【正文】 封作用和結(jié)合力的作用。不過無論使用哪種連接方式，必須保證：連接處的介質(zhì)不能泄漏，必須能夠承受介質(zhì)壓力的充分結(jié)合力。 所以，為了防止換熱管和管板處的破壞，讓換熱器工作性能得到更好的發(fā)揮和使用壽命變長(zhǎng)，我們必須正確的選擇連接方式和制造工藝來防止管束的震動(dòng)，在有高溫介質(zhì)沖刷時(shí)候，應(yīng)該采取隔熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，在溫差應(yīng)力過大的情況下應(yīng)該采取有效的溫差補(bǔ)償辦 法。 （ 3） 疲勞破壞，包括兩方面的破壞，一種是換熱管束在高壓氣流沖擊下震動(dòng)，在接頭處產(chǎn)生機(jī)械疲勞破壞，另外是在換熱器工作過程中由于操作不規(guī)范，管板的溫度產(chǎn)生周期性或者忽冷忽熱的變化引起的疲勞破壞。造成連接處破壞的因素有很多，主要?dú)w結(jié)與以下幾種形式： （ 1） 高溫情況下應(yīng)力松弛失效，這種情況主要發(fā)生在脹接的連接形式中，當(dāng)換熱管在高溫應(yīng)力下發(fā)生蠕變，在塑性變形應(yīng)力下松弛而失效。從制造工況以及經(jīng)濟(jì)和殼體介質(zhì)性質(zhì)等方面考慮，我選用了如下圖所示的強(qiáng)度焊接方式。可以焊透的結(jié)構(gòu)和對(duì)接焊縫使用壓力則可以稍微高點(diǎn)，比如角焊縫，但是無論殼體其他環(huán)焊縫的質(zhì)量 有多好，都可以采用對(duì)接雙面焊，用這種焊接方式的時(shí)候，在進(jìn)行殼體強(qiáng)度計(jì)算的時(shí)候則只能按照這里的焊縫為最薄弱的環(huán)節(jié)取焊縫系數(shù)。 管板與殼體的連接在管殼式換熱器的設(shè)計(jì)中是一個(gè)比較重要的結(jié)構(gòu)部分，它不僅給加工工作量大，而且必須使每個(gè)連接處在設(shè)備運(yùn)行中，保證無泄漏及能承受介質(zhì)壓力。對(duì)于這種連接方式的管板，當(dāng)卸下管箱后就可把管板連同管束從殼體中抽出。這種結(jié)構(gòu)是一種帶襯塑環(huán)的單面對(duì)焊結(jié)構(gòu)，它的使用壓力一般是在 1~4MPa。其中特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)不易焊透，適用于殼程設(shè)計(jì)壓力較低的場(chǎng)合。固定管板換熱器的管板與殼體的連接常常使用的不可拆的方式進(jìn)行焊接連接，對(duì)于浮頭式、 U 型管式及填函式換熱器等換熱器的管板與殼體的連接則常常采用可拆卸的連接方式。如圖 45 所示，依據(jù)《石油化工過程設(shè)備設(shè)計(jì)》表 234確定尺寸，具體如表 43所示： 19 DN=600 管板尺寸表 Ps MPa Pt MPa D D1 D3 D4 D5 b 螺柱 （栓） 規(guī)格 數(shù)量 790 750 700 730 698 32 M00 24 管板的連接 管板的連接主要是討論管板與殼體的連接方式，管板與換熱管的連接方式和管板與管箱的連接方式三種。 管板選用碳素鋼即材料 Q245R，查相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得： MPab 510??，s 345，在設(shè)計(jì)溫度下，MPat 170][ ??。 因?yàn)楣馨宓慕Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，關(guān)乎著換熱器的設(shè)計(jì)復(fù)雜成都，制造成本和使用性能等。 我們國家《鋼制管殼式換熱器設(shè)計(jì)規(guī)定》中對(duì)管殼式換熱器的管板設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。 各種推導(dǎo)的依據(jù)相差很大，采用的假定也不相同，所以造成使用不同的假設(shè)，同的公式計(jì)算出來的結(jié)果相差非常大。 mm p D p S c t c 56 . 0 5 . 0 85 . 0 148 2 600 56 . 0 5 . 0 ] [ 2 i ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? . 1 C S S d n 4mm C C S S 3 1 8 2 1 n e ? ? ? ? ? ? ? 18 （ 2）以承受均布載荷為基礎(chǔ)加入一定的修正系數(shù)來決定管板具有的特性。在當(dāng)時(shí)世界的工業(yè)強(qiáng)國大多都有了自己的管板設(shè)計(jì)計(jì)算公式或者相關(guān)規(guī)定。管板的設(shè)計(jì)是否合理對(duì)保證換熱器平時(shí)的正常運(yùn)行、節(jié)約材 料和降低制造成本都是非常重要的。 有效厚度 PT = t][][?? = M P aSe SeDiT )(P T ???? M p aM p a s 7 2 . 8 0 ???? ?? 強(qiáng)度滿足要求。 封頭強(qiáng)度計(jì)算 下面確定其壁厚，取工作壓力等于設(shè)計(jì)壓力，則 Pc=，焊接接頭系數(shù)?? ,受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭的計(jì)算壁厚為： 17 2)]2(2[][2iictic hDKpDpKS ???? ??? 與?? 而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭， K=，故壁厚 設(shè)計(jì)壁厚 取腐蝕裕量 C2=3mm。 前端管箱封頭設(shè)計(jì) 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) GB1511999《管殼式換熱器》，該換熱器為單殼程、兩管程，故封頭選用類型代號(hào)為“ EHA”的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。則 ?e =?n C1 C2= 5mm 名義壁厚取 8mm。 下面確定其壁厚，取工作壓力等于設(shè)計(jì)壓力，則 pc=，提高到管程設(shè)計(jì)壓 力計(jì)算，焊接接頭系數(shù) ?? 。gL 中較大者，故取 538. 根據(jù)作圖查得 H值，通過 H 值，查該文獻(xiàn)表 421 查取管箱最大長(zhǎng)度為 600，因?yàn)?B型管箱 gminL gL gmaxL 故取 400mm DN,mm 材料 殼程或管程公稱壓力 PN， MPa 厚度， mm 600 Q235A/B/C 8 8 8 10 —— —— Q245R 8 8 8 8 12 16 1Cr18Ni9Ti 5 5 6 8 12 18 管箱壁厚按 GB1511999《管殼式換熱器》即表 42 規(guī)定，材料為 Q245R，MpaPN ? 時(shí)，管箱壁厚 t=8 。L 和 min39。39。 LLLL ??? E 按改文獻(xiàn)表 421 選取 計(jì)算 15 0 061 5 39。 12g m in mmShENdL pcpi ??? ? 432gm in39。因此，對(duì)多管程的管箱，除限制最小長(zhǎng)度外，還應(yīng)考慮最大長(zhǎng)度。因此 ，對(duì)多管程的管箱，除限制最小長(zhǎng)度外，還應(yīng)考慮最大長(zhǎng)度。 D 型：?jiǎn)喂艹虛Q熱器管箱。 C、 N 型：管箱端與殼體及管板連成一體，或者是用于可拆管束與管板制成一體的管箱，另一端可采用 A 型結(jié)構(gòu)，減少泄漏的可能性，一般少有用，只在高壓情況下采用。缺點(diǎn)是盲板結(jié)構(gòu)用材多，且尺寸較大時(shí)得用鍛件，成本高，且有泄漏的可能，多用于DN900mm 的浮頭式換熱器。在多管程換熱器中還起到改變流體流向的作用。拉桿位置：拉桿占據(jù)換熱管位置，均勻布置在管束外邊緣。拉桿一端插入管板并與管板采用螺紋擰入，然后將每塊折流板焊接在拉桿上，不需要定距管，詳見裝配圖。綜合GB1511999 的最小支持板間距和厚度，取間距為 200mm，厚度 6mm，支持板的布置參照零件圖。這樣可以 減少介質(zhì)在通過缺口前后由于流通面積的擴(kuò)大與收縮而引起的壓力損失。弓形支持板主要參數(shù)是切口高度 h 和擋板間距 B。 折流板的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用最常用的弓形支持板，在弓形支持板中，流體在板間錯(cuò)流沖刷管子，而流經(jīng)支持板弓形缺口時(shí)候是順流經(jīng)過管子后進(jìn)入下一板間，改變方向，流動(dòng)中死區(qū)較少，比較優(yōu)越。 筒體強(qiáng)度計(jì)算： 由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度 74℃，設(shè)計(jì)壓力 Pc=，筒體材料為 Q245R，鋼板 標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T32742020，熱軋、正火鋼板。 22 ??????? ）（P PaP 1 0 4 4 0) 6 0 4 7 3( ????? 12 4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)和強(qiáng)度校核是換熱器設(shè)計(jì)中最重要的部分之一，包括對(duì)換熱器的殼體、管箱短節(jié)、管板、接管、法蘭、封頭、蒸汽出口和支座等零部件的設(shè)計(jì)。 )22037(5Re5 ???? ??f cN :橫過管束中心線的管子數(shù)，對(duì)于三角形排管 ???? NtNc 已知： 21?bN sm/?? 22037Re? 11 帶入 paP 4 7 32 5 8 1 39。 2001 ??）（ ??? bc NnFfP 39。39。 )2( 2iiiil dlP ????? 10 )2(3 2iirP ???? i? ：摩擦系數(shù)： 由于 10391Re? 《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》公式 1354： 0 0 5 ??i? （適用范圍為： 63 103~103Re ??? ） 可以算得 0 3 1 0 3 9 10 . 5 0 00 0 5 ???i? 帶入公式 paPl 5 4 92 9 9 40 . 3 . 50 3 2 ?????? paPr 2 ????? 可以計(jì)算得 paPPNNFP rlspti )( ?????????? ）（ 所以管程流體阻力在允許的范圍內(nèi)。 ??????? tt 管壁 hchmcmwRRRtRTt???????hccc11)1()1(???? 由上式可計(jì)計(jì)算 4 5 4 41 2 1 114 5 4 42 2 1 1 . 936????wt ℃ 殼體壁溫可近似取殼程流體平均溫度 T=℃ 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 =℃ 壓力降計(jì)算 壓力降指的是壓差，一般指流體經(jīng)過某容器或設(shè)備等所損失的壓力。 管程 9 39。 = 3 8 0 3 0 0 ?? m178。 殼體直徑確定 由布管可以確定筒體直徑 iD =700mm 7 3. 換熱器核算 管程給熱系數(shù) i? nrii Pd )() ( R e )(0 2 ?? ? 其中???id?Re 計(jì)算得 113e?R rP 普朗特?cái)?shù)，查表得 ， n冷流體取 ，熱流體 帶入數(shù)據(jù) kmwi ???? /)1 1 3)( 6 2 (0 2 ? 殼程給熱系數(shù) 0? )()())((weeCpudd ??? ?? ??? ? 因?yàn)閾Q熱器列管中心距為 32mm，則流體通過管間最大截面積為： S= 0 2 3 )()1( 0 ????? tdhD smSVu / ?? 三角形排列時(shí) mdd e )d4t234(0202 ???? 4 2 3 8 7 30e0 ?? ???? ?? ?uR e 由 5 2 3 0 0Cp0 ?? ??rP 8 殼程中透平油被冷卻，取 ?w?? 所以 )k./()52300()4235( 23/ mW?????? 總傳熱系數(shù)校核 由總傳熱系數(shù)方程： 000011?? ????Rd dRddKistii 帶入計(jì)算得 kmwK ?????? 2/ 1 之前假設(shè)傳熱系數(shù)為 100 kmw ./ 2 ，所以安全系數(shù)為： %20%100100 ??? ，此系數(shù)在 15%~25%范圍內(nèi)，符合要求。按照標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)，取管長(zhǎng) 5m。管心距 mmt ??? 。這不僅是為了多排列管子，更重要的是為了消除管間的有害通道。用三角形排列時(shí)候，排列面積是一個(gè)正六角形。 三角形排列使用最普遍。但圈數(shù)超過六圈時(shí)，所排管數(shù)就比三角形少。 同心圓在靠近殼體的地方布管均勻。 根據(jù)實(shí)際布管可知， DN700 管板可以布置 370 根換熱管， 換熱管的排列方式 換熱管在管板上的排列方式有：正方形排列、同心圓排列和等邊三角形排列三種。 因?yàn)槟媪髌骄鶞夭罟剑? )ln ()()(00i00iiimtTtTtTtTT??????? 帶入數(shù)據(jù)： 5 )3343 ( )3343()( ??? ????? mT℃ 所以，由 mTKAQ ???? 計(jì)算傳熱面積 4 0 03 8 0 1 0 0 mA ??? 考慮 10%的面積裕度， mA ??? 。 熱流量恒算 由已知條件可以求得熱流量： kwhkjTTCwQ ip 8 0/1 6 9 2 5 7 6129 5 2 0 0 0)( 0 ????????? 由此可以算出循環(huán)水出口溫度為 ℃。 在定性溫度下，透平油物性：密度 3/768 mkg ,粘度 : smpa? ,定壓比熱 : kkgkj ?/ ,導(dǎo)熱系數(shù)： ℃?mw / 。 由已知透平油流量為 ,進(jìn)出口溫度，可以求得管程和殼程物質(zhì)的定性溫度。在設(shè)計(jì)和選型時(shí)，如果有幾種換熱器能完成生產(chǎn)任務(wù)，這個(gè)指標(biāo)尤為重要。 有利于安裝、操作和維修：設(shè)備與部件之間應(yīng)該便于拆卸和運(yùn)輸，在移動(dòng)時(shí)候在廠房里不會(huì)收到樓梯、梁等的妨礙，還要根據(jù)需要添置氣、液排放口，人口以及保溫層等。 安全可靠：換熱器是壓力容器，在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差計(jì)算時(shí)候，應(yīng)該遵循相關(guān)文獻(xiàn)和國家行業(yè)標(biāo)規(guī)定。 設(shè)計(jì)要求 完善的換熱器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該滿足下面各項(xiàng)要求： 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、流量、相態(tài)等）與物理化學(xué)性質(zhì)（密度、粘度、腐蝕性等）是工藝過程所規(guī)定的 3 條件。 。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。 進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。 設(shè)計(jì)概述 本設(shè)計(jì)是合成氨工藝吸收制冷