【正文】 在此感謝我們的唐小勇老師.，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次模具設(shè)計(jì)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細(xì)心指導(dǎo)。這次課程設(shè)計(jì)設(shè)是對(duì)這門課程的一個(gè)總結(jié)，對(duì)化工機(jī)械知識(shí)的應(yīng)用。PT——水壓試驗(yàn)壓力，MPa。① 支座反力的計(jì)算：② 筒體軸向彎矩的計(jì)算：雙支座支承的臥式容器，可視為雙支點(diǎn)的外伸梁，在容器軸向存在兩個(gè)最大彎矩，一個(gè)在鞍座處，一個(gè)在容器兩支座間跨距的終點(diǎn)處。允許的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)，當(dāng)換熱器內(nèi)流體無相變時(shí)，其最大折流板間距不得大于殼體內(nèi)徑，否則流體流向就會(huì)與管子平行而不是垂直于管子，從而使傳熱膜系數(shù)降低。高度為15～20mm，供停工排除殘液用；在某些冷凝器中需要保留一部分過冷凝液使凝液泵具有正的吸入壓頭，這時(shí)可采用帶堰的折流板，見圖82（c）。對(duì)于脹接的管板，考慮脹接剛度的要求，其最小厚度可按表52選用。C） 將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式，可以得知： 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表411取 ；查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表49得 ++=查表413圓整后取 復(fù)驗(yàn) ，最后取 該殼體采用20鋼10mm厚的鋼板制造液壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表91可見故水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。 (c) 三角形直列根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇使用不銹鋼材料。綜合考慮以上標(biāo)準(zhǔn)，確定半水煤氣應(yīng)走殼程，變換氣走管程。參考標(biāo)準(zhǔn)：不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走便于清洗管子，浮頭式換熱器殼程便于清洗。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價(jià)低, 每根換熱管可以單獨(dú)清洗和更換, 在外形尺寸相同的條件下, 與浮頭式和U 形管式換熱器相比, 換熱面積大。圖13 U型管式換熱器這類換熱器的特點(diǎn)是：管束可以自由伸縮，不會(huì)因?yàn)楣軞ぶg的溫差而產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程為雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能好；承壓能力強(qiáng)；管束課從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，造價(jià)便宜。比較適合溫差不大或溫差大而殼層壓力不高的場合。固定管板式：固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。、殼程進(jìn)、出口的設(shè)計(jì) 管程進(jìn)、出口管的設(shè)計(jì)。因?yàn)闆Q定管程介質(zhì)的流態(tài)的雷諾數(shù)Rei 與管程介質(zhì)流速成正比,為提高換熱器管程換熱系數(shù)hi, 可采用管程分程的辦法提高管程換熱系數(shù)。當(dāng)殼程介質(zhì)易結(jié)垢時(shí), 由于外螺紋管束沿軸向的脹縮作用使換熱管外壁的硬垢脫落, 具有良好的自潔作用, 能夠有效防止管束外壁的結(jié)垢, 減小換熱器殼程熱阻, 提高換熱器的傳熱能力。 由于管程清洗相對(duì)于殼程清洗要容易, 因此對(duì)于易結(jié)垢、有沉淀及雜物的介質(zhì)宜走管程。最近, 英國Cal Garin Ltd 公司開發(fā)的一種稱之為Hitran Matrix Elements 的花環(huán)式插入物[6],它是一種金屬絲制翅片管子插入物(Wire2Fin Tube Inserts) ,能增強(qiáng)湍流。改變傳熱面形狀的方法有多種, 用于強(qiáng)化管程傳熱的有: 橫紋管、螺旋槽管、螺紋管(低翅管)和縮放管以及螺旋扁管(瑞典ALLARDS 公司生產(chǎn)) 。隨著工業(yè)裝置的大型化和高效率化, 換熱器也趨于大型化,并向低溫差設(shè)計(jì)和低壓力損失設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。隨著殼管式換熱器的應(yīng)用穩(wěn)步增長，以及對(duì)在各種流程條件下性能預(yù)計(jì)的精度要求越來越高，這造就40年代直至50年代研究活動(dòng)的激增。 當(dāng)今已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)上的殼管式換熱器，在20世紀(jì)初也開始適應(yīng)石油工業(yè)提出的要求。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質(zhì)上的區(qū)別。熱器是化工、石油、能源等各工業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單元設(shè)備之一。緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。常見的設(shè)備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。 間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。（3）其它標(biāo)準(zhǔn)件選擇。六、說明書的內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)條件；（2）設(shè)計(jì)依據(jù)；（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述。6. 編寫設(shè)計(jì)說明書一份7. 手工繪制2號(hào)裝配圖一張，Auto CAD繪3號(hào)圖一張（塔設(shè)備）。三、設(shè)計(jì)條件（1）氣體工作壓力管程：半水煤氣（）殼程：變換氣 （）（2）殼、管壁溫差50℃，tt＞ts 殼程介質(zhì)溫度為320450℃，管程介質(zhì)溫度為280420℃。（1）選擇材料的原則；（2）確定各零、部件的材質(zhì)；（3）確定焊接材料。：對(duì)自己所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行小結(jié)與評(píng)價(jià)，經(jīng)驗(yàn)與收獲。 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過管束，使湍流程度大為增加。在這類換熱器中，冷、熱流體被固體壁面隔開，互不接觸，熱量從熱流體穿過壁面?zhèn)鹘o冷流體。蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類型的換熱器。據(jù)統(tǒng)計(jì), 在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30% , 在煉油廠中占全部工藝設(shè)備的40% 左右, 海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。 換熱設(shè)備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。油加熱器和冷卻器、再沸器以及各種原油餾分和有關(guān)的有機(jī)流體的冷凝器這些設(shè)備需要在惡劣的野外條件下運(yùn)行，流體常常不干凈而且又要求高溫和高壓，因此，設(shè)備便于清洗和進(jìn)行現(xiàn)場修理是絕對(duì)需要的。研究內(nèi)容不僅包括殼側(cè)流動(dòng)，而且相當(dāng)重要的還有真實(shí)平均溫差的計(jì)算、結(jié)構(gòu)件特別是管板的強(qiáng)度計(jì)算。當(dāng)今換熱器的發(fā)展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成了一個(gè)高技術(shù)體系[1]?！?3),美、英、日、德等國均有商品化低翅管。中國石化北京設(shè)計(jì)院與華南理工大學(xué)聯(lián)合研制的交叉鋸齒型插入物, 是華南理工大學(xué)對(duì)12種內(nèi)插件(在Re = 300～3500 和Pr = 135 范圍內(nèi)) 進(jìn)行比較后優(yōu)選的型式, 可直接形成流體的混合,尤其適用高粘度流體的換熱。 從經(jīng)濟(jì)性考慮, 對(duì)于高溫、高壓或腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì), 作為管程換熱介質(zhì)更加合理。 換熱器管徑的設(shè)計(jì) 由于小直徑換熱管具有單位體積傳熱面積大, 換熱器結(jié)構(gòu)緊湊, 金屬耗量少, 傳熱系數(shù)高的特點(diǎn), 在換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中, 對(duì)于管程介質(zhì)清潔、不易結(jié)垢的介質(zhì), 采用小管徑管束能有效增加換熱面積。 殼程分程設(shè)計(jì)。管程進(jìn)、出口管徑在考慮管程壓降允許的條件下, 通過計(jì)算確定管徑, 其計(jì)算公式為ρω23 300( ρ 為管程介質(zhì)密度, kg/m3。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板。固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合。但是管內(nèi)清洗不變，管束中間分布的管子難以更換，管板中心部分布管不緊湊，管子數(shù)目不能太多。由于固定管板式換熱器的殼程清洗困難和適應(yīng)熱膨脹能力差, 決定了固定管板式換熱器適用于換熱介質(zhì)清潔, 殼程壓力不高, 換熱介質(zhì)溫差不大的場合。腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 流速的選擇 表11 換熱器常用流速的范圍 介質(zhì)流速 循環(huán)水 新鮮水 一般液體 易結(jié)垢液體 低粘度油 高粘度油 氣體 管程流速，m/s~~~3~~5~30殼程流速，m/s~~~~~2~15 由于增加流體在換熱器中的流速，將加大對(duì)流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。 管程結(jié)構(gòu)換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列，如下圖所示。 （d）三角形錯(cuò)列所以，在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用φ19mm2mm直徑的管子更為合理。強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力﹥最大允許工作壓力故強(qiáng)度足夠?？紤]到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動(dòng)等原因，建議最小厚度應(yīng)大于20mm。 圖82 單弓形折流板 在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞到折流板背后接近殼體處，會(huì)有一部分液體停滯起來，形成對(duì)傳熱不利的“死區(qū)”。折流板外徑與殼體之間的間隙越小， 殼程流體介質(zhì)由此泄漏的量越少，即減少了流體的短路，使傳熱系數(shù)提高，但間隙過小，給制造安裝帶來困難，增加設(shè)備成本，故此間隙要求適宜?？缇嘀悬c(diǎn)處截面上的彎矩按下式計(jì)算：式中F=， ，支座處截面上的彎矩： = =③ 筒體軸向應(yīng)力計(jì)算：在跨距中點(diǎn)處橫截面上，由介質(zhì)壓力及彎矩所引起的軸向應(yīng)力之和如下： 在橫截面的最高點(diǎn) 在