【正文】 選用標準橢圓封頭，因此， K=1，取鋼板厚度負偏差為 C1 = 0,腐蝕裕量為：C2 = 2mm，計算厚度為： 計算 厚度為：
。 后端管箱厚度的計算 由于浮頭式換熱器的結構與固定管板式換熱器的不同，因此，浮頭式換熱器的后端管箱是浮頭管箱，又可以稱為外頭蓋。 根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動人事出版社查得在常溫條件下材料的許用應力 [σ ]t=170 Mpa，進行水壓試驗。 取 封頭的型號參數(shù)如下： （ 1） 封頭總深度： 240mm； （ 2） 封頭的內表面積： ； 封頭的容積： ； 封頭的總質量： 90kg。01 mmC ? 。 此時選用標準橢圓形封頭，根據(jù)《化工容器設計》，上?？萍汲霭嫔缡?36可以計算封頭的形狀系數(shù)。 前端管箱厚度計算 前端管箱為橢圓形管箱，這是因為橢圓形封頭的應力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。 atT MpPP ][ ][ ????? ?? （ ） 為使液壓試驗時容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗前必須進行水壓以檢驗圓筒的薄膜應力 ： , )12800( )(??????? ?????asaeeiTTMpMpDp????φ （ ） 水壓試驗合格 。 因此，此壁厚合格。 根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動人事出版社查得在溫度為 300℃時 材料的許用應力 為 [σ ]t=144Mpa（厚度為 6～ 16mm 時）， 則 殼體計算厚度按下式計算為： ][2 ???? ????Ctic pDP Φ?? （ ） 設計厚度： mmCd ????? ?? 名義厚度： mmCdn ????????? ?? 有效厚度 ： mmCCne 12021421 ??????? ?? 根據(jù)《單用化工單元設備設計》（李功陽、陳蘭英，華南理工大學出版社）中的表 18，查得，當殼體直徑為 800mm 情況下的最小厚度為 12mm，而計算的名義厚度為 14mm， 此時滿足設計要求。 圓筒殼體厚度的計算 以及校核 焊接方式：選為雙面焊對接接頭， 100%無損探傷，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》相關 規(guī)定可知對 16MnR 鋼板其 鋼板的厚度負偏差以及腐蝕裕量為為120。 殼體和管箱材料的選擇 由于所設計的換熱器屬于常規(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，選擇 16MnR 為殼體與管箱的材料。排列方式： 正 角三角形 折流板形式：單弓形，上下排列，切口高度 200mm，間距： 600mm 折流板數(shù)： 6 殼體內徑： 800mm 中心排管數(shù)： 26 3 換熱器結構設計與強度設計 在確定換熱器的換熱面積后，應進行換熱器主體結構以及零部件的設計和強度計算，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、開孔補強計算，還有主要構件的設計（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。 熱流體側的壁溫： ℃)00 1 9 31()1( 12????????? mmth tRKTt ? （ ） 冷流體側的壁溫： ) 1()1( 21?????????? mmtc tRKtt ? ℃ 所以 ????? chtht ttt ℃ 圓筒壁溫的計算 由于圓筒外部有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度： ℃85212070 ???mt 到此換熱器的工藝計算告一段落，其中工藝計算的主要目的是計算出其換熱面積，選出相應的換熱 器型式，因此，接下來應該是進行換熱器的結構設計以及強度計算?！?/w； ,mmTt—— 分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； ,ioTT—— 分別為熱流體的進、出口溫度，℃； ,iott—— 分別為冷流體的進、出口溫度，℃； mt?—— 流體的有效平均溫差，℃； ? —— 以換熱管外表面積為基準計算的給熱系數(shù)， W/（ m 換熱器壁溫計算 換熱管壁溫計算 符號說明： ? —— 以換熱管外表面積為基準計算的總傳熱系數(shù)， W/（ m正三角形排列是取 F=，正方形排列時取 F=，組合排列時取 F=。39。 換熱器的內壓降核算 (1)管程流動阻力 ? ?12i t s pp p p F N N? ? ? ? ?? () 其中， tF?? 結垢校正因數(shù)； sN?? 串聯(lián)的殼程數(shù) , 1sN? ； pN?? 管程數(shù)， ???? = 4； 21 2iii uLp d ?? ???? ???? 22 2iiup ?? ????????, 3?? 12,pp? ? ?? 分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強降 ,Pa 根據(jù)《換熱器》可知 21211221222)11(2)11(2ln)1(11ln1TTttSttTTRRRSRRSRRSSRFt??????????????????? （ ） 因此，可以計算 )11(2)11(2ln)1(11ln1222?????????????RRSRRSRRSSRF t （ ） = )1)70120110170(170120110170(110170120702)1)70120110170(170120110170(110170120702ln)170120110170()110170)(70120()12070)(110170(1110170120701ln1)70120110170(222?????????????????????????????????? = 由于采用多管程 設計，根據(jù)《熱交換管專用設備》可以知道， 局部阻力 系數(shù) ： ζ =34， ?P1， ?P2分別 為 直管和回彎管中因摩擦阻力而引起的壓力降，取 管壁粗糙度為 ε=， 傳熱管的相對粗糙度 εdi=,已知 Re1=4003，由《換熱器設計》λ Re 關系圖中可以查得 ： λ =， 取 ζ =3， 因此： PaudlPi 22111???????????????????? ????? ?? PauP 2112 ??????? ? ??????????? ??? ?? ? ?PaNNFPPP psti)(21???????????? 根據(jù)《換熱器設計》 在 10000100000Pa 之間 ，因此， 管程流動阻力在允許范圍之內。 估算殼體直徑 D： .0 5D??????? ? 取與之相近的殼體公稱直徑： D=800mm 相應的折流板圓缺高度為： h==200mm 相應的折流板間距為： B== 800=640mm，取標準間距 B=600mm。 重新計算殼體直徑： 取 K=150 W/(m2 K 因此，實際的傳熱系數(shù)為： 0 0 0121139。 K/W 管內側的污垢熱阻系數(shù)為： R2 = 折流板的圓缺高度： h=150mm 折流板間距： mmDBDDB )( ?????? 折流板數(shù)目 NB=6塊 殼程的接管直徑不變： D2=80mm 管程的接管直徑 ： mmuqD Vc 11??????? ? 根據(jù)《過程裝備成套技術》 選 D1=200mm 管內雷諾數(shù)： 40030 0 0 4 5 11111??????? ?? udR e （ ） Re 10000? ，苯 甲苯的流動狀態(tài)為過渡流，計算管程給熱系數(shù)時，要先按照湍流時的公式進行計算，再乘以校正系數(shù) ? ，得到實際的給熱系數(shù)。 計算接管尺寸： 取富油的流速為： smu / ? ， 對于殼程而言 ，管內徑： 224 uqD Vc??? hmqq mcVc / 247 32 ??? ? mmuqD Vc 6736 42 22??????? ? 根據(jù)《過程裝備成套技術》 管的公稱直徑選擇 D2=80mm 對于管程而言 ： hmqq mhVh /23 123 31 ??? ? mmuqD Vc 11??????? ? 根據(jù)《過程裝備成套技術》 管的公稱直徑選擇 ： mmD 1251 ? 熱力核算 傳熱系數(shù)的計算 以外表面為基準的傳熱系數(shù)的計算公式： 0 0 0121139。 根據(jù)《化工工程師技術全書》 ，采用正三角形排管方式，對于 ?19mm 2mm的換熱管采用管心距： mmdt 0 ????? （ ） 取單管程 ： 管數(shù)： 436002211???????????imhduqn??根 （ ） 管長 ： mndAL 0????? ? 估 （ ） 由于管長太長，容易堵塞、彎曲、且換熱器外形太細長，需要用多管程。據(jù)估算，將同直徑換熱器的換熱管由 ?25改為 ?19，其傳熱面積可以增加 40%左右，節(jié)約金屬 20%以上?！?): 估算傳熱面積為： 26 / mhkJtK QAmT ???????估 () 初選換熱器的型號 取貧油流速為： u1=, 根據(jù)《過程設備設計》 P257 選擇換熱管的尺寸。??? ???????????tTtTtTtTtm （ ） （ 4） 溫差校正系數(shù)： 1402001221 ??????? tt TTR （ ） 21119 4 2 5 0 .3 92 0 0 9 4ttP Tt? ?? ? ??? 由《化工原理》 p235 查 得： ??t? ，取單殼程 ， 得到平均傳熱溫度： 39。 2 焦化廠貧富油換熱裝置工藝計算 主要設計參數(shù)及技術指標 本設計換熱器為 焦化廠年 產 150 千噸貧油和富油的熱交換裝置 ，其主要設計參數(shù)與技術指標如下： 貧油流量： 貧油操作壓力： 貧油入口溫度： 170℃； 出口溫度： 110℃ 富油操作壓力： 富油入口溫度： 70℃； 出口溫度： 120℃ 由以上所述可得到 表 ： 表 介質 貧油 富油 入口溫度 170℃ 70℃ 出口溫度 110℃ 120℃ 壓力 流量 kg/h 熱力計算 確定物性參數(shù) 定性溫度 ： 定性溫度可以取流體進出口的平均溫度： 管程貧油的定性溫度： ℃1402 110170 ???mT () 殼程富油的定性溫度： ℃85212070 ???mt () 已知焦化廠貧油在 140℃下的物性參數(shù)： 31 / mkg?? KKgkJc p ?? /0 0 KmW ?? /1 2 7 ? sPa ??? ? 41 108 5 ? 富油在 85℃ 下的物性參數(shù)： 32 / mkg?? KKgkJc p ?? /8 5 KmW ?? /1 3 7 ? sPa ??? ?42 ? 初步選定換熱器類型以及尺寸 初步確定使用浮頭式換熱器 ；選用 φ 19 2 的錳合金鋼 16Mn；雖然貧油在冷凝時容易結構，但是由于連續(xù)處于高溫環(huán)境，故不易結垢，因此選擇貧油走管程，富油走殼程；初定管程流速為 ，設計壓力為 ； 殼程的設計壓力為 。 二、缺點 焊縫較長，易泄漏，易產生壓力腐蝕； 易結垢場合嚴禁使用。 螺旋板式換熱器 主要由螺旋板、接管、密封板組成，結構簡單，材料利用率高，結 構上分可拆式螺旋板和不可拆式螺旋板二種，流量在 Re