【文章內(nèi)容簡介】 采用正三角形，殼程的當(dāng)量直徑：. m （219） 殼程流通截面積： m2 （220） 殼程流速： m/s雷諾數(shù)： （221）普郎特?cái)?shù)： （222）介質(zhì)為液體被冷卻取 W/( m2℃） 2) 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) （223）由式（212）由于400010000，校正系數(shù) （224）。 W/( m2℃）污垢熱阻和管壁熱阻，有GB151可取為m2℃/W m2℃/W管壁熱阻可忽略。由總傳熱系數(shù)計(jì)算公式： （225）所以： =407W/( m2℃)由于，~，滿足條件。則計(jì)算傳熱面積： m2實(shí)際傳熱面積為：面積裕度： （226）面積裕度在15%～25%之間，滿足設(shè)計(jì)要求表23 設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果表參數(shù)殼程管程流率（m3/h)1137627778進(jìn)/出溫度/℃130/11080/90設(shè)計(jì)壓力/MPa物性設(shè)計(jì)溫度/℃15090密度/(kg/m3)430定壓比熱容/(kJ/( kg℃)42523483黏度/(Pas)105102熱導(dǎo)系數(shù)/ W/(m℃)普朗特?cái)?shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板臺數(shù)1殼體內(nèi)徑/ mm 450殼程數(shù)4管徑/ mm25管心距32管長/ mm3000管子排列正三角形管數(shù)目/根104管程數(shù)1 傳熱面積/m2主要計(jì)算結(jié)果殼程管程流速/(m/s)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/ W/(m2℃)11581276污垢熱阻/ (m2℃)/ W104104熱流量/kW268731傳熱溫差/℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)/ W/(m2℃)407裕度/%%四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第三章 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要確定有關(guān)部件的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸、零件之間的聯(lián)接等，比如，封頭結(jié)構(gòu)尺寸；接管與筒體的連接管板結(jié)構(gòu)尺寸確定；折流板尺寸、間距確定；管板與換熱管的聯(lián)接；管板與殼體、管箱的聯(lián)接；管箱結(jié)構(gòu)；法蘭與墊片等等。表31換熱器管、殼程的設(shè)計(jì)、工作壓力與設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)壓力MPa工作壓力MPa設(shè)計(jì)溫度℃管程90殼程150封頭選擇EHA型標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。材料選用Q245R。結(jié)構(gòu)入圖31圖 31 EHA型標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭 ，管程設(shè)計(jì)溫度90℃，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推薦選用長短軸比值為2的標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭。材料選用與筒體相同的Q245R。設(shè)計(jì)溫度下的，MPa，取焊縫系數(shù)為，腐蝕裕量mm，厚度負(fù)偏差mm。封頭計(jì)算厚度由下式： mm （31） 封頭設(shè)計(jì)厚度： mm封頭名義厚度： mm內(nèi)徑為450 mm使厚度不的小于6 mm。所以取封頭名義厚度： mm封頭有效厚度： mm參照J(rèn)B/T4737，封頭尺寸如表32：表32封頭尺寸表公稱直徑 mm曲面高度 mm直邊高度 mm名義厚度/ mm450138256 封頭與筒體的連接封頭與筒體連接如圖32圖32 封頭與筒體連接 管箱短節(jié)選用與封頭一樣的材料Q245R，（31），設(shè)計(jì)溫度下的MPa，取焊縫系數(shù)為，腐蝕裕量mm，厚度負(fù)偏差mm。mm （32）短節(jié)設(shè)計(jì)厚度： mm短節(jié)名義厚度： mm內(nèi)徑為450 mm使厚度不的小于6 mm。所以取短節(jié)名義厚度： mm短節(jié)有效厚度： mm 分程隔板 按GB1511999，表6有，DN時(shí)。材料為Q245R的分程隔板最小厚度取8mm。 筒體由GB15199規(guī)定，低合金鋼筒體的最小厚度不得小于6mm。取mm，mm。筒體計(jì)算厚度由下式計(jì)算： mm （33）厚度附加量：C==+1= mm由以上計(jì)算可知計(jì)算出的厚度小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小厚度，所以筒體厚度取為6mm。有效厚度： mm名義厚度： mm。 換熱管 換熱管的規(guī)格為，材料選為S30408號鋼。 換熱管的排列方式換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯(cuò)列三種排列方式。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高,換熱系數(shù)大，在相同的截面積下可以排列更多換熱管；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。如圖 32圖 33 換熱管的排列方式在此，選擇正三角排列，主要是考慮這種排列排列緊湊，管外流體湍流程度高,換熱系數(shù)大，在相同的截面積下可以排列更多換熱管，換熱效果好。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。 排管與分程如圖所示圖34換熱器的排管與分程 換熱管與管板的連接換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹以及脹焊并用。 ；設(shè)計(jì)溫度小于200℃；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。 除了有較大振動及有縫隙腐蝕的場合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場合。脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場合。在此，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強(qiáng)度焊。這是因?yàn)閺?qiáng)度焊加工簡單、焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。換熱管與管板的連接如圖 34圖 34 管板與換熱管的連接按GB1511999表33選取 管板的設(shè)計(jì) 管板的結(jié)構(gòu)尺寸選取。管板選取整體管板。期延長部分兼做法蘭。 35數(shù)據(jù)如下表33圖 35 整體管板表33 管板尺寸表螺栓450565530500447487450M16242535表34 管孔外徑與允許便差換熱管外徑（mm）管孔直徑（mm）允許偏差（mm）25+圖36 管板與殼體的連接 接管的設(shè)計(jì)1) 接管 因殼體均采用Q245R，考慮焊接性接管也選為Q245R。接管大小為mm。管內(nèi)流速為：根據(jù)GB15098接管與殼體采用連接方式，結(jié)構(gòu)圖如圖37：接管伸出長度為150mm。2) 接管法蘭 根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和介質(zhì)特性接管法蘭選用板式平焊法蘭，材料選用Q245R，參照標(biāo)準(zhǔn)HG20598。：接管法蘭密封面形式：平面密封（考慮到壓力不大）。接管法蘭連接尺寸，如圖38圖37接管與殼體連接方式圖 38接管法蘭 接管法蘭與接管的連接方式如圖39圖 39 接管法蘭與接管的連接 接管法蘭的連接尺寸：表35 接管法蘭尺寸公 稱通 徑DN鋼管外徑連 接 尺 寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑法蘭外徑螺栓孔中心圓直徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量螺紋5057165125184M1619593) 殼程接管位置尺寸，如圖310 ≥， C 4S且大于30mm,。取為96mm。圖310殼程接管位置尺寸 4) 接管 因殼體均采用Q245R，考慮焊接性接管也選為Q245R。接管大小為mm。管內(nèi)流速為：根據(jù)GB15098接管與殼體采用連接方式，結(jié)構(gòu)圖311如下：接管伸出長度為150mm。5) 接管法蘭 根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和介質(zhì)特性接管法蘭選用板式平焊法蘭，材料選用Q245R，參照標(biāo)準(zhǔn)HG20598。：接管法蘭密封面形式：平面密封（考慮到壓力不大）。接管法蘭連接尺寸，如圖312 接管法蘭與接管的連接方式，如圖313 圖311 接管與殼體的連接圖 312 板式平焊法蘭圖 313 接管與法蘭的連接接管法蘭的連接尺寸：表36 接管法蘭尺寸公 稱通 徑DN鋼管外徑連 接 尺 寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑法蘭外徑螺栓孔中心圓直徑螺栓孔直徑螺栓孔數(shù)量螺紋6576185145188M1620786) 管程接管位置尺寸，如圖314≥，C 4S且大于30mm，取42mm。取為120mm圖314 管程接管位置尺寸 折流板設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使管程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)構(gòu)，而且在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。常見的折流板形式為弓形和圓盤—圓環(huán)形兩種，其中弓形折流板有單弓形，雙弓形和三弓形三種，但是工程上使用較多的是單弓形折流板。此時(shí)選用兩端選用環(huán)形折流板，中間選用單弓形折流板，上下方向排列，這樣可造成液體的劇烈擾動，增大傳熱膜系數(shù)。因?yàn)闅こ塘黧w是水，130度的水可能帶有少量氣體，應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處設(shè)置通氣口。結(jié)構(gòu)如圖315為方便選材，可選折流板的材料選為Q345R，由前可知，弓形缺口高度為，取h=135mm。查GB1511999可知折流板的最小厚度為5mm，取厚度為5mm。同時(shí)查GB1511999可知折流板名義外直徑為D==.考慮到管板的影響。折流板的塊數(shù)取18塊。間距L=（300070）/19=154mm。 圖 315 折流板換熱管的材料為S30408，折流板的管孔直徑及允許偏差參見GB1511999表35得。管孔參數(shù)如下表37表37 折流板上管孔 換熱管外徑（mm）管孔直徑（mm）允許偏差（mm）25+、定距管 拉桿的形式常用拉桿的形式有三種：1) 拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束， 。（按 GB1511999表45規(guī)定）；如圖3162) 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，；如圖3173) 當(dāng)管板比較薄時(shí)，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。 圖 316 拉桿定距管結(jié)構(gòu) 圖 317 拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)在本次設(shè)計(jì)中，換熱管外徑為25mm大于19mm，故選用拉桿定居管結(jié)構(gòu)。拉桿材料選用Q245R,定距管材料選用S30408,尺寸為mm。螺母采用35鋼。 拉桿的尺寸選取按GB1511999表45確定。圖318 拉桿表38 拉桿的參數(shù)拉桿的直徑d拉桿螺紋公稱直徑dn ＬaＬbb拉桿的數(shù)量161620≥6024當(dāng)采用軸向入口接管或換熱管內(nèi)流體速度超過3m/s時(shí)，應(yīng)設(shè)置防沖板，以減少流體的不均勻分布和對換熱管端部的沖蝕。本次設(shè)計(jì)管程接管入口采用徑向，并且管內(nèi)流速小于3m/s。故可不設(shè)置防沖板。當(dāng)殼程進(jìn)口管流體的v（，v流體流速，m/s）為下列值時(shí)，應(yīng)在殼程設(shè)置防沖板或?qū)Я魍?。接管為mm。流通面積S===。v==故要設(shè)置防沖板。1) 防沖板的結(jié)構(gòu)尺寸與位置。防沖板在殼體中的位置，應(yīng)使防沖板周邊與殼體內(nèi)壁所形成的流通面積是殼程進(jìn)口接管截面積的倍。為簡化計(jì)算，防沖板設(shè)在殼體下的位置用H來表示。其值為： （34）H=1+50/4=。防沖板的寬度B1和B2長度，一般取相等。且大于+50。取B1= B2=120mm。厚度結(jié)構(gòu)如圖319所示圖319 防沖板 根據(jù)GB1511999附錄F的計(jì)算方法進(jìn)行換熱管壁溫的計(jì)算，從設(shè)備的具體操作情況，可以假定K、q和a保持不變，進(jìn)行簡化計(jì)算：熱流體的平均溫度為： （35） 式中：——?dú)訜崃黧w的入口溫度，130； ——?dú)訜崃黧w的出口溫度，110；則： =120冷流體的平均溫度為： （36） 式中：——管層冷流體的入口溫度，80； ——管層冷流體的出口溫度，90；則： 則： 。圓筒壁溫的計(jì)算：應(yīng)外部有良好的保溫，故殼體壁溫可取殼層流體的平均溫度：==120管殼層溫差：所以無需膨脹節(jié)。 管箱 管箱結(jié)構(gòu)管箱有兩個(gè)，一邊屬于B型管箱，一邊屬于C型管箱。其結(jié)構(gòu)如圖318B型管箱結(jié)構(gòu)尺寸：按各相鄰焊縫的間距計(jì)算最小長度： （37） 圖320管箱結(jié)構(gòu)式中：取, 。C大于4倍壁厚，且大于30慢慢，可取為45mm，83mm。管箱最小長度。經(jīng)查表有管箱最