【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 根）28 換熱器型號(hào)、參數(shù)的確定將選型計(jì)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(jì)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(hào)，并將換熱器的型號(hào)參數(shù)輸出。換熱器型號(hào)參數(shù)有：公稱直徑 DN、公稱壓力 PN、換熱管長(zhǎng)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(jì)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(jì)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(jì)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(yīng)疊在一起同時(shí)進(jìn)行鉆孔為好，待鉆孔工序完成后再按對(duì)稱方向根據(jù)需要的形狀進(jìn)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(zhǎng) （ 塊 ）折 流 板 間 距對(duì)于折流板的間距，沒有嚴(yán)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)管徑為：65mm殼程流體進(jìn)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(jìn)口內(nèi)徑: 取 200mm4350/????（ 6）11 出口內(nèi)徑： 4350/????（ 6） （ ）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為：100mm 傳熱系數(shù)核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用克恩公式 ?????????當(dāng)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(zhǔn)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(duì)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(zhǔn)數(shù) ??????（3）總傳熱系數(shù) K污垢熱阻 Rsi=.℃/W Rso= m2.℃/W管壁的導(dǎo)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(shí)際傳熱面積 Sp13此管采用 D=600mm B=420mm 管長(zhǎng) l=4m 管程為 4 管程的規(guī)格，查國(guó)標(biāo)可得：傳熱管總管數(shù)為：288 根換熱器的實(shí)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(wù)。2．3．2 換熱器的流體阻力（1）管程流動(dòng)阻力 i tspP???12（ +） FNNs=1，Np=4，F(xiàn)t=????1=，由 Re=10061，傳熱管相對(duì)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)m管程數(shù)換熱管規(guī)格計(jì)算傳熱面積㎡規(guī)格型號(hào) 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(jì)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(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算 在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、材料的選擇、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（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(jì)算如下 換熱器的殼體設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法來確定其壁厚，根據(jù)內(nèi)壓薄壁容器“彈性失效”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，殼壁計(jì)算壁厚計(jì)算公式為：設(shè)計(jì)壓力 PC=（ C1 ~）Pw殼程：PC==管程：PC== 采用雙面對(duì)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(yīng)力 ??Mpat170??取鋼板的厚度負(fù)偏差 C1 =，腐蝕裕量 C2=2mm。則 C= C1+ C2=+2=﹤[]?????????cid=根據(jù)國(guó)家規(guī)定選 6mm但查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 162，對(duì)于公稱直徑 Dg=400 ~700mm的合金鋼圓筒的最小厚壁應(yīng)該為 8mm，所以本設(shè)計(jì) 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(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，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(jì)算前端管箱為橢圓形管箱，這是因?yàn)闄E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(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故 ，且同上 ，則封頭1??。Cm?計(jì)算厚度為：；???????????? 設(shè)計(jì)厚度 ；????但查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 162，對(duì)于公稱直徑 Dg=400 ~700mm的合金鋼封頭的最小厚度應(yīng)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(hào)參數(shù)如下：表 31 DN600標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算:由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，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(jì)算”部分看到。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故 ，且同上 ，則計(jì)算厚度1??。Cm?為：；??39。 ????????設(shè)計(jì)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(hào)參數(shù)如下：表 32 DN700標(biāo)準(zhǔn)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(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 在該臺(tái)浮頭式換熱器上，殼程流體的進(jìn)出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進(jìn)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(qiáng)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(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會(huì)給換熱器的安全操作帶來隱患。因此此時(shí)應(yīng)進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)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(jìn)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(hào)鋼。8219?? 殼體上開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算181. 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別：1補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù) GB150表 81，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，殼程進(jìn)口開孔外徑為 200mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。其余開孔89m?外徑因不大于 89mm，故不需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。②開孔直徑 ，20225302ii DdCm??????滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。2 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：強(qiáng)度削弱系數(shù) ；?? m?? 接管有效厚度 ；92etntC??開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算： 2(1)()347。etrAdfm??????3 有效補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)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(jì)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(bǔ)強(qiáng)面積： A????由此可知已經(jīng)達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)要求，無需另行補(bǔ)強(qiáng)。 水壓試驗(yàn)及殼體強(qiáng)度的校核水壓試驗(yàn)壓力： ??MPaPtct ????根據(jù)文獻(xiàn)《化工原理課程設(shè)計(jì)》489 有： aDPeit ).10(????????而 MPKeitTF ).(05).( ?式中： K—應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)或形狀系數(shù)，對(duì)橢圓形封頭取 K=1 —內(nèi)壓容器的試驗(yàn)壓力tP20 —水壓試驗(yàn)時(shí)筒體的壁內(nèi)應(yīng)力t? —水壓試驗(yàn)時(shí)封頭（管箱）的壁內(nèi)應(yīng)力TF 根據(jù)文獻(xiàn)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 87，可知所選用的 16MnR板材在常溫下時(shí)： Mpas345?則有 ????式中： —16MnR在常溫下時(shí)的許用應(yīng)力s則 ﹤246MPa， ﹤246MPaTF可見筒體和封頭在水壓試驗(yàn)時(shí)均安全。 換熱管 換熱管的規(guī)格為 ，材料選為 20號(hào)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(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；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)。在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進(jìn)行機(jī)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(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)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(shí)須注意：拉桿應(yīng)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(yīng)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(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)控制在 10%以內(nèi)，最大不能超過 20%。相對(duì)誤差計(jì)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(shí)際排管如下所示： 由上圖可知，經(jīng)過實(shí)際排管后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)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(duì)誤差是：min(ax)72110%%20cpN???