【正文】 個(gè)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。其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)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 。 5 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣氣熱交換的場合。 換熱器在設(shè)計(jì)過程中為技術(shù)分析與產(chǎn)品開發(fā)可以為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)廣闊的思維想象空間，還能激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新意識。 1 目 錄 摘要 ................................................................. 1 Abstract ............................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。它不僅使我貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)理 論知識，還培養(yǎng)和提高我們?nèi)后w合作、相互配合的工作能力。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”。 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。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。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合。 k 導(dǎo)熱系數(shù)W/（ m178。 2121199 31 lnln 31mttt tt? ?? ? ?℃ 。 928 775ii??? ? ? ? ?W/（㎡﹒ K） ； 殼程流體傳熱膜系數(shù) Oα ： 其計(jì)算過程如下： 換熱器內(nèi)需裝弓形折流板，根據(jù) GB1511999 可知，折流板最小的間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的 1/5，且不小于50mm ，故根據(jù)浮頭式換熱器折流板間距的系列標(biāo)準(zhǔn)，可取折流板間距 300bl mm? 。 K ?估 ? ? ?? ℃ ? 39。 其中： 239。 ? ? ? 200st ? ℃ 到此換熱器的工藝計(jì)算告一段落，其中工藝計(jì)算的主要目的是計(jì)算出其換熱面積，選出相應(yīng)的換熱器型式，因此，接下來應(yīng)該是進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度計(jì)算。 23 選 用 標(biāo) 準(zhǔn) 橢 圓 形 封 頭 ，故 1?? ， 且 同 上120。 24 ②開孔直 徑 2 1 5 0 2 2 1 5 4 3 0 02 ii 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。 mm? ? 28 度為 6mm，即 39。39。 6et mm? ? 39。 2 . 5 1 6 0 . 2 3 52 8 6 1 2 . 52 cit t d mm? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?； 接管多余金屬面積 2A ： 39。22 mm? 39。 強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計(jì)壓力小≤ ；設(shè)計(jì)溫度≤ 300℃；操作中無劇烈振動(dòng)、無過大的溫度波動(dòng)及 無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。39。 管箱 作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。1 2 3 31 14 5. 3 16 17 6. 3he h h hA A A A m m A? ? ? ? ? ? ? ? 由此可知已經(jīng)達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)的目的。 39。 8 2 6 。 39。he hn C mm??? ? ? ? ? 則多余的金屬面積 1A 為： 1 ( ) ( ) 2 ( ) ( 1 )( 308 154) ( 8 ) 2 6 ( 8 ) ( 1 )296h h h he h e t he h r hA 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 1 2 222 ( ) 2 ( )2 35. 1 ( 6 ) 88 0h h e t t r h h e t r hA h f h C fmm? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ??； ③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為 6mm）： 3 12 6 6 3 62hA m m? ? ? ? ?； ④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 1 2 3 2 8 5 .5 1 7 8 .2 3 6 5 1 0 .2he h h hA A A A m m? ? ? ? ? ? ?； 另需補(bǔ)強(qiáng)面積 24 1 2 3( ) 95 1. 2 51 0. 2 44 1h h h h hA 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）。開孔之后，出削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。 2C C mm??，則封頭計(jì)算厚度為： ? ? 1 2 . 5 6 0 0 6 . 0 32 1 2 5 1 0 . 5 2 . 52 0 . 5cih t cD mm? ? ?? ??? ? ?? ? ? ?? ? ?； 設(shè)計(jì)厚度 2 2 h h C m m??? ? ? ? ?； 名義厚度 1 8 .0 3 0 1 0n h d h C m m??? ? ? ? ? ? ?（ 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒有變化，故合適 1?? 120?！?/w； ,mmTt—— 分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； ,ioTT—— 分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，℃； ,iott—— 分別為冷流體的進(jìn)、出口溫度，℃； mt —— 流體的有效平均溫差，℃； ? —— 以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的給熱系數(shù)， W/（ m178。39。20 3 3 3 2 . 1 2 1 6 . 21 9 1 . 6 7 8 . 6mQAmKt? ? ??； 校核： 39。 先計(jì)算校正系數(shù) ? ： 551 . 8 1 . 86 1 0 6 1 01 1 0 .8 3 5R e 4 4 1 3??? ? ? ? ? ?； 而湍流情況下的 39。其中 1t 為較小的溫度差， 2t 為較大的溫度差。 C） 出口溫度（176。 8 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) 包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高的工作效率。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接， 因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。 換熱器的分類及特點(diǎn) 按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類： 又稱混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。其中，工藝計(jì)算主要是確定換熱器的換熱面積、換熱器的選型、壓降計(jì)算、壁溫計(jì)算等；而結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)則主要包括：管板厚度計(jì)算、換熱管的分布、折流板的選型、浮頭蓋及浮頭法 蘭的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以及各種零部件的材料選擇等。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過 6 張圖表現(xiàn)出來。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，約占總投資的 35%～ 40%。 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) 由于設(shè)計(jì)題目是 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，而浮頭式又屬于 管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。其特點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。 （ 3） 表面多孔管：該管為光管表面形成一層多孔性金屬敷層，該敷層上密布的小孔能形成許多汽化中心，強(qiáng)化沸騰傳熱。 初算換熱器傳熱面積 39。 ? ℃ K估 =180W/（㎡﹒℃） 39。 K/W 10soR ??? m2178。 其 中， Lp 、 rp 、 np 的計(jì)算式如下： 2()2i i iLiilup d ???； 23( )2iir up ??； ( )2iin up ??； 式中： iu —— 管內(nèi)流速， /ms； id —— 管內(nèi)徑， m ；l —— 管長， m ； i? —— 摩擦系數(shù)，無量綱，可由下式求取； i? —— 管內(nèi)流體密度， 3/kgm 。 則有： 239。 圓筒殼體厚度的 計(jì)算 焊接方式：選為雙面焊對接接頭， 100%無損探傷，故焊接系數(shù) 1?? ； 根據(jù) GB6654《壓力容器用鋼板》和 GB3531《低溫壓力容 器 用 低 合 金 鋼 板 》 規(guī) 定 可 知 對 16MnR 鋼 板 其120。 1 9 .0 4 0 1 0n h d h C m m??? ? ? ? ? ? ?（ 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒有變化，故合適。 4214 6 2 .2 3 .43 0 0 1 6 4A 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)圈的名義厚度為 6mm，即 39。 2 16 2 2 20hid d C m m? ? ? ? ? ?； 強(qiáng)度削弱系數(shù) ? ?? ?39。39。 6。 39。 查 GB1511999 可知 ， 換熱管的中心距 S=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為 44mm；同時(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（ Sd）不宜小于 6mm。 管板設(shè)計(jì) 管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管，將管程和殼程的流體分 隔開來，避免冷、熱流體混合，并同時(shí)受管程、殼程壓力和溫度的作用。 管板與殼體的連接 由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，因而換熱器固定端 的管板采用可拆式連接方式，即把管板 利用墊片 夾 持 在殼體法蘭與管箱法蘭之間。 排管 排管時(shí)須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布 置拉桿，其間距小于或等于 700mm。 39。 39。120 8 i n 70h ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 外 伸 長 度； （ b）內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為： 39。39。 1 mm? mm? ? 22 mm? 3 36A mm? 500eA mm? 24 mm? 2 300D mm? 1 164D mm? 39。 2C C mm?? 39。 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。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。 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。 K 15 00331111 10 10 775 /oso sio w m i i iKbd d dRRd d dW m K? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ? ? ????故 6180KK ??估，合適。21. 2 1. 2 * 20 2. 5 24 3A A m? ? ?，根據(jù) A 查選型手冊， 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) 采用三臺同類換熱器串聯(lián)。 k)； 管程：原油 殼程：油品 11 ,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。 （