【正文】 接頭泄漏 管子與管板的連接處是換熱器中十分重要的結(jié)構(gòu) ,然而在工程實(shí)際中 ,由于管子振動(dòng)使管子與管板連接 處受力較大 ,從而導(dǎo)致脹接或焊接點(diǎn)的損壞 ,造成泄。大多數(shù)振動(dòng) 破壞都是換熱器管束的機(jī)械損壞，主要的有以下幾點(diǎn) : 撞擊破壞 當(dāng)管子振動(dòng)的振幅大到足以使相鄰管子互相撞擊 ,或邊緣管不斷擊打殼體 ,在管子的撞擊部位將產(chǎn)生特有的菱形磨損形式 ,管壁不斷減薄而至最后開(kāi)裂。通常 ,傳熱管是換熱器中撓性最大的部件 ,對(duì)振動(dòng)也最敏感。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 管束振動(dòng)的計(jì)算 換熱器的振動(dòng) 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，管殼 式換熱器逐漸趨于大型化，并且，由于換熱器尺寸和管束支撐間距的增大，以及流體流速的增大、運(yùn)行工況不穩(wěn)定等因素影響，經(jīng)常引起換熱器管束發(fā)生流體誘導(dǎo)振動(dòng)，造成換熱器的局部失效甚至整體報(bào)廢，所以應(yīng)想法預(yù)防振動(dòng)。39。 202 uDhNp B ????，其中 h=， d=， NB=29, 式中 D——?dú)剑?m h——折流擋板間距， m do——換熱器外徑， m uo——按殼程流通截面積 S 計(jì)算的流速，而 S=h（ Dncdo） 代入數(shù)值得： 202 B upN ??? 2h（ ）D239。 fo——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng) Re﹥ 500 時(shí)， )(Re5 ?? ofo 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 nc——橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)，對(duì)正三角形排列 nc NB——折流擋板數(shù) 代入數(shù)值得： Pap 5 2 530191 3 39。=， nc=19，NB=29,uo=。39。 取關(guān)閉粗糙度 20 , i ?? ?? 相對(duì)粗糙度為mm 查 ，關(guān)聯(lián)圖，可得摩擦因數(shù) :e ?? ?? R 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 a1 2 8 924 9 9 432u3p 6 824 9 9 60 3 lp222221iPP????????????????? 另外，式子中： 殼程數(shù) Ns=1 管程數(shù) Np=2 代入公式中，有： ps NNpppi )( 21 ????? =（ +） 12 =100kpa 殼程流動(dòng)阻力 由于殼程流體的流動(dòng)狀況比較地復(fù)雜，所以計(jì)算殼程流體壓力降的表達(dá)式有很多，計(jì)算結(jié)果也相差很大。 = 27632320778603 m?? 該換熱器的實(shí)際傳熱面積為： )( cop nNLdS ?? ? =（ ） （ 23216） =100 m2 則該換熱器的面積裕度為： H= SSSp? = ??7676100 % 流動(dòng)阻力的計(jì)算 因?yàn)闅こ毯凸艹潭加袎毫档囊?，所以要?duì)殼程和管程的壓力降分別進(jìn)行核算。 mQSmKt? ? ???折39。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 換熱器核算 熱量核算 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形的折流板，可采用克恩公式： 00 0 . 3 6 eedua d ????? ? ?? wc（ ） （ ） （ ） 計(jì)算殼程當(dāng)量直徑，由正三角形排列可得： 342ed???2 00（ t d ）4d= )3(4 22??? = 殼程流通截面積： ?????? ???? 0 3 0 2 . 6 50 . 1 5)tdB D ( 1S oo = 殼程流體流速為： 01 96 )82 536 00/(12 62 600000 ???? AqAqu mv ? =雷諾準(zhǔn)數(shù)為 ： ????? o oooo uud ? 普蘭特準(zhǔn)數(shù)為： = 0 0 0 71 0 ???? ooc? ? )(wNu ??? 。 管壁溫度的估算 由于管壁熱阻一般可以忽略，故可以認(rèn)為管內(nèi)外壁的溫度是相同的，由此可以得到以下的關(guān)系：sioiwsoowoRttRtt???????11中， to， ti， tw分別為殼程，管程流體的平均溫度和壁溫。目前脹 焊結(jié)合的方法已得到比較廣泛的應(yīng)用。圖 411（ a）的結(jié)構(gòu)是常用的一種；為了減 少管口處的流體阻力或避免立式換熱器在管板上方滯留的液體，可采用圖 411（ b）的結(jié)構(gòu)；為了不使小直徑管子被熔融的金屬堵住管口，則可改成圖 411（ c）的結(jié)構(gòu)；圖 411（ d）的形式適用于易產(chǎn)生熱裂紋的材料，但加工量大。對(duì)于碳鋼或低合金鋼，溫度在 300℃ 以上，蠕變會(huì)造成脹接殘余應(yīng)力減小，一般采用焊接。當(dāng)溫度升高時(shí)，材料的剛性下降，熱膨脹應(yīng)力增大，可能引起接頭的脫落或松動(dòng)，發(fā)生泄露。 管子與管板的連接方法主要是脹接和焊接。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 表 48 拉桿直徑和拉桿數(shù) 殼體直徑 /mm 拉桿直徑 /mm 最少拉桿數(shù) 殼體直徑 /mm 拉桿直徑 /mm 最少拉桿數(shù) 200～ 250 10 4 1100 12 8 273， 400， 500， 600 12 4 ＞ 1250 12 10 800， 1000 12 6 經(jīng)查表易得，拉桿數(shù)為為 4，直徑為 12 連接與尺寸 拉桿示意圖如下所示： 經(jīng)查表，拉桿尺寸如下： 表 49 拉桿尺寸 拉桿公稱直徑 nd /mm 數(shù)量 基本尺寸 拉桿直徑 d/mm aL /mm bL /mm b /mm 12 4 12 15 ≧ 50 拉桿孔示意圖如下所示： 12nd mm? , 2 12 18nl d m m? ? ? ? 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 換熱管與管板的連接 管子與管板的連接是管殼式換 熱器制造中最主要的問(wèn)題。雙層隔板的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 47，雙層隔板具有隔熱空間，可防止熱流短路。 換熱管的中心距經(jīng)查表可得：（ mm） 換熱管外徑 d 換熱管中心距 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距 25 32 44 橫過(guò)管束中心線的管數(shù) ? ? 4 ???? Nn c 布管限定圓 布管限定圓為管束的最外層換熱管中心圓直徑，固定管板式換熱器的布管限定圓如下可得： dm=Di2b3=60028=584 mm 式子中， Di——筒體內(nèi)直徑， mm 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 b3——大 小為 ，且大于 8mm 分程隔板 分程隔板尺寸 經(jīng)查表，分程隔板的尺寸如下表： 表 47 分隔板尺寸 公稱直徑 DN/mm 隔板最小厚度 ? /mm 碳素鋼 600 8 管子和分程隔板的連接 分程隔板有單層和雙層兩種，單層隔板與管板的密封結(jié)構(gòu)如圖 46 所示，隔板的密封面寬度最小為（ S+2） mm。在小直徑的換熱器中，常用同心圓排列，在相同直徑的管 板上所排列的管數(shù)比按正三角形排列還多。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 正三角形的排列方式可在同樣的管板面積上排列最多的管數(shù)，故用的最為普遍，但管外不易機(jī)械清洗。）。）、同心圓排列、正方形排列（排列角為 90176。 換熱管 換熱管的規(guī)格及尺寸偏差 經(jīng)過(guò)查表 得 表 46 碳鋼、低合金鋼的換熱管的規(guī)格及尺寸偏差 材料 換熱管標(biāo)準(zhǔn) 管子規(guī)格 高精度、較高精度偏差 外徑， mm 厚度， mm 外徑偏差， mm 壁厚偏差， mm 碳鋼 GB/TB8163 ≧ 14~30 2~ 177?？紤]到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動(dòng)等原因，建議最小厚度應(yīng)大于 20mm。一般浮頭式換熱器受力較小，其厚度只要滿足畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 密封性即可。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，前者的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 44，其中圖 44（ a）形式是在管板上開(kāi)槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對(duì)中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場(chǎng)合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管板較厚時(shí)，可采用圖 44（ b）形式，其焊接時(shí)較難調(diào)整。 壁厚的確定、封頭 壁厚 查 GB15199P21 表 8 得圓筒 厚度為： 8 mm 查 JB/T473795，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，即 8 mm 橢圓形封頭 查表可得其尺寸數(shù)據(jù)，見(jiàn)下表 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 表 43 橢圓形封頭的尺寸 公稱直徑DN（ mm） 曲面高度1h （ mm） 直邊高度 2h （ mm） 碳鋼厚度 δ（ mm） 內(nèi)表面積A 2m 容積 V 2m 質(zhì)量 m kg 600 150 25 8 0． 4374 0． 0353 27． 47 管板 管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個(gè)重要的受壓器件。而且， C≥ 4S 且 C≥ 32， S 為殼體厚度。 經(jīng)計(jì)算易得，殼程接管位置的最小尺寸為： 120mm。 （ 1）殼程接管位置的最小尺寸 所設(shè)計(jì)的為帶補(bǔ)強(qiáng)圈的殼程接管，則殼程接管位置的最小尺寸 L1 可用如下公式計(jì)算： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 L1≥ CbD H ??? )4(2 式子中： HD ——補(bǔ)強(qiáng)圈的外圈直徑， mm； b——管板厚度， mm； C——補(bǔ)強(qiáng)圈外緣至管板與殼體焊縫之間的距離， mm。 接管最小位置 換熱器設(shè)計(jì)之中，為了使換熱面積得以充分利用，殼程流體進(jìn)出口接管應(yīng)盡量靠近兩端的管板，而管箱的進(jìn)出口盡量靠近管箱法蘭，從而減輕設(shè)備重量。 管程流體進(jìn)出口時(shí)的接管 取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u=，則接管內(nèi)徑： md )9943600/( ?? ??? 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 150mm。 接管 殼程流體進(jìn)出口時(shí)接管 取接管內(nèi)油品流速為 u= m/s 則接管內(nèi)徑為： d= muV )8253600/(1 2 6 2644 ?? ???? 所以，取標(biāo)準(zhǔn)管的內(nèi)徑為 80mm。 表 42 支承板厚度以及支承板允許不支承的最大間距 經(jīng)選擇，我們采用弓形折流板，取弓形折流圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為： h=160 mm 取折流板間距 B=，則： B=650=195 mm 可取 B=200 mm 因而查表可得：折流板厚度為 5mm，支承板厚度為 8mm，支承板允許不支承最大間距為 1800mm。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 表 41 折流板厚度 / mm 殼體 公稱內(nèi)徑 /mm 相鄰兩折流板間距 /mm ≤ 300 300～ 450 450～ 600 600～ 750 ＞ 750 200～ 250 3 5 6 10 10 400～ 700 5 6 10 10 12 700～ 1000 6 8 10 12 16 ＞ 1000 6 10 12 16 16 支承板厚度一般不應(yīng)小于表 42(左 )中所列數(shù)據(jù)。 折流板外徑與殼體之間的間隙越小， 殼程流體介質(zhì)由此泄漏的量越少，即減少了流體的短路，使傳熱系數(shù)提高，但間隙過(guò)小，給制造安裝帶來(lái)困難，增加設(shè)備成本，故此間隙要 求適宜。 允許的最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的 20%或 50mm，取其中較大值。折流板與支承板一般均借助于長(zhǎng)拉桿通過(guò)焊接或定距管來(lái)保持板間的距離，其結(jié)構(gòu)形式可參見(jiàn)圖 43。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 從傳熱的觀點(diǎn)考慮，有些換熱器（如冷凝器）不需要設(shè)置折流板。 在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞到折流板背后接近殼體處，會(huì)有一部分液體停滯起來(lái)，形成對(duì)傳熱不利的 “死區(qū) ”。的缺口，見(jiàn)圖 42（ b）。常用的有弓形折流板和圓盤 圓環(huán)形折流板，弓形折流板又分為單弓形[圖 41（ a） ]、雙弓形 [圖 41（ b） ]、三重弓形 [圖 41（ c） ]等幾種形式。 殼程內(nèi)徑及換熱管選型匯總 殼體內(nèi)徑 采用多管程（ 2 管程）結(jié)構(gòu)， D=a（ b1） +2e 式中 D——?dú)んw內(nèi)徑， mm； a——管心距， mm； b——橫過(guò)管束中心線的管數(shù)，管子按正三角形排列： nb ? ；管子按正方形排列： nb ? ， n 為換熱器的總管數(shù)； e——管束中心線上最外層管中心到殼體內(nèi)壁的距離，一般取 e=（ 1～ ） d0。mt? =??????3040 40140ln)3040()40140( ℃ 而此時(shí)，我們有： P= 30140 304011 12 ?????? tT tt R= 103040 401 4 012 21 ?????? tt TT 由（ 參見(jiàn)天津大學(xué)出版社的《化工原理（上冊(cè)修訂版）》 233 頁(yè)）可查得： t?? =﹥ ，所以，修正后的傳熱溫度差為： mt? = 39。 選用 φ25 的碳鋼管，管長(zhǎng) 6m，管內(nèi)流速取 ui=。 標(biāo)準(zhǔn)管子的長(zhǎng)度常用的有 1500mm， 2020mm， 3000mm， 6000mm 等。所以，在