【正文】 materials of the equipment, mainly for the design of the floating head heat exchanger, floating head heat exchangers are shell and tube heat exchanger type is the use of 2 partitions so that hightemperature fluid and lowtemperature fluid for convective heat transfer in order to achieve the heat transfer between materials. In the design of the whole process, in strict accordance with GB1501998 Steel Pressure Vessels and GB1511999 shell and tube heat exchanger and other standards for the design and calculation. As well as the heat exchanger strength, stiffness and stability of the check. The design includes four parts: that part of it。 pressure test。隨著工業(yè)裝置的大型化和高效率化，換熱器也趨于大型化。由于管殼式換熱器易于制造、適應(yīng)性強、處理量大、成本較低6 以及可供選用的材料范圍廣泛，仍是當(dāng)前應(yīng)用最廣，理論研究和設(shè)計技術(shù)最完善，性能可靠的一類換熱器，所以這里我們重點研究這它們。 浮頭式換熱器管束一端的管板可以自由移動，不受溫差應(yīng)力的影響，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)浮頭密封困難，鍛件多，造價高。適用場合為管、殼程溫差大，高溫，高壓。 殼程 圖 。薄管板有著節(jié)省材料的優(yōu)點，是用于中、低壓換熱器中；橢圓形管板與換熱器的殼焊接在一起，受力條件較好，適用于高壓、大直徑的換熱器。 管殼式換熱器相關(guān)分析 傳熱系數(shù) 在管側(cè)熱阻、殼側(cè)熱阻、污垢熱阻和管壁熱阻中分析導(dǎo)致熱阻的主要原因。 流體流速 一般流體流速都有合理的范圍，特別是對于甲類 和乙類流體還有安全流速，因此要分析流速是否合理，操作安全性是否可靠。 經(jīng)過結(jié)果分析后，一切參數(shù)均能滿足工藝要求，換熱器的工藝設(shè)計才能完成。當(dāng)換熱器冷、熱流體的溫度沿傳熱面變化時，兩種流體逆流平均溫差最大，順流平均溫差最小，在實際換熱器設(shè)計中，冷、熱流體多采用交錯流方式，其平均對數(shù)溫差介于逆流和順流之間。 。 A流體從接管 1流入殼體內(nèi)，通過管間從接管 2流出。管子和管箱以內(nèi)的區(qū)域稱為管程 ,通過管程的流體稱為管程流體 (B流體 )。為提高換熱器的傳熱效能，也可采用螺紋管、翅片管等。管子端部與管板的連接有焊接和脹接兩種。管殼式換熱器的傳熱系數(shù)，在水 水換熱時為 1400～ 2850瓦每平方米每攝氏度〔 W/(m(℃ )〕 。這些新型折流板支承結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)主要是為了使流體由橫向流動變?yōu)榭v向流動，從而盡可能消除死區(qū)，使得傳熱綜合性能得到提高，也使得管束的抗振性能得到增強。 空心環(huán)支承結(jié)構(gòu) 空心環(huán)支承 (圖 4)是由華南理工大學(xué)化學(xué)工程研究所鄧先和等首先研究的，它是由直徑較小的鋼管截成短節(jié)，均勻分布在換熱管之間的同一截面上，呈線性接觸，在緊固裝置螺栓力的作用下，使管束對緊密固定。 12 圖 管式自支承 管子自支承的共同特點是靠管子自身變形的突出部位相互支承，無需其它支承物。 (1)刺孔膜片式 (圖 5a)。由于刺孔膜片嵌焊在管壁上，是管壁的延伸，增大了單位體積的有效傳熱面積。殼程流體大體上呈縱向流動，同時伴隨有橫向螺旋運動。變截面管是普通圓管壓制而成的，相隔一定間距管子被壓制成13 互成 60度 (三角形布管 )或 90度 (正方形布管 )的扁圓形截面。同時，換熱管的截面形狀的變化 對管內(nèi)、外流體的傳熱都具有強化作用。 管殼式換熱器特點 管殼式換熱器是換熱器的基本類型之一， 19世紀(jì) 80年代開始就已應(yīng)用在工業(yè)上。 （ 1)流動傳熱設(shè)計比較 管殼式換熱器的管子是換熱器的基本構(gòu)件，它為在管內(nèi)流過一種流體和穿越管外的 另一種流體之間提供傳熱面。 板式換熱器的兩種熱交換介質(zhì)分別在波紋板的兩側(cè)對流，波紋采用人字形波紋，這樣既增強了剛度以防止板片受壓變形，同時也增強了流體的湍流程度，并加大了傳熱面積。人字形波紋板湍流度較高，高湍流還能充分發(fā)揮清洗作用，可以特別有效的將沉積污垢減至最小，但是波紋板的接觸點較多，當(dāng)液體水質(zhì)差，含有懸浮的固體顆粒、雜物和水草等時，由于板間隙很窄，所以要盡可能地保證將所有 2 mm以上顆粒在進人換熱器以前，都要過濾掉 ,假如濾網(wǎng)不能有效地發(fā)揮作用，就15 容易發(fā)生堵塞。此外，污垢熱阻也較小。乳品、飲料行業(yè)中，利用板式換熱器這一優(yōu)點，可用同一臺板式換熱器來實現(xiàn)加熱、殺菌、熱回收等幾種操作。管殼式換熱器傳熱末端差難以16 達到 5℃以下。 板式換熱器，由于 2種介質(zhì)流道基本相同且傳熱效率高，因此板式換熱器可大大降低冷卻水量，一般冷卻水量和被冷卻水量之比為 ～ :1，這樣可以降低管道閥門和泵的安裝運行費用。 板式換熱器具有體積小，重量輕的特點，檢修方便，不需設(shè)檢修起吊設(shè)施，故安裝占地較少。在國外，應(yīng)用河水作冷卻水時，清洗頻率很高，平均每年 。介質(zhì)的流動條件和管子的表面狀況也影響孔蝕的產(chǎn)生 ,介質(zhì)流速高可以消除局部地方高濃度的 Cl從而降低腐蝕的傾向 ,管子表面光潔可 增強其耐孔蝕的能力。只有當(dāng)拉應(yīng)力超過該體系的臨界壓力 ,才會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂。換熱器入口管端 ,就存在沖刷腐蝕 ,發(fā)生在管殼式換熱器管程流體入口部分 ,距傳熱管管端 3~4倍管徑長度處?？p隙腐蝕與孔蝕的機理相似 ,一般出現(xiàn)孔蝕的地方也常有縫隙腐蝕發(fā)生。s 1,并使長度方向的溫度梯度不大于 ℃ 這樣的開停車工序 ,可以將拉應(yīng)力降至最小 ,避免產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。停工時可采用噴射洗滌、機械清洗和化學(xué)清洗的方法。 保溫層破損后 ,應(yīng)盡早使用防止水分的施工方法修復(fù) ,以免殼體外積附水分 ,腐蝕殼體。通常將阻垢分散劑、殺菌滅藻劑與緩蝕劑合用 ,稱為水質(zhì)穩(wěn)定劑。 （ 4）電化學(xué)保護 電化學(xué)保護分為陽極保護和陰極保護。在人造絲生產(chǎn)中使用了陽極保護來防止鈦制換熱器的腐蝕。因為蒸汽的冷凝液中溶解有 O2和 CO2,具有較強的腐蝕性。所有斷面要圓弧過渡 ,欽板圓角一般在 R2~。 (3)板片與墊片的粘結(jié)劑 ,不要采用過期的和含有 Cl的粘結(jié)劑 ,防止析出 Cl而引發(fā)腐蝕。s 1時 ,流體達不到湍流狀態(tài)且會形成較大的死角區(qū)。水平直波紋的支點較稀疏。由于在板片和密封壓緊板的邊緣 ,墊片溝槽和墊片之間存在縫隙 ,造成缺氧形成陽極而發(fā)生腐蝕破壞。這類墊片槽一般采用 “ 粘貼型 ” 密封結(jié)構(gòu)。 換熱器設(shè)計軟件簡介 21 在初步選定換熱器形式后，就要確定換熱器的幾何參數(shù)。 該程序有三種計算模式：設(shè)計型 (DESIGN)、校核型 (CHECK)和模擬型 (SIMULATION). ①設(shè)計型，在一定限制條件下按面積最小進行設(shè)計 . ②校核型，核算已知換熱器是否能滿足換熱要求，計算結(jié)果為實際面積／所需面積。 根據(jù)具體情況來選擇不同級別的換熱器。如有明顯的振動則需調(diào)整換熱器的某些幾何參數(shù)甚至改變其結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)過反復(fù)的性能核算和振動計算，直至傳熱性能和振動這一機械性能同時滿足要求，換熱器的工藝設(shè)計才算完成。 同樣， HTRI程序也有設(shè)計、校核、模擬三種計算模式，使用條件和方法與 HTFS程序基本相同。程序提供詳細的投資成本估算，包括材料及建筑成本。ASPEN HETRAN和 ASPEN TEAMS能夠模擬所有主要的 TEMA管殼式換熱器的加熱、冷凝及蒸發(fā)過23 程。程序可進行詳細的成本計算。與 ASPENPLUS集成使得用戶能夠確定換熱器瓶頸，預(yù)測當(dāng)工藝條件發(fā)生變化的換熱器的性能，降低維護費用。我們在了解 管殼式換熱器各方面性質(zhì)后，也應(yīng)該注意到設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的問題，在實際應(yīng)用過程中，還應(yīng)該結(jié)合工程實際情況，輔之以工程經(jīng)驗才能設(shè)計出更合理的換熱器，使設(shè)計的產(chǎn)品向安全、經(jīng)濟的方向發(fā)展。 法蘭厚度： f 90mm? ? 封頭材料： Q345R 許用應(yīng)力： t[ ] 170m pa? ? 法蘭材料： 16MnⅡ 法蘭材料設(shè)計溫度下許用應(yīng)力： tf[ ] 13 5m pa? ? 法蘭常溫下許用應(yīng)力： f[ ] 150mpa? ? 螺栓：雙頭螺柱 M24220 螺栓材料： 40Cr 螺栓材料常溫下許用應(yīng)力： [ ]=212mpa? 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力： tb[ ] 18 0m pa? ? 焊縫系數(shù)： ?? 厚度計算 封頭半徑： iR 600mm? ii5 5 2 . 4 5 6 0 0 8 . 4 8 m m6 [ ] 6 1 7 0 0 . 8 5tPR? ?? ??? ? ??? 設(shè)計厚度： 8m md? ? 名義厚度： 10n mm? ? 封頭有效厚度： ? ? 封頭外徑： 0R 600 2 605 .7 m m? ? ? ? 0 = 0. 00 16Re?? 查 GB1501998 圖 65得 B=158 28 封頭許用外壓 0158[ ] 08R 60 eBP?? ? ? 浮頭法蘭厚度 f 90mm? ? 。排列。排列 管間距 : s=25mm 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 : 25ns mm? 管板上管程分程隔板槽深 : 1 5H mm? 殼程結(jié)構(gòu)槽深 : 2 0mmH ? 換熱管材料 : 10 鋼 管板材料 : Q345R 計算各參數(shù) 管板強度消弱系數(shù) ?? 無量綱壓力管板區(qū)內(nèi)未被換熱管支撐的面積 2d 39。 ( )39。 0 .0 2 5 639。 2 1 8 6 0 0 03 . 1 4 1 5 0 . 5162Pr tsEC ? ? ?? ? ? 換熱管的穩(wěn)定需用壓應(yīng)力 / 9 0 0 / 6 .0 5 1 4 8 .7 6c r rL i C? ? ? 40 換熱管的穩(wěn)定許用應(yīng)力 /[ ] [1 ( ) ]22ts crcr rLiC?? ?? 1 6 2 1 4 8 .7 6[1 ]2 2 1 5 0 .5??? 41MPa? 管板非開孔面積 2 2 21 / 4 2 9 3 9 7 5 4 6 1 3 .1 4 1 9 / 4 1 6 3 3 3 5tA A n d m m?? ? ? ? ? ? ? 系數(shù) 14 9 2 1 6 .3 6 0 .3 0163335naA? ? ? ? 系數(shù) weG 按 1。) / ( ) 0. 02 43 / 0. 02 67 1. 81 68 0 612t aGtlKPDD???? ? ? 厚度計算 系數(shù) C 是與管板周邊支撐方式有關(guān)的系數(shù) ,用 1t?和 1 1~3 2( 39。 186 000PE M Pa? 管束無量綱剛度 39。 18 60 00tppMPaMPaE MPa????? 兩管板內(nèi)側(cè) 間換熱管長度 39。 法蘭材料 : 16MnⅡ 螺栓材料 : 40Cr 腐蝕裕度 : 2 2C mm? 墊片 : 金屬包墊 墊片系數(shù) : m= 比壓力 : y=20 866800GOGiD mmD mm?? 0 8 6 6 8 0 0 162 4 4G O G iDDNb m m? ?? ? ? ? 由于密封寬度 0 ? 33 有效密封寬度 16 10b mm?? 墊片中心圓直徑 0 2 8 6 6 2 1 0 8 4 6G i GD D b m m? ? ? ? ? ? 厚度計算 預(yù)緊狀態(tài)下： D by? 3. 14 84 6 10 20 53 12 88 N? ? ? ? ? 操作狀態(tài)下： P G CF F D bmP?? 846 10 ? ? ? ? ? ? B. 螺栓載荷 預(yù)緊狀態(tài)下： a GW F D by?? 3. 14 84 6 10 20 53 12 88 N? ? ? ? ? 操作狀態(tài)下： 20. 75 6. 28p p G C G CW F F D P D bm P? ? ? ? 1376500 ?? N? 雙頭螺栓 M24 180 個數(shù)： 32 設(shè)計溫度下許用應(yīng)力： [ ] 180tb mpa? ? 34 操作溫度下許用應(yīng)力： [ ] 21 2b mpa? ? 預(yù)緊狀態(tài)下所需最小面積 2531288 2 5 0 5 .8[ ] 2 1 2aabWA m m?? ? ? 操作狀態(tài)下所需最小面積 21701913. 9 9455[ ] 1 8 0pp tbWA m m?? ? ? 29455mpA A m m?? 實際螺栓面積 2 2 23 .1 4 1 7 .3 3 2 8 3 8 044bA d n m m?? ? ? ? ?