【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 換熱器最外換熱管表面與殼體內(nèi)壁的最短距離 那么換熱器的不管限定圓的直徑 和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 按單程管計(jì)算所需的傳熱管長(zhǎng)度為 按單程設(shè)計(jì)傳熱管過長(zhǎng)宜采用多程管結(jié)構(gòu)現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)則該換熱管管程數(shù)為 那么傳熱管的總管數(shù) 熱溫差校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫差校正系數(shù) 按單殼程六管程結(jié)構(gòu)溫差校正 系數(shù)查的下表得 圖 31 溫差校正系數(shù)圖 可得溫差校正系數(shù) 平均傳熱溫差 排列和分程方法 采用組合排列法即每程內(nèi)列管都是按照正三角形排列隔板兩側(cè)采用正方形取管心距則 橫過管束中心線的管數(shù) 徑 采用多管程結(jié)構(gòu)取管板利用率則殼體內(nèi)徑為 圓整可取 折流板是 14 圓弧如下圖所示 圖 32a 螺旋折流板的輪廓圖 下面對(duì)折流板進(jìn)行分析下圖是折流板的在換熱器中軸向的投影 圖 32b 螺旋折流板的投影圖 圖 33 螺旋折流板的簡(jiǎn)略空間圖 從上面兩個(gè)圖中可以計(jì)算出扇形折流板的邊長(zhǎng)以及弧度 邊長(zhǎng)折 流板投影上的半徑為 RR AB BC 在直角中 那么折流板邊長(zhǎng)為 這里設(shè)定螺旋折流板的安裝高度取 15度即由于殼體內(nèi)徑為 2600mm可以取 R 1295mm 那么邊長(zhǎng) 計(jì)算夾角在直角中 在 故有 則 安裝距離 那么折流板的板數(shù) 即所需要的折流板的數(shù)量為 24 個(gè) 圖 34 螺旋折流板的實(shí)物圖 殼程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)的丁二烯流速為則接管內(nèi)徑為 取標(biāo)準(zhǔn) 管徑為 89mm 管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)循環(huán)水流速則接管內(nèi)徑為 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 300mm 35 換熱器核算 算 11 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)螺旋式折流板可以采用克恩公式 當(dāng)量直徑已知列管排列為正三角形排列所以 殼程流通截面積 殼程流體流速及其雷洛數(shù)分別為 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 粘度校正 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 12 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 管程流通截面積 管程流體流速 普蘭特準(zhǔn)數(shù) 那么管程對(duì)流傳熱系數(shù) 13 傳熱系數(shù) K 14 傳熱面積 S 該換熱器的實(shí)際傳熱面積 該換熱器的面積裕度為 傳熱面積裕度合適該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù) 內(nèi) 流體的流動(dòng)阻力 21 管程流動(dòng)阻力 已知 由相對(duì)粗糙度為查莫狄圖得如下圖 圖 35 莫狄圖 由圖可知摩擦系數(shù) 又知?jiǎng)t 管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi) 22 殼程阻力 已知 流體流經(jīng)管束的阻力 殼程流體的摩擦系數(shù) 又知?jiǎng)t 流體流過折流板缺口的阻力 已知?jiǎng)t 總阻力 殼程流動(dòng)阻力較為合適 23 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)果見表格 31 表 32 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器型式固定管板式不帶膨脹節(jié) 換熱面積 28832 工藝參數(shù) 名稱 管程 殼程 物料名稱 水 丁二烯 操作壓力 MPa 045 039 操作溫度℃ 進(jìn)出 3834 399369 流量 kgh 391706 17000 流體密度 1000 676 流速 ms 0997 0025 傳熱量kJh 總傳熱系數(shù) 4134 對(duì)流傳熱系數(shù) 2894 7556 污垢系數(shù) 0． 000344 0． 000172 阻力降 Pa 6656 259 程數(shù) 1 6 推薦使用材料 碳鋼 碳鋼 管子規(guī)格φ 25 25 管數(shù) 4158 管長(zhǎng)9000mm 管間距 32mm 排列方式正三角形 折流板形式螺旋折流板扇形折流板間距 B 098m 殼體內(nèi)徑 2600mm 4 螺旋折流板式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在換熱器的設(shè)計(jì)中當(dāng)完成了換熱器的熱力計(jì)算后就可以進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有時(shí)在熱力設(shè)計(jì)計(jì)算中也以部分確定了結(jié)構(gòu)尺寸此時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算除應(yīng)進(jìn)一步確定那些尚未確定的尺寸外還應(yīng)對(duì)那些以確定的尺寸作某種校核 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮許多因素如材料壓力溫度壁溫查結(jié)垢情況流體的性質(zhì)以及檢修與清理等來(lái)選擇一些合適的結(jié)垢型式 對(duì)同一種型式的換熱器由于各種條件不同往往采用的結(jié)構(gòu)亦不同在工程設(shè)計(jì)中除盡量選用定型系列產(chǎn)品外也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)以滿足工藝上的需要 41 筒體 公稱直徑 管殼式換熱器的殼體一般是用管材或者是板材卷制而成如何選定要看選擇換熱器的直徑的大小通常情況下公稱直徑 DN 400mm 時(shí)一般采用管材作為殼體或管箱殼體相反當(dāng)公稱直徑 DN 400mm 時(shí)通常使用板材卷制而成 1 卷制圓筒的公稱直徑以 400mm 為基數(shù)以 100mm 為進(jìn)級(jí)檔 2 公稱直徑 DN 2600mm 的圓筒可用板材卷制制作 結(jié)論初定筒體公稱直徑 DN2600mm 厚度 筒體的厚度應(yīng)按 GB 1501998 第 5 章計(jì)算但碳素鋼和低合金鋼圓筒的最 小厚度應(yīng)不小于 表 2 的規(guī)定高合金鋼圓筒的最小厚度應(yīng)不小于表 2 規(guī)定 表 41 圓筒的最小厚度 公稱直徑 400700 7001000 7001000 10001500 15002021 202126000 浮頭式 U 形管式 8 10 12 10 14 16 固定管板式 6 8 10 12 12 14 結(jié)論筒體的最小厚度為 14mm表中數(shù)據(jù)包括厚度附加量 1mm 最終查的《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) 錢頌文》得到筒體的厚度為 16mm 42 封頭與管箱 型 選擇使用橢圓形封頭尺寸和厚度按照 JBT473795 選取 圖 41 橢圓形封頭的尺寸和厚度表格 由上圖可以知道其公稱直徑曲面高度直邊高度名義厚度內(nèi)表面積容積質(zhì)量 圖 42 兩種不同類型的橢圓形封頭 度計(jì)算與校核 封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭材料選 查表 41 設(shè)計(jì)壓力 計(jì)算厚度 設(shè)計(jì)厚度 負(fù)偏差取 取 封頭有效厚度 容器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭其有效厚度不應(yīng)小于其他橢圓封頭的有效厚度不應(yīng)小于 結(jié)論滿足標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的要求 又因?yàn)楫?dāng)直徑為 2600mm時(shí)封頭厚 度不能低于 16mm所以取設(shè)計(jì)厚度滿足校核要求 度計(jì)算 查閱《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) 錢頌文》表 163 得 圖 43 直徑為 2600mm 的管箱在不同公稱壓力下的厚度 選擇官箱的材料為因此取官箱的厚度為 16mm 43 進(jìn)出口接管的設(shè)計(jì) 在換熱器的殼體和官箱上一般均裝有接管或接口以及進(jìn)出管在殼體和大多數(shù)官箱的底部裝有排液管上部設(shè)有排氣管殼側(cè)也常設(shè)有安全閥接口以及其他諸如溫度計(jì)壓力表液位計(jì)和取樣管接口對(duì)于立式管殼式換熱器必要時(shí)還需設(shè)置溢流口由于在殼體管箱殼體上面開孔必然會(huì)對(duì)殼體局部位置的強(qiáng)度造成削弱因此殼體管 箱殼體上的接管設(shè)置除考慮其對(duì)傳熱和壓降的影響外還應(yīng)考慮殼體的強(qiáng)度以及安裝外觀等因素 圖 44 換熱器排液管排氣管 尺寸以及選型 管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)水流速則接管內(nèi)徑為 查 GB173951998 得可取外徑 允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為 接管的壁厚計(jì)算Ф 085 已知 厚度負(fù)偏差 腐蝕余量 那么 由于外徑的最小厚度大于 6mm 所以在這里我取 查 GB173951998 無(wú)縫鋼管尺寸外形重量及允許偏差可取接管外徑為對(duì)應(yīng)的單位長(zhǎng)度理論質(zhì)量為 5228kgm 殼程流體進(jìn)出口接管由下表取接管內(nèi)丁二烯流 速為則接管內(nèi)徑為 由 GB1501998 知此此接管不需要另行補(bǔ)強(qiáng)接管最小壁厚滿足下表要求 圖 45 不同內(nèi)徑接管的最小壁厚 由表可以選定接管公稱外徑為 89mm 那么他的最小壁厚為 6mm 接管的壁厚計(jì)算Ф取 085 已知 厚度負(fù)偏差 腐蝕余量 那么 取接管外徑厚度 查 GB173951998 無(wú)縫鋼管尺寸外形重量及允許偏差可取接管外徑為對(duì)應(yīng)的單位長(zhǎng)度理論質(zhì)量為 1095kgm 強(qiáng)圈設(shè)計(jì) 由上面計(jì)算可以知道僅僅在管程需要有補(bǔ)強(qiáng)下面則是計(jì)算管程接管補(bǔ)強(qiáng)圈的設(shè)計(jì) 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別 補(bǔ)強(qiáng)判別 根據(jù)《過 程設(shè)備設(shè)計(jì)》表 415 允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為本開孔外徑等于 273mm 故需另行考慮其補(bǔ)強(qiáng) 補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別 開孔直徑 本凸形封頭開孔直徑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 封頭計(jì)算厚度 由于在橢圓形封頭中心區(qū)域開孔所以封頭計(jì)算厚度按下式確定 式中 查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》表 45 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 先計(jì)算強(qiáng)度削弱系數(shù) 注接管使用 10 號(hào)鋼 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 有效寬度 B 取大值 故 B 538mm 有效高度 外側(cè)有效高度 取小值 故 內(nèi)側(cè)有效高度 取小值 故 4 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 封頭多余金屬面積 封頭多余金屬面積 接管多余金屬面積 接管計(jì)算厚度 接管多余金屬面積按式計(jì)算 接管區(qū)焊縫面積焊腳取 60mm ④有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ⑤所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積 那么開孔后不需要另行補(bǔ)強(qiáng) 蘭選擇 法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式應(yīng)根據(jù)使用介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力公稱直徑等因素來(lái)確定換熱器的法蘭一般采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭 1 管程接管法蘭 根據(jù) GBT911522021 表 1 系列選取取為 DN250PN16 法蘭外徑 D 405mm 螺栓孔中心圓直徑 K 355mm 螺栓孔徑 L 23mm 螺栓數(shù)量 n 12 規(guī)格為 M24 密封圈 d 370mmX 368mmY 364mm 法蘭高度 H 78mm 厚度 C 28mm 法蘭頸 N 342mmS 71mmR 10mm 2 殼程接管法蘭 根據(jù) GBT911522021 表 1 系列選取取為 DN89PN16 系列 I 參數(shù)如下 法蘭外徑 D 200mm 螺栓孔中心圓直徑 K 160mm 螺栓孔徑 L 18mm 螺栓數(shù)量 n 8 規(guī)格為 M16 密封圈 d 132mmX 120mmY 121mm 法蘭高 度 H 50mm 厚度 C 20mm 法蘭頸 N 110mmS 29mmR 6mm 3 接管法蘭墊片 采用鍍鋅薄鋼板包石棉橡膠板 HG2060797δ 3mm 伸長(zhǎng)度 接管外伸長(zhǎng)度也叫接管伸出長(zhǎng)度是指接管法蘭面到殼體管箱殼體外壁的長(zhǎng)度查閱《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) 錢頌文》 P142 表 166 和表 167 可知 丁二烯進(jìn)出口接管外伸長(zhǎng)度為 250mm 冷卻水進(jìn)出口接管外伸長(zhǎng)度為 150mm 排氣口排液口接管外伸長(zhǎng)度為 150mm 筒