【正文】 體管板。而對于換熱管束的分程，為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內(nèi)殘液放盡。管箱作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。相對誤差計算： ； min(ax)10%cpN???A 其中： ——各程的平均管數(shù)； ——各程中最小或最大的管cp min(ax)N數(shù)。拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距的（～） 范圍內(nèi)。 布管限定圓 LD布管限定圓 為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定：12()Lib???查 GB1511999可知，b=5，b1=3，bn=12，故 b2= bn+=，則。在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進行機械清洗。192?? 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列三種排列方式。 水壓試驗及殼體強度的校核水壓試驗壓力： ??MPaPtct ????根據(jù)文獻《化工原理課程設(shè)計》489 有： aDPeit ).10(????????而 MPKeitTF ).(05).( ?式中： K—應(yīng)力增強系數(shù)或形狀系數(shù)，對橢圓形封頭取 K=1 —內(nèi)壓容器的試驗壓力tP20 —水壓試驗時筒體的壁內(nèi)應(yīng)力t? —水壓試驗時封頭（管箱）的壁內(nèi)應(yīng)力TF 根據(jù)文獻《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表 87，可知所選用的 16MnR板材在常溫下時： Mpas345?則有 ????式中： —16MnR在常溫下時的許用應(yīng)力s則 ﹤246MPa， ﹤246MPaTF可見筒體和封頭在水壓試驗時均安全。hhehethrhBdfm???????②接管多余金屬面積： 接管計算厚度：；???????????? 接管多余金屬面積 ：A21222()().。etrAdfm??????3 有效補強范圍①有效寬度 B： 20541ax 410269235hhntd m???? ??? ????? ?②有效高度：（a）外側(cè)有效高度 為：1；1205943minhnthdm???????????????（b）內(nèi)側(cè)有效高度 為：2；2205943in0hnthd??????????????4 有效補強面積①殼體多余金屬面積： 殼體有效厚度： 63。②開孔直徑 ，20225302ii DdCm??????滿足等面積法開孔補強計算的適用條件，故可用等面積法進行開孔補強計算。8219?? 殼體上開孔補強計算181. 補強及補強方法判別：1補強判別：根據(jù) GB150表 81，允許不另行補強的最大接管外徑是，殼程進口開孔外徑為 200mm，因此需要另行考慮其補強。因此此時應(yīng)進行開孔補強的計算。 開孔補強計算 在該臺浮頭式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開孔。9n mAA經(jīng)檢查， 沒有變化，故合適。 ?????名義厚度 （ 為向上圓整量） ；39。Cm?為：；??39。外頭蓋的內(nèi)直徑為 700mm，這可在“浮頭蓋計算”部分看到。 經(jīng)檢查， 沒有變化，故dh???t?合適查 JB/T4746—2022《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號參數(shù)如下：表 31 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)17DN(mm) 總深度 H(mm) 內(nèi)表面積 A(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）600 175 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。此時選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故 ，且同上 ，則封頭1??。下封頭常與裙座焊接，h2=50mm，材料選用 16MnR鋼。根據(jù) JB/T47372022標(biāo)準(zhǔn)，封頭為：mhf10??。則 C= C1+ C2=+2=﹤[]?????????cid=根據(jù)國家規(guī)定選 6mm但查《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》表 162，對于公稱直徑 Dg=400 ~700mm的合金鋼圓筒的最小厚壁應(yīng)該為 8mm，所以本設(shè)計 δmin =8mm。 換熱器的選型表 23 所選浮頭式換熱器規(guī)格DNmmPNMpa管長m管程數(shù)換熱管規(guī)格計算傳熱面積㎡規(guī)格型號 管程出入口公稱直徑，㎜殼程出入口公稱直徑，㎜ 4 75 65 155表 24 工藝計算常用參數(shù)公稱直徑ＤＮ（mm） 管程Ｎ 中心排管數(shù) 換熱管數(shù)管程平均通道面積（c㎡）弓形折流板缺口弓高（㎜）600 4 19 288 15020???15第三章 換熱器的結(jié)構(gòu)計算和強度計算 在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)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(gòu)件的設(shè)計（如管箱、殼體、折流板等）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 換熱器的殼體設(shè)計采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=，則殼體內(nèi)徑為D= = 25 =556（mm）取 600mm/N??286/圓整可取 D=600mm式中：T—管心距 N—傳熱管總根數(shù) η—管板利用率 筒體材料及壁厚由于換熱器為內(nèi)壓容器，故可以采用內(nèi)壓容器的設(shè)計方法來確定其壁厚，根據(jù)內(nèi)壓薄壁容器“彈性失效”設(shè)計準(zhǔn)則，殼壁計算壁厚計算公式為：設(shè)計壓力 PC=（ C1 ~）Pw殼程：PC==管程：PC== 采用雙面對接焊，局部無損探傷，取焊縫系數(shù)為 ??壓力容器的用鋼種類很多，主要有 Q235—A,Q235—B,16MnR等等，這里采用的是 16MnR。(1).45316272cBuPFfnN pa????????,63c14,???22239。2．3．2 換熱器的流體阻力（1）管程流動阻力 i tspP???12（ +） FNNs=1，Np=4，F(xiàn)t=????1=，由 Re=10061，傳熱管相對粗糙度 ，查莫狄圖得=℃，流速 ui=， =994kg/m3，所以i? . ????（ P） 22u.??==.7（ ）〈 105Pai aP????（ +.7） 14956.（ ）管程流動阻力在允許的范圍之內(nèi)。折流板的最大間距與管徑及殼體直徑有關(guān)。一般采用等距分布。折流板的缺口一般在排管中心以下或切于兩排管孔的小橋中間。 殼體內(nèi)徑計算采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=，則殼體內(nèi)徑為D= = 25 =556（mm）取 600mm/N??286/圓整可取 D=600mm10式中：T—管心距 N—傳熱管總根數(shù) η—管板利用率圓缺高度計算：采用弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25﹪，則切去的圓缺高度為 h=600=150mm?取折流板間距 B=,則B= 600=300mm，可取 B為 300mm 折流板的計算 折流板一般都比較薄，為了盡量避免加工偏差，便于管束裝配，全部折流板應(yīng)疊在一起同時進行鉆孔為好，待鉆孔工序完成后再按對稱方向根據(jù)需要的形狀進行邊緣加工。取管心距 t=，則 T= 20=25（mm）?橫過管束中心線的管數(shù) nc= = 19（根）28 換熱器型號、參數(shù)的確定將選型計算所得換熱器管管子數(shù)與布管總數(shù)相比較，如果換熱器管管子數(shù)大于布管總數(shù)，則需更換公稱直徑 DN,然后重新計算布管總數(shù)；如果換熱管管子數(shù)小于布管總數(shù)，則可最終確定換熱器型號，并將換熱器的型號參數(shù)輸出。BES2586/Ⅱ9所選浮頭式換熱器的規(guī)格參數(shù)以及其工藝計算常用參數(shù)可參考表 23與表 24（附第二章后） 。=.??（ ）△ 總考慮到所用傳熱計算式的準(zhǔn)確程度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使所選用的換熱器具有換熱面積 留有裕度 10%25%，故有0A，根據(jù) 查選型手冊，可選換熱器的型式為：39。 △ △ （ 6） （ ）△ （ ℃ ） △△ 15)(, Cmtt ????總 按經(jīng)驗值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 =300W/（㎡﹒℃） ；K估 初算出所需的傳熱面積 39。采用平均溫度差。A 傳熱計算（熱負荷計算）熱負荷：Q c=mo△ H+mocpto+mocpt1=3500394﹢ 3500(8280) ﹢3500(8076)=106kj/h= ?冷卻水用量： 14071520kg/????=（ ）△ （ 5） 有效平均溫差 的計算39。這是因為：被冷卻的流體走殼程可便于散熱，而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程，這樣可降低管壁的溫差，減少熱應(yīng)力，同時對于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。 定性溫度：可取流體進口溫度的平均值。 因兩流體中苯發(fā)生相變,水的對流傳熱系數(shù)一般較大且易結(jié)垢,故應(yīng)使循環(huán)水走管程，苯品走殼程。工藝設(shè)計中包括了熱力設(shè)計以及流動設(shè)計，其具體運算如下所述： 設(shè)計條件兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度 82℃，出口溫度 76℃；冷流體（自來水）進口溫度 51℃，出口溫度 71℃。尤其在化工、石油、能源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍處于主導(dǎo)地位，因此本次畢業(yè)設(shè)計特針對這類換熱器中的浮頭式換熱器的工藝設(shè)計以及結(jié)構(gòu)設(shè)計進行介紹。（3） 波紋管：為擠壓成型的不銹鋼薄壁波紋管，管內(nèi)、管外都有強化傳熱的作用，但波紋管換熱器承壓能力不高，管心距大而排管少，殼程短而不易控制。表面多孔管：該管為光管表面形成一層多孔性金屬敷層，該敷層上密布的小孔能形成許多汽化中心，強化沸騰傳熱。國內(nèi)已使用的新效的換熱管有以下幾種：螺紋管：又稱低翅片管，用光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻 倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。（3）雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個管板，形成的雙管板結(jié)構(gòu)用于收集泄漏介質(zhì)，防止兩程介質(zhì)混合。（2）螺旋折流板式換熱器：螺旋折流板可以防止死區(qū)和返混，壓降較小。（1）雙殼程結(jié)構(gòu)：在換熱器管束中間設(shè)置縱向隔板，隔板與殼體內(nèi)壁用密封片阻擋物流內(nèi)漏，形成雙殼程結(jié)構(gòu)。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。填料函式換熱器：圖 5 為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。其特點是內(nèi)插管與外套管之間沒有約束，可自由伸縮。 雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖 4。其結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過。一束管子被彎制成不同曲率半徑的U 型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個管箱。由上述特點可知，浮頭式換熱器多用于溫度波動和溫差大的場合，盡管與固定管板式換熱器相比其結(jié)構(gòu)4更復(fù)雜、造價更高。管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動的浮頭，故當(dāng)管束與殼體受熱伸長時，兩者互不牽制，因而不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。更主要的缺點是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過 50℃時，需采取適當(dāng)補償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。多管程與多殼程可以配合使用。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程；同樣。流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次就稱為一個殼程，而圖 121 所示為最簡單的單殼程單管程換熱器。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。 管殼式換熱器的分類及特點 由于設(shè)計題目是浮頭式換熱器的設(shè)計，而浮頭式又屬于管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類型以及結(jié)構(gòu)特點。冷、熱流體被一固體壁面隔開，通過壁面進行傳熱。2 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣氣熱交換的場合。首先讓熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過，把熱量帶走。這類換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場合。 換熱器的主要分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。 隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%～20%；在煉油廠，約占總投資的 35%～40%。III換熱器的殼體設(shè)計畢業(yè)設(shè)計 目錄第一章 換熱器概述 1 換熱器的應(yīng)用 ..........................................................