【正文】 mm， 接管為 20 號 碳鋼管 。39。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ? ?tσ 143? MPa（厚度為 6～ 16mm 時），殼體計算厚度按下式計算為： ? ?cit cΡ D 2. 5 10 00δ = 8. 8m m2 14 3 1 2. 52 σ Ρ? ???? ? ?； 設(shè)計厚度 d2δ = δ + C 8 .8 3 1 1 .8 m m? ? ?； 名義厚度 n d 1δ = δ + C + 8 . 1 0 1 2 mm? ? ? ? ? ?（其中 ? 為向上圓整量）； 查其最小厚度為 12mm，則此時厚度滿足要求，且經(jīng)檢查， ??tσ 沒有變化，故合適。 到此換熱器的工藝計算告一段落 。1 6 8 5 0 . 2 2Δ P 0 . 3 0 . 3 1 2 7 . 3 ( 2 9 1 ) 1 2 6 32?? ? ? ? ? ? ? Pa； 239。39。 壓力降的計算 流體流經(jīng)換熱器因流動引起的壓力降，可按管程壓降和殼程壓降分別計算。 0. 8 1 / 3i 0. 14 0α = 0. 02 7 23 65 .3 18 3. 4 1. 05 56 40. 02? ? ? ? ? W/（ m2﹒ K）； 故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù) iα 為： 39。 1000=200mm； 取 B=200mm 折流板數(shù)目 NB 6000N 1 29b 200? ? ?； 總傳熱系數(shù) K 的校驗 管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準，則在利用 關(guān)聯(lián)式計算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準，因此總傳熱系數(shù) K 的計算公式如下： o o oso sio w m i i ibd d d11= + R + + R +K α λ dd α d； 式中： K—— 總傳熱系數(shù)， W/（ m2﹒ K）； iα 、 Oα —— 分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)， W/（ m2﹒ K）； siR 、 soR —— 分別為管程和殼程的污垢熱阻， m2178。 = = 33π d N 88 m???； 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 按單管程設(shè)計，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。mt 的計算 選取逆流流向，這是因為逆流比并流的傳熱效率高。 K/w 原油 85 805 煤 油 200 685 初 算換熱器傳熱面積 流動空間的確定 選擇被冷卻的 煤油 走殼程，被加熱的原油走管程。 C） 出口溫度 （ 176。 螺旋槽紋管：可強化管內(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，前一種流動有利于減薄邊界層，后一種流動分離邊界層并增強流體擾動，傳熱系數(shù)提高 ～ 倍，但阻力降增加 ～ 倍。適用場合：①管程流量大殼程流量小時，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，但殼程換熱器需要兩臺以上才能實現(xiàn)傳熱，用一臺雙殼程換熱器不僅可以實現(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)備造價較 高。 U 型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見圖 3。 浮頭式換熱器 的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi) 自由浮動 ，殼體和管束對膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的溫差較大時，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過 50℃時，需采取適當(dāng)補償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。 流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次就稱為一個殼程，而圖0 所示為最簡單的單殼程單管程換熱器。冷、熱流體被一固體壁面隔開，通過壁面進行傳熱。 換熱器的主要分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為 加熱器 、 冷卻器 、 冷凝器 、 蒸發(fā)器 和 再沸器 等，應(yīng)用更加廣泛。同時為了使本次設(shè)計能夠進行順利，我在設(shè)計前參閱了許 多有關(guān)書籍和英文文獻，并做了一定的摘要。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過畢業(yè)設(shè)計受到一次綜合運用所學(xué)理論和技能的訓(xùn)練。 本設(shè)計說明書是關(guān)于 浮頭式換熱器的設(shè)計，主要是進行了換熱器的工藝計算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計。最后設(shè)計結(jié)果可通過 5 張圖表現(xiàn)出來。 培養(yǎng)嚴謹求實、科學(xué)的工作態(tài)度和獨立解決問題的能力 本次畢業(yè)設(shè)計的題目是原油換熱器設(shè)計。換熱器在設(shè)計過程中為技術(shù)分析與產(chǎn)品開發(fā)可以為設(shè)計者提供一個廣闊的思維想象空間，還能激發(fā)設(shè)計者的創(chuàng)新意識。 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，是流體溫度達到工藝流程規(guī)定的指標，以滿足工藝流程上的需要。 在這類換熱器中，熱量傳遞是通過格子磚或填料等蓄熱體來完成的。 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。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋 板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)殼體直徑相同時，可安排更多的管子，也便于分程，同時制造成本較低。這樣為檢修、清洗提供了方便。其結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，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。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。 雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個管板，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、能源設(shè)備等部 門所使用的換熱設(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)計特針對這類換熱器中的浮頭式換熱器的工藝設(shè)計以及結(jié)構(gòu)設(shè)計進行介紹。 ℃ 導(dǎo)熱系數(shù) W/（ m178。A （ 1） 傳熱計算（熱負荷計算） 熱負荷： c p c o i h p h i oQ = m c ( t t ) = m c ( T T ) 式中 ： mc， mh—— 冷熱流體的質(zhì)量流量， kg/s； cpc， cph—— 冷熱流體的定壓比熱， J/(kg178。A 339。 殼體直徑按下式估算。 179。m Δ tmt= φ Δ t = 0. 85 90 .4 76 .8 4? ? ?℃ ； Δtφ ? ，采用單殼程合適。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 殼程的壓力降 當(dāng)殼程裝上折流板后，流體在管外流動為平行流和錯流的耦合。2ΔP —— 流體通過折流板缺口的壓力降， Pa； tF —— 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，對液體可取 ；對氣體可取 ?！妫?； dr —— 污垢熱阻 m2178。 殼體與管箱厚度的確定 根據(jù)給定的流體的進出口溫度，選擇設(shè)計溫度為 350℃；設(shè)計壓力為 。 此時選用標準橢圓形封頭，故 Κ=1 ，且同上 12C 0, C 2m m??，則封頭計算厚度為： ? ? cit cΚ Ρ D 1 2. 5 10 00δ = = 8. 8m m2 14 3 1 0. 5 2. 52 σ 0. 5 Ρ? ??? ? ? ? ?； 設(shè)計厚度 d2δ = δ + C 8 .8 3 1 1 .8 m m? ? ?； 名義厚度 n d 1δ = δ + C + Δ 1 1 . 8 0 1 2 m m? ? ? ?（ ? 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??tσ 沒有變化，故合適查 JB/T4746— 2021《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下： 表 31 DN1000標準橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度 H(mm) 內(nèi)表面積 A(m2) 容積 V(m3) 封頭質(zhì)量（ kg） 1000 275 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 12mm。n d 1δ = δ + C + 1 2 . 7 0 1 4 m m? ? ? ? ? ?（ Δ 為向上圓整量）； 查， ??tσ 沒有變化，故合適。 （ 2） 開孔所需補強面積計算： 強度削弱系數(shù) ： ? ?? ?tnr tσ 98f = 0 .6 8 5 m m143σ ??； 接管有效厚度 ： e t n tδ = δ C 1 4 3 1 1 m m? ? ?； 開孔所需補強面積： e t r2A = d δ +2 δ δ ( 1 f )3 5 5 8 .8 2 8 .8 1 1 (1 0 .6 8 5 )3 1 8 5 m m? ? ? ? ? ? ?? ； （ 3） 有效補強范圍 ： 有效寬度 B： n n t2 d 2 3 5 5 7 1 0m mB = m a x = 7 1 0m md + 2 δ +2 δ 3 5 5 2 1 2 2 1 4 4 0 7 m m? ? ?????? ? ? ? ? ???； 有效高度： 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 （ a）外側(cè)有效高度 1h 為： nt1 d δ 3 5 5 1 4 7 0 .5 m mh = m in 7 0 .5 m m2 0 0 m m??? ? ??? ??????實 際 外 伸 長 度； （ b）內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為： nt2 d δ 3 5 5 1 4 7 0 . 5 m mh = m in 0 m m0 m m??? ? ??? ??????實 際 內(nèi) 伸 長 度； （ 4） 有效補強面積 ： 殼體有效厚度： enδ = δ C 1 2 3 9m m? ? ?； 殼體 多余的金屬面積： 1 e e t e rA = ( B d ) ( δ δ ) 2 δ ( δ δ ) ( 1 f )( 7 1 0 3 5 5 ) ( 9 8 .8 ) 2 1 1 ( 9 8 .8 ) ( 1 0 .6 8 5 )7 0 m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ； 接管計算厚度： ? ? cit t Ρ d 2 .5 3 4 9δ = 4 .5 m m2 9 8 1 2 .52 σ Ρ? ???? ? ?； 接管多余金屬面積： 2 2h 1 e t t r 2 e t 2 r2A = A = 2 h ( δ δ ) f + 2 h ( δ C ) f2 7 0 .5 (1 1 4 .5 ) 0 .6 8 5 06 2 8 m m? ? ? ? ? ?? ； 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為 6mm）： 3 1A 2 6 6 36 m m2? ? ? ? ?； 有效補強面積： e 1 2 3A = A + A + A 7 0 6 2 8 3 6 7 3 4 m m? ? ? ?； （ 5） 另 需補強面積 ： 24 1 2 3A = A ( A + A + A ) 3 1 8 5 7 3 4 2 4 5 1 m m? ? ?； 采用補強圈補強 ， 根據(jù)接管公稱直徑 DN350，參照 JB/T47362021 補強圈標準 ， 選取 D 型坡口 的 補強圈 ，其 外徑 2D 620mm? ，內(nèi)徑 1D 385mm? 。 （ 2） 開孔所需補強面積計算： 強度削弱系數(shù) ： ? ?? ?tnr tσ 98f = 0 .6 8 5 m m143σ ??； 接管有效厚度： e t n tδ = δ C 1 1 3 8 m m? ? ?； 開孔所需補強面積： e t r2A =d δ +2 δ δ ( 1 f )257 2 8 (1 )230 6 m m? ? ? ? ? ? ?? ； （ 3） 有效補強范圍 ： 有效寬度 B： n n t2 d 2 2 5 7 5 1 4m mB = m a x = 5 1 4m md + 2 δ +2 δ 2 5 7 2 1 2 2 1 1 3 0 3 m m? ? ?????? ? ? ? ? ???； 有效高度： （ a）外側(cè)有效高度 1h 為： nt1 d δ 2 5 7 1 1 5 3 m mh = m in 5 3 m m2 0 0 m m??? ? ??? ??????實 際 外 伸 長 度； （ b）內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為： 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 nt2 d δ 2 5 7 1 1 5 3 m mh = m in 0 m m0 m m??? ? ??? ??????實 際 內(nèi) 伸 長 度； （ 4） 有效補強面積 ： 殼體有效厚度： enδ = δ C 1 2 3 9m m? ? ?； 殼體多余的金屬面積： 1 e e t e rA = ( B d ) ( δ δ ) 2 δ ( δ δ ) ( 1 f )( 5 1 4 2 5 7 ) ( 9 8 . 8 ) 2 8 ( 9 8 . 8 ) ( 1 0 . 6 8 5 )5 0 m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ； 接管計算厚度： ? ? cit t Ρ d 2 .5 2 5 1δ = 3 .2 m m2 9 8 1 2 .52 σ Ρ? ???? ? ?； 接管多余金屬面積 ： 2 2h 1 e t t r 2 e t 2 r2A = A = 2 h ( δ δ ) f + 2 h ( δ C ) f2 5 3 ( 8 3 .2 ) 0 .6 8 5 03 4 9 m m? ? ? ? ? ?