【正文】 在管殼式換熱器的殼程中，流體橫向流過管束時，流體誘發(fā)震動的主要原因是 :卡門漩渦（有聲震動或無聲震動）、紊流抖動（有聲震動或無聲震動）、流體彈性不穩(wěn)定。 21 ???????? 而 2)(39。 管程流動阻力 管程壓力降的計算公式為： ps NNpppi )( 21 ????? Rei=13670（前面已求），為湍流。 換熱管規(guī)格 外徑 ? 壁厚 /mm 換熱管最小伸出長度 最小坡口深度 3l /mm 1l /mm 25? 2 . 防沖板或導流筒的選擇、鞍式支座的示意圖 (BI型 ) 防沖板或導流筒的選擇 因為水 u≤ ，煤油流量 222 ./2 2 3 01 2 8 smkgV ????? ,所以管程和殼程都不設防沖板或導流筒。脹接是靠管子的變形來達到密封和壓緊的一種機械連接方法，如圖 410 所示。 采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。 +12% 低合金鋼 GB9948 10% 傳熱管排列和分程方法 管子在管板上的排列方式最常用的為圖 45 所示的（ a）、（ b）、（ c）、（ d）四種，即正三角形排列（排列角為 30176。 管板結構尺寸 查（《化工單元設備設計》 P2527）得 固定管板式換熱器的管板的主要尺寸 如下表 表 44 固定管板式換熱器的管板主要尺寸： 公稱直徑 D 1D 3D 4D b c d 螺栓孔數(shù) 600 730 690 598 645 36 10 23 28 管板與殼體的連接 在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。所以，殼程和管程接 管的最小位置的計算就顯得很必要了。 支承板允許不支承的最大間距可參考表 42（右）所列數(shù)據(jù)。但為 了增加換熱器的剛度，防止管子振動，實際仍然需要設置一定數(shù)量的支承板，其形狀與尺寸均按折流板一樣來處理。殼徑的計算值應 圓整到最接近部頒標準尺寸 ， 所以，代入數(shù)據(jù)我們有： D=3218+2（ ~） 25 =626~651 mm 取 D=600mm 畢業(yè)設計（論文）用紙 換熱管的選型匯總 根據(jù)以上的計算可以得到如下的計算結果： DN， mm 600 管程數(shù) 2 殼程數(shù) 1 管子規(guī)格 φ25 管子根數(shù) 240 中心排管數(shù) 19 管程流通面積， m2 換熱面積， m2 100 換熱器長度， mm 6000 通過查表，可以發(fā)現(xiàn)下面的結構尺寸的換熱器和所需的比較接近，故而選擇該種換熱器： DN， mm 600 管程數(shù) 2 殼程數(shù) 1 管子規(guī)格 φ25 管子根數(shù) 232 中心排管數(shù) 16 管程流通面積， m2 換熱面積， m2 換熱器長度， mm 6000 畢業(yè)設計（論文）用紙 折流板 設置折流板的目的是為了提高流速，增加湍動，改善傳熱，在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。如果管程走的是易結垢的流體，則應常用較大直徑的管子。s 重有機物 μ＞ 1mPas 有機物 μ＞ 1mPa 畢業(yè)設計（論文）用紙 表 34 總傳熱系數(shù)的選擇 管程 殼程 總傳熱系數(shù) /[W/（ m3 表 式換熱器內的適宜流速范圍 流體種 類 流速 /（ m/s） 管程 殼程 一般液體 ~3 ~ 易結垢液體 1 氣體 5~30 3~15 表 （以普通鋼壁為例） 液體粘度 /mPa． s ＞ 1500 1500～ 500 500～ 100 100～ 35 35～ 1 ＜ 1 最大流速 /（ m/s） 由上表，我們初步選用 Φ25 的碳鋼管，管內流速取 ui=。 （ 3）有利于安裝操作與維修 直立設備的安裝費往往低于水平或傾斜的設備。 畢業(yè)設計（論文）用紙 圖 21 固定管板式換熱器的示意圖 1擋板 2補償圈 3放氣嘴 設計背景及設計要求 設計背景 在化工、石油、動力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛地使用各種換熱器，且他們是上述這些行業(yè)的通用設備 ，并占有十分重要的地位。 換熱器的類型按傳熱方式的 不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。我設計的換熱器內部以換熱管和折流板做為基本構件，冷介質、余熱介質分別在管程與殼程之間流動，以達到降溫或升溫的效果。 。 。換熱器由筒體、管箱、封 頭、支座、換熱管、折流板、管板及接管、法蘭等組成。其中間壁式換熱器應用最廣泛，如表 21 所示。在化工廠，換熱器的費用約占總費用的 10%20%，在煉油廠約占總費用的 35%40%。設備與部件應便于運輸與拆卸，在廠房移動時不會受到樓梯、梁、柱的妨礙，根據(jù)需要可添置氣、液排 放口，檢查孔與敷設保溫層。 畢業(yè)設計（論文）用紙 確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取 流體進出口溫度的平均值?！?） 水（流速為 ～ ） 水 冷水 冷水 冷水 鹽水 有機溶劑 輕有機物 μ＜ s 水 水 水 水 水 水（流速為 ～ ） 水（流速較高時） 輕有機物 μ＜ s 水蒸氣（有壓力）冷凝 水蒸氣（常壓或負壓）冷凝 水蒸氣冷凝 水蒸氣冷凝 水蒸 氣冷凝 水蒸氣冷凝 水蒸氣冷凝 有機物蒸氣及水蒸氣冷凝 重有機物蒸氣（常壓）冷凝 重有機物蒸氣（負壓）冷凝 飽和有機溶劑蒸氣（常壓）冷凝 含飽和水蒸氣的氯氣（＜ 50℃ ） 582～ 698 814～ 1163 467～ 814 290～ 698 116～ 467 233～ 582 198～ 233 233～ 465 116～ 349 58～ 233 2326～ 4652 1745～ 3489 1163～ 1071 582～ 2908 582～ 1193 291～ 582 114～ 349 582～ 1163 116～ 349 58～ 174 582～ 1163 174～ 349 畢業(yè)設計（論文）用紙 管程 殼程 總傳熱系數(shù) /[W/（ m3 標準管子的長度常用的有 1500mm， 2020mm， 3000mm， 6000mm 等。常用的有弓形折流板和圓盤 圓環(huán)形折流板，弓形折流板又分為單弓形[圖 41（ a） ]、雙弓形 [圖 41（ b） ]、三重弓形 [圖 41（ c） ]等幾種形式。折流板與支承板一般均借助于長拉桿通過焊接或定距管來保持板間的距離，其結構形式可參見圖 43。 表 42 支承板厚度以及支承板允許不支承的最大間距 經(jīng)選擇，我們采用弓形折流板，取弓形折流圓缺高度為殼體內徑的 25%，則切去的圓缺高度為： h=160 mm 取折流板間距 B=，則： B=650=195 mm 可取 B=200 mm 因而查表可得：折流板厚度為 5mm，支承板厚度為 8mm，支承板允許不支承最大間距為 1800mm。 （ 1）殼程接管位置的最小尺寸 所設計的為帶補強圈的殼程接管，則殼程接管位置的最小尺寸 L1 可用如下公式計算： 畢業(yè)設計（論文）用紙 L1≥ CbD H ??? )4(2 式子中： HD ——補強圈的外圈直徑， mm； b——管板厚度， mm； C——補強圈外緣至管板與殼體焊縫之間的距離， mm。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結構各異，前者的結構見圖 44，其中圖 44（ a）形式是在管板上開槽，殼體嵌入后進行焊接，殼體對中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場合；如果壓力較高，設備直徑較大，管板較厚時，可采用圖 44（ b）形式，其焊接時較難調整。）、同心圓排列、正方形排列（排列角為 90176。 換熱管的中心距經(jīng)查表可得：（ mm） 換熱管外徑 d 換熱管中心距 分程隔板槽兩側相鄰管的中心距 25 32 44 橫過管束中心線的管數(shù) ? ? 4 ???? Nn c 布管限定圓 布管限定圓為管束的最外層換熱管中心圓直徑，固定管板式換熱器的布管限定圓如下可得： dm=Di2b3=60028=584 mm 式子中， Di——筒體內直徑， mm 畢業(yè)設計（論文）用紙 b3——大 小為 ，且大于 8mm 分程隔板 分程隔板尺寸 經(jīng)查表，分程隔板的尺寸如下表： 表 47 分隔板尺寸 公稱直徑 DN/mm 隔板最小厚度 ? /mm 碳素鋼 600 8 管子和分程隔板的連接 分程隔板有單層和雙層兩種，單層隔板與管板的密封結構如圖 46 所示，隔板的密封面寬度最小為（ S+2） mm。當溫度升高時，材料的剛性下降，熱膨脹應力增大，可能引起接頭的脫落或松動，發(fā)生泄露。 管壁溫度的估算 由于管壁熱阻一般可以忽略，故可以認為管內外壁的溫度是相同的，由此可以得到以下的關系：sioiwsoowoRttRtt???????11中， to， ti， tw分別為殼程，管程流體的平均溫度和壁溫。 取關閉粗糙度 20 , i ?? ?? 相對粗糙度為mm 查 ，關聯(lián)圖，可得摩擦因數(shù) :e ?? ?? R 畢業(yè)設計（論文）用紙 a1 2 8 924 9 9 432u3p 6 824 9 9 60 3 lp222221iPP????????????????? 另外，式子中： 殼程數(shù) Ns=1 管程數(shù) Np=2 代入公式中，有： ps NNpppi )( 21 ????? =（ +） 12 =100kpa 殼程流動阻力 由于殼程流體的流動狀況比較地復雜，所以計算殼程流體壓力降的表達式有很多，計算結果也相差很大。 202 uDhNp B ????，其中 h=， d=， NB=29, 式中 D——殼徑， m h——折流擋板間距， m do——換熱器外徑， m uo——按殼程流通截面積 S 計算的流速，而 S=h（ Dncdo） 代入數(shù)值得： 202 B upN ??? 2h（ ）D239。大多數(shù)振動 破壞都是換熱器管束的機械損壞，主要的有以下幾點 : 撞擊破壞 當管子振動的振幅大到足以使相鄰管子互相撞擊 ,或邊緣管不斷擊打殼體 ,在管子的撞擊部位將產(chǎn)生特有的菱形磨損形式 ,管壁不斷減薄而至最后開裂。通常 ,傳熱管是換熱器中撓性最大的部件 ,對振動也最敏感。 fo——殼程流體的摩擦系數(shù)，當 Re﹥ 500 時， )(Re5 ?? ofo 畢業(yè)設計（論文）用紙 nc——橫過管束中心線的管子數(shù)，對正三角形排列 nc NB——折流擋板數(shù) 代入數(shù)值得： Pap 5 2 530191 3 39。 = 27632320778603 m?? 該換熱器的實際傳熱面積為： )( cop nNLdS ?? ? =（ ） （ 23216） =100 m2 則該換熱器的面積裕度為： H= SSSp? = ??7676100 % 流動阻力的計算 因為殼程和管程都有壓力降的要求，所以要對殼程和管程的壓力降分別進行核算。目前脹 焊結合的方法已得到比較廣泛的應用。 管子與管板的連接方法主要是脹接和焊接。在小直徑的換熱器中，常用同心圓排列，在相同直徑的管 板上所排列的管數(shù)比按正三角形排列還多。 換熱管 換熱管的規(guī)格及尺寸偏差 經(jīng)過查表 得 表 46 碳鋼、低合金鋼的換熱管的規(guī)格及尺寸偏差 材料 換熱管標準 管子規(guī)格 高精度、較高精度偏差 外徑， mm 厚度， mm 外徑偏差， mm 壁厚偏差， mm 碳鋼 GB/TB8163 ≧ 14~30 2~ 177。 壁厚的確定、封頭 壁厚 查 GB15199P21 表 8 得圓筒 厚度為： 8 mm 查 JB/T473795，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，即 8 mm 橢圓形封頭 查表可得其尺寸數(shù)據(jù)，見下表 畢業(yè)設計（論文）用紙 表 43 橢圓形封頭的尺寸 公稱直徑DN（ mm） 曲面高度1h （ mm） 直邊高度 2h （ mm） 碳鋼厚度 δ（ mm） 內表面積A 2m 容積 V 2m 質量 m kg 600 150 25 8 0． 4374 0． 0353 27． 47 管板 管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個重要的受壓器件。 接管最小位置 換熱器設計之中，為了使換熱面積得以充分利