【正文】 4． 6 鞍座校核 因封頭為標準橢圓封頭，則可將其折算為直徑等于圓筒直徑，長度為 H32的圓筒，則換熱器總重作用長度為 39。 ? ?0 .4 0 .4 1 0 5 0 .8 5 3 5 .7tP ?? ? ? ? ? ? （ 41） 筒體計算厚度為 ? ? 0 . 5 6 0 0 1 . 6 82 1 0 5 0 . 8 5 0 . 52 itPD P? ? ?? ? ?? ? ???(mm) （ 42） 筒體設計厚度 2 C??? ? ? ? ?(mm) （ 43） 筒體名義厚度 1Cdn ???? ??? （ mm） （ 44） 對于 600ND ? mm 的筒體，要求 6n?? mm，綜合考慮取 8n?? mm。 結(jié)構(gòu)尺寸 殼體的公稱直徑 ND 為 600mm，根據(jù) GB1511999 選取隔板最小厚度不得小于 8mm. 3. 9 換熱管 材料的選取 管 子 材 料 為 無 縫 碳 鋼 管 ， 選 用 標 準 為 8163GB ， MPab 390?? ，? ? 130t MPa? ? ， 5 6 12. 02 10 , 12 .9 5 10ttE M P a C? ??? ? ? ? ?。 因為右邊管箱有接管，選取管箱總長為 mm600 ；選取左邊管箱總長為200mm。 殼程流通面積 200 )()( mdnDBS c ?????? （ 222） smSVu / 789/3600/25000000 ??? （ 223） 5003116 3000 ??? ???? ?? ?ud （ 224） ?? ?f （ 225） 所以 39。 取殼程接管內(nèi)流體流速為 ，則殼程接管內(nèi)徑為 0 04 4 2 5 0 0 0 / 3 6 0 0 / 7 8 9 0 . 1 1 43 . 1 4 0 . 5oVDmu? ?? ? ?? （ 212） 式中 0D ——殼程接管內(nèi)徑， mm； 0V ——混氫油的體積流量， m3/s； 0u ——混氫油的流速， m/s。 2． 1 設計條件 表 21 設計條件 殼程 管程 流體名稱 混氫油 反應產(chǎn)物 總流量（ t/h） 25 工作溫度 / 進 / 出 (℃ ) 134/316 370/210 壓力 /(MPa) 2． 2 確定物性數(shù)據(jù) 在以上條件下，查得其基本物性數(shù)據(jù)為： 表 22 物性數(shù)據(jù) 介 質(zhì) 密度（ kg/m3） 比熱容（ KJ/kg℃ ） 黏度（ Pas） 導熱系數(shù)（ W/(m℃ )） 反應產(chǎn)物 994 4． 174 0． 735103 0． 626 混氫油 789 103 2． 3 符號說明 ? 0——熱流體的密度， kg/m3； ? 0——熱流體的黏度， Pas；第二章 換熱器的工藝計算 9 ? 0——熱聯(lián)體的導熱系數(shù)， W/(m℃ )； 0Cp ——熱流體的比熱容， KJ/kg℃ ； iCp ——冷流體的比熱容， KJ/kg℃ ； ? i——冷流體的密度， kg/m3 ? i——冷流體的黏度， ? i——冷流體的導熱系數(shù)， Tn ——換熱管數(shù)目。其分類有： （ 1）通過管壁傳熱的換熱器（即 “管式 ”） ① 蛇管式換熱器 ② 套管式換熱器 ③ U 型管式換熱器：這類換熱器又可分為 U 型管式、 U 形管式和浮頭式。其中尤以研制新的墊片材料，改進密封結(jié)構(gòu)，增強板片的剛度，以便提高操作溫度和操作壓力，擴大使用范圍等，將是今后發(fā)展的重點。這一時期，管式換熱器在所有的換熱設備中占據(jù)著絕對優(yōu)勢。用普通換熱器將空氣預熱至 300～ 400℃ ，一般可節(jié)約燃料 15%～ 25%，用高溫換熱器時可以取得更好的效果，節(jié)約燃料可達 40%以上。其實，蒸汽鍋爐本身也可以看作是一個大型復雜的換熱器。在制冷工業(yè)中，以食品冷藏業(yè)常用的以氨為制冷劑的蒸汽壓縮制冷裝置為例，經(jīng)過壓縮機壓縮后的氣態(tài)氨在冷凝器中被冷凝為液體；液化后的高壓液態(tài)氨在膨脹機或節(jié)流閥中絕熱膨脹，使溫度下降到遠低于周圍環(huán)境的溫度；這種低溫氨流體在流經(jīng)蒸發(fā)器時吸熱蒸發(fā)而回復到原先進入壓縮機時的氨氣狀態(tài)。 學號： 畢業(yè)設計說明書 U 型管換熱器設計 U tube heat exchanger design 學院 機電工程學院 專業(yè) 化工設備與機械 班級 學生 指導教師（職稱） 完成時間 年 月日至 年 月 日 摘要 III 摘要 換熱器是許多工業(yè)部門廣泛應用的工藝設備。然后，再重復新的循環(huán)。燃料在爐膛中燃燒產(chǎn)生的熱量，通過爐膛受熱面、對流蒸發(fā)受熱面、過熱器及省煤器加熱工質(zhì)，使工質(zhì)汽化、過熱成為能輸往蒸汽輪 機的符合要求的過熱蒸汽。燒低熱值染了的加熱爐，將空氣和煤氣預熱至 300℃ ，可使升溫速度提高 1～ 2 倍，可使產(chǎn)量提高 20%～ 30%。 ② 出現(xiàn)了多種板式結(jié)構(gòu)換熱器 由于 “板式 ”傳熱表面的傳熱性能比 “管式 ”優(yōu)越，相繼出現(xiàn)了板式、 螺旋板式、板肋式、板殼式等以板片為基本構(gòu)件的換熱器。 螺旋板換熱器的近期發(fā)展，將對其各種結(jié)構(gòu)形式的換熱器擴大其應用場合，同時，如何進一步提高其承壓能力，增大處理量，并改進焊接工藝，以適應石油及化學工業(yè)的要求。 （ 2）通過板面?zhèn)鳠岬膿Q熱器（即 “板面式 ”） ① 螺旋板式換熱器 ② 板式換熱器 ③ 傘板式換熱器 ④ 板翅式換熱器 ⑤ 板殼式換熱器 （ 3）其它形式的換熱器 這類換熱器一般都是為了 滿足某些特殊要求而出現(xiàn)的，有些還處于發(fā)展階段，其中比較成熟的，如回轉(zhuǎn)式換熱器和熱管等。 2． 4 流體走向的確定 兩流體為均不發(fā)生相變的傳熱過程，因反應產(chǎn)物的對流傳熱系數(shù)一般較大，且易結(jié)垢，故選擇冷卻反應產(chǎn)物走換熱器的管程，混氫油走殼程。 綜合考慮無縫鋼管標準尺寸、接管直徑與筒體內(nèi)徑關(guān)系以及補強需要，取管程接管為 ?? ，殼程接管為 ?? 。1P? = 2 ?????? PaP 5082 ) (24 239。管箱壁厚按 GB1511999，管箱壁厚不得低于圓筒的最小厚度 6mm。 結(jié)構(gòu)尺寸 由工藝計算選用無縫碳鋼管型號 ?? ，外徑偏差為 ? ， 厚度偏差為 %12%10??。有效壁厚為 12 8 CC??? ? ? ? ? ? ?(mm) （ 45） 取試驗溫度為 30℃ ，則 ? ? aMP111?? 。1 444 5 0 0 2 1 5 0 1 5 0 5 0 0 0 ( m m )33L L H? ? ? ? ? ? ? ? （ 432） 則換熱器筒體及管箱封頭的近似質(zhì)量為 2 2 39。 （ 430） 23 )32600()()( ????????? ?? = ? ? M P aM P a tf ?? ? 殼程圓筒軸向應 力 sBA? ac PGQBA 2)1(???? ??? （ 431） )( )( 3 ??? ????? ? ? ? 1 7 ?????? tcM P a ?? = 廣東石油化工學院專科畢業(yè)設計： U 型管換熱器設計 30 經(jīng)校核，都符合強度要求。結(jié)構(gòu)如下廣東石油化工學院?？飘厴I(yè)設計： U 型管換熱器設計 24 圖 39 封頭 第四章 換熱器的強度計算 25 第四章 換熱器的強度計算 4． 1 筒體壁厚計算 筒體縱向焊接采用相當于雙面焊的全焊透方式進行對接焊，進行局部無損探傷， 取 ? ? ， ??t? =170MPa，腐蝕裕量 2C =，厚度負偏差1C ? mm。 結(jié)構(gòu)尺寸 選擇管板 兼做法蘭的結(jié)構(gòu)，依據(jù)所選管箱法蘭尺寸，如下表 35： 35 管板參數(shù)（ mm） DN D D1 D2 D3 D4 D5 c d2 螺栓 bf b 600 715 680 650 597 637 600 18 M16 24 30 40 結(jié)構(gòu)型式 圖 35 帶法蘭管板 第三章 換熱器的機械設計 21 3. 8 材料 材料的選取 分程隔板應采用與封頭、管箱同等材料，選用 RQ345 ，選用鋼板標準為2021713?GB ， 熱 軋 鋼 板 ， b? =510MPa ， s? =345MPa ， 在 設 計 溫 度 下? ? MPat 170?? ， 10fE M P a?? 。管箱長度尺寸的確定是以保證流體分布均勻、流體合理以及強度因素來確定最小長度，而以制造安裝方便來限制最大長度的。 24?BN 。 2. 8 接管 根據(jù)流體的操作情況及結(jié)構(gòu)尺寸要求，取管程接管內(nèi)流體流速為 ，則管程接管內(nèi)徑為 04 4 1 6 2 8 3 / 3 6 0 0 / 9 9 40 . 1 0 83 . 1 4 1 . 5ii VDmu? ?? ? ?? （ 211） 式中 iD ——管程接管內(nèi)徑， mm； iV ——冷卻反應產(chǎn)物的體積流量， m3/s； iu ——冷卻反應產(chǎn)物的流速， m/s。 廣東石油化工學院?？飘厴I(yè)設計： U 型管換熱器設計 8 第二章 換熱器的工藝計算 U型管式換熱器的工藝設計只要包括以下內(nèi)容： 1． 根據(jù)換熱任務和有關(guān)要求確定設計方案； 2． 初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)和尺寸； 3． 核算換熱器的傳熱面積和流體阻力； 4． 確定換熱器的工藝結(jié)構(gòu)。 4．按換熱器傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)分類 它用于區(qū)分各種形式的間壁式換熱器。 板式換熱器：該種形式的換熱器進一步發(fā)展的趨勢，將是提高操作溫度和操作壓力，設計大型板片以增大它的處理量，擴大它的使用范圍 ，并采用新的結(jié)構(gòu)材料和新的制造工藝。為了提高換熱器的效率， 30 年代已出現(xiàn)了肋片管式換熱器。裝設換熱器利用煙氣余熱來預熱工業(yè)爐的進風，可使工業(yè)爐本身的熱效率得到提高，因而可以節(jié)省爐用高質(zhì)燃料。 在火力發(fā)電廠中，裝有空氣預熱器、燃油加熱器、給反應產(chǎn)物加熱器、整齊冷凝器等一系列的換熱器。 換熱器在化工行業(yè)中的應用是十分廣泛的，各種化工生產(chǎn)工藝就都要用到它。設計中考慮操作 條件及介質(zhì)的特性，本設計采用 U 型管式換熱器結(jié)構(gòu)。在其他各種制 冷裝置中，都存在冷凝器和蒸發(fā)器等換熱器。 在核電長中，蒸汽發(fā)生器是一項很重要的工藝設備。對于燒油的爐子，預熱工期有助于染有霧化質(zhì)量的改善，使燃料得到充分的燃燒。與管式換熱器相比，這些板式結(jié)構(gòu)換熱器的突出優(yōu)點是傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小、因此受到各工業(yè)部門的重視。 1． 2 換熱器的分類及其特點 換熱器的類型隨工業(yè)發(fā)展而增多 ,早期的換熱設備由于制造工藝和科學反應產(chǎn)物平的限制 ,多有結(jié)構(gòu)簡單、換熱面積小和體積較大等特征。 第一章 緒論 7 1． 3 U 型管式換熱器的設計 U 型管式換熱器的設計資料較完善，已有系列化標準。 2． 5 估算傳熱面積，初選換熱器的規(guī)格 計算熱負荷和冷卻反應產(chǎn)物的用量 )( 00 ih TTCpWQ ?? = 32 5 0 0 0 2 .3 9 1 0 ( 3 1 6 1 3 4 ) / 3 6 0 0 3 0 2 0 6 9 4 W? ? ? ?（ 21） )( 0ttCp QW iic ?? = 33 0 2 0 6 9 4 3 6 0 0 1 6 2 8 3 /4