【正文】 對接接頭，100%無損探傷，故焊接系數(shù)；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。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(nèi)徑：800mm中心排管數(shù)：263 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： （）冷流體側的壁溫： ℃所以 ℃ 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：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；——分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃；——分別為熱流體的進、出口溫度，℃；——分別為冷流體的進、出口溫度，℃；——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=。——流體橫過管束的壓降，Pa；?p239。(1)管程流動阻力 ()其中，結垢校正因數(shù)；串聯(lián)的殼程數(shù), ；管程數(shù)，Np=4； , 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 （）因此，可以計算 （）==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》λRe關系圖中可以查得：λ=，取ζ=3，因此： 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(nèi)。估算殼體直徑D：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/(m2K/W 已知選用?19mm2mm的換熱管，故已知管壁厚為：b= 選用的換熱管材料是16Mn，已知16Mn的熱導率為：λ=校正系數(shù)為： （）管內(nèi)的普朗特常數(shù)為：按照湍流情況下的計算公式來計算關內(nèi)的給熱系數(shù)： （）則管內(nèi)的實際給熱系數(shù)為： 殼程的當量直徑：管間截面積：管外流速：管外雷諾數(shù)為：管外普朗特準數(shù)：管外給熱系數(shù)： 污垢熱阻/管壁熱阻： 管外側的污垢熱阻系數(shù)為：R1=計算接管尺寸：取富油的流速為：，對于殼程而言，管內(nèi)徑：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：根據(jù)《過程裝備成套技術》管的公稱直徑選擇：以外表面為基準的傳熱系數(shù)的計算公式： （）其中：（1） 管程傳熱膜系數(shù)：（2） 管程流體流通截面積： （3） 管程的實際流速： 故初選型號時所選取的貧油流速過高，重新選定：取u1= m/s，則單程管數(shù)為： 單程管長： 每程管長為：l=，則管程數(shù)為： 管數(shù)為 1102=220根由于總管數(shù)沒有變動，所以，殼體直徑D=600mm。根據(jù)《化工工程師技術全書》，采用正三角形排管方式，對于?19mm2mm的換熱管采用管心距： （）取單管程： 管數(shù)： 根 （） 管長： （）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： () 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。2 焦化廠貧富油換熱裝置工藝計算本設計換熱器為焦化廠年產(chǎn)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℃： 介質(zhì)貧油富油入口溫度170℃70℃出口溫度110℃120℃壓力流量 kg/h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： ()殼程富油的定性溫度： ()已知焦化廠貧油在140℃下的物性參數(shù)： 富油在85℃下的物性參數(shù)： 初步確定使用浮頭式換熱器；選用φ192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；，；。 焊縫較長，易泄漏，易產(chǎn)生壓力腐蝕； 易結垢場合嚴禁使用。 結構可靠； 不易污塞； 成本低； 適用溫度t≤300℃,； 螺旋板式換熱器適用于化工、較輕介質(zhì)場合。一、優(yōu)點 可以做到全逆流流動，傳熱效率高，比管殼式換熱器高1倍以上； 結構緊湊，單位體積傳熱面積180㎡/近些年，隨著板式換熱器技術的改進，很多板式換熱器表現(xiàn)出他優(yōu)良的性能，焦化廠中的貧富油換熱器目前主流的是螺旋板式換熱器。目前很多焦化廠所使用的貧富油換熱器主要有管殼式換熱器和板式換熱器，管殼式換熱器主要用的是浮頭式換熱器，因為貧富油的溫差相對比較大，而壓力不是很高，使用浮頭式換熱器能很好的消除溫差應力。它能利用小的表面積傳遞大的熱量，因此它能充分體現(xiàn)換熱器的一種優(yōu)良的設計。在其它新型換熱器的應用中，值得提出的為熱管。石墨換熱器已在許多國家中得到廣泛地應用，如用來處理鹽酸、硫酸等腐蝕性介質(zhì)。如玻璃、石墨和聚四氟乙烯等非金屬材料以及鈦、鉭和鋯等稀有金屬材料制作的換熱器，以達到耐熱，耐壓和防腐的效果。螺旋板換熱器在國內(nèi)首先較普遍地用在小化肥生產(chǎn)中半水煤氣的預熱器和氨合成塔下部的換熱器，目前已逐步推廣應用的到其它化工生產(chǎn)工藝中，在很多焦化廠中已經(jīng)開始普及用螺旋板式換熱器來作為貧富油換熱器了。目前螺旋板換熱器在化工生產(chǎn)中的應用也日趨廣泛?，F(xiàn)在，板翅式換熱器又成功地應用于天然氣加工過程中，如進料氣冷卻器、部分冷凝器、底部蒸發(fā)器和壓縮機的中間冷卻器等。近年來，由于鋁及鋁合金釬焊技術的發(fā)展和不斷完善，促使另一種高效、緊湊式的新型換熱器，即板翅式換熱器得到廣泛的應用。它適用的介質(zhì)相當廣泛，從水到高粘度的非牛頓型液體，從含有小直徑固體顆粒的物料到含有纖維的物料，均可處理。近十余年來，另一種高效、緊湊式的新型換熱設備之一，即板式換熱器，已發(fā)展成為一種重要的化工設備。由于現(xiàn)代化工廠的生產(chǎn)規(guī)模日益增大，換熱設備也相應向大型化方向發(fā)展，以降低動力消耗，減少占地面積和金屬消耗。而管殼式結構，它具有選材范圍廣，換熱表面清洗較方便，適應性強，處理能力大，能承受高溫和高壓等特點。如高壓聚乙烯要求操作壓力高達250MPa左右，新“德士古”制氫法要求操作溫度在750～1500范圍。尤其在化工生產(chǎn)中，無論是國內(nèi)還是國外，它在所有的換熱設備中，仍占主導地位。在換熱設備中，應用最廣泛的是管殼式換熱器。其它如回收排放出去的高溫氣體中的廢熱所用的廢熱鍋爐，有時在生產(chǎn)中也是不可缺少的。由于使用的條件不同，換熱設備又有各樣的形式和結構。換熱器就是用來進行這些傳遞過程的設備，通過這種設備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。通常在化工生產(chǎn)的建設中，換熱器約占總投資的10～20%。它是化工、煉油、動力、原子能和其它許多工業(yè)部門廣泛應用的一種通用工藝設備。允許用的溫度和壓力方面:用于板式換熱器靠每兩板片之間的墊圈,來防止物料泄漏,因而它的密封周邊的總長非常長,防止墊圈泄漏是板式換熱器的一個重要環(huán)節(jié),墊圈能承受。這對于換熱介質(zhì)容易產(chǎn)生沉積的物料就顯得尤為重要。由于板式換熱器的結構緊湊、空隙小、因而單位體積的傳熱面積增大,其安裝面積約為管殼式的1/21/3,可節(jié)省占地面積與施工費用,每一外殼容積為1m179?！?與同樣流速下的管殼式換熱器相比,此值約為管殼式換熱器的傳熱系數(shù)的35倍,雖然,這時板式換熱器的阻力會大一些,如在同樣耗功的條件下相比,則板式換熱器的放熱系數(shù)比管殼式的高一倍左右。 板式換熱器由于板式換熱器的傳熱面上可以壓出凹凸形排液槽,在較低的雷諾數(shù)條件下既可出現(xiàn)紊流狀態(tài),故換熱系數(shù)較高,一般可達30005000K/㎡型管殼式換熱器、浮頭式換熱器每一外殼容積為1m179。時,其傳熱面積約為3040㎡。 浮頭式管殼換熱器,其浮頭不與外殼相連,可自由伸縮,這樣既解決了熱膨脹的問題,也方便清洗,檢修時可將管芯抽出即可。U型管殼式換熱器就是克服此缺點將管子做成“U”型,一端固定，另一端活動,使得換熱器不受膨脹的影響,結構較簡單,重量輕,其缺點是不能機械清洗、管子不便拆換、單位容量及單位質(zhì)量的傳熱量低,適用于溫差大、管內(nèi)流體介質(zhì)比較干凈的場合。型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。另外,在操作運行及維護、清洗較方便的前提下考慮換熱器的設計選型。在進出口處增大殼體直徑，使流體流動改變，并使傳熱管可以排滿整個殼體，從而使旁路泄露和進出口死區(qū)減少，效率增加，壓降減少。折流桿換熱器結構與浮頭式換熱器、U形管式換熱器和固定管板式換熱器基本相同，其差別是將折流板用折流環(huán)所取代，流體流過折流桿時形成卡曼漩渦，來實現(xiàn)湍流而強化傳熱。按強化傳熱原件分類：螺紋管換熱器、波紋管式換熱器、異形管換熱器、表面多孔管式換熱器、螺旋扁管式換熱器、螺旋槽管式換熱器、環(huán)槽管式換熱器、縱槽管式換熱器、翅管式換熱器、螺旋繞管式換熱器、T型翅片管式換熱器、新結構高效換熱器、內(nèi)插物換熱器、鋸齒管換熱器。按管板的形狀分類：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器、板式蒸發(fā)器、板式冷凝器、印刷電路板式換熱器、穿孔板式換熱器?？梢苑譃槔鋮s器、加熱器、冷凝器、汽化器等。其缺點是設備體積龐大，且不能完全避免兩種流體的混合，因此這種換熱器的使用范圍有限。蓄熱器內(nèi)裝有固體填充物（如耐火磚等），冷、熱流體交替流過蓄熱器，利用固體填充物來積蓄和釋放熱量，從而達到換熱的目的。這是本文重點進行討論的換熱器類型。但是直接接觸式換熱的機理比較復雜，在進行傳熱的同時往往伴隨著傳質(zhì)的過程。以下可將換熱器按下列方式進行分類：直接傳熱式換熱器一種不需傳熱壁面,由冷流體與熱流體直接接觸進行換熱的操作過程的換熱器,此類換熱器常用于工業(yè)生產(chǎn)中?；炝魇剑簝煞N流體在流動過程中既有順流部分，又有逆流部分。逆流式：兩種流體也是平行流動，但是它們的流動方向相反。按照溫度狀況來分，有：溫度工況穩(wěn)定的換熱器，熱流大小以及在指定熱交換區(qū)內(nèi)的溫度不隨時間而變；溫度工況不穩(wěn)定的換熱器；傳熱面上的熱流和溫度都隨時間改變。按照用途來分：有預熱器（或加熱器）、冷卻器、蒸發(fā)器等等。隨著近代科技的發(fā)展（如高溫高壓、高速、低溫、超低溫）等，又促使了高強度、高效率的緊湊換熱器層出不窮。用于航空發(fā)動機的散熱器。本世紀二十年代，開始出現(xiàn)板式換熱器，并應用于