【文章內(nèi)容簡介】 、低耗的原則，盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)、最新的國家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟合理之要求 ，具體可概括為： （ 1）根據(jù) GB1511999《鋼制壓力容器》與壓力容器用鋼等國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。 （ 2）滿足工藝和操作要求。所設(shè)計的流程和設(shè)備應(yīng)確保得到質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品，同時所設(shè)計的流程與設(shè)備要具有一定的操作彈性，以期方便地對流量和傳熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 （ 3）滿足經(jīng)濟上的要求。設(shè)計省熱能和電能的消耗，減少設(shè)備與基礎(chǔ)的費用，選擇合適的回流比，節(jié)省水蒸汽，設(shè)計時要全面考慮，力求總費用盡可能的低。 （ 4）保證生產(chǎn)安全。所設(shè)計的換熱器應(yīng)具有一定的剛度和強度，設(shè)計中應(yīng)根據(jù)設(shè)計壓力確定壁厚 ,再校核其他零件的強度 ,進(jìn)行水壓試 驗，并保證容器具有足夠的腐蝕裕度。 5 第 2 章 工藝計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定物性參數(shù) 定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值 [1]。故殼程蒸汽的定性溫度為： ???T ℃ 管程合成反應(yīng)氣的定性溫度為： ???t ℃ 根據(jù)定性溫度，分別查取 計算 殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù) 合成反應(yīng)氣的組分及比例見表 21。 表 21 合成反應(yīng)氣組分比例表 組分 2CO CO 2H 2N 4CH OH2 合計 含量 % 100 根據(jù)表 21 以及化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 [2]查得各組分 在定性溫度下的 物性參數(shù)，見表 22。 表 22 物性參數(shù)表 組分 比熱 )/( KkgJCp ? 密度 )/( 3mkg? 粘度 )( sPa?? 導(dǎo)熱系數(shù) )/( KmW ?? 2CO ?? CO ?? 2H 14604 ?? 2N ?? 4CH ?? OH2 ?? 根據(jù)查得的物性參數(shù)及常用化工單 元設(shè)備的設(shè)計 [3]關(guān)于混合氣體的計算公式計算合成反應(yīng)氣的各項物性參數(shù)。 2CO 的摩爾分率為： %18%%%%%%44% ???????y CO 的摩爾分率為： %18%%%%%%28% ???????y 6 2H 的摩爾分率為： %18%%%%%%2% ???????y 2N 的摩爾分率為： %18%%%%%%28% ???????y 4CH 的摩爾分率為： %18%%%%%%16% ???????y OH2 的摩爾分率為： %18%%%%%%18% ???????y 合成反應(yīng)氣物性參數(shù)計算公式為： ?? iim y?? （ 21） ??? iiim My My ?? （ 22） ?? iim CpyCp （ 23） ???3131iiiiim MyMy ?? （ 24） 按式（ 21）計算得出合成反應(yīng)氣密度為： 3/%%%%%% mkgm ???? ?????????? 按式（ 22）計算得出合成 反應(yīng) 氣粘度為： sPam???????? ???????????????????????? 5%%% 18%%%28%%%28%%%? 7 按式（ 23）計算得出合成反應(yīng)氣比熱為： KkgkJCp m ????? ????????? /%% %%%% 按式（ 24）計算得出合成反應(yīng)氣導(dǎo)熱系數(shù)為： KmWm??????????????????????????????/18%%%18%%%28%%%28%%%313131313131313131313131? 則有： 蒸汽在 ℃， 下的物性數(shù)據(jù)如下： 密度 3/ mkg?? 定壓比熱容 KkgkJc p ./? 導(dǎo)熱系數(shù) KmW ./?? 粘度 SPa .100 9 5???? 合 成反應(yīng)氣在 ℃， 6MPa 下 的物性數(shù)據(jù)如下： 密度 3/ mkg?? 定壓比熱容 KkgkJc p ./? 導(dǎo)熱系數(shù) KmW ./?? 粘度 SPa . 5???? 確定熱流量 平均傳熱溫差 先按照純逆流計算， 根據(jù)式（ 25）計算 2121,ln tttttm???????逆 （ 25） 得： )(ln)()(ln2121, ??????????????tttttm 逆℃ 熱流量 為求得熱流量，需先求出傳熱系數(shù) K，而 K 值又與給熱系數(shù)、污垢熱阻等有關(guān)。在換熱器的直徑、流速等參數(shù)均未確定時，給熱系數(shù)也無法計算，所以只能進(jìn)行試算。假設(shè) KmWK ?? 2/210 ，則估算的熱流量 根據(jù)式（ 26）計算 8 逆,mtKAQ ?? （ 26） 為： WtKAQ m 2 0 2 4 1 9 , ?????? 逆 根據(jù)熱流量可求出殼程蒸汽及管程合成氣的流量分別為： skgtc Qmskgtc Qmmpmp/)( 2 0 2 4 1 9 0/)( 2 0 2 4 1 9 03,3?????????????? 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 換熱管有光管、焊接管、螺紋管、波節(jié)管、波紋管、三維內(nèi)外肋管等。在沒有特殊要求的情況下，一般選用光管因為光管加工方便、價格便宜，本裝置采用光管。 選擇管徑時，應(yīng)盡可能使流速高些，但一般不應(yīng)超過規(guī)定的流速范 圍。易結(jié)垢、粘度較大的液體宜采用較大的管徑。我國目前試用的列管式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有 ?? 及 mm219?? 兩種規(guī)格的管子。 采用小管徑，可使單位體積的傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系數(shù)提高。 管長的選擇是以清洗方便及合理使用管材為原則。長管不便于清洗，且易彎曲。 我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)鋼管長度為 mm6000 ，當(dāng)選取管長時，應(yīng)根據(jù)鋼管長度規(guī)格，合理裁減，避免材料的浪費。本裝置的換熱管采用 ?? 的光管。取管內(nèi)流速 smu /? 。 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依 據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速 按式（ 27） 確定 udVnis 24?? （ 27） 則 單程傳熱管數(shù)： 1 2 8 422 ????? udVnis ?（根） 所需的傳熱管長度 按式（ 28）確定 sndAL02?? （ 28） 為： mndAL s 1052 0 ?????? ? 9 根據(jù)本設(shè)計實際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，現(xiàn)取傳熱管長 mL 6? 。 平均傳熱溫差校正 平均溫差校正系數(shù)有： 21 ??????? tt TTR ， 12 ??????? tT ttP 根據(jù)單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查 GB150[4]得： ??t? 則平均傳熱溫差為： . 9 5 ?????? ? 逆mtm tt ? ℃ 傳熱管排列 換熱管外徑為 mmd 25? ，查 GB151[5]得 最小換熱管最小彎曲半徑為mmR 50min ? ，取離分程隔板最近一排的換熱管彎曲半徑為 mm50 ， 由分程隔板向上每一排布管的彎曲半徑相等 。 U 型換熱管段彎曲 前 的最小壁厚 按式（ 29）確定 )41(10 Rd???? （ 29） 有： mmRd )504 251()41(10 ??????? ?? 換熱管采用正方形排列。 取管心距 dt? ，則 mmt ???? ，換熱管排列方式見裝配圖中的布管圖。 筒體 （ 1）一般來說，換熱器的殼體和管箱公稱直徑大于 400mm 時，其筒體使用板材卷制。當(dāng)換熱器的公稱直徑小于等于 400mm 時，其筒體使用管材制作。 （ 2）壁厚的確定 筒體壁厚應(yīng)按照 文獻(xiàn) [4]進(jìn)行強度計算。規(guī)定殼體最小厚度的目的是為了增加殼體剛性，減少變形，以利于管板和管束的安裝，尤其是浮頭換熱器的殼體由于得不到管板的加強又需要拆卸，故保證最小厚度更為重要。筒體的有效厚度及名義厚度在強度計算中確定。 由于本過熱器采用雙管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算。取管板利用率?? ，則殼體內(nèi)徑 按式（ 210）計算 ?TNtD ? （ 210） 為： )( 4 5 mmNtD T ????? ? 按 U 型管換熱器殼體標(biāo)準(zhǔn)直徑系列，可取 mmD 700? 。 10 折流板 列管式換熱器的殼程流體流通截面積 大 ，在殼程流體屬對流傳熱條件時，為增大殼程流體的流速，加強其湍動程度，提高其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，需要設(shè)置折流板。折流板有橫向折流板和縱向折流板兩類 [6]，單殼程的換熱器僅需設(shè)置折流板，橫向折流板同時兼有支承傳熱管，防止產(chǎn)生振動作用。 管殼式換熱器中常用的折流板形式如圖 21： 圖 21 常用折流板形式 11 管殼式換熱器常用的有弓形和盤環(huán)形。在弓形折流板中，流體在板間錯流沖刷管子，而流經(jīng)折流板弓形缺口時是順流經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動中死區(qū)較少，比較優(yōu)越，結(jié)構(gòu)比較簡單，一般標(biāo)準(zhǔn)換熱器中只采用這種。盤環(huán)形折流板制造不方便，流體在管束中為軸向 流動，效率較低。而且要求介質(zhì)必須是清潔的，否則沉淀物將會沉積在圓環(huán)后面，是傳熱面積失效，此外，如有惰性氣體活溶解氣體放出是，不能有效地從圓環(huán)上部排出，所以一般用于壓力比較高而又清潔的介質(zhì)。因此，采用單弓形折流板。去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： mmh ??? ， 可取 mmh 180? 。 取折流板間間距為： mmDB ???? ， 取 mmB 450? 。 折流板數(shù)目： ?????? 折流板間距 傳熱管長BN 其中一個折流板不去圓缺，如裝配圖中所示。 按化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計中關(guān)于折流板厚度的規(guī)定，取折流板厚度為 8mm 。 其他附件 查 文獻(xiàn) [5]中關(guān)于拉桿與定距管的相關(guān)規(guī)定，選擇拉桿直徑 mmd 160 ? ，本換熱器殼體內(nèi)徑為 700mm ，拉桿數(shù)量取為 6 根。 根據(jù) 文獻(xiàn) [5]設(shè)置中間擋板 2 塊 ，中間擋板設(shè)置在 U 型管束的中間通道處，并與折流板點焊固定。 見裝配圖。 接管 接管內(nèi)徑按式（ 211）計算： ??4VD? （ 211） 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為 smu /101 ? ，則接管內(nèi)徑為 ????? ?? 圓整后取管內(nèi)徑為 mm250 。 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi) 氣 體流速 smu /252 ? ，則接管內(nèi)徑為 mD ????? ?? 12 圓整后取管內(nèi)徑為 mm200 。 鞍座設(shè)計 該設(shè)備為臥式換熱器，由于筒體直徑 mmDN 700? ，根據(jù) JB/T4712[7]選 BI型重型鞍式支座 ： BI700F/S，材料選用 Q235B。安裝尺寸 根據(jù) JB/T4717[8]中相關(guān)規(guī)定取值 ，其中， mmL 6000? ，根據(jù) 文獻(xiàn) [5]中相關(guān)規(guī)定， 取mmLL B 4 4 0 06 0 0 ???? ， mmLL cc 800, ?? 。 見裝配圖。 校核傳熱系數(shù)及換熱面積 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 用克恩法 [9]按式（ 212）計 算 ： )(wed ???? ? （ 212） 當(dāng)量直徑為： md dtdoo )(4)4(4 2222 ??????????? 殼程流通截面積為： ) ()1( mtdBDs oo ??????? 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： smu o / ??? 5 ?? ??? ?o 普