【正文】 m2?℃),初選總傳熱系數(shù)K選=300 W/(m2?℃)。計算熱負(fù)荷Qh=WhCph(th1th0)=25000(14040)=106KJ/h=Qc=WCCpc(tcitco)=100000(4030)=106KJ/h=因QcQh，所以取Qh為總傳熱量。初算總傳熱面積So39。=QK△tm=10330039=而為了保證其可靠性，一般應(yīng)使換熱器面積裕度大于15%25%取S0==。由JB/T4715—92表1，P22選用?25，20鋼，P26選擇換熱器基本參數(shù)：型號說明:表23換熱器基本參數(shù)筒體公稱直徑DN mm換熱管根數(shù)n中心排管數(shù)nc管程流通面積m280036615筒公稱壓力Mpa換熱管長度L mm管程數(shù) N傳熱面積 m260002管中心距 mm換熱管尺寸規(guī)格折流板間距B mm排列方式32?25240正方形旋轉(zhuǎn)45○（1）管程對流傳熱系數(shù)αi管程流體的流速：uc=wρA=1360293600994=雷諾數(shù)：Rei=duρμ==18125（湍流）普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pri=Cpiu?i=103=聯(lián)立：αi===3419W/(m2℃)(2)殼程對流傳熱系數(shù)αo由《化工原理》式477a計算α0=(μμw)取換熱器列管中心距t=32mm。則流體通過管間最大截面積為：A=hD1dot==流速為：U0=wρA=25000/(3600825)=de=4（t2π4d02）πd0=4（）π=雷諾數(shù)：Re=deuoρμ=103=4625普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pro=CPOμλO=103=殼程中雜醇油被冷卻，=1所以有：α0=（μμw）==587W/(m2℃)(3)總傳熱系數(shù)計算和校核 參考[4]《換熱器設(shè)計手冊》P105附錄1，知道：管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為：Rsi=104m2℃/WRso=104m2℃/W又由碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)查表為：λ=則傳熱系數(shù)為：K=11α0+Rso+bd0λdm+Rsid0di+d0αidi=11587+++2520+25341920=354W/(m℃)由上則有KK選=354300=，符合要求。校核傳熱面積S計39。=QK?tm=10335431=該換熱器實際換熱面積：Sp=πd0LNnc=636615=那么換熱器的面積為：φ=S0SPSp==%此裕度在15%25%之間，符合設(shè)計要求。 ?Pi的檢驗 參考《換熱器設(shè)計手冊》P76頁知，管程壓強(qiáng)降：?Pi=?PL+?PrFtNpNs+?PnNs其中?PL——流體流經(jīng)直管因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，單位Pa： ?Pr——流體流經(jīng)回彎管因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降，單位Pa： ?Pn——流體流經(jīng)管箱進(jìn)出口外力引起的壓強(qiáng)降，Pa： Ft——結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，無因次，對?25，F(xiàn)t=： Np——管程數(shù)=2： Ns——串聯(lián)的殼程數(shù)=1：管程流通面積A0=管程流速ui=VsAi=1360293600994=雷諾數(shù)Rei=diuiρμi=103=18425由《化工原理》知2000≤R4000為層流，R≥4000為湍流。運用顧毓珍公式得：λc=+=?P1=λcLdρu22=994=?P2=3ρu22=3994=則∑?Pc=+21=10kPa則管程壓強(qiáng)降符合設(shè)計要求。?P0的檢驗 參考[4]《換熱器設(shè)計手冊》P81頁運用埃索法計算殼程壓強(qiáng)降：?Ps=（?P1+?P2）FsNs其中：?P1——流體橫過官束的壓強(qiáng)降，Pa?P2 ——流體通過折流板缺口的壓強(qiáng)降，PaFs ——殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，對液體=F——管子排列方式對壓強(qiáng)降的修正系數(shù)，轉(zhuǎn)置正方形排列，F(xiàn)=f0——殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng)Re500 時，f0==Nb ——折流板數(shù)目nc ——因為按正方形排列，所以nc=15h——折流板間距，殼程流體面積:A0=hDncd0==殼程流速:u0=VsA0=250003600825=雷諾數(shù):Reo=douoρμ0=103=4625Reo=4625＞4000,所以為湍流所以：?P1=Ff0ncNb+1ρu022=24+1825=?P2==24825=1159Pa∑?P0=+11591=10kPa所以殼程壓強(qiáng)降滿足設(shè)計要求。?Pc的檢驗1 熱流體側(cè)的壁溫tth=TmhK?tm1αi+RSO=903543213419+=℃2 冷流體側(cè)的壁溫ttc=TmcK?tm1α0+Rsi=35+354321587+=℃3 金屬壁的溫度由公式：t0tw1α0+Rso=twti1αi+Rsi代入數(shù)據(jù)得tw=℃第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度計算 ①、根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求， ②、設(shè)計溫度是換熱器在正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度，在任何情況下，金屬的表面溫度不得超過材料的允許使用溫度，設(shè)計溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度，本設(shè)計中，介質(zhì)工作最高溫度為140℃，因此我們?nèi)≡O(shè)計溫度為t=150℃。 ③、選擇筒體材料 選擇筒體材料必須考慮筒體材料的經(jīng)濟(jì)型，實用性，以及材料本身的抗腐蝕性和機(jī)械加工性能等許多方面因素，在本設(shè)計中，在設(shè)計方案中已經(jīng)確定筒體材料為16MnR，采用鋼板卷制而成，16MnR鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB6654在設(shè)計溫度t=150℃時，查得16MnR的許用應(yīng)力為 δ=616mmσb=510MPaσs=345MPaσt1=170MPa1636mmσb=490MPaσs=325MPaσt1=163MPa2660σb=470MPaσs=305MPaσt1=157MPaδ=PcDi2σt?Pc其中pc——設(shè)計壓力，MPaDi——殼體內(nèi)徑，mmδ——計算厚度，mm?——焊接接頭系數(shù)σt——材料在設(shè)計溫度的許用應(yīng)力，MPa焊接接頭形式焊接接頭系數(shù)?全部無損檢測局部無損檢測雙面焊對接接頭和相當(dāng)與雙面焊的全焊透對接接頭?=1?=單面焊對接（沿焊接接頭根部全長有緊貼基本金屬墊片）?=?= 對于此浮頭式換熱器，根據(jù)其筒體內(nèi)直徑的范圍，采用雙面焊或相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接焊縫面焊，局部無損檢測，取 ?=，假設(shè) δ=616mm，即 σt1=170MPaδ=8002170=設(shè)計厚度δd的確定，設(shè)計厚度是計算厚度與腐蝕余量C2之和，其中腐蝕余量C2的選擇根據(jù)GB1511999的規(guī)定，其中對于主要元件腐蝕余量有以下幾條原則：①、管板、浮頭法蘭、球形封頭和浮頭鉤圈兩面應(yīng)考慮腐蝕余量。②、平蓋、凸形封頭、管箱和圓筒的內(nèi)表面應(yīng)考慮腐蝕余量。③、管板和平蓋上開槽時，可把高出隔板槽底面的金屬作為腐蝕余量，但當(dāng)腐蝕余量大于槽深時，還應(yīng)該加上兩者的差值。④、壓力容器法蘭和管法蘭的內(nèi)直徑應(yīng)考慮腐蝕余量。⑤、換熱管不考慮腐蝕余量。⑥、拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件，一般不考慮腐蝕余量。鋼板的計算厚度：根據(jù)HG205801998的規(guī)定，一般的容器，換熱器等壽命不少于8年，,本設(shè)計中取腐蝕余量C2=2mm。所以：計算厚度δd=+2=鋼板的名義厚度：鋼板的厚度負(fù)偏差C1的選取，查HG205801998，對于GB665496的鋼板，對于所有厚度，其厚度負(fù)偏差為0mm，取其名義厚度為12mm，即δn=12mm。鋼板的有效厚度：鋼板的有效厚度為其名義厚度減去腐蝕余量與鋼板厚度負(fù)偏差。則：δe=δnC1C2=1202=10mm設(shè)計溫度下圓筒的計算應(yīng)力：σt=Pc（Di+δe）2δe代入數(shù)據(jù)有：σt=（800+10）210=σt 170=，該圓筒滿足設(shè)計要求。設(shè)計溫度下圓筒的最大允許工作壓力Pw=2δeσt?（Di+δe）=210170+10=： 筒體水壓試驗壓力Pt= 式中σσt取各元件許用應(yīng)力比的最小值，通過比較知，通體的應(yīng)力比最小，所以：Pt=170170=2MPa 根據(jù)GB1511999 P14中規(guī)定，為使液壓試驗時容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗前必須按下列式子校核試驗時圓筒的薄膜應(yīng)力:σT=pr(Di+δe)2δe≤ 代入數(shù)據(jù)得：σT=2(800+10)20=81MPa81馬趴≤345=,水壓試驗合格。所以可以確定殼體厚度為12mm。 根據(jù)設(shè)計要求并且綜合考慮適用性與經(jīng)濟(jì)性選用B型封頭管箱。 管箱圓筒短節(jié)的計算： 考慮介質(zhì)腐蝕性相同的原則，且對于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料也為16MnR，其厚度計算方法與筒體相同，此時16MnR的許用應(yīng)力值為σt=170MPa，故在此設(shè)計溫度下，管箱短節(jié)的計算厚度為：δ1=8002170= 考慮腐蝕余量和最小厚度的要求，取名義厚度為δn1=12mm。 多程管箱中，管箱上各相鄰的焊縫間距離必須大于或等于4s且大于或等于50mm。 考慮到介質(zhì)腐蝕性相同的原則，且對于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料為16MnR，厚度計算方法同筒體相同，但由于管程流體的最高工作溫度大于殼程流體的溫度140℃，因此設(shè)計溫度應(yīng)為t=150℃，此時16MnR的許用應(yīng)力值為σt=170MPa，因此在此設(shè)計溫度下，管箱短節(jié)的計算厚度為：δ1=8002170=考慮到腐蝕余量和最小厚度要求，取名義厚度為δn1=12mm 材料依然選擇16MnR，選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T473795P3，選擇以內(nèi)徑為基準(zhǔn)，類型代號為EHA，型式參數(shù)為：Di/2(Hh)=2。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭是由半個橢球面和短圓筒組成。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。如圖23所示：圖31由JB/ T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》得：DN=800，總深度H=225mm,內(nèi)表面積A= ，容積V= 。由Di/2(Hh)=2及已知條件可算出：h=25mm標(biāo)記：EHA DN8001216MnR JB/t47462002 根據(jù)GB150—1999 中封頭得計算厚度按下式計算δ= =18002170=式中：應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)K=1（采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭） 查JB/ T47062002,=（100%無損檢測） 根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對于16MnR鋼板可取厚度負(fù)偏差=0mm；在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量不小于 1 mm取腐蝕裕量=2mm。厚度附加量C=+=0+2=2mm。 設(shè)計厚度名義厚度圓整后可取=12mm。檢查：=12mm時，[σ]t 無變化且滿足封頭選型時的假設(shè)，因此取封頭名義厚度=12mm滿足設(shè)計要求。筒體有效厚度由JB/ T47062002，附錄B，表B2， ，=12mm，Di=800mm查得封頭質(zhì)量M=。最大允許壓力： [Pw]= 2δeσt?KDt+==厚度校核： 取試驗溫度為150℃，管箱材料為16MnR，鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB6654，使用狀態(tài)：熱軋正火，查得[σ]=170Mpa。根據(jù)GB1511999規(guī)定：水壓試驗壓力按下式計算Pt