【正文】 最后感謝老師對這次課設(shè)的評閱。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次課程設(shè)計。這就為我們做畢業(yè)設(shè)計打下了基礎(chǔ)。在設(shè)計的最后附管試換熱器的圖，在繪圖的整個過程中，我對化工制圖更加熟悉。 通過這次設(shè)計對我們獨自解決問題的能力也有所提高。 設(shè)計時要有一個明確的思路，要考慮多種因素 包括環(huán)境條件和介質(zhì)的性質(zhì)等再選擇合適的設(shè)計參數(shù)，對換熱器的材料和結(jié)構(gòu)確定之后還要進(jìn)行一系列校核計算，包括管子直徑、殼體厚度，管板選擇等。 謝 辭 通過這次課程設(shè)計，讓我對 《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 這門課有了進(jìn)一步的認(rèn)識。 C。 C1—— 鋼板的負(fù)偏差， mm； ［ｑ］ —— 許用拉脫力， MPa。 δ —— 計算壁厚， mm； DN—— 直徑（公稱），ｍｍ； δ d—— 設(shè)計壁厚， mm； ＰＮ —— 公稱壓力， MPa； δ n—— 名義壁厚， mm； Ｐｔ —— 管子的工作壓力， MPa； δ e—— 有效壁厚， mm； Ｐｓ —— 殼體的工作壓力， MPa； C—— 厚度附加量， mm； △ｔ —— 管殼壁溫度，176。 ［ Pｗ］ —— 最大允許工作壓力， MPa； P—— 設(shè)計壓力， MPa。 C； a— — 管間距， mm； Ф —— 焊接接頭系數(shù)，無量綱； di—— 殼體內(nèi)徑， mm； b—— 正六邊形對角線上的管子數(shù)，個； do—— 殼體外徑， mm； Lｎ —— 換熱管長度，ｍｍ； Pc—— 計算壓力， MPa。 C?？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，有在管板上開槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管板較厚時，其焊接時較難調(diào)整。 3 換熱器封頭的選擇及校核 上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根 據(jù) JB/T47462021 標(biāo)準(zhǔn)，封頭為 DN900 7，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 415 得曲面高度 1501?h mm ，直邊高度 402?h mm ， 材料選用 20R鋼 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計算厚度： ][2 ????? ????ctic pDp??? (31) 化工與材料學(xué)院 09級本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計 14 Mp aKDp ei etw ][2][ ???? ?????? ???? (32) 所以，封頭的尺寸如下圖： 圖 31 換熱器封頭尺寸 5 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重要的受壓器件。 液壓試驗應(yīng)力校核 se eiTT DP ??? ?? )( ??? (24) ? ?? ? MpaPP tT ???? ?? (25) ?????? Cne ?? mm (26) 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附表 91 Mpas 245?? MpaT )( ?? ???? ， M p as ?????? 可見sT ??? ?故水壓試驗強(qiáng)度足夠。[? ]t =92Mpa（設(shè)殼壁溫度為 350176。 管子數(shù) n LFnd 均??? (21) ? ?根均 160F L ??????ndn ? 其中安排拉桿需減少 6 根，故實際管數(shù) n=5036=497 根 管子排列方式，管間距的確定 采用正三角形排列，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 74 查得層數(shù)為 12 層 ，對角線上的管數(shù)為 25，查表 75取管間距 a=32mm. 換熱器殼體直徑的確定 lbaDi 2)1( ??? (22) 其中 壁邊緣的距離為最外層管子中心到殼l 取 dl 2? ， ? ?mm8682522)125(32 ???????iD ， 查表 25，圓整后取殼體內(nèi)徑 9?iD 00mm 換熱器殼體壁厚計算及校核 材料選用 20R 計算壁厚為：ctic pDp ?? ??? ][2 , (23) 式中 :pc 為計算壓力，取 pc =； ?iD 700mm。 化工與材料學(xué)院 09級本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計 11 標(biāo) 準(zhǔn) 管 子 的 長 度 常 用 的 有 1500mm ， 2021mm ， 2500mm ，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m 等。所以，在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用φ 19mm 2mm 直徑的管子更為合理。 2 殼體直徑的確定與殼體壁厚的計算 管徑 換熱器中最常用的管徑有φ 19mm 2mm 和φ 25mm 。 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。 管程結(jié)構(gòu) 換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直 列、三角形錯列和同心圓排列，如下圖所示。目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。故擬取變換氣流速為 20m/s。 流速的選擇 化工與材料學(xué)院 09級本科生化工機(jī)械設(shè)備課程設(shè)計 9 表 11 換熱器常用流速的范圍 介質(zhì) 流速 循環(huán)水 新鮮水 一般液體 易結(jié)垢液體 低粘度油 高粘度油 氣體 管程流速， m/s ~ ~ ~3 ~ ~ 5~30 殼程流速， m/s ~ ~ ~ ~ ~ 2~15 由于增加流體在換熱器中的流速，將加大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積的可能性，即降低了污垢熱阻，使總 傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。 若兩流體的溫度差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程，因為壁溫接近傳熱膜系數(shù)較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。 需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。 飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。 腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 流徑的選擇 在具體設(shè)計時考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一 個，使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近；在運行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失，而對于一些制冷裝置，應(yīng)盡量減少其冷量損失；管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運行的可靠性。 所設(shè)計換熱器用于半水煤氣和變換氣的傳熱，粘度較小，不易結(jié)垢，不易腐蝕管道，所以選用浮頭式換熱器，浮頭便于拆卸、清洗，且半水煤氣走殼程也方便散熱，與冷卻介質(zhì)溫差較大，也避免產(chǎn)生溫差應(yīng)力產(chǎn)生管道變形。 U 形管換熱器具 有良好的密封性能 , 并具有檢修、清洗方便的特點。由于固定管板式換熱器的殼程清洗困難和適應(yīng)熱膨脹能力差 , 決定了固定管板式換熱器適用于換熱介質(zhì)清潔 , 殼程壓力不高 , 換熱介質(zhì)溫差不大的場合。 綜上可知，換熱器的使用場合、使用目的、換熱介質(zhì)物性等因素的不同 , 決定了管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)型式 。造價較低、加工制造簡便，材料消耗較少。 填料函式換熱器 此類換熱器的管板也僅有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。但是管內(nèi)清洗不變，管束中間分布的管子難以更換，管 板中心部分布管不緊湊，管子數(shù)目不能太多。 U型管式換熱器 僅有一個管板，管子兩端均固定于同一管板上。 圖 12 浮頭式換熱器 特點：該種換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重，造價比固定管板式要高出約 20％，材料的消耗量較大，浮頭 的端蓋在操作中無法檢查，所以安裝時要特別注意其密封，以免發(fā)生內(nèi)漏，且管束和殼體間隙較大，設(shè)計 時避免短路。此種換熱器的管束不受殼體的約束，殼體與管束之間不會因為膨脹量的不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。 固定管板式換熱器的缺點是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合。 在相同的殼體直徑內(nèi)，排管較多，比較緊湊；殼側(cè)層清洗困難，加上膨脹節(jié)的方法不能照到管子的相對移動。當(dāng)膨脹之差較大時，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。 圖 11 固定管板式換熱器 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了 若干塊折流板。 選材方法 管殼式換熱器的選型 管殼式換熱器 有三種類型，分別為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、 U形管式換熱器和填料函式換熱器。為保證換熱器的使用性能 , 可在殼程入口加裝防沖板 , 對介質(zhì)沖刷起到緩沖的作用 , 保護(hù)管束不受沖擊 。為保證管程流體的均勻分布 , 充分發(fā)揮換熱管的換熱性能 , 管程進(jìn)、出口應(yīng)設(shè)置在換熱器管程的底部和頂部。 管程進(jìn)、出口管徑在考慮管程壓降允許的條件下 , 通過計算確定管徑 , 其計算公式為ρω 23 300( ρ 為管程介質(zhì)密度 , kg/m3。殼程分程可增加對殼程換熱介質(zhì)的擾動 , 使殼程換熱介質(zhì)流速增加 , 流程加大 ,換熱介質(zhì)橫向沖刷擾動加大 , 提高換熱器傳熱能力。 殼程分程設(shè)計。當(dāng)需要的傳熱面積很大 ,換熱管長度太長 ( 對臥式換熱器管長比殼徑比超過 6～