻段雷諾數(shù)：=4330 冷卻段管外壁溫假定值： =42℃ 壁溫下乙二醇粘度：=0.3519Pas 粘度修正系數(shù)：===0.993 切去弓形面積所占比例按h/Di=0.2 查得為0.145 殼程傳熱因子查圖圖2-12得=75 冷凝段殼程換熱系數(shù)： 冷凝負(fù)荷：=26.60Kg/() =0.945 =0.945 =31394 冷卻段殼程換熱系數(shù)： ===400.7 3.7總傳熱系數(shù)計算 乙二醇側(cè)污垢熱阻：r1=0.0001762/W 水側(cè)污垢熱阻： r2=0.000344/W 總傳熱系數(shù) 冷凝段： = =936 冷卻段： = = =284.8 傳熱系數(shù)比值： =936/850=1.10 合理 =284.8/250=1.14 合理 3.8管壁溫度計算 假設(shè)冷凝段傳熱長度 假設(shè)冷卻段傳熱長度 冷凝段管外壁熱流密度： == =22318W/ 管外壁溫度： =tm- (=64.4-22318×（+0.0001762） =59.7℃ 誤差校核：-=58-59.7=-1.7℃ 誤差不大 冷卻段管外壁熱流密度： ===2937.1W/m2.℃ 管外壁溫度： =- (+r1)=51.2-2937.1×（0.0001762） =43.4℃ 誤差校核：-=42-43.4=-1.4℃ 誤差不大 3.9管程壓降計算 管內(nèi)壁溫度： tw2=t2+=37+2937.1×（+0.000344） =39.5℃ 壁溫下水的粘度：=659× PaS 粘度修正系數(shù)： ===1.008 查得管程摩擦系數(shù)：ξ2=0.042 管內(nèi)沿程壓降： =()()() ==1722.75 Pa 回彎壓降： == =1102.60Pa 取進(jìn)口管處質(zhì)量流速： =1600kg/m2s 進(jìn)出口管處壓降：=×1.5=×1.5=1933.05 Pa 管程結(jié)垢校正系數(shù)：=1.4 管程壓降：=( =(1722.75+1102.60)×1.4+1933.05 =5888.54 Pa 3.10殼程壓降計算 殼程當(dāng)量直徑： =0.0471m 雷諾數(shù)：===3826.7 查得殼程摩擦系數(shù)： =0.8 管束壓降： ==68.46 Pa 取進(jìn)出口質(zhì)量流速：=1000kg/ 進(jìn)出口管壓降：=×1.5=1.5=964.17 Pa 取導(dǎo)流板阻力系數(shù)： =5 導(dǎo)流板壓降：×5=3213.90 Pa 殼程結(jié)垢修正系數(shù)： =1.38 殼程壓降： =68.46×1.38+3213.90+964.17 =4272.5 Pa 殼程允許壓降：[=20000 Pa 管程允許壓降：[=50000 Pa 即壓降符合要求。 第四章 換熱器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 換熱器殼體壁厚計算及校核 焊接方式：選為雙面焊對接接頭，焊接系數(shù)； 計算壁厚為：， 式中:為計算壓力，取=1.0Mpa；600mm；=0.9；[]t =133Mpa 將數(shù)值代入上述厚度計算公式，可以得知： 查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表4-11取 ； 查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表4-9得 2.52+1.2+0.25=3.97mm。又因為腐蝕度為2mm。 故查表4-13圓整后取 復(fù)驗 ，最后取 該殼體采用20鋼8mm厚的鋼板制造。 1、液壓試驗應(yīng)力校核 查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》附表9-1 ， 可見，故水壓試驗強度足夠。 2、強度校核 設(shè)計溫度下的計算應(yīng)力 ﹥ 最大允許工作壓力 故強度足夠。 4.2 換熱器封頭的選擇 選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭JB/T4737-95。 橢圓形封頭是由長短半軸分別由a，b的半橢圓和高度為ho的短圓筒（通稱為直邊）兩部分構(gòu)成的。直邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受到邊緣應(yīng)力的作用。 受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭的計算壁厚為： 而對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1.00，故 表3-1 封頭厚度 DN,mm 材料 殼程或管程公稱壓力PN，MPa 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 厚度，mm 600 Q235-A/B/C 8 8 8 10 —— 16MnR 8 8 8 8 10 16 1Cr18Ni9Ti 5 5 6 8 12 18 表3-2 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度ho(mm) 封頭材料 碳素鋼、普低鋼、復(fù)合鋼板 不銹鋼 封頭壁厚 4~8 10~18 ≥20 3~9 10~18 ≥20 直邊高度 25 40 50 25 40 50