【正文】 394 .7 。 查 JB/T4746— 2021《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下： 表 32 DN700標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度 H(mm) 內(nèi)表面積 A(㎡ ) 容積 (m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 700 200 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 后端管箱厚度計(jì)算 : 由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。綜上所述，取管體的名義壁厚 δ n =10mm 封頭的材料及壁厚 上下兩封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，標(biāo) 準(zhǔn)橢圓形封頭的壁厚與筒體的厚度基本相同，兩者可以等厚，則 mmhf 10?? 。 換熱器核算 管程流體進(jìn)出口接管的直徑： 取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u=，則接管內(nèi)徑為 4 1 5 2 2 0 /d 0 .0 6 0 4 m3 .1 4 1 .5?? ??（ 3 6 0 0 9 8 3 ）= （ ） 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為： 65mm 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體苯品流速為 u=15m/s，液體苯品流速為u=,則接管內(nèi)徑為 進(jìn)口內(nèi)徑 : 4 4 3 5 0 0 / 3 . 5 0 . 1 5 3u 3 . 1 4 1 5V? ?????（ 3600 ） 取 200mm 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 出口內(nèi)徑 ： 4 4 3 5 0 0 / 8 7 9d 0 . 0 8 1 mu 3 . 1 4 0 . 5V? ??? ? ??（ 3600 ） （ ） 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為： 100mm 傳熱系數(shù)核算 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用克恩公式 o .5 5 1 / 3o ew= 0 .3 6 R e P rd??? ??????? 當(dāng)量直徑，由正方形排列得 ? ?o22 22eo4 t d 4 5 5 04d = 0 md 0??????? ???? ??? （ ） 殼體流通截面積 o 2o d 0 . 0 2 0= B D 1 0 . 3 0 . 6 1 0 . 0 3 6 mt 0 . 0 2 5? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?S （ ） 殼體流體流速及其雷諾系數(shù)分別為 氣體苯 ：o 3 5 0 0 / 3 6 0 0 3 . 5 0 . 3 8 9 m s0 . 0 3 6u ? ?? （ ） （ / ） o 0 . 0 1 6 0 . 3 8 9 3 . 5e = 6 9 . 8 20 . 0 0 0 3 1 2?? ?R 液體苯 ： oo35 00 / 36 00 87 9 0. 03 08 m s0. 01 6 0. 03 08 87 9e = 13 88 .8u ? ??? ?? （ ） （ / ）R 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 氣體苯 ： 361 . 4 1 1 0 3 1 2 1 0Pr 6 2 . 80 . 0 0 7 ?? ? ??? 液體苯： 361 . 2 9 1 0 3 1 2 1 0Pr 3 . 6 60 . 1 1 ?? ? ??? 粘度校正 w????????? 1 0 . 5 5 1 / 3o 0 .1 4 1= 0 .3 6 6 9 .8 2 6 2 .8 1 0 4 .30 .0 2? ? ? ? ?W/(m2. ℃ ) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 0 . 5 5 1 / 3o 0 .1 2 9= 0 .3 6 1 3 8 8 .8 3 .6 6 1 9 20 .0 2? ? ? ? ? W/(m2. ℃ ) o? ’=（ 1／ 3﹢ 192 2／ 3） 2= W/(m2. ℃ ) （ 2）管程對(duì)流傳熱系數(shù) i 0 .8 0 .4ii R e Prd0 .0 2 3 ?? ? 管程流通截面積 22i 2880 . 7 8 5 0 . 0 1 6 0 . 0 1 4 4 7 m4S ? ? ? （ ） 管程流體流速 ie 315 22 0 /u 0. 30 m s0. 01 6 0. 3 98 3 100610. 46 9 10 ?????? ??（ 36 00 98 3 ） （ / ）R= 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 330 . 8 0 . 4i4 .6 2 2 1 0 0 .4 1 8 1 0Pr 2 .9 30 .6 60 .6 60 .0 2 3 1 0 0 6 1 2 .9 3 2 5 4 70 .0 1 6??? ? ???? ? ? ? ? （ 3）總傳熱系數(shù) K 污垢熱阻 Rsi=.℃ /W Rso= m2.℃ /W 管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ =70W/(m.℃ ) ooo si soii i m o1d bd 1d+ad ddRR??? ??K== 1 1 144 072254 7 70 325 .5 ??? ? ? ? ???W/（ m2℃） （ 4）傳熱面積 S S=mQKt? = 2390780 7 4 .7 m3 1 0 1 6 .8 7 ?? （ ） 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 該換熱器的實(shí)際傳熱面積 Sp 此管采用 D=600mm B=420mm 管長(zhǎng) l=4m 管程為 4 管程的規(guī)格，查國(guó)標(biāo)可得： 傳熱管總管數(shù)為： 288 根 換熱器的實(shí)際傳熱面積 Sp=?()? ? (28819)=75 2m 該換熱器的面積裕度為 0 0 00 0 07 5 7 4 . 71 0 0 1 0 0 4 . 0 27 4 . 7psss??? ? ? ?H= 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。換熱器型號(hào)參數(shù)有：公稱直徑 DN、 公稱壓力 PN、 換熱管長(zhǎng)度 LN、 換熱器管程N(yùn)P、 換熱器外徑 d、 公稱換熱面積 A、 管箱型式（ A/B） 、 殼體型式等。 t 1 t 2 t m = = = t 1 l n l nt 2 △ △ （ 82 80 ） （ 71 51 ）△ （ ℃ ）△ 82 80△ 71 51 t 1 t 2 t 39。選用 Φ20x2的碳鋼管，管內(nèi) 流速取 ui=。 （ 2） 螺旋槽紋管：可強(qiáng)化管內(nèi)物流間的傳熱，物料在管內(nèi)靠近管壁部分流體順槽旋流，另一部分流體呈軸向渦流，前一種流動(dòng)有利于減薄邊界層，后一種流動(dòng)分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動(dòng)，傳熱系數(shù)提高 ～ 倍， 但阻力降增加 ～ 倍。適用場(chǎng)合：①管程流量大殼程流量小時(shí)，采用此結(jié)構(gòu)流速可提高一倍，給熱系數(shù)提高 1～ 倍；②冷熱流體溫度交叉 時(shí)，但殼程換熱器需要兩臺(tái)以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺(tái)雙殼程換熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 U型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖 3。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)殼體直徑相同時(shí)，可安排更多的管子，也便于分程，同時(shí)制造成本較低。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱為多殼程。 管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。 在這類換熱器中，熱量傳遞是通過(guò)格 子磚或填料等蓄 熱體來(lái)完成 的。 換熱器的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中 ， 換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要。首先，通過(guò)換熱計(jì)算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步 選定結(jié)構(gòu)。 汽提塔冷凝器是換熱器的一種應(yīng)用，這里我設(shè)計(jì)成浮頭式換熱器。 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我熟悉了浮頭式換熱器的工藝流程，掌握了浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)及計(jì)算方法，了解了浮頭式化熱器的制造要求及安裝過(guò)程。 隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣 氣熱交換的場(chǎng)合。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。更主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上 設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來(lái)降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過(guò)。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽 出殼體外，便于清洗管間。 （ 3） 雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個(gè)管板，形成的雙管板結(jié)構(gòu)用于收集泄漏介質(zhì)，防止兩程介質(zhì)混合。尤其在化工、石油、能源 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 設(shè)備等部門(mén)所使用的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍處于主導(dǎo)地位，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)特針對(duì)這類換熱器中的浮頭式換熱器的工藝設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。這是因?yàn)椋罕焕鋮s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(shí)對(duì)于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。= 7 3 .3 4 mtm 3 0 0 1 7 .7 6QK ??? （ ）△ 總 ； 考慮到所用傳熱計(jì)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。折流板的缺口一般在排管中心以下或切于兩排管孔的小橋中間。 ( 1 ) 0 . 4 0 . 5 3 1 4 1 9 1 6 2 722cB uP F f n N p a? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 4 .51 9 , 1 1 60 .3cBnN? ? ? ? 0. 28 80 5 .0 0 .5 3 1 4efR???, 0 ? 2022 39。下封頭常與裙座焊接， h2=50mm，材料選用 16MnR鋼。 2C C m m??，則計(jì)算厚度為： ? ?39。因此 此時(shí)應(yīng)進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。h h h he h e t he h r hA B d fmm? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ②接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： ? ? 21 . 1 2 0 1 0 . 8 12 1 3 7 1 1 . 12 cit t d mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?； 接管多余金屬面積 2A ： 2 2 1 2 222 ( ) 2 ( )2 43 ( 7 ) 0429 .1 。 布管限定圓 LD 布管限定圓 LD 為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 12()LiD D b b b? ? ? ? 查 GB1511999 可知， b=5， b1=3， bn=12，故 b2= bn+=，則 600 ( 3 5 ) 578 .5LD mm? ? ? ? ?。 而對(duì)于換熱管束的分程， 為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內(nèi)殘液放盡。39。 管板計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明： dA —— 在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積， 2mm ，對(duì)正方形排列 ， 39。 相對(duì)誤差計(jì)算： m in ( m a x ) 100%cpcpNNN N???； 其中： cpN —— 各程的平均管數(shù)； min(max)N —— 各程中最小或最大的管數(shù)。 換熱管的排列方式 換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯(cuò)列三種排列方式。 ②開(kāi)孔直徑 2 2 0 1 2 2 2 0 5 3 0 02 ii Dd d C m m m m? ? ? ? ? ? ? ?， 滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 3 .9 5 1 0n h d h mm??? ? ? ? ?（ 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒(méi)有變化，故合適。 經(jīng)檢查， ??t? 沒(méi)有變化，故合適 查 JB/T4