【正文】 殼程設(shè)計(jì)溫度 170ST? ℃ 平均金屬溫度 ts=℃ 裝配溫度 0 15t ? ℃ 第 23 頁(yè) 殼體圓筒內(nèi)直徑橫截面積 ： A= 2 2 20 .2 5 3 .1 4 2 6 1 5 3 4 7 5iD m m? ? ? ? ? 殼程圓筒金屬橫截面積： 2( ) 3 . 1 4 6 ( 2 6 1 6 ) 5 0 3 0 . 3s s i sA D m m? ? ?? ? ? ? ? ? 殼體法蘭設(shè)計(jì)溫度下彈性模量： 1 .8 5 8 0 .5fE e M pa? ?? 平均金屬溫度下 彈性模量： 1 .8 9 1 0 .5sE e M pa?? 平均金屬溫度下的熱膨脹： 21. 69 4 05s e m m m m? ?? 設(shè)計(jì)溫 度下的許用應(yīng)力： ? ? 11 Mpa? ? 管箱圓筒法蘭 設(shè)計(jì)壓力： Pt= 設(shè)計(jì)溫度 Tt=140℃ 材料名稱(chēng)： 00Cr19Ni10 管箱圓筒有效厚度 mm? ? 設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量： Gpa? 管箱圓筒名義厚度（管箱為高頸法蘭取法蘭頸部大小端厚度平均值） 18h mm? ? 管箱法蘭設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量： 05tE e M pa?? ?? 換熱管 材料名稱(chēng)： 00Cr19Ni10 管子平均溫度： ? ℃ 管子外徑 d=19mm 管子壁厚 2t mm? ? 管子根數(shù) n=65 換熱管長(zhǎng)度 L=6000mm 換熱管中心距 S=25mm 管子金屬橫截面積 2( ) 1 0 6 .7 6tta d m m?? ?? ? ? 設(shè)計(jì)溫度下管子材料的許用應(yīng)力 ? ? 11 Mpa? ? 設(shè)計(jì)溫度下管子材料的屈服應(yīng)力 ： 127ts Mpa? ? 設(shè)計(jì)溫度下管子材料的彈性模量： Gpa? 平均金屬溫度下管子材料的彈性模量： Gpa? 平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)： 51. 68 8 10t mm? ??? ∕ mm℃ 換熱管回轉(zhuǎn)半徑 2210 . 2 5 ( 2 ) 6 . 2 1i d d m m?? ? ? ? 換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度按 GB1511999 圖 32 確定 Lcr=300mm 系數(shù) 2 1 6 9 .7tttsC r E???? 比值 Lcr∕ i=300∕ = 第 24 頁(yè) 由上可知： CrLcr∕ i 則管子許用壓應(yīng)力 ? ? 1 5 4 . 6 322tscr lc r i M p aCr?? ??? ? ????? 管板 材料名稱(chēng)： 00Cr19Ni10 。法蘭必須有足夠的剛度，保證密封要求。 而管板的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，換熱器設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度及以后使用的可靠性都與管板的設(shè)計(jì)有關(guān)。 3．環(huán)向應(yīng)力 校核 ? ?6 4 . 1 0 8 9tT fM p a M p a??? ? ? 滿足要求，校核合格。? ? ?? ? ? ②法蘭應(yīng)力計(jì)算： 將所有相關(guān)數(shù)值代入到上式 91 91 915 計(jì)算得： 軸向應(yīng)力： 0221 1 .0 3 2 2 2 9 1 3 4 9 2 .71 .4 8 3 0 2 6 1H ifM M p aD? ?? ?? ? ??? 徑 向 應(yīng) 力 ：022( 1. 33 1 ) ( 1. 33 48 0. 01 39 5 1 ) 32229134 . 48 48 26 1feR fe ie M M paD?? ?? ? ? ? ?? ? ? ??? 切向應(yīng)力： 022 3 . 8 1 3 3 2 2 2 9 1 3 4 2 . 0 4 9 6 8 . 4 6 6 4 . 14 8 2 6 1TRfeYM z M p aDi??? ?? ? ? ? ? ?? 綜合應(yīng)力： ? ?0 . 5 ( ) , 0 . 5 ( ) , 8 0 . 6 0H R H TM A X M p a? ? ? ? ? ?? ? ?取 經(jīng) 過(guò) 計(jì) 算 法蘭應(yīng)力校核 1．軸向應(yīng)力校核 ： ? ? ? ?H 1 .5 2 .5ttfn? ? ?? 與 之 小 值 ??tn? —— 筒體材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力， ? ? 118 。 由形狀系數(shù) 10??值查 GB1501998 圖 97 得整體式法蘭頸部應(yīng)力校正系數(shù) f（法蘭頸部小端應(yīng)力與大端應(yīng)力的比值），當(dāng) f1 時(shí)，取 f=。 螺栓的布置：法蘭徑向尺寸 AL 、 eL 及 螺 栓 間 距 ?L 的最小值可按 GB1501998表 93 選取： A m in3 .1 4 3 8 7 .5? ?L = 3 8 , 2 8 . 7 6 .1 , L 6 216e Km m L m m L m m m mn? ?? ? ? ? ?最 小 間 距 （查取GB15098 表 93），最大間距m a x 62 1 3 6 . 30 . 5fbL d m mm ?? ? ??。 管箱法蘭上螺栓與墊片的選用及法蘭應(yīng)力計(jì)算與校核 設(shè)計(jì)條件的確定 ① 殼體及法蘭相關(guān)參數(shù)的確定：設(shè)計(jì)壓力為 ，設(shè)計(jì)溫度為 140℃ ，液體靜壓力忽略不計(jì)則計(jì)算壓力與設(shè)計(jì)壓力相同，查 GB1501998 表 43（續(xù)）設(shè)計(jì)溫度下殼體材料為 00Cr19Ni10 的許用壓力 ??tn? 為 118Mpa，查 GB1501998 表45 常溫下法蘭材料許用應(yīng)力 ??f?為 117Mpa，設(shè)計(jì)溫度下法蘭材料的許用應(yīng)力??tf? 為 89Mpa。而且這種法蘭可以軋制成專(zhuān)門(mén)供法蘭用的型鋼，可以極大降低法蘭的成本。 管 箱 的 有 效 厚 度 12enCC??? ? ? （ n? 是封頭的厚度 第 17 頁(yè) 120 . 6 0C 是 鋼 板 的 負(fù) 偏 差 為 mm,C是腐蝕裕量為 ） ，則 e? = 橢圓形封頭的最大允許工作壓力是： ? ?2 2 1 1 8 1 4 . 6 2 3 . 8 6 60 . 5 1 . 0 7 1 7 2 6 1 0 . 5 4 . 6 2wt eieP M p aKD ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ? ? 管箱法蘭的選用 壓力容器法蘭分為平焊法蘭與對(duì)焊法蘭兩類(lèi)。 管箱封頭壓力計(jì)算 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)書(shū)第 節(jié)中橢球殼的應(yīng)力分析可知，當(dāng)橢球殼的長(zhǎng)短半軸之比 a∕ b2（及橢圓形封頭的 22iiDh?時(shí)） ，橢球殼赤道上出現(xiàn)很大的環(huán)向壓應(yīng)力，其絕對(duì)值遠(yuǎn)大于頂點(diǎn)的應(yīng)力。則初步確定管箱的最小長(zhǎng)度為 3倍的接管直徑，所以管箱的最小長(zhǎng)度尺寸為 150mm。 管箱圓筒短節(jié)厚度的計(jì)算 考慮到介質(zhì)腐蝕性相同的原則，并且 對(duì)于同種材料 易于焊接的特性，選擇管箱的材料為 00Cr19Ni10，其厚度的計(jì)算方法與筒體相同，設(shè)計(jì)溫度也是 t=170℃，此時(shí)材料 00Cr19Ni10 的許用應(yīng)力值為 ? ? 118t Mpa? ? ，設(shè)計(jì)壓力 Mpa? ，其它計(jì)算條件與筒體計(jì)算條件相同。 管箱的設(shè)計(jì) 換熱器管內(nèi)流體進(jìn)出口的空間稱(chēng)為管箱。殼程圓筒的具體 計(jì)算條件如下表： 計(jì)算壓力 Pc 設(shè)計(jì)溫度 t 內(nèi) 徑 Di 材 料 試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 170℃ 261mm 00Cr19Ni10（板材） 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 鋼板負(fù)偏差 C1 腐蝕裕量 C2 系數(shù)焊接接頭 試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn) 換熱器殼體壁厚的計(jì)算 材料選用 00Cr19Ni10，計(jì)算壁厚為 ? ?2 Cit CPD P? ??? ? 式中 Pc計(jì)算壓力 Pc= 考慮焊接可能引起的強(qiáng)度削弱， ??t? 應(yīng)乘以焊接接頭系數(shù) ? 將數(shù)據(jù)代入到上式中： 0 .5 2 6 1 0 .5 72 1 1 4 .8 1 0 .5 mm? ???? ? ? 設(shè)計(jì)厚度： 2 0 . 5 7 0 0 . 5 7d C m m??? ? ? ? ? 鋼管的名義厚度 n? 為最終成型厚度，其值 為設(shè)計(jì)厚度加上鋼管厚度負(fù)偏差 再圓整直鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，而設(shè)計(jì)厚度是計(jì)算厚度與腐蝕裕度之和。 殼體壁溫近似取工藝?yán)淠旱钠骄鶞囟燃? ：0 147 98 ???℃ 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 ： 1 2 2 .5 1 0 8 .3 1 4 .2t? ? ? ?℃ 1． 4 換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù) 通過(guò)以上的計(jì)算可以確定前端和后端管箱均選用 B 型，換熱器的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn) 下表： 型換熱器結(jié)構(gòu)尺寸 公 稱(chēng) 直 徑 公 稱(chēng) 壓 力 管 長(zhǎng) 管程數(shù) 管規(guī)格 傳 熱 面 積 排管數(shù) 管程流 通面積 接管工 程直徑 273mm 6000mm 1 Φ 19 2mm 23 ㎡ 65 ㎡ 50mm 上表綜合了本換熱器的各項(xiàng)參數(shù)，也是其生產(chǎn)與制造的主要依據(jù)和參考。 ? p1′= 200 ( 1) 2cB uFf n N ?? 第 10 頁(yè) ? p2′= 202( ) 2B uhN D ?? 管子為轉(zhuǎn)角正三角排列 ， F 取 1 .1 1 .1 6 5 9n? ? ? ? 已知折流板間距 : h= 則折流板的數(shù)目為： 61 1 39 LN h? ? ? ? ? 殼程流通面積 0 ( ) 0 . 1 5 (0 . 2 6 1 9 0 . 0 1 9 ) 0 . 0 1 3 5coA h D n d? ? ? ? ? ?㎡ 0 16129 0. 3536 00 94 9 0. 01 35um????∕ s 000 30 . 0 1 9 0 . 3 5 9 4 9R e 2 6 2 9 50 . 2 4 1 0du ?? ???? ? ??＞ 500 0 . 2 2 8 0 . 2 2 8005 . 0 Re 5 . 0 2 6 2 9 5 0 . 5f ??? ? ? ? 所以 ? p1＇ = 29 4 9 0 . 3 50 . 5 0 . 5 9 ( 3 9 1 ) 5 2 3 12 Pa?? ? ? ? ? ? p2′ =22 0 . 1 5 9 4 9 0 . 3 13 9 ( 3 . 5 ) 4 1 7 90 . 2 6 1 2 Pa??? ? ? ? 0P??? （ ? p1＇ +? p2′） =（ 5231+4179） = 計(jì)算表明：管程和殼程壓強(qiáng)降都能滿足題設(shè)的要求。 具體的物理參數(shù)見(jiàn)下表 : 物體 粘度 密度 流量 進(jìn)出口溫度 工藝?yán)淠? 920kg/ 16129kg 147℃ /98℃ 稀碳銨液 991kg/ 11500kg 42℃ /110℃ 根據(jù)公式 tD=+ 和進(jìn)出口溫度計(jì)算管程和殼程的定性溫度，其中 th 為冷端溫度， tc 為熱端溫度。一個(gè)能滿足換熱要求的換熱器，必須使其傳熱速率等于（或略大于）熱負(fù)荷 。 根據(jù)以上對(duì)各種類(lèi)型換熱器的經(jīng)濟(jì)性分析和結(jié)構(gòu)總結(jié)綜合考慮選用固定管板式換熱設(shè)備。 浮頭式換熱設(shè)備的特點(diǎn)是管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，且管束內(nèi)外清洗方便。 管殼式換熱器的種類(lèi)很多，根據(jù)換熱器所受溫差應(yīng)力以及是否采用溫度補(bǔ)償裝置，分為剛性 結(jié)構(gòu)和具有溫度補(bǔ)償?shù)膬深?lèi)。因?yàn)楣Q(chēng)直徑 DN=273mm。一般地說(shuō)，換熱器約占石油、化工裝置工藝設(shè)備重量的 40%左右，隨著化工煉油以及石油 化工的迅速發(fā)展，各種換熱器發(fā)展很快，新型結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，以滿足個(gè)工業(yè)部門(mén)的需要。按其結(jié)構(gòu)型式分有列管式、螺旋板式、板式、板殼式、板翹式和翹片管式等。第八部分是個(gè)人 小結(jié) ， 是對(duì)完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的一些想法和感受等。第三部分是固定板式換熱器零部件的工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ，確定相關(guān)部件的尺寸和結(jié)構(gòu)形式。 我國(guó)人口眾多，人均資源貧乏。換熱器是制藥、化工等其他許多工程領(lǐng)域的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有很重要的地位。 緒 論 這學(xué) 期是我們大學(xué)生涯的最后一個(gè)學(xué)期了，我們這學(xué)期最主要的任務(wù)就是做畢業(yè)設(shè)計(jì) ，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們對(duì)以前所學(xué)理論知識(shí)的一個(gè)總結(jié)，同時(shí)也為 我們以后 走 上工作崗位的一個(gè)實(shí)際鍛煉的機(jī)會(huì)，以便我們能夠更好的掌握以前所學(xué)的知識(shí)， 并且掌握