【正文】 多管程熱交換器里，管箱還能起到改變流體流向的作用?？傮w下來，管板的計(jì)算非常復(fù)雜，手算的工作量很大，目前我國已開發(fā)出過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算的軟件，比如 SW6，在實(shí)際工程計(jì)算中運(yùn)用軟件計(jì)算便會(huì)大大縮短設(shè)計(jì)計(jì)算的工作量 [7]。同時(shí)也在這個(gè)基礎(chǔ)上考慮管束對(duì)于管板的撓度有約束作用，但忽略對(duì)于管板的轉(zhuǎn)角具有約束作用；管板周邊沒有布管區(qū)域?qū)馨逵袘?yīng)力影響，把管板劃分成為兩個(gè)區(qū)，即靠第 1 章 文件綜述 6 近中央的布管區(qū)和靠近周邊較窄的不布管區(qū)；不同結(jié)構(gòu)形式的熱交換器，管板邊緣處具有不同形式的連接結(jié)構(gòu)，根據(jù)具體的情況，考慮了殼體、法蘭、管箱、封頭、墊片等元件對(duì)管板邊緣轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的約束作用；管板兼做法蘭時(shí)，法蘭力矩對(duì)管板應(yīng)力的影響。因此，在滿足強(qiáng)度的要求下，應(yīng)盡量減少管板的厚度。增大管板的厚度，管板便可以承受更大的壓力，但是當(dāng)管板兩側(cè)的溫差較大的時(shí)候，沿管板內(nèi)部厚度方向的熱應(yīng)力會(huì)增大；若減小管板的厚度，可以適當(dāng)?shù)慕档退臒釕?yīng)力，但是承壓能力會(huì)下降一些。對(duì)于厚度較大的管板，為達(dá)到降低造價(jià)，工程上常采用鈦 +鋼、不銹鋼 +鋼、鈦 +鋼等復(fù)合板，或堆焊襯里。當(dāng)流體腐蝕較低或者基本沒有腐蝕性的時(shí)候，管板一般采用壓力容器用的碳素鋼或者鍛件或低合金鋼板來制造。將管程和殼程的流體分開，避免冷熱流體的混合，同時(shí)受到管程、殼程的壓力和溫度的作用。為便于管外清洗，可采用正方形或轉(zhuǎn)角正方形排列的管束。換熱管的排列方式主要有正方形、轉(zhuǎn)角正三角形、正三角形、轉(zhuǎn)角正方形等。換熱管常用的材料通常有碳素鋼、銅、銅鎳合金、鋁合金、低合金鋼、不銹鋼、鈦等。但小管徑的流體有較大阻力，且不方便清洗，容易結(jié)垢堵塞。在設(shè)計(jì)熱交換器的時(shí)候，采用小管徑的換熱管時(shí)，可使傳熱系數(shù)提高、單位面積的傳熱面 積增大、金屬耗量減少、結(jié)構(gòu)緊湊。當(dāng)管內(nèi)外兩側(cè)的給熱系數(shù)較大的時(shí)候，翅片管的翅片布置應(yīng)在給熱系數(shù)較低的一側(cè)。整個(gè)熱交換器的設(shè)計(jì)過程中，由于熱交換器是壓力容器的一種，則 GB15020xx[3]《鋼制壓力容器》也是一個(gè)運(yùn)用較多的標(biāo)準(zhǔn)，其他對(duì)法蘭、墊片的標(biāo)準(zhǔn)則選用新的能源部發(fā)布的HG/T2061520xx[4] 《鋼制管法蘭》，螺紋的選擇用到了 GB/T19620xx[5]《螺紋規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)》，而在制作過程中的選用則用到的是 ~[6]《容器支座》，在整體的設(shè)計(jì)中，熟練運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)非常重要的技能。 熱交換器的各零部件的設(shè)計(jì)和選擇依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)是 GB15120xx[2]《 熱交換器》 。在設(shè)計(jì)中需要選擇或確定 的有三大類數(shù)據(jù)：結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、物性數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)。一般情況下已知冷流體和熱流體的物性和處理量。設(shè)計(jì)主要包括了管子排列、管子支承結(jié)構(gòu)、管程數(shù)、管長(zhǎng)、殼體形式、熱交換器類型、冷熱流體流動(dòng)通道等工藝計(jì)算和殼體、封頭、管板等零部件的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。 在管殼式熱交換器的基本設(shè)計(jì)方法中，要在滿足工藝過程要求的前提下，達(dá)到安全和經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。 固定管板式熱交換器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，并可以承受較高的壓力，造價(jià)低，管程的清洗方便，管子損壞的時(shí)候易于堵管或者更換；缺點(diǎn)是當(dāng)管束和殼體的壁溫或者材料的線膨脹系數(shù)差別較大時(shí)，殼體和管束中的熱應(yīng)力較大。在本設(shè)計(jì)論文中是對(duì)固 第 1 章 文件綜述 4 定管板式熱交換器的設(shè)計(jì)計(jì)算，則著重介紹固定管板式熱交換器。在高溫、高壓和大型熱交換器中，管殼式熱交換器仍具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是目前使用 最廣泛的一類換熱器。換熱器的殼體和兩側(cè)的端蓋上（偶數(shù)管程則是一側(cè)）裝有流體的進(jìn)出口，也有根據(jù)要求在其上裝設(shè)檢查孔，為安置測(cè)量?jī)x表用的接口管、排氣孔和排液空等。它的基本結(jié)構(gòu)是在一個(gè)或多個(gè)圓筒形的殼程（殼體）中放置管束（由多個(gè)管子組成），該管子的兩端或者一端要固定于管板上面，其中管子上的軸線要和殼體上的軸線相平行。管殼式熱交換器屬于間壁式熱交換器（又稱表面式熱交換器），它是利用間壁將需要交換的冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量從熱流體通過間壁傳遞給冷流體的一種熱交換器。 工業(yè)生產(chǎn)中，由于工作條件、用途、物料特性等不同，出現(xiàn)了各種不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱設(shè)備 。 工業(yè)生產(chǎn)中，熱交換設(shè)備的主要作用是讓熱量（或焓）由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體的溫度達(dá)到工藝過程中規(guī)定的指標(biāo)，從而滿足工藝過程的需要。在化工廠的設(shè)備里，熱交換器的投資占 總投資的 10% 到 20%；在煉油廠中，約占設(shè)備總投資的 35% 到 40%；海水淡化工藝?yán)镄枰玫降难b置幾乎全部是由熱交換設(shè)備組成的。第四章進(jìn)行了對(duì)整個(gè)熱交換器的主要零部件的匯總，得出了設(shè)計(jì)結(jié)論中國石油大學(xué)（北京）本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 熱交換器介紹 換熱設(shè)備是用于兩種及其以上的流體之間、一種流體和一種固體之間、固體粒子之間或有熱接觸且具有不同溫度的同種流體間的熱量（或焓）傳遞的裝置。最后進(jìn)行了 熱交換器 的傳熱和阻力計(jì)算完成了整個(gè)熱交換器的熱力計(jì)算。然后便開始了工藝計(jì)算，對(duì)原油的流量、平均傳熱溫度和傳熱面積進(jìn)行計(jì)算。 2 設(shè)計(jì)主要流程 本設(shè)計(jì)首先搜集資料，查閱了相關(guān)的二十多篇文獻(xiàn)，了解了熱交換器詳細(xì)結(jié)以及作用原理，全面考慮設(shè)計(jì)過程中需要注意的因素，并總結(jié)了一些現(xiàn)代化的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)方案，同時(shí)詳細(xì)介紹了本設(shè)計(jì)的主體 ——固定管板式熱交換器的結(jié)構(gòu)，對(duì)管程、殼程的各個(gè)主要部件作用做了介紹，最后介紹了本設(shè)計(jì)要用到的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，完成了第一章的文獻(xiàn)綜述。管殼式熱交換器主要又分為：固定管板式熱交換器、 U 型管式熱交換器、浮頭式熱交換器等，而固定管板式又是管殼式熱交換器是使用最為廣泛的一種，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管程清洗方便等特點(diǎn)。管殼式 熱交換器 是屬于表面式換熱器的一類，是 熱交換器 中使用最廣的一種， 雖然在傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性和單位傳熱面積金屬消耗量等方面不如一些新型的高效緊湊 式熱交換器，但它結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高、易于制造、適應(yīng)性廣、生產(chǎn)成本低、處理能力大、選用的材料范圍廣、能承受較高的操作壓力和溫度、換熱表面的清潔比較方便。熱交換器的性能對(duì)能源的利用率、產(chǎn)品的質(zhì)量以及整套設(shè)備或者系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性起著至關(guān)重要的作用，有時(shí)候甚至起著決定性作用。 隨著熱交換器節(jié)能技術(shù)的高速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)大了很多，利用熱交換器對(duì)多余的熱量進(jìn)行回收利用給公司帶來了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 在化工廠的設(shè)備里，熱交換器的投資占總投資的 10%到 20%；在煉油廠中，約占設(shè)備總投資的 35%到 40%；海水淡化工藝?yán)镄枰玫降难b置幾乎全部是由熱交換設(shè)備組成的。 石油、化工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)，需要經(jīng)常加熱低溫流體或冷卻高溫流體。 Standards 目 錄 III 目 錄 摘要 ........................................................................................................................ I ABSTRACT ..........................................................................................................II 前言 ....................................................................................................................... 1 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 ............................................................................................... 3 熱交換器介紹 ........................................................................................ 3 固定管板式熱交換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 ............................................................ 4 熱交換器的優(yōu)化 .................................................................................... 7 第 2 章 熱力計(jì)算 ............................................................................................... 9 原始數(shù)據(jù)和基本符號(hào) ........................................................................... 9 原始數(shù)據(jù)表 ............................................................................... 9 基本符號(hào) ................................................................................... 9 設(shè)計(jì)方案的確定 ................................................................................ 13 換熱器類型的選擇 ................................................................. 13 冷流體通道選擇 ..................................................................... 13 流速選擇 ................................................................................. 13 設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式 ..................................................................... 13 工藝計(jì)算 ............................................................................................. 14 求原油的流量 ......................................................................... 14 熱流量 ..................................................................................... 14 平均傳熱溫度 ......................................................................... 14 傳熱面積 ................................................................................. 14 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 ..................................................................................... 15 管徑管內(nèi)流速及管長(zhǎng) ............................................................. 15 管程數(shù)和傳熱管數(shù) ................................................................. 15 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) ................................................. 15 傳熱管排列和分程方法 ......................................................... 16 殼體內(nèi)徑 ................................................................................. 16 折流板 ..................................................................................... 16 接管 ......................................................................................... 17 其他附件 ................................................................................. 17 換熱器核算 ......................................................................................... 17 熱流量核算 ...........................................................