【正文】 制運動的強(qiáng)制對流。熱力學(xué)不研究引起傳熱的機(jī)理和傳熱的快慢，它僅研究物質(zhì)的平衡狀態(tài)，確定系統(tǒng)由一個平衡狀 態(tài)變成另一個平衡狀態(tài)所需的總能量；而傳熱學(xué)研究能量的傳遞速率，因此可以認(rèn)為傳熱學(xué)士熱力學(xué)的擴(kuò)展。這是因為化工生產(chǎn)中的很多過程和單元操作，多需要進(jìn)行加熱和冷卻 ，例 如：化學(xué)反應(yīng)通常要在一定的溫度進(jìn)行，為了 達(dá)到并保持一定溫度，就需要向反應(yīng)器輸入或輸出熱量 ； 又如在蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，都要向這些設(shè)備輸入或輸出熱量。對材料，標(biāo)準(zhǔn)零件 ,結(jié)構(gòu)尺寸的要求 ,主要從四個方面考慮：安全性能要求 （強(qiáng)度、韌性、剛度、耐蝕性、密封性）；工藝性要求（生產(chǎn)效率、能耗）；使用性要求（結(jié)構(gòu)、安裝、維修、制造） ； 經(jīng)濟(jì)性要求，并運用 AutoCAD 制圖， ,繪制出固定管板換熱器總裝配圖。 ［ 關(guān)鍵詞 ］ 固定換熱器 法蘭 殼體 管板 換熱管 折流板 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 三 .設(shè)計概述 熱量傳遞是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移 ，簡稱傳熱。此外，化工設(shè)備的保溫，生產(chǎn)過程中熱能的合理利用以及廢熱的回收利用等都涉及到傳熱的問題，由此可見；傳熱過程普遍的存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用。 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 根據(jù)載熱介質(zhì)的不同，熱傳遞有三種基本方式： （ 1）熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱） 物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。 此外，流體流過固體表面時發(fā)生的對流和熱傳導(dǎo)聯(lián)合作用的傳熱過程，即是熱由流體傳到固體表面（或反之）的過程，通常稱為對流傳熱。這種設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。換熱器在化工生產(chǎn)中，有時作為一個單獨的化工設(shè)備，有時作為某一工藝設(shè)備的組成部分，因此換熱器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用是十分廣泛的。管殼式換熱器是通過管子壁面進(jìn)行傳熱的換熱設(shè)備， 換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛。對所需傳熱面積不大的場合比較適用，同時，因管子能承受高壓而不易泄漏，常被高壓流體的加熱或冷卻所采用。 (3) 套管式換熱器 套管式換熱器是由兩種不同直徑的標(biāo)準(zhǔn)管子組裝成同心圓的套筒，然后由多段 這種套管連接而成。缺點是單位傳熱面金屬消耗量太大，檢修、清洗和拆卸都比較麻煩，在可拆連接處容易造成泄露。 它的主要優(yōu)點是：傳熱能力強(qiáng) ，與光管相比，傳熱面積可增大 210 倍，傳熱系數(shù)可提高 12 倍。 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 7 管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。另一個對換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板（或折流桿）。 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 8 2）主要技術(shù) 特性： 一般管殼式換熱器 與其它類型的換熱器比較有以下主要技術(shù)特性： 耐高溫高壓，堅固可靠耐用； 制造應(yīng)用歷史悠久，制造工藝及操作維檢技術(shù)成熟； 選材廣泛，適用范圍大。 封頭結(jié)構(gòu)形式的選擇 封頭是壓力容器的重要組成部分。 封頭厚度計算 橢圓形封頭由半個橢封面和高為 h 的短圓筒，又稱直邊所組成，直邊段的作用是避免筒體與封頭間的環(huán)向連接焊縫處出現(xiàn)邊緣應(yīng)力疊加，以 改善焊縫的受力情況，圓封頭為沖壓成型，則 ? 取 根據(jù)第一強(qiáng)度理論，并考慮焊接接頭系數(shù)等因數(shù)，可得出標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的厚度計算公式為： ? = ? ?ctc PDiKP ??? 封頭設(shè)計溫度： CCCtt w ??????? 209020 C??110 許用應(yīng)力： MPat 170][ ?? P為 則 ? = ? ?ctc PDiP ??? [1] 式116 [1] 表114 標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一封頭 K 值均去1。 1． 驗證初步選取的法蘭的使用性 根據(jù)以上選定的法蘭公稱壓力和設(shè)備內(nèi)徑（即法蘭的公稱直徑），再查表 129可知初步選取的長頸對焊法蘭滿足要求。 在管子上的 t? 應(yīng)滿足 ttb bt A NQ ][2 ?? ??? ?? = M P at 2 1 61 0 82][2 ???? 所以 ttt ][2?? ? 滿足條件。 延長部分兼作法蘭的管板厚度表 使用說明：按管板設(shè)計壓力 MPaPt ，殼體直徑 mmDi800 查表，管板厚度設(shè)計值為 50mm，材料為 16Mn (鍛件 ) 按設(shè)計溫度為 C?110 定許用應(yīng)力 MPa163][ 110 ?? 換熱管與管板的連接采用脹接，在管板中開環(huán)行糟。 [3] 表36 管板厚度50mm 材料為 16Mn 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 24 六、 折流板的計算 1． 選擇材料 折流板的材料同筒體材料一樣 16MnR 2． 確定類型 折流板作用是增加管間流速，以提高傳熱效果因選單弓形折流板。形成能觀察周圍的事物積 累經(jīng)臉，善于思考，為以后走向工作崗位打 好良好的基礎(chǔ)，在設(shè)計 過程中，得到了李琴 老師以及各位同學(xué)的大力幫助，使我能夠 圓滿的完成這次畢業(yè)設(shè)計在此表示衷心的感 謝。 5． 拉桿兩端的螺紋直徑及長度 mmdn 16? mmln 20? [3] 表310 材料 16MnR 選單弓形折流板 L=600mm 厚度 8mm 折D =794mm 管孔直徑為 直徑mm16? 拉桿為 6根 （塊） 9?BN 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 25 七、接管法蘭的選取 根據(jù)工藝要求對換熱器開兩個進(jìn)口，兩個出口和一個排污口，大小型號一致，接管材料為 20R，接管的外徑為 mm 1． 確定管法蘭的公稱直徑 因管子的外徑為 159mm，查表 [3]134 得公稱直徑為150mm 2. 確定管法蘭的公稱壓力 根據(jù)管道的設(shè)計壓力不得高于設(shè)計溫度下管法蘭的最大允許工作壓力的原則，選擇法蘭材料為 20R 3. 選擇管法蘭及密封的形式 根據(jù)法蘭的公稱直徑和公稱壓力可知合適的法蘭為帶頸平焊法蘭、合適的密封面形式為凹凸面。 脹接是的最少脹接長度取下列三者最少 a. 管板的名義厚度減少 3mm b. 50mm c. 兩倍的的換熱管直徑 50252 ?? 綜上所述，脹接長度取 50mm 管板兼作法蘭：此結(jié)構(gòu)對脹接或焊接接口進(jìn)行檢查和修理。 綜合上述，各條件都滿足條件，則不必設(shè)置膨脹 節(jié)。 選用凹凸型密封面 3．查出相應(yīng)尺寸 法蘭外徑 D=1040mm 螺栓孔中心直徑 10001 ?D mm 凹面密封面外徑 D2 =965mm 凹面密封面內(nèi)徑 D3 =955mm 凸面密封面外徑