畢業(yè)設(shè)計(jì)--年產(chǎn)17萬(wàn)噸丙烯工藝生產(chǎn)中的換熱器

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　換熱器是實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的一種設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用，在各個(gè)化工相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，人們通過(guò)換熱器來(lái)將熱量從一溫度較高的物料傳遞到另一溫度較低的物料。例如，在合成丙烯的生產(chǎn)中，通過(guò)廢熱鍋爐來(lái)降溫以實(shí)現(xiàn)控制溫度的目的；在精餾塔結(jié)構(gòu)中設(shè)置冷凝器；用換熱器來(lái)實(shí)

2、現(xiàn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱等等。這都是換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)17萬(wàn)噸工藝生產(chǎn)中換熱器，和其他管殼式換熱器一樣，能適應(yīng)高溫、高壓的工作環(huán)境，同時(shí)，還容易清潔，但造價(jià)比較貴。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，翻閱了相關(guān)資料，查了相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，從工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核等方面設(shè)計(jì)出了符合條件的換熱器，并繪制了圖紙。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)

3、四年學(xué)習(xí)成果的檢驗(yàn)，但因?yàn)楸救怂接邢?、知識(shí)比較匱乏，設(shè)計(jì)中難免有錯(cuò)誤以及不當(dāng)之處，希望各位老師、同學(xué)能給予指正。</p><p><b>　　1. 概述</b></p><p>　　1.1 研究的目的和意義</p><p>　　在化工、煉油、制藥等工業(yè)生產(chǎn)中，絕大部分的工藝過(guò)程都有加熱、冷卻和冷凝的過(guò)程，這些被總稱為換熱過(guò)程，而使這些換熱過(guò)程

4、得以實(shí)現(xiàn)的設(shè)備稱為換熱設(shè)備,作為通用工藝設(shè)備被廣泛應(yīng)用于化工、煉油、動(dòng)力、原子能和其他許多工業(yè)部門。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，在化工廠，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%～20%；在石油煉廠中，約占全部工藝設(shè)備投資的35%～40%?？梢钥闯鲈谔岣邆鳠嵝实耐瑫r(shí)，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性以及產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化與專業(yè)化不僅可以對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行提高，還能節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本。</p><p>

5、　　1.2 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　上個(gè)世紀(jì)70年代初發(fā)生世界性能源危機(jī)，有力地促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)今換熱器技術(shù)的發(fā)展以CFD（計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)）、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)等形成一個(gè)高技術(shù)體系。最近十幾年，強(qiáng)化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外先后推出了板式、螺旋板式、板翅式等高效的傳熱設(shè)備。</p><p>　　早期，我國(guó)換熱器

6、的制造技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外，由于工藝以及技術(shù)的限制，當(dāng)時(shí)的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，不但傳熱面積小，而且體積大、笨重。近年來(lái)，借著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展良好機(jī)遇，的國(guó)內(nèi)的換熱器制造技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，各種類型和種類的換熱器發(fā)展猛烈，使用新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)，但與國(guó)外有不小的差距，特別是在新型高效換熱器領(lǐng)域。</p><p>　　未來(lái)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求將會(huì)有以下特點(diǎn)：產(chǎn)品質(zhì)量水平應(yīng)有更高的要求，特別是在環(huán)保與節(jié)能

7、方面，更是發(fā)展的重點(diǎn)方向；產(chǎn)品的性價(jià)比應(yīng)該更高；產(chǎn)品的多樣化與系列化；產(chǎn)品品牌的需求；生產(chǎn)廠家的大型化與集團(tuán)化。</p><p>　　在國(guó)外二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)了板式換熱器，一出現(xiàn)就應(yīng)用在了食品行業(yè)。板式換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好，后來(lái)被發(fā)展出了多種結(jié)構(gòu)形式。30年代初，瑞典制成了螺旋板換熱器，接著英國(guó)用釬焊法制成了由銅及其合金材料制造的板翅式換熱器，并應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)散熱。30年代末，瑞典又首次制成了板殼式換

8、熱器，并應(yīng)用于紙漿工廠。同時(shí)，腐蝕問(wèn)題漸漸被人們重視，越來(lái)越多的人注意到了新材料的應(yīng)用。到了60年代，隨著制造工藝的進(jìn)一步完善，緊湊型板面式換熱器得到了蓬勃的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)為了滿足在高溫、高壓條件下的工藝要求，典型管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步發(fā)展，增加了強(qiáng)化傳熱。70年代，逐漸向體積減小、重量減小、消耗減少、適應(yīng)性增強(qiáng)方面發(fā)展。</p><p>　　20世紀(jì)60年代以來(lái)，我國(guó)不斷開(kāi)發(fā)了丙烯氨氧化技術(shù)，并建成

9、多套千噸級(jí)規(guī)模裝置。目前，中國(guó)石化已開(kāi)發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的丙烯腈成套技術(shù)，其中包括MB系列丙烯腈催化劑、空氣分布板和丙烯-氨分布器、旋風(fēng)分離器、復(fù)合萃取分離技術(shù)、負(fù)壓脫氰塔、導(dǎo)向浮閥和氣液分離器等專利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)。并且利用該成套技術(shù)分別將中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司的原產(chǎn)能2.5萬(wàn)噸/年丙烯腈生產(chǎn)裝置改造成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4萬(wàn)噸/年國(guó)產(chǎn)化示范裝置；將中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(簡(jiǎn)稱上海石化)的原產(chǎn)能6.0萬(wàn)噸/年丙烯裝

10、置改造至13萬(wàn)噸/年，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，為國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝置改擴(kuò)建提供了技術(shù)依據(jù)。這些裝置中少不了存在換熱器的關(guān)鍵設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.3本次設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的是年產(chǎn)17萬(wàn)噸丙烯工藝生產(chǎn)中的換熱器，具有高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性，在現(xiàn)如今的各種換熱器中占住著主導(dǎo)地位。</p><p>　　該換熱器設(shè)計(jì)參考的前提是常減壓裝置中的

11、工藝條件，根據(jù)裝置工藝條件選擇具體的流量、溫度、壓力等參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)我們選擇了浮頭式換熱器作為此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，主要優(yōu)點(diǎn)是管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；介質(zhì)間溫差不受限制；可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450°，壓力小于等于6.4MPa；可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合；可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，制造安裝要求高。</p><p>　　浮頭式換熱器是由管箱、筒體、管板、封頭、折流板、

12、換熱管等零部件組成，根據(jù)換熱管材料、密度、液體的粘度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、管程數(shù)以及殼體材料、蒸汽冷凝潛熱、溫度等條件下確定管板的厚度、折流板的形狀、尺寸與數(shù)量、折流板的布置情況和確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù)已知的工作狀況，選定換熱器所在的化工工藝過(guò)程，從而根據(jù)工藝條件，以確定換熱器內(nèi)介質(zhì)的物性參數(shù)；根據(jù)工藝結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)合已知條件，進(jìn)一步計(jì)算換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)；最后進(jìn)行換熱器核算。</p><p>　　2. 換熱器工藝設(shè)計(jì)

13、</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　如下圖所示，循環(huán)冷卻水容易結(jié)垢，而且，當(dāng)流速慢的時(shí)候，結(jié)垢的速度還會(huì)增長(zhǎng)，從而導(dǎo)致?lián)Q熱器的流量下降。綜合考慮，水走管程，滑油走殼程，選擇逆流。</p><p>　　圖2.1

14、并、逆流示意圖</p><p>　　2.3物性參數(shù)的確定</p><p>　　通過(guò)給出的物物性參數(shù)有：</p><p>　　密度 ＝600 kg/</p><p>　　定壓比熱容 =2.39 kJ/(kg·K)</p><p>　　熱導(dǎo)率 =

15、0.133 W/(m·K)</p><p>　　粘度 =0.19 pa·s </p><p>　　查表得水的進(jìn)口溫度為45度， 則熱流量為：</p><p>　　=qv△=2.39×50×876×(45-40)=428145kJ/h</p><p><b>

16、;　　即==119 kw</b></p><p>　　其中，qv——體積流量 /h</p><p><b>　　則水的定性溫度為：</b></p><p><b>　　T=34℃</b></p><p>　　查物性表可得水在34℃下的物性參數(shù)為：</p><p>

17、;　　密度 ＝994.3 kg/</p><p>　　定壓比熱容 =4.174 kJ/(kg·K)</p><p>　　熱導(dǎo)率 =0.624 W/(m·K)</p><p>　　粘度 =0.742× Pa·s</p><

18、p>　　由熱流量得冷卻水的溫差：</p><p>　　△=/（qv）=428145/(4.174×54×994.3)=1.9℃</p><p><b>　　故假設(shè)比較合理。</b></p><p>　　則總傳熱系數(shù)K取經(jīng)驗(yàn)值為：</p><p>　　K=510 W/(㎡·K)</

19、p><p><b>　　2.4估算傳熱面積</b></p><p><b>　　按純流體計(jì)算，由于</b></p><p>　　=(45-35)/(40-33)=1.4<2</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　△tm==(10

20、+7)/2=8.5 K</p><p><b>　　可求換熱面積為：</b></p><p>　　=/(K·△)=119/(510×8.5)=27.5 ㎡</p><p>　　2.5確定工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　2.5.1傳熱管的選擇</p><p>　　小管徑的結(jié)構(gòu)緊

21、湊，單位體積傳熱面積大，成本少，故選19×2較高級(jí)冷拔換熱管(材質(zhì)為碳鋼)，取管內(nèi)流速為u=1.3m/s。</p><p>　　2.5.2傳熱管數(shù)與管程數(shù)</p><p><b>　　單程傳熱管數(shù)為：</b></p><p>　?。絍/(u)=＝65.3根</p><p><b>　　則傳熱管長(zhǎng)度為：

22、</b></p><p>　　L＝/＝27.5/（3.14×0.015×65）= 8.98 m</p><p>　　一般按四管程設(shè)計(jì)會(huì)使傳熱管長(zhǎng)度適中，則取管長(zhǎng)為：</p><p><b>　　L=2.25 m</b></p><p><b>　　則傳熱管總根數(shù)為：</b&

23、gt;</p><p>　　=65×4＝260 根</p><p>　　2.5.3平均傳熱溫差的校正以及殼程數(shù)</p><p>　　換熱器采用的是多殼程，則流體的流動(dòng)形式不是純粹的并流與逆流，使得平均溫差的計(jì)算變得復(fù)雜。對(duì)于錯(cuò)流或復(fù)雜流動(dòng)的流體的平均溫差，查設(shè)計(jì)手冊(cè)知，常用圖算法，過(guò)程如下：</p><p>　　R= (-)/(-)

24、=(45-40)/(35-33)=2.5</p><p>　　P= (-)/(- )=(35-33)/(45-33)=0.167</p><p>　　其中 R——熱流體的溫降/冷流體的溫升</p><p>　　P——冷流體的升溫/兩流體最初溫差</p><p>　　、——熱流體進(jìn)、出口溫度 ℃</p><p&g

25、t;　　、——冷流體進(jìn)、出口溫度 ℃</p><p>　　按單殼程、四管程結(jié)構(gòu)，查圓筒和管子幾何參數(shù)計(jì)算圖有：</p><p>　　圖2.2 單殼程管子參數(shù)圖</p><p>　　圖2.3 四殼程管子參數(shù)圖</p><p>　　則平均傳熱溫差校正系數(shù)為：</p><p>　?。?.96＞0.8，故單殼程合適<

26、/p><p>　　求得平均傳熱溫差為：</p><p>　　=·Δtm=0.96×8.5=8.16℃ </p><p>　　2.5.4傳熱管的排列以及分程</p><p>　　換熱管排列方式主要有正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形。正三角形排列可以在同樣的管板面積上排更多的管子，但是管外不易清理，故采用組合排列法。即管

27、程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)用正方形排列，如下圖所示。</p><p>　　圖2.4 傳熱管排列方式 </p><p>　　換熱管中心距宜不小于1.25倍的換熱器外徑，根據(jù)常用的換熱器中心距表有：</p><p>　　表2.1 換熱器中心距</p><p><b>　　換熱器中心距為：</b></p>&l

28、t;p><b>　　S=25 mm</b></p><p>　　分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距為：</p><p><b>　　Sn=38 mm </b></p><p><b>　　結(jié)構(gòu)如圖所示：</b></p><p>　　圖2.5 分程隔板槽結(jié)構(gòu)</p>

29、<p><b>　　2.5.5殼體內(nèi)徑</b></p><p><b>　　殼體內(nèi)徑為：</b></p><p><b>　　D= 1.05t </b></p><p>　　其中， t —管心距 mm</p><p>　　N —傳熱管的總根數(shù)</p>

30、<p>　　——傳熱管外徑 mm</p><p><b>　　η ——管板利用率</b></p><p>　　換熱器采用多管程結(jié)構(gòu)，取η=0.6，則</p><p>　　D=1.05×25=546.4 mm</p><p>　　圓整可取 D=600 mm</p><p>&

31、lt;b>　　2.6換熱器的核算</b></p><p>　　2.6.1 熱流量的核算</p><p><b>　　當(dāng)量直徑為：</b></p><p>　　=4[(/2)×-0.785×]/(3.14×0.019)=0.017 m</p><p><b>　　殼

32、程流通截面積為：</b></p><p>　　=BD(1-/t)=0.18×0.6(1-0.019/0.025)=0.0259 ㎡</p><p><b>　　殼程流體流速為：</b></p><p>　　=/=(50/3600)/0.0259=0.54 m/s</p><p><b>　

33、　則雷諾數(shù)為：</b></p><p>　　=/=0.015×0.54×876/0.21=33.79＜2300，層流</p><p><b>　　普蘭特?cái)?shù)為：</b></p><p>　?。?＝1955×0.21/0.144= 2851</p><p><b>　　又因

34、為</b></p><p>　　＝2851×33.79×0.015/2.25=642.2﹥10</p><p>　　努塞特?cái)?shù)公式為 Nu=.d/</p><p>　　其中 ——傳熱系數(shù)</p><p>　　d ——流體特征常數(shù)</p><p><b>　　——熱導(dǎo)率&

35、lt;/b></p><p><b>　　則傳熱系數(shù)為：</b></p><p><b>　　其中，粘度校正≈1</b></p><p><b>　　所以</b></p><p>　　=1.86×(2851×33.79×0.015/2.25&

36、#215;=154W/(㎡·K)</p><p>　　對(duì)管內(nèi)，假設(shè)冷卻水為湍流流動(dòng)，則</p><p><b>　　Nu=0.023</b></p><p><b>　　得 =</b></p><p>　　根據(jù)化工原理可知： 自來(lái)水被加熱時(shí)，n=0.4</p><p

37、>　　所以，管程流體流通截面積為：</p><p>　　=(π/4)·d2·ns=0.785××=0.012㎡</p><p>　　求得管程流體流速為：</p><p>　　==1.25 m/s</p><p><b>　　可得雷諾數(shù)為：</b></p><

38、;p>　　Re= d2/==25125.5＞100000</p><p>　　所以，假設(shè)成立，即冷卻水為湍流</p><p><b>　　普蘭特?cái)?shù)為：</b></p><p><b>　　＝/==4.96</b></p><p><b>　　代入公式可得：</b><

39、/p><p>　　=0.023××(25125.5×=6013 W/(㎡·K)</p><p>　　查《GB151-1999管殼式換熱器》F7.1表F1有：</p><p>　　管外側(cè)污垢熱阻 =0.000176㎡·℃/W</p><p>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 =0.0006㎡

40、83;℃/W</p><p><b>　　又查表F3得</b></p><p>　　碳鋼在給定設(shè)計(jì)條件下的熱導(dǎo)率約為51.8 W/(m·℃)</p><p><b>　　則管壁熱阻為：</b></p><p>　　===0.00004 ㎡·℃/W</p><p

41、>　　其中 b――傳熱管厚度 m；</p><p>　　――管壁熱導(dǎo)率 W/(m·℃)</p><p><b>　　由公式得</b></p><p><b>　　傳熱系數(shù)為：</b></p><p><b>　　K=</b></p><

42、p>　　=514 w/m2·K</p><p><b>　　由公式得：</b></p><p><b>　　=＝28.4㎡</b></p><p>　　又換熱器的實(shí)際換熱面積為：</p><p>　?。剑?.14×0.019×2.25×260=34.9㎡

43、</p><p>　　所以換熱器的面積裕度為：</p><p>　　H===22.9％＞20％</p><p>　　所以傳熱面積裕度合適，能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　2.6.2 壁溫的核算</p><p>　　該換熱器的管壁比較薄，而且管壁熱阻非常小，所以管壁溫度公式為：</p><p&

44、gt;　　又因?yàn)樵摀Q熱器用循環(huán)水冷卻，在冬季工作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)出口溫度會(huì)比較低。取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度15℃、出口溫度39℃來(lái)計(jì)算傳熱管壁溫。</p><p>　　同時(shí)，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻比較大，這會(huì)使得傳熱管壁溫升高，從而降低了傳熱管與殼體之間的壁溫差。但是，在操作初期，傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻比較小，則傳熱管與殼體之間壁溫差會(huì)比較大。計(jì)算時(shí)，應(yīng)該按最不利的操作條件來(lái)考慮，故，取兩側(cè)的污垢熱阻為零來(lái)計(jì)算傳熱管壁溫。

45、</p><p>　　所以，公式可以寫為：</p><p>　　其中 ――熱流體的平均溫度，℃</p><p>　　——冷流體的平均溫度，℃</p><p>　　——熱流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(㎡·K)</p><p>　　——冷流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(㎡·K)</p><

46、p><b>　　液體的平均溫度為：</b></p><p><b>　　==34℃</b></p><p><b>　　=42.5℃</b></p><p>　　其中 ——熱流體進(jìn)口溫度，℃</p><p>　　——熱流體出口溫度，℃</p><p&g

47、t;　　——冷流體進(jìn)口溫度，℃</p><p>　　——冷流體出口溫度，℃</p><p>　　所以傳熱管的平均壁溫為：</p><p><b>　　=34.2℃</b></p><p>　　殼體壁溫可以近似的取殼程流體的平均溫度為： T=42.5℃</p><p>　　所以，殼體壁溫與傳熱管壁溫

48、之差為：</p><p>　　t=42.5-34.2=8.3℃</p><p>　　該溫差較小，實(shí)際上可以不使用浮頭式，但是按設(shè)計(jì)要求選用浮頭式。</p><p>　　2.6.3 換熱器內(nèi)流體流動(dòng)阻力的核算</p><p><b>　　管程流體總阻力為：</b></p><p>　　其中 ——

49、單程直管阻力；</p><p><b>　　——局部阻力；</b></p><p><b>　　——?dú)こ虜?shù)；</b></p><p><b>　　——管程數(shù)</b></p><p>　　——管程結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，可近似的取值為1.5</p><p>　　由前

50、面可得 =1 ， =4</p><p>　　又=25125，則傳熱管的相對(duì)粗糙度為：</p><p><b>　　==0.013</b></p><p>　　查化工原理摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)以及相對(duì)粗糙度的關(guān)聯(lián)圖可得：</p><p><b>　　=0.04</b></p>&l

51、t;p>　　又流體速度u=1.25 m/s,=994.3 kg/ ,局部阻力系數(shù)=3.0</p><p><b>　　所以</b></p><p><b>　　==4661 Pa</b></p><p><b>　　==2330 Pa</b></p><p>　　=(46

52、61+2330)141.5=41946 Pa</p><p>　　管程流體總阻力在允許范圍內(nèi)（小于50KPa）。</p><p>　　對(duì)殼程，總阻力按公式計(jì)算</p><p><b>　　由前面有</b></p><p>　　Ns=1 , Fs=1.15</p><p>　　管束采用正三

53、角形，則</p><p>　　F=0.5 Re=33.79</p><p><b>　　=0.224</b></p><p>　　NT =260（傳熱管的總根數(shù)）</p><p>　　NTC=1.1NT0.5=1.1×2600.5=17.7</p><p>　　=11 （折流板數(shù)

54、） </p><p><b>　　＝0.54m/s</b></p><p>　　故流體流經(jīng)管束的阻力為：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=3038 Pa</b></p><p>　　對(duì)折流板有 B=0.

55、18 m ， D=0.6 m</p><p>　　則流體流過(guò)折流板缺口的阻力為：</p><p><b>　　=4074 Pa</b></p><p><b>　　所以總阻力為：</b></p><p>　　==8178.8 Pa</p><p>　　故殼程流體的總阻力在

56、允許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果如下表所示：</p><p>　　表2.2 換熱器結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)</p><p>　　3. 換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p&g

57、t;<p>　　換熱器的設(shè)計(jì)壓力為P=0.435MPa ≤1.6MPa，操作時(shí)溫度小于350℃，所以封頭材料選用Q235-B，封頭的結(jié)構(gòu)形式采用最常用的橢圓封頭。查標(biāo)準(zhǔn)JB/4737-95有，橢圓封頭厚度與圓筒厚度相等，再查《GB151-1999管殼式換熱器》5.3.2表8有：</p><p><b>　　表3.1 封頭厚度</b></p><p>　　

58、則取厚度為=8 mm</p><p><b>　　封頭結(jié)構(gòu)形式如下：</b></p><p>　　圖3.1 封頭結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　其尺寸為：</b></p><p>　　表3.2 封頭尺寸1</p><p><b>　　凸形封頭尺寸為：</b

59、></p><p>　　表3.3 封頭尺寸2</p><p><b>　　3.2管箱與圓筒</b></p><p>　　用前面可知，筒體直徑D=600mm,則500mm＜＜800mm,因此選用封頭管箱。</p><p>　　查《GB151-1999管殼式換熱器》可知，管箱圓筒(短節(jié))的最小厚度與圓筒最小厚度相同，即

60、為8mm。</p><p>　　管箱的最小長(zhǎng)度為：（按B形管箱的流通面積計(jì)算）</p><p>　　其中 －封頭厚度，mm</p><p>　?。忸^直邊段高度，mm</p><p><b>　　－各程平均管數(shù)，根</b></p><p>　　E－各相鄰管程間分程處物料流通的最小寬度，mm <

61、;/p><p>　　查得E=600mm,代入公式有：</p><p><b>　　=52 mm</b></p><p>　　接著按相鄰焊縫間的距離計(jì)算最小距離為：</p><p>　　其中 －接管位置尺寸，mm</p><p>　　且(無(wú)接管補(bǔ)強(qiáng)時(shí)4S，且50)</p><p&g

62、t;　?。庸苤翚んw與封頭連接焊縫距離，mm</p><p><b>　?。忸^高度，mm</b></p><p><b>　　－接管內(nèi)徑，mm</b></p><p><b>　　代入公式得到：</b></p><p><b>　　387 mm</b>&

63、lt;/p><p><b>　　對(duì)與之間取較大值</b></p><p>　　則管箱最小長(zhǎng)度為=387 mm</p><p><b>　　3.3分程隔板</b></p><p>　　3.3.1分程隔板厚度</p><p>　　對(duì)分程隔板厚度，查《GB151-1999管殼式換熱器》

64、有：</p><p>　　表3.4 分程隔板厚度</p><p>　　則，取分程隔板的最小厚度為：=8 mm</p><p>　　3.3.2分程隔板槽</p><p>　　分程隔板槽槽深不小于4mm</p><p>　　又因?yàn)樗貌牧蠟樘间摚匀》殖谈舭宀鄣膶挾葹?2mm, 隔板槽拐角處倒角為45°，倒角寬

65、度b可以看作近似等于分程墊片的圓角半徑R，結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p><b>　　圖3.2 分程墊片</b></p><p><b>　　3.4換熱管</b></p><p>　　所選換熱管的尺寸及偏差為： </p><p>　　表3.5 換熱管尺寸</p><p><

66、;b>　　3.5接管</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)中接管的基本要求有：</p><p>　　接管與殼體內(nèi)表面平齊</p><p>　　接管應(yīng)該盡量的沿?fù)Q熱器的徑向或軸向設(shè)置</p><p>　　對(duì)于接管的尺寸，殼程流體的流速為0.54m/s,則：</p><p><b>　　==18

67、8 mm</b></p><p>　　管程流體的流速為1.3m/s,則：</p><p><b>　　==117 mm</b></p><p>　　按管高度來(lái)確定，查取標(biāo)準(zhǔn)得到=200mm</p><p>　　則殼程接管位置的最小尺寸如下圖所示：</p><p>　　圖3.3 殼程接管

68、位置</p><p>　　且，==185.5 mm</p><p>　　管箱接管位置的最小尺寸如下圖所示：</p><p>　　圖3.4 管箱接管位置</p><p>　　且，==209 mm</p><p>　　上面兩幅圖中 C≥4S，且C≥30mm</p><p>　　DH— 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑

69、, mm</p><p>　　dh — 接管外徑 , mm</p><p>　　S — 壁厚 ，mm</p><p>　　b — 管板厚度 , mm</p><p>　　3.6 浮頭管板與鉤圈法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)閾Q熱器的內(nèi)徑已經(jīng)確定下來(lái)，所以浮頭管排列外徑以及結(jié)構(gòu)尺寸均采用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑來(lái)決定。查《GB1

70、51-1999管殼式換熱器》表14、表15、圖13有：</p><p>　　圖3.5 浮頭管板結(jié)構(gòu)圖及尺寸</p><p>　　取b=3mm , =3mm , =12mm</p><p><b>　　則其結(jié)構(gòu)尺寸如下：</b></p><p>　　浮頭管板外徑為： =600-23=594 mm</p>&l

71、t;p>　　浮頭管板外徑與殼體內(nèi)徑間隙為： =3mm</p><p>　　墊片寬度為： =12mm</p><p>　　浮頭管板密封面寬度為： =12+1.5=13.5 mm</p><p>　　浮頭法蘭與鉤圈外直徑為： =680 mm</p><p>　　浮頭法蘭與鉤圈內(nèi)直徑為： =570 mm</p><p>

72、;　　外頭蓋的內(nèi)徑為: =700 mm</p><p>　　螺栓中心圓直徑為： ==637 mm</p><p>　　其浮頭管板與鉤圈法蘭結(jié)構(gòu)如下圖：（選擇B型鉤圈）</p><p>　　圖3.6 鉤圈結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.7 管法蘭</b></p><p>　　按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T

73、9113.1-2000得到尺寸如下表：</p><p>　　表3.6 管法蘭尺寸</p><p><b>　　其結(jié)構(gòu)圖如下:</b></p><p>　　圖3.7 管法蘭結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3.8 布管限定圓</b></p><p>　　其尺寸按《GB151-

74、1999管殼式換熱器》表13有：</p><p>　　表3.7 布管限定圓尺寸</p><p><b>　　則=561 mm</b></p><p><b>　　其結(jié)構(gòu)如下：</b></p><p>　　圖3.9 布管限定圓結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.9拉桿的尺寸、數(shù)量以及

75、布置</p><p>　　因?yàn)閾Q熱管的直徑為19mm,所以采用的拉桿定距管結(jié)構(gòu)形式如下圖所示：</p><p>　　圖3.10 拉桿結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　因?yàn)閾Q熱器殼體內(nèi)徑為600mm,選拉桿直徑為12mm,數(shù)量為4根，選定的拉桿尺寸如下：（螺紋連接）</p><p>　　圖3.11 拉桿尺寸標(biāo)注圖</p><p&g

76、t;<b>　　表3.8 拉桿尺寸</b></p><p>　　因?yàn)槭锹菁y連接，需求螺紋深度為： =18 mm</p><p><b>　　其結(jié)構(gòu)如下：</b></p><p>　　圖3.12 拉桿孔結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　拉桿應(yīng)該盡可能的均勻布置在管束的外邊緣。而且對(duì)于大直徑的換熱器，應(yīng)該在布

77、管區(qū)內(nèi)或者靠近折流板缺口處布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，并且任何折流板均應(yīng)不少于3個(gè)支承點(diǎn)。</p><p>　　3.10 折流板與支承板</p><p><b>　　3.10.1折流板</b></p><p>　　折流板常用形式有弓形和圓盤-圓環(huán)形，弓形又分單弓形、雙弓形與三弓形，該換熱器采用單弓形折流板。折流板的流動(dòng)方式與結(jié)構(gòu)形式如下：</p&

78、gt;<p>　　圖3.13 折流板流動(dòng)圖</p><p>　　圖3.14 折流板結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　弓形折流板缺口高度應(yīng)使流體通過(guò)缺口時(shí)與橫向流過(guò)管束的流速相近，缺口大小用切去的弓形弦高占?xì)んw內(nèi)直徑的百分比來(lái)確定。單弓形折流板常用的是0.25倍殼體內(nèi)直徑，則：</p><p>　　h=0.25600=150 mm</p><

79、;p>　　因?yàn)檎哿靼彘g距B的最小距離為殼體內(nèi)直徑的—，且不小于50mm,在這里取B=0.3，則：</p><p>　　B=0.3600=180 mm</p><p><b>　　折流板數(shù)為：</b></p><p>　　=-1==11.5≈11塊</p><p>　　因?yàn)闅んw的公稱直徑=600mm，所以選取換熱管無(wú)

80、支撐跨距300mm，查《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-6-26有：</p><p>　　折流板或支撐板的最小厚度為4mm，這里取折流板的厚度為6mm。</p><p>　　折流板名義外直徑為：</p><p>　　D=-4.5=595.5 mm，允許偏差為</p><p>　　因換熱器的殼程流體為單相潔凈流體，所以折流板缺口應(yīng)水平上下布置,折流板圓缺

81、面水平裝配數(shù)量應(yīng)不少于4個(gè)，缺口分布如下所示：</p><p>　　圖3.15 折流板缺口</p><p>　　管束兩端的折流板應(yīng)該盡可能靠近殼程進(jìn)、出口接管，而其余折流板應(yīng)等距布置，其中，靠近管板的折流板與管板的距離為：</p><p><b>　　其中 =</b></p><p>　　—接管外徑 ， mm<

82、;/p><p><b>　　c=4S，且mm</b></p><p>　　S —壁厚 , mm</p><p>　　取c=50mm,當(dāng)無(wú)防沖板時(shí)，取防沖板長(zhǎng)度==219 mm</p><p><b>　　則代入公式得：</b></p><p>　　+50=191.5 mm<

83、/p><p><b>　　=269 mm</b></p><p><b>　　折流板切口尺寸為：</b></p><p>　　h=0.2600=120 mm</p><p>　　靠近管板的折流板與管板的距離如圖：</p><p>　　圖3.16 折流板與管板間距圖</p&g

84、t;<p><b>　　3.10.2支撐板</b></p><p>　　對(duì)支撐板，當(dāng)換熱器無(wú)支撐跨距小于最大跨距時(shí)，無(wú)需設(shè)置支撐板，但是浮頭式換熱器需要設(shè)置支承板，可選用加厚的環(huán)板來(lái)作為支承板。</p><p>　　3.11 防沖板與導(dǎo)流筒</p><p>　　管程內(nèi)水的流速小于3.0m/s,而對(duì)滑油有：</p>&

85、lt;p>　　=255.4＜2230 kg/(m·)</p><p>　　所以，管程和殼程都不需要設(shè)防沖板與導(dǎo)流筒。</p><p><b>　　3.12支座</b></p><p>　　鞍座所用材料是Q235-B，查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4712-2007，選取B型鞍式支座，支座結(jié)構(gòu)如下圖：</p><p>　　

86、圖3.17 支座結(jié)構(gòu)圖1</p><p>　　圖3.18支座結(jié)構(gòu)圖2</p><p><b>　　具體尺寸如下表：</b></p><p>　　表3.9 支座的尺寸</p><p>　　3.13 外頭蓋側(cè)法蘭</p><p>　　公稱直徑為=700mm,參照工藝條件、殼側(cè)壓力以及操作溫度，按照J(rèn)B

87、4703-92長(zhǎng)頸法蘭標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選取，選定法蘭結(jié)構(gòu)尺寸如下：</p><p>　　圖3.19 法蘭結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　表3.10 法蘭尺寸</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　3.14 管箱法蘭以及管箱側(cè)殼體法蘭</p><p>　　公稱直徑為=600mm,參照工藝條

88、件、管側(cè)壓力、操作溫度以及殼側(cè)壓力的最大值，按照J(rèn)B4703-92長(zhǎng)頸法蘭標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選取，其各部分尺寸與結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　表3.11 管箱法蘭尺寸</p><p><b>　　mm </b></p><p>　　圖3.20 管箱法蘭位置</p><p>　　3.15 固定端管板</p><p

89、>　　根據(jù)上面所選用的管法蘭以及管箱側(cè)法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，確定了固定端最大外徑為：D=638mm。</p><p>　　3.16 排氣管與排液管</p><p>　　排氣口與排液口直徑應(yīng)該不小于15mm,位置應(yīng)該分別設(shè)置在殼體中的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。</p><p>　　由于換熱器采用了四管程結(jié)構(gòu)，則設(shè)置的位置應(yīng)該有一定的偏離，但排氣（液）管的端部必須與殼體或者接管內(nèi)

90、壁平齊。</p><p>　　圖3.21 排氣（液）口</p><p><b>　　3.17防短路結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　3.17.1旁路擋板</p><p>　　在浮頭式換熱器中，為了防止殼程流體流動(dòng)在某些區(qū)域時(shí)發(fā)生短路，從而降低傳熱效率，需要使用防短路結(jié)構(gòu)。常用的防短路結(jié)構(gòu)有旁路擋板和擋管。</p&g

91、t;<p>　　對(duì)旁路擋板，當(dāng)殼體公稱直徑為500mm＜＜1000mm時(shí)，需要增設(shè)兩對(duì)擋板，擋板厚度與折流板的厚度相等，其結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　圖3.22 旁路擋板示意圖</p><p><b>　　3.17.2擋管</b></p><p>　　對(duì)擋管，擋管就是兩端被堵死的換熱管，與換熱管的規(guī)格相同，但布置在分程隔板槽背

92、面的兩管板之間，可與折流板點(diǎn)焊固定，也可以用拉桿(帶定距管或不帶定距管)來(lái)代替。</p><p>　　擋管應(yīng)每隔3-4排換熱管就設(shè)置一根，但不設(shè)置在折流板缺口處，如圖所示。</p><p>　　擋管伸出第一塊和最后一塊折流板或者支持板的長(zhǎng)度應(yīng)不大于50mm，且應(yīng)與任意一塊折流板焊接固定。</p><p>　　圖3.23 擋管示意圖</p><p&

93、gt;<b>　　3.18 連接</b></p><p>　　對(duì)于換熱管與管板之間的連接，因?yàn)闆](méi)有較大的振動(dòng)以及間隙腐蝕，所以可采用強(qiáng)度焊接，且焊接時(shí)，管板的最小厚度應(yīng)在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的要求下，不小于12mm。如圖所示:</p><p>　　表3.12 換熱管的連接</p><p>　　圖3.24 焊接示意圖</p><

94、p>　　對(duì)于管板與殼體、管箱之間的連接如下圖所示：</p><p>　　圖3.25 管板與殼體、管箱之間的連接示意圖</p><p><b>　　其中，=28mm</b></p><p>　　4. 換熱器的強(qiáng)度校核</p><p>　　4.1筒體的壁厚校核</p><p>　　取設(shè)計(jì)溫度為5

95、5℃，設(shè)計(jì)壓力為0.435MPa,取壓力為0.5MPa，筒體選用低合金鋼板Q235-B卷制。材料在55℃下的允許應(yīng)力=113MPa，取焊接系數(shù)φ=1.0，腐蝕裕量=2mm，鋼材的厚度負(fù)偏差=0.3mm,則有：</p><p>　　計(jì)算厚度為 ==1.33 mm</p><p>　　設(shè)計(jì)厚度為 ==1.33+2=3.33 mm</p><p>　　名義厚度為 =

96、=3.33+0.3=3.63 mm,因?yàn)榈秃辖痄摬话ǜg裕量的最小厚度應(yīng)不小于3mm,加上2mm的腐蝕裕量，名義厚度至少應(yīng)該取5mm,由鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，取名義厚度為6mm。</p><p>　　有效厚度為 ==6-0.3-2=3.7 mm</p><p><b>　　水壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)力為：</b></p><p>　　==0.625 MPa<

97、/p><p>　　所選材料的屈服應(yīng)力=235MPa</p><p><b>　　水壓實(shí)驗(yàn)校核：</b></p><p><b>　　==51 MPa</b></p><p>　　因?yàn)?.9=0.93251=292.5MPa ,又=51MPa＜292.5MPa</p><p>　　

98、所以水壓強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　　又因?yàn)閾Q熱器介質(zhì)為非易燃物，毒性程度為非極度且允許微量泄露，所以不需要進(jìn)行氣密性實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　4.2外頭蓋短節(jié)與封頭厚度校核</p><p>　　外蓋頭內(nèi)徑為=700mm，其余條件、參數(shù)與筒體同。</p><p>　　短節(jié)壁計(jì)算厚度為 ＝=1.32 mm</p>&l

99、t;p>　　短節(jié)壁設(shè)計(jì)厚度為 ＝1.32+2=3.32 mm</p><p>　　短節(jié)壁名義厚度為 =3.32+0.3=3.52 mm,同上，應(yīng)該取名義厚度為6mm。</p><p>　　短節(jié)壁有效厚度為 =6-0.3-2=3.7 mm</p><p><b>　　壓力實(shí)驗(yàn)壓力為： </b></p><p&

100、gt;　　==0.625 MPa </p><p>　　壓力實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力校核：</p><p>　　==59.4 MPa</p><p>　　因?yàn)?.9=0.93251=292.5MPa，又=59.4MPa＜292.5MPa</p><p>　　所以，壓力實(shí)驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　由前面可知:外頭蓋封頭用的

101、是標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭</p><p>　　封頭計(jì)算厚度為 S=＝=1.55mm</p><p>　　封頭設(shè)計(jì)厚度為 ＝1.55+2=3.55 mm</p><p>　　封頭名義厚度為 =3.55+0.3=3.85 mm,由前面知，取名義厚度為=8mm，符合計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　則封頭有效厚度為 =8-2-0.3=5.7 mm<

102、;/p><p>　　壓力實(shí)驗(yàn)的應(yīng)力校核：</p><p>　　==38.7 MPa＜292.5MPa</p><p>　　故，壓力實(shí)驗(yàn)滿足強(qiáng)度要求。</p><p>　　4.3管箱短節(jié)與封頭厚度校核</p><p>　　取工藝設(shè)計(jì)溫度為45℃，設(shè)計(jì)壓力取0.5MPa,選用Q235-B鋼板，材料的許用應(yīng)力為=113 MPa，

103、屈服強(qiáng)度為=235 MPa,取焊縫系數(shù)=0.85，鋼材的負(fù)偏差=0.3mm,腐蝕裕度=2mm。</p><p>　　計(jì)算厚度為 ==1.55 mm</p><p>　　設(shè)計(jì)厚度為 =1.55+2=3.55 mm</p><p>　　名義厚度為 =3.55+0.3=3.85 mm，綜合考慮開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以及結(jié)構(gòu)需要，取名義厚度為=8mm</p&g

104、t;<p>　　則有效厚度為 =8-0.3-2=5.7 mm</p><p>　　計(jì)算過(guò)程同上，則壓力實(shí)驗(yàn)在該條件下一定能滿足強(qiáng)度條件。</p><p>　　4.4管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的校核</p><p>　　開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，因?yàn)榻庸芤?guī)格為φ108 ×5mm，同時(shí)考慮到實(shí)際情況，選用20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴埽洳牧显S用應(yīng)力=130MPa,

105、腐蝕裕量=1mm，鋼材負(fù)偏差=0.3mm。</p><p>　　接管計(jì)算厚度為 ＝=0.21 mm</p><p>　　接管設(shè)計(jì)厚度為 =0.21+1=1.21 mm</p><p>　　接管有效厚度為 ＝5-1-0.3=3.7 mm</p><p>　　接管的開(kāi)孔直徑為 d==108-2×5+2×2=102 mm

106、</p><p>　　則，接管的有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為：</p><p>　　B=2d=2×102=204 mm</p><p>　　接管外側(cè)的有效補(bǔ)強(qiáng)高度為：</p><p><b>　　==22.6 mm</b></p><p><b>　　需要補(bǔ)強(qiáng)面積為：</b>&l

107、t;/p><p>　　A=d·S=102×1.55=158.1 </p><p><b>　　其中，S為管箱厚度</b></p><p>　　可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積的大小為：</p><p>　　=(B-d)·（)=(204-102)×(5-1.55)=351.9 mm2</p>

108、;<p>　　=2×22.6×(3.7-0.21)×=120.6 mm2</p><p>　　其中，A1—?dú)んw多余金屬面積</p><p>　　A2—接管多余金屬面積</p><p>　　則，+=351.9+120.6=472.5 mm2＞A</p><p>　　所以，該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需要設(shè)

109、置補(bǔ)強(qiáng)圈。</p><p>　　4.5殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核</p><p>　　開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，因?yàn)榻庸芤?guī)格為φ219×10mm，考慮實(shí)際情況，選取20號(hào)熱軋鋼管，材許用應(yīng)力=137MPa,腐蝕裕量=1mm，取鋼材負(fù)偏差C1=1.5mm。</p><p>　　接管計(jì)算壁厚為 ==0.4 mm</p><p>　　接管有效

110、厚度為 ==10-1-1.5=7.5 mm</p><p><b>　　接管的開(kāi)孔直徑為:</b></p><p>　　d=+2C=219-10×2+2(1+1.5)=204 mm </p><p>　　接管的有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為：</p><p>　　B=2d=2×204=408mm</p>

111、<p>　　接管外側(cè)的有效補(bǔ)強(qiáng)高度為：</p><p><b>　　==45.1mm</b></p><p><b>　　需要的補(bǔ)強(qiáng)面積為：</b></p><p>　　A=d·S=204×1.33=271.32</p><p><b>　　其中，S為殼體

112、厚度</b></p><p>　　可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積大小為：</p><p>　　=(B-d)·( )=(408-204)×(2-1.33)=136.7mm2</p><p>　　=2×45.1×(7.5-0.4)×=489.7mm2</p><p>　　其中，A1—?dú)んw多余的金屬

113、面積</p><p>　　A2—接管多余的金屬面積</p><p>　　則+=136.7+489.7=626.4 mm2＞A</p><p>　　所以，該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需要設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)圈。</p><p>　　4.6固定管板的校核</p><p>　　使用BS法來(lái)對(duì)固定管板的厚度進(jìn)行計(jì)算：</p>&

114、lt;p>　　假設(shè)管板厚度為 b=30mm</p><p>　　總換熱管數(shù)量為 n=260根</p><p>　　任意一根管壁金屬部分的截面積為：</p><p>　　0.785×=106.76 </p><p>　　換熱器是四管程結(jié)構(gòu)，則開(kāi)孔強(qiáng)度消弱系數(shù)為 μ=0.5</p><p&

115、gt;　　兩管板之間換熱管的有效長(zhǎng)度(去掉兩管板厚度)為： </p><p><b>　　L=2158 mm</b></p><p><b>　　計(jì)算系數(shù)K：</b></p><p><b>　　= </b></p><p>　　其中，b――管板厚度（不包括厚度的附加量）

116、</p><p><b>　　D――筒體內(nèi)徑</b></p><p>　　將數(shù)代入公式有 =＝22.6 </p><p>　　則 K=4.7</p><p>　　按管板簡(jiǎn)支考慮，根據(jù)K值查系數(shù)得到：</p><p>　　=3.3， ＝－0.68， =3.5</p

117、><p><b>　　筒體內(nèi)徑截面積為：</b></p><p>　　A= 0.785×6002=282743 </p><p>　　管板上管孔所占的總截面積為：</p><p>　　C=n/4=×260×19×19/4=73680 </p><p>　　則有，

118、系數(shù) ==</p><p>　　系數(shù) ===0.132</p><p>　　又殼程壓力為=0.5MPa，管程壓力為＝0.5MPa</p><p><b>　　則當(dāng)量壓差為： </b></p><p>　　pa=ps－pt(1+β)=0.5－0.5(1+0.132)= －0.66 MPa</p&

119、gt;<p><b>　　管板最大應(yīng)力為：</b></p><p>　　==13.09 MPa</p><p>　　管子的最大應(yīng)力為： </p><p>　　=＝－17.35 MPa</p><p>　　管板采用16Mn鍛 ，則=150MPa</p><p>　　換熱管采用2

120、0號(hào)碳素鋼，則＝130MPa</p><p><b>　　所以有：</b></p><p>　　=13.09 MPa<1.5=1.5×150=225 MPa</p><p>　　=-17.35 MPa<1.5=1.5×130=195 MPa</p><p>　　所以，管板的設(shè)計(jì)厚度能夠滿足

121、強(qiáng)度要求。</p><p>　　因?yàn)楣馨咫p面腐蝕，所以取腐蝕裕量=4mm,又由前面知，分程隔板槽深度為4mm,故實(shí)際管板厚度為：</p><p>　　=b+4=38 mm</p><p>　　4.7浮頭管板以及鉤圈的校核</p><p>　　換熱管所用材料為碳素鋼，鋼號(hào)20，查《GB150-1998 鋼制壓力容器》表4-3、表F2、表F5可得

122、：</p><p>　　設(shè)計(jì)溫度下鋼的許用應(yīng)力為 ＝130MPa</p><p>　　屈服點(diǎn)為 ＝220MPa </p><p>　　彈性模量為 ＝190800MPa</p><p>　　管板材料為16Mn鍛件，查《GB150-1998 鋼制壓力容器》表4-3、表F2、表F5可

123、得：</p><p>　　設(shè)計(jì)溫度下鋼的許用應(yīng)力為 ＝163MPa</p><p>　　屈服點(diǎn)為 ＝245MPa</p><p>　　彈性模量為 ＝202700MPa</p><p>　　許用拉脫力查表1-9-5有：</p><p><b>　

124、　KN</b></p><p>　?。?.5×130=65 MPa</p><p>　　浮頭式換熱器浮頭管板的厚度不由強(qiáng)度來(lái)決定，查《GB151-1999 管殼式換熱器》得：</p><p>　　管板厚度為 </p><p><b>　　其中，</b></p><

125、p>　　對(duì)于管板設(shè)計(jì)壓力，因?yàn)椴荒鼙ＷC和在任何情況下都同時(shí)作用，所以MAX(,)=0.5MPa；=0.5</p><p>　　所以， ==0.009</p><p>　　管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑為 =584mm</p><p><b>　　= </b></p><p>　　其中，L為換熱管的

126、有效長(zhǎng)度，因?yàn)楣馨搴穸壬形从?jì)算出，所以暫時(shí)用管子長(zhǎng)來(lái)代替進(jìn)行計(jì)算，等管板厚度計(jì)算出來(lái)了，再用有效長(zhǎng)度進(jìn)行核算。</p><p>　　L= ×(管端外伸出長(zhǎng)度)</p><p><b>　?。剑?030MPa</b></p><p><b>　　＝=0.039</b></p><p><

127、;b>　?。?lt;/b></p><p><b>　　=1.078 </b></p><p>　　利用上述參數(shù)，查圖可得：</p><p><b>　　系數(shù)C=0.325</b></p><p><b>　　所以，管板厚度為：</b></p><

128、;p><b>　　==17.9 mm</b></p><p>　　因?yàn)楣馨宓拿x厚度不應(yīng)小于下列三部分之和，即</p><p>　　=[MAX(,)+]</p><p>　　其中，――殼程腐蝕裕量，且=2mm</p><p>　　――管程腐蝕裕量，且=2mm</p><p>　　――殼程側(cè)隔

129、板槽深，且=0 mm</p><p>　　――管程側(cè)隔板槽深，且=4 mm</p><p>　　所以，=17.9+4+2=23.9 mm，綜合考慮并圓整后得：</p><p><b>　　=28mm</b></p><p>　　由前面知：鉤圈選擇B型，所用材料與浮頭管板相同，但設(shè)計(jì)厚度比浮頭管板的厚度大16mm,即：&l

130、t;/p><p>　　=38+16=54mm</p><p>　　4.8無(wú)折邊球形封頭的計(jì)算</p><p>　　浮頭蓋上的無(wú)折邊球形封頭的計(jì)算按內(nèi)壓球殼計(jì)算。材料選擇16Mn鍛，查表得：</p><p>　　在給定設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力為＝150 MPa</p><p>　　查《GB151-1999 管殼式換熱器》表46有

131、：</p><p>　　封頭內(nèi)徑為=500mm</p><p><b>　　則厚度為:</b></p><p><b>　　= =3.26mm</b></p><p>　　腐蝕狀況為雙面腐蝕，則取腐蝕裕量=3mm</p><p><b>　　則名義厚度=8mm<

132、;/b></p><p><b>　　4.9浮頭法蘭計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)《GB151-1999 管殼式換熱器》，計(jì)算方式與符號(hào)如下所示:</p><p>　　表4.1 浮頭法蘭尺寸及計(jì)算方法</p><p><b>　　=</b></p><p>　　

133、圖4.1 浮頭法蘭尺寸標(biāo)注圖</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 鄭津洋，董其伍，桑芝富.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì). [M].化工工業(yè)出版社.2010</p><p>　　[2] GB150-1998.鋼制壓力容器. [S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2003</p><p>　　[3] GB151-19

134、99.管殼式換熱器. [S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2004</p><p>　　[4] 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè). [M].化工工業(yè)出版社.2002</p><p>　　[5] 朱有庭.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)（上、下卷）. [M].化工工業(yè)出版社.2005</p><p>　　[6] 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書—換熱器. [M].化工工業(yè)出版社.2005</p>