【正文】 ? ?39。 39。 mm? 39。120 8 i n 70h ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 外 伸 長(zhǎng) 度； （ b）內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為： 39。39。39。 421441 3 .2 43 0 0 1 6 4hh A mmDD? ? ? ???； 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚8he mm? ? 1 296hA mm? mm? ? 2 mm? 3 36hA mm? mm? 24 441hA mm? 2 300D mm? 1 164D mm? 39。 1 mm? mm? ? 22 mm? 3 36A mm? 500eA mm? 24 mm? 2 300D mm? 1 164D mm? 39。 殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： ①補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù) GB150 表 81，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是 89mm? ，本開孔外徑為 159mm， 因此 需 要 另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 2C C mm?? 39。外頭蓋的內(nèi)直徑為 700mm，這可在“浮頭蓋計(jì)算”部分看到。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力 ? ? 125t? ? Mpa（厚度為 6～ 16mm時(shí)），殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為： ? ? 2 . 5 6 0 0 6 . 12 1 2 5 1 2 . 52 cit cD mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?； 設(shè)計(jì)厚度 2 2 C mm??? ? ? ? ?； 1?? 120。 圓筒壁溫 st 的計(jì)算 由于圓筒外部有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度： 200st ? ℃。2 2 0 . 3 9 1 8 0 . 1 2 13 8 ( 3 . 5 ) 6 3 8 . 40 . 6 2p ??? ? ? ? ? Pa； ( 475 .8 638 .4) 5 3 038 Mp aop ? ? ? ? ?； 可知此 時(shí)的壓力降在合理范圍之類。2p —— 流體通過折流板缺口的壓力降， Pa； sF —— 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，無因次，對(duì)液體可取 ；對(duì)氣體可取 。 殼程的壓力降 當(dāng)殼程裝上折流板后，流體在管外流動(dòng)為平行流和錯(cuò)流的耦合。 壓力降的計(jì)算 ? W/m178。 K 16 熱導(dǎo)率為 46. 9 /w W m K? ? ，則有 00331111 10 10 775 /oso sio w m i i iKbd d dRRd d dW m K? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ? ? ????故 6180KK ??估，合適。 0 . 8 1 / 30 . 1 4 00 . 0 2 7 4 4 1 3 1 8 3 1 . 0 5 9 2 80 . 0 2i? ? ? ? ? ? ? W/（㎡﹒ K） ； 故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù) i? 為： 39。21. 2 1. 2 * 20 2. 5 24 3A A m? ? ?，根據(jù) A 查選型手冊(cè)， 可選換熱器的型式為： B ES 85 6/25 4 Ⅱ，且為達(dá)到所需換熱面積，應(yīng) 采用三臺(tái)同類換熱器串聯(lián)。ootC? ? ?? ? ? 因?yàn)? 12 2tt ? ，故采用對(duì)數(shù)平均溫度差，則 39。 k)； ,ci coTT—— 冷流體的進(jìn)、出口溫度， k； ,hi hoTT—— 熱流體的進(jìn)、出口溫度， k。 k 導(dǎo)熱系數(shù)W/（ m178。 管殼式換熱器的應(yīng)用已經(jīng)有悠久的歷史，而且管殼式換熱器被當(dāng)作一中傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用 。物流通過這種結(jié)構(gòu)換熱器時(shí)存在明顯的徑向變化，故不適用于有高熱效率要求的場(chǎng)合。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式 換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。因?yàn)楣苁c殼體是分離的，在受熱膨脹時(shí)，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于 進(jìn)行堵管或換管，但無法在管子 的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。 這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。 進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。例如，高爐爐氣（約1500℃）的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供 熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。它不 僅使我貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)理 論知識(shí)，還培養(yǎng)和提高我們?nèi)后w合作、相互配合的工作能力。它對(duì)提高學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力以及培養(yǎng)學(xué)生的工作作風(fēng)、工作態(tài)度和處理問題等方面具有很重要的意義。 設(shè)計(jì)的前半部分是工藝計(jì)算部分，主要是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件估算換熱面積，從而進(jìn)行換熱器的選型，校核傳熱系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算。 這次設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容為換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 由于水平有限，在設(shè)計(jì)過程中一定存在許多疏漏和不夠合理之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。 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。冷、熱流體被一固體壁面隔開，通過壁面進(jìn)行傳熱。 流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次就稱為一個(gè)殼程，而圖 121所示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器。因此， 當(dāng)管束與殼體溫度差超過 50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。 管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭 7 管板上，浮頭管板 夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈 之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動(dòng)的浮頭，故當(dāng)管束與殼體受熱伸 長(zhǎng)時(shí)，兩者互不牽制，因而不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。 （ 4） 雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖 4。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，造價(jià)也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。國(guó)內(nèi)已使用的 新效的 換熱管有以下幾種： （ 1） 螺紋管：又稱低翅片管，用光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻 倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。工藝設(shè)計(jì)中包括了熱力設(shè)計(jì)以及流動(dòng)設(shè)計(jì)，其具體運(yùn)算如下所述： 設(shè)計(jì)條件 表 21 原油 與初頂油氣 的操作參數(shù) 原油 初頂油氣 工作 壓力 （ Mpa） 進(jìn)口溫度（176。 K/w 原油 65 900 初頂油氣 115 760 核算換熱器傳熱面積 流動(dòng)空間的確定 選擇被冷卻的 初頂油氣 走 管 程，被加熱的原油走 殼程。 有效平均溫差 39。A 339。 K/w； id 、 od 、 md —— 分別是傳熱管內(nèi)徑、外 徑 及平均直徑， m； wλ —— 傳熱 管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)， W/（㎡﹒ K）； b —— 傳熱管壁厚， m。 928i?? W/（㎡﹒ K） 775i?? W/（㎡﹒ K） 300bl mm? 15 因?yàn)闅んw選擇為卷制圓筒，根據(jù) GB1501999 可知?dú)んw內(nèi)徑 600iD DN mm?? 。 0. 86 91 .4 78 .6mmtt? ? ? ? ?℃ 。039。由于流動(dòng)的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地分析影響這種復(fù)雜流動(dòng)的各種因素，精確地計(jì)算壓力降是相當(dāng)?shù)睦щy。2 2(3 .5 ) 2bob ilupN D ???； 式中： F —— 管子排列方法對(duì)壓力降的修 正系數(shù)，對(duì)三角形排列 ? 。1 Pa? 39。 殼體與管箱厚度的確定 根據(jù)給定的流體的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計(jì)溫度為 400℃； 設(shè)計(jì)壓力為 。 前端管箱 厚度計(jì)算 前端管箱為橢圓形管箱，這是因?yàn)闄E圓形封頭的應(yīng)力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。 1 2 . 5 7 0 0 7 . 0 42 1 2 5 1 0 . 5 2 . 52 0 . 5cih t cD mm? ? ?? ??? ? ?? ? ? ?? ? ?； 設(shè)計(jì)厚度 39。 10nh mm? ? 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。en C m m??? ? ? ? ? 則多余的金屬面積 1A 為： 154d mm? mm? 6et mm? ? mm? 308B mm? 1 mm? 2 0h mm? 8e mm? ? 26 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( 1 )( 30 8 15 4) ( 8 6. 1 ) 2 6 ( 8 6. 1 ) ( 1 0. 68 8 )28 5. 5e e t e rA B d fmm? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ??； ② 接管多余金屬面積： 接管計(jì)算厚度： ? ? 2 . 5 1 5 0 2 . 22 8 6 1 2 . 52 cit t d mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?； 接管多余金屬面積 2A ： 2 2 1 2 222 ( ) 2 ( )2 ( 6 ) 0178 .2h e t t r e t rA A h f h C fmm? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??； ③ 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為 6mm）： 3 12 6 6 3 62A m m? ? ? ? ?； ④ 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 1 2 3 285 .5 178 .2 36 500eA A A A m m? ? ? ? ? ? ?； 另需補(bǔ)強(qiáng)面積 24 1 2 3( ) 96 50 0 46 A A A A m m? ? ? ? ? ? ?； 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 根據(jù)接管公稱直徑 DN150，參照 JB/T47362021 補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)選取補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑 2 300D mm? ，內(nèi)徑 1 164D mm? （選用 E型坡口）。 ②開孔直徑 2 1 5 0 2 2 1 5 4 3 0 02 ihi Dd d C m m m m? ? ? ? ? ? ? ?， 滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 39。 39。 39。220 8 12 .6m i n 00h ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 內(nèi) 伸 長(zhǎng) 度； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ①外頭蓋多余金屬面積： 外頭蓋有效厚度： 39。 56B mm? 39。 39。 39。 39。 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。 32 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)。 脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場(chǎng)合。n —— 隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)； S —— 換熱管中心距； nS —— 隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距； tA —— 管板布管區(qū)面積， 2mm ；對(duì)多管程正方形排列換熱器， 2tdA n S A??； lA —— 管板布管區(qū)內(nèi)開孔后的面積， 2mm ； 24lt dA A n ??? ； a —— 一根換熱管管壁金屬的橫截面積， 2mm ； GD —— 固定端管板墊片壓緊力作用中心圓直徑， mm ；根據(jù)所選的墊片的尺寸， 34 且選擇其壓緊面型式為 GB150 表 91 的 1a ， 可 知 密 封 面 寬 度0 6 6 5 6 2 5 1 0 6 . 422Nb m m m m?? ? ? ?；則 02 .5 3 2 .5 3 1 0 8 6 .4b b m m m m? ? ? ? ?，故 665 2 8 649GD m m? ?