【文章內容簡介】 量直徑；殼程通流截面積；殼程流體流速；殼程雷諾數(shù)；殼程普朗特數(shù)；管程對流傳熱系數(shù)；管程通流截面積；管程流體流速；管程雷諾數(shù)；管程普朗特數(shù)；總傳熱系數(shù)。（1）殼程對流給熱系數(shù)對于圓缺形折流板，可采用克恩（Kern）公式根據(jù)參考文獻[1]，流體被加熱時， ，流體被冷卻時。由于有機液被冷卻，故。當量直徑由正三角形排列得 (215)殼程通流截面積 (216)殼程流體流速、雷諾數(shù)及普朗特數(shù)分別為 (217) (218) (219) (220)（2）管程給熱系數(shù)管程通流截面積 (221)管程流體流速、雷諾數(shù)及普朗特數(shù)分別為 (222) (223) (224)因為：(1)； (2)； (3)管長與管徑之比，即進口段只占換熱管總長很小一部分，管內的流動是充分發(fā)展的； (4)流體是低黏度的（不大于水粘度的2倍）。故可采用下式計算 (225)（3）污垢熱阻與管壁熱阻管外側污垢熱阻：查污垢熱阻經(jīng)驗數(shù)據(jù)取管內測污垢熱阻：查污垢熱阻經(jīng)驗數(shù)據(jù)取管壁的熱導率：碳鋼的熱導率。（4）總傳熱系數(shù) (226) 故（5）傳熱面積理論傳熱面積 (227)該換熱器的實際換熱面積 (228)面積裕度為 (229)換熱器面積裕度合適，能夠滿足設計要求。 核算壁溫因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁壁溫按下式計算： (230) (231)式中：有機液進口溫度，； 有機液出口溫度, ； 循環(huán)水進口溫度, ； 循環(huán)水出口溫度, ； ； 。取兩側污垢熱阻為零計算壁溫，得換熱管平均傳熱壁溫： (232)式中：有機液平均溫度，； 循環(huán)水平均溫度，； 管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，； 管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。殼體平均壁溫，近似取殼程流體的平均溫度，即。殼體平均壁溫與換熱管平均壁溫之差： 換熱管內流體的流動阻力（1）管程流動阻力管程流動阻力；單程直管阻力；局部阻力；結垢校正系數(shù)；管程數(shù)；殼程數(shù)。管程流動阻力按下式計算:根據(jù)參考文獻[1]表11，取換熱管管壁粗糙度，則，而，查參考文獻[1]莫迪圖得，流速，密度，所以： (233) (234)對的管子有，且， (235)（2）殼程流動阻力殼程流動阻力；流體流經(jīng)管束的阻力；流體流經(jīng)折流板缺口的阻力；結垢校正系數(shù)。殼程流動阻力按下式計算：（對于液體）流體流經(jīng)管束的阻力：式中：管子排列方式對壓力降的校正系數(shù)，正三角形排列,正方形直列，正方形錯列； 殼程流體的摩擦系數(shù)，當時，； 橫過管束中心線的管數(shù)。折流板間距，折流板數(shù), (236)流體流經(jīng)折流板缺口的阻力 (237)故 (238)參考表25，該換熱器的壓降在合理的范圍之內，故所設計的換熱器合適。表25 合理壓力降的選取操作情況減壓操作低壓操作中壓操作較高壓操作操作壓力/Pa (絕)0~11051105~105105~1110511105~3110531105~81105合理的壓力降/Pa105105~105105~105換熱器主要工藝結構參數(shù)和計算結果見表26。 表26 換熱器主要工藝結構參數(shù)和計算結果一覽表參數(shù)管程殼程質量流量/(kg/h)40000進/出溫度/℃25/65/60設計壓力/MPa物性參數(shù)定性溫度/℃密度/(kg/m3)定壓比熱容/(kJ/( kg℃)黏度/(Pas)103103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/ mm300殼程數(shù)1管徑/ mm管心距25管長/ mm3000管子排列正三角形管數(shù)目/根72折流板數(shù)/個9傳熱面積/m2折流板間距/mm280管程數(shù)4材質碳鋼主要計算結果管程殼程流速/(m/s)傳熱膜系數(shù)/ W/m2℃污垢熱阻/ m2℃/ W阻力損失/MPa熱負荷/W傳熱溫差/℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)/ W/(m2℃)裕度/%22第3章 換熱器的結構設計及強度計算由工藝設計給定的設計溫度，操作壓力為，[4]，厚度偏差,在無特殊腐蝕情況下，對于碳素鋼和低合金鋼，不小于，取，焊接系數(shù)。設計壓力通?？扇∽罡吖ぷ鲏毫Φ谋禰5]，而計算壓力是指在相應設計溫度下，用以確定原件厚度的壓力，應包括液柱靜壓力等附加載荷，對于臥式容器，不需要考慮液柱靜壓力，則計算壓力：計算厚度： (31)對于壓力較低的容器，按照強度公式計算出來的厚度很薄，往往會給制造和運輸、安裝帶來困難，為此對殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度，對碳素鋼、低合金鋼制的容器，不小于3mm[5],因此取。設計厚度： (32)名義厚度： (33)圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，取。有效厚度： (34)水壓實驗壓力： (35)所選材料的屈服應力水壓試驗應力校核: (36)水壓試驗強度滿足要求。 管箱短節(jié)、封頭厚度計算 管箱短節(jié)厚度計算由工藝設計給定的設計參數(shù)為：設計溫度，操作壓力為，管箱材料選用Q345R卷制，查閱GB1502011，材料在時許用應力為[4]，厚度負偏差，腐蝕裕量，焊接系數(shù)，所選材料的屈服應力[4]。計算壓力: (37)計算厚度： (38)對于壓力較低的容器，按照強度公式計算出來的厚度很薄，往往會給制造和運輸、安裝帶來困難，為此對殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度，對碳素鋼、低合金鋼制的容器，不小于3mm[5]，因此取。設計厚度: (39)名義厚度： 圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，取。有效厚度： (310)水壓試驗壓力： (311)水壓試驗應力校核： (312)水壓試驗強度滿足要求。 封頭厚度計算由于橢圓形封頭應力分布比較均勻，且橢圓形封頭易沖壓成型，選擇標準橢圓形封頭，封頭材料選用Q345R，設計壓力為，材料在時許用應力為[4]，厚度負偏差，腐蝕裕量，焊接系數(shù)，所選材料的屈服應力[4]。計算壓力等于設計壓力，即計算厚度： (313)對于壓力較低的容器，按照強度公式計算出來的厚度很薄，往往會給制造和運輸、安裝帶來困難，為此對殼體原件規(guī)定了不包括腐蝕裕量的最小厚度，對碳素鋼、低合金鋼制的容器，不小于3mm[5],因此取。設計厚度： (314)名義厚度： (315)圓整至鋼材標準規(guī)格的厚度，取。有效厚度： (316)水壓試驗壓力： (317)水壓試驗應力校核： (318) 水壓試驗強度滿足要求。根據(jù)參考文獻[8]，當封頭公稱直徑時，直邊高度h宜為25mm，冷卻器的公稱直徑為300mm，則封頭的直邊高度，并且。封頭的形式如圖31所示：圖31 封頭的結構形式 筒體接管開孔補強校核 （1）補強及補強方法的判別 ①補強判別殼體開孔處接管分別為無縫鋼管（）和無縫鋼管（）。，兩相鄰開孔中心的間距大于兩孔直徑之和，且接管公稱外徑小于或等于89mm，只要接管的厚度滿足表31的要求，就可不另行補強[3]。表31 不另行補強的接管最小厚度接管公稱外徑253238454857657689最小厚度因此只需要對無縫鋼管開孔處進行開孔補強校核。②補強計算方法判別接管材料選用16Mn，材料的許用應力，厚度偏差，腐蝕裕量，因此。開孔直徑： (319)筒體開孔直徑，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）開孔所需的補強面積開孔所需的補強面積 先計算強度削弱系數(shù)，接管有效厚度。開孔所需的補強面積： (320) （3）有效補強范圍①有效寬度B (321)取以上兩式的最大值，故。②有效高度外側有效高度： (322) （實際外伸高度）取以上兩式的最小值，故。內側有效高度： (323)（實際內伸高度）取以上兩式的最小值，故。（4）有效補強面積①封頭多余金屬面積筒體有效厚度筒體多余金屬面積： (324) ②接管多余金屬面積接管計算厚度：接管多余金屬面積： (325) ③接管區(qū)焊縫面積（）④有效補強面積 (326)由于,則開孔后不需要另行補強。 管箱接管開孔補強校核（1）補強及補強方法的判別： ①補強判別管箱開孔處接管分別為無縫鋼管（）和無縫鋼管（）。根據(jù)表31，只需對無縫鋼管開孔處進行開孔補強校核。②補強計算方法判別接管材料選用16Mn，材料的許用應力，厚度偏差，腐蝕裕量，因此。開孔直徑： (327)冷卻器封頭開孔直徑，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）開孔所需的補強面積開孔所需的補強面積 先計算強度削弱系數(shù)，接管有效厚度。開孔所需的補強面積： (328) （3）有效補強范圍①有效寬度B (329)取以上兩式的最大值，故。②有效高度外側有效高度： (330)（實際外伸高度）取以上兩式的最小值，故。內側有效高度： (331)（實際內伸高度）取以上兩式的最小值，故。（4）有效補強面積①封頭多余金屬面積筒體有效厚度筒體多余金屬面積： (332) ②接管多余金屬面積接管計算厚度： (333)接管多余金屬面積： (334) ③接管區(qū)焊縫面積（）④有效補強面積 (335)由于,則開孔后不需要另行補強。 管箱法蘭和接管法蘭的選取 管箱法蘭的選取管箱法蘭選用甲型平焊法蘭，采用凹凸面密封，法蘭結構見圖32，法蘭及相匹配的墊片、螺柱、螺母的材料最大允許工作壓力、技術條件及其標記按JB/T 4700的規(guī)定。圖32 管箱法蘭的結構管板與管箱之間采用法蘭連接，后面管板的結構設計參考與管箱法蘭配合的凸面法蘭，與管箱法蘭配合的凸面法蘭尺寸如圖33所示：圖33 凸面法蘭的結構根據(jù)管箱公稱直徑，查閱參考文獻[9]，管箱法蘭相關的結構尺寸如表32所示：表32 法蘭參數(shù)公稱直徑法 蘭/mm螺 柱 DD1D2D3D4δd規(guī)格數(shù)量3004303903553453423023M20