【正文】 管箱接管開孔補(bǔ)強(qiáng)校核 （ 1） 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法的判別 ： ①補(bǔ)強(qiáng)判別 管箱開孔處接管 分別為 89mm 4mm? ? 無縫鋼管（ 80mmDN? ）和 25mm 2mm? ? 無縫鋼管（ 20mmDN? ）。 表 31 不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 因此只需要對 108m m 4mm? ? 無縫鋼管開孔處進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)校核。 有效厚度： 12 5 .2 5 m men CC??? ? ? ? (310) 水壓試驗(yàn)壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .3 2 1 1 .6 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (311) 水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核： ? ? ? ?1 . 6 5 3 0 0 5 . 2 5 4 7 . 9 6 8 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (312) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M P aTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗(yàn)強(qiáng)度滿足要求。℃ / W 阻力 損失 /MPa 熱負(fù)荷 /W 傳熱溫差 /℃ 傳熱系數(shù) / W/(m2 殼程流動阻力按下式計(jì)算： ? ? Sso NFppp 21 ????????? （對于液體 ?s ） 流體流經(jīng)管束的阻力： ? ? 21 21 oBco uNnFfp ????? 式中： ????F 管子排列方式對壓力降的校正系數(shù)，正三角形排列 ?F ,正方形直列?F ，正方形錯(cuò)列 ?F ； ????of 殼 程 流 體 的 摩 擦 系 數(shù) ， 當(dāng) Re 500o ? 時(shí)，? ? ???? ??oof ； ???? 橫 過管束中心線的管數(shù)， ??? Tc Nn 。 當(dāng)量直徑由正三角形排列得 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 11 2 2 2 2334 4 0 . 0 2 5 0 . 0 1 92 4 2 4 0 . 0 1 7 3 m m3 . 1 4 0 . 0 1 9oeotdd d???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? (215) 殼程通 流截面積 0. 28 0. 3 1 0. 02 01 6 dS B D t?? ??? ? ? ? ? ? ????? ???? (216) 殼程流體流速、雷諾數(shù)及普朗特?cái)?shù)分別為 ? ?4 0 0 0 0 3 6 0 0 7 6 3 . 1 0 . 7 2 2 m s0 . 0 2 0 1 6ou ??? (217) 3 ?? ??? ?o (218) 33 ????? ?o (219) ? ? 10 . 5 5 230 . 1 9 20 . 3 6 1 6 2 6 5 . 4 9 1 0 . 7 8 6 0 . 9 5 1 7 3 6 . 8 6 W m C0 . 0 1 7 3o? ? ? ? ? ? ? ? ? (220) （ 2） 管程給熱系數(shù) 管程通流截面積 2 3 20. 78 5 0. 01 5 18 3. 17 92 5 10 miS ?? ? ? ? ? (221) 管程流體流速、雷諾數(shù)及普朗特?cái)?shù)分別為 ? ?31 9 8 9 3 . 0 4 8 3 6 0 0 9 9 6 . 3 1 . 7 4 4 5 m s3 . 1 7 9 2 5 1 0iu ????? (222) 0 49 4 3 ?? ??? ?i (223) 33 ????? ?i (224) 因?yàn)椋?(1)Re 10000i ? ； (2) 160rP?? ； (3)管長與管徑之比 50ld? ，即進(jìn)口段只占換熱管總長很小一部分，管內(nèi)的流動是充分發(fā)展的； (4)流體是低黏度的（不大于水粘度的 2 倍）。 為了防止積液，應(yīng)在折流板上開通液口，如圖 21 所示 ，折流板圓缺水平安裝。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劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 9 的 (～ ) 3 范圍內(nèi) ； 殼體內(nèi)徑 采用四管程結(jié)構(gòu)，根據(jù)參考文獻(xiàn) [16]，管板利用率 ~?? ，取 ?? ，則殼體內(nèi)徑 1 . 0 5 1 . 0 5 2 5 7 2 0 . 7 2 6 6 . 2 2m mTD t N ?? ? ? ? ? (211) 圓整取 300mmD? 。 1 65CT?? 2 60 CT ?? 1 25Ct ?? 2 Ct ?? 熱負(fù)荷 : 31 1 1 2 4 0 0 0 0 3 . 5 3 4 1 0 ( 6 5 6 0 )( ) 1 9 6 3 3 3 . 3 3 W3600mpQ q C T T ? ? ? ?? ? ? ? (21) 忽略熱損失，則水的用量為 ： 2 32 2 1 1 9 6 3 3 3 . 3 3 1 9 8 9 3 . 0 4 8 k g h( ) 4 . 1 8 0 1 0 ( 3 3 . 5 2 5 )m p Qq C t t? ? ?? ? ? ? (22) 計(jì)算逆流平均溫度差 有機(jī)液溫度： 65 C? →60 C? 冷卻水溫度： C? ←25 C? 因此 1 6 0 2 5 3 5 Ct? ? ? ? ? 2 6 5 3 3 .5 3 1 .5 Ct? ? ? ? ? 逆流 溫差 121235 31 .5 33 .2 2 Cl n( ) l n( 35 31 .5 )m ttt tt? ? ? ??? ? ? ? ??? (23) 估算傳熱面積 （ 1）初選總傳熱系數(shù) K 查 參考文獻(xiàn) [1]，參照總傳熱系數(shù)的大致范圍，同時(shí)考慮到殼程冷卻水的壓力較高，故可選較大的傳熱系數(shù)，現(xiàn)假設(shè) 2560 W m CK ? ??。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 換熱器的工藝 設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù) 表 21 設(shè)計(jì)有關(guān)參數(shù) 物 料 溫 度 C? 質(zhì)量流量kgh 操作壓力 MPa 比熱KJ kg C?? 密度3kgm 導(dǎo) 熱 系 數(shù)Wm C?? 粘度 310 Pa s??? 入口 出口 有機(jī)液 65 60 40000 水 25 設(shè)計(jì)方案 對于列管式換熱器，確定其設(shè)計(jì)方案應(yīng)從 七個(gè)方面著手： ； b.選擇流體流動空間； ； 冷卻劑； ；； [1]。目前出現(xiàn)的最新技術(shù)動向有： (1)計(jì)算流體力學(xué)：計(jì)算流體力學(xué) (CFD)是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)，建立流體的流動和熱傳遞模型，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和仿真，從而對流體的流動區(qū)域和熱傳遞的分布進(jìn)行更詳細(xì)的預(yù)測。相鄰折流板的周邊相接與外圓處成連續(xù)螺旋狀。目前 對高效列管式換熱器的研究主要集中在強(qiáng)化管程和殼程兩個(gè)方面，且以實(shí)驗(yàn)的研究方法為主。 (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。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，且浮頭管板和浮頭蓋連接處發(fā)生 泄漏時(shí)不易檢查。通常在管外設(shè)置一系列垂直于管束的擋板。 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(gè)獨(dú)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）。 換熱器的選型 傳熱設(shè)備選型時(shí)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。在換熱設(shè)備中，應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。 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。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。 固定管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換。 結(jié)論表明各承壓原件處的強(qiáng)度設(shè)計(jì)均滿足強(qiáng)度要求， 最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過 八 張圖表現(xiàn)出來?，F(xiàn)在列管式換熱器的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)很成熟，對于工藝設(shè)計(jì)，可以根據(jù)《化工原理》上面的方法進(jìn)行計(jì)算。 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(dá)到工藝過程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足 工藝過程的需要。 ：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? ﹚ 。 同樣，換熱介質(zhì)的流量、工作溫度、壓力等參數(shù)在選型時(shí)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(dāng)壓力或溫度稍高，或者流量很大時(shí)就不適用了。 (1)固定管板式換 換熱器 。一般殼程壓力超過 時(shí)，由于 補(bǔ)償圈過厚難以伸縮，會失去溫差補(bǔ)償作用，此時(shí)就應(yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。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(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。基本不存在震動與傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。 (3)用于整體裝置設(shè)計(jì)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(jì)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。在低 Re 值下達(dá)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(jì) 7 實(shí)際工作中，以上 各項(xiàng)往往難以兼顧，需要根據(jù)具體情況滿足最重要的幾個(gè)方面。 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）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。 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(dāng)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?cái)?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?cái)?shù) ； ????K 總傳熱系數(shù) 。 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 13 殼體平均壁溫，近似取殼程流體的平均溫度，即 CT??。s) 103 103 熱導(dǎo)系數(shù) / W/(m 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 17 管箱短節(jié)、封頭厚度計(jì)算 管箱短節(jié)厚度計(jì)算 由工藝設(shè)計(jì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)溫度 ? ，操作壓力為 ， 管箱材料選用 Q345R 卷制，查閱 GB1502020，材料在 ? 時(shí)許用應(yīng)力為 ? ? 189MPat? ? [4]，厚度負(fù)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]， 。 根據(jù) 參考文獻(xiàn) [8]，當(dāng)封頭公稱直徑 2020?DN 時(shí)，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? 。 ②有效高度 外側(cè)有效高度 1h ： 1 1 0 4 4 2 0 . 4m mnthd ?? ? ? ? (322) 1 150mmh? （實(shí)際外伸高度） 取以上兩式的最小值，故 1 ? 。 開孔直徑： 2 8 1 2 2 8 5 m mid d C? ? ? ? ? ? (327) 冷卻器封頭開孔直徑 8 5 m m 2 1 5 0 m midD? ? ?，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。 （ 2）開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 開孔所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 先計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù) rf ， ? ?? ? 957 189181 ??? rtnrf ??，接管有效厚度 4 2 2m me t n t C??? ? ? ? ?。 設(shè)計(jì)厚度： 2 3 2 5 m md C??? ? ? ? ? (314) 名義厚度： ???? ? (315) ??? 圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。