【正文】 數(shù)， ；t?ttGD??——換熱管軸向應(yīng)力，Mpa；t?——換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，Mpa；??cr——設(shè)計溫度時，管板材料的許用應(yīng)力，Mpa；；tr——設(shè)計溫度時，換熱管材料的許用應(yīng)力，Mpa；??t?管板厚度計算過程如下：1．管板名義厚度計算：；39。由于流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的 16MnR 整體管板。管箱作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距的（～） 范圍內(nèi)。在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進行機械清洗。 水壓試驗及殼體強度的校核水壓試驗壓力： ??MPaPtct ????根據(jù)文獻《化工原理課程設(shè)計》489 有： aDPeit ).10(????????而 MPKeitTF ).(05).( ?式中： K—應(yīng)力增強系數(shù)或形狀系數(shù)，對橢圓形封頭取 K=1 —內(nèi)壓容器的試驗壓力tP20 —水壓試驗時筒體的壁內(nèi)應(yīng)力t? —水壓試驗時封頭（管箱）的壁內(nèi)應(yīng)力TF 根據(jù)文獻《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表 87，可知所選用的 16MnR板材在常溫下時： Mpas345?則有 ????式中： —16MnR在常溫下時的許用應(yīng)力s則 ﹤246MPa， ﹤246MPaTF可見筒體和封頭在水壓試驗時均安全。etrAdfm??????3 有效補強范圍①有效寬度 B： 20541ax 410269235hhntd m???? ??? ????? ?②有效高度：（a）外側(cè)有效高度 為：1；1205943minhnthdm???????????????（b）內(nèi)側(cè)有效高度 為：2；2205943in0hnthd??????????????4 有效補強面積①殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度： 63。8219?? 殼體上開孔補強計算181. 補強及補強方法判別：1補強判別：根據(jù) GB150表 81，允許不另行補強的最大接管外徑是，殼程進口開孔外徑為 200mm，因此需要另行考慮其補強。 開孔補強計算 在該臺浮頭式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開孔。 ?????名義厚度 （ 為向上圓整量） ；39。外頭蓋的內(nèi)直徑為 700mm，這可在“浮頭蓋計算”部分看到。此時選用標準橢圓形封頭，故 ，且同上 ，則封頭1??。根據(jù) JB/T47372022標準，封頭為：mhf10??。 換熱器的選型表 23 所選浮頭式換熱器規(guī)格DNmmPNMpa管長m管程數(shù)換熱管規(guī)格計算傳熱面積㎡規(guī)格型號 管程出入口公稱直徑，㎜殼程出入口公稱直徑，㎜ 4 75 65 155表 24 工藝計算常用參數(shù)公稱直徑ＤＮ（mm） 管程Ｎ 中心排管數(shù) 換熱管數(shù)管程平均通道面積（c㎡）弓形折流板缺口弓高（㎜）600 4 19 288 15020???15第三章 換熱器的結(jié)構(gòu)計算和強度計算 在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計和強度計算，主要包括殼體和封頭的厚度計算、材料的選擇、管板厚度的計算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強計算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計（如管箱、殼體、折流板等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等） ，具體計算如下 換熱器的殼體設(shè)計采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=，則殼體內(nèi)徑為D= = 25 =556（mm）取 600mm/N??286/圓整可取 D=600mm式中：T—管心距 N—傳熱管總根數(shù) η—管板利用率 筒體材料及壁厚由于換熱器為內(nèi)壓容器，故可以采用內(nèi)壓容器的設(shè)計方法來確定其壁厚，根據(jù)內(nèi)壓薄壁容器“彈性失效”設(shè)計準則，殼壁計算壁厚計算公式為：設(shè)計壓力 PC=（ C1 ~）Pw殼程：PC==管程：PC== 采用雙面對接焊，局部無損探傷，取焊縫系數(shù)為 ??壓力容器的用鋼種類很多，主要有 Q235—A,Q235—B,16MnR等等，這里采用的是 16MnR。2．3．2 換熱器的流體阻力（1）管程流動阻力 i tspP???12（ +） FNNs=1，Np=4，F(xiàn)t=????1=，由 Re=10061，傳熱管相對粗糙度 ，查莫狄圖得=℃，流速 ui=， =994kg/m3，所以i? . ????（ P） 22u.??==.7（ ）〈 105Pai aP????（ +.7） 14956.（ ）管程流動阻力在允許的范圍之內(nèi)。一般采用等距分布。 殼體內(nèi)徑計算采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=，則殼體內(nèi)徑為D= = 25 =556（mm）取 600mm/N??286/圓整可取 D=600mm10式中：T—管心距 N—傳熱管總根數(shù) η—管板利用率圓缺高度計算：采用弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25﹪，則切去的圓缺高度為 h=600=150mm?取折流板間距 B=,則B= 600=300mm，可取 B為 300mm 折流板的計算 折流板一般都比較薄，為了盡量避免加工偏差，便于管束裝配，全部折流板應(yīng)疊在一起同時進行鉆孔為好，待鉆孔工序完成后再按對稱方向根據(jù)需要的形狀進行邊緣加工。BES2586/Ⅱ9所選浮頭式換熱器的規(guī)格參數(shù)以及其工藝計算常用參數(shù)可參考表 23與表 24（附第二章后） 。 △ △ （ 6） （ ）△ （ ℃ ） △△ 15)(, Cmtt ????總 按經(jīng)驗值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 =300W/（㎡﹒℃） ；K估 初算出所需的傳熱面積 39。A 傳熱計算（熱負荷計算）熱負荷：Q c=mo△ H+mocpto+mocpt1=3500394﹢ 3500(8280) ﹢3500(8076)=106kj/h= ?冷卻水用量： 14071520kg/????=（ ）△ （ 5） 有效平均溫差 的計算39。 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。工藝設(shè)計中包括了熱力設(shè)計以及流動設(shè)計，其具體運算如下所述： 設(shè)計條件兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度 82℃，出口溫度 76℃；冷流體（自來水）進口溫度 51℃，出口溫度 71℃。（3） 波紋管：為擠壓成型的不銹鋼薄壁波紋管，管內(nèi)、管外都有強化傳熱的作用，但波紋管換熱器承壓能力不高，管心距大而排管少，殼程短而不易控制。國內(nèi)已使用的新效的換熱管有以下幾種：螺紋管：又稱低翅片管，用光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻 倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。（2）螺旋折流板式換熱器：螺旋折流板可以防止死區(qū)和返混，壓降較小。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。填料函式換熱器：圖 5 為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。 雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖 4。一束管子被彎制成不同曲率半徑的U 型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個管箱。管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動的浮頭，故當管束與殼體受熱伸長時，兩者互不牽制，因而不會產(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，當管束與殼體溫度差超過 50℃時，需采取適當補償措施，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管程；每通過殼體一次就稱為一個殼程，而圖 121 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，通過壁面進行傳熱。首先讓熱流體通過，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。III換熱器的殼體設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 目錄第一章 換熱器概述 1 換熱器的應(yīng)用 .........................................................................................................................1 換熱器的主要分類 ...............................................................................................................1 換熱器的分類及特點 .................................................................................................1 管殼式換熱器的分類及特點 ...................................................................................2 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) ......................................................................................................5 換熱管簡介 ..............................................................................................................................5第二章 工藝計算 7 設(shè)計條件 ...................................................................................................................................7： ...................................................................................8 流動空間的確定 ...........................................................................................................8 初算換熱器傳熱面積 39。 換熱器的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標，以滿足工藝流程上的需要。換熱器的設(shè)計、制造、結(jié)構(gòu)改進及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。 在這類換熱器中，熱量傳遞是通過格子磚或填料等蓄熱體來完成的。 這是工業(yè)中最為廣泛使用的一類換熱器。 管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，當殼體直徑相同時，可安排更多的管子，也便于分程，同時制造成本較低。浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。U 型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見圖 3。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。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)備造價較高。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點。適用場合：①管程流量大殼程流量小時，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，但殼程換熱器需要兩臺以上才能實現(xiàn)傳熱，用一臺雙殼程換熱器不僅可以實現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。 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換熱器傳熱性能最直接有效的方法。（2） 螺旋槽紋管：可強化管內(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，前一種流動有利于減薄邊界層，后一種流動分離邊界層并增強流體擾動，傳熱系數(shù)提高 ～ 倍，但阻力降增加 ～ 倍。7第二章 工藝計算 在換熱器設(shè)計中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計算換熱所需要的傳熱面積。選用 Φ20x2 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 ui=。 初算換熱器傳熱面積 39。 t12m==△ △ （ 80） （ 15）△ （ ℃ ） △△ 7t39。 21..*7348??，且為達到所需換熱面積，應(yīng)采用三臺同類換熱器串聯(lián)。換熱器型號參數(shù)有：公