【文章內(nèi)容簡介】 殼體直徑取=，殼體直徑： （）根據(jù)《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》圓整后： D=600mm折流板：采用弓形折流板,取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h為：折流板間距B為：折流板數(shù)目NB為：取折流板圓缺面水平裝配。計(jì)算接管尺寸：取富油的流速為：，對(duì)于殼程而言，管內(nèi)徑：根據(jù)《過程裝備成套技術(shù)》管的公稱直徑選擇 D2=80mm對(duì)于管程而言：根據(jù)《過程裝備成套技術(shù)》管的公稱直徑選擇：以外表面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)的計(jì)算公式： （）其中：（1） 管程傳熱膜系數(shù)：（2） 管程流體流通截面積： （3） 管程的實(shí)際流速： 故初選型號(hào)時(shí)所選取的貧油流速過高，重新選定：取u1= m/s，則單程管數(shù)為： 單程管長： 每程管長為：l=，則管程數(shù)為： 管數(shù)為 1102=220根由于總管數(shù)沒有變動(dòng)，所以，殼體直徑D=600mm。折流板的圓缺高度：h=150mm折流板間距： 折流板數(shù)目 NB=6塊殼程的接管直徑不變： D2=80mm管程的接管直徑： 根據(jù)《過程裝備成套技術(shù)》選D1=200mm管內(nèi)雷諾數(shù)： （），苯甲苯的流動(dòng)狀態(tài)為過渡流，計(jì)算管程給熱系數(shù)時(shí)，要先按照湍流時(shí)的公式進(jìn)行計(jì)算，再乘以校正系數(shù)，得到實(shí)際的給熱系數(shù)。校正系數(shù)為： （）管內(nèi)的普朗特常數(shù)為：按照湍流情況下的計(jì)算公式來計(jì)算關(guān)內(nèi)的給熱系數(shù)： （）則管內(nèi)的實(shí)際給熱系數(shù)為： 殼程的當(dāng)量直徑：管間截面積：管外流速：管外雷諾數(shù)為：管外普朗特準(zhǔn)數(shù)：管外給熱系數(shù)： 污垢熱阻/管壁熱阻： 管外側(cè)的污垢熱阻系數(shù)為：R1=K/W 管內(nèi)側(cè)的污垢熱阻系數(shù)為：R2=K/W 已知選用?19mm2mm的換熱管，故已知管壁厚為：b= 選用的換熱管材料是16Mn，已知16Mn的熱導(dǎo)率為：λ=K 因此，實(shí)際的傳熱系數(shù)為：= 傳熱面積校核： （）因此，與設(shè)計(jì)要求不符合，重新選定K的經(jīng)驗(yàn)值，重新計(jì)算。重新計(jì)算殼體直徑： 取K=150 W/(m2℃)，則估算換熱面積值為： 單程管數(shù)n不變：n= 管長:單程管長設(shè)為：l=4m，則所需要的管程數(shù)為：換熱管總數(shù)大約為： 取四根備用換熱管，以防止其中幾根換熱管發(fā)生堵塞后，仍能正常工作。估算殼體直徑D：取與之相近的殼體公稱直徑：D=800mm相應(yīng)的折流板圓缺高度為：h==200mm相應(yīng)的折流板間距為：B==800=640mm，取標(biāo)準(zhǔn)間距B=600mm。對(duì)應(yīng)的折流板數(shù)為：傳熱面積重新校核：因此，估算面積符合高于設(shè)計(jì)要求，可行。(1)管程流動(dòng)阻力 ()其中，結(jié)垢校正因數(shù)；串聯(lián)的殼程數(shù), ；管程數(shù)，Np=4； , 分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降,Pa 根據(jù)《換熱器》可知 （）因此，可以計(jì)算 （）==由于采用多管程設(shè)計(jì)，根據(jù)《熱交換管專用設(shè)備》可以知道，局部阻力系數(shù)：ζ=34，?P1，?P2分別為直管和回彎管中因摩擦阻力而引起的壓力降，取管壁粗糙度為ε=，傳熱管的相對(duì)粗糙度εdi=,已知Re1=4003，由《換熱器設(shè)計(jì)》λRe關(guān)系圖中可以查得：λ=，取ζ=3，因此： 根據(jù)《換熱器設(shè)計(jì)》在10000100000Pa之間，因此，管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。（2）殼程流動(dòng)阻力： （） 采用正三角形排管方式，此時(shí)Fs=，Ns=1；則可以求得：其中：?p139?！黧w橫過管束的壓降，Pa；?p239?！黧w橫過折流板缺口的壓降，Pa；F——管子的排列方法對(duì)壓降的校正系數(shù)。正三角形排列是取F=，正方形排列時(shí)取F=，組合排列時(shí)取F=。f0——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)Re500時(shí)：Nc——橫過管束中心線的管子數(shù)；采用多管程設(shè)計(jì)，估算中心排管數(shù)；Nc——=，取Nc=25根； NB——折流板的數(shù)目，由前面計(jì)算可知，NB=6；B——折流板間距；B==640mm；取600——收到接殼體流通截面積的計(jì)算流速，m/s； 流通截面積： （） （）因此，殼程的流動(dòng)阻力也在允許范圍之內(nèi)。 換熱管壁溫計(jì)算符號(hào)說明：——以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的總傳熱系數(shù)， W/（m℃）；——污垢熱阻，㎡℃/w；——分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃；——分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，℃；——分別為冷流體的進(jìn)、出口溫度，℃；——流體的有效平均溫差，℃；——以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的給熱系數(shù)， W/（m℃）。熱流體側(cè)的壁溫： （）冷流體側(cè)的壁溫： ℃所以 ℃ 圓筒壁溫的計(jì)算由于圓筒外部有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度：到此換熱器的工藝計(jì)算告一段落，其中工藝計(jì)算的主要目的是計(jì)算出其換熱面積，選出相應(yīng)的換熱器型式，因此，接下來應(yīng)該是進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度計(jì)算。 換熱器型式：浮頭式換熱器換熱面積（）：工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱貧油富油設(shè)計(jì)壓力，kPa40004000操作溫度，℃170/11070/120流量，kg/h流體密度,流速，m/s傳熱量，kw572總傳熱系數(shù)，對(duì)流傳熱系數(shù)，污垢系數(shù)，阻力降，pa程數(shù)41推薦使用材料16Mn16MnR接管直徑200mm80mm管子規(guī)格φ192；管數(shù)：440；管長：4000mm管間距：24mm。排列方式：正角三角形折流板形式：單弓形，上下排列，切口高度200mm，間距：600mm折流板數(shù)：6殼體內(nèi)徑：800mm中心排管數(shù)：263 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)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、拉桿等）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。根據(jù)給定的流體的進(jìn)出口溫度，偏于安全設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)溫度為300℃；。由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇16MnR為殼體與管箱的材料。16MnR是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時(shí)采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，100%無損探傷，故焊接系數(shù)；根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》和GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》相關(guān)規(guī)定可知對(duì)16MnR鋼板其鋼板的厚度負(fù)偏差以及腐蝕裕量為為。根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動(dòng)人事出版社查得在溫度為300℃時(shí)材料的許用應(yīng)力為[σ]t=144Mpa（厚度為6～16mm時(shí)），則殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為： （）設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：有效厚度：根據(jù)《單用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》（李功陽、陳蘭英，華南理工大學(xué)出版社）中的表18，查得，當(dāng)殼體直徑為800mm情況下的最小厚度為12mm，而計(jì)算的名義厚度為14mm，此時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)殼體進(jìn)行校核： （） 滿足設(shè)計(jì)要求，合格。因此，此壁厚合格。根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動(dòng)人事出版社查得在常溫條件下材料的許用應(yīng)力[σ]t=170 Mpa，進(jìn)行水壓試驗(yàn)。 （）為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須進(jìn)行水壓以檢驗(yàn)圓筒的薄膜應(yīng)力： （）水壓試驗(yàn)合格。管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時(shí)將前端管箱和后端管箱的厚度計(jì)算分開計(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。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，根據(jù)《化工容器設(shè)計(jì)》，上?？萍汲霭嫔缡?6可以計(jì)算封頭的形狀系數(shù)。 （）同時(shí)取鋼板厚度負(fù)偏差以及腐蝕裕量為：封頭的厚度應(yīng)按 GB 1501998 第 5 章計(jì)算：封頭計(jì)算厚度： （）設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：有效厚度：對(duì)封頭的最大允許工作壓力進(jìn)行校核： （）所取的設(shè)計(jì)壓力合適。取封頭的型號(hào)參數(shù)如下： （1）封頭總深度：240mm； （2）封頭的內(nèi)表面積：；封頭的容積：；封頭的總質(zhì)量：90kg。短節(jié)部分的厚度取與封頭厚度相同，為14mm。根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動(dòng)人事出版社查得在常溫條件下材料的許用應(yīng)力[σ]t=170 Mpa，進(jìn)行水壓試驗(yàn)。為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗(yàn)前必須進(jìn)行水壓來檢驗(yàn)圓筒的薄膜應(yīng)力：水壓試驗(yàn)合格左端管箱的公稱尺寸為DN800，選擇長頸對(duì)焊法蘭，根據(jù)JB/T 4703。由于浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)與固定管板式換熱器的不同，因此，浮頭式換熱器的后端管箱是浮頭管箱，又可以稱為外頭蓋。外頭蓋的內(nèi)直徑取900mm。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，因此，K=1，取鋼板厚度負(fù)偏差為C1=0,腐蝕裕量為：C2=2mm，計(jì)算厚度為：計(jì)算厚度為：設(shè)計(jì)厚度為：名義厚度為：有效厚度為：取外頭蓋的型號(hào)參數(shù)如下：外頭蓋的總深度：H=265mm；外頭蓋的內(nèi)表面積：A=；外頭蓋的容積：V=；外頭蓋的總質(zhì)量：M=112kg。短節(jié)部分的厚度與外頭蓋的厚度取相同值：16mm。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200mm，殼程的出入口公稱直徑為80mm，按照厚度系列，可以選擇管程接管的規(guī)格為φ2198，殼程接管的規(guī)格為φ898，接管的材料選為20號(hào)鋼。：補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150中表81，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是φ89，因此殼體上接管開孔理論上可以不另行補(bǔ)強(qiáng)，但是由于殼程流富油，富油中含有較高含量的BTX類化合物，為了盡可能防止泄漏，損失化工產(chǎn)品，故仍另行補(bǔ)強(qiáng)。計(jì)算開孔直徑：滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，因此，可以使用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 開孔所需要的補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù)：接管的有效厚度：開孔做需要的補(bǔ)強(qiáng)面積可以根據(jù)下式計(jì)算： （） 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍有效寬度B：有效寬度B取兩者中的較大值，因此，有效寬度B=168mm有效高度：a、外側(cè)有效高度為：實(shí)際外伸長度為200mm；取兩者中的最小值，因此外側(cè)有效高度為：h1=b、內(nèi)側(cè)有效高度： 實(shí)際內(nèi)伸長度為0mm； 取兩者中的最小值，因此內(nèi)側(cè)有效高度為h2=0mm 有效補(bǔ)強(qiáng)面積殼體多余的金屬面積： 殼體的有效厚度： 則多余的金屬面積為： （）