【文章內容簡介】 采用正三角形，殼程的當量直徑：. m （219） 殼程流通截面積： m2 （220） 殼程流速： m/s雷諾數(shù)： （221）普郎特數(shù)： （222）介質為液體被冷卻取 W/( m2℃） 2) 管內表面?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)計算公式： （225）所以： =407W/( m2℃)由于，~，滿足條件。則計算傳熱面積： m2實際傳熱面積為：面積裕度： （226）面積裕度在15%～25%之間，滿足設計要求表23 設計參數(shù)及計算結果表參數(shù)殼程管程流率（m3/h)1137627778進/出溫度/℃130/11080/90設計壓力/MPa物性設計溫度/℃15090密度/(kg/m3)430定壓比熱容/(kJ/( kg℃)42523483黏度/(Pas)105102熱導系數(shù)/ W/(m℃)普朗特數(shù)設備結構參數(shù)形式固定管板臺數(shù)1殼體內徑/ 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主要計算結果殼程管程流速/(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/%%四川理工學院畢業(yè)設計四川理工學院畢業(yè)設計第三章 換熱器的結構設計 換熱器的結構設計，主要確定有關部件的結構形式、結構尺寸、零件之間的聯(lián)接等，比如，封頭結構尺寸；接管與筒體的連接管板結構尺寸確定；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；管箱結構；法蘭與墊片等等。表31換熱器管、殼程的設計、工作壓力與設計溫度設計壓力MPa工作壓力MPa設計溫度℃管程90殼程150封頭選擇EHA型標準橢圓封頭。材料選用Q245R。結構入圖31圖 31 EHA型標準橢圓封頭 ，管程設計溫度90℃，設計標準推薦選用長短軸比值為2的標準橢圓型封頭。材料選用與筒體相同的Q245R。設計溫度下的，MPa，取焊縫系數(shù)為，腐蝕裕量mm，厚度負偏差mm。封頭計算厚度由下式： mm （31） 封頭設計厚度： mm封頭名義厚度： mm內徑為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JB/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），設計溫度下的MPa，取焊縫系數(shù)為，腐蝕裕量mm，厚度負偏差mm。mm （32）短節(jié)設計厚度： mm短節(jié)名義厚度： mm內徑為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。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。筒體計算厚度由下式計算： mm （33）厚度附加量：C==+1= mm由以上計算可知計算出的厚度小于標準規(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列三種排列方式。各種排列方式都有其各自的特點：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度焊、強度脹以及脹焊并用。 ；設計溫度小于200℃；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應力腐蝕等場合。 除了有較大振動及有縫隙腐蝕的場合，強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；需采用復合管板等的場合。在此，根據設計壓力、設計溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強度焊。這是因為強度焊加工簡單、焊接結構強度高，抗拉脫力強，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 管板的設計 管板的結構尺寸選取。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 接管的設計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。管內流速為：根據GB15098接管與殼體采用連接方式，結構圖如圖37：接管伸出長度為150mm。2) 接管法蘭 根據設計壓力、設計溫度和介質特性接管法蘭選用板式平焊法蘭，材料選用Q245R，參照標準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。管內流速為：根據GB15098接管與殼體采用連接方式，結構圖311如下：接管伸出長度為150mm。5) 接管法蘭 根據設計壓力、設計溫度和介質特性接管法蘭選用板式平焊法蘭，材料選用Q245R，參照標準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)，同時減少結構，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)。因為殼程流體是水，130度的水可能帶有少量氣體，應在缺口朝下的折流板最高處設置通氣口。結構如圖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) 拉桿定距管結構，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) 拉桿與折流板點焊結構，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，；如圖3173) 當管板比較薄時，也可采用其他的連接結構。 圖 316 拉桿定距管結構 圖 317 拉桿與折流板點焊結構在本次設計中，換熱管外徑為25mm大于19mm，故選用拉桿定居管結構。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當采用軸向入口接管或換熱管內流體速度超過3m/s時，應設置防沖板，以減少流體的不均勻分布和對換熱管端部的沖蝕。本次設計管程接管入口采用徑向，并且管內流速小于3m/s。故可不設置防沖板。當殼程進口管流體的v（，v流體流速，m/s）為下列值時，應在殼程設置防沖板或導流筒。接管為mm。流通面積S===。v==故要設置防沖板。1) 防沖板的結構尺寸與位置。防沖板在殼體中的位置，應使防沖板周邊與殼體內壁所形成的流通面積是殼程進口接管截面積的倍。為簡化計算，防沖板設在殼體下的位置用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。厚度結構如圖319所示圖319 防沖板 根據GB1511999附錄F的計算方法進行換熱管壁溫的計算，從設備的具體操作情況，可以假定K、q和a保持不變，進行簡化計算：熱流體的平均溫度為： （35） 式中：——殼層熱流體的入口溫度，130； ——殼層熱流體的出口溫度，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： 。圓筒壁溫的計算：應外部有良好的保溫，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 管箱結構管箱有兩個，一邊屬于B型管箱，一邊屬于C型管箱。其結構如圖318B型管箱結構尺寸：按各相鄰焊縫的間距計算最小長度： （37） 圖320管箱結構式中：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。經查表有管箱最