【正文】 5%的面積裕度， 21 .1 5 1 2 .1 3 6 8 mSA??? 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 選用 19mm 2mm? ? 的 較高級冷拔碳鋼管，管內(nèi)流速參照表 22 取 39。 (2)專家系統(tǒng)：專家系統(tǒng)在換熱器的設(shè)計和選型中應用較快。 國外研究現(xiàn)狀 對國外換熱器市場的調(diào)查表明， 列管 式換熱器占 64%。 (3)U形管式換熱器 U 形管換熱器每根管子都彎成 U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補償問題。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促進了其自身的發(fā)展。 換熱器的分類 根據(jù)換熱的目的和工藝要求不同，換熱器的結(jié)構(gòu)型式必然是五花八門，其分類也是多種多樣。如果水垢不能被及時地清除，就會面臨設(shè)備維修、停機或者報廢更換的危險。 管殼程壓力降經(jīng)計算滿足工藝要求。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%~20%；在煉油廠中，約占總投資的 35%~40%。又如對于熱敏性大的液體，能否精確控制它在加熱過程中的溫度和停留時間，往往就成為選型的主要前提。 為了克服溫差 應力必須設(shè)有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差 50℃ 以上時，為安全起見，換熱器應有相應的溫差補償裝置。 此種換熱器 與浮頭式、 U形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)圖 11 帶膨脹 節(jié)溫差補償型固定管板式換熱器 圖 13 U形管式換熱器 安徽工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 構(gòu)的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。相對于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn) 象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動誘導振動 。 并且兩流體的溫差小于 50℃ ，可以不設(shè)置溫度補償。 （ 1）切去的圓缺高度 常用 的折流板形式有弓形和圓盤 圓環(huán)形兩種。 核算壁溫 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁壁溫按下式計算： hhcchhmccmRRRtRTt??????????? ?????????? ??????1111 12 65 60 C22m TTT ? ?? ? ? ? (230) 210 . 4 0 . 6 0 . 4 3 3 . 5 0 . 6 2 5 2 8 . 4 Cmt t t? ? ? ? ? ? ? ? (231) 式中： ?1T 有機液進口溫度 ， C? ； ?2T 有機液出口溫度 , C? ； ?1t 循環(huán)水進口溫度 , C? ； 2t? 循環(huán)水出口溫度 , C? ； 27 4 1 4 .9 W m Cci??? ? ??； 21 7 3 6 .8 6 W m Cho??? ? ??。 設(shè)計厚度： 2 3 2 5 m md C??? ? ? ? ? (32) 名義厚度： ???? 1Cdn ?? (33) ???? ? ??? 圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，取 8mmn? ? 。 （ 2）開孔所需的補強面積 開孔所需的補強面積 先計算強度削弱系數(shù) rf ， ? ?? ? 957 189181 ??? rtnrf ??，接管有效厚度 4 2 2m me t n t C??? ? ? ? ?。 ②有效高度 外側(cè)有效高度 1h ： 1 1 0 4 4 2 0 . 4m mnthd ?? ? ? ? (322) 1 150mmh? （實際外伸高度） 取以上兩式的最小值，故 1 ? 。 劉松：反應釜冷卻器設(shè)計 17 管箱短節(jié)、封頭厚度計算 管箱短節(jié)厚度計算 由工藝設(shè)計給定的設(shè)計參數(shù)為：設(shè)計溫度 ? ，操作壓力為 ， 管箱材料選用 Q345R 卷制，查閱 GB1502020，材料在 ? 時許用應力為 ? ? 189MPat? ? [4]，厚度負偏差 1 ? ，腐蝕裕量 2 2mmC ? ，焊接系數(shù) ?? ，所選材料的屈服應力345MPas? ? [4]， 。 劉松：反應釜冷卻器設(shè)計 13 殼體平均壁溫，近似取殼程流體的平均溫度，即 CT??。 （ 2）折流板的板間距 最小板間距，取殼體內(nèi)徑的 1/5 或 50mm中的較大值。在低 Re 值下達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)； ，對于固定管板式換熱器，應使對流傳熱系數(shù)大的流體走殼程，這樣可使管壁與殼體的溫度接近，減小熱應力； 劉松：反應釜冷卻器設(shè)計 7 實際工作中，以上 各項往往難以兼顧，需要根據(jù)具體情況滿足最重要的幾個方面?；静淮嬖谡饎优c傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。一般殼程壓力超過 時，由于 補償圈過厚難以伸縮，會失去溫差補償作用，此時就應考慮其他結(jié)構(gòu)。 同樣，換熱介質(zhì)的流量、工作溫度、壓力等參數(shù)在選型時也很重要，例如板式換熱器雖然高效緊湊、性能好，但是由于受結(jié)構(gòu)和墊片性能的限制，當壓力或溫度稍高，或者流量很大時就不適用了。 在 工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝過程規(guī)定的指標，以滿足 工藝過程的需要。 結(jié)論表明各承壓原件處的強度設(shè)計均滿足強度要求， 最后設(shè)計結(jié)果可通過 八 張圖表現(xiàn)出來。為了滿足不同 的工藝要求，產(chǎn)生了許多種列管式換熱器，有固定管板式換熱器、填料函式換熱器、浮頭式換熱器和 U型管式換熱器。在換熱設(shè)備中，應用最為廣泛的是管殼式換熱器。 列管式換熱器是把換熱管束與管板連接后，再用筒體與管箱包起來，形成兩個獨立的空間：管內(nèi)的通道及相連通的管箱，稱為管程空間（簡稱管程 ） ；換熱管束外的通 道及相貫通的部分，稱為殼程空間（簡稱殼程）。其缺點是結(jié)構(gòu)復雜，造價高，且浮頭管板和浮頭蓋連接處發(fā)生 泄漏時不易檢查。目前 對高效列管式換熱器的研究主要集中在強化管程和殼程兩個方面，且以實驗的研究方法為主。目前出現(xiàn)的最新技術(shù)動向有： (1)計算流體力學：計算流體力學 (CFD)是指運用計算機的軟硬件技術(shù)，建立流體的流動和熱傳遞模型，并進行計算機模擬和仿真，從而對流體的流動區(qū)域和熱傳遞的分布進行更詳細的預測。 1 65CT?? 2 60 CT ?? 1 25Ct ?? 2 Ct ?? 熱負荷 : 31 1 1 2 4 0 0 0 0 3 . 5 3 4 1 0 ( 6 5 6 0 )( ) 1 9 6 3 3 3 . 3 3 W3600mpQ q C T T ? ? ? ?? ? ? ? (21) 忽略熱損失，則水的用量為 ： 2 32 2 1 1 9 6 3 3 3 . 3 3 1 9 8 9 3 . 0 4 8 k g h( ) 4 . 1 8 0 1 0 ( 3 3 . 5 2 5 )m p Qq C t t? ? ?? ? ? ? (22) 計算逆流平均溫度差 有機液溫度： 65 C? →60 C? 冷卻水溫度： C? ←25 C? 因此 1 6 0 2 5 3 5 Ct? ? ? ? ? 2 6 5 3 3 .5 3 1 .5 Ct? ? ? ? ? 逆流 溫差 121235 31 .5 33 .2 2 Cl n( ) l n( 35 31 .5 )m ttt tt? ? ? ??? ? ? ? ??? (23) 估算傳熱面積 （ 1）初選總傳熱系數(shù) K 查 參考文獻 [1]，參照總傳熱系數(shù)的大致范圍，同時考慮到殼程冷卻水的壓力較高，故可選較大的傳熱系數(shù)，現(xiàn)假設(shè) 2560 W m CK ? ??。 為了防止積液，應在折流板上開通液口，如圖 21 所示 ，折流板圓缺水平安裝。 殼程流動阻力按下式計算： ? ? Sso NFppp 21 ????????? （對于液體 ?s ） 流體流經(jīng)管束的阻力： ? ? 21 21 oBco uNnFfp ????? 式中： ????F 管子排列方式對壓力降的校正系數(shù)，正三角形排列 ?F ,正方形直列?F ，正方形錯列 ?F ； ????of 殼 程 流 體 的 摩 擦 系 數(shù) ， 當 Re 500o ? 時，? ? ???? ??oof ； ???? 橫 過管束中心線的管數(shù)， ??? Tc Nn 。 有效厚度： 12 5 .2 5 m men CC??? ? ? ? (310) 水壓試驗壓力： ? ?? ?1 .2 5 1 .2 5 1 .3 2 1 1 .6 5 M PaTc tpp ??? ? ? ? ? (311) 水壓試驗應力校核： ? ? ? ?1 . 6 5 3 0 0 5 . 2 5 4 7 . 9 6 8 M P a2 2 5 . 2 5T i eTepD ?? ? ? ? ?? ? ?? (312) 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。 管箱接管開孔補強校核 （ 1） 補強及補強方法的判別 ： ①補強判別 管箱開孔處接管 分別為 89mm 4mm? ? 無縫鋼管（ 80mmDN? ）和 25mm 2mm? ? 無縫鋼管（ 20mmDN? ）。 表 31 不另行補強的接管最小厚度 接管公稱外徑 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 因此只需要對 108m m 4mm? ? 無縫鋼管開孔處進行開孔補強校核?！?/ W 阻力 損失 /MPa 熱負荷 /W 傳熱溫差 /℃ 傳熱系數(shù) / W/(m2 當量直徑由正三角形排列得 劉松：反應釜冷卻器設(shè)計 11 2 2 2 2334 4 0 . 0 2 5 0 . 0 1 92 4 2 4 0 . 0 1 7 3 m m3 . 1 4 0 . 0 1 9oeotdd d???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? (215) 殼程通 流截面積 0. 28 0. 3 1 0. 02 01 6 dS B D t?? ??? ? ? ? ? ? ????? ???? (216) 殼程流體流速、雷諾數(shù)及普朗特數(shù)分別為 ? ?4 0 0 0 0 3 6 0 0 7 6 3 . 1 0 . 7 2 2 m s0 . 0 2 0 1 6ou ??? (217) 3 ?? ??? ?o (218) 33 ????? ?o (219) ? ? 10 . 5 5 230 . 1 9 20 . 3 6 1 6 2 6 5 . 4 9 1 0 . 7 8 6 0 . 9 5 1 7 3 6 . 8 6 W m C0 . 0 1 7 3o? ? ? ? ? ? ? ? ? (220) （ 2） 管程給熱系數(shù) 管程通流截面積 2 3 20. 78 5 0. 01 5 18 3. 17 92 5 10 miS ?? ? ? ? ? (221) 管程流體流速、雷諾數(shù)及普朗特數(shù)分別為 ? ?31 9 8 9 3 . 0 4 8 3 6 0 0 9 9 6 . 3 1 . 7 4 4 5 m s3 . 1 7 9 2 5 1 0iu ????? (222) 0 49 4 3 ?? ??? ?i (223) 33 ????? ?i (224) 因為： (1)Re 10000i ? ； (2) 160rP?? ； (3)管長與管徑之比 50ld? ，即進口段只占換熱管總長很小一部分，管內(nèi)的流動是充分發(fā)展的； (4)流體是低黏度的（不大于水粘度的 2 倍）。拉桿中心至折流板缺邊的距離應盡量控制在換熱管中心距劉松：反應釜冷卻器設(shè)計 9 的 (～ ) 3 范圍內(nèi) ； 殼體內(nèi)徑 采用四管程結(jié)構(gòu)，根據(jù)參考文獻 [16]，管板利用率 ~?? ，取 ?? ，則殼體內(nèi)徑 1 . 0 5 1 . 0 5 2 5 7 2 0 . 7 2 6 6 . 2 2m mTD t N ?? ? ? ? ? (211) 圓整取 300mmD? 。 安徽工程大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 換熱器的工藝 設(shè)計 設(shè)計有關(guān)參數(shù) 表 21 設(shè)計有關(guān)參數(shù) 物 料 溫 度 C? 質(zhì)量流量kgh 操作壓力 MPa 比熱KJ kg C?? 密度3kgm 導 熱 系 數(shù)W