【正文】 第1頁 設(shè)計條件 清潔液體 （入口/出口）殼程27/50℃ 管程90/52℃ 殼程1 管程1 外徑25mm 總長6000mm 6殼程圓筒 內(nèi)直徑800mm 固定管板換熱器設(shè)計［摘要］ 主要設(shè)計的是固定管板換熱器，針對換熱器中所需要的材料，標準零件,結(jié)構(gòu)尺寸大小，作了詳細的分析，從而使換熱器達到工藝要求。對材料，標準零件,結(jié)構(gòu)尺寸的要求,主要從四個方面考慮：安全性能要求 （強度、韌性、剛度、耐蝕性、密封性）；工藝性要求（生產(chǎn)效率、能耗）；使用性要求（結(jié)構(gòu)、安裝、維修、制造）；經(jīng)濟性要求，并運用AutoCAD制圖，,繪制出固定管板換熱器總裝配圖。［關(guān)鍵詞］ 固定換熱器 法蘭 殼體 管板 換熱管 折流板 熱量傳遞是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，簡稱傳熱。由熱力學第二定律可知，在自然界中凡是有溫差存在時，熱就必然從高溫處傳遞到低溫處，因此傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞現(xiàn)象。2. 化學工業(yè)與熱傳遞的關(guān)系化學工業(yè)與傳熱的關(guān)系密切。這是因為化工生產(chǎn)中的很多過程和單元操作，多需要進行加熱和冷卻，例如：化學反應(yīng)通常要在一定的溫度進行，為了達到并保持一定溫度，就需要向反應(yīng)器輸入或輸出熱量；又如在蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，都要向這些設(shè)備輸入或輸出熱量。此外，化工設(shè)備的保溫，生產(chǎn)過程中熱能的合理利用以及廢熱的回收利用等都涉及到傳熱的問題，由此可見；傳熱過程普遍的存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用?？傊瑹o論是在能源，宇航，化工，動力，冶金，機械，建筑等工業(yè)部門，還是在農(nóng)業(yè)，環(huán)境等部門中都涉及到許多有關(guān)傳熱的問題。應(yīng)予指出，熱力學和傳熱學既有區(qū)別又有聯(lián)系。熱力學不研究引起傳熱的機理和傳熱的快慢，它僅研究物質(zhì)的平衡狀態(tài)，確定系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)變成另一個平衡狀態(tài)所需的總能量；而傳熱學研究能量的傳遞速率，因此可以認為傳熱學士熱力學的擴展。根據(jù)載熱介質(zhì)的不同，熱傳遞有三種基本方式：（1）熱傳導（又稱導熱） 物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導。熱傳導的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差。（2）熱對流（簡稱對流） 流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對流。熱對流僅發(fā)生在流體中，產(chǎn)生原因有二：一是因流體中各處溫度不同而引起密度的差別，使流體質(zhì)點產(chǎn)生相對位移的自然對流；二是因泵或攪拌等外力所致的質(zhì)點強制運動的強制對流。此外，流體流過固體表面時發(fā)生的對流和熱傳導聯(lián)合作用的傳熱過程，即是熱由流體傳到固體表面（或反之）的過程，通常稱為對流傳熱。（3）熱輻射 因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。熱輻射的特點是：不僅有能量的傳遞，而且還有能量的轉(zhuǎn)移。 在化工生產(chǎn)中為了實現(xiàn)物料之間能量傳遞過程需要一種傳熱設(shè)備。這種設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝。換熱器就是用來進行這些熱傳遞過程的設(shè)備，通過這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞到溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。它是化工煉油，動力，原子能和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，對于迅速發(fā)展的化工煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。換熱器在化工生產(chǎn)中，有時作為一個單獨的化工設(shè)備，有時作為某一工藝設(shè)備的組成部分，因此換熱器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用是十分廣泛的。任何化工生產(chǎn)中，無論是國內(nèi)還是國外，它在生產(chǎn)中都占有主導地位。 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，管式換熱器可分為四種類型，即：管殼式、蛇管式、套管式、翅片管式。（1） 管殼式換熱器管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是典型的換熱設(shè)備，再設(shè)計、制造和選用方面，許多國家都有相應(yīng)的規(guī)范和標準。管殼式換熱器是通過管子壁面進行傳熱的換熱設(shè)備， 換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛。雖然在換熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊和金屬消耗量方面不及其他類型的換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)堅固，可靠性高，選材范圍廣，耐壓，耐溫，操作彈性大等獨特的優(yōu)點。（2） 蛇管式換熱器蛇管式換熱器是把換熱管（金屬或非金屬）按需要彎曲成所需的形狀，如圓盤形、螺旋形和長蛇形等。奇特點事結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、檢修清洗方便。對所需傳熱面積不大的場合比較適用，同時，因管子能承受高壓而不易泄漏，常被高壓流體的加熱或冷卻所采用。按使用狀態(tài)不同，蛇管式換熱器又分為沉侵式蛇管換熱器和噴淋式蛇管換熱器。噴淋式蛇管換熱器和沉侵式蛇管換熱器相比，具有便于檢修、清洗和傳熱效果較好等優(yōu)點。其缺點是噴淋不均勻。(3) 套管式換熱器 套管式換熱器是由兩種不同直徑的標準管子組裝成同心圓的套筒，然后由多段這種套管連接而成。每一段套筒稱為一程，每程的內(nèi)管用U形彎管順次連接，而外管則以支管與下一程外管相連接。由此組成多段同心圓套管換熱器，程數(shù)可根據(jù)傳熱要求而增減。它的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單耐高壓傳熱面積可根據(jù)需要增減適當?shù)剡x擇內(nèi)管和外管的直徑，可使流速大增冷、熱流體可作嚴格的逆流，傳熱效果好。缺點是單位傳熱面金屬消耗量太大，檢修、清洗和拆卸都比較麻煩，在可拆連接處容易造成泄露。該類換熱設(shè)備通常用于高溫、高壓、小流量流體和所需傳熱面積不大的場合。（4） 翅片管式換熱器 翅片管換熱器的結(jié)構(gòu)與一般管殼式換熱器結(jié)構(gòu)基本相同，只是用翅片管代替了光管。由于傳熱加強、結(jié)構(gòu)緊湊，故可稱作緊湊式換熱器。它的主要優(yōu)點是：傳熱能力強，與光管相比，傳熱面積可增大210倍，傳熱系數(shù)可提高12倍。結(jié)構(gòu)緊湊，由于單位體積傳熱面大，傳熱能力增強，同樣熱負荷下與光管相比，翅片管換熱管子少。殼體直徑或高度可減少，因而結(jié)構(gòu)緊湊且便于設(shè)置，可以更有效合理地利用材料。缺點是造價高和流阻大。 管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。它包括:固定管板式換熱器、U型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。管殼式換熱器由管箱、殼體、管束等主要元件構(gòu)成。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導熱元件，決定換熱器的熱力性能。另一個對換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板（或折流桿）。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運行的安全可靠性。1）工作原理：管殼式換熱器和螺旋板式換熱器、板式換熱器一樣屬于間壁式換熱器，其換熱管內(nèi)構(gòu)成的流體通道稱為管程，換熱管外構(gòu)成的流體通道稱為殼程。管程和殼程分別通過兩不同溫度的流體時，溫度較高的流體通過換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低的流體被加熱，進而實現(xiàn)兩流體換熱工藝目的。2）主要技術(shù)特性：一般管殼式換熱器與其它類型的換熱器比較有以下主要技術(shù)特性：耐高溫高壓，堅固可靠耐用；制造應(yīng)用歷史悠久，制造工藝及操作維檢技術(shù)成熟；選材廣泛，適用范圍大。換熱器設(shè)計要求序號特別要求1對事故工況的校核2對管箱隔板強度的校核3各部件吊耳安裝位置的校核4浮頭式和U形管束固定管板外徑延伸，使管板兼作試壓法蘭時的強度校核5管板的剛度校核6風載荷和地震載荷的校核7進出口接管承受管線載荷的校核8疊裝換熱器中，底下那臺換熱器的校核9鞍式支座的校核10外表油漆干膜厚度的檢測11封頭熱壓成形時，終壓溫度的檢測12殼體直線度的檢測13氫工況的判別及材料要求 湖南化工職業(yè)技術(shù)學院 第5頁序號計算及說明依據(jù)結(jié)果 一、換熱器管設(shè)計計算換熱器管材料選擇及論證 論證：從換熱管需要承受壓力或其他載荷、鋼管應(yīng)該有足夠的強度，考慮材料的焊接和冷熱加工性能，換熱器的使用功能和制造工藝，材料的來源與價格等綜合原因根據(jù)工作介質(zhì)清潔流體和操作條件選用:碳素鋼10（GB816387） 鋼管的設(shè)計壓力P=(~)PW =(~) =(~)MPα=～取Pd=鋼管設(shè)計溫度 90 + 20 =1100C 腐蝕裕量鋼管材料為碳素鋼10查表得 C2 =1 mm 鋼管厚度負偏差C1 = 鋼管許用應(yīng)力 [σ]t = 108Mpa 鋼管的焊縫系數(shù)，因為采用無縫鋼管 =換熱管的厚度計算：只有殼程設(shè)計壓力Ps,管程設(shè)計壓力Pt=0 只有管程設(shè)計壓力Pt,殼程設(shè)計壓力Ps=0殼程設(shè)計壓力Ps和管程設(shè)計壓力Pt同時作用，計算結(jié)果應(yīng)滿足 ≤ 管程 ≤ 殼程 取其大者比較，作為其厚度，管道外壓 管道內(nèi)壓： == = =+ =+1=＞+=+= 綜合上式比較，這些基本受外壓的有效厚壓管計算厚度　　　　設(shè)計厚度　　　　名義厚度　　　　有效厚度　　　　　但實際厚度應(yīng)查：GB8163輪送流體用無縫鋼管常用換熱器的規(guī)格和尺寸偏差 GB816387 (外徑偏差) (壁厚偏差) 　二、換熱器筒體設(shè)計計算 換熱管排列方式確定由于介質(zhì)為清潔的液體，不需要進行機械清洗。 因此選正三角形排列換熱器換熱面積與管板布管區(qū)當量計算換熱面積采用多管程結(jié)構(gòu)，利用圖畫法估算出管子根數(shù)及管子分布。 因為管子與管板采用焊接結(jié)構(gòu)管子中心距?。汗茏幼钔鈱庸茏又行木嗑鄽んw內(nèi)表面距離不小于 所以管數(shù)最多的一排管數(shù)為： ，則取管數(shù)去24+1=25除去拉桿管子 利用圖算法計算管