【文章內(nèi)容簡介】 根）28 換熱器型號、參數(shù)的確定將選型計算所得換熱器管管子數(shù)與布管總數(shù)相比較，如果換熱器管管子數(shù)大于布管總數(shù)，則需更換公稱直徑 DN,然后重新計算布管總數(shù)；如果換熱管管子數(shù)小于布管總數(shù)，則可最終確定換熱器型號，并將換熱器的型號參數(shù)輸出。換熱器型號參數(shù)有：公稱直徑 DN、公稱壓力 PN、換熱管長度 LN、換熱器管程 NP、換熱器外徑 d、公稱換熱面積 A、管箱型式（A/B） 、殼體型式等。 殼體內(nèi)徑計算采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=，則殼體內(nèi)徑為D= = 25 =556（mm）取 600mm/N??286/圓整可取 D=600mm10式中：T—管心距 N—傳熱管總根數(shù) η—管板利用率圓缺高度計算：采用弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25﹪，則切去的圓缺高度為 h=600=150mm?取折流板間距 B=,則B= 600=300mm，可取 B為 300mm 折流板的計算 折流板一般都比較薄，為了盡量避免加工偏差，便于管束裝配，全部折流板應疊在一起同時進行鉆孔為好，待鉆孔工序完成后再按對稱方向根據(jù)需要的形狀進行邊緣加工。弓形折流板 大部分換熱器采用弓形折流板，其缺口高 h數(shù)值，一般為—。折流板的缺口一般在排管中心以下或切于兩排管孔的小橋中間。折流板數(shù) 450113BN???傳 熱 管 長 （ 塊 ）折 流 板 間 距對于折流板的間距，沒有嚴格規(guī)定一般按工藝要求而定。一般采用等距分布。折流板的最小間距，一般不小于殼體內(nèi)直徑的五分之一，且不小于 50mm，特殊情況可取小間距。折流板的最大間距與管徑及殼體直徑有關(guān)。 換熱器核算管程流體進出口接管的直徑：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u=，則接管內(nèi)徑為41520/.???（ 698）=（ ）取標準管徑為：65mm殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)氣體苯品流速為 u=15m/s，液體苯品流速為 u=,則接管內(nèi)徑為 進口內(nèi)徑: 取 200mm4350/????（ 6）11 出口內(nèi)徑： 4350/????（ 6） （ ）取標準管徑為：100mm 傳熱系數(shù)核算殼程對流傳熱系數(shù) 對圓缺形折流板，可采用克恩公式 ?????????當量直徑，由正方形排列得 ??= .0m31????????????（ ）殼體流通截面積 o 2o 5???????????????S（ ）殼體流體流速及其雷諾系數(shù)分別為氣體苯： o35/??（ ） （ /） 15e=.2?R液體苯：o35/??（ ） （ /）普蘭特準數(shù)氣體苯： .??液體苯： 3..???粘度校正 1????????W/(m2. ℃)????12 W/(m2. ℃)????’=（1／3﹢1922／3）2= W/(m2. ℃)（2）管程對流傳熱系數(shù) RePrd.??管程流通截面積 ??（ ）管程流體流速 ie3/????（ ） （ /）R=普蘭特準數(shù) ??????（3）總傳熱系數(shù) K污垢熱阻 Rsi=.℃/W Rso= m2.℃/W管壁的導熱系數(shù) λ=70W/(m.℃)=osisoim1db+aR???K=W/.??????（m 2℃）（4）傳熱面積 S S= =mQKt?.??（ ）該換熱器的實際傳熱面積 Sp13此管采用 D=600mm B=420mm 管長 l=4m 管程為 4 管程的規(guī)格，查國標可得：傳熱管總管數(shù)為：288 根換熱器的實際傳熱面積 Sp= () (28819)=75??2m該換熱器的面積裕度為 ?????H=傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務。2．3．2 換熱器的流體阻力（1）管程流動阻力 i tspP???12（ +） FNNs=1，Np=4，F(xiàn)t=????1=，由 Re=10061，傳熱管相對粗糙度 ，查莫狄圖得=℃，流速 ui=， =994kg/m3，所以i? . ????（ P） 22u.??==.7（ ）〈 105Pai aP????（ +.7） 14956.（ ）管程流動阻力在允許的范圍之內(nèi)。（2）殼程阻力 ∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs Ns＝l，F(xiàn)t＝ 流體流經(jīng)管束的阻力 2022 39。(1).45316272cBuPFfnN pa????????,63c14,???22239。(./)/6(.51)???????流體流過折流板缺口的阻力 總阻力∑ΔPo＝27＋＝(Pa)＜42 kPa殼程流動阻力也比較適宜。 換熱器的選型表 23 所選浮頭式換熱器規(guī)格DNmmPNMpa管長m管程數(shù)換熱管規(guī)格計算傳熱面積㎡規(guī)格型號 管程出入口公稱直徑，㎜殼程出入口公稱直徑，㎜ 4 75 65 155表 24 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（㎜）600 4 19 288 15020???15第三章 換熱器的結(jié)構(gòu)計算和強度計算 在確定換熱器的換熱面積后，應進行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設計和強度計算，主要包括殼體和封頭的厚度計算、材料的選擇、管板厚度的計算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強計算，還有主要構(gòu)件的設計（如管箱、殼體、折流板等）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 換熱器的殼體設計采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=，則殼體內(nèi)徑為D= = 25 =556（mm）取 600mm/N??286/圓整可取 D=600mm式中：T—管心距 N—傳熱管總根數(shù) η—管板利用率 筒體材料及壁厚由于換熱器為內(nèi)壓容器，故可以采用內(nèi)壓容器的設計方法來確定其壁厚，根據(jù)內(nèi)壓薄壁容器“彈性失效”設計準則，殼壁計算壁厚計算公式為：設計壓力 PC=（ C1 ~）Pw殼程：PC==管程：PC== 采用雙面對接焊，局部無損探傷，取焊縫系數(shù)為 ??壓力容器的用鋼種類很多，主要有 Q235—A,Q235—B,16MnR等等，這里采用的是 16MnR。材料的許用應力 ??Mpat170??取鋼板的厚度負偏差 C1 =，腐蝕裕量 C2=2mm。則 C= C1+ C2=+2=﹤[]?????????cid=根據(jù)國家規(guī)定選 6mm但查《化工設備機械基礎(chǔ)》表 162，對于公稱直徑 Dg=400 ~700mm的合金鋼圓筒的最小厚壁應該為 8mm，所以本設計 δmin =8mm。綜上所述，取管體的16名義壁厚 δn =10mm 封頭的材料及壁厚上下兩封頭均選用標準橢圓形封頭，標準橢圓形封頭的壁厚與筒體的厚度基本相同，兩者可以等厚，則 。根據(jù) JB/T47372022標準，封頭為：mhf10??。如圖所示，材料選用 ,5,6021DN?直 邊 高 度曲 面 高 度鋼。下封頭常與裙座焊接，h2=50mm，材料選用 16MnR鋼。 管箱材料的選擇及壁厚的計算前端管箱為橢圓形管箱，這是因為橢圓形封頭的應力分布比較均勻，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 ，且同上 ，則封頭1??。Cm?計算厚度為：；???????????? 設計厚度 ；????但查《化工設備機械基礎(chǔ)》表 162，對于公稱直徑 Dg=400 ~700mm的合金鋼封頭的最小厚度應該為 8mm， =10mm。 經(jīng)檢查， 沒有變化，故dh???t?合適查 JB/T4746—2022《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：表 31 DN600標準橢圓形封頭參數(shù)17DN(mm) 總深度 H(mm) 內(nèi)表面積 A(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）600 175 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 后端管箱厚度計算:由于是浮頭式換熱器設計，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。外頭蓋的內(nèi)直徑為 700mm，這可在“浮頭蓋計算”部分看到。選用標準橢圓形封頭，故 ，且同上 ，則計算厚度1??。Cm?為：；??39。 ????????設計厚度 ；39。 ?????名義厚度 （ 為向上圓整量） ；39。39。9n mAA經(jīng)檢查， 沒有變化，故合適。??t查 JB/T4746—2022《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：表 32 DN700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（㎏）700 200 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 開孔補強計算 在該臺浮頭式換熱器上，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)生很高的局部應力，會給換熱器的安全操作帶來隱患。因此此時應進行開孔補強的計算。 由于管程出入口公稱直徑均為 65mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格為 ；而殼程進口公稱直徑均為 200mm，出口公稱直徑均為 200mm，按照576??厚度系列，可選接管的規(guī)格分別為 ，為接管的材料選為 20號鋼。8219?? 殼體上開孔補強計算181. 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，殼程進口開孔外徑為 200mm，因此需要另行考慮其補強。其余開孔89m?外徑因不大于 89mm，故不需要另行考慮其補強。②開孔直徑 ，20225302ii DdCm??????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) ；?? m?? 接管有效厚度 ；92etntC??開孔所需補強面積按下式計算： 2(1)()347。etrAdfm??????3 有效補強范圍①有效寬度 B： 20541ax 410269235hhntd m???? ??? ????? ?②有效高度：（a）外側(cè)有效高度 為：1；1205943minhnthdm???????????????（b）內(nèi)側(cè)有效高度 為：2；2205943in0hnthd??????????????4 有效補強面積①殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度： 63。enCm????19則多余的金屬面積 為：1A2())2()(1405()。hhehethrhBdfm???????②接管多余金屬面積： 接管計算厚度：；???????????? 接管多余金屬面積 ：A21222()().。hetretrfhCfm???????③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為 6mm）：；231632Am??④有效補強面積： A????由此可知已經(jīng)達到了補強要求，無需另行補強。 水壓試驗及殼體強度的校核水壓試驗壓力： ??MPaPtct ????根據(jù)文獻《化工原理課程設計》489 有： aDPeit ).10(????????而 MPKeitTF ).(05).( ?式中： K—應力增強系數(shù)或形狀系數(shù)，對橢圓形封頭取 K=1 —內(nèi)壓容器的試驗壓力tP20 —水壓試驗時筒體的壁內(nèi)應力t? —水壓試驗時封頭（管箱）的壁內(nèi)應力TF 根據(jù)文獻《化工設備機械基礎(chǔ)》表 87，可知所選用的 16MnR板材在常溫下時： Mpas345?則有 ????式中： —16MnR在常溫下時的許用應力s則 ﹤246MPa， ﹤246MPaTF可見筒體和封頭在水壓試驗時均安全。 換熱管 換熱管的規(guī)格為 ，材料選為 20號鋼。192?? 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；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)。在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進行機械清洗。查 GB1511999可知，換熱管的中心距 S=25mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為 35mm；同時，由于換熱管管間需要進行機械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（Sd）不宜小于 6mm。 布管限定圓 LD布管限定圓 為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定：12()Lib???查 GB1511999可知，b=5，b1=3，bn=12，故 b2= bn+=，則。?21 排管排管時須注意：拉桿應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。拉桿中心至折流板缺邊的距離應盡量控制在換熱管中心距的（～） 范圍內(nèi)。3多管程換熱器其各程管數(shù)應盡量相等，其相對誤差應控制在 10%以內(nèi)，最大不能超過 20%。相對誤差計算： ； min(ax)10%cpN???A 其中： ——各程的平均管數(shù)； ——各程中最小或最大的管cp min(ax)N數(shù)。 實際排管如下所示： 由上圖可知，經(jīng)過實際排管后發(fā)現(xiàn)，每個管程的布管數(shù)目分別是 72，72，而各管程的平均管數(shù)為 72，因此可知各程管數(shù)的相對誤差是：min(ax)72110%%20cpN???