【正文】 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第1頁 設(shè)計(jì)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(zhǎng)6000mm 6殼程圓筒 內(nèi)直徑800mm 固定管板換熱器設(shè)計(jì)［摘要］ 主要設(shè)計(jì)的是固定管板換熱器，針對(duì)換熱器中所需要的材料，標(biāo)準(zhǔn)零件,結(jié)構(gòu)尺寸大小，作了詳細(xì)的分析，從而使換熱器達(dá)到工藝要求。對(duì)材料，標(biāo)準(zhǔn)零件,結(jié)構(gòu)尺寸的要求,主要從四個(gè)方面考慮：安全性能要求 （強(qiáng)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(jì)性要求，并運(yùn)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(jiǎn)稱傳熱。由熱力學(xué)第二定律可知，在自然界中凡是有溫差存在時(shí)，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(xué)工業(yè)與熱傳遞的關(guān)系化學(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系密切。這是因?yàn)榛どa(chǎn)中的很多過程和單元操作，多需要進(jìn)行加熱和冷卻，例如：化學(xué)反應(yīng)通常要在一定的溫度進(jìn)行，為了達(dá)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(dòng)力，冶金，機(jī)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(xué)和傳熱學(xué)既有區(qū)別又有聯(lián)系。熱力學(xué)不研究引起傳熱的機(jī)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(gè)平衡狀態(tài)變成另一個(gè)平衡狀態(tài)所需的總能量；而傳熱學(xué)研究能量的傳遞速率，因此可以認(rèn)為傳熱學(xué)士熱力學(xué)的擴(kuò)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(dǎo)（又稱導(dǎo)熱） 物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差。（2）熱對(duì)流（簡(jiǎn)稱對(duì)流） 流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對(duì)流。熱對(duì)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(diǎn)產(chǎn)生相對(duì)位移的自然對(duì)流；二是因泵或攪拌等外力所致的質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流。此外，流體流過固體表面時(shí)發(fā)生的對(duì)流和熱傳導(dǎo)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(duì)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(diǎn)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(dòng)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(duì)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(shí)作為一個(gè)單獨(dú)的化工設(shè)備，有時(shí)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(dǎo)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(jì)、制造和選用方面，許多國家都有相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。管殼式換熱器是通過管子壁面進(jìn)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(jiān)固，可靠性高，選材范圍廣，耐壓，耐溫，操作彈性大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。（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(zhǎng)蛇形等。奇特點(diǎn)事結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、檢修清洗方便。對(duì)所需傳熱面積不大的場(chǎng)合比較適用，同時(shí)，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(diǎn)。其缺點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單耐高壓傳熱面積可根據(jù)需要增減適當(dāng)?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(yán)格的逆流，傳熱效果好。缺點(diǎn)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(chǎng)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(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊，故可稱作緊湊式換熱器。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳熱能力強(qiáng)，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(qiáng)，同樣熱負(fù)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(diǎn)是造價(jià)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(dǎo)熱元件，決定換熱器的熱力性能。另一個(gè)對(duì)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(yùn)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(shí)，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(jìn)而實(shí)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(jiān)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(jì)要求序號(hào)特別要求1對(duì)事故工況的校核2對(duì)管箱隔板強(qiáng)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(shí)的強(qiáng)度校核5管板的剛度校核6風(fēng)載荷和地震載荷的校核7進(jìn)出口接管承受管線載荷的校核8疊裝換熱器中，底下那臺(tái)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(cè)11封頭熱壓成形時(shí)，終壓溫度的檢測(cè)12殼體直線度的檢測(cè)13氫工況的判別及材料要求 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 第5頁序號(hào)計(jì)算及說明依據(jù)結(jié)果 一、換熱器管設(shè)計(jì)計(jì)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(qiáng)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(jià)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(jì)壓力P=(~)PW =(~) =(~)MPα=～取Pd=鋼管設(shè)計(jì)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(fù)偏差C1 = 鋼管許用應(yīng)力 [σ]t = 108Mpa 鋼管的焊縫系數(shù)，因?yàn)椴捎脽o縫鋼管 =換熱管的厚度計(jì)算：只有殼程設(shè)計(jì)壓力Ps,管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0 只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt,殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0殼程設(shè)計(jì)壓力Ps和管程設(shè)計(jì)壓力Pt同時(shí)作用，計(jì)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(jì)算厚度　　　　設(shè)計(jì)厚度　　　　名義厚度　　　　有效厚度　　　　　但實(shí)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(jì)計(jì)算 換熱管排