【正文】 5 部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，對(duì)于迅速發(fā)展的化工煉油等工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，換熱器尤為重要。熱對(duì)流僅發(fā)生在流體中，產(chǎn)生原因有二：一是因流體中各處溫度不同而引起密度的差別，使流體質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生相對(duì) 位移的自然對(duì)流；二是因泵或攪拌等外力所致的質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)制運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)流。這是因?yàn)榛どa(chǎn)中的很多過(guò)程和單元操作，多需要進(jìn)行加熱和冷卻 ，例 如：化學(xué)反應(yīng)通常要在一定的溫度進(jìn)行，為了 達(dá)到并保持一定溫度，就需要向反應(yīng)器輸入或輸出熱量 ； 又如在蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，都要向這些設(shè)備輸入或輸出熱量。 ［ 關(guān)鍵詞 ］ 固定換熱器 法蘭 殼體 管板 換熱管 折流板 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3 三 .設(shè)計(jì)概述 熱量傳遞是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移 ，簡(jiǎn)稱傳熱。 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 4 根據(jù)載熱介質(zhì)的不同，熱傳遞有三種基本方式： （ 1）熱傳導(dǎo)（又稱導(dǎo)熱） 物體各部分之間不發(fā)生相對(duì)位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱量傳遞稱為熱傳導(dǎo)。這種設(shè)備統(tǒng)稱為換熱器。管殼式換熱器是通過(guò)管子壁面進(jìn)行傳熱的換熱設(shè)備， 換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛。 (3) 套管式換熱器 套管式換熱器是由兩種不同直徑的標(biāo)準(zhǔn)管子組裝成同心圓的套筒，然后由多段 這種套管連接而成。 它的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳熱能力強(qiáng) ，與光管相比，傳熱面積可增大 210 倍，傳熱系數(shù)可提高 12 倍。另一個(gè)對(duì)換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板（或折流桿）。 封頭結(jié)構(gòu)形式的選擇 封頭是壓力容器的重要組成部分。 1． 驗(yàn)證初步選取的法蘭的使用性 根據(jù)以上選定的法蘭公稱壓力和設(shè)備內(nèi)徑（即法蘭的公稱直徑），再查表 129可知初步選取的長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭滿足要求。 延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板厚度表 使用說(shuō)明：按管板設(shè)計(jì)壓力 MPaPt ，殼體直徑 mmDi800 查表，管板厚度設(shè)計(jì)值為 50mm，材料為 16Mn (鍛件 ) 按設(shè)計(jì)溫度為 C?110 定許用應(yīng)力 MPa163][ 110 ?? 換熱管與管板的連接采用脹接，在管板中開(kāi)環(huán)行糟。形成能觀察周圍的事物積 累經(jīng)臉，善于思考，為以后走向工作崗位打 好良好的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì) 過(guò)程中，得到了李琴 老師以及各位同學(xué)的大力幫助，使我能夠 圓滿的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)在此表示衷心的感 謝。 脹接是的最少脹接長(zhǎng)度取下列三者最少 a. 管板的名義厚度減少 3mm b. 50mm c. 兩倍的的換熱管直徑 50252 ?? 綜上所述，脹接長(zhǎng)度取 50mm 管板兼作法蘭：此結(jié)構(gòu)對(duì)脹接或焊接接口進(jìn)行檢查和修理。 選用凹凸型密封面 3．查出相應(yīng)尺寸 法蘭外徑 D=1040mm 螺栓孔中心直徑 10001 ?D mm 凹面密封面外徑 D2 =965mm 凹面密封面內(nèi)徑 D3 =955mm 凸面密封面外徑 D4 =952mm 法蘭盤厚度 ? =54mm 短節(jié)高 H=110mm 短節(jié)厚度 ? t =14mm 螺栓孔直徑 a=23mm 螺栓數(shù)量 36 個(gè) 螺紋 M20 [1] 表129 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 19 寫出法蘭標(biāo)記 法蘭 MFM 800 JB/T47032021 ntdPnddPsWWsN b 20221 )2(4)(4 ???????? ?? ）（ 22 ???? ?22 2 ????? ）（? =+58718 = 1．壁與圓筒壁溫差所產(chǎn)生的軸向力 F 筒體的橫截面積 6)6800()( ?????? nnis DA ??? mm? N根管子的橫截面積 ? ? ? ? ??????? ttb dnA ??? mm? 所以 8 8 5 5 1 8 5 8 8 5 4 1 5 5 5 ????? bs bb AA ANN = ????? bs ss AA ANN = 管束內(nèi)的拉應(yīng)力 M P aANN bbb 8 8 5 7 0 1 9 1 9 ???? 殼體內(nèi)的拉應(yīng)力 M PaANN sss 5 1 8 5 4 3 9 6 3 5 ???? SA =4mm2 bA =mm2 bN =101919.69N sN =35N bN? =a sN? = 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20 因?yàn)楣荏w與管束的 E值相等，而且殼體與管束的軸向彈性拉升應(yīng)變值也是一樣的，所以殼體與管束的軸向應(yīng)力相同是理所當(dāng)然的。采用什么封頭需要根據(jù)工藝條件要求、制造難以程度及材料的消耗等情況來(lái)確定。 1）工作原理： 管殼式換熱器和 螺旋板式換熱器 、 板式換熱器 一樣屬于 間壁式換熱器 ，其換熱管內(nèi)構(gòu)成的流體通道稱為管程，換熱管外構(gòu)成的流體通道稱為殼程。殼體直徑或高度可減少，因而結(jié)構(gòu)緊湊且便于設(shè)置，可以更有效合理地利用材料。由此組成多段 同心圓套管換熱器， 程數(shù)可根據(jù)傳熱要求而增減。 （ 2） 蛇管式換熱器 蛇管式換熱器是把換熱管（金屬或非金屬）按需要彎曲成所需的形狀，如圓盤形 、螺旋形和長(zhǎng)蛇形等。換熱器就是用來(lái)進(jìn)行這些熱傳遞過(guò)程的設(shè)備，通過(guò)這種設(shè)備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞 到 溫度較 低 的流體，以滿足工藝上的需要。 （ 2）熱對(duì)流（簡(jiǎn)稱對(duì)流） 流體各部分之間發(fā)生相對(duì)位移所引起的熱傳遞過(guò)程稱為熱對(duì)流。 2. 化學(xué)工業(yè)與 熱傳遞 的關(guān)系 化學(xué)工業(yè)與傳熱的關(guān)系密切。由熱力學(xué)第二定律可知， 在自然界中凡是有溫差存在時(shí)， 熱 就必然從高溫處傳遞到低溫處，因此傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞現(xiàn)象。熱傳導(dǎo)的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進(jìn)行著各種不同的換熱過(guò)程：如加熱、冷卻、蒸 發(fā)和冷凝。雖然在換熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊和金屬消耗量方面不及其他類型的換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可靠性高，選材范圍廣，耐壓，耐溫，操作彈性大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。每一段套筒稱為一程，每程的內(nèi)管用 U 形彎管順次連接，而外管則以支管與下一程外管相連接。結(jié)構(gòu)緊湊，由于單位體積傳熱面大，傳熱能力增強(qiáng)，同樣熱負(fù)荷下與光管相比，翅片管換熱管子少。管箱和殼體主要決定 管殼式換熱器的承壓能力 及操作運(yùn)行的安全可靠性。按其結(jié)構(gòu)可分為凸行封頭、錐行封頭和平蓋封頭三類。 2．選擇密封面形式 選擇凹凸型密封面，它由一個(gè)凸面和一個(gè)凹面所組成，在凹面上放置墊片壓緊時(shí)，由于凸面的外側(cè)有擋臺(tái)，墊片不會(huì)擠出來(lái)，可用于壓力稍高外。 由管板厚 度大于 25mm，開(kāi)兩個(gè)槽伸出長(zhǎng)度 2mm，槽深。 篇者 :鄧人瑋 2021 年 11 月 30號(hào) 湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 30 參考文獻(xiàn) [1]向寓華 主編 《化工 容器與 設(shè)備》 高等教育 出版社 [2]GB151— 1999 《 管殼式換熱器》 [3]王明輝主編《化工單元過(guò)程課程設(shè)計(jì)》化學(xué)工業(yè)出版社