【正文】 =640mm，取標(biāo)準(zhǔn)間距 B=600mm。 對應(yīng)的折流板數(shù)為 ： 塊6160040001 ????? BlN B 傳熱面積 重新 校核 ： % ??????估估 AA 因此，估算面積符合高于設(shè)計要求，可行。 換熱器的內(nèi)壓降核算 (1)管程流動阻力 ? ?12i t s pp p p F N N? ? ? ? ?? () 其中， tF?? 結(jié)垢校正因數(shù)； sN?? 串聯(lián)的殼程數(shù) , 1sN? ； pN?? 管程數(shù)， ???? = 4； 21 2iii uLp d ?? ???? ???? 22 2iiup ?? ????????, 3?? 12,pp? ? ?? 分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降 ,Pa 根據(jù)《換熱器》可知 21211221222)11(2)11(2ln)1(11ln1TTttSttTTRRRSRRSRRSSRFt??????????????????? （ ） 因此，可以計算 )11(2)11(2ln)1(11ln1222?????????????RRSRRSRRSSRF t （ ） = )1)70120110170(170120110170(110170120702)1)70120110170(170120110170(110170120702ln)170120110170()110170)(70120()12070)(110170(1110170120701ln1)70120110170(222?????????????????????????????????? = 由于采用多管程 設(shè)計，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=， 傳熱管的相對粗糙度 εdi=,已知 Re1=4003，由《換熱器設(shè)計》λ Re 關(guān)系圖中可以查得 ： λ =， 取 ζ =3， 因此： PaudlPi 22111???????????????????? ????? ?? PauP 2112 ??????? ? ??????????? ??? ?? ? ?PaNNFPPP psti)(21???????????? 根據(jù)《換熱器設(shè)計》 在 10000100000Pa 之間 ，因此， 管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。 （ 2）殼程流動阻力： ? ?39。39。12o s sp p p F N? ? ? ? ?? （ ） 采用正 三角形排管方式，此時 Fs=， Ns=1；則可以求得： )2)(1( 22201 uNNFfP Bc ????? )2)(( 2222 uDBNP B ????? 其中： ?p1′ —— 流體橫過管束的壓降， Pa； ?p2′ —— 流體橫過折流板缺口的壓降， Pa； F—— 管子的排列方法對壓降的校正系數(shù)。正三角形排列是取 F=，正方形排列時取 F=，組合排列時取 F=。 f0—— 殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng) Re500 時： 9 1 6 8 2 8 2 ???? ??f Nc—— 橫過管束中心線的管子數(shù) ；采用多管程設(shè)計，估算中心排管數(shù) ； Nc—— √440=， 取 Nc=25 根 ； ????—— 折流板的數(shù)目，由前面計算可知， NB=6； B—— 折流板間距； B==640mm； 取 600 0u —— 收到接殼體流通截面積的計算流速 ， m/s； 流通截面積： acP dNDBA )()( 00? ??????? （ ） smASuAVu / 022000 ?????? aBcPuNNFfP10)2)(16()2)(1(222201???????????? ? aBPuDBNP10)2()(6)2)((22222???????????? ? aassPP NFPPP 30 00 )()( 210 ?? ?????????????? （ ） 因此，殼程的流動阻力也在允許范圍之內(nèi)。 換熱器壁溫計算 換熱管壁溫計算 符號說明： ? —— 以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計算的總傳熱系數(shù)， W/（ m℃）； dr —— 污垢熱阻，㎡℃ /w； ,mmTt—— 分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； ,ioTT—— 分別為熱流體的進、出口溫度，℃； ,iott—— 分別為冷流體的進、出口溫度，℃； mt?—— 流體的有效平均溫差，℃； ? —— 以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計算的給熱系數(shù)， W/（ m℃）。 熱流體側(cè)的壁溫： ℃)00 1 9 31()1( 12????????? mmth tRKTt ? （ ） 冷流體側(cè)的壁溫： ) 1()1( 21?????????? mmtc tRKtt ? ℃ 所以 ????? chtht ttt ℃ 圓筒壁溫的計算 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： ℃85212070 ???mt 到此換熱器的工藝計算告一段落，其中工藝計算的主要目的是計算出其換熱面積，選出相應(yīng)的換熱 器型式，因此，接下來應(yīng)該是進行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及強度計算。 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 表 換熱器型式： 浮頭式換熱器 換熱面積（ 2m ）： 工藝參數(shù) 名稱 管程 殼程 物料名稱 貧油 富油 設(shè)計 壓力， kPa 4000 4000 操作溫度，℃ 170/110 70/120 流量， kg/h 流體密度 , 3/kgm 流速， m/s 傳熱量， kw 572 總傳熱系數(shù)， 2/( )W m K? 對流傳熱系數(shù)， 2/( )W m K? 污垢系數(shù)， ? ?2 /m K W? 阻力降， pa 程數(shù) 4 1 推薦使用材料 16Mn 16MnR 接管直徑 200mm 80mm 管子規(guī)格φ 19 2；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)： 26 3 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度設(shè)計 在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計和強度計算，主要包括殼體和封頭的厚度計算、材料的選擇、管板厚度的計算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強計算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計（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），具體計算如下。 殼體與管箱厚度的確定 根據(jù)給定的流體的進出口溫度， 偏于安全設(shè)計， 選擇設(shè)計溫度為 300℃； 設(shè)計壓力為 。 殼體和管箱材料的選擇 由于所設(shè)計的換熱器屬于常規(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 采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。 圓筒殼體厚度的計算 以及校核 焊接方式：選為雙面焊對接接頭， 100%無損探傷，故焊接系數(shù) 1?? ； 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 16MnR 鋼板其 鋼板的厚度負偏差以及腐蝕裕量為為120。 2C C mm??。 根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動人事出版社查得在溫度為 300℃時 材料的許用應(yīng)力 為 [σ ]t=144Mpa（厚度為 6～ 16mm 時）， 則 殼體計算厚度按下式計算為： ][2 ???? ????Ctic pDP Φ?? （ ） 設(shè)計厚度： mmCd ????? ?? 名義厚度： mmCdn ????????? ?? 有效厚度 ： mmCCne 12021421 ??????? ?? 根據(jù)《單用化工單元設(shè)備設(shè)計》（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，而計算的名義厚度為 14mm， 此時滿足設(shè)計要求。 對殼體進行校核： ????????ttteeict Dp][,1441144][ )12800(42 )(??????? ????? （ ） 滿足設(shè)計要求 ，合格。 因此，此壁厚合格。 根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動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，進行水壓試驗。 atT MpPP ][ ][ ????? ?? （ ） 為使液壓試驗時容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗前必須進行水壓以檢驗圓筒的薄膜應(yīng)力 ： , )12800( )(??????? ?????asaeeiTTMpMpDp????φ （ ） 水壓試驗合格 。 管箱厚度計算 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，故此時將前端管箱和后端管箱的厚度計算分開計算。 前端管箱厚度計算 前端管箱為橢圓形管箱，這是因為橢圓形封頭的應(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，這是因為橢圓形封頭的應(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。 此時選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)《化工容器設(shè)計》，上?？萍汲霭嫔缡?36可以計算封頭的形狀系數(shù)。 1])124(2[61])2(2[61 22 ???????iihDK （ ） 同時取鋼板厚度負偏差以及腐蝕裕量為 ： 。01 mmC ? 。22 mmC ? 封頭的厚度應(yīng)按 GB 1501998 第 5 章計算： 封頭計算厚度： mmPDKPctich ][2 ????? ????? ??? （ ） 設(shè)計厚度： mmChdh ????? ?? 名義厚度： mmCdhnh ???????? ?? 有效厚度： mmCCneh 12202121 ??????? ?? 對封頭 的最大允許工作壓力 進行校核 ： aeietw MpKDp ][2][ ????? ?????? ???? （ ） 所取的設(shè)計壓力合適。 取 封頭的型號參數(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，進行水壓試驗。 atT MpPP ][ ][ ????? ?? 為使液壓試驗時容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗前必須進行 水壓來檢驗圓筒的薄膜應(yīng)力 ： , )12800( )(??????? ?????asaeeiTTMpMpDp????φ 水壓試驗合格 管箱法蘭選取 左端 管箱的公稱尺寸為 DN800，選擇長頸對焊法蘭，根據(jù) JB/T 4703，選取左端 管箱法蘭 ，外頭蓋法蘭的選取以及尺寸詳見本章 節(jié)。 后端管箱厚度的計算 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，取鋼板厚度負偏差為 C1 = 0,腐蝕裕量為：C2 = 2mm，計算厚度為： 計算 厚度為：