【正文】 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，它可用于其它任何場(chǎng)合。 排管與分程 如圖所示 圖 34 換熱管與管板的連接 換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹以及脹焊并用。如圖 32 圖 33 在此，選擇正三角排列，主要是考慮這種排列排列緊湊，管外流體湍流程度高 ,換熱系數(shù)大，在相同的截面積下可以排列更多換熱管，換熱效果好。 換熱管的排列方式 換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯(cuò)列三種排列方式。 有效厚度： ????? Cne ?? mm 名義厚度： 6?n? mm。取 ?C mm，12?C mm，焊接接頭系 數(shù)取為 。材料為 Q245R 的分程隔板最小厚度取 8mm。 ? ? 450062 ???? ???? ct ic PDP ??? mm （ 32） 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 短節(jié)設(shè)計(jì)厚度： ????? Cd ?? mm 短節(jié)名義厚度： ??????? 圓整圓整Cdn ?? mm 內(nèi)徑為 450 mm 使厚 度不的小于 6 mm。 封頭計(jì)算 厚度由下式： ? ? ????? ???? ct ic PDP??? mm （ 31） 封頭設(shè)計(jì)厚度： ????? Cd ?? mm 緒論 28 封頭名義厚度： ??????? 圓整圓整Cdn ?? mm 內(nèi)徑為 450 mm 使厚度不的小于 6 mm。材料選用與筒體相同的 Q245R。材料選 用 Q245R?！?) 407 裕度 /% % 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 第三章 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要確定有關(guān)部件的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸、零件之間的聯(lián)接等，比如，封頭結(jié)構(gòu)尺寸；接管與筒體的連接管板結(jié)構(gòu)尺寸確定；折流板尺寸、間距確定；管板與換熱管的聯(lián)接；管板與殼體、管箱的聯(lián)接；管箱結(jié)構(gòu)；法蘭與墊片等等?！?) 1158 1276 污垢熱阻 / (m2s) 105 102 熱導(dǎo)系數(shù) / W/(m 則計(jì)算傳熱面積： ????? mc tK QA m2 實(shí)際傳熱面積為： mdLnS ?? ? 面積裕度： % ????? c cp A AAH （ 226） 面積裕度在 15%～ 25%之間，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 緒論 26 設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果表 表 23 設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果表 參數(shù) 殼程 管程 流率（ m3/h) 11376 27778 進(jìn) /出溫度 /℃ 130/110 80/90 設(shè)計(jì)壓力 /MPa 物 性 設(shè)計(jì)溫度 /℃ 150 90 密度 /(kg/m3) 430 定壓比熱容 /(kJ/( kg 由總傳熱系數(shù)計(jì)算公式： oSioSiioo oi RddRddK ?? 11 ???? （ 225） 所以： 2 5 7 62025202 7 5 81 14????????oK =407W/( m2℃ ） 污垢熱阻和管壁熱阻，有 GB151 可取為 ???SoR m2℃ ） 2) 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) nii d ???? ?? （ 223） 由式（ 212） 8171Re ?? c ciii ud ? ? 由于 4000 ??Re 10000，校正系數(shù) ???? i? 2 ????? ?iicpi C ? ? （ 224） 因?yàn)榱黧w是被加熱的 n 取為 。折流板數(shù)取 NB=19 殼程流通面積 20 2 2 )0 2 ()( mdnDhA oco ?????? smo /)0 2 2 6 0 0/(1 1 3 7 6 ????? 1 4 4 3 ?????? ?pud ooo 4 4 3 2 2 2 ????? ??oof 所以： ? ? 6472 2 ???????? oP Pa 流體流過(guò)折流板缺口的阻力： 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 5182 22 ???????? ?????????? ??? uD BNP Bi ? Pa （ 217） 殼程總阻力： ? ? 1 3 4 1 86 4 7 ?????? sP Pa 滿(mǎn)足要求。 2) 殼程流動(dòng)阻力 ? ? ssios NFPPP ????? （ 215） 對(duì)于氣體殼程結(jié)垢校正系數(shù) ?sF ；殼程數(shù) sN =1。 壓強(qiáng)降的核算 1) 管程流動(dòng)阻力 spsrit FNNPPP )( ????? （ 29） 殼程數(shù) 1?sN ；管程數(shù) 1?pN ；管程結(jié)垢校正系數(shù) sF 近似取為 。 參數(shù)如表22： 表 22 殼徑 /mm 450 管子尺寸 /mm ?? 公稱(chēng)壓強(qiáng) /MPa 管長(zhǎng) /m 3 公稱(chēng)面積 /m2 管子總數(shù) 104 管程數(shù) 4 管子排列方式 正三角形排列 實(shí)際傳熱面積 mdLnS ?? ? ， 總傳熱系數(shù) K= 330??tSQ W/( m2殼徑為 450mm，管子 ,?? ， L=3m 的參數(shù)相似。 管子總數(shù)： snN 4? （ 26） 112294 ???N （根） 換熱器的殼徑： 12)1( bntD c ??? （ 27） 式中 D— 殼體內(nèi)徑； t— 管心距（正三角形排列）； nc— 橫過(guò)管束中心線(xiàn)的管子數(shù)； b1— 管束中心線(xiàn)上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取 b1= 0)~1( d m； 又因?yàn)椋? ???? Nn c 根 （ 28） 所以 4 2 7252)112(32 ?????D mm； 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 經(jīng)過(guò)圓整 D 取 450 mm?！?) 估算的傳熱面積： 緒論 20 KtQS m?? （ 23） S= m2 假設(shè)管程流速 u=計(jì)算管子數(shù)： udwn ics ?? ?? 2 3600/4 ? ? （ 24） 36001430/277784 2 ???? ???sn （根） 管子總長(zhǎng)： mdnSL ????? ? 管長(zhǎng)取 3?l m。 按單殼程，多管程進(jìn)行計(jì)算，逆流時(shí)平均溫差為： 逆流時(shí)： 40901 3 0211 ?????? tTt ℃ 3080110122 ?????? tTt ℃ 因?yàn)椋? 21304021 ?????tt 所以： 352 30402 21 ???????? ttt m ℃ 因?yàn)椋? 80130 809011 21 ??????? tT ttP 28090 11013012 21 ??????? tt TTR 所以 ,查化工原理可得??， 因此 Ctt omt ??????? ?? 由于溫度校正系數(shù)?t?，故采用單殼程換熱器。 初選換熱器的規(guī)格 物性的確定 表 21 密度 /(kg/m3) 比熱容 /(kJ/kg.℃ ) 粘度 / 導(dǎo)熱系數(shù) /(W/m. ℃ ) NaoH 溶液 1430 3483 210?? 水 4252 510?? 計(jì)算熱負(fù)荷和氫氧化鈉溶液的流量 按 300 個(gè)工作日計(jì)算，一天工作 12 個(gè)小時(shí)。主要目的是把氫氧化鈉溶液加熱到指定溫度。兩流體都較潔凈、不易結(jié)垢，兩流體的溫差不大 ，且操作壓力與溫度也較低，所以選擇固定管板式換熱器就能滿(mǎn)足本次設(shè)計(jì)的要求。 在本次設(shè)計(jì)中根據(jù)兩種流體溫度的變化情況：水進(jìn)口溫度為 130℃ ，出口溫度為110℃ ；氫氧化鈉溶液的進(jìn)口溫度為 80℃ ，出口溫度為 90℃ 。 3) 浮頭式換熱器管束可以從殼體中抽出，便于清洗和檢修。 2) U 形管換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕，適用于高溫和高壓的場(chǎng)合。但殼程不易檢修和清洗， 因此殼方流體應(yīng)是較潔凈且不易結(jié)垢的物料。在管殼式換熱器中包括：固定管板板式換熱器、 U 形管換熱器、浮頭式換熱器。 隨著工業(yè)中經(jīng)濟(jì) 效益與社會(huì)中環(huán)境保護(hù)的要求，制造水平不斷的提高，新能源的逐漸開(kāi)發(fā)，研究手段日益發(fā)展，各種新思路與新結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，換熱器將朝著更高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方向發(fā)展。 （ 7）研究升段 隨著計(jì)算機(jī)流體力學(xué)（ CFD）的發(fā)展和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速進(jìn)步，以及大型商業(yè)化CFD 軟件的日益成熟，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)對(duì)復(fù)雜的流體流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬和仿真已成可能。 （ 6）防垢技術(shù) 結(jié)垢不僅照成換熱器傳熱傳熱其效率的降低和輸入動(dòng)力的增加，而且大大減少有效傳熱面積和增大材料的浪費(fèi)，甚至是換熱器發(fā)生堵塞失 效。 （ 5）先進(jìn)制造技術(shù) 先進(jìn)技術(shù)制造的進(jìn)步主要表現(xiàn)在各種強(qiáng)化管加工工藝的日漸成熟和新材料焊接工藝水平的提高。微小型換熱器與普通換熱器相比。 （ 4）大型化和微小型化并重 隨著成套裝置的大型化，換熱器向大型化發(fā)展，同時(shí)由于微電子、航空航天、醫(yī)療化學(xué)四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 生物工程、材料科學(xué)等場(chǎng)合的特殊要求而向微小型化發(fā)展。 （ 3）抗振技術(shù) 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日益增大，換熱器的尺寸也越來(lái)越大，因流體誘導(dǎo)振動(dòng)所造 緒論 16 圖 19 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)步驟 成的破壞事故顯著增多。 （ 2）強(qiáng)化技術(shù) 各種新型、高效換熱器逐步取代現(xiàn)有的常規(guī)產(chǎn)品。 換熱器的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 換熱器的相關(guān)技術(shù)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面?，F(xiàn)西方國(guó)家多采用高分子復(fù)合材料的方法進(jìn)行保護(hù)，其中應(yīng)用最多的是美嘉華 技術(shù)產(chǎn)品。碳鋼和不銹鋼在濃度為 50%左右的硫酸中腐蝕最嚴(yán)重，而當(dāng)濃度增加到 60%以上時(shí)， 腐蝕反而急劇下降； （ 2）雜質(zhì)：有害雜質(zhì)包括氯離子、硫離子、氰離子、氨離子等，這些雜質(zhì)在某些情況下會(huì)引起嚴(yán)重腐蝕 （ 3）溫度：腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng)，溫度每提升 10℃ ，腐蝕速度約增加 1~3 倍，但也有例外； （ 4） ph 值：一般 ph 值越小，金屬的腐蝕越大； （ 5）流速：多數(shù)情況下流速越大，腐蝕也越大。另外，換熱器管板還會(huì)與換熱管之間產(chǎn)生一定的雙金屬腐蝕。以海水為介質(zhì)時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生電偶腐蝕。因此，管板與列管焊縫的腐蝕以孔蝕和縫隙腐蝕為主。研究表明，工業(yè)水無(wú)論是淡水還是海水，都會(huì)有各種離子和溶解的氧氣，其中氯離子和氧的濃度變化，對(duì)金屬的腐蝕形狀起重要作用。 管殼式換熱器在制作時(shí)，管板與列管的焊接一般采用手工電弧焊，焊縫形狀存在不同程度的缺陷，如凹陷、氣孔、夾渣等，焊縫應(yīng)力的分布也不均勻。在滿(mǎn)足用戶(hù)熱負(fù)荷調(diào)節(jié)要求的前提下，同一個(gè)供熱系數(shù)中的換熱器臺(tái)數(shù)不宜少于 2 臺(tái)，不宜多于 5 臺(tái)。 （ 5）、高溫水進(jìn)入換熱器前宜設(shè)過(guò)濾器。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長(zhǎng)型，有利于提高換熱量。初步估計(jì)換熱面積，一般先假定傳熱系數(shù)，確定換熱器構(gòu)造，再校核傳熱系數(shù) K 值。 通常的設(shè)計(jì)步驟如圖 19 所示 主要控制參數(shù) 、熱水流量、換熱量、熱媒參數(shù)等。一般已知冷、熱流體的處理量和他們的物性、進(jìn)出口溫度、壓力由工藝要求確定、設(shè)計(jì)中需選擇或確定的數(shù)據(jù)有三大類(lèi)，即物性數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)主要 包括殼體形式、管層緒論 14 數(shù)、換熱管類(lèi)型、管長(zhǎng)、管子排列、管子支承結(jié)構(gòu)（如折流板結(jié)構(gòu)等）、冷熱流體的流動(dòng)通道等工藝設(shè)計(jì)和封頭、殼體、管板等零部件的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。 圖 18 釜式重沸器 設(shè)計(jì)方法 在滿(mǎn)足工藝過(guò)程要求的前提下，換熱器應(yīng)該達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。產(chǎn)氣量大、蒸氣品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否者可以小些。這種換熱器的管束可以分為浮頭式、 U 形管式和固定管板式結(jié)構(gòu)，所以它具有浮頭式、 U 形管式換熱器的特性。填料函式換熱器現(xiàn)在已很少使用。其結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱 器簡(jiǎn)單，加工制造方便，節(jié)省材料，造價(jià)比較低廉，且管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間都能進(jìn)行清洗，維修方便。這種換熱器的特點(diǎn)與浮頭式換熱器相類(lèi)似，浮頭部分露在殼體以外，在浮頭與殼體的滑動(dòng)接觸面處采用填料函式密封結(jié)構(gòu)。特別適用于管內(nèi)走