【正文】 ? ? ? ? ②接管多余金屬面積 接管計算厚度： ? ? 1 . 1 1 0 0 0 . 3 0 4 8 m m2 1 8 1 1 1 . 12 cit t pd p? ?? ?? ? ?? ? ?? 接管多余金屬面積 2A ： ? ? ? ? retret fChfhA 2212 22 ???? ??? (325) ? ? 22 2 0 . 4 2 0 . 3 0 4 8 0 . 9 5 7 7 0 6 6 . 2 4 m m? ? ? ? ? ? ? ③接管區(qū)焊縫面積（焊角取 ） 23 12 6 .0 6 .0 3 6 m m2A ? ? ? ? ? ④有效補強面積 21 2 3 3 3 5 .8 5 9 3 m meA A A A? ? ? ? (326) 由于 AAe? ,則開孔后不需要另行補強。 開孔直徑： 2 81 2 2 85m mid d C? ? ? ? ? ? (327) 冷卻器封頭開孔直徑 85 m m 2 15 0 m midD? ? ?，滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。 根據(jù)表 31，只需對 89mm 4mm? ? 無縫鋼管開孔處進行開孔補強校核。 ②有效高度 外側(cè)有效高度 1h ： 1 1 0 4 4 2 0 .4 m mnthd ?? ? ? ? (322) 1 150mmh? （實際外伸高度） 取以上兩式的最小值，故 1 ? 。 ②補強計算方法判別 接管材料選用 16Mn，材料的許用應(yīng)力 ? ? 181MPatn? ? ，厚度偏差 1 0mmC ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，因此 2mmC? 。 根據(jù) 參考文獻 [8]，當封頭公稱直徑 20xx?DN 時，直邊高度 h 宜為 25mm， 冷卻器的公稱直徑為 300mm， 則封頭的直邊高度 25mmh? ，并且 100mmH? 。 封頭厚度計算 由于橢圓形封頭應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭易沖壓成型，選擇標準橢圓形封頭 ，封頭材料選用 Q345R，設(shè)計壓力 為 ， 材料在 ? 時許用應(yīng)力為? ? 189MPat? ? [4]，厚度負偏差 1 ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，焊接系數(shù) ?? ，所選材料的屈服應(yīng)力 345MPas? ? [4]， 。 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計 17 管箱短節(jié)、封頭厚度計算 管箱短節(jié)厚度計算 由工藝設(shè)計給定的設(shè)計參數(shù)為：設(shè)計溫度 ? ，操作壓力為 ， 管箱材料選用 Q345R 卷制，查閱 GB15020xx，材料在 ? 時許用應(yīng)力為 ? ? 189MPat? ? [4]，厚度負偏差 1 ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，焊接系數(shù) ?? ，所選材料的屈服應(yīng)力345MPas? ? [4]， ?！?) 裕度 /% 22 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第 3 章 換熱器的 結(jié)構(gòu)設(shè)計及 強度計算 筒體壁厚計算 由工藝設(shè)計給定的設(shè)計溫度 65 60 C2? ??， 操作壓力為 ，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板 Q345R 卷制 .材料 ? 時的許用應(yīng)力 ? ? 189MPat? ? [4]，厚度偏差 1 ? ,在無特殊腐蝕 情況下，對于碳素鋼和低合金鋼， 2C 不小于 1m ，取 2 2mmC ? ，焊接系數(shù)?? 。s) 103 103 熱導(dǎo)系數(shù) / W/(m 折流板間距 ? ，折流板數(shù) 9?BN , m sou ? 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 ? ? 21 10 9 1 a2p ??? ? ? ? ? ? ? ? (236) 流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 2 22 2 2 0 . 2 8 7 6 3 . 1 0 . 7 2 23 . 5 9 3 . 5 2 9 2 3 . 7 7 Pa2 0 . 3 2oB i uBpN D ??? ?????? ? ? ? ? ? ? ??? ?????? (237) 故 ? ?4 7 2 3 . 7 8 2 9 2 3 . 7 7 1 . 1 5 1 8 7 9 4 . 6 8 P aop? ? ? ? ? ?? (238) 參考表 25，該換熱器的壓降在合理的范圍之內(nèi)，故所設(shè)計的換熱器合適。 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計 13 殼體平均壁溫，近似取殼程流體的平均溫度，即 CT??。 故可采用下式計算 i? 0 . 8 0 . 4 .0 2 3 0 .0 2 3 3 0 4 9 2 .9 4 5 .7 5 5 7 4 1 4 .9 W m C i i ii ii Cdud ???? ???? ??? ? ? ? ? ? ? ??? ?????? (225) （ 3） 污垢熱阻與管壁熱阻 管外側(cè)污垢熱阻：查污垢熱阻經(jīng)驗數(shù)據(jù)取 20 .0 0 0 1 7 6 m C WsoR ? ?? 管內(nèi)測污垢熱阻： 查污垢熱阻經(jīng)驗數(shù)據(jù)取 20 .0 0 0 6 m C WsiR ? ?? 管壁的熱導(dǎo)率：碳鋼的熱導(dǎo)率 50?? Wm C?? 。 換熱器核算 傳熱能力核算 ????o? 殼程對流傳熱系數(shù) ； ????ed 殼程 當量直徑 ； ????oS 殼程通流截面積 ； ????ou 殼程流體流速 ； ????oRe 殼程雷諾數(shù) ； ????oPr 殼程普朗特數(shù) ； ????i? 管程對流傳熱系數(shù) ； ????iS 管程通流截面積 ； ????iu 管程流體流速 ； ????iRe 管程雷諾數(shù) ； ????iPr 管程普朗特數(shù) ； ????K 總傳熱系數(shù) 。 其他附件 根據(jù) 參考文獻 [3]表 43 和表 44，換熱管的 外徑為 19mm ，筒體的內(nèi)徑為 300mm ，圖 21 折流板 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 查得拉桿的直徑 12mmnd ? ，拉桿的數(shù)量為 六 根。 （ 2）折流板的板間距 最小板間距，取殼體內(nèi)徑的 1/5 或 50mm中的較大值。 折流板 設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流速， 增加湍流程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程 流體的傳熱系數(shù)，同時減少結(jié)垢。 換熱管的排列和分程方法 采用組合排列，即每層內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)按正方形排列。 （ 2）估算傳熱面積 21 9 6 3 3 3 . 3 3 1 0 . 5 5 3 7 4 m39。在低 Re 值下達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)； ，對于固定管板式換熱器，應(yīng)使對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，這樣可使管壁與殼體的溫度接近，減小熱應(yīng)力； 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計 7 實際工作中，以上 各項往往難以兼顧，需要根據(jù)具體情況滿足最重要的幾個方面。 (1)選定換熱器類型 兩流體溫度變化情況：熱流體（有機液）入口溫度為 65℃ ，出口溫度為 60℃ ；冷流體（冷卻水）入口溫度為 25℃ ，出口溫度為 ℃ 。 (3)用于整體裝置設(shè)計的數(shù)據(jù)庫技術(shù) : 最近發(fā)展起來用于整體裝置設(shè)計的數(shù)據(jù)庫技術(shù) ,可以使這種繁重的任務(wù)變得簡單起來。換熱器的設(shè)計中有許多實驗代價很高 ,而且很耗時間 ,有些甚至不可能實現(xiàn)，計算流體力學(xué)的發(fā)展方便了這些實驗的實現(xiàn)?；静淮嬖谡饎优c傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。每個折流板與殼程流體的流動方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運動能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。我國對列管式換熱器的研究多借鑒于國外的一些研究成果，還存在以下不足： (1)強化傳熱技術(shù)的研究有待深化； (2)流體誘導(dǎo)的振動難以控制； (3)防垢和除垢有待更好的處理。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸汽品質(zhì)所決定。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。 需要說 明的是為克服裝配與檢修時抽裝管束 的困難，避免損壞折流板和支撐板 ,當換熱器直徑較大或管束較長時，需在管束下方安裝滑道。一般殼程壓力超過 時，由于 補償圈過厚難以伸縮，會失去溫差補償作用，此時就應(yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。 (1)固定管板式換 換熱器 。 列管式換熱器具有可靠性能高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點，在各工業(yè)領(lǐng)域中得到最為廣泛的應(yīng)用。 同樣，換熱介質(zhì)的流量、工作溫度、壓力等參數(shù)在選型時也很重要，例如板式換熱器雖然高效緊湊、性能好，但是由于受結(jié)構(gòu)和墊片性能的限制，當壓力或溫度稍高，或者流量很大時就不適用了。 流體的性質(zhì)對換熱器類型的選擇 往往會產(chǎn)生重大的影響，如流體的物理性質(zhì)（如比熱容、熱導(dǎo)率、粘度） 、化學(xué)性質(zhì)（如腐蝕性、熱敏性）、結(jié)垢情況以及是否有腐蝕性顆粒等因素。 ：緊湊式換熱器（換熱面積密度 23700m /m? ）和非緊湊式換熱器 (換熱面積密度 23700m /m? ﹚ 。目前這種換熱器被當作為一種傳統(tǒng)的標準換熱器，在許多工業(yè)部門中被大量的使用。 在 工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝過程規(guī)定的指標，以滿足 工藝過程的需要。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 緒論 換熱器的應(yīng)用 換熱 裝置是以傳遞熱量為主要 功能的通用機械，通常稱為熱交換器，簡稱換熱器?，F(xiàn)在列管式換熱器的設(shè)計方法已經(jīng)很成熟，對于工藝設(shè)計，可以根據(jù)《化工原理》上面的方法進行計算。 傳統(tǒng)的列管式換熱器 長期運行會導(dǎo)致設(shè)備被水垢堵塞，將會使效率降低、功耗增加、壽命縮短。 結(jié)論表明各承壓原件處的強度設(shè)計均滿足強度要求， 最后設(shè)計結(jié)果可通過 八 張圖表現(xiàn)出來。 本文 主要 進行了換熱器的工藝計算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計。 固定管板式換熱器的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換。 設(shè)計的第二 部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強度的設(shè)計，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進行設(shè) 備內(nèi) 各零部件（如接管、折流板、定距管、 管箱等）的設(shè)計， 包括：材料的選擇、具體尺寸確定、確定具體位置、管板厚度的計算、鞍座 應(yīng)力 計算、開孔補強計算等。為了滿足不同 的工藝要求，產(chǎn)生了許多種列管式換熱器，有固定管板式換熱器、填料函式換熱器、浮頭式換熱器和 U 型管式換熱器。 本文 首先要根據(jù)前人的經(jīng)驗選擇選擇合適的列管式換熱器，再對換熱器進行設(shè)計。 隨著科技 的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)在列管式換熱器上的應(yīng)用，列管式換熱器在我們化工生產(chǎn)中的地位也越來越重要，因而列管式換熱器的推廣應(yīng)用前景十分可觀。近二十年來，換熱設(shè)備在能量儲存、轉(zhuǎn)化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了廣泛的應(yīng)用。在換熱設(shè)備中，應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。 ：加熱器、冷卻器、再沸器、冷凝器 ， 蒸發(fā) 器、涼水塔、廢熱鍋爐等。 換熱器的選型 傳熱設(shè)備選型時需要考慮的因素是多方面的，主要有： ； 體的性質(zhì)： 、壓力及允許的壓降范圍； 、維修的要求； 、尺寸、重量； 、使用安全性和壽命等。流體的清凈程度和易否結(jié)構(gòu)，有時在選型上也起決定性的作用，如對于需要的經(jīng)常清洗換熱面的物料，就不能選用高效的板翅式或其他不可拆卸的結(jié) 構(gòu)。 列管式換熱器是把換熱管束與管板連接后，再用筒體與管箱包起來，形成兩個獨立的空間：管內(nèi)的通道及相連通的管箱，稱為管程空間（簡稱管程 ） ；換熱管束外的通 道及相貫通的部分，稱為殼程空間（簡稱殼程）。 列管式換熱器根據(jù)它的結(jié)構(gòu)特點，可分為固定管板式、浮頭式、 U 形管式、填料函式和釜式重沸器五類。通常在管外設(shè)置一系列垂直于管束的擋板。但補償裝置（波形膨脹節(jié)）只能用于殼壁與管壁溫差低于 6070℃ 和殼程流體壓力不高的情況。其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，且浮頭管板和浮頭蓋連接處發(fā)生 泄漏時不易檢查。其缺點是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。 (5)釜式重沸器 這種換熱器是管束可以分為浮頭式、 U 形管式和固定管板式結(jié)構(gòu)，所以它具有浮頭式、 U 形管式換熱器的特性。 換熱器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 列管式 換熱器是一個品種繁多的產(chǎn)品， 目前 我國在列管式換熱器的研究主要體現(xiàn)在以下兩個方面： (1)新的耐磨，耐腐蝕和高強度材料： 換熱器 的 操作條件日趨苛刻，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。目前 對高效列管式換熱器的研究主要集中在強化管程和殼程兩個方面，且以實驗的研究方法為主。隨著動力、石油