【正文】 （ 1） 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： 補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù) GB150 表 81，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是 89mm? ，本開孔 接管 外徑 是 ? 273mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度 ： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 39。 （ 1） 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： 補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù) GB150 表 81，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是 89mm? ，本開孔 接管 外徑 是 ? 377mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的浮頭式換熱器，殼程流體的進(jìn)出管口安 排在 殼體上，管程流體 的進(jìn)出管口安排在 前端管箱 上 ，而 排氣口和排液口安排在 后端管箱上，因此不可避免地要在換熱器上開孔。d2δ = δ + C 9 .7 3 1 2 .7 m m? ? ?； 名義厚度 39。外頭蓋的內(nèi)直徑為 1100mm，這可在“浮頭蓋計(jì)算”部分看到。 管箱厚度計(jì)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(shí)將前端管箱和后端管箱的厚度計(jì)算分開計(jì)算。 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。其中工藝計(jì)算的主要目的是計(jì)算出其換熱器的傳熱面積和工藝結(jié)構(gòu)尺寸。℃）。2 2 0 . 2 5 6 8 5 0 . 2 2Δ P 2 9 ( 3 . 5 ) 1 4 4 212??? ? ? ? ? Pa； oP (1 2 6 3 1 4 9 0 ) 1 . 1 5 1 3 1 6 6P a? ? ? ? ? ?； 經(jīng)查， 殼程 壓力降 在允許的范圍內(nèi) 。 o1 0 c b ρuΔ P = F f n (N + 1 ) 2； 239。o 1 2 t sΔP = (ΔP+ ΔP )F N； 式中： 39。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會(huì)產(chǎn)生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動(dòng)變得更加復(fù)雜。 管程壓力降 管程壓力降有三部分組成，可按下 式進(jìn)行計(jì)算： i 1 2 t p sΔ P = (Δ P+ Δ P )F N N； 式中： tF —— 結(jié)構(gòu)校正因數(shù)， 對(duì) 25 ? ? 的管子 ， 取 Ft=； 對(duì) 19 2mm? ?的管子，取 Ft=； PN —— 管程數(shù)； sN —— 串聯(lián)的殼程數(shù)。20 mQ 3 . 7 2 2 1 0A = 2 1 9 mK Δ t 1 8 8 9 0 . 4????； 2oTA= π d l N = 3 .1 4 0 .0 2 5 6 5 2 8 2 4 8 .7 m? ? ? ?； 面積裕度 ： 39。iiα =f α 0 .4 9 3 5 6 4 2 7 8? ? ?W/（ m2﹒ K）； （ 2）殼程流體傳熱膜系數(shù) Oα ： 管程流體流通截面積： 2ootd = B D ( 1 ) 0. 2 1 ( 1 ) 0. 04 4 mP 0. 03 2? ? ? ? ?； 管程流速 ： o 2318 4 / ( 3600 685 )u m / ???； 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 當(dāng)換熱管 正方形排列時(shí)，其當(dāng)量直徑 ed 為 2 2teoo1 . 2 7 P 1 . 2 7 0 . 0 3 2d d 0 . 0 2 5 0 . 0 2 7d 0 . 0 2 5?? ? ? ?； 雷諾數(shù)： e o o 3odu ρ 0. 02 7 0. 22 68 5R e = 15 53 0μ 0. 26 2 10 ??????； 33pooc μ 2 . 8 9 1 0 0 . 2 6 2 1 0Pr = 8 . 5λ 0 . 0 8 9 ?? ? ???； 故可用 Kern 法求 oα ，即： 0 . 5 5 1 /3 0 . 1 4oo i we0 . 5 5 1 / 32λα = 0 .3 6 Re Pr ( μ /μ )d0 .0 8 90 .3 6 1 5 5 3 0 8 .5 0 .9 50 .0 2 74 6 5 W /m K? ? ? ? ?? ； iα 與 oα 都已經(jīng)算出，而 iom d + d 20 25d = mm???， b ? ，32s i s oR = R 0. 52 10 m K /W???，同時(shí)查鋼管壁熱導(dǎo)率為 wλ /m K? ，則有 o 0 0so sio w m i i i331K=bd d d1 +R + +R +α λ dd α d11 10 10465 278 188 W /m K????? ? ? ? ? ? ???? ； 故 K 188= K 180 ?估，合適。 551 . 8 1 . 86 1 0 6 1 0f 1 1 0 . 4 9 3R e 2 3 6 5 . 3??? ? ? ? ?； 而湍流情況下的 39。 K/w； id 、 od 、 md —— 分別是傳熱管內(nèi)徑、外徑及平均直徑， m； wλ —— 傳熱管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)， W/（ m2﹒ K）； b—— 傳熱管壁厚， m。 （ 4）折流板 采用弓形折流板，取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 h=179。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，取傳熱管長 l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為 p L 33N = = 6l6?； 傳熱管總根數(shù) n=88179。mQ 37 22 10A 22 4 mK t 18 0 90 .4?? ? ??估； 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （ 1） 管徑和管內(nèi)流速 選用φ 25mm179。 39。 理論上， cQ = hQ ，實(shí)際上由于熱量損失， cQ ≠ hQ ，通常熱負(fù)荷應(yīng)該取 max（ cQ ， hQ ）。這是因?yàn)椋罕焕鋮s的流體走殼程可便于散熱，而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程，這樣可降低管壁的溫差，減少熱應(yīng)力，同時(shí)對(duì)于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。 103）Pa178。 C） 流 量 （ kg/h） 69 101 95400 300 100 23184 定性溫度： 對(duì)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。工藝設(shè)計(jì)中包括了熱力設(shè)計(jì)以及流動(dòng)設(shè)計(jì)，其具體運(yùn)算如下所述： 設(shè)計(jì)條件 表 21煤油 與原油的操作參數(shù) 原 油 煤 油 設(shè)計(jì)壓力 （ Mpa） 進(jìn)口溫度（ 176。 波紋管：為擠壓成型的不銹鋼薄壁波紋管，管內(nèi)、管外都有強(qiáng)化傳熱的作用，但波紋管換熱器承壓能力不高，管心距大而排管少，殼程短而不易控制。國內(nèi)已使用的新效的換熱管有以下幾種： 螺紋管：又稱低翅片管，用光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻 倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。 螺旋折流板式換熱器：螺旋折流板可以防止死區(qū)和返混，壓降較小。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價(jià)也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。 填料函式換熱器：圖 5 為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖 4。一束管子被彎制成不同曲率半徑的 U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個(gè)管箱。因此在安裝時(shí)要特別注意其密封。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于進(jìn)行堵管或換管，但無法在管子的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換 熱器可以分為以下幾種主 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 要類型： 圖 0 管殼式換熱器 固定管板式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它又可分為： 管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等； 板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等； 擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱管等。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。 換熱器的分類及特點(diǎn) 按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類： 又稱混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。例如，高爐爐氣（約1500℃）的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn) 經(jīng)濟(jì)效益。 換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱 流體 熱量 交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。 由于水平有限，在設(shè)計(jì)過程中一 定存在許多疏漏和不夠合理之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。 因?yàn)閾Q熱器設(shè)計(jì)是屬于壓力容器設(shè)計(jì)范疇，與我所學(xué)的課程有緊密的聯(lián)系，所以這次設(shè)計(jì)對(duì)我的設(shè)計(jì)能力有了很大的提高。 這次設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容為換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要達(dá)到以下 的目的： 了解課題內(nèi)容及意義，通過對(duì) 換熱器 的設(shè)計(jì)掌握過程裝備的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，加深對(duì)化工原理、工程熱力學(xué)、過程裝備設(shè)計(jì)等專業(yè)課程知識(shí)的理解，使理論聯(lián)系實(shí)際。 關(guān)于浮頭式換熱器設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)說明書中都有詳細(xì)的說明。 設(shè)計(jì)的前半部分是工藝計(jì)算部分，主要是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件估算換熱面積，從而進(jìn)行換熱器的選型，校核傳熱系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最 后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘要 換熱器是將熱流體的部分 熱量傳遞 給冷流體的設(shè)備。設(shè)計(jì)的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件（如接管、折流板、定距管、鉤圈、管箱等）的設(shè)計(jì)，包括：材料的選擇、具體尺寸確定、確定具體位置、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。 關(guān)鍵詞： 管 殼式換熱器 浮頭式換熱器 管板 浮頭蓋 浮頭法蘭 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Heat exchanger is parts of the thermal fluid heat transfer to the cold fluid equipment. The heat exchanger is chemical, petroleum, power, food and many other mon equipment in the industrial sector, plays an important role in production. The design manual is about the PN ， DN 1000 floating head heat exchanger, which included technology calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger. The first part of design is the technology calculation process. Mainly, the process of technology calculate is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area, and then, select a suitable heat exchanger to check heat transfer coefficient ,just for the actual heat transfer area .Meanwhile the process above still include the pressure drop and wall temperature calculation . The second half of the design is about the structure and intensity of the design. This part is just on the selected type of heat exchanger to design the heat exchanger’s ponents and parts ,such as vesting ,baffled plates, the distance control tube, circle hook, tube boxes. This part of design mainly include： the choice of materia