【導(dǎo)讀】熱設(shè)備種類繁多，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。由于使用條件不同，換熱設(shè)備可。以有各種各樣的型式和結(jié)構(gòu)。其中以管殼式換熱器應(yīng)用更為廣泛。源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中仍處于主導(dǎo)地位。循環(huán)水冷卻器是換熱設(shè)備中的一種，是企業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備。保持在一個(gè)生產(chǎn)所需要的水平，使設(shè)備正常工作。本設(shè)計(jì)是對(duì)管殼式換熱器中固定管板式換熱器的研究?，F(xiàn)物料間的熱量傳遞。在本設(shè)計(jì)中以GB150-2020《壓力容器》、GB151-1999《管。熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》，首先通過(guò)方案的論證，確定物料的物性參數(shù)，再結(jié)合工作條件，選定換熱器的形式。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，完成對(duì)換熱面積、總換熱系數(shù)等工藝參數(shù)的。確定，同時(shí)進(jìn)行換熱面積、壁溫和壓力降的核算。AutoCAD繪制固定管板式換熱器的裝配圖及零部件圖，并編寫說(shuō)明書。

　　

【正文】 熱管呈正三角形排列，則當(dāng)量直徑： md dtdooe 34)42 3(4 2222?? ???????? ??????? ???? 由雷諾數(shù)hhoeeo udR ??? 有， 6o ??? ???? h hoee udR ? ?，為湍流 由普朗特?cái)?shù)hhphro CP ??? 有， 16 363o ?? ????? ??hhphr CP ? ? 由于 63 ????? eoR ，可以應(yīng)用殼程流體的對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式 [10]計(jì)算 o? ，即 ? ? ? ? . 5 ?????????wroeoeho PRd ???? （ 34） 殼程中的流體被冷卻，取 w??????????? 代入數(shù)據(jù)得： ? ? ? ? ?????? ?o? ）（ CmW ??? 2/ 8 1 2 （ 3）計(jì)算總傳熱系數(shù) oK )1(1moiioiosisoo ddddddRRK???? ????? （ 35） 其中： io??, —— 殼程、管程對(duì)流傳熱系數(shù)， ）（ CmW ??2/ ； mio ddd , —— 換熱管外徑、內(nèi)徑和內(nèi)外徑平均值 ,mm， md 為 ； sosiRR, —— 管內(nèi)側(cè)、外側(cè)污垢熱阻， W/2 Cm ?? ，均取為 WCm / 24 ??? ； ? —— 換熱管壁厚，取 ； ? —— 碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)，取 ）（ CmW ??/45 。 )1(1moiioiosisoo ddddddRRK???? ????? 17 7 6 5 1915190 0 0 1 0 0 1 8 1 211? ???????? ）（ CmW ??? 2/ 0 8 9 選用該換熱器時(shí)要求過(guò)程總傳熱系數(shù)為 ）（ CmW ??? 2/900 ，在換熱任務(wù)所規(guī)定的流動(dòng)條件下計(jì)算 ）（ CmWK ??? 2/ 0 8 9 900 ??選KK 在 ~ 之 間，所以合理。 （ 4）計(jì)算傳熱面積 S mtmK QS ?????? 實(shí)際傳熱面積： 8 060 1 mlNdS op ?????? ?? 面積裕度： %% %100 ??????? S SSH P 傳熱面積裕度在 %20~%15 之間，該換熱器能夠完成任務(wù)。 壁溫核算 由于換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使換熱管壁溫升高，降低了換熱管和殼體的壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱管壁溫，有 oimimwtTt????11110??? （ 36） 其中： Cttm ?????? 35102 t 21 CTTTm ?????? 40552 21 ）（ CmWi ??? 2/9 3 4 7 1? ， ）（ CmWo ??? 2/8 1 8 7 1? 18 傳熱管平均壁溫： CtTtoimimw ?????????? 1111110???? 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即 CT ?? 殼體壁溫和換熱管壁溫之差為： CtTt w ??????? 由于換熱器殼程流體的溫差很小，殼程壓力不高，因此，選用固定管板式換熱器較為適宜。 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 （ 1） 管程流動(dòng)阻力其中： 1P? 直管中因摩擦阻力引起的壓力降， spti NNFPPP )( 21? ????? （ 37） 其中： 1P? —— 直管中因摩擦阻力引起的壓力降，221 iic udlP ?? ????； 2P? —— 回彎管 中摩擦 阻力引起 的壓力 降，可由 經(jīng)驗(yàn)公 式 23 22 iuP ???估算； tF —— 結(jié)垢校正系數(shù)， mmmm 219 ?? 的換熱管取 ； pN—— 管程數(shù)，取 2； sN—— 串聯(lián)的殼程數(shù)，取 1。 ① 對(duì)于 1P? 的計(jì)算： 管程流通截面 222 )2( mdNNA ipi ??????? ?? 由此可知 smAVu iii / ??? 613 6 ?????? ?? ?iiei udR 19 設(shè)管壁粗糙度 ?? ， ??id? 由《化工原理》 eiR? 關(guān)系圖查得 ?? [10]，代入 1P? 計(jì)算式 PaudlP iic )( 221 ????????? ?? ② 對(duì)于 2P? 的計(jì)算： PauP i )( 222 ?????? ? ③ 對(duì)于 ??iP 的 計(jì)算： PaNNFPPP spti 1 5 9 1 5 73 4 7 2 521 ???????????? ）（）（ （ 2）殼程壓強(qiáng)降校核 sto NFPPP ）（ ???????? 21 (38) 其中： ??1P —— 流體橫過(guò)管束的壓力降， Pa ， 21 201 uNnFfP hBco ?）（ ????； ??2P —— 流體橫過(guò)折流擋板缺口的壓力降， Pa ， 202 uDBNP hB ?）（ ????； tF —— 結(jié)垢校正因數(shù)，無(wú)因次，液體取 ； sN —— 殼程數(shù)，為 1。 ① 對(duì)于 ??1P 的計(jì)算 21 201 uNnFfP hBco ?）（ ???? (39) 其中： F —— 管子排列方式對(duì)壓力降的校正系數(shù)：換熱器列管呈三角形排 列，取 ?F ； of —— 殼程流體的摩擦系數(shù)， ）（ 5 0 2 2 ??? ?of ； —— 橫過(guò)管束中心線的管束，為 15根； 20 B —— 折流板間距，為 mm150 ； D —— 殼體直徑，為 mm450 ； BN —— 折流板數(shù)目，為 37 塊； ou —— 按殼程流通截面積 )]([ ocoO dnDhSS ?? 計(jì)算的流速， sm/ 。 殼程的流通截面積： )()( mdnDhS oco ??????? smAVu ooo / 80 000 ????? 6 ?????? ?h hooo ud ? ? 可見(jiàn) 500Re?o 故 ??? ?of 2)1( 21 ohBco uNnFfP ????? 2 2??????? ）（ ? ② 對(duì)于 ??2P 的計(jì)算 2)( 22 ohB uDBNP ????? (310) 2 2?????? ）（ ? ③ 對(duì)于 ??oP 的計(jì)算 Sto NFPPP )( 21 ???????? 0 1 6 2 2 7 3 0 5 ???? ）（ ? 21 計(jì)算表明：管程壓強(qiáng)降為 Pa15913 ，小于設(shè)計(jì)壓力 ；殼程壓強(qiáng)降為 ，亦小于設(shè)計(jì)壓強(qiáng)降 ； 綜上所知，管程和殼程壓強(qiáng)降均能滿足題設(shè)要求。 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 表 37 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器形式：固定管板式 換熱面積 / 2m ： 名稱 物料名稱 操作壓力 MPa/ 操作溫度 /C? 流量 ）（ hkg// 管程 冷卻水 10/35 殼程 循環(huán)水 55/40 80000 流體密度 ）（ 3// mkg 流速 ）（ sm// 傳熱量 KW/ 總傳熱系數(shù) ）（ KmW ?2// 傳熱系數(shù) ）（ KmW ?2// 污垢系數(shù) ）（ WKm // 2? 阻力降 Pa/ 15913 程數(shù) 2 1 管子規(guī)格 219?? 材質(zhì) 碳鋼 管數(shù) 180 管長(zhǎng) 6000mm 管間距 mm/ 25 排列方式 正三角形 折流板形式 上下 間距 mm/ 150 切口高度 25% 折流板數(shù) 37 殼體內(nèi)徑 mm/ 450 接管管 程內(nèi)徑 4108?? 接管殼程內(nèi)徑 4133?? 4 換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì) 計(jì)算筒體厚度 22 由工藝條件給定的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計(jì)溫度為 C?65 ,設(shè)計(jì)壓力 。介質(zhì)為循環(huán)水和冷卻水，考慮 輕微腐蝕。 筒體材料的選擇 在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，換熱器各種零、部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對(duì)材料的制造工藝性能等的要求來(lái)選取。最后，還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。 由于所設(shè)計(jì)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，根據(jù) GB 7132020《鍋爐和壓力容器用鋼板》選擇 Q345R 為殼體的材料。 Q345R 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(qiáng)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(shí)采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。 筒體厚度 （ 1） 確定計(jì)算參數(shù) 由前面計(jì)算可知，殼體內(nèi)徑 mmDi 450? ，計(jì)算壓力 MPaPPc ?? 。 假設(shè)厚度為 mm16~6 ，由設(shè)計(jì)溫度為 C?65 ，查 GB 1502020《壓力容器》知 Q345R 的許用應(yīng)力 ? ? MPat 170?? 。 焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，局部無(wú)損探傷，故焊接系數(shù) ?? ； 根據(jù) GB 7132020《鍋爐和壓力容器用鋼板》和 GB 3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對(duì) Q345R 鋼板其厚度負(fù)偏差 mmC ? ，取腐蝕裕量mmC 22 ? 。 （ 2） 確定筒體厚度 由 GB 1502020《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng) ? ??? tcP ? 時(shí)，可用 ? ? ct ic PDP ?? ??? 2 計(jì)算。 ? ? M P aM P at 7 ??????? 則筒體計(jì)算厚度 ? ? mm