【正文】 21 2 3 3 3 5 .8 5 9 3 m meA A A A? ? ? ? (326) 由于 AAe? ,則開孔后不需要另行補強。 根據(jù)表 31，只需對 89mm 4mm? ? 無縫鋼管開孔處進(jìn)行開孔補強校核。 ②補強計算方法判別 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? 。 封頭厚度計算 由于橢圓形封頭應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭易沖壓成型，選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 ，封頭材料選用 Q345R，設(shè)計壓力 為 ， 材料在 ? 時許用應(yīng)力為? ? 189MPat? ? [4]，厚度負(fù)偏差 1 ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，焊接系數(shù) ?? ，所選材料的屈服應(yīng)力 345MPas? ? [4]， ?！?) 裕度 /% 22 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第 3 章 換熱器的 結(jié)構(gòu)設(shè)計及 強度計算 筒體壁厚計算 由工藝設(shè)計給定的設(shè)計溫度 65 60 62 .5 C2? ??， 操作壓力為 ，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板 Q345R 卷制 .材料 ? 時的許用應(yīng)力 ? ? 189MPat? ? [4]，厚度偏差 1 ? ,在無特殊腐蝕 情況下，對于碳素鋼和低合金鋼， 2C 不小于 1mm ，取 2 2mmC ? ，焊接系數(shù)?? 。 折流板間距 ? ，折流板數(shù) 9?BN , sou ? 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 ? ? 21 7 6 3 . 1 0 . 7 2 20 . 5 0 . 4 7 5 1 0 9 1 4 7 2 3 . 7 8 P a2p ??? ? ? ? ? ? ? ? (236) 流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 2 22 2 2 0 . 2 8 7 6 3 . 1 0 . 7 2 23 . 5 9 3 . 5 2 9 2 3 . 7 7 P a2 0 . 3 2oB i uBpN D ??? ?????? ? ? ? ? ? ? ??? ?????? (237) 故 ? ?4 7 2 3 . 7 8 2 9 2 3 . 7 7 1 . 1 5 1 8 7 9 4 . 6 8 P aop? ? ? ? ? ?? (238) 參考表 25，該換熱器的壓降在合理的范圍之內(nèi)，故所設(shè)計的換熱器合適。 故可采用下式計算 i? 0 . 8 0 . 4 20 .6 2 10 .0 2 3 0 .0 2 3 3 0 4 9 2 .9 4 5 .7 5 5 7 4 1 4 .9 W m C0 .0 1 5pi i i iiiiCdud ???? ???? ??? ? ? ? ? ? ? ??? ?????? (225) （ 3） 污垢熱阻與管壁熱阻 管外側(cè)污垢熱阻：查污垢熱阻經(jīng)驗數(shù)據(jù)取 20 .0 0 0 1 7 6 m C WsoR ? ?? 管內(nèi)測污垢熱阻： 查污垢熱阻經(jīng)驗數(shù)據(jù)取 006 m C WsiR ? ?? 管壁的熱導(dǎo)率：碳鋼的熱導(dǎo)率 50?? Wm C?? 。 其他附件 根據(jù) 參考文獻(xiàn) [3]表 43 和表 44，換熱管的 外徑為 19mm ，筒體的內(nèi)徑為 300mm ，圖 21 折流板 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 查得拉桿的直徑 12mmnd ? ，拉桿的數(shù)量為 六 根。 折流板 設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流速， 增加湍流程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程 流體的傳熱系數(shù)，同時減少結(jié)垢。 （ 2）估算傳熱面積 m39。 (1)選定換熱器類型 兩流體溫度變化情況：熱流體（有機液）入口溫度為 65℃ ，出口溫度為 60℃ ；冷流體（冷卻水）入口溫度為 25℃ ，出口溫度為 ℃ 。換熱器的設(shè)計中有許多實驗代價很高 ,而且很耗時間 ,有些甚至不可能實現(xiàn)，計算流體力學(xué)的發(fā)展方便了這些實驗的實現(xiàn)。每個折流板與殼程流體的流動方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運動能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。我國對列管式換熱器的研究多借鑒于國外的一些研究成果，還存在以下不足： (1)強化傳熱技術(shù)的研究有待深化； (2)流體誘導(dǎo)的振動難以控制； (3)防垢和除垢有待更好的處理。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸汽品質(zhì)所決定。 需要說 明的是為克服裝配與檢修時抽裝管束 的困難，避免損壞折流板和支撐板 ,當(dāng)換熱器直徑較大或管束較長時，需在管束下方安裝滑道。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。 列管式換熱器具有可靠性能高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點，在各工業(yè)領(lǐng)域中得到最為廣泛的應(yīng)用。 流體的性質(zhì)對換熱器類型的選擇 往往會產(chǎn)生重大的影響，如流體的物理性質(zhì)（如比熱容、熱導(dǎo)率、粘度） 、化學(xué)性質(zhì)（如腐蝕性、熱敏性）、結(jié)垢情況以及是否有腐蝕性顆粒等因素。目前這種換熱器被當(dāng)作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱器，在許多工業(yè)部門中被大量的使用。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 緒論 換熱器的應(yīng)用 換熱 裝置是以傳遞熱量為主要 功能的通用機械，通常稱為熱交換器，簡稱換熱器。 傳統(tǒng)的列管式換熱器 長期運行會導(dǎo)致設(shè)備被水垢堵塞，將會使效率降低、功耗增加、壽命縮短。 本文 主要 進(jìn)行了換熱器的工藝計算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計。 設(shè)計的第二 部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強度的設(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、 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、鞍座 應(yīng)力 計算、開孔補強計算等。 本文 首先要根據(jù)前人的經(jīng)驗選擇選擇合適的列管式換熱器，再對換熱器進(jìn)行設(shè)計。近二十年來，換熱設(shè)備在能量儲存、轉(zhuǎn)化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了廣泛的應(yīng)用。 ：加熱器、冷卻器、再沸器、冷凝器 ， 蒸發(fā) 器、涼水塔、廢熱鍋爐等。流體的清凈程度和易否結(jié)構(gòu)，有時在選型上也起決定性的作用，如對于需要的經(jīng)常清洗換熱面的物料，就不能選用高效的板翅式或其他不可拆卸的結(jié) 構(gòu)。 列管式換熱器根據(jù)它的結(jié)構(gòu)特點，可分為固定管板式、浮頭式、 U形管式、填料函式和釜式重沸器五類。但補償裝置（波形膨脹節(jié)）只能用于殼壁與管壁溫差低于 6070℃ 和殼程流體壓力不高的情況。其缺點是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。 換熱器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 列管式 換熱器是一個品種繁多的產(chǎn)品， 目前 我國在列管式換熱器的研究主要體現(xiàn)在以下兩個方面： (1)新的耐磨，耐腐蝕和高強度材料： 換熱器 的 操作條件日趨苛刻，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。在相同流速時殼程流動壓降小 。目前，商品化的專家系統(tǒng)還很少 ,許多廠家開發(fā)的專家系統(tǒng)僅在內(nèi)部使用。 (2)選定流體流動空間 安排哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體走殼程，是選用列管式換熱器時需要確定的，以下各項需要在安排流動空間時加以考慮： ，因為管內(nèi)清洗比較方便； 性的流體宜走管程，以免殼體和管子同時受腐蝕； ，以免殼體受壓，可節(jié)省課程金屬消耗； ，以便于及時排出冷凝液，且蒸氣較清潔，它對清洗無要求； ，使泄漏機會較少； 宜走殼程，這便于外殼向周圍的散熱，增強冷卻效果； 。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 表 22 換熱器常用的流速范圍 介質(zhì) 流程 循環(huán)水 新鮮水 一般液體 易結(jié)垢液體 低黏度油 高黏度油 氣體 管程流速/(m/s) ~ ~ ~ ＞ ~ ~ 5~30 殼程流 速/(m/s) ~ ~ ~ ＞ ~ ~ 2~15 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)換熱管內(nèi)徑和流速確定單程換熱管數(shù) sn 1844 5 0 8 22 ???? ??? iis udVn根 (25) 按單管程計算所需換熱管的長度 L 11 .3 m3. 14 3. 14 18 0. 01 9soSL nd? ? ??? (26) 由于按單管程設(shè)計，換 熱管過長，根據(jù)本設(shè)計實際情況，取換熱管長 3ml? ,則該換熱器的管程數(shù)為 43 ??? lLN P 管程 (27) 換熱管的總根數(shù) 72418 ???TN 根 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 12 ??????? tT ttP (28) 606512 21 ??????? tt TTR (210) 根據(jù) 參考文獻(xiàn) [3]圖 F2 查得： 1?? 平均傳熱溫差 3 3 .2 2 Cmmtt? ?? ? ? ? ? 由于溫差校正系數(shù) 1 ??? ，同時殼程流體流量較大，故取單殼程較合適。本冷卻器采用弓形折流板，根據(jù) 參考文獻(xiàn) [3]，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 30%，則切去的圓缺高度為 ???h ,取 90mmh? 。 （ 2） 管程流體進(jìn)出口接管 取接管內(nèi)循環(huán)水的流速為 ，則管程接管內(nèi)徑為 4 4 1 9 8 9 3 . 0 4 8 ( 3 6 0 0 9 9 6 . 3 ) 6 8 . 6m m3 . 1 4 3 . 1 4 1 . 5Vd u ??? ? ?? (214) 查參考文獻(xiàn) [2]附錄 7，取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 89mm 4mm? ? 。 取 兩側(cè)污垢熱阻為零計算壁溫，得換熱管平均傳熱壁溫： 62 .5 74 14 .9 28 .4 17 36 .8 6 34 .8 7 C1 1 1 74 14 .9 1 17 36 .8 6m c m hchTtt ??? ?? ? ? ??? (232) 式中： ?mT 有機液平均溫度， C? ； ?mt 循環(huán)水平均溫度， C? ； ?c? 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 2Wm C?? ； ?h? 管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， 2Wm C?? ?！?) 黏度 /(Pa 有效厚度： 12 8 0 . 7 5 2 5 . 2 5 m men CC??? ? ? ? ? ? ? (34) 水壓實驗壓力： ? ?? ?1 . 2 5 1 . 2 5 1 . 1 1 1 . 3 7 5 M P aTc tpp ??? ? ? ? ? (35) 所選材料的屈服應(yīng)力 345MPas? ? 水壓試驗應(yīng)力校核 : ? ? ? ?1 . 3 7 5 3 0 0 5 . 2 5 3 9 . 9 7 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (36) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M P aTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗 強度滿足要求 。 有效厚度： 12 5 .2 5 m men CC??? ? ? ? (316) 水壓試驗壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .3 2 1 1 .6 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (317) 水壓試驗應(yīng)力校核： ? ? ? ?1 . 6 5 3 0 0 5 . 2 5 4 7 . 9 6 8 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (318) 0 . 9 0 . 9 1 3 4 5 3 1 0 . 5 M P aTs? ? ?? ? ? ? ? 水壓試驗強度滿足要求。 開孔所需的補強面積 ： ? ?ret fdA ??? 12??? (320) ? ? 21 0 4 3 2 3 2 1 0 . 9 5 7 7 3 1 2 . 5 0 7 6 m m? ? ? ? ? ? ? ? （ 3）有效補強范圍 ① 有效寬度 B 2 2 1 0 4 2 0 8 m mBd? ? ? ? 2 2 1 0 4 2 8 2 4 1 2 8 m mn n tBd ??? ? ? ? ? ? ? ? ? (321) 取以上兩式 的最大值，故 208mmB? 。 （ 2）