【正文】 5.【篇名】管殼式換熱器的設(shè)計計算 【作者】王新，張湘鳳 【單位】盤錦職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東省化工規(guī)劃設(shè)計院 【刊名】小氮肥設(shè)計技術(shù)，2006年第27卷第2期 【中文關(guān)鍵詞】管殼式換熱器，傳熱計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳熱能力，影響 【中文摘要】通過對管殼式換熱器傳熱計算的分析, 說明管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)因素對換熱器性能的影響和提高管殼式換熱器性能的途徑,為換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高換熱器的性能提供借鑒和參考。2.【篇名】管殼式換熱器研究進(jìn)展 【作者】董其伍，劉敏珊，蘇立建 【單位】鄭州大學(xué)熱能研究中心CAD/CAE研究室 【刊名】化工設(shè)備與管道，第43卷第6期2006年12月 【中文關(guān)鍵詞】管殼式換熱器，折流板，自支承，折流桿 【中文摘要】根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有的管殼式換熱器的發(fā)展情況，著重介紹了管殼式換熱器的發(fā)展進(jìn)程和現(xiàn)狀，并且分析比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。printf(Mr1=%.2e\n,Mp1=%.2e\n,Jp1=%.2e\n,afp1=%lf\n,a3=%lf\n,Mr1,Mp1,Jp1,afp1,a3)。if(afp1afa)a3=afp1。Mr1=fr*lr1。printf(L=%.2e\n,Ja=%.2e\n,Jp=%lf\n,afa=%lf\n,afp=%lf\n,a2=%lf\n,L,Ja,Jp,afa,afp,a2)。afp=L+sqrt(Jp+L*L)。L=pc*Dfi*sqrt(4*ri*riDfi*Dfi)/L1。Mp=Md+Mg+MtMr。fr=fd*(1/d2)。ft=ffd。ld=(DbDfi)/2。Ab=(***16)/4。 Am1=(f+fp)/obt。 b1=asin(d/d1)。/*管程壓力作用下浮頭法蘭厚度的計算*/ pc=pt=。這般友誼，彌足珍貴，我不會忘記。時間過得很快，大學(xué)本科的生活快要結(jié)束了。劉老師淵博的理論知識、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、樂觀的生活態(tài)度及熱情待人的品格都深深地影響和教育了我們，我們從她身上學(xué)到了很多做人的道理。最后，我想說：通過這次設(shè)計，使我的各方面的能力得到提高和增強(qiáng)，不僅在英語和計算機(jī)能力得到提高，還有增強(qiáng)了我的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力。，與同學(xué)討論。2.這次設(shè)計，初步培養(yǎng)了我對壓力容器設(shè)計的工作能力；樹立正確的設(shè)計的思想；掌握一些容器設(shè)計有基本方法和步驟，為以后進(jìn)行設(shè)計工作打下了良好的基礎(chǔ)。本次設(shè)計是大學(xué)四年來任務(wù)最重，耗時最多，最為重要，然而這次畢業(yè)設(shè)計讓我受益匪淺。 其他要求 ，避免強(qiáng)力裝配；，一般應(yīng)按GB1511999圖63表示的順序進(jìn)行，并應(yīng)涂抹適當(dāng)?shù)穆菁y潤滑劑。當(dāng)圖樣有要求時，應(yīng)進(jìn)行氣密性實(shí)驗(yàn)。第六章 換熱器的安裝、試車與維護(hù) 安裝 場地和基礎(chǔ)，在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝、維修的需要；。因此在焊接前，要特別注意焊接部位的脫脂和除銹。管子的材料為20號鋼，而管板的材料為鍛件16MnⅡ，兩者的焊接性能都較好，由于管板厚度較大，此時應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～200℃，選用焊條J506，焊后熱處理溫度為600～650℃，以消除殘余應(yīng)力。每條焊縫的焊接次序是先焊筒體里面，焊完后從外面用碳弧氣刨清理焊根，將容易產(chǎn)生裂紋和氣孔的第一層焊縫基本刨掉，經(jīng)磁粉或著色探傷確信沒有缺陷存在后再焊外側(cè)。 換熱器水壓試驗(yàn)水壓試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)換熱器管束單管有否破損，脹口有否松動，所有法蘭接口是否嚴(yán)密，而不同管殼式換熱器的水壓試驗(yàn)的順序不一樣，因此在此特別說明一下浮頭式換熱器的水壓試驗(yàn)順序：：管束裝入殼體后，在浮頭側(cè)裝入試壓環(huán)，在管箱側(cè)裝試壓法蘭或?qū)⒐芟淦缴w卸下用管箱代替也可以，然后對殼程試壓，檢查脹口是否泄漏，如果從管板的某個管口滴水，則該管已經(jīng)破損，由現(xiàn)場技術(shù)人員決定更換新管或堵死；：將浮頭側(cè)試壓環(huán)卸掉，清理凈浮頭封面，將浮頭上好，管箱側(cè)將管箱或平蓋清理換墊安裝，然后對管程加壓，檢查浮頭鉤圈密封及管箱法蘭結(jié)合處有無泄漏；：安裝殼體封頭，對殼體加壓，檢查封頭接口有無泄漏。調(diào)整襯墊使管板面與組裝平臺垂直，并使固定管板、活動管板與折流板的中心線一致，然后一根一根地插入傳熱管。外圓面兩側(cè)的尖角應(yīng)倒鈍；。 換熱管的制造與檢驗(yàn)1. 加工步驟：下料——校直——除銹（清除氧化皮、鐵銹及污垢等雜質(zhì)）；2. 換熱管為直管，因此應(yīng)采用整根管子而不允許有接縫。 換熱器的制造與檢驗(yàn) 總體制造工藝制造工藝：選取換熱設(shè)備的制造材料及牌號，進(jìn)行材料的化學(xué)成分檢驗(yàn)，機(jī)械性能合格后，對鋼板進(jìn)行矯形，方法包括手工矯形、機(jī)械矯形及火焰矯形。 換熱管腐蝕 由于介質(zhì)中污垢、水垢以及入口介質(zhì)的渦流磨損，易使管子產(chǎn)生腐蝕，特別是在管子入口端的40～50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產(chǎn)生渦流擾動有關(guān)。到此，換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度計算已經(jīng)基本結(jié)束。然而，為了保證設(shè)備的制造安裝，管口距地的距離也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。 支反力計算如下： 管板的質(zhì)量：； 圓筒的質(zhì)量： ；式中：——是指換熱器中相當(dāng)于圓筒的部分的總長度，包括了殼體的有效長度與前后端管箱的短節(jié)部分； ——是指材料的密度，由于殼體與管箱的材料均選用16MnR，故。 鉤圈鉤圈的型式查GB151可知選為B型鉤圈，其圖示如下：而其設(shè)計厚度可按下式計算： 其中：——鉤圈設(shè)計厚度，mm； ——浮動管板厚度，mm；則。（2）浮頭法蘭計算厚度計算：首先根據(jù)所選的浮頭墊片可先確定：；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選定螺栓數(shù)目為16，則可通過計算螺栓的根徑，從而知道螺栓的規(guī)格：，故將其圓整為規(guī)格為M24的螺柱。 浮頭蓋的設(shè)計計算 球冠形封頭、浮頭法蘭應(yīng)分別按管程壓力作用下和殼程壓力作用下進(jìn)行內(nèi)壓和外壓的設(shè)計計算，取其大者為計算厚度。 墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。 定距管 定距管的規(guī)格同換熱管，其長度同實(shí)際需要確定。 拉桿的直徑、數(shù)量及布置其具體尺寸如下所示：表33 拉桿的參數(shù)拉桿的直徑d拉桿螺紋公稱直徑dn ＬaＬbb拉桿的數(shù)量161620≥6024其中拉桿的長度L按需要確定。 折流板排列該臺換熱器折流板排列示意圖如下所示： 折流板的布置一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管，其余折流板按等距離布置。 在浮頭式換熱器中，其浮頭端宜設(shè)置加厚環(huán)板的支持板。 由以上三種情況可知，換熱管的軸向應(yīng)力符合要求。 管板計算 符號說明： ——在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積，對正方形排列，；——隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)；——換熱管中心距；——隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距；——管板布管區(qū)面積，；對多管程正方形排列換熱器，；——管板布管區(qū)內(nèi)開孔后的面積，；；——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；——固定端管板墊片壓緊力作用中心圓直徑，；根據(jù)所選的墊片的尺寸，且選擇其壓緊面型式為GB150表91的1a，可知密封面寬度；則，故；——管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，；——換熱管外徑，；——設(shè)計溫度時，管板材料的彈性模量，Mpa；——設(shè)計溫度時，換熱管材料的彈性模量，Mpa；——系數(shù)，按和查GB151圖24；——管束模數(shù)，Mpa；； ——管束無量綱剛度，Mpa；；——換熱管有效長度（兩管板內(nèi)側(cè)間距），；——換熱管與管板脹接長度或焊腳高度，；——換熱管根數(shù)；——無量綱壓力，；——當(dāng)量壓力組合；Mpa；——管板設(shè)計壓力，Mpa；——?dú)こ淘O(shè)計壓力，Mpa；——管程設(shè)計壓力，Mpa；——換熱管與管板連接拉脫力，Mpa；——許用拉脫力，查GB151，Mpa；——系數(shù)，；——管板計算厚度，；——換熱管管壁厚度，；——管板剛度削弱系數(shù)，一般可取值；——管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，一般?。弧禂?shù)，；——換熱管軸向應(yīng)力，Mpa；——換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，Mpa；——設(shè)計溫度時，管板材料的許用應(yīng)力，Mpa；；——設(shè)計溫度時，換熱管材料的許用應(yīng)力，Mpa；管板厚度計算過程如下：：； ； ； ； ； ； ； ；； 查GB150可知，； 則 ；式中L應(yīng)為換熱管的有效長度，但由于管板厚度尚未計算出，暫估算管板厚度為50mm進(jìn)行試算，待管板厚度算出再用有效長度核算。這是因?yàn)閺?qiáng)度焊加工簡單、焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。 強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計壓力小≤；設(shè)計溫度≤300℃；操作中無劇烈振動、無過大的溫度波動及無明顯應(yīng)力腐蝕等場合。管箱作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距的（～）范圍內(nèi)。在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進(jìn)行機(jī)械清洗。 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 其開孔直徑； 強(qiáng)度削弱系數(shù)； 接管有效厚度； 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： ；①有效寬度：②有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積①外頭蓋多余金屬面積： 外頭蓋有效厚度：則多余的金屬面積為：；②接管多余金屬面積： 接管計算厚度：； 接管多余金屬面積：；③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為4mm）：；④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 由此可知已經(jīng)達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)的目的。 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計算： 強(qiáng)度削弱系數(shù)； 接管有效厚度；開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計算：； 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍①有效寬度：②有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積①管箱多余金屬面積： 管箱有效厚度：則多余的金屬面積為：；②接管多余金屬面積： 接管計算厚度：； 接管多余金屬面積：；③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：；④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： ； 另需補(bǔ)強(qiáng)面積 擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)接管公稱直徑DN150，參照J(rèn)B/T47362002補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)選取補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑，內(nèi)徑（選用E型坡口）。因?yàn)?，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 由于管程與殼程出入口公稱直徑均為150mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格為，接管的材料選為20號鋼。查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：表32 DN700標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A(㎡)容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）700200 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。此時選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且同上，則封頭計算厚度為：； 設(shè)計厚度；名義厚度（為向上圓整量）； 經(jīng)檢查，沒有變化，故合適查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：表31 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A(㎡)容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）600175 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。 圓筒殼體厚度的計算焊接方式：選為雙面焊對接接頭，100%無損探傷，故焊接系數(shù)；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》規(guī)定可知對16MnR鋼板其。表23與表24附于下面：表23 所選浮頭式換熱器規(guī)格DNPN管長管程數(shù)換熱管規(guī)格計算傳熱面積㎡規(guī)格型號管程出入口公稱直徑，㎜殼程出入口公稱直徑，㎜設(shè)備凈 重充水水 重mmMpam㎏㎏6006415015043271980表24 工藝計算常用參數(shù)公稱直徑ＤＮ（mm）管程Ｎ中心排管數(shù)換熱管數(shù)管程平均通道面積（c㎡）弓形折流板缺口弓高（㎜）600410188148150第三章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度計算 在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計和強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)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。K/W m2℃）。則有： Pa， Pa； ；可知此時的壓力降在合理范圍之類。 下面通過埃索法來計算： 式中：——流體橫過管束的壓力降，Pa； ——流體通過折流板缺口的壓力降，Pa； ——?dú)こ虊毫档慕Y(jié)垢修正系數(shù)，無因次，；。 殼程的壓力降 當(dāng)殼程裝上折流板后，流體在管外流動為平行流和錯流的耦合。 壓力降的計算 流體流經(jīng)換熱器因流動引起的壓力降