【正文】 ()dnA n S S S??； 39。 管板設(shè)計(jì) 管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來(lái)排布換熱管，將管程和殼程的流體分 隔開來(lái)，避免冷、熱流體混合，并同時(shí)受管程、殼程壓力和溫度的作用。 除了有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于 33 其它任何場(chǎng)合。 由于 所選擇的換熱器 是 4 管程，故管箱選擇為多程隔板的安 置形式。 多管程 換熱器其 各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)控制在 10%以內(nèi)，最大不能超過(guò) 20%。 查 GB1511999 可知 ， 換熱管的中心距 S=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為 44mm；同時(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（ Sd）不宜小于 6mm。3 16hA mm? mm? 水壓試驗(yàn) 設(shè) 試驗(yàn)溫度為常溫，則 有 ? ?? ? 1701 . 2 5 1 . 2 5 2 . 5 4 . 2 5125T tP P M p a??? ? ? ? ?； 則校核水壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜壓力 T? ： () 5 ( 600 8 )2 8 2161 .5 1 345 310 .5T i eTesPD ?????? ?????? ? ? ? ? ? Mpa? 16 1. 5 0. 9Ts? ???? 31 換熱管 換熱管的規(guī)格為 25 ?? ，材料選為 20 號(hào)鋼。 39。3 12 4 4 1 62hA m m? ? ? ? ?； ④ 有 效補(bǔ)強(qiáng)面積： 39。 39。 39。 39。 39。 6。2139hA mm? 39。he hn C m m??? ? ? ? ? 39。39。39。 39。 39。 39。 2 16 2 2 20hid d C m m? ? ? ? ? ?； 強(qiáng)度削弱系數(shù) ? ?? ?39。 6hn mm? ? 。因?yàn)?2308BD??，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 6n mm? ? 前端管箱開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 27 補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： ① 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? ，本開孔外徑為 159mm， 因此 需 要 另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 4214 6 2 .2 3 .43 0 0 1 6 4A mmDD? ? ? ??? ； 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈的名義厚度為 6mm，即 39。 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 計(jì)算 ： 強(qiáng)度削弱系數(shù) ? ?? ? 86 0 .6 8 8125tnr tf m m??? ? ?； 接管有效厚度 8 2 6et nt C m m??? ? ? ? ?； 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算： 22 (1 )154 2 6 (1 )962 .2e t rA d fmm? ??? ? ?? ? ? ? ? ? ??； 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍 ① 有效寬度 B： 2 2 1 5 4 2 0 8m a x 3 0 82 2 1 5 4 2 1 0 2 8 1 9 0n n td m mB m md m m??? ? ???????? ? ? ? ? ? ? ???② 有效高度： （ a） 外側(cè)有效高度 1h 為： 1154 8 i n 200ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 外 伸 長(zhǎng) 度； （ b） 內(nèi)側(cè)有效高度 2h 為 ： 21 5 4 4 .5 3 5 .1m i n 00ntd mmh mmmm???? ? ??????????實(shí) 際 內(nèi) 伸 長(zhǎng) 度； 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 ① 殼體 多余金屬面積： 殼體有效厚度： 10 2 8 。因此此時(shí)應(yīng)進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。 mm? ? 39。 1 9 .0 4 0 1 0n h d h C m m??? ? ? ? ? ? ?（ 為向上圓整量）； 經(jīng)檢查， ??t? 沒有變化，故合適 。 2C C mm??， 則 計(jì)算 厚度為： ? ?39。 2C C mm?? mm? ? mm? ? 10nh mm? ? 查 JB/T4746— 2021《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)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（㎏） 600 175 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 10n mm? ? 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。 圓筒殼體厚度的 計(jì)算 焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭， 100%無(wú)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 》 規(guī) 定 可 知 對(duì) 16MnR 鋼 板 其120。 表 23 與表 24 附于下 面 ： 21 表 23 所選浮頭式換熱器規(guī)格 DN PN 管長(zhǎng) 管程數(shù) 換熱管規(guī)格 計(jì)算傳熱面積㎡ 規(guī)格型號(hào) 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 mm Mpa m ㎏ ㎏ 600 6 4 150 150 4327 1980 表 24 工藝計(jì)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（㎜） 600 4 10 188 148 150 25 ??B E S 2 .5 8 5 6 /2 5 4 ?? 22 第三章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)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(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、 材料的選擇、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 ，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（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(jì)算如下?！妫?。℃）； ? /ou m s? ? ? 19bN? 39。 則有： 239。10 ( 1) 2 ocb up F f n N ???； 239。12()o s sp p p 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。 其中， Lp 、 rp 、 np 的計(jì)算式如下： 2()2i i iLiilup d ???； 23( )2iir up ??； ( )2iin up ??； 式中： iu — — 管內(nèi)流速， /ms； id —— 管內(nèi)徑， m ；l —— 管長(zhǎng)， m ； i? —— 摩擦系數(shù)，無(wú)量綱，可由下式求??； i? —— 管內(nèi)流體密度， 3/kgm 。20 ? 39。039。1 0 1 6 9h i h oc o c iTTR TT? ?? ? ? ???熱 流 體 的 溫 降冷 流 體 的 溫 升 1 0 1 6 9 0 . 1 3 93 0 0 6 9c o c ih i c iTTP TT? ?? ? ? ???冷 流 體 的 溫 升兩 流 體 最 初 溫 差； 根據(jù) R、 P 值，查溫度校正系數(shù)圖可得溫度校正系數(shù) ? ? ? ，因此有效平均溫度差為： 39。 K/W 10soR ??? m2178。 因?yàn)闅んw選擇為卷制圓筒，根據(jù) GB1501999 可知?dú)r 183? ?? 39。i? 計(jì)算如下： 由于 2ia??? ，故原油為高黏度的流體，故應(yīng)用SiederTate 關(guān)聯(lián)式： 39。 總傳熱系數(shù) K的校驗(yàn) 管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準(zhǔn)，則在利用關(guān)聯(lián)式計(jì)算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準(zhǔn)，因此總傳熱系數(shù) K的計(jì)算公式如下： 11 o o os o s iw m i ib d d dRRK d d d? ? ? ? ?Oiα λ α 式中： K—— 總傳熱系數(shù)， W/（㎡﹒ K）； iα 、 Oα —— 分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)，W/（㎡﹒ K）； siR 、 soR —— 分別為管程和殼程的污垢熱阻，㎡178。 ? ℃ K估 =180W/（㎡﹒℃） 39。 按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 K估 =180W/（㎡﹒℃）； 初算出所需的傳熱面積 39。 121 0 0 6 9 3 1 。 ( ) 2 6 .5 3 .1 6 5 ( 1 0 1 6 9 ) 2 6 8 3 .9 K Wc c pc c o c iQ m c T T? ? ? ? ? ? ?( ) = 6 .4 4 2 .5 8 7 ( 3 0 0 1 0 0 ) = 3 3 3 2 .1 K Wh h ph hi hoQ m c T T? ? ? ?； 故 ? 。 初算換熱器傳熱面積 39。 k） 密度 kg/ m3 粘度（ *103）Pa178。 C） 流 量 （ kg/s） 進(jìn)口溫度 （176。 尤其在化工、石油、能 源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中， 管殼式換熱器仍處于主導(dǎo)地位，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)特針對(duì)這類換熱器中的浮頭式換熱器 的工藝設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 （ 3） 表面多孔管：該管為光管表面形成一層多孔性金屬敷層，該敷層上密布的小孔能形成許多汽 化中心，強(qiáng)化沸騰傳熱。 （ 3） 雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個(gè)管板，形成的雙 管板結(jié)構(gòu)用于收集泄漏介質(zhì)，防止兩程介質(zhì)混合。 （ 1） 雙殼程結(jié)構(gòu)：在換熱器管束中間設(shè)置縱向隔板，隔板與殼體內(nèi)壁用密封片阻擋物流內(nèi)漏，形成雙殼程結(jié)構(gòu)。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。其特點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，管束可以在 殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不 易 結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過(guò) 。由上述特點(diǎn)可知，浮頭式換熱器多用于溫度波動(dòng)和溫差大的場(chǎng)合，盡管與固定管板式換熱器相比其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、造價(jià)更高。更主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來(lái)降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。 6 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程；同樣。 為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) 由于設(shè)計(jì)題目是 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，而浮頭式又屬于 管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣氣熱交換的場(chǎng)合。這類換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。 隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%～ 20%；在煉油廠，約占總投資的 35%～ 40%。換熱器在設(shè)計(jì)過(guò)程中為技術(shù)分析與產(chǎn)品開發(fā)可以為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)廣闊的思維想象空間，還能激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新意識(shí)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我盡量采用 較新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，做到既滿足設(shè)計(jì)要求，又使結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低成本，以提高經(jīng)濟(jì)效益為主，力爭(zhēng)使產(chǎn)品符合生產(chǎn)實(shí)際需要，適合市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。 本次 畢業(yè)設(shè)計(jì) 的題目是 浮頭式換熱器設(shè)計(jì)。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過(guò) 6 張圖表現(xiàn)出來(lái)。 1 浮頭式換熱器 2 目錄 摘要 ................................................................. 1 Abstract ...........................