【正文】 混合。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。 多年來(lái)發(fā)展起來(lái)的殼管式換熱器，由于其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固并能適應(yīng)很大的設(shè)計(jì)和使用條件的變化，已成為最廣泛使用的換熱器。德國(guó) Hde 公司的螺旋槽管，管內(nèi)傳熱效率明顯優(yōu)于光管 , 在 2300 Re 105 范圍內(nèi) , 提高傳熱效率 ～ 倍 , 當(dāng) 200 Re 1500 時(shí) , 提高傳熱效率 ～ 22倍。 對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器 , 若冷、熱介質(zhì)溫差大 , 因壁面溫度與換熱系數(shù)大的介質(zhì)溫度接近 , 為減小管 束與殼體的膨脹差 , 換熱系數(shù)大的介質(zhì)走殼程更加合理 , 而冷、熱介質(zhì)溫差小 , 兩介質(zhì)換熱系數(shù)相差大 , 換熱系數(shù)大的介質(zhì)走管程更加合理。為了提高換熱器傳熱能力 , 且不使換熱管太長(zhǎng) , 殼程利用橫向折流板或縱向折流板分程。 固定管板式換熱器的特點(diǎn)是：旁路滲流較?。辉靸r(jià)低；無(wú)內(nèi)漏。填料密封處于泄露，故殼程壓力不能過(guò)高， 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 8 也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場(chǎng)合。 粘度大的液體或流量較小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低 Re(Re100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。管板與管子的連接可脹接或焊接。 管板厚度 管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開(kāi)孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，而且從不同角度出發(fā)計(jì)算出的管板厚度往往相差很大。 σ s—— 屈服點(diǎn)， MPa； ｆ —— 每四根管子之間的面積， mm２ ； h1—— 曲面高度， mm； Aｔ —— 換熱管截面面積， mm２ ； ho—— 短圓筒長(zhǎng)度， mm； Aｓ —— 殼壁橫截面面積， mm２ ； h2—— 直邊長(zhǎng)度， mm； F１ —— 管、殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力， N； E—— 彈性模量，ＭＰａ； F2—— 壓力作用于殼體上的軸向力， N； ｑ ｔ —— 溫差應(yīng)力，ＭＰａ； F3—— 壓力作用于管子上的軸向力， N； l —— ①脹接長(zhǎng)度， mm ； ②最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離， mm； ｑ ｐ —— 在操作壓力下，每平方米脹接周邊受到的力，ＭＰａ； 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 18 參考文獻(xiàn) ［ 1］ 匡國(guó)柱 史啟才 ：《化工單元過(guò)程與設(shè)備設(shè)計(jì)》； ［ 2］秦叔經(jīng)、葉文邦等：《換熱器》［ M］ ，化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021 年版； ［ 3］譚天恩、竇梅、周明華等：《化工原理（第三版）上、下冊(cè)》［ M］，化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021 年版； ［ 4］《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì) 》［ M］華南工學(xué)院化工原理教研室 ,1987； ［ 5］賈紹義等：《 化工原理課程設(shè)計(jì)》［ M］，天津大學(xué)出版社 ,2021 年版； ［ 6］刁玉瑋、王立業(yè)、喻健良等：《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》［ M］，大理理工大學(xué)出版社 ,2021年版； ［ 7］ 錢(qián)頌文：《換熱器手冊(cè)》 ［ M］， 化學(xué)工業(yè)出版社； ［ 8］蔡紀(jì)寧、張莉彥：《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》［ M］，化學(xué)工業(yè)出版社 2021年版； ［ 9］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) .GB15189 鋼制管殼式換熱器 .國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布， 1989 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 19 出版； ［ 10］時(shí)均等：化學(xué) 工程手冊(cè) (第二版，上卷 ).化學(xué)工業(yè)出版社； ［ 11］ 《鋼制壓力容器》 GB1501998； ［ 12］ 《鋼制塔式容器》 JB47101992； ［ 13］ GB1511999 《管殼式換熱器》 1999 年； ［ 14］ 《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 1999 年。 因?yàn)槲业闹R(shí)有限，所做出的設(shè)計(jì)存在許多缺點(diǎn)和不足，請(qǐng)老師做出批評(píng)和指正。Ｃ 。 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 13 強(qiáng)度 校核 設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力 MpaDpeeict )( )( ?? ????? ? ?? M p at ][ ????? ﹥ t? 最大允許工作壓力 MpaDP ei etw ][2][ ?? ?????? ???? (27) 故強(qiáng)度足夠。 (a) 正方形直列 （ b）正方形錯(cuò)列 (c) 三角形直列 （ d）三角形錯(cuò)列 （ e）同心圓排列 圖 14 換熱管管板上的排列方式 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 10 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊；正方形排列便于機(jī)械清 洗。 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高，宜走管程。僅適用于管殼壁溫相差較大，或殼程截止易于結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢，高溫高壓腐蝕性強(qiáng)的情形。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。 管、殼程分程設(shè)計(jì) 管程分程設(shè)計(jì)。因此 , 在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量增加換熱器冷、熱流體的逆流比例 , 提高冷、熱流體的對(duì)數(shù)平均溫差 , 提高換熱器的傳熱能力。殼側(cè)的傳熱強(qiáng)化研究包括管型與管間支撐物的研究。水 水和水 氣換熱器的設(shè)計(jì)，大概與現(xiàn)今的設(shè)計(jì)差不多。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備 。 蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍流程度大為增加。 ：對(duì)自己所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行小結(jié)與評(píng)價(jià)，經(jīng)驗(yàn)與收獲。 6. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份 7. 繪制 2 號(hào)裝配圖一張， Auto CAD 繪 3 號(hào)圖一張（塔設(shè)備的）。 （ 1）換熱器裝配圖 （ 2）確定支座、接管、人孔、控制點(diǎn)接口及附件、內(nèi)部主要零部件的軸向及環(huán)向位置，以單線圖表示； （ 3）標(biāo)注形位尺寸。 對(duì)同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。該類換熱器適用于冷、熱流體 不允許直接接觸的場(chǎng)合。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，在許多工業(yè)部門(mén)被大量采用。經(jīng)過(guò) 長(zhǎng)期的運(yùn)用，使設(shè)計(jì)變得相當(dāng)成熟和專業(yè)化。其余 30 %為各類高效緊湊式換新型熱管和蓄熱器等設(shè)備 ,其中板式、板翅式、熱管及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。目前管內(nèi)插入物種類很多 , 如螺旋線、紐帶、錯(cuò)開(kāi)紐帶、螺旋片和靜態(tài)混合器等。同時(shí) , 由于螺紋管的螺紋結(jié)構(gòu)能有效破壞 流體邊界層 , 有效提高了換熱器的傳熱能力。為保證管程流體的均勻分布 , 充分發(fā)揮換熱管的換熱性能 , 管程進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)置在換熱器管程的底部和頂部。此種換熱器的管束不受殼體的約束，殼體與管束之間不會(huì)因?yàn)榕蛎浟康牟煌a(chǎn)生熱應(yīng)力。 U 形管換熱器具 有良好的密封性能 , 并具有檢修、清洗方便的特點(diǎn)。故擬取變換氣流速為 20m/s。 化工與材料學(xué)院 09級(jí)本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計(jì) 11 標(biāo) 準(zhǔn) 管 子 的 長(zhǎng) 度 常 用 的 有 1500mm ， 2021mm ， 2500mm ，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m 等。 C。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)對(duì)我們獨(dú)自解決問(wèn)題的能力也有所提高。在設(shè)計(jì)的最后附管試換熱器的圖，在繪圖的整個(gè)過(guò)程中，我對(duì)化工制圖更加熟悉。 C； a— — 管間距， mm； Ф —— 焊接接頭系數(shù)，無(wú)量綱； di—— 殼體內(nèi)徑， mm； b—— 正六邊形對(duì)角線上的管子數(shù)，個(gè)； do—— 殼體外徑， mm； Lｎ —— 換熱管長(zhǎng)度，ｍｍ； Pc—— 計(jì)算壓力， MPa。 管子數(shù) n LFnd 均??? (21) ? ?根均 160F L ??????ndn ? 其中安排拉桿需減少 6 根，故實(shí)際管數(shù) n=5036=497 根 管子排列方式，管間距的確定 采用正三角形排列，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 74 查得層數(shù)為 12 層 ，對(duì)角線上的管數(shù)為 25，查表 75取管間距 a=32mm. 換熱器殼體直徑的確定 lbaDi 2)1( ??? (22) 其中 壁邊緣的距離為最外層管子中心到殼l 取 dl 2? ， ? ?mm8682522)125(32 ???????iD ， 查表 25，圓整后取殼體內(nèi)徑 9?iD 00mm 換熱器殼體壁厚計(jì)算及校核 材料選用 20R 計(jì)算壁厚為：ctic pDp ?? ??? ][2 , (23) 式中 :pc 為計(jì)算壓力，取 pc =； ?iD 700mm。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。 所設(shè)計(jì)換熱器用于半水煤氣和變換氣的傳熱，粘度較小，不易結(jié)垢，不易腐蝕管道，所以選用浮頭式換熱器，浮頭便于拆卸、清洗，且半水煤氣走殼程也方便散熱，與冷卻介質(zhì)溫差較大，也避免產(chǎn)生溫差應(yīng)力產(chǎn)生管道變形。 圖 12 浮頭式換熱器 特點(diǎn)：該種換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，造價(jià)比固定管板式要高出約 20％，材料的消耗量較大，浮頭 的端蓋在操作中無(wú)法檢查，所以安裝時(shí)要特別注意其密封，以免發(fā)生內(nèi)漏，且管束和殼體間隙較大，設(shè)計(jì) 時(shí)避免短路。為保證換熱器的使用性能 , 可在殼程入口加裝防沖板 , 對(duì)介質(zhì)沖刷起到緩沖的作用 , 保護(hù)管束不受沖擊 。