管殼式換熱器的設(shè)計(jì)(化工機(jī)械課程設(shè)計(jì))

1、<p>　　北京理工大學(xué)珠海學(xué)院</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p>　　2011～2012學(xué)年第 2 學(xué)期</p><p>　　學(xué)生姓名： 專業(yè)班級：</p><p>　　指導(dǎo)教師： 工作部門： </p><p><b

2、>　　一、課程設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　管殼式換熱器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　二、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1．管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　包括：管子數(shù)n，管子排列方式，管間距的確定，殼體尺寸計(jì)算，換熱器封頭選擇

3、，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(jì)算等等。</p><p>　　2. 殼體及封頭壁厚計(jì)算及其強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力初定壁厚；</p><p>　?。?）確定管板結(jié)構(gòu)、尺寸及拉脫力、溫差應(yīng)力；</p><p>　?。?）計(jì)算是否安裝膨脹節(jié)；</p>

4、<p>　?。?）確定殼體的壁厚、封頭的選擇及壁厚，并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核。</p><p>　　3. 筒體和支座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核</p><p>　　4. 支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核</p><p>　　包括：裙座體（采用裙座）、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓</p><p>　　5. 換熱器各主要組成部分選材，參數(shù)確定。</p>

5、<p>　　6. 編寫設(shè)計(jì)說明書一份</p><p>　　7. 繪制2號裝配圖一張，Auto CAD繪3號圖一張（塔設(shè)備的）。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)條件</b></p><p><b>　?。?）氣體工作壓力</b></p><p>　　管程：半水煤氣（1、0.80MPa；

6、2、0.82 MPa；3、0.85Mpa；4、0.88 MPa ；5、0.90 MPa）</p><p>　　殼程：變換氣 （1、0.75MPa；2、0.78 MPa；3、0.80Mpa；4、0.84 MPa ；5、0.85 MPa）</p><p>　?。?）殼、管壁溫差50℃，tt＞ts</p><p>　　殼程介質(zhì)溫度為320-450℃，管程介質(zhì)溫度為28

7、0-420℃。</p><p>　?。?）由工藝計(jì)算求得換熱面積為120m2，每組增加10 m2。</p><p>　?。?）殼體與封頭材料在低合金高強(qiáng)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。</p><p>　?。?）殼體與支座對接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)Φ=0.9</p><p>　　（6）圖紙：參考圖7-5

8、2，注意：尺寸需根據(jù)自己的設(shè)計(jì)的尺寸標(biāo)注。</p><p><b>　　四、進(jìn)度安排</b></p><p>　　制圖地點(diǎn)： 暫定CC405</p><p>　　時(shí)間安排：從第7周（2012年 3月31日）至第 10 周（2012年4月20日）</p><p><b>　　五、基本要求</b><

9、;/p><p>　　1.學(xué)生要按照任務(wù)書要求，獨(dú)立完成塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)；</p><p>　　2.設(shè)計(jì)說明書一律采用電子版，2號圖紙一律采用徒手繪制；</p><p>　　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；</p><p>　　4.畫圖結(jié)束后，將圖紙按照統(tǒng)一要求折疊，同設(shè)計(jì)說明書統(tǒng)一在答辯那一天早上8：30前

10、，由班長負(fù)責(zé)統(tǒng)一交到HF508。</p><p>　　5.根據(jù)設(shè)計(jì)說明書、圖紙、平時(shí)表現(xiàn)及答辯綜合評分。</p><p><b>　　六、說明書的內(nèi)容</b></p><p><b>　　1.符號說明</b></p><p><b>　　2.前言</b></p>

11、<p><b>　?。?）設(shè)計(jì)條件；</b></p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)依據(jù)；</b></p><p>　?。?）設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述。</p><p><b>　　3.材料選擇</b></p><p>　?。?）選擇材料的原則；</p><

12、;p>　?。?）確定各零、部件的材質(zhì)；</p><p>　　（3）確定焊接材料。</p><p><b>　　4.繪制結(jié)構(gòu)草圖</b></p><p><b>　　（1）換熱器裝配圖</b></p><p>　?。?）確定支座、接管、人孔、控制點(diǎn)接口及附件、內(nèi)部主要零部件的軸向及環(huán)向位置，以單

13、線圖表示；</p><p>　?。?）標(biāo)注形位尺寸。</p><p>　?。?）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</p><p>　　5.殼體、封頭壁厚設(shè)計(jì)</p><p>　　（1）筒體、封頭及支座壁厚設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）焊接接頭設(shè)計(jì)；</p><p>　　

14、（3）壓力試驗(yàn)驗(yàn)算；</p><p>　　6.標(biāo)準(zhǔn)化零、部件選擇及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：</p><p>　　（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(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。</p><p>　?。?）人孔選擇：PN,DN,標(biāo)記或代號。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。</p><p>　　（3）其它標(biāo)準(zhǔn)件選擇。</

15、p><p>　　7.結(jié)束語：對自己所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行小結(jié)與評價(jià)，經(jīng)驗(yàn)與收獲。</p><p><b>　　8.主要參考資料。</b></p><p><b>　　【格式要求】：</b></p><p>　　1.計(jì)算單位一律采用國際單位； 2.計(jì)算過程及說明應(yīng)清楚；</p><

16、;p>　　3.所有標(biāo)準(zhǔn)件均要寫明標(biāo)記或代號； 4.設(shè)計(jì)說明書目錄要有序號、內(nèi)容、頁碼；</p><p>　　5.設(shè)計(jì)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；</p><p>　　6.書寫工整，字跡清晰，層次分明； 7.設(shè)計(jì)說明書要有封面和封底，均采用A4紙，裝訂成冊。</p><p><b>　　七、主要參考資料

17、</b></p><p>　　1. 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》.化學(xué)工業(yè)出版. 2005.1</p><p>　　2.《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》第五版 刁與瑋 王立業(yè) 編著 2003.3；</p><p>　　3. 《化工單元過程與設(shè)備設(shè)計(jì)》匡國柱 史啟才 主編；</p><p>　　4.《化工制圖》華東化工學(xué)院制圖教研室

18、編 人民教育出版社 1980；</p><p>　　5.《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》參考資料；</p><p>　　6.《鋼制壓力容器》GB150-1998；</p><p>　　7.《鋼制塔式容器》JB4710-1992；</p><p>　　8. GB151-1999 《管殼式換熱器》1999年；9.《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》國家質(zhì)量技術(shù)

19、監(jiān)督局 1999年。</p><p>　　教研室主任簽名： </p><p>　　年 月 日</p><p>　　管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)理論是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的一次很好的機(jī)會，本次實(shí)驗(yàn)就管

20、殼式換熱器進(jìn)行一次課程設(shè)計(jì)，掌握并了解在工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)能、高效、環(huán)保等概念。</p><p>　　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(gè)方面。</p><p>　　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(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍

21、使用。</p><p>　　管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)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。</p><p>　　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(jì)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(jì)，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最

22、有效也最經(jīng)濟(jì)的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。</p><p>　　關(guān)鍵詞：管殼式換熱器課程設(shè)計(jì) 管殼式換熱器使用范圍 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　Structure design of shell-and-tube heat exchanger</p><p><b>　　Abstract</b></p><p

23、>　　Student in course design theory is a good opportunity of integrating theory with practice,this experim ent on the course design of shell-and-tube heat exchanger, industrial production, mastering and understanding c

24、oncepts such as energy conservation, effciency, environmental protection.</p><p>　　Heat exchanger in oil refining, petrochemical, and widely used in other industries, it is suitable for cooling, heating, eva

25、poration and condensation, heat recovery, and various other aspects.</p><p>　　Among them, shell-and-tube heat exchanger in the heat transfer efficiency, size of equipment and metal consumption than other new

26、 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.</p><p>　　Structure design of shell-and-tube h

27、eat 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

28、maintenance and cleaning, and so on to choose an appropriate structure.</p><p>　　With a form of heat exchangers, for a variety of conditions, often used structures are not the same.</p><p>　　In

29、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 t

30、he most effective and most economic manufacture of heat exchangers, and so on).</p><p>　　Key words：Course design of shell-and-tube heat exchanger Shell-and-tube heat exchanger use Structure design of sh

31、ell-and-tube heat exchanger</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ</b></p><p>　　ABSTRACTⅡ</p><p><b>　　1前言1</b></p><p>

32、<b>　　1.1概述1</b></p><p>　　1.1.1換熱器的類型1</p><p>　　1.1.2換熱器1</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的目的與意義2</p><p>　　1.3管殼式換熱器的發(fā)展史2</p><p>　　1.4管殼式換熱器的國內(nèi)外概況3</p>

33、;<p>　　1.5殼層強(qiáng)化傳熱3</p><p>　　1.6管層強(qiáng)化傳熱3</p><p>　　1.7提高管殼式換熱器傳熱能力的措施4</p><p>　　1.8設(shè)計(jì)思路、方法5</p><p>　　1.8.1換熱器管形的設(shè)計(jì)5</p><p>　　1.8.2換熱器管徑的設(shè)計(jì)5</p&

34、gt;<p>　　1.8.3換熱管排列方式的設(shè)計(jì)5</p><p>　　1.8.4 管、殼程分程設(shè)計(jì)5</p><p>　　1.8.5折流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5</p><p>　　1.8.6管、殼程進(jìn)、出口的設(shè)計(jì)6</p><p>　　1.9 選材方法6</p><p>　　1.9.1 管殼式換熱器的

35、選型6</p><p>　　1.9.2 流徑的選擇8</p><p>　　1.9.3流速的選擇9</p><p>　　1.9.4材質(zhì)的選擇9</p><p>　　1.9.5 管程結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2殼體直徑的確定與殼體壁厚的計(jì)算11</p><p><b>　　2

36、.1 管徑11</b></p><p>　　2.2管子數(shù)n11</p><p>　　2.3 管子排列方式，管間距的確定11</p><p>　　2.4換熱器殼體直徑的確定11</p><p>　　2.5換熱器殼體壁厚計(jì)算及校核11</p><p>　　3換熱器封頭的選擇及校核14</p&g

37、t;<p>　　4容器法蘭的選擇15</p><p><b>　　5管板16</b></p><p>　　5.1管板結(jié)構(gòu)尺寸16</p><p>　　5.2管板與殼體的連接16</p><p>　　5.3管板厚度16</p><p>　　6管子拉脫力的計(jì)算18</p

38、><p>　　7計(jì)算是否安裝膨脹節(jié)20</p><p><b>　　8折流板設(shè)計(jì)22</b></p><p><b>　　9開孔補(bǔ)強(qiáng)25</b></p><p><b>　　10支座27</b></p><p>　　10.1群座的設(shè)計(jì)27</

39、p><p>　　10.2基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)29</p><p>　　10.3地角圈的設(shè)計(jì)30</p><p><b>　　符號說明32</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　謝辭35</b></p>

40、;<p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　1.1.1換熱器的類型</p><p>　　管殼式換熱器是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用，主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管

41、外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。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(cuò)流通過管束，使湍流程度大為增加。</p><p>　　列管式換熱器中，由于兩流體的溫

42、度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大（50℃以上）時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形，甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。</p><p><b>　　1.1.2換熱器</b></p><p>　　換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等

43、各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。</p><p>　　按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。</p><p>　　間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。在這類換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開，互不接觸，熱量從熱流體穿過壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類換熱器適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場合。間壁式

44、換熱器的應(yīng)用廣泛，形式繁多。將在后面做重點(diǎn)介紹。</p><p>　　直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合傳遞熱量。該類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合的場合。常見的設(shè)備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。</p><p>　　蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體，將熱量由

45、熱流體傳給冷流體。當(dāng)蓄熱體與熱流體接觸時(shí)，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升高后，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達(dá)到換熱的目的。此類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點(diǎn)是設(shè)備的體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合。</p><p>　　工業(yè)上最常見的換熱器是間壁式換熱器。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，間壁式換熱器可以分為管殼式換熱器和緊湊式換熱器。</p><

46、;p>　　緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。</p><p>　　管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類型的換熱器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，在許多工業(yè)部門被大量采用。列管式換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固，能承受高溫高壓，換熱表面清洗方便，制造工藝成熟，選材范圍廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)及處理能力大等。這使得它在各種換熱設(shè)備的競相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來。&l

47、t;/p><p>　　使用最為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內(nèi)。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和U形管式等幾種類型。</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的目的與意義</p><p>　　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(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交

48、換器。換熱器是實(shí)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。</p><p>　　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(shí)踐中有時(shí)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。</p><p>　　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(gè)

49、方面。</p><p>　　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(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。</p><p>　　管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)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

50、式。</p><p>　　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(jì)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(jì)，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(jì)的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。</p><p>　　1.3管殼式換熱器的發(fā)展史</p><p>　　為了滿足電廠對在較高壓力下運(yùn)行的大型換熱器（如冷凝器和供

51、水加熱器）的需要，在20世紀(jì)初，提出了殼管式換熱器的基本設(shè)計(jì)。經(jīng)過長期的運(yùn)用，使設(shè)計(jì)變得相當(dāng)成熟和專業(yè)化。</p><p>　　當(dāng)今已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)上的殼管式換熱器，在20世紀(jì)初也開始適應(yīng)石油工業(yè)提出的要求。油加熱器和冷卻器、再沸器以及各種原油餾分和有關(guān)的有機(jī)流體的冷凝</p><p>　　器這些設(shè)備需要在惡劣的野外條件下運(yùn)行，流體常常不干凈而且又要求高溫和高壓，因此，設(shè)備便于清洗和進(jìn)行

52、現(xiàn)場修理是絕對需要的。</p><p>　　殼管式換熱器發(fā)展的早期階段，出現(xiàn)的最大量的嚴(yán)重問題，不是在傳熱方面（這可以由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)粗略的估算），而是各種部件，特別是管板材料的強(qiáng)度計(jì)算問題，還有在制造技術(shù)和工程實(shí)施中的許多有關(guān)的其他問題，如管和管板的連接，法蘭和接頭管的焊接等。</p><p>　　在20世紀(jì)20年代，殼管式換熱器的制造工藝得到相當(dāng)圓滿的發(fā)展，這主要是由于幾個(gè)主要制造商努力的結(jié)

53、果。制造設(shè)備的傳熱面積可達(dá)500m2,即直徑約750mm、長6m，用于急劇增長的石油工業(yè)。在30年代，殼管式換熱器的設(shè)計(jì)者，根據(jù)直接經(jīng)驗(yàn)和在理想管束上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了很多正確的設(shè)計(jì)原則。水-水和水-氣換熱器的設(shè)計(jì)，大概與現(xiàn)今的設(shè)計(jì)差不多。因?yàn)槲酃笩嶙杵鸷艽蟮淖饔?，殼?cè)流動的粘性流是一個(gè)困難的問題，而且，60年代以前的他們的了解很少。</p><p>　　隨著殼管式換熱器的應(yīng)用穩(wěn)步增長，以及對在各種流程條件下性能

54、預(yù)計(jì)的精度要求越來越高，這造就40年代直至50年代研究活動的激增。研究內(nèi)容不僅包括殼側(cè)流動，而且相當(dāng)重要的還有真實(shí)平均溫差的計(jì)算、結(jié)構(gòu)件特別是管板的強(qiáng)度計(jì)算。</p><p>　　多年來發(fā)展起來的殼管式換熱器，由于其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固并能適應(yīng)很大的設(shè)計(jì)和使用條件的變化，已成為最廣泛使用的換熱器。</p><p>　　1.4管殼式換熱器的國內(nèi)外概況</p><p>　　隨著現(xiàn)代

55、新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展和能源問題的日益嚴(yán)重, 必然帶來更多的高性能、高參數(shù)換熱設(shè)備的需求。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用, 有時(shí)甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家熱回收率已達(dá)96% ,換熱設(shè)備在石油煉廠中約占全部工藝設(shè)備投資的35%～40%。其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢,約70%。其余30 %為各類高效緊湊式換新型熱管和蓄熱器等設(shè)備,其中板式、板翅式、熱管及各類高效傳熱元件的

56、發(fā)展十分迅速。隨著工業(yè)裝置的大型化和高效率化, 換熱器也趨于大型化,并向低溫差設(shè)計(jì)和低壓力損失設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。當(dāng)今換熱器的發(fā)展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成了一個(gè)高技術(shù)體系[1]。</p><p>　　該換熱器是當(dāng)前應(yīng)用最廣,理論研究和設(shè)計(jì)技術(shù)完善,運(yùn)用可靠性良好的一類換熱</p><p>　　器。目

57、前各國為改善該換熱器的傳熱性能開展了大量的研究。強(qiáng)化傳熱主要有3 種途徑提高傳熱系數(shù)、擴(kuò)大傳熱面積和增大傳熱溫差,研究主要集中在強(qiáng)化管程和殼程傳熱面方面。</p><p><b>　　1.5殼層強(qiáng)化傳熱</b></p><p>　　傳統(tǒng)的管殼式換熱器, 流體在殼側(cè)流動存在著轉(zhuǎn)折和進(jìn)出口兩端渦流的影響區(qū), 影響了殼側(cè)的給熱系數(shù)。殼側(cè)的傳熱強(qiáng)化研究包括管型與管間支撐物的研

58、究。</p><p><b>　　1.6管層強(qiáng)化傳熱</b></p><p>　　人們想盡各種辦法實(shí)施強(qiáng)化傳熱, 歸結(jié)起來不外乎2 條途徑, 即改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的插入物。改變傳熱面形狀的方法有多種, 用于強(qiáng)化管程傳熱的有: 橫紋管、螺旋槽管、螺紋管(低翅管)和縮放管以及螺旋扁管(瑞典ALLARDS 公司生產(chǎn)) 。我國螺紋管的標(biāo)準(zhǔn)翅

59、化率為1.3～2.9(<3),美、英、日、德等國均有商品化低翅管。德國Hde公司的螺旋槽管，管內(nèi)傳熱效率明顯優(yōu)于光管,</p><p>　　在2300 < Re < 105 范圍內(nèi), 提高傳熱效率2.3～11.1倍, 當(dāng)200 < Re < 1500 時(shí), 提高傳熱效率2.0～22倍。沈陽市廣廈熱力設(shè)備開發(fā)制造公司開發(fā)的超薄壁(δ= 015mm) 不銹鋼波紋管換熱器[3 ] ,其承壓

60、能力可達(dá)8MPa 。該換熱器不僅強(qiáng)化了管內(nèi)外的給熱, 還由于溫差作用下?lián)Q熱管的可伸縮性,使表面結(jié)垢容易脫落, 因此具有較強(qiáng)的防垢和自動除垢能力。其傳熱系數(shù)較光管式提高2～3 倍。</p><p>　　管內(nèi)插入物[4 ,5]是強(qiáng)化管內(nèi)單相流體傳熱行之有效的方法之一。目前管內(nèi)插入物種類很多, 如螺旋線、紐帶、錯(cuò)開紐帶、螺旋片和靜態(tài)混合器等。最近, 英國Cal Garin Ltd 公司開發(fā)的一種稱之為Hitran Ma

61、trix Elements 的花環(huán)式插入物[6],它是一種金屬絲制翅片管子插入物(Wire2Fin Tube Inserts) ,能增強(qiáng)湍流。中國石化北京設(shè)計(jì)院與華南理工大學(xué)聯(lián)合研制的交叉鋸齒型插入物, 是華南理工大學(xué)對12種內(nèi)插件(在Re = 300～3500 和Pr = 135 范圍內(nèi)) 進(jìn)行比較后優(yōu)選的型式, 可直接形成流體的混合,尤其</p><p>　　適用高粘度流體的換熱。其在上海乙烯廠原油2蠟油介質(zhì)

62、換熱器中使用, 其總傳熱系數(shù)與光滑管相比提高了50%。</p><p>　　1.7提高管殼式換熱器傳熱能力的措施</p><p>　　管殼式換熱器的傳熱能力是由殼程換熱系數(shù)、管程換熱系數(shù)和換熱器冷、熱介質(zhì)的對數(shù)平溫差決定的, 因此, 提高管殼式換熱器傳熱能力的措施包括以下幾點(diǎn)。</p><p>　　1、 提高管殼式換熱器冷、熱介質(zhì)的平均對數(shù)溫差</p>

63、<p>　　冷、熱介質(zhì)平均對數(shù)溫差除直接受冷、熱介質(zhì)進(jìn)出口溫度影響外, 還受到冷、熱介質(zhì)的流動方向和換熱流程的影響。當(dāng)換熱器冷、熱流體的溫度沿傳熱面變化時(shí), 兩種流體逆流平均溫差最大, 順流平均溫差最小, 在實(shí)際換熱器設(shè)計(jì)中, 冷、熱流體多采用交錯(cuò)流方式, 其平均對數(shù)溫差介于逆流和順流之間。因此, 在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量增加換熱器冷、熱流體的逆流比例, 提高冷、熱流體的對數(shù)平均溫差, 提高換熱器的傳熱能力。</p>&

64、lt;p>　　2、合理確定管程和殼程介質(zhì)</p><p>　　在換熱器設(shè)計(jì)中, 對于殼程安裝折流板的換熱器來說, Re>100 時(shí), 殼程介質(zhì)即達(dá)湍流, 因此,對于流量小或粘度大的介質(zhì)優(yōu)先考慮作為殼程換熱介質(zhì); 由于管程清洗相對于殼程清洗要容易, 因此對于易結(jié)垢、有沉淀及雜物的介質(zhì)宜走管程; 從經(jīng)濟(jì)性考慮, 對于高溫、高壓或腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì), 作為管程換熱介質(zhì)更加合理; 對于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器, 若冷、熱

65、介質(zhì)溫差大, 因壁面溫度與換熱系數(shù)大的介質(zhì)溫度接近, 為減小管束與殼體的膨脹差, 換熱系數(shù)大的介質(zhì)走殼程更加合理, 而冷、熱介質(zhì)溫差小, 兩介質(zhì)換熱系數(shù)相差大, 換熱系數(shù)大的介質(zhì)走管程更加合理。</p><p>　　3、 采用強(qiáng)化管殼式換熱器傳熱的結(jié)構(gòu)措施</p><p>　　在換熱器設(shè)計(jì)中, 通常采用強(qiáng)化傳熱的措施來提高換熱器的傳熱能力。強(qiáng)化傳熱的常用措施有: 采用高效能傳熱面、靜電場強(qiáng)

66、化傳熱、粗糙壁面、攪拌等。</p><p>　　1.8 設(shè)計(jì)思路、方法</p><p>　　1.8.1換熱器管形的設(shè)計(jì)</p><p>　　管子外形有光管、螺紋管。相同條件下, 采用螺紋管管束比光管管束能增加換熱面積2 倍左右。同時(shí), 由于螺紋管的螺紋結(jié)構(gòu)能有效破壞流體邊界層, 有效提高了換熱器的傳熱能力。當(dāng)殼程介質(zhì)易結(jié)垢時(shí), 由于外螺紋管束沿軸向的脹縮作用使換熱管

67、外壁的硬垢脫落, 具有良好的自潔作用, 能夠有效防止管束外壁的結(jié)垢, 減小換熱器殼程熱阻, 提高換熱器的傳熱能力。</p><p>　　1.8.2 換熱器管徑的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于小直徑換熱管具有單位體積傳熱面積大, 換熱器結(jié)構(gòu)緊湊, 金屬耗量少, 傳熱系數(shù)高的特點(diǎn), 在換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 對于管程介質(zhì)清潔、不易結(jié)垢的介質(zhì), 采用小管徑管束能有效增加換熱面積。相同條件下, 采用Φ

68、19mm 管束比采用Φ25mm 管束能提高傳熱面積30%～40% , 節(jié)約金屬20% 以上。</p><p>　　1.8.3換熱管排列方式的設(shè)計(jì)</p><p>　　管子的排列方式有等邊三角形、正方形和同心圓排列等, 對于殼程介質(zhì)不易結(jié)垢或可用化學(xué)方法清洗污垢的介質(zhì), 采用三角形排列可使換熱器的外徑減小15% ; 對于需要機(jī)械清洗的管束, 管子排列應(yīng)采用正方形; 對于小于300mm 的換熱

69、器, 為使管束排列緊湊, 可采用同心圓排列。</p><p>　　1.8.4 管、殼程分程設(shè)計(jì)</p><p>　　管程分程設(shè)計(jì)。當(dāng)需要的傳熱面積很大,換熱管長度太長( 對臥式換熱器管長比殼徑比超過6～10, 立式換熱器超過4～6 時(shí)) , 采用單管程換熱器使管程流速很低時(shí), 可采用管程分程的辦法來提高管程換熱介質(zhì)的流速。因?yàn)闆Q定管程介質(zhì)的流態(tài)的雷諾數(shù)Rei 與管程介質(zhì)流速成正比,為提高換

70、熱器管程換熱系數(shù)hi, 可采用管程分程的辦法提高管程換熱系數(shù)。</p><p>　　殼程分程設(shè)計(jì)。為了提高換熱器傳熱能力, 且不使換熱管太長, 殼程利用橫向折流板或縱向折流板分程。殼程分程可增加對殼程換熱介質(zhì)的擾動, 使殼程換熱介質(zhì)流速增加, 流程加大,換熱介質(zhì)橫向沖刷擾動加大, 提高換熱器傳熱能力。</p><p>　　1.8.6管、殼程進(jìn)、出口的設(shè)計(jì)</p><p&

71、gt;　　管程進(jìn)、出口管的設(shè)計(jì)。管程進(jìn)、出口管徑在考慮管程壓降允許的條件下, 通過計(jì)算確定管徑, 其計(jì)算公式為ρω2<3 300( ρ 為管程介質(zhì)密度, kg/m3; ω 為管程介質(zhì)進(jìn)、出口流速, m/s) 。為保證管程流體的均勻分布, 充分發(fā)揮換熱管的換熱性能, 管程進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)置在換熱器管程的底部和頂部。</p><p>　　對換熱器的使用壽命影響較大, 特別是殼程換熱介質(zhì)流速較高或介質(zhì)中含有固體顆粒。

72、為保證換熱器的使用性能, 可在殼程入口加裝防沖板, 對介質(zhì)沖刷起到緩沖的作用, 保護(hù)管束不受沖擊; 為避免殼程入口流速過高, 殼程介質(zhì)流速有一定的限制: ρω2<2 200。</p><p><b>　　1.9 選材方法</b></p><p>　　1.9.1 管殼式換熱器的選型</p><p>　　管殼式換熱器有三種類型，分別為固定管板

73、式換熱器、浮頭式換熱器、U形管式換熱器和填料函式換熱器。</p><p><b>　　1、固定管板式：</b></p><p>　　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(diǎn)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

74、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)。</p><p>　　圖1-1 固定管板式換熱器</p><p>　　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(shí)，可在殼體上

75、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。</p><p>　　固定管板式換熱器的特點(diǎn)是：旁路滲流較?。辉靸r(jià)低；無內(nèi)漏。在相同的殼體直徑內(nèi)，排管較多，比較緊湊；殼側(cè)層清洗困難，加上膨脹節(jié)的方法不能照到管子的相對移動。比較適合溫差不大或溫差大而殼層壓力不高的場合。</p><p>　　固定管板式換熱器的缺點(diǎn)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(bào)廢，設(shè)

76、備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合。</p><p><b>　　2、浮頭式換熱器：</b></p><p>　　其兩端管板只有一端與殼體完全固定，另一端課相對于殼體作某些移動，該端稱之為浮頭。此種換熱器的管束不受殼體的約束，殼體與管束之間不會因?yàn)榕蛎浟康牟煌a(chǎn)生熱應(yīng)力。而且在清洗和檢修時(shí)，僅將管束從殼體中抽出即可。</p><p>　　圖1

77、-2 浮頭式換熱器</p><p>　　特點(diǎn)：該種換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，造價(jià)比固定管板式要高出約</p><p>　　20％，材料的消耗量較大，浮頭的端蓋在操作中無法檢查，所以安裝時(shí)要特別注意其密封，以免發(fā)生內(nèi)漏，且管束和殼體間隙較大，設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)避免短路。該種換熱器比較適合管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結(jié)垢的場合。</p>&l

78、t;p><b>　　3、U型管式換熱器</b></p><p>　　僅有一個(gè)管板，管子兩端均固定于同一管板上。</p><p>　　圖1-3 U型管式換熱器</p><p>　　這類換熱器的特點(diǎn)是：管束可以自由伸縮，不會因?yàn)楣軞ぶg的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程為雙管程，流程較長，流速</p><p>　

79、　較高，傳熱性能好；承壓能力強(qiáng)；管束課從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，造價(jià)便宜。但是管內(nèi)清洗不變，管束中間分布的管子難以更換，管板中心部分布管不緊湊，管子數(shù)目不能太多。僅適用于管殼壁溫相差較大，或殼程截止易于結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢，高溫高壓腐蝕性強(qiáng)的情形。</p><p><b>　　4、填料函式換熱器</b></p><p>　　此類換熱器的管板也僅有一端與殼體固定，

80、另一端采用填料函密封。</p><p>　　特點(diǎn)為它的管束也可以自由膨脹，所以管殼間不會產(chǎn)生熱應(yīng)力，且管程與殼程都能清洗。造價(jià)較低、加工制造簡便，材料消耗較少。填料密封處于泄露，故殼程壓力不能過高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場合。</p><p>　　綜上可知，換熱器的使用場合、使用目的、換熱介質(zhì)物性等因素的不同, 決定了管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)型式。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造

81、價(jià)低, 每根換熱管可以單獨(dú)清洗和更換, 在外形尺寸相同的條件下, 與浮頭式和U 形管式換熱器相比, 換熱面積大。由于固定管板式換熱器的殼程清洗困難和適應(yīng)熱膨脹能力差, 決定了固定管板式換熱器適用于換熱介質(zhì)清潔, 殼程壓力不高, 換熱介質(zhì)溫差不大的場合。浮頭式換熱器由于管束的熱膨脹不受殼體的約束, 而且可拆卸抽出管束,檢修更換換熱管、清理管束和殼程污垢方便, 因此, 浮頭式換熱器應(yīng)用最廣泛, 在油田儲運(yùn)集輸系統(tǒng)中, 60% ～70% 的換

82、熱器為浮頭式換熱器。U 形管換熱器具有良好的密封性能, 并具有檢修、清洗方便的特點(diǎn)。對于換熱器換熱介質(zhì)工作壓力高, 管、殼程介質(zhì)密封要求嚴(yán)的場合, 為確保換熱器管、殼程的密封, 換熱器管束的設(shè)計(jì)一般采用U 形管結(jié)構(gòu)的換熱器。</p><p>　　所設(shè)計(jì)換熱器用于半水煤氣和變換氣的傳熱，粘度較小，不易結(jié)垢，不易腐蝕管道，所以選用浮頭式換熱器，浮頭便于拆卸、清洗，且半水煤氣走殼程也方便散熱，與冷卻介質(zhì)溫差較大，也避免

83、產(chǎn)生溫差應(yīng)力產(chǎn)生管道變形。綜上所述，換熱器選擇浮頭式，半水煤氣走殼程。</p><p>　　1.9.2 流徑的選擇 </p><p>　　在具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近；在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量損失；管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。</p><

84、;p><b>　　參考標(biāo)準(zhǔn)：</b></p><p>　　1、不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走便于清洗管子，浮頭式換熱器殼程便于清洗。</p><p>　　2、腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。</p><p>　　3、壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高，宜走管程。</p

85、><p>　　4、飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。</p><p>　　5、 被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強(qiáng)冷卻效果。</p><p>　　6、 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。</p><p>　　7、粘度大的液體或流量較

86、小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。</p><p>　　8、若兩流體的溫度差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程，因?yàn)楸跍亟咏鼈鳠崮は禂?shù)較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。</p><p>　　綜合考慮以上標(biāo)準(zhǔn)，確定半水煤氣應(yīng)走殼程，變換氣走管程。</p><

87、;p>　　1.9.3 流速的選擇</p><p>　　表1-1 換熱器常用流速的范圍</p><p>　　由于增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但是流速增加，又使流體阻力增大，動力消耗就增多。故擬取變換氣流速為20m/s。</p><p>　　1.9.

88、4材質(zhì)的選擇</p><p>　　管殼式換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇使用不銹鋼材料。</p><p>　　1.9.5 管程結(jié)構(gòu)</p>&l

89、t;p>　　換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列，如下圖所示。</p><p>　　(a) 正方形直列    （b）正方形錯(cuò)列    (c) 三角形直列 </p><p>　?。╠）三角形錯(cuò)列  （e）同心圓排列 </p>&

90、lt;p>　　圖1-4 換熱管管板上的排列方式</p><p>　　正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清洗。對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。 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。管板與管子的連接可脹接或焊接。</p><p>　　2 殼體直徑的確定與殼體壁

91、厚的計(jì)算</p><p><b>　　2.1 管徑</b></p><p>　　換熱器中最常用的管徑有φ19mm×2mm和φ25mm×2.5mm。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄；同時(shí)，對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。所以，在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用φ19

92、mm×2mm直徑的管子更為合理。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應(yīng)常用較大直徑的管子。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)管子的長度常用的有1500mm，2000mm，2500mm，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m等。換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比一般為4—25,常用的為6—10</p><p>　　選用Φ25×2.5的無縫鋼管，材質(zhì)為20號鋼

93、，管長4.5m。 </p><p><b>　　2.2 管子數(shù)n</b></p><p>　　(2-1) </p><p>　　其中安排拉桿需減少6根，故實(shí)際管數(shù)n=503-6=497根</p><p>　　2.3 管

94、子排列方式，管間距的確定</p><p>　　采用正三角形排列，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表7-4查得層數(shù)為12層，對角線上的管數(shù)為25，查表7-5取管間距a=32mm.</p><p>　　2.4換熱器殼體直徑的確定</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p><b>　　其中</b&g

95、t;</p><p><b>　　取，，</b></p><p>　　查表2-5，圓整后取殼體內(nèi)徑00mm</p><p>　　2.5 換熱器殼體壁厚計(jì)算及校核</p><p><b>　　材料選用20R</b></p><p>　　計(jì)算壁厚為：,

96、 (2-3) </p><p>　　式中:為計(jì)算壓力，取=1.0Mpa；700mm;=0.9;[]t =92Mpa（設(shè)殼壁溫度為 350°C）</p><p>　　將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式，可以得知：</p><p>　　查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表4-11取 ；</p><p&g

97、t;　　查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表4-9得 </p><p>　　5.47+1.2+0.25=6.92 mm</p><p>　　查表4-13圓整后取 </p><p><b>　　復(fù)驗(yàn) ，最后取 </b></p><p>　　該殼體采用20鋼7mm 厚的鋼板制造。</p><p>　　1、液壓試驗(yàn)

98、應(yīng)力校核</p><p><b>　　(2-4) </b></p><p><b>　　(2-5) </b></p><p><b>　　(2-6) </b></p><p>　　查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表9-1</p><p><b>

99、　　，</b></p><p>　　可見故水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。</p><p><b>　　2、強(qiáng)度校核</b></p><p>　　設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力 </p><p><b>　　﹥</b></p><p>　　最大允許工作壓力

100、 (2-7) </p><p><b>　　故強(qiáng)度足夠。</b></p><p>　　3 換熱器封頭的選擇及校核</p><p>　　上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4746-2000標(biāo)準(zhǔn)，封頭為DN900×7，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表4-15得曲面高度 ，直邊高度 ，材料選用20R鋼</p&g

101、t;<p>　　標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計(jì)算厚度：</p><p><b>　　(3-1) </b></p><p><b>　　(3-2) </b></p><p>　　所以，封頭的尺寸如下圖：</p><p>　　圖3-1 換熱器封頭尺寸</p><p><

102、b>　　5 管板</b></p><p>　　管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個(gè)重要的受壓器件。</p><p><b>　　5.1管板結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　查（《化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》P25-27）得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸：</p><p>　　表5-1 固定管

103、板式換熱器的管板的主要尺寸</p><p>　　5.2管板與殼體的連接</p><p>　　在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，有在管板上開槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管板較厚時(shí)，其焊接時(shí)較難調(diào)整。</p><p>

104、;<b>　　5.3管板厚度</b></p><p>　　管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計(jì)算過程較為復(fù)雜，而且從不同角度出發(fā)計(jì)算出的管板厚度往往相差很大。一般浮頭式換熱器受力較小，其厚度只要滿足密封性即可。對于脹接的管板，考慮脹接剛度的要求，其最小厚度可按表5-2選用?？紤]到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接

105、頭的松脫、泄露和引起振動等原因，建議最小厚度應(yīng)大于20mm。</p><p>　　表5-2 管板的最小厚度</p><p>　　綜上，管板的尺寸如下圖：</p><p><b>　　圖5-1 管板</b></p><p><b>　　符號說明</b></p><p>　　

106、tt——操作狀態(tài)下管壁溫度，°C; F——換熱面積，㎡；</p><p>　　ts——操作狀態(tài)下殼壁溫度，°C； a——管間距，mm；</p><p>　　Ф——焊接接頭系數(shù)，無量綱； di——?dú)んw內(nèi)徑，mm；</p><p>　　b——正六邊形對角線上的管子數(shù)，個(gè)； do——?dú)んw外徑，mm；&

107、lt;/p><p>　　Lｎ——換熱管長度，ｍｍ； Pc——計(jì)算壓力，MPa;</p><p>　　d均——管子的平均直徑，mm； Pw——工作壓力，MPa;</p><p>　?。跴ｗ］——最大允許工作壓力，MPa； P——設(shè)計(jì)壓力，MPa;</p><p>　　PT——水壓試驗(yàn)壓力，MPa

108、; δ——計(jì)算壁厚，mm；</p><p>　　DN——直徑（公稱），ｍｍ； δd——設(shè)計(jì)壁厚，mm；</p><p>　?。校巍Q壓力，MPa； δn——名義壁厚，mm；</p><p>　　Ｐｔ——管子的工作壓力，MPa； δe——有效壁厚，mm；</p&g

109、t;<p>　　Ｐｓ——?dú)んw的工作壓力，MPa； C——厚度附加量，mm；</p><p>　　△ｔ——管殼壁溫度，°Ｃ; C1——鋼板的負(fù)偏差，mm；</p><p>　?。郏瘢荨S用拉脫力，MPa; C2——腐蝕欲量，mm；</p><p>　?。帷€膨脹系數(shù)，１

110、／°C; σs——屈服點(diǎn)，MPa；</p><p>　?。妗克母茏又g的面積，mm２； h1——曲面高度，mm；</p><p>　　Aｔ——換熱管截面面積，mm２； ho——短圓筒長度，mm；</p><p>　　Aｓ——?dú)け跈M截面面積，mm２； h2——直邊長

111、度，mm；</p><p>　　F１——管、殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力，N； E——彈性模量，ＭＰａ；</p><p>　　F2——壓力作用于殼體上的軸向力，N； ｑｔ——溫差應(yīng)力，ＭＰａ；</p><p>　　F3——壓力作用于管子上的軸向力，N；</p><p>　　——①脹接長度，mm ；</p><p&

112、gt;　?、谧钔鈱庸茏拥闹行牡綒け谶吘壍木嚯x，mm；</p><p>　?。瘢稹诓僮鲏毫ο?，每平方米脹接周邊受到的力，ＭＰａ；</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］匡國柱 史啟才 ：《化工單元過程與設(shè)備設(shè)計(jì)》；</p><p>　?。?］秦叔經(jīng)、葉文邦等：《換熱器》［M］ ，化學(xué)工

113、業(yè)出版社,2003年版；</p><p>　?。?］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； </p><p>　　［4］《化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)》［M］華南工學(xué)院化工原理教研室,1987；</p><p>　　［5］賈紹義等：《 化工原理課程設(shè)計(jì)》［M］，天津大學(xué)出版社,2003年版；</p&g

114、t;<p>　　［6］刁玉瑋、王立業(yè)、喻健良等：《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》［M］，大理理工大學(xué)出版社,2006年版；</p><p>　?。?］錢頌文：《換熱器手冊》［M］，化學(xué)工業(yè)出版社；</p><p>　　［8］蔡紀(jì)寧、張莉彥：《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》［M］，化學(xué)工業(yè)出版社2011年版；</p><p>　?。?］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB

115、151-89鋼制管殼式換熱器.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，1989出版；</p><p>　?。?0］時(shí)均等：化學(xué)工程手冊(第二版，上卷).化學(xué)工業(yè)出版社；</p><p>　?。?1］《鋼制壓力容器》GB150-1998；</p><p>　　［12］《鋼制塔式容器》JB4710-1992；</p><p>　?。?3］ GB151-1999 《

116、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。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》這門課有了進(jìn)一步的認(rèn)識。這次課程設(shè)計(jì)設(shè)是對這門課程的一個(gè)總結(jié)，對化工機(jī)械知識的應(yīng)用。</p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)要有一個(gè)明確的思路，

117、要考慮多種因素包括環(huán)境條件和介質(zhì)的性質(zhì)等再選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，對換熱器的材料和結(jié)構(gòu)確定之后還要進(jìn)行一系列校核計(jì)算，包括管子直徑、殼體厚度，管板選擇等。校核合格之后才能確定所選設(shè)備型符合要求。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)對我們獨(dú)自解決問題的能力也有所提高。在整個(gè)過程中，我查閱了相關(guān)書籍及文獻(xiàn)，取其相關(guān)知識要點(diǎn)應(yīng)用到課設(shè)中，而且其中有很多相關(guān)設(shè)備選取標(biāo)準(zhǔn)可以直接選取，這樣設(shè)計(jì)出來的設(shè)備更加符合要求。在設(shè)計(jì)的最后