【正文】 設(shè)計(jì)厚度： 2 3 2 5 m md C??? ? ? ? ? (32) 名義厚度： ???? 1Cdn ?? (33) ???? ? ??? 圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。 表 26 換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果一覽表 參數(shù) 管程 殼程 質(zhì)量流量 /(kg/h) 40000 進(jìn) /出溫度 /℃ 25/ 65/60 設(shè)計(jì)壓力 /MPa 物性參數(shù) 定性溫度 /℃ 密度 /(kg/m3) 定壓比熱容 /(kJ/( kg 核算壁溫 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁壁溫按下式計(jì)算： hhcchhmccmRRRtRTt??????????? ?????????? ??????1111 12 65 60 C22m TTT ? ?? ? ? ? (230) 210 . 4 0 . 6 0 . 4 3 3 . 5 0 . 6 2 5 2 8 . 4 Cmt t t? ? ? ? ? ? ? ? (231) 式中： ?1T 有機(jī)液進(jìn)口溫度 ， C? ； ?2T 有機(jī)液出口溫度 , C? ； ?1t 循環(huán)水進(jìn)口溫度 , C? ； 2t? 循環(huán)水出口溫度 , C? ； 27 4 1 4 .9 W m Cci??? ? ??； 21 7 3 6 .8 6 W m Cho??? ? ??。 接管 （ 1） 殼程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)有機(jī)液的流速為 2m/s ，則殼程接管內(nèi)徑為 4 4 4 0 0 0 0 ( 3 6 0 0 7 6 3 . 1 ) 9 6 . 3 m m3 . 1 4 3 . 1 4 2Vd u ??? ? ?? (213) 查參考文獻(xiàn) [2]附錄 7，取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 108m m 4mm? ? 。 （ 1）切去的圓缺高度 常用 的折流板形式有弓形和圓盤 圓環(huán)形兩種。 siu ? 。 并且兩流體的溫差小于 50℃ ，可以不設(shè)置溫度補(bǔ)償。將專家系統(tǒng)用于管殼式換熱器設(shè)計(jì)和選型 ,可以輔助設(shè)計(jì)者對(duì)流體流徑、殼體及浮頭類型、換熱器結(jié)構(gòu)尺寸、折流板類型和換熱器整體布置等問(wèn)題進(jìn)行決策。相對(duì)于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn) 象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng) 。雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。 此種換熱器 與浮頭式、 U形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)圖 11 帶膨脹 節(jié)溫差補(bǔ)償型固定管板式換熱器 圖 13 U形管式換熱器 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 構(gòu)的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。 為了克服溫差 應(yīng)力必須設(shè)有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差 50℃ 以上時(shí)，為安全起見，換熱器應(yīng)有相應(yīng)的溫差補(bǔ)償裝置。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，列管式換熱器仍占主導(dǎo)地位。又如對(duì)于熱敏性大的液體，能否精確控制它在加熱過(guò)程中的溫度和停留時(shí)間，往往就成為選型的主要前提。 ：直接接觸式、蓄熱式和間壁式三種類型。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%~20%；在煉油廠中，約占總投資的 35%~40%。而且傳統(tǒng)的列管式換熱器大部分是碳鋼材料，容易 引起腐蝕，現(xiàn)在很多換熱器換上了新材料，比如高分子復(fù)合材料和陶瓷 ,特別是陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因?yàn)樗^好地解決了耐腐蝕、耐高溫等課題，成為了回收余熱最佳換熱器 ，目前，陶瓷換熱器可以用 于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業(yè)主要熱工窯爐，正在為世界節(jié)能減排事業(yè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。 管殼程壓力降經(jīng)計(jì)算滿足工藝要求。 設(shè)計(jì)的第一部分 是工藝計(jì)算部分，主要是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件估算換熱面積，從而進(jìn)行換熱器的選型，校核傳熱系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算。如果水垢不能被及時(shí)地清除，就會(huì)面臨設(shè)備維修、停機(jī)或者報(bào)廢更換的危險(xiǎn)。換熱器在化工、石油、制冷、動(dòng)力、食品等部門中均有廣泛的應(yīng)用 。 換熱器的分類 根據(jù)換熱的目的和工藝要求不同，換熱器的結(jié)構(gòu)型式必然是五花八門，其分類也是多種多樣。如用于硝酸的加熱器，流體的強(qiáng)腐蝕性決定了設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，限制了可能采用的結(jié)構(gòu)范圍。近年來(lái)，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了其自身的發(fā)展。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹性不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以致管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞了換熱器。 (3)U形管式換熱器 U 形管換熱器每根管子都彎成 U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。產(chǎn)氣量大、蒸汽品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以小些。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 對(duì)國(guó)外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明， 列管 式換熱器占 64%。在氣水換熱的情況下傳遞相同熱量時(shí)該換熱器可減少 30%40%的傳熱面積節(jié)省材料20%30%。 (2)專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)在換熱器的設(shè)計(jì)和選型中應(yīng)用較快。 兩流體的定性溫度如下 : 有機(jī)液的定性溫度 65 60 62 .5 C2mT ?? ? ? 冷卻水的定性溫 度 25 C2mt ?? ? ? 兩流體的溫差 6 2 . 5 2 9 . 2 5 3 3 . 2 5 CmmTt? ? ? ? ? 固定管板式換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并能進(jìn)行清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場(chǎng)合，因此可以選擇固定管板式換熱器。 56 0 33 .2 2mQA Kt? ? ? ??? (24) 考慮 15%的面積裕度， 21 .1 5 1 2 .1 3 6 8 mSA??? 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 選用 19mm 2mm? ? 的 較高級(jí)冷拔碳鋼管，管內(nèi)流速參照表 22 取 39。在臥式換熱器中，折流板還起支承管束的作用 。殼程入口應(yīng)設(shè)置防沖擋板。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 （ 4） 總傳熱系數(shù) 100 01 01 69 11?????????????????osomoiosiiio RdbdddRddK ??? (226) 故 25 7 8 .8 7 W m CK ? ?? （ 5） 傳熱面積 理論傳熱面積 219 63 33 .33 10 .21 m57 7 33 .22mQA Kt? ? ??? (227) 該換熱器的實(shí)際換熱面積 ? ? 23 . 1 4 0 . 0 1 9 3 0 . 1 7 2 1 2 . 4 5 7 0 0 8 mP o TA d L N? ?? ? ? ? ? ? ? (228) 面積裕度為 %22% 5 7 0 0 %100 ??????? A AAH P (229) 換熱器面積裕度合適，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 表 25 合理壓力降的選取 操作情況 減壓操作 低壓操作 中壓操作 較高壓操作 操作壓力 /Pa (絕 ) 0~1 105 1 105~ 105 105~11 105 11 105~31 105 31 105~81 105 合理的壓力降/Pa 105 105~ 105 105~ 105 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 15 換熱器 主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果見表 26。 設(shè)計(jì)壓力通?？扇∽罡吖ぷ鲏毫Φ?~ 倍 [5]，而計(jì)算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下 ，用以確定原件厚度的壓力，應(yīng)包括液柱靜壓力等附加載荷，對(duì)于臥式容器，不需要考慮液柱靜壓力，則計(jì)算壓力： 1 .1 0 1 .1 1 .0 1 .1 M P acpp? ? ? ? 計(jì)算厚度： ? ? ct ic pDp ?? ??? 2 ? ?? ??? tcp ? (31) 1. 1 30 0 0. 87 56 m m2 18 9 1. 1? ????? 對(duì)于壓力較低的容器，按照強(qiáng)度公式計(jì)算出來(lái)的厚度很薄，往往會(huì)給制造和運(yùn)輸、安裝帶來(lái)困難，為此對(duì)殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度 min? ，對(duì)碳素鋼、低合金鋼制的容器， min? 不小于 3mm[5],因此取 3mm?? 。 計(jì)算壓力等于設(shè)計(jì)壓力，即 ? 計(jì)算厚度： 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 ? ? ct ic pDp ?? ??? (313) 1 .3 2 3 0 0 1 .0 5 m m2 1 8 9 1 0 .5 1 .3 2? ???? ? ? ? 對(duì)于壓力較低的容器，按照強(qiáng)度公式計(jì)算出來(lái)的厚度很薄，往往會(huì)給制造和運(yùn)輸、安裝帶來(lái)困難，為此對(duì)殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度 min? ，對(duì)碳素鋼、低合金鋼制的容器， min? 不小于 3mm[5],因此取 3mm?? 。 開孔直徑： 2 1 0 0 2 2 1 0 4m mid d C? ? ? ? ? ? (319) 筒體開孔直徑 1 0 4 2 1 5 0m 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補(bǔ)強(qiáng)計(jì)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? 。 內(nèi)側(cè)有效高度 2h ： 2 1 0 4 4 2 0 . 4m mnthd ?? ? ? ? (323) 02?h （實(shí)際內(nèi)伸高度） 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 取以上兩式的最小值，故 02?h 。封頭的形式如圖 31 所示： 圖 31 封頭的結(jié)構(gòu)形式 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 19 筒體接管開孔補(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 殼體開孔處接管 分 別 為 108m m 4mm? ? 無(wú)縫鋼管 （ 100mmDN ? ）和 25mm 2mm? ? 無(wú)縫鋼管（ 20mmDN? ）。 計(jì)算 壓力 : 1 .1 1 .2 1 .3 2M P acp ? ? ? (37) 計(jì)算厚度： ? ? ct ic pDp ?? ??? 2 ? ?? ??? tcp ? (38) 1. 32 30 0 1. 05 13 m m2 18 9 1 1. 32? ???? ? ? 對(duì)于壓力較低的容器，按照強(qiáng)度公式計(jì)算出來(lái)的厚度很薄，往往會(huì)給制造和運(yùn)輸、安裝帶來(lái)困難，為此對(duì)殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度 min? ，對(duì)碳素鋼、低合金鋼制的容器， min? 不小于 3mm[5]， 因此取 3mm?? 。℃ ) 普朗特?cái)?shù) 設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 形式 固定管板 臺(tái)數(shù) 1 殼體內(nèi)徑 / mm 300 殼程數(shù) 1 管徑 / mm 192? ? 管心距 25 管長(zhǎng) / mm 3000 管子排列 正三角形 管數(shù)目 /根 72 折流板數(shù) /個(gè) 9 傳熱面積 /m2 折流板間距 /mm 280 管程數(shù) 4 材質(zhì) 碳鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速 /(m/s) 傳熱膜 系數(shù) / W/m2 殼體平均壁溫與換熱管平均壁溫之差： 6 2 . 5 3 4 . 8 7 2 7 . 6 3 Ct T t? ? ? ? ? ? ? 換熱管內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 （ 1） 管程流動(dòng)阻力 ?????? ip 管程流動(dòng)阻力； ????? 1p 單程直管阻力； ????? 2p 局部阻力； ????tF 結(jié)垢校正系數(shù)； ????pN 管程數(shù)； ????SN 殼程數(shù)。 （ 1） 殼程對(duì)流給熱系數(shù) 對(duì)于 圓缺形折流板，可采用克恩（ Kern） 公式 ????????????????????????? woo opoo ooeeoo Cudd ??? ?? ??? 根據(jù)參考文獻(xiàn) [1]，流體被加熱時(shí)， ?????????wo?? ，流體被冷卻