【文章內(nèi)容簡介】 和氨等。在選擇加熱劑和冷卻劑的時(shí)候主要考慮來源方便，有足夠溫差，價(jià)格低廉，使用安全等因素。 常用的加熱劑（1）飽和水蒸氣飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最為廣泛的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)傳熱膜系數(shù)很高，可以改變蒸氣壓強(qiáng)以準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)加熱溫度，而且常用低廉的蒸汽機(jī)及渦輪機(jī)排放廢氣。但飽和水蒸氣溫度超過180，必須用很高壓強(qiáng)，但溫度升高不大，而且設(shè)備強(qiáng)度也相應(yīng)增高，一般只用于加熱溫度在180以下的情況。（2）煙道氣燃料燃燒所得到的煙道氣具有很高溫度，可達(dá)700~1000，適用于需要達(dá)到高溫度加熱。用煙道氣加熱的缺點(diǎn)是比熱容低，控制困難及傳熱膜系數(shù)低。除了以上兩種常用的加熱劑外，還可以結(jié)合工廠的具體情況，采用熱空氣等氣體作為加熱劑，或用熱水作為加熱劑。 常用的冷卻劑水和空氣是最常用的冷卻劑，它們可以直接取自大自然，不必特別加工。與空氣相比較，誰的比熱容高，傳熱膜系數(shù)也很高，但空氣的獲取和使用比水方便，應(yīng)因地制宜加以選用。水和空氣作為冷卻劑受到當(dāng)?shù)貧鉁氐南拗?，一般冷卻溫度為10~25，如果要冷卻到較低的溫度，則需應(yīng)用低溫冷卻劑，常用的低溫冷卻劑有冷凍鹽水（，及其溶液）。此次設(shè)計(jì)需使用冷卻劑，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)已給出選，用循環(huán)水作為冷卻劑。工藝流體的進(jìn)出口溫度是由工藝條件決定，加熱劑或冷卻劑的進(jìn)口溫度也是確定的，但其出口的溫度是由設(shè)計(jì)者選定的。該溫度直接影響加熱劑或冷卻劑的耗量和換熱器的大小，所以此溫度的確定有一個(gè)優(yōu)化問題。此次設(shè)計(jì)中，流體進(jìn)出口的溫度已給出。在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，換熱器各種零件、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。一般為了滿足設(shè)備的操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來考慮，是比較容易達(dá)到的，但材料的耐腐蝕性能，有時(shí)往往成為一個(gè)復(fù)雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會(huì)影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系。一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。碳鋼價(jià)格低，強(qiáng)度較高，對堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用時(shí)合理的。如一般換熱器用的普通無縫鋼管，其常用的材料為10號(hào)和20號(hào)碳鋼。不銹鋼奧氏體系不銹鋼以1Cr18Ni9為代表，它是標(biāo)準(zhǔn)的188奧氏體不銹鋼，有穩(wěn)定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。本次設(shè)計(jì)采用碳鋼材料的換熱器即可。第3章 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)換熱器的工藝尺寸確定后，若能選用熱交換器標(biāo)準(zhǔn)系列，則結(jié)構(gòu)尺寸隨之而定，否則還需進(jìn)行部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算包括，管子在管板上的固定，是否需要溫差補(bǔ)償及補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)，管板的強(qiáng)度，管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)，折流板與隔板的固定，端蓋與法蘭的設(shè)計(jì)，各部件的公差及技術(shù)條件等。為了解決管束增加引起管內(nèi)流速及傳熱系數(shù)的降低，可將管束分程。在換熱器的一端或兩端的管箱中安置一定數(shù)量的隔板，一般每程中管數(shù)大致相等。主義溫差較大的流體應(yīng)避免緊鄰以免引起較大的溫差應(yīng)力。管束分程的方案如表41。從制造、安裝、操作的角度考慮，偶數(shù)管程有較多的方便之處，因此用的最多。但程數(shù)不宜太多，否則隔板本身占去相當(dāng)大的布管面積，且在殼程中形成旁路，影響傳熱。表31 管程布置E型為最為普通，為單殼程。F型與G型均為雙程，它們的不同之處在于殼側(cè)流體進(jìn)出口位置不同。G型殼體又稱分流殼體，當(dāng)用作水平的惹熱虹吸式再沸器時(shí)，殼程中的縱向隔板起著防止輕組分的閃蒸與增強(qiáng)混合的作用。H型與G型相似，只是進(jìn)出口接管與縱向隔板均多一倍，故稱之為雙分流殼體。G型與H型均可用于以壓力降作為控制因素的換熱器中?？紤]到制造上的困難，一般的換熱器殼程數(shù)很少超過2。介質(zhì)流經(jīng)傳熱管內(nèi)的通道部分成為管程。常用換熱管規(guī)格有、（1Cr18Ni9Ti）、(碳鋼 10)。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列。管子的排列應(yīng)在整個(gè)換熱器截面上均勻而緊湊地分布，還要考慮流體的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及制造等方面的問題。管子在管板上排列的方法，用的較多的是等邊三角形（或稱正六角形）和正方形排列法。當(dāng)殼程流體是不污性質(zhì)介質(zhì)時(shí)，采用等邊三角形排列法。等邊三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊，在一定管板面積上可以配置較多的管數(shù)，且由于管子間的距離都相等，在管板加工時(shí)便于畫線與鉆孔。當(dāng)殼程流體需要用機(jī)械清洗時(shí)，采用正方形排列法。正方形排列法在一定的管板面積上可排列的管子數(shù)最少。同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)更為緊湊。在制氧設(shè)備中，常采用此法。按此法在管板上布置的管比按三角形排列的還多我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯(cuò)列排列居多，也有正三角形排列。圖31 換熱管排列方式除了上述三種排列方法外，也可采用組合排列方法。例如在多管程換熱器中，每一程中都采用三角形排列法，而在各程之間，為了便于安排隔板，則采用正方形排列法。當(dāng)管子總數(shù)超過127根（相當(dāng)于層數(shù)6），等邊三角形排列的最外層管子和殼體間弓形部分也應(yīng)配置上附加的管子，這樣不但可增加排列管數(shù)，增大傳熱面積，而且消除了管外部分不利于傳熱的空間。附加管子的配置法可參考表32對于多管程換熱器，分程的縱向隔板占據(jù)了管板上一部分面積，實(shí)際排列管比表32中所示要少，設(shè)計(jì)師必須有作圖法決定。表32 等邊三角形排列時(shí)管子的根數(shù)六角形的層數(shù)對角線上的管數(shù)不計(jì)弓形部分時(shí)管子的根數(shù)弓形部分管數(shù)換熱器內(nèi)管子的總根數(shù)在弓形的第一排在弓形的第二排在弓形的第三排在弓形部分內(nèi)總根數(shù)13772519193737374961615119191613127127715169318187817217424241919271530301102133163636711233977424391225469848517132754792666131429631105907211531721116102823163381712711491317359191381261045計(jì)算得104根管，采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角排列,隔板兩惻采用正方形排列。管板上兩管子中心的距離稱為管心距，管心距的決定要考慮管板的強(qiáng)度和清洗管子外表時(shí)所需的空隙，它與管子在管板上的固定方法有關(guān)。當(dāng)管子采用焊接方法固定時(shí)，相鄰兩根管的焊縫太近，就會(huì)相互影響，使焊接質(zhì)量不易保證，而采用脹接法固定時(shí)，過小的管心距會(huì)造成管板在脹接時(shí)由于擠壓力的作用發(fā)生變形，失去了管子與管板之間的連接力，因此，管心距必須有一定的數(shù)值范圍。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最小管心距一般采用：焊接法，為管子外徑；脹接法。但管心距最小不能小于。對于直徑小的管子，的數(shù)值應(yīng)大些。最外層列管中心至殼體內(nèi)表面的距離不應(yīng)小于。管板，折流板（或支承板）管孔直徑及中心距允許偏差已有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，列于表33。表33 管孔直徑及中心距允許偏差管子外徑管板孔相鄰孔中心距管孔中心距允許偏差折流板（支承板）孔直徑允許偏差相鄰孔任意孔孔直徑允許偏差14+19177。177。+19+25177。177。+25+32177。177。+32+40177。177。+38+48177。177。+57+70177。177。+臥式換熱器的殼程為蒸汽冷凝，且管子按等邊三角形排列時(shí)，為了減少液膜在列管上的包角及液膜的厚度，管板在裝配時(shí)，其周線應(yīng)與設(shè)備的水平軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。其值見表34表34 軸線偏轉(zhuǎn)角度管子外徑19253857管心距25324870偏轉(zhuǎn)角 8176。 7176。 7176。 6176。如果管心距不同于上表數(shù)值時(shí)，偏轉(zhuǎn)角應(yīng)按下列公式計(jì)算：此時(shí)，如管板上帶有排液孔或排氣孔，應(yīng)注意其位置。本設(shè)計(jì)采用焊接法。管子材料常用的為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅、銅鎳合金、鋁合金等。應(yīng)根據(jù)工作壓力、溫度和介質(zhì)腐蝕性等條件決定。此外還有一些非金屬材料，如石墨、陶瓷、聚四氯乙烯等亦有采用。在設(shè)計(jì)和制造換熱器時(shí)，正確選用材料很重要。既要滿足工藝條件的要求，又要經(jīng)濟(jì)。對化工設(shè)備而言，由于各部分可采用不同材料，應(yīng)注意有不同種類的接觸而產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕作用。本設(shè)計(jì)采用碳鋼型材。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分割開來。管板形式有平管板、橢圓形管板和雙管板。其中最常見的是平管板。當(dāng)流體有腐蝕性時(shí)，管板應(yīng)采用耐腐蝕材料，工程上多采用軋制成的復(fù)合不銹鋼板，或在碳鋼表面堆焊一層厚度不小于5mm的覆蓋層。當(dāng)換熱器承受高溫高壓是，應(yīng)采用薄型管板，既降低了溫差應(yīng)力，同時(shí)有滿足了高壓對機(jī)械應(yīng)力的要求。薄管板的突出優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約管板材料，高壓時(shí)可節(jié)約90%，且加工也方便。所以在中、低壓換熱器中的以推廣應(yīng)用。在管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，管子與管板的連接是否緊密十分重要。如果連接不緊密，在操作時(shí)連接處發(fā)生泄漏，冷、熱流體互相混合，會(huì)造成物料和熱量的流失；若物料帶有腐蝕性、放射性或兩種流體接觸會(huì)產(chǎn)生易燃易爆的物質(zhì)，后果將更加嚴(yán)重。在固定管板式換熱器的連接處還應(yīng)考慮能承受一定的軸向力，以避免溫度變化較大時(shí)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力是管子從管板脫出。管子與管板的連接可脹接或焊接。脹接法結(jié)構(gòu)簡單，管子的更換及修補(bǔ)方便，多用于壓力低于和溫度低于的場合。此方法是利用脹管器將管子擴(kuò)張，產(chǎn)生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達(dá)到密封緊固的目的。對于高溫高壓以及易燃易爆的流體，多采用焊接法。焊接法加工簡便，對管孔的加工要求不高，較強(qiáng)的抗拉脫能力使之在高溫高壓下仍能保持連接處的緊密性，同時(shí)，在壓力不太高時(shí)，還可采用薄型管板。其缺點(diǎn)是焊接造成的殘余熱應(yīng)力與應(yīng)力集中，在設(shè)備運(yùn)行時(shí)可能引起應(yīng)力腐蝕和疲勞破壞。此外，管子和管孔之間的間隙中存在的不流動(dòng)流體與間隙外流體濃度上的差別易產(chǎn)生間隙腐蝕。建議用先脹后焊法消