【正文】 算： ① 每程的管數(shù) n1 =n/Np=422247。附錄十九，可以初步確定換熱器的主要參數(shù)見下表： 項目 數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) 殼徑 D(DN) 800mm 管尺寸 Φ 25mm179。 179。 L=Q/(K. △ tm)=179。 36000=161750/=179。 2=20mm 管內(nèi)流速取 ui=,從管內(nèi)體積流量為： ν i =n (π /4) 179。與煤油相比，水的對流傳熱系數(shù)一般較大。ψ ==℃ 由以上的計算結(jié)果以及已知條件，很容易算得： Qc=)( 12 ttC Qpc ?=8800000/[(3017) ]=161750㎏ /h 兩流體的溫度變化情況如下： （ 1） 煤油：入口溫度 160℃，出口溫度 60℃； （ 2）冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度 17℃，出口溫度 30℃； 該換熱器用循環(huán)冷卻自來水進(jìn)行冷卻，冬季操作時，其進(jìn)口溫度會降低，考略到這一因素，估計所需換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，需考慮熱膨脹的影響， 故從安全方便考慮可以采用帶有膨脹節(jié)的管板式換熱器 定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。 167。 （ 3）有利于安裝操作與維修 直立設(shè)備的安裝費往往低于水平或傾斜的設(shè)備。有具有補(bǔ)償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定板式換熱器，即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束的熱膨脹程度不同時，補(bǔ)償圈發(fā)生彈性變形（拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束的不同的熱膨脹程度。 表 21 傳熱器的結(jié)構(gòu)分類 類型 特點 間 壁 管 殼 式 列 管 式 固定管式 剛性結(jié)構(gòu) 用于管殼溫差較小的情況（一般≤ 50℃），管間不能清洗 帶膨脹節(jié) 有一定的溫度補(bǔ)償能力，殼程只能承受低壓力 浮頭式 管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合 U型管式 管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難 填料函式 外填料函 管間容易泄露，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的 介質(zhì) 內(nèi)填料函 密封性能差，只能用于壓差較小的場合 式 釜式 殼體上部有個蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮 雙套管式 結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場合和固定床反應(yīng)器 中 套管式 能逆流操作，用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器或預(yù) 熱器 螺旋管式 沉浸式 用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱 噴淋式 只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間 換熱 螺旋板式 可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作，有自潔的作用，可用做回收低 溫?zé)崮? 傘板式 結(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈 板殼式 板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高 混合式 適用于允許換熱流體之間直接接觸 蓄熱式 換熱過程分階段交替進(jìn)行，適用于從高溫爐氣中回收熱 能的場合 因設(shè)計需要，下面簡單介紹一下固定管板式換熱器。因此，設(shè)計和選擇得到使用、高效的換熱器對降低設(shè)備的造價和操作費用具有十分重要的作用。 ，比熱容(kg.℃ )，導(dǎo)熱系數(shù) (m.℃ ) 、殼程流體阻力計算 167。七 . 設(shè)計結(jié)果表匯 …………………………………………………………………………………….…… 28 167。三 .熱量設(shè)計 ………………………………………………………………………………………………… 5 （流動空間的選擇）及流速確定 167。 目錄 167。四 . 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 ………………………………………………………………………………………….. 9 、封頭 拉桿 、鞍式支座的示意圖 (BI 型 ) 167。八 .參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………………….….. 29 167。二 .概述 換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。 在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，即簡稱換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。 固定管板式即兩端管板和殼體連結(jié)成一體，因此它具有結(jié)構(gòu)簡單造價低廉的優(yōu)點。這種熱補(bǔ)償方法簡單，但不宜用于兩流體溫度差太大（不大于 70℃ ）和殼方流體壓強(qiáng)過高（一般不高于 600kPa）的場合。設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與拆卸，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排放口 ，檢查孔與敷設(shè)保溫層。三 .熱量設(shè)計 以熱介質(zhì)煤油為計算標(biāo)準(zhǔn)算它所需要被提走的熱量 : Q=ms1cp1(T1T2)=(16060)=8800kJ/h= 計算兩流體的平均傳熱溫差 暫時按單殼程、多管程計算。 殼程流體（煤油）的定性溫度為： T= (160+60)/2=110℃ 管程流體（水）的定性溫度為： t=（ 30+17） /2=℃ 在定性溫度下，分別查取管程和殼程流體 (冷卻水和煤油 )的物性參數(shù)，見下表： 密度 /（㎏ /m3） 比熱容 /（ kJ/kg?℃） 粘度 /（ Pa?s） 導(dǎo)熱系數(shù) /（ W/m?℃） 煤油 825 179。由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，考慮到散熱降溫方面的因素，應(yīng)使循環(huán)自來水走管程，而使煤油走殼程。 178。/h 解得 n=90 查傳熱手冊，初選總傳熱系數(shù) K=340W/(m178。 10179。 )= 若選用 l= 長的管，需要 Np=L/l=4管程，則一臺換熱器的總管數(shù)為 Nt=4179。 管程數(shù) Np(N) 4 管長 l 管數(shù) n 442 管排列方式 組合式排列 中心排管數(shù) nc 23 管心距 32mm 管程流通面積 Si 178。 4=,管程流通面積 si =(π /4) 179。 179。 i? )/2=179。 247。 i? ) /2=3179。 2= 則管程內(nèi)總壓降為： Pt=(△ Pi +△ Pr)FtNsNp=(+) 179。/s ③ 計算流速 u0 = 44 ?? =④ 雷諾數(shù)的計算 Re0 = μρ 000 du =1223 Re0＞ 500 ⑤ 摩擦系數(shù) f0 = ( Re0 )=247。 1179。178。（ ? ）﹙ 179。 表 34 總傳熱系數(shù)的選擇 管程 殼程 總傳熱系數(shù) /[W/（ m3178。 s 重有機(jī)物μ＞ 1mPa178。 s 有機(jī)物μ =～ 1mPa178。 s 輕有機(jī)物μ＜ 178。 s 重有機(jī)物μ＞ 1mPa178。 + ?? ++5001 ) =320W/m2?℃ 由以上的計算數(shù)據(jù)，代入下面的公式，計算傳熱面積： 23 10244 4. 439。 2mm 和φ 25mm179。 2mm直徑的管子更為合理。 ，管長 ,速取 ui= 根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和流速，可以確定單程傳熱系數(shù)： ns= )()9943600/(422 根??????ii udV? 按單程計算，所需傳熱管的長度是： mndSL so 2 00 2 1 0 7 ????? ? 若按單程管計算，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，可見取傳熱管長 l=6m，則該傳熱管程數(shù)為： （管程）22 ??? lLNp 則傳熱管的總根數(shù)為： N=Np179。mt? t?? =179。 所以，代入數(shù)據(jù)我們有： D=32*18+2*（ ~） *25 =626~651mm 取 D=600mm 根據(jù)以上的計算可以得到如下的計算結(jié)果： DN,mm 600 管程數(shù) 2 殼程數(shù) 1 管子規(guī)格 25* 管子根數(shù) 240 中心排管數(shù) 19 管程流通面積， m2 換熱面積， m2 100 換熱器長度， mm 6000 通過查表，可以發(fā)現(xiàn)下面的結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器和所需的比較接近，故而選擇該種換熱器： DN,mm 600 管程數(shù) 2 殼程數(shù) 1 管子規(guī)格 25* 管子根數(shù) 232 中心排管數(shù) 16 管程流通面積， m2 換熱面積， m2 換熱器長度， mm 6000 設(shè)置折流板的目的是為了提高流速，增加湍動，改善傳熱，在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。高度為 15～20mm，供停工排除殘液用；在某些冷凝器中需要保留一部分 過冷凝液使凝液泵具有正的吸入壓頭，這時可采用帶堰的折流板，見圖 122（ c）。但為了增加換熱器的剛度，防止管子振動，實際仍然需要設(shè)置一定數(shù)量的支承板，其形狀與尺寸均按折流板一樣來處理。允許的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)，當(dāng)換熱器內(nèi)流體無相變時，其最大折流板間距不得大于殼體內(nèi)徑，否則流體 流向就會與管子平行而不是垂直于管子，從而使傳熱膜系數(shù)降低 。 支承板允許不支承的最大間距可參考表 （右）所列數(shù)據(jù)。 取接管內(nèi)油品流速為 u= 則接管內(nèi)徑為： d= muV )8253600/(1 2 6 2644 ?? ???? 所以，取標(biāo)準(zhǔn)管的內(nèi)徑為 80mm。 換熱器設(shè)計之中，為了使換熱面積得以充分利用，殼程流體進(jìn)出口接管應(yīng)盡量靠近兩端的管板，而管箱的進(jìn)出口盡量靠近管箱法蘭，從而減輕設(shè)備重量。 經(jīng)計算易得，殼程接管位置的最小尺寸為： 120mm。 、封頭 查 GB15199P21表 8得圓筒厚度為： 8 mm 查 JB/T473795，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，即 8mm 示意圖如下： 查表可得其尺寸數(shù)據(jù)，見下表 公稱直徑DN（ mm） 曲面高度1h （ mm） 直邊高度 2h （ mm） 碳鋼厚度 δ（ mm） 內(nèi)表面積 A 2m 容積 V 2m 質(zhì)量 m kg 600 150 25 8 0． 4374 0． 0353 27． 47 管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個重要的受壓器件。一般浮頭式換熱器受力較小，其厚度只要滿足密封性即可。 經(jīng)過查表，對于碳鋼、低合金鋼的換熱管的規(guī)格及尺寸偏差見下表： 材料 換熱管標(biāo)準(zhǔn) 管子規(guī)格 高精度、較高精度偏差 外徑， mm 厚度， mm 外徑偏差， mm 壁厚偏差， mm 碳鋼 GB/TB8163 ≧ 14~30 2~ 177。）。在小直徑的換熱器中，常用同心圓排列，在相同直徑的管板上所排列的管數(shù)比按正三角形排 列還多。雙層隔板的