【正文】 內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)選用正方形排列，取管心距 ? ,則 ? ? ? ? 隔板中心到其最近一排管中心距離 2 6 m mSa? ? ? 各程相鄰管的管心距為 24mm 管數(shù)的分程方法：每一程的管數(shù)應(yīng)大致相等，因為是 6 管程，且每一種的管數(shù)為 121 根，應(yīng)采用平方分法，此方法便于接管。 各個無縫鋼管的材料和尺寸如表 ， 表 無縫鋼管材料和尺寸 Table Seamless steel pipe materials and dimensions 序號 接管外徑/mm 接管壁厚/mm 伸出高度/mm 接管長度/mm 材料 T1 150 88 0Cr18Ni9 T2 150 88 0Cr18Ni9 S1 150 82 0Cr18Ni9 S2 150 90 0Cr18Ni9 D1 150 99 0Cr18Ni9 V1 150 99 0Cr18Ni9 第 3 章 強度計算 24 支座 化工壓力容器及設(shè)備都是通過支座固定在工藝流程中的某一位置上的。有墊板，筋板數(shù)為 2。它的主要缺點即受力情況不如橢圓形封頭好。 以上數(shù)值代入式（ 32）、式（ 33）得： 39。這不僅可以給選材帶來方便，也便于筒體和封頭的焊接。 3．鞍式支座適用于臥式容器直徑 DN159～ 426（用無縫管件筒體）、 300～ 4000（用卷制筒體）的范圍內(nèi)。除去法蘭高度 H=62，計算接管長度 l=LH=88mm。 （ 1）結(jié)構(gòu)類型 管束一般采用正三角形排列，管程應(yīng)為偶數(shù)程，又由于殼程需要經(jīng)常清洗，管束可采用正方形排列，折流板用縱向隔板，這些要根據(jù)后面的具體計算要求設(shè)計 。39。f? ——殼體的法蘭厚度，對于 c 型連接方式，為管板延長部分做法蘭形成的凸緣厚度， mm； 39。 /fiD? 查 GB15120xx[2]圖 25； 39。該系統(tǒng)硬件采用了數(shù)字信號處理芯片，以保證系統(tǒng)的實時性，軟件采用了模糊－神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法以克服系統(tǒng)模型的不確定性。周蕾在《固定管板式換熱器的研究與優(yōu)化》 [13]中，對固定管板式 熱交換器 的固定管板厚度隨工作壓力 (殼程與管程壓力 )改變的變化情況和不同 熱交換器 公稱直徑條件下的管板布管情況進行了系統(tǒng)的研究，采用線性加權(quán)法對固定管板式 熱交換器 的整體進行了優(yōu)化。 總之，在這個能源緊缺的時代，對熱量的充分利用顯得尤為重要。 上述基本設(shè)計主要在工程設(shè)計中用到的為主，當(dāng)今社會是一個不斷發(fā)展和進步的社會，能源和資源的緊缺讓人們不得不努力開發(fā)新型的 熱交換器 ，研究新型的高效的 熱交換器 元件，各工業(yè)部門都在努力發(fā)展大容量、高性能的設(shè)備，減少設(shè)備的投資和使用費用。 在殼程結(jié)構(gòu)中主要由殼體、折流板或折流桿、拉桿、防沖擋板、縱向隔板、防短路結(jié)構(gòu)等元件組成?？傮w下來，管板的計算非常復(fù)雜，手算的工作量很大，目前我國已開發(fā)出過程設(shè)備強度計算的軟件，比如 SW6，在實際工程計算中運用軟件計算便會大大縮短設(shè)計計算的工作量 [7]。對于厚度較大的管板，為達到降低造價，工程上常采用鈦 +鋼、不銹鋼 +鋼、鈦 +鋼等復(fù)合板，或堆焊襯里。換熱管的排列方式主要有正方形、轉(zhuǎn)角正三角形、正三角形、轉(zhuǎn)角正方形等。當(dāng)管內(nèi)外兩側(cè)的給熱系數(shù)較大的時候，翅片管的翅片布置應(yīng)在給熱系數(shù)較低的一側(cè)。一般情況下已知冷流體和熱流體的物性和處理量。在本設(shè)計論文中是對固 第 1 章 文件綜述 4 定管板式熱交換器的設(shè)計計算，則著重介紹固定管板式熱交換器。管殼式熱交換器屬于間壁式熱交換器（又稱表面式熱交換器），它是利用間壁將需要交換的冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量從熱流體通過間壁傳遞給冷流體的一種熱交換器。第四章進行了對整個熱交換器的主要零部件的匯總，得出了設(shè)計結(jié)論中國石油大學(xué)（北京）本科畢業(yè)設(shè)計 3 第 1 章 文獻綜述 熱交換器介紹 換熱設(shè)備是用于兩種及其以上的流體之間、一種流體和一種固體之間、固體粒子之間或有熱接觸且具有不同溫度的同種流體間的熱量（或焓）傳遞的裝置。管殼式熱交換器主要又分為：固定管板式熱交換器、 U 型管式熱交換器、浮頭式熱交換器等，而固定管板式又是管殼式熱交換器是使用最為廣泛的一種，具有結(jié)構(gòu)簡單，管程清洗方便等特點。 在化工廠的設(shè)備里，熱交換器的投資占總投資的 10%到 20%；在煉油廠中，約占設(shè)備總投資的 35%到 40%；海水淡化工藝里需要用到的裝置幾乎全部是由熱交換設(shè)備組成的。再根據(jù) GB15120xx 和 GB15020xx對殼程、管程、管板等零部件進行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計和強度計算，包括了材料的選擇、具體尺寸的確定、開孔補強的計算和一些標準件的選用等，在校核計算符合要求之后才確定各項數(shù)據(jù)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 題目 固定管板式熱交換器的設(shè)計 學(xué)院名稱 專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 摘 要 I 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。由已經(jīng)給出的數(shù)據(jù)，首先進行熱力計算，對換熱管根數(shù)和管徑等進行選擇，使熱交換器能滿足換熱需求。這些過程與熱量的傳遞有著非常密切的聯(lián)系，都要用熱交換設(shè)備來完成這些過程。在高溫、高壓和大型換熱器中，管殼式熱交換器仍具有絕對優(yōu)勢。第三章首先確定了接管法蘭、接管以及 支座的尺寸，然后就分別開始了對殼程圓筒、封頭、管箱法蘭、管板等的選材和強度校核，最后進行是否需要膨脹節(jié)和接管補強的判斷，完成了熱交換器的整個強度計算及校核。在此，主要研究了管殼式固定管板熱交換器。 根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，分為固定管板式熱交換器、浮頭式熱交換器、U 形管式熱交換器、填料函式熱交換器和釜式重沸器五類。熱交換器的工藝設(shè)計計算依據(jù)設(shè)計任務(wù)的不同可以分為設(shè)計計算和校核計算，包括換熱面積的計算與選型兩方面。 中國石油大學(xué)（北京）本科畢業(yè)設(shè)計 5 在管程結(jié)構(gòu)當(dāng)中，換熱管占了整個熱交換器的大部分重量，換熱管除了光管之外還能采用各式各樣的強化傳熱管，比如翅片管、螺紋管、螺旋槽管等。除此之外，也能夠用一些非金屬材料，如陶瓷、石墨、聚四氟乙烯等。當(dāng)流體的腐蝕性較強時，管板應(yīng)采用耐腐蝕材料，如不銹鋼鈦、鋁、銅、等。管板的設(shè)計思路包括管板的彈性分析、危險工況、管板應(yīng)力校核、管板應(yīng)力 調(diào)整。主要有采用強度脹接、強度焊、脹焊并用的方法 [8]。 其他零部件可根據(jù)需求來設(shè)定或者選用，如折流桿、防短路結(jié)構(gòu)（擋管、旁路擋板、中間擋板）、防沖板、支座、靜電接地板、銘牌 等。同時也常會有通過改變殼程擋板結(jié)構(gòu)、改變管束支承結(jié)構(gòu)等方法來減少或者消除殼程的流動和傳熱的滯留死區(qū)，從而使換熱面積能夠得到充分得利用，達到殼程強化傳熱的效果 [10]。并建議，根據(jù)工藝設(shè)計參數(shù)（介質(zhì)流速、壓力降等）依據(jù)伯努利方程確定介質(zhì)在換熱器內(nèi)的流速，再以此流速來設(shè)計折流板弓高和間距。劉維亭，張冰，朱志宇在《主冷凝器模糊控制系統(tǒng)設(shè)計》 [18]一文中，從主冷凝器的特性出發(fā)，對真空－凝水過冷度控制系統(tǒng)進行了 深入地研究，詳細闡述了系統(tǒng)的設(shè)計準則、設(shè)計模型及實現(xiàn)方法。C ——系數(shù)，按 /siD? 和 39。fE ——換熱器管箱法蘭使用的材料擁有的彈性模量， MPa； pE ——換熱器管板使用的材料擁有的彈性模量， MPa； sE ——換熱器殼程圓筒使用的材料擁有的彈性模量， MPa； tE ——換熱器換熱管選用材料擁有的彈性模量， MPa； lG ——系數(shù)，當(dāng) 0m? 時，取 leG 和 liG 其中較大的值；當(dāng) 0m? 時，取 liG 值； leG ——系數(shù)，只適用于 0m? 時， 3leG m K?? ； liG ——系數(shù)，當(dāng) 0m? 時，按 K 和 m 查 GB15120xx[2]圖 31（ a）實線；當(dāng) 0m?時，按 K 和 m 查 GB15120xx[2]圖 31（ b）； 2G ——系數(shù)，按 K 和 fK 查 GB15120xx[2]里圖 29； 3G ——系數(shù)，按 K 和 Q 查 GB15120xx[2]圖 30； K ——熱交換器中換熱管擁有的加強系數(shù)； tK ——熱交換器管束模數(shù)， MPa； L ——熱交換器換熱管的有效長度， mm； l ——換熱管與管板的焊腳高度或者脹接長度， mm； M ——熱交換器管板邊緣上的力矩系數(shù)； 1M ——系數(shù)； bM ——邊界效應(yīng)壓力組合系數(shù)； pM ——熱交換器管程在操作工況下所擁有的法蘭力矩，按 GB15020xx[3]規(guī)定，取其計算壓力是 tp ， Nmm? ； 中國石油大學(xué)（北京）本科畢業(yè)設(shè)計 11 n ——熱交換器中換熱管的數(shù)量； aP ——熱交換器有效壓力的組合， MPa； bP ——熱交換器邊界效應(yīng)上的壓力組合， MPa； cP ——熱交換器當(dāng)量壓力的組合， MPa； sP ——熱交換器殼程上的設(shè)計壓力， MPa； tP ——熱交換器管程上的設(shè)計壓力， MPa； q ——換熱管與管板連接時的拉脫力， MPa； ??q ——熱交換器許用拉脫應(yīng)力， MPa； ot ——設(shè)備制造的環(huán)境溫度，℃； st ——熱交換器殼程圓筒沿長度的平均金屬溫度，℃； t ——熱交換器換熱管沿長度的平均金屬溫度，℃； ?——熱交換器管板邊緣上的剪切系數(shù)； Y ——系數(shù)，見 GB15020xx[3]，按 fiK D D? 查?。? s? ——熱交換器殼程圓筒上的材料隨溫度的線性膨脹系數(shù)； t? ——換熱管換熱管上的材料隨溫度的線性膨脹系數(shù)； ? ——系數(shù)； ? ——殼程圓筒與換熱管的熱膨脹變形差； ? ——管板的計算厚度， mm； 39。fiD? 查 GB15120xx[2]圖 26； 39。一般的流體都盡可能使 Re 104 初步選定速度為 ，根據(jù)計算確定具體值。根據(jù)設(shè)計說明書，查 HG/T2061520xx[4]中表，接管采用與內(nèi)壁平齊結(jié)構(gòu)，無保溫層時， DN50 的接管及其連接法蘭的伸出長度可設(shè) L=150mm。 2．根據(jù)安裝形式，鞍式支座分固定式（代號 F）和滑動式（代號 S）兩種。 試驗液體為水，試驗壓力 PT 按下式 : ? ?? ? 1701. 25 1. 25 1. 1 1. 54 MPa152T tP ??? ? ? ? 壓力試驗時，圓筒的總體薄膜應(yīng)力按下式 : ? ? ? ?1 . 5 4 8 0 0 8 1 2 1 . 7 0 . 9 0 . 9 2 7 5 2 4 7 . 5 M P a2 2 6 0 . 8 5T i eT ePD ????? ??? ? ? ? ? ? ??? ts 管箱 封頭 標準橢圓形封頭，其封頭壁厚近似等于筒體壁厚，這樣筒體和封頭就可采用同樣厚度的鋼板來制造。 2 t ckP D P? ??? ? （ 32） 式中有： 計算壓力 Pc== MPa 內(nèi)直徑 Di=800 mm 材料許用應(yīng)力 [σ]t= MPa 焊縫系數(shù) φ=（采用雙面焊、局部無損探傷） 系數(shù) K=（采用標準封頭 r/Di=, α=30℃ ） 中國石油大學(xué)（北京）本科畢業(yè)設(shè)計 27 K 值由 GB15020xx[3]表 64 查得。 錐形封頭在同樣條件下與半球形、橢圓形和碟形封頭比較，其受力情況比較差，其中一個主要原因是因為錐形封頭與圓筒連接處的轉(zhuǎn)折較為厲害，故曲率半徑發(fā)生突變而產(chǎn)生邊緣力的緣故。 圖 支座 Support 中國石油大學(xué)（北京）本科畢業(yè)設(shè)計 25 表 支座基本參數(shù) Table Basic parameters of support 公稱直徑DN 允許載荷 Q KN 鞍座高度 h 底板 腹板 筋板 1l 1b 1? 2? 3l 3b 3? 800 220 200 720 50 10 10 400 120 10 殼程圓筒 根據(jù)工作條件選擇殼程圓筒的材料為 16MnR 鋼板。支座的形式主要分三大類：立式容器支座、臥式容器支座、球式容器支座。 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 ?? ，則殼體內(nèi)徑為： 7261 . 0 5 1 . 0 5 0 . 0 2 3 7 5 0 . 7 7 6 m0 . 7 5tNDa ?? ? ? ? ? 按卷制殼體的進檔級，可取 800mmD? 折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度 0 . 2 5 8 0 0 2 0