【正文】 管板與殼體的連接 由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，因而換熱器固定端的管板采用可拆式連接方式，即把管板 利用墊片 夾 持 在殼體法蘭與管箱法蘭之間。 換熱管與管板的連接 32 換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹以及脹焊并用。 排管 排管時須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿，其間距小于或等于 700mm。 mm? ? 39。 39。 39。 39。220 8 12 .6m i n 00h ntd mmh mmmm???? ? ??????????實 際 內(nèi) 伸 長 度； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ①外頭蓋多余金屬面積： 外頭蓋有效厚度： 39。2139hA mm? 39。39。39。 421441 3 .2 43 0 0 1 6 4hh A mmDD? ? ? ???； 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為 6mm，即 39。 24 mm? 2 300D mm? 1 164D mm? 39。 殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： ①補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù) GB150 表 81，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是 89mm? ，本開孔外徑為 159mm， 因此 需 要 另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 2C C mm?? 39。外頭蓋的內(nèi)直徑為 700mm，這可在“浮頭蓋計算”部分看到。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ? ? 125t? ? Mpa（厚度為 6～ 16mm時），殼體計算厚度按下式計算為： ? ? 2 . 5 6 0 0 6 . 12 1 2 5 1 2 . 52 cit cD mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?； 設(shè)計厚度 2 2 C mm??? ? ? ? ?； 名義厚度 1 0 10nd C m m??? ? ? ? ? ? ?（其中 為向上圓整量）； 查其最小厚度為 8mm，則此時厚度滿足要求，且經(jīng)檢查， ??t?沒有變化，故合適。 圓筒壁溫 st 的計算 由于圓筒外部有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度： 200st ? ℃。2 2 0 . 3 9 1 8 0 . 1 2 13 8 ( 3 . 5 ) 6 3 8 . 40 . 6 2p ??? ? ? ? ? Pa； ( 475 .8 638 .4) 5 3 038 Mp aop ? ? ? ? ?； 可知此時的壓力降在合理范圍之類。2p —— 流體通過折流板缺口的壓力降， Pa； sF —— 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，無因次，對液體可取 ；對氣體可取 。 殼程的壓力降 ? ? 8MpaLp ? 95rp Mpa? 298 M panp ? 42 Mp aip ? 18 當(dāng)殼程裝上折流板后，流體在管外流動為平行流和錯流的耦合。0 8 5 3 2 1 6 . 2 1 0 0 % 1 8 % ( 1 5 % 2 5 % )2 1 6 . 2AAA? ??? ? ? ?； 為了保證換熱器的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于或等于 15%25%，由上可知所選換熱器面積滿足要求。 K/W ? ? W/m178。 0 . 8 1 / 30 . 1 4 00 . 0 2 7 4 4 1 3 1 8 3 1 . 0 5 9 2 80 . 0 2i? ? ? ? ? ? ? W/（㎡﹒ K） ； 故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù) i? 為： 39。 ? = ? 1231199ootCtC?? 39。ootC? ? ?? ? ? 因為 12 2tt ? ，故采用對數(shù)平均溫度差，則 39。 k)； ,ci coTT—— 冷流體的進(jìn)、出口溫度， k； ,hi hoTT—— 熱流體的進(jìn)、出口溫度， k。 C） 流 量 （ kg/s） 69 101 300 100 表 22 油品與原油的物性參數(shù) 名稱 平均溫度（℃） 比熱kJ/kg178。 （ 5） 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(qiáng)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。 （ 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。 （ 5） 填料函式換熱器： 圖 5 為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。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。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。多管程與多殼程可以配合使用。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。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。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。 因 為換熱器設(shè)計是屬于壓力容器設(shè)計范疇，與我所學(xué)的課程有緊密的聯(lián)系，所以這次設(shè)計對我的設(shè)計能力有了很大的提高。 關(guān)鍵詞：管殼式換熱器 浮頭 式換熱器 管板 浮頭 蓋 浮頭法蘭 2 Abstract The design manual is about the floating head heat exchanger, which included technology calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger. The first part of design is the technology calculation process. Mainly, the process of technology calculate is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area, and then, select a suitable heat exchanger to check heat transfer coefficient ,just for the actual heat transfer area .Meanwhile the process above still include the pressure drop and wall temperature calculation . The second half of the design is about the structure and intensity of the design. This part is just on the selected type of heat exchanger to design the heat exchanger’s ponents and parts ,such as vesting ,baffled plates, the distance control tube, circle hook, tube boxes. This part of design mainly include： the choice of materials， identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the thickness calculation of floating head planting and floating head flange, the opening reinforcement calculation etc. In the end, the final design results through six maps to display. The each aspects of the floating head heat exchanger has detailed instructions in the design manual. Key word: ShellTube heat exchanger, floating head heat exchanger, tube sheet, floating head planting, floating head flange. 3 前 言 畢業(yè)設(shè)計 是完成教學(xué)計劃實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)；是教學(xué)計劃中綜合性最強(qiáng)的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。設(shè)計的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè) 計，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件（如接管、 折 流板、定距管、 鉤圈、 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、浮頭蓋 和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計算等。其中，工藝計算主要是確定換熱器的換熱面積、換熱器的選型、壓降計算、壁溫計算等；而結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計則主要包括：管板厚度計算、換熱管的分布、折流板的選型、浮頭蓋及浮頭法蘭的計算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計算以及各種零部件的材料選擇等。特此致謝！ 4 第一章 換熱器 概述 過程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是在化工、煉油、輕工、交通、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱設(shè)備則是廣泛使用的一種通用的過程設(shè)備。 換熱器的分類及特 點 按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類： 又稱混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點它又可分為： （ 1） 管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等； （ 2） 板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等； （ 3） 擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱管等。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類型： 6 （ 1） 固定管板式換熱器： 其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。管程流體（ B 流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管 流出。 9 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) 包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高的工作效率。 （ 2） T 形翅片管：用于管外沸騰時，可有效降低物料泡核點，沸騰給熱系數(shù)提高～ ，是蒸發(fā)器、重沸器的理想用管。 C） 出口溫度（176。這是因為：被冷卻的流體走殼程可便于散熱，而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程，這樣可降低管壁的溫差，減少熱應(yīng)力，同時對于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。其中 1t 為較小的溫度差， 2t 為較大的溫度差。 3 3 3 2 . 1 1 0 2 0 2 . 51 8 0 9 1 . 4mQAmKt ?? ? ??估； 考慮到所用傳熱計算式的準(zhǔn)確程度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使所選用的換熱器具有換熱面積 0A 留有裕度10%25%，故有 39。 先計算校正系數(shù) ? ： /iu m s? Re 4413? Pr 183? 14 551 . 8 1 . 86 1 0 6 1 01 1 0 .8 3 5R e 4 4 1 3??? ? ? ? ? ?； 而湍流情況下的 39。 20 . 0 2 50 . 3 0 . 6 (1 ) 0 . 0 3 9 30 . 0 3 2SAm? ? ? ? ?； 6 . 4 4 0 . 1 7 8 /9 1 8 0 . 0 3 9 3hohsmu m sA?? ? ??； 當(dāng)換熱管 呈正方形排列時，其當(dāng)量直徑 ed 為2 21 . 2 7 1 . 2 7 0 . 0 3 2 0 . 0 2 5 0 . 0 2 70 . 0 2 5teoo pddd ?? ? ? ? ?； 同時： 30 .0 2 7 0 .1 7 8 9 1 8R e 4 8 0 00 .9 2 1 0e o oodu ?? ???? ? ??； 332 .5 8 7 1 0 0 .9 2 1 0Pr 2 0 .90 .1 1 4pooc ???? ? ?? ? ?； 故可用 Kern法求 o? ，即： 0. 55 1 / 3 0. 140. 55 1 / 3 R e P r ( / ) 4800 W / m Koo