【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （224）式中：，——分別為熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的管壁溫度，； ，——分別為熱流體和冷流體的平均溫度，； ，——分別為熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)； ，——分別為熱流體側(cè)和冷流體側(cè)的傳熱面積，； ，——分別為熱流體和冷流體的污垢熱阻， 根據(jù)公式（224），求得管壁溫度管外側(cè)冷凝膜溫為：這與假設(shè)溫度差距不大。傳熱管壁溫為： 壓降校核列管式冷凝器允許壓降見表24。表24 列管式冷凝器允許壓降操作壓力/Pa允許壓力/Pa管程殼程允許壓降計(jì)算管程壓降管程流體的壓降等于流體流經(jīng)傳熱管直管壓降和冷凝器管程局部壓降之和，即 （225）式中：——摩擦系數(shù)； ——局部阻力； ——?dú)こ虜?shù)； ——管程數(shù)； ——管程總壓降； ——結(jié)垢校正系數(shù)。其中，直管部分的壓降和局部壓降可分別計(jì)算如下： （226） （227）式中：——摩擦系數(shù)； ——傳熱管長(zhǎng)度，m； ——傳熱管內(nèi)徑，m； ——管內(nèi)流速，； ——流體密度，； ——局部阻力系數(shù)。式（226）中的阻力系數(shù)一般情況下取3.，則，而，于是對(duì)的管子有。管程流體的壓降：故, 管程壓降在允許范圍之內(nèi)。計(jì)算殼程壓降用埃索法計(jì)算殼程計(jì)算殼程壓降： （228）式中：——?dú)こ炭倝航担? ——流體流過管束的阻力，； ——流體流過折流板缺口的阻力；； ——?dú)こ探Y(jié)垢校正系數(shù)， ——?dú)こ虜?shù)。其中 （229a） （229b）式中：——橫過管數(shù)中心線管的根數(shù)； ——折流板數(shù)目； ——折流板間距，m； ——冷凝器殼程內(nèi)徑，m； ——?dú)こ塘黧w橫過管束的最小流速，按流通面積 計(jì)算，m/s； ——管子排列形式對(duì)阻力的影響，正三角形 ； ——?dú)こ塘黧w摩擦因子。流體流經(jīng)管束的阻力, , F=；；因?yàn)闅こ虄?nèi)存在氣體和液體，則以50%汽相的分率來計(jì)算殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： 流體流過折流板缺口的阻力總阻力在允許范圍之內(nèi)。 冬季因素考慮考慮到冬天冷水進(jìn)口溫度降低，假設(shè)進(jìn)口溫度為23℃，出口溫度為33℃，則以上所需實(shí)際換熱面積更改。循環(huán)水的定性溫度：入口溫度為，出口溫度為冷卻水的定性溫度為兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如表25。表25 冷卻水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù) 物性流體溫度℃密度kg/m3粘度mPas比熱容kJ/(kg℃)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m℃)冷卻水28二甲胺蒸汽冷凝器汽化潛熱量為冷流體吸收的熱量，由式（21）知平均傳熱溫差根據(jù)公式（23）得逆流傳熱溫差：平均傳熱溫差校正所以根據(jù)公式（210），（211）有管子規(guī)格，L=9m。管束排列方式：正三角形排列。一殼程雙管程三角形管束排列方式。據(jù)之前計(jì)算知，則據(jù)公式所需換熱面積為而冷凝器實(shí)際面積則其面積裕度為：面積裕度過大。 綜合考慮因此考慮夏冬季得差異，取冷卻水的進(jìn)口平均溫度為28C，冷卻水的出口平均溫度為38C進(jìn)行計(jì)算。循環(huán)水的定性溫度：入口溫度為，出口溫度為冷卻水的定性溫度為兩流體在定性溫度下的物性數(shù)據(jù)如表26。表26 冷卻水在定性溫度下的物性數(shù)據(jù) 物性流體溫度℃密度kg/m3粘度mPas比熱容kJ/(kg℃)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m℃)冷卻水33 估算傳熱面積 熱流量由題目可知，二甲胺蒸汽流量： 冷卻水用量 平均傳熱溫差根據(jù)公式（23）得逆流傳熱溫差： 估算傳熱面積總傳熱系數(shù)K現(xiàn)暫取則據(jù)公式（24）估算換熱面積： 選工藝尺寸計(jì)算 管徑和管內(nèi)流速選用較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速。 管程數(shù)和傳熱管數(shù)可依據(jù)公式（25）確定單程傳熱管數(shù)按公式（26）計(jì)算，單程所需的傳熱管長(zhǎng)度為現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=，按公式（27）則該換熱器的管程數(shù)為傳熱管總根數(shù)管子規(guī)格，L=。管束排列方式：正三角形排列。一殼程四管程三角形管束排列方式。 平均傳熱溫差校正所以根據(jù)公式（210），（211）有再由公式（29），算溫差校正系數(shù)：，同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 殼體內(nèi)徑 采用單管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑按式（214）估算。按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取D=1000mm則橫過管數(shù)中心線管的根數(shù) 折流板切去的圓缺高度為，折流板間距B為450mm，=傳熱管長(zhǎng)/折流板間距1=7500/4501=16（塊） 冷凝器核算 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)由公式（217）求得當(dāng)量管數(shù)再通過公式（215）、（216），可得無量綱冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可管程流體流通截面積求得管程流體流速，再通過公式（219），求雷諾數(shù)： 管程流體普朗特?cái)?shù)：：由公式（218），得到管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻管內(nèi)側(cè)污垢熱阻管壁熱阻計(jì)算， 傳熱系數(shù)根據(jù)公式（321）可得冷凝器的傳熱系數(shù)：據(jù)公式（222）所需換熱面積為而冷凝器實(shí)際面積則其面積裕度為：由于冷凝器常用于精餾過程，考慮到精餾塔操作常需要調(diào)整回流比，同時(shí)還可能兼有調(diào)節(jié)塔壓的作用，因而應(yīng)適當(dāng)加大其面積裕度，按經(jīng)驗(yàn)，其面積裕度應(yīng)在30%左右。傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠生產(chǎn)任務(wù)。對(duì)數(shù)平均溫差為夏季，水溫由33℃→43℃，=℃對(duì)數(shù)平均溫差為冬季，水溫由23℃→33℃，=℃夏天生產(chǎn)：需要換熱面積冬天生產(chǎn)：所需換熱面積夏天面積裕度冬天面積裕度由此可知該換熱器在夏天冬天使用時(shí)殼程若仍按平均流速來計(jì)算無法達(dá)到生產(chǎn)要求。 夏季冬季流速調(diào)整為了使冷凝器能在夏天使用，可以降低水的流速可以增加以降低水的Δt,并增加。計(jì)算如下：二甲胺蒸汽:176。C →176。C冷卻水：33176。C→38℃根據(jù)公式（23）得逆流傳熱溫差：平均傳熱溫差所以根據(jù)公式（210），（211）有平均傳熱溫差換熱面積此時(shí)接管程水的流速為而冬季面積裕度過大，可以通過增大管內(nèi)水的流速以增大水的Δt,以減小。計(jì)算如下。 二甲胺蒸汽:176。C →176。C循環(huán)水：23176。C →38176。C根據(jù)公式（23）得逆流傳熱溫差：平均傳熱溫差所以根據(jù)公式（210），（211）有平均傳熱溫差換熱面積此時(shí)接管程水的流速為 壁溫核算 根據(jù)公式（224），求得管壁溫度管外側(cè)冷凝膜溫為：這與假設(shè)溫度相差不大。管子平均溫度為： 壓降校核計(jì)算管程壓降，則，而，于是對(duì)的管子有。管程流體的壓降： 故, 管程壓降在允許范圍之內(nèi)。計(jì)算殼程壓降流體流經(jīng)管束的阻力 , , F=；；因?yàn)闅こ虄?nèi)存在氣體和液體，則以50%汽相分率的混合水蒸氣來計(jì)算殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： 流體流過折流板缺口的阻力總阻力在允許范圍之內(nèi)。 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見表27。表27 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程殼程流率/進(jìn)/出溫度/28/38壓力/物性參數(shù)定性溫度/33密度/定壓比熱容/粘度/導(dǎo)熱系數(shù)/設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/1000殼程數(shù)1管徑/管心距/32管長(zhǎng)/7500管子排列管數(shù)目/根754折流板數(shù)/個(gè)16傳熱面積/折流板間距/450管程數(shù)2材質(zhì)不銹鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/582369322污垢熱阻/壓降熱流量/傳熱系數(shù)/1115裕度/%第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計(jì) 壁厚的確定 壁厚的確定表31 碳素鋼或低合金鋼圓筒的最小厚度公稱直徑400~≤700800~≤10001100~≤15001600~≤2002000~≤2600浮頭式810121416U型管式810121416固定管板式68101214表32 殼體或管箱殼體厚度DN,mm材料殼程或管程公稱壓力PN，MPa厚度，mm1000Q235A/B/C10101216————16MnR1010101216——0Cr18Ni966(7)8(9)1420——℃、由于殼程走的是二甲胺蒸氣，壓力不高，腐蝕性大，故殼程筒體材料可選0Cr18Ni9。筒體用鋼板卷制，取鋼板的厚度負(fù)偏差=，腐蝕裕量=，筒體采用雙面對(duì)接焊接，局部探傷，則焊縫系數(shù)φ=。在設(shè)計(jì)溫度下，0Cr18Ni9的許用應(yīng)力為[σ]=137MPa，（厚度616mm）, 屈服強(qiáng)度為σs=205MPa[14]。因?yàn)?，筒體計(jì)算厚度可參照GB1501998用式（31）計(jì)算 （31）式中：Pc——計(jì)算壓力，MPa； Di——圓筒公程直徑，mm； φ——焊縫系數(shù)； δ——筒體的計(jì)算厚度。設(shè)計(jì)壁厚 由于二甲胺蒸氣的腐蝕強(qiáng)度高，取腐蝕裕量=。則 此時(shí)負(fù)偏差為C1=，則。名義壁厚 ，可取名義壁厚為10mm。筒體的有效厚度為 而由表3表32知可取殼體和管箱殼體壁厚為10mm。 管箱殼體壁厚的確定 管箱法蘭和墊片確定，管程的公稱直徑，查JB/，材料用16Mn，同時(shí)根據(jù)管程的性質(zhì)和所選法蘭的型號(hào)可查JB/T47012000選石棉橡膠板墊片。 箱殼體壁厚的確定℃查GB1501998知，筒節(jié)材料都采用16MnR，設(shè)計(jì)壓力，用式（31）計(jì)算設(shè)計(jì)厚度：名義壁厚: ，可取名義壁厚為10mm。筒體的有效厚度為 而由表31和表32知可取管箱殼體壁厚為10mm。 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)封頭的厚度確定橢圓形封頭是由長(zhǎng)短半軸分別由a，b的半橢圓和高度為ho的短圓筒（通稱為直邊）兩部分構(gòu)成的。直邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受到邊緣應(yīng)力的作用。表33 封頭厚度DN,mm材料殼程或管程公稱壓力PN，MPa厚度，mm1000Q235A/B/C10101214————16MnR1010101216——0Cr18Ni966101218——表34 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度ho(mm)封頭材料碳素鋼、普低鋼、復(fù)合鋼板不銹鋼封頭壁厚4~810~18≥203~910~18≥20直邊高度254050254050而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=，故設(shè)計(jì)厚度：名義壁厚：，可取名義壁厚為10mm。有效厚度：由表3表34殼體和管箱殼體的尺寸結(jié)構(gòu)應(yīng)選擇的封頭為DN=1000mm，材料為 Q235A，封頭厚度10mm，直邊高度為40mm。查標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭JB/T473795得曲邊高度為250mm，內(nèi)表面積，容積，質(zhì)量。 管板與換熱管設(shè)計(jì) 管板 管板結(jié)構(gòu)下圖為固定式管板式換熱器兼作法蘭的管板，管板與法蘭連接的密封面為凸面，分程隔板槽拐角處，倒角1045176。圖31 堆焊管板結(jié)構(gòu)圖31為堆焊不銹鋼管板，堆焊管板應(yīng)先堆焊，然后鉆管孔。 管板尺寸管板尺寸如圖32。根據(jù)GB1511999《管殼式換熱器》的規(guī)定，碳鋼、低合金鋼固定管板式換熱器的管板（16Mn鍛件）在PN≤1MPa、DN=1000的管板尺寸見表35。圖32 管板尺寸圖（用于殼程PN)表35 DN=1000管板尺寸表PsMPaPtMPaDD1D2 D3D4D5RhCD2螺柱（栓）hfb規(guī)格數(shù)量1140110010659971052100023M2048