【文章內(nèi)容簡介】 雜性，要準確地分析影響這種復(fù)雜流動的各種因素，精確地計算壓力降是相當(dāng)?shù)睦щy。 下面通過埃索法來計算： ?Po=(?P1+?P2)FsNs (221) 式中：?P1——流體橫過管束的壓力降，Pa； ?P2——流體通過折流板缺口的壓力降，Pa； ——殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，無因次，；。其中：?P1=Ff0ncNb+1ρuo22。 (222) ?P2=； (223)式中：F——管子排列方法對壓力降的修正系數(shù)，對三角形排列F=,對正方形排列F=，對轉(zhuǎn)置正方形排列F=；fo——殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng)Re500時 ， fo= (224) ——橫過管束中心線的管子數(shù)，對三角形排列nc=；對正方形排列nc=；Nt為一臺換熱器的中管子的總數(shù)。 uo——按殼程流通截面AO計算的流速，ms； Nb——折流板的數(shù)量。其中： A0=lbDincdo= (225) = =因此 uo=mhρhAO=5/=； (226) fo== nc==48= Nb===，取整為5。則有： ?P1=6989=。?P2=5989= Pa。 ?Po=(+)4=由于殼程壓降很小，如上計算所示，可知此時的壓力降在合理范圍之類，這樣設(shè)計合理。 換熱器壁溫計算 換熱管壁溫計算符號說明：——以換熱管外表面積為基準計算的總傳熱系數(shù)， W/（m℃）； Rsi、Rso——分別為管程和殼程的污垢熱阻，㎡K/w； Tm、tm——分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； T1O, T2O ——冷流體的進、出口溫度，k； T1i,T2i——熱流體的進、出口溫度k。 ?tm——流體的有效平均溫差，℃； hi——以換熱管外表面積為基準計算的給熱系數(shù)， W/（m℃）。熱流體側(cè)的壁溫： tth=TmK(1hi+)?tm （227） =(+104) =℃；冷流體側(cè)的壁溫： ttc=tm+K(1ho+)?tm （228） =+(11242+104) =℃所以 tt=tth+tc2=+=℃。 （229） 圓筒壁溫的計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：?tm=℃.殼程: 水管程:泥漿水的物性參數(shù):ρo =989kg/m3μo=co=Pro=QO=105WT2i=83℃泥漿的物性參數(shù)：ρi=1057kg/m3μi=ci=(kgk)λi=Qi=105W?t1=15℃?t2=73℃?tm=℃Rei=Pri=Nui=hi=()lb=500mmDi=DN=400mmdo=32mmPt=40mmAs=uo=de=Re=Nuo=ho=1242w()dm=29mmRso=104W/ Rsi =104 W/（m2﹒K）K= W/mKAo=A1=n1=?Pl=?Pr=8456pa ?Pn=?P=104paF=A0=uo=nc=Nb=5?P1=?P2= Pa?Po=tth=℃ttc=℃tt=℃?tm=℃到此換熱器的工藝計算告一段落，其中工藝計算的主要目的是計算出其換熱面積，選出相應(yīng)的換熱器型式，因此，接下來應(yīng)該是進行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及強度計算。附于下面：表22 工藝計算常用參數(shù)公稱直徑ＤＮ（mm）管程Ｎ中心排管數(shù)換熱管數(shù)管程平均通道面積（c㎡）弓形折流板缺口弓高（㎜）4004848148150表23第二級和第三級計算數(shù)據(jù)如下表所示:名 稱第二組 第三組名 稱 第二組第三 組熱側(cè)流 量 （t/h）2525 冷側(cè)流量（t/h）5進口溫度(℃)83進口溫度(℃)1010出口溫度(℃)40出口溫度(℃)7545泥漿傳熱系數(shù) (w/）水的傳熱系數(shù)(w/）2348泥漿流速（m/s）11水的流速（m/s）總傳熱系數(shù)(w/）有效平均溫度(℃)換熱量（kw）389762換熱面積（m2）管程數(shù)44殼程數(shù)58 管程壓降（Pa）沿程壓降殼程壓降殼（Pa）橫掠管束壓降回彎阻力84568456過折流板壓降進出口阻力熱側(cè)壁溫(℃)冷側(cè)壁溫(℃)平均壁溫(℃)平均壁溫(℃)3 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度校核 在第一部分進行工藝計算結(jié)束后,應(yīng)進行下一步:、材料的選擇、管板厚度的計算、開孔補強計算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計（如管箱、殼體、折流板、拉桿、膨脹節(jié)等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等），具體計算如下。 殼體與管箱厚度的確定 根據(jù)給定的流體的進出口溫度，選擇設(shè)計溫度為200℃；。 殼體和管箱材料的選擇 由于所設(shè)計的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇16MnR為殼體與管箱的材料。16MnR是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。 圓筒殼體厚度的計算焊接方式：選為雙面焊對接接頭，局部無損探傷，故焊接系數(shù)?=；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。假設(shè)材料的許用應(yīng)力Mpa（厚度為6～16mm時），殼體計算厚度按下式計算為： δ=PcDi2[σ]t?Pc=4002125=； (31)設(shè)計厚度為： δd=δ+C2=+2= ； (32)名義厚度δn=δd+C1+?=6mm(其中?為向上圓整量) ； (33)查其最小厚度為6mm，則此時厚度滿足要求，且經(jīng)檢查，沒有變化，故合適。?=δ=δd=δn=6mm 管箱厚度計算管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時將前端管箱和后端管箱的厚度計算分開計算。前端管箱厚度計算:前端管箱為橢圓形管箱，這是因為橢圓形封頭的應(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。此時選用標準橢圓形封頭，故，且同，則封頭計算厚度為：δh=KPcDi2[σ]t?=14002125= ； (34)設(shè)計厚度 δdh=δh+C2=+2= 。 (35)名義厚度 δnh=δdh+C1+?= mm （?為向上圓整量）； 經(jīng)檢查，沒有變化，故合適δh=δdh=δnh= mm查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：表31 DN400標準橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A(㎡)容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）400125 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為6mm。 開孔補強計算在該臺固定管板式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開孔。開孔之后，出削弱器壁的強度外，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。因此此時應(yīng)進行開孔補強的計算。 由于管程與殼程出入口公稱直徑均為100mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格為?1084，接管的材料選為20號鋼。 殼體上開孔補強計算 1) 補強及補強方法判別：①補強判別：根據(jù)GB150表81，允許不另行補強的最大接管外徑是，本開孔外徑為159mm，因此需要另行考慮其補強。②開孔直徑 d=di+2C=100+22=104mmDi2=200mm， (36)滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。2) 開孔所需補強面積計算： 強度削弱系數(shù)； (37)接管有效厚度δet=δntC=42=2mm 。 (38)開孔所需補強面積按下式計算： A=dδ+2δδet1fr (39) =104+22() =300mm2 ；3) 有效補強范圍B=2d=2104=208mmd+2δn+2δnt=104+26+24=124mm (310) =208mm有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：h1=dδnt=2104== (311)（b）內(nèi)側(cè)有效高度為：h2=mindδnt=2104==0mm 。 (312)4) 有效補強面積①殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度：δc=δnC=62=4mm 。 (313)則多余的金屬面積為：A1=Bhdhδheδh2δheδheδh(1frh) (314)=(208104)2 =②接管多余金屬面積： 接管計算厚度：δt=Pcdi2[σ]nt?Pc=100286= 。 (315) 接管多余金屬面積：A2=A2h=2h1δetδtfr+2h2(δetC2)fr (316) =2+0 = 。③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為4mm）：A3=21244=16mm2 。 (317)④有效補強面積：Ae=A1+A2+A3=++16=116mm2 (318)5) 另需補強面積:A4=A(A1+A2+A3)== 。 (319) 擬采用補強圈補強根據(jù)接管公稱直徑DN100，參照JB/T47362002補強圈標準選取補強圈的外徑D2=200mm，內(nèi)徑D1=110mm（選用E型坡口）。因為B=208D2，則補強圈在有效補強范圍內(nèi)。補強圈的厚度為：δ39。=A4D2D1== 。 (320)考慮鋼板負偏差并經(jīng)圓整（一般設(shè)計時都是向上圓整）取殼體和管箱上補強圈的名義厚度為4mm，即δ39。n=4mm。d=200mmδet=2mmA=300mm2B=208mmh1=δc=4mmA1=δt=A2= A3=16mm2 Ae=A4=D2=200mmD1=110mmδ39。=δ39。n=4mm 前端管箱開孔補強計算1 ) 補強及補強方法判別：①補強判別：根據(jù)GB150表81，允許不另行補強的最大接管外徑是，本開孔外徑為159mm，因此需要另行考慮其補強。②開孔直徑 dh=di+2C=100+22=104mmDi2=200mm， （321）滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。2 ) 開孔所需補強面積計算： 強度削弱系數(shù) fr=[σ]tn[σ]t=86125=； （322） 接管有效厚度 δet=δntC=42=2mm； （323）開孔所需補強面積按下式計算： Ah=dhδh+2δδh(1fr) =1