【正文】 2 3 25 7 m m 50 0 m m2 iD? ? ? ? ? ?； 滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 前端管箱開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 管 程出入口公稱直徑均為 250mm，按照無縫鋼管厚度系列，可選接管的規(guī)格為 273 11? ? mm，外伸高度為 200mm，接管為 20 號(hào)碳鋼管。因?yàn)?B=710 D? ，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 殼體開孔補(bǔ)強(qiáng) 設(shè)計(jì) 殼程出入口公稱直徑均為 350mm，按照 無縫鋼管 厚度系列，可選接管的規(guī)格為 37714? ? mm， 外伸高度為 200mm， 接管為 20 號(hào) 碳鋼管 。查 JB/T4746— 2021《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下： 表 32 DN1100標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度 H(mm) 內(nèi)表面積 A(m2) 容積 V(m3) 封頭質(zhì)量（ kg） 1100 300 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 14mm。39。 （ 2）后端管箱厚度計(jì)算 由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ? ?tσ 143? MPa（厚度為 6～ 16mm 時(shí)），殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為： ? ?cit cΡ D 2. 5 10 00δ = 8. 8m m2 14 3 1 2. 52 σ Ρ? ???? ? ?； 設(shè)計(jì)厚度 d2δ = δ + C 8 .8 3 1 1 .8 m m? ? ?； 名義厚度 n d 1δ = δ + C + 8 . 1 0 1 2 mm? ? ? ? ? ?（其中 ? 為向上圓整量）； 查其最小厚度為 12mm，則此時(shí)厚度滿足要求，且經(jīng)檢查， ??tσ 沒有變化，故合適。 殼體和管箱材料的選擇 由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇 Q345R 為殼體與管箱的材料。 到此換熱器的工藝計(jì)算告一段落 ?！?/w； mmT, t —— 分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； ioT, T —— 分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，℃； iot, t —— 分別為冷流體的進(jìn)、出口溫度，℃； mt? —— 流體的有效平均溫差，℃； α —— 以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的給熱系數(shù)， W/（ m178。1 6 8 5 0 . 2 2Δ P 0 . 3 0 . 3 1 2 7 . 3 ( 2 9 1 ) 1 2 6 32?? ? ? ? ? ? ? Pa； 239。 239。39。盡管管束為直管，但流動(dòng)卻變得復(fù)雜化。 壓力降的計(jì)算 流體流經(jīng)換熱器因流動(dòng)引起的壓力降，可按管程壓降和殼程壓降分別計(jì)算。 校核換熱面積 實(shí)際傳熱面積： 639。 0. 8 1 / 3i 0. 14 0α = 0. 02 7 23 65 .3 18 3. 4 1. 05 56 40. 02? ? ? ? ? W/（ m2﹒ K）； 故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù) iα 為： 39。 88=； 管程流速 ： i 9540 0 / ( 3600 805 )u m / ???； 雷諾數(shù)： i i i 3idu ρ 0 .0 2 1 .1 9 8 0 5Re = 2 3 6 5 .3μ 8 .1 0 1 0 ??????； 可知流體處于過渡流狀態(tài)； 33p i iic μ 3 . 1 7 1 0 8 . 1 0 1 0P r = 1 8 3 . 4λ 0 . 1 4 0 ?? ? ???； 當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)為過渡流的時(shí)候，對(duì)流傳熱系數(shù)可先按湍流的公式計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果乘以校正系數(shù) f，即可得到過渡流下的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 1000=200mm； 取 B=200mm 折流板數(shù)目 NB 6000N 1 29b 200? ? ?； 總傳熱系數(shù) K 的校驗(yàn) 管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準(zhǔn)，則在利用 關(guān)聯(lián)式計(jì)算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準(zhǔn)，因此總傳熱系數(shù) K 的計(jì)算公式如下： o o oso sio w m i i ibd d d11= + R + + R +K α λ dd α d； 式中： K—— 總傳熱系數(shù)， W/（ m2﹒ K）； iα 、 Oα —— 分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)， W/（ m2﹒ K）； siR 、 soR —— 分別為管程和殼程的污垢熱阻， m2178。取管板利用率η =，則殼體直徑為 tD 1 . 0 5 P n / η 1 . 0 5 3 2 5 2 8 / 0 . 6 9 9 7m m? ? ? ? ?； 取 D=1000mm。 = = 33π d N 88 m???； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。239。mt 的計(jì)算 選取逆流流向，這是因?yàn)槟媪鞅炔⒘鞯膫鳠嵝矢摺?k)； ti， to—— 冷流體的進(jìn)、出口溫度， k； Ti， To—— 熱流體的進(jìn)、出口溫度， k。 K/w 原油 85 805 煤 油 200 685 初 算換熱器傳熱面積 流動(dòng)空間的確定 選擇被冷卻的 煤油 走殼程，被加熱的原油走管程。 ℃ ） 密度 kg/ m3 粘度（ 179。 C） 出口溫度 （ 176。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 2 章 工藝計(jì)算 在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需要的傳熱面積。 螺旋槽紋管：可強(qiáng)化管內(nèi)物流間的傳熱，物料在管內(nèi)靠近管壁部分流體順槽旋流，另一部分流體呈軸向渦流，前一種流動(dòng)有利于減薄邊界層，后一種流動(dòng)分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動(dòng)，傳熱系數(shù)提高 ～ 倍，但阻力降增加 ～ 倍。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 換熱管簡介 換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，采用高效傳熱元件是改進(jìn)換熱器傳熱性能最直接有效的方法。適用場(chǎng)合：①管程流量大殼程流量小時(shí)，采用此結(jié)構(gòu)流速可提高一倍，給熱系數(shù)提高 1～ 倍；②冷熱流體溫度交叉時(shí)，但殼程換熱器需要兩臺(tái)以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺(tái)雙殼程換熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較 高。由于彎管的外側(cè)管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故 U型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點(diǎn)。 U 型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見圖 3。但該換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮動(dòng)端小蓋在操作時(shí)無法知道泄露情況。 浮頭式換熱器 的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi) 自由浮動(dòng) ，殼體和管束對(duì)膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的溫差較大時(shí)，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過 50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。多管程與多殼程可以配合使用。 流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次就稱為一個(gè)殼程，而圖0 所示為最簡單的單殼程單管程換熱器。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線 平行。冷、熱流體被一固體壁面隔開，通過壁面進(jìn)行傳熱。首先讓 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過，把熱量帶走。 換熱器的主要分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為 加熱器 、 冷卻器 、 冷凝器 、 蒸發(fā)器 和 再沸器 等，應(yīng)用更加廣泛。在設(shè)計(jì)過程中，我們可以很好地將所學(xué)的知識(shí)加以應(yīng)用，在自己的腦海中鞏固，這是我選擇這個(gè)課題的初衷，而事實(shí)上我也達(dá)到了預(yù)期的目的。同時(shí)為了使本次設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行順利，我在設(shè)計(jì)前參閱了許 多有關(guān)書籍和英文文獻(xiàn)，并做了一定的摘要。浮頭式換熱器是 過程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的 典型設(shè)備，主要用于原油和油品等的換熱，并且設(shè)計(jì)的原始資料及數(shù)據(jù)均來源于工廠中正在運(yùn)行的設(shè)備。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)受到一次綜合運(yùn)用所學(xué)理論和技能的訓(xùn)練。 按照 GB15098《鋼制壓力容器》、 GB515199《鋼制管殼式換熱器》對(duì)該容器進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收，結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行設(shè)備相符。 本設(shè)計(jì)說明書是關(guān)于 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行了換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過 5 張圖表現(xiàn)出來。A ............................................................... 10 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 ................................................................................ 10 總傳熱系數(shù) K 的校驗(yàn) ................................................................... 11 校核平均溫差 ................................................................................ 13 校核換熱面積 ................................................................................ 14 壓力降的計(jì)算 ........................................................................................... 14 管程壓力降 .................................................................................... 14 殼程的壓力降 ................................................................................ 15 換熱器壁溫計(jì)算 ....................................................................................... 16 換熱管壁溫 t 計(jì)算 ........................................................................ 16 圓筒壁溫 st 的計(jì)算 ........................................................................ 16 第 3 章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 ................................................................. 17 殼體與管箱厚度的確定 ........................................................................... 17 殼體和管箱材料的選擇 ................................................................ 17 管箱厚度計(jì)算 ................................................................................ 17 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ........................................................................................... 19 殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) ........................................................................ 19 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 前端管箱開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) ................................................................ 21 后端管箱開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) ................................................................ 22 水壓試驗(yàn) .................................................................................................. 24 換熱管 ...................................................................................................... 24 換熱管的排列方式 ....................................................................... 24 布管限定圓