【正文】 避免承受附加彎矩。 壓力容器法蘭從整體看有三種形式：甲型平焊法蘭；乙型平焊法蘭；長頸對焊法蘭。由于換熱器殼程壓力不大，因此， 選用固定管板式換熱器較為適宜。k ㎡另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。K)。管程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流速u2=，則接管內(nèi)徑為mm圓整后去管內(nèi)徑為125mm。為了提高換熱器殼程內(nèi)流體的流速，加強流體的湍流程度，延長流體流通的路徑，往往在殼體內(nèi)安裝折流板，以增加殼程流體對流傳熱系數(shù)，改善傳熱效果。 即每程內(nèi)均按轉(zhuǎn)角正方形排列。管子在管板上的標準排列形式有四種，即：正三角形、轉(zhuǎn)角正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列。 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)Ns=根 （24）按單程管計算，所需的傳熱管長度為 （25）按單程管設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?！嫦碌挠嘘P(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來自生產(chǎn)中的實測值）： 密度 = 定壓比熱容 = 熱導(dǎo)率 =粘度 循環(huán)水在35℃ 下的物性數(shù)據(jù)： 密度 =㎏/m3定壓比熱容 = 熱導(dǎo)率 =粘度 估算傳熱面積 熱流量 Q1==25000(100－35)=106kJ/h = kw （21） 先按照純逆流計算，得 = 假設(shè)K=350W/(㎡k)則估算的傳熱面積為 （22） m= （23） 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 換熱器的管束構(gòu)成換熱器的傳熱面，管束中的管子尺寸和形狀都會對換熱器的傳熱效果有很大的影響。 流程安排 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，并且粘度大的流體應(yīng)走殼程，因為殼程內(nèi)的流體在折流擋板的作用下，流通截面和方向都不斷變化，在較低的雷諾數(shù)下就可達湍流狀態(tài)。 設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計要求一臺煤油冷卻器，具體的工藝參數(shù)如下：內(nèi)容： 殼程 管程 物料處理量（kg/h） 25000 物料名稱 煤油 水工作壓力（MPa） 0. 1 工作溫度（oC） 100/ 35 25/ 40 程數(shù) 1程 2程 使用壽命 10年管子排列方式 正三角形換熱器樣式 固定管板式 設(shè)計要求本設(shè)計過程主要是對換熱器進行工藝設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求查找有關(guān)資料，給出合理的結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計過程，畫出裝配圖，并書寫設(shè)計說明書。通過設(shè)計把在“過程設(shè)備”及其它相關(guān)課程(機械制圖、金屬材料、化工原理等)中所學(xué)的理論知識在具體工作中綜合地加以應(yīng)用，達到了理論知識和實踐密切結(jié)合的目的。根據(jù)需要可添置氣液排放口，檢查孔與敷設(shè)保溫層。有具有補償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定板式換熱器，即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個補償圈，當(dāng)外殼和管束的熱膨脹程度不同時，補償圈發(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。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)殼體直徑相同時，可安排更多的管子，也便于分程，同時制造成本較低[2]。 換熱器的分類換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。在化工廠，換熱器的費用約占總費用的10%～20%。本次設(shè)計主要是設(shè)計一個固定管板式換熱器，討論了固定管板式換熱器的特性，以及在給定條件下固定管板式換熱器的各種參數(shù)的設(shè)計和結(jié)構(gòu)尺寸。設(shè)計的前半部分是工藝計算部分，主要是根據(jù)給定的設(shè)計壓力及換熱面積，進行換熱器的選型，校核傳熱系數(shù)，計算出實際的換熱面積，最后進行壓力降的計算。換熱器在其他部門如動力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保等也有著廣泛的應(yīng)用。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，其中管殼式換熱器的分類見表11[1]。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。這種熱補償方法簡單，但不宜用于兩流體溫度差太大（不大于70℃）和殼側(cè)流體壓強過高（一般不高于600kPa）的場合；固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)見圖11[3]。（3）經(jīng)濟合理評價換熱器的最終指標是：在一定時間內(nèi)（通常1年內(nèi)的）固定費用（設(shè)備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費）等的總和為最小。其次，本專業(yè)的學(xué)生應(yīng)具有較高的工程素質(zhì)和較強的工程實踐動手能力。第二章 工藝計算 設(shè)計任務(wù)和設(shè)計條件該生產(chǎn)過程的流程如圖所示，反應(yīng)器的煤油經(jīng)與進料物流換熱后，用循環(huán)冷卻水將其從100℃進一步冷卻至35℃之后，進入吸收塔吸收其中的可溶組分。所以從總體考慮，應(yīng)使循環(huán)水走管程，煤油走殼程[5]。管子直徑小時，換熱器中單位體積的傳熱面積可大些，設(shè)備較緊湊，單位傳熱面積的金屬材料耗量少，傳熱系數(shù)也稍高，適用于介質(zhì)清潔及壓力較高的場合，但制造麻煩，不易清洗。根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用國標設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長L=9m，則該換熱器的管程數(shù)為：傳熱管總根數(shù) Nt=1402=280根。具體排列方式見圖21[5]。焊接形式，取管心距t=，則t=16==20㎜：S=t/2+6=20/2+6=16㎜；各程相鄰管的管心距為32㎜。另外，折流板在本設(shè)備中主要具有支撐管束的作用，因此也可以叫做支撐板[6]。 換熱器核算殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 當(dāng)量直徑 = （29）殼程流通截面積 (210) 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為普朗特數(shù)：粘度校正 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) （211）管程流體流通截面積管程流體流速普朗特數(shù)污垢熱阻和管壁熱阻： 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：Ri= m2所以傳熱系數(shù)： （212）傳熱面積裕度 （213）該換熱器的實際傳熱面積為Ap （214）該換熱器的面積裕度為 （215）傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。k傳熱管的平均壁溫℃殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=61℃。管程流體阻力 （217） , （218）由Re=，查莫狄圖得，流速u=；,所以， 殼程阻力按式計算 , （219）, 流體流經(jīng)管束的阻力 （220） F= 流體流過折流板缺口的阻力；B= , D= （221）Pa總阻力為(+)1==故管程和殼程的流體阻力損失都滿足要求。甲型平焊法蘭就是一個截面基本為矩形的圓環(huán)，它直接與容器的筒體或封頭焊接。因此這種法蘭適用于較大直徑和較高壓力的條件。依工藝條件：按管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力中的較大值，設(shè)計溫度和公稱直徑Φ400mm，按JB/T 4700—2000[8]標準選取甲型平焊凹凸面法蘭；并確定各結(jié)構(gòu)尺寸見表31，結(jié)構(gòu)見圖31。管箱也有許多種結(jié)構(gòu)形式，此設(shè)計采用的結(jié)構(gòu)見圖32[9]。管孔直徑為：；管板采用16Mn鍛， 管板結(jié)構(gòu)尺寸見表32[9]，結(jié)構(gòu)簡圖見圖34。折流板與管板間距的最小尺寸（見圖35）： （35）前端折流板距管板的距離至少為 272mm；結(jié)構(gòu)調(diào)整為 300mm,。選擇正三角形排列，主要是考慮這種排列布管比較緊湊，傳熱系數(shù)較高，傳熱效果好，便于管板劃線及鉆孔。換熱管布置圖見圖36。若對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個支承點。拉桿的尺寸[9]見表33，結(jié)構(gòu)簡圖見圖36。 圖37 殼程接管位置 圖38 管箱接管位置 防沖板設(shè)計防沖板選矩形防沖板[9]，其與殼體內(nèi)壁的高度為H1=（1/4~1/3）接管外徑，取H1=30mm；防沖板邊長L大于接管外徑50mm，取為152mm；厚度取B=；其結(jié)構(gòu)見圖39。 表34 接管法蘭尺寸表名稱管程進口管程出口殼程進口殼程出口公稱直徑DN/mm