【正文】 范，進(jìn)行基于整體結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)，再對(duì)相關(guān)輔助部件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，最 終設(shè)計(jì)出一臺(tái)滿足要求的換熱器。 定性溫度和物性參數(shù)計(jì)算 水的定性溫度： 038 .5 30t= = 34 .2 52 C? 水的密度： ρ2=水的比熱： Cp2=℃ 水的導(dǎo)熱系數(shù)： k2=℃ 水的粘度： μ2=106 Pa℃ )； tm——有效平均溫差 ， ℃ ； Q——熱負(fù)荷 ， kw； 考慮 15%的面積裕度， 1 ???? AA m2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 對(duì)一定的傳熱面積而言，傳熱管徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。取管內(nèi)水的流速 u=1m/s。 圖 1 排管方式簡(jiǎn)圖 在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進(jìn)行機(jī)械清洗。這里選用單弓形。在這里取折流板間距 3 0 01 0 0 ???? DB mm 則折流板數(shù)量： （塊）折流板間距 傳熱管長 19130060001 ???BN 校核總換熱系數(shù) （ 1）管程對(duì)流傳熱系數(shù) 0 .8 0 .40. 02 3 R e P rii id?? ? 式中 id ——管子的內(nèi)徑， m； 管程雷諾數(shù) 41 40 .0 1 5 1 1 0 0 0R e 2 .1 1 07 .2 7 4 1 0idu ?? ??? ? ? ??水水 管程普朗特準(zhǔn)數(shù) 3 411 4 . 1 7 4 1 0 7 . 2 7 4 1 0Pr 4 . 8 50 . 6 2 6 5Cp ?? ? ? ? ?? ? ?水水 故管程對(duì)流傳熱系數(shù)： 0 . 8 0 . 4 4 0 . 8 0 . 40 . 6 2 6 50 . 0 2 3 R e Pr = 0 . 0 2 3 ( 2 . 1 1 0 ) 4 . 8 5 5 1 8 3 . 60 . 0 1 5iiid?? ? ? ? ? ? ? 0W/(m. C) （ 2）殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 殼程流通截面積 0 ??????? ?????????? ?? tdhDS im2 式中 h——折流擋板間距， m； t——管中心距， mm。由于換熱器尺寸較大，可以用一臺(tái)，未考慮采用多臺(tái)組合使用。焊接固定時(shí)，要求管子可焊性好，一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，以保證管子質(zhì)量，一般對(duì)于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用 10 號(hào)鋼和 20 號(hào)鋼管，在強(qiáng)腐蝕性流體 的情況下，可采用不銹鋼（ rC1 18 iN 9 iT ）、鋼、鋁等無縫管石墨管、聚四氟乙炔管等。 殼體內(nèi)徑 Ds=1000mm 殼體壁厚： cppDt ??? ??? ][2 t][? 為殼體工作溫度下的許用應(yīng)力， 已知?dú)こ淘O(shè)計(jì)溫度為 415℃ ， 根據(jù)碳鋼板許用應(yīng)力，查表得 t][? =； ? 為焊縫系數(shù)，取 ? =1； ? ， p1 為工作壓力， p1=； c=3mm； D 為殼體內(nèi)徑 mm； ?????? ???? mm 液壓試驗(yàn) 20 對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 筒體簡(jiǎn)圖如下： 圖 2 筒體簡(jiǎn)圖 計(jì)算厚度 ? ? mmpDp ct ic ???? ???? ??? 可知筒體內(nèi)徑 1000?iD mm查《化工壓力容器設(shè)計(jì) ——方法、問題和要點(diǎn)》 ?? 耐壓試驗(yàn)壓力系數(shù)；對(duì)于鋼和有色金屬，液壓試驗(yàn)時(shí) ?? 。 前端管箱 封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算 前端封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭原因如下： 22 根據(jù)工藝條件的要求、和制作的難易程度和材料的消耗情況采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭最合理。由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小的多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。 表 4 布管限定圓參數(shù)表 管板的設(shè)計(jì)計(jì)算 管 板是管殼式換熱器的主要部件。 （ 1） 結(jié)構(gòu)如圖所示， 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 1 b mm 8 5 布管限 定圓直徑 LD 931 mm 2 1b mm 5 6 封頭球面內(nèi)半徑 Rt 800 mm 3 nb mm 20 7 4 2b mm 8 25 圖 5 管板簡(jiǎn)圖 對(duì)于正方形排列，布管簡(jiǎn)圖如圖 6。對(duì)于正方形排列 ? ?39。 ?n 則 ? ? ? ? 239。在這里換熱管和管板的連接方式選擇焊接，參考《管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè) GB151》 [12]表33 取 ?l 。 接管直徑計(jì)算 ： 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)變換氣流速為 u=10m/s,則接管內(nèi)徑為 m0 4 6 )2 6 6 0 0( ?? ??????Vd 查 GB/T173952022 取管子 mm9mm50 ?? 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u= m/s,則接管內(nèi)徑為 m0 7 0 ) 9 43 6 0 0(4 4 9 8 6 8 044 ?? ??????Vd 查 GB/T173952022 取管子 mm9mm71 ?? 其他結(jié)構(gòu)選擇 （ 1） 換熱器支座 選擇和設(shè)計(jì) 鞍式支座如圖 7 所示。 采用雙支座時(shí)，一個(gè)鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個(gè)鞍座為活動(dòng)支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個(gè)螺母，第一個(gè)螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個(gè)螺母鎖緊。 置于對(duì)稱分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。 表 5 鞍座的尺寸結(jié)構(gòu) （ 2） 法蘭選擇 壓力容器法蘭是壓力容器的常用部件，是連接壓力容器部件的基本元件。下表為壓力容器法蘭分類表。其他還有按制造工藝分類和按結(jié)構(gòu)形式分類。 ?接管法蘭 管箱接管采用平頸對(duì)焊法蘭 。 作業(yè)層：包括生產(chǎn)單元和業(yè)務(wù)單元 生產(chǎn)單元：主要負(fù)責(zé)按公司確定的任務(wù)和生產(chǎn)指令具體組織生產(chǎn)、搞好現(xiàn)場(chǎng)管理和隊(duì)伍管理工作。溶解乙炔 工廠崗位定員 部 門 職 位 人數(shù) /班 班 數(shù) 人數(shù)小計(jì) 領(lǐng)導(dǎo)班子 經(jīng)理 3 1 3 市場(chǎng)管理部 部長 1 1 1 干事 3 1 3 技術(shù)開發(fā)部 部長 1 1 1 干事 3 1 3 人力資源部 部長 1 1 1 財(cái)務(wù)管理部 部長 1 1 1 保衛(wèi) 2 1 2 企業(yè)管理部 部長 1 1 1 干事 3 1 3 生產(chǎn)管理部 部長 1 1 1 干事 4 1 4 機(jī)動(dòng)能源部 部長 1 1 1 干事 3 1 3 安全環(huán)保部 部長 1 1 1 干事 3 1 3 凈化崗位 班長 1 4 4 工人 2 4 8 壓縮干燥崗位 班長 1 4 4 工人 2 4 8 充裝崗位 班長 1 4 4 8. 工藝控制指標(biāo)一覽表 各種工藝控制指標(biāo)如表 10 所示。 （ 4）控制室和配電室應(yīng)布置在生產(chǎn)區(qū)域的中心部位，并在危險(xiǎn)區(qū)外。 （ 9） 設(shè)備安全通道、人流、物流方向應(yīng)錯(cuò)開。即要符合流程、滿足生產(chǎn)、便于管理、便于運(yùn)輸、利于設(shè)備安裝和維修。但這些一定要最有效的利用車間的建 筑面積（包括空間）和土地（設(shè)備裝置能露天布置的盡量露天布置，建筑物能合并的應(yīng)盡量合并）。例如制堿車間的碳化塔，根據(jù)工藝要求須放在廠房?jī)?nèi)，但塔有比較高，且操作崗位安排在塔的中部以便觀察塔內(nèi)情況，這樣就需要設(shè)計(jì)多層廠房；另一種情況是：設(shè)備大部分露天布置，廠房?jī)?nèi)只需要安置泵或風(fēng)機(jī)，這種情況可設(shè)計(jì)成單層廠房。 車間設(shè)備立面布置 化工廠廠房可根據(jù)工藝流程的需要設(shè)計(jì)成單層、多層或單層與多層相結(jié)合的形式。 廠址選擇 廠址選擇是基本建設(shè)前期工作的重要組成部分，是根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)計(jì)劃和工業(yè)布局的要求，選擇和確定工廠的建設(shè)位置。 注意資源合理開發(fā)和綜合利用、節(jié)約能源、節(jié)約勞動(dòng)力；注意環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡、保護(hù)風(fēng)景和名勝古跡；同時(shí)，還要做到有利生產(chǎn)、方便生活、便于施工，并提供有多個(gè)可供選擇的方案進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。 37 （ 3） 水文地質(zhì)：地下水最好對(duì)建筑材料無侵蝕性或具微侵蝕性，其水位最好低于地下結(jié)構(gòu)深度。 （ 7） 給水排水：廠址宜靠近水源，保證供水的可靠性，并滿足對(duì)水質(zhì)，水量，水溫的要求。 （ 11） 施工條件：應(yīng)盡可能利用當(dāng)?shù)毓?yīng)的建筑材料。 （ 9） 生活區(qū)：有污染氣體排放的工廠應(yīng)位于生活區(qū)的下風(fēng)方向，并與廠區(qū)有一定的防護(hù)地 帶。 （ 5） 資源、原料、燃料及產(chǎn)品銷售：要求資源，原料，燃料來源可靠，質(zhì)量符和要求。便于排除雨水，不受洪水，海潮的影響或大型水壩潰壩的威脅。 廠址選擇的基本原則 [15]：廠址選擇必須遵守國家法律法規(guī)，貫徹執(zhí)行國家方針、政策，堅(jiān)持基本建設(shè)程序，符合國家長遠(yuǎn)規(guī)劃及行政布局、國土開發(fā)整治規(guī)劃、城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃 。有時(shí)因受建設(shè)場(chǎng)地的限制或者為了節(jié)約用地，也有設(shè)計(jì)成多層的。 車間設(shè)備布置 車間設(shè)備平面布置 車間平面布置按其外形一般分為長方形、 L 形、 T 形和 Ⅱ 形等。多層廠房占地少但造價(jià)高，而單層廠房占地多但造價(jià)低。即要全面妥善的解決防火、防爆、防毒、防腐、衛(wèi)生等方面的問題，符合國家的各項(xiàng)有關(guān)規(guī)定。 車間設(shè)備平面布置的原則 車間平面布置首先必須適合全廠總平面布置的要求，應(yīng)盡可能使個(gè)車間的平面布置在總體上達(dá)到協(xié)調(diào)、整齊、緊湊、美觀，相互融合，渾成一體。 （ 6） 留有發(fā)展的余地 （ 7） 所采取的勞動(dòng)保護(hù)、防火要求、防腐蝕措施要符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的 35 要求。 （ 2） 根據(jù)地形、主導(dǎo)風(fēng)向等條件進(jìn)行設(shè)備布置，有效的利用車間建筑面積（包括空間）和土地（盡量采用露天布置及建筑物能合并者盡量合并）。 勞動(dòng)定員的原則 三項(xiàng)原則： “能省則省 ”，及精簡(jiǎn)機(jī)構(gòu)，保 持高效運(yùn)行；注重人才的吸納； 注重工人的生活品質(zhì)。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)管內(nèi)水流速為sm1?u ，所以不需要設(shè)計(jì)防沖擋板。本設(shè)計(jì)采用對(duì)焊法蘭。壓力容器的法蘭分類種類很多。其作用是使不同的受壓元件組合在一 起，同時(shí)保證連接部位不產(chǎn)生泄露。在此次設(shè)計(jì)中我們對(duì)注滿水時(shí)的靜重情況進(jìn)行校核計(jì)算。如圖所示： δ 4Ⅰ型Ⅱ型 圖 8 鞍式支座 JB/,鞍座 BI 600S 材料 Q345R 置于對(duì)稱分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。 圖 7 鞍式支座圖 28 在本換熱器設(shè)計(jì)過程中，令 mm3000?BL 且令 mm15001 ?? cc LL 查 JB/ 標(biāo)準(zhǔn) [13]，在 DN 15 00 m m ~ 20 00 mm、 120o 包角重型帶墊板或不帶墊板鞍式支座結(jié)構(gòu)： 臥式設(shè)備一般采 用兩個(gè)鞍座。開孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設(shè)計(jì)必須充分考慮開孔的補(bǔ)強(qiáng)問題。 管板布管區(qū)內(nèi)開孔后的面積為： 221 ???? dnAA t ? 一根換熱管管壁金屬橫截面積為： ? ? 0 6??? tt da ??? 式中 t?? 換熱管壁厚， mm。n? 沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)。結(jié)構(gòu)如 GB1511999 圖 18 a[12]型管板所示。由于管板受 力情況復(fù)雜，影響管板強(qiáng)度因素很多，有管內(nèi)、外壓力，溫度產(chǎn)生的力，法蘭力矩和換熱管的支撐力等影響，因此正確地進(jìn)行管板分析是比較復(fù)雜的。 已 知條件：計(jì)算壓力 ?p MPa，內(nèi)徑 1000 毫米，板材 Q345R. 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 163MPa 焊接接頭系數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)公式： K 2ii1K = 2 = 1 .062Dh??????? ?????? 求封頭的曲面高度 hi 25041 ??ii DHmm 則封頭的計(jì)算厚度 ? ? ????? ????? ct ic pDKp???mm 封 頭的有效厚度 ??????? CCne ?? mm 允許最大工作壓力 23 ? ? ? ? ???? ?????? eitew KDp ????MPa 比較可知 :合格 浮頭設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》 [12]選用鉤圈式浮頭，浮頭端蓋選用球冠形封頭，根據(jù)換熱器筒體內(nèi)徑 1000?iD mm 查 GB1511999《管殼式換熱器》表 46[8]可得封頭球面內(nèi)半徑 800?iR mm 浮頭簡(jiǎn)圖如下。 圖 3 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 橢圓形封頭是由半個(gè)橢球面和短圓筒組成。 實(shí)驗(yàn)壓力值 ? ?? ? ??tT pp ??MPa 壓力試驗(yàn)下允許通過的應(yīng)力水平 ??t? ? ? ? ? ?? st ?? MP