【正文】 下，檢修、清理不方便，所以實(shí)際使用很少采用。 封 頭管箱適用于較清潔的介質(zhì)情況下，因?yàn)樵跈z查管子及清洗時(shí)，必須將連接管道一起拆下，很不方便。管箱側(cè)或管箱頂部有介質(zhì)的出、入口接管 。 、殼體和后端結(jié)構(gòu)型式及尺寸的確定 前端管箱 ⒈ 管箱結(jié)構(gòu)形式及選型 管箱的作用是把管道中來的流體，均勻分布到各傳熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。至于殼程的壓力也受滑動接觸面的密封 限制。但該類換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，笨重，造價(jià)約比固定管板式高 20%左右，材料消耗量大，而且由于浮頭的端蓋在操作中無法檢查，所以在制造和安裝時(shí)要特別注意其密封，以免發(fā)生內(nèi)漏。適用于殼體與管束間溫差大且需經(jīng)常進(jìn)行管內(nèi)外清洗的場合。 管殼式換熱器 包括固定管板式、浮頭式、 U型管式、 填料函式 換熱器和 釜式重沸器 。結(jié)構(gòu)型式和主要特點(diǎn)：管殼式換熱器主要由三大組合部分構(gòu)成：前端管箱，包括分隔板、接管、連接法蘭等。由于它結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，且能選用多種材料制造，故適應(yīng)性極強(qiáng)， 尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應(yīng)用。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須考慮諸多因素，如：材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等。 在換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。 ⒉ 殼程阻力，采用埃索法 殼程結(jié)垢校正： ? ?1sN F＝ 流體流經(jīng)管束的阻力： ??? ? ? 21 ( 1) 2 oo c B uP F f n N （ 436） ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? 8 0 9 0 . 3 00 . 4 5 1 2e c BR n N ? ? 20. 228 809 5 404 8 23 27 1 27057 aP? ?? ? ? ? ? ? ?? 流體流過折流板缺口的阻力： 第四章 工藝計(jì)算 17 ??? ? ? 22 2( 3 . 5 ) 2 oB uBPN D （ 437） ??? ? ? ? 22 0 . 2 8 0 9 0 . 32 9 ( 3 . 5 )0 . 8 2 ? 總阻力： ? ???? ? ? ? ?? ? ? ???? 12( 70 57 31 67 .2 ) 1. 15 1 100O t saP P P F NPa KP （ 438） 由于殼程流體的操作壓力較高 ，所以殼程流體的阻力也適宜。 該換熱器的面積裕度： ? ?? ? ?1 6 0 9 6 . 2 %160pccAAH A （ 428） 第四章 工藝計(jì)算 15 考慮到殼程走的是蠟油，由蠟油的特性，容易結(jié)垢，結(jié)合實(shí)際的工藝條件，需要大些的傳熱面積裕度，所以傳熱面積裕度合適。 0 .8 0 .31 0 .0 2 3 i eria R Pd?? （ 424） 管程流體流通截面積： 244iiNSd??? （ 425） 85 2 352 28 ( )m? ? ? ? 管程流體流速： ? ?9 8 9 9 .2 4 3 6 0 0 9 8 9 .5 4 0 .0 9 9 /0 .0 2 8iu m s??? （ 426） 由公式 416 得雷諾數(shù)： 30 .0 2 0 .0 9 9 9 8 9 .5 4 33390 .5 8 6 7 1 0i i ie iduR ?? ???? ? ?? 由 公 式 417 得普朗特?cái)?shù)： 334 . 1 7 4 1 0 0 . 5 8 6 7 1 0 3 . 80 . 6 4 2 9r CP ???? ? ?? ? ?水 水水 根據(jù)參考文獻(xiàn) 3，在生產(chǎn)條件下，當(dāng) 3000eR ? 的情況按湍流考慮，對流傳熱系數(shù)要乘以校 正系數(shù) ? 。 0 . 5 5 230 . 0 90 . 3 6 4 0 4 8 3 1 . 6 9 0 . 9 5 3 6 6 /( )0 . 0 2 7oa w m k? ? ? ? ? ? （ 422） 所以 39。 核算 換熱面積 ⒈ 殼程表面流傳熱系數(shù)，對圓缺形折流板，可采用克恩公式，由 ie duR ??? （ 416） pr CP ??? （ 417） 當(dāng)量直徑，依轉(zhuǎn)角正方形排列計(jì)算： 224 4 oeotdd d?????????? （ 418） 224 0 .0 3 2 0 .7 8 5 0 .0 2 53 .1 4 0 .0 2 5??????? ? =(mm) 殼程流通截面積： (1 )oo dS BD t? ? ? 20 . 0 2 50 . 2 0 . 8 1 0 . 0 3 50 . 0 3 2 m??? ? ? ????? （ 419） 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 (本設(shè)計(jì)是蠟油走殼程 ) ? ?o3 1 2 5 0 / 8 0 9 3 6 0 0/( 3 6 0 0 ) 0 . 3 0 /S 0 . 0 3 5mu m s? ??? ? ?蠟 油 （ 420） 由 公 式 416 得 雷諾數(shù) ：30 . 0 2 0 0 . 3 0 8 0 9 40481 . 1 9 8 5 1 0eo duR ?? ???? ? ?? 由 公 式 417 得 普朗特?cái)?shù)： 332 . 3 8 1 0 1 . 1 9 8 5 1 0 3 1 . 6 90 . 0 9pr CP ???? ? ? ?? ? ? 粘度校正數(shù)： 第四章 工藝計(jì)算 13 ( ) w?? ? 根據(jù)參考文獻(xiàn) 3，在生產(chǎn)條件下，當(dāng) 3000eR ? 的情況按湍流考慮，對流傳熱系數(shù)要乘以校正系數(shù) ? 。 折流板的布置： 先確定離固定管板的第一塊折流板的距離初步選定為 330mm，其次均勻分布 26塊折流板，間隔為 200mm，最后一塊折流板到浮頭管板的距離為 284mm，共用了 27塊折流板， 折流 板厚度取 6mm(GB1511999) 表 34。 布管圖如下圖 41 所示： 換熱管的外徑 d=25 ㎜，查 GB151— 1999 表 43 得拉桿直徑 nd =16 ㎜， 根據(jù) D=800㎜、 nd =16 ㎜，查 GB151— 1999 表 44 選取拉桿數(shù)為 10 根。t???＝ （ 46） 2111tt 6 0 3 3 0 .1 9T t 1 7 4 3 3P ? ???＝ ＝ ＝ （ 47） 1221TT 1 7 4 1 5 9t t 6 0 3 3R ? ???＝ ＝ ＝ （ 48） 查對數(shù)平均溫度差校正表得 t? = 所以 由式 47： 39。故選取低合金高強(qiáng)度鋼 16MnR 或碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235— A、 F 都能滿足要求。定距管要求有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性，選擇 10 號鋼滿足要求。板材可卷制設(shè)計(jì)壓力不大于 的殼體、封頭、補(bǔ)強(qiáng)圈。 Q235A、 F 用于 350C 以下受力不大的鋼結(jié)構(gòu)件、焊接構(gòu)件、機(jī)械零件、鍛件、緊固件等。 它有如下特點(diǎn)：（ 1）高的強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，（ 2）高韌度，（ 3）良好的焊接性能和冷、熱加工性能，（ 4）一定的抗腐蝕能力?？墒褂?在 40℃ 400℃ 場合。它具有良好的綜合機(jī)械性能。 因法蘭是主要的受力元件之一，故需有較高的強(qiáng)度，故 法蘭材料選用 低合金高強(qiáng)度鋼 16MnⅡ 。 法蘭 法蘭材料的選取通常與換熱器殼體材料一致，有時(shí)法蘭對強(qiáng)度的要求比較高，可以選用與殼體不一樣的鋼材。本設(shè)計(jì)殼程設(shè)計(jì)壓力為 ， Q235B 不能滿足強(qiáng)度要求， 16MnR 具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，且具有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。它是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼。它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能，磷、硫含量比較低。 常見的筒體材料有 20 號鋼、 16MnR、 Q235B。本設(shè)計(jì)管殼程、殼體的腐蝕性較小，管程設(shè)計(jì)壓力為 ， 16MnⅡ已滿足力學(xué)性能要求，且具有良好的焊接性能和 成熟 的使用經(jīng)驗(yàn)， 又 因換熱管選用 10 號鋼 管，所以 本設(shè)計(jì)管 板 選用 16MnⅡ鍛件。在石油 、 化工設(shè)備 、 鍋爐 ， 壓力容器中 16Mn 鋼的板材，鋼管及鍛件均有廣乏應(yīng)用。焊接性能，工藝性能及低溫沖擊韌性，中溫（ 450℃ ）及低溫（ 45℃ 以上）機(jī)械性能 均優(yōu)于 Q234A，12， 20 等碳鋼，是一種十分成熟的鋼種，質(zhì)量穩(wěn)定。 16Mn 鋼是 345MPa 級的低合金結(jié)構(gòu)鋼。 再考慮經(jīng)濟(jì)性，可焊性，選用 10 號無縫鋼管。 本設(shè)計(jì)管程設(shè)計(jì)壓力為 ，管程 介質(zhì)為軟話水 ， 腐蝕性不大，故換熱管選取10 號鋼無縫鋼管。鋼材的品種有鋼板、鋼管和鍛件。此外還可用來制造墊圈和心部強(qiáng)度要求不高的滲碳零件。用這種鋼扎制的無縫鋼管可用于壓力容器和鍋爐中。它的切削性能優(yōu)異，無回火脆性傾向，焊接性能很好，可用來彎曲、鍛粗、熱沖、冷沖或拉絲等方法制造各種零件。 10 號鋼為含碳量 較低的優(yōu)質(zhì)碳 素結(jié)構(gòu)鋼，具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、較好的塑性和良好的焊接性能。 換熱管屬于壓力管道，壓力管道對材料性能有以下要求： 1）足夠的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性； 2）良好的冷加工成 形 性能； 3）與環(huán)境條件協(xié)調(diào)，有適當(dāng)?shù)哪蜔嵝?、耐腐蝕性、耐磨性等。一般的機(jī)械產(chǎn)品注重“成批”，化工設(shè)備強(qiáng)調(diào)“成套”。 ? 材質(zhì)加工工藝性能原則 選材時(shí)必須考慮材料加工性能的好壞，好的加工工藝性能不僅要求工藝簡單，容易加工，能源消耗少，材料利用率高，加工質(zhì) 量好。通過失效分析，確定構(gòu)件的主要使用性能。構(gòu)件的受力情況，構(gòu)件的工作環(huán)境。因此，選材時(shí)，首先必須準(zhǔn)確地判斷構(gòu)件所需的使用性能。油的要求高強(qiáng)度，有的要求耐腐蝕高溫或耐低溫。選擇材料應(yīng)考慮使用條件，焊接性能，制造工藝以及經(jīng)濟(jì)合理性符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，合理選材是壓力容器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。 表 22 焊接接頭系數(shù) ? 焊接接頭型式 焊接接頭系數(shù) ? 全部無損檢測 局部無損檢測 雙面焊對接接頭和和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對接接頭 ? = ? = 單面焊對接接頭（沿焊接接頭根部全長有緊貼基本金屬的墊板） ? = ? = 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計(jì) 6 第三章 主要構(gòu)件材料 的選擇及 論證 壓力容器材料費(fèi)用占總成本的比例很大，一般超過 30%材料性能對壓力容器運(yùn)行的安全性有顯著的影響。各 焊接接頭型式 的焊縫系數(shù)如下表22。 表 21 鋼板厚度的負(fù)偏差 鋼板厚度㎜ ~ ~ ~ ~ 6~7 負(fù)偏差 ㎜ 鋼板厚度㎜ 8~25 26~30 32~34 36~40 42~50 52~60 負(fù)偏差㎜ 所以在計(jì)算過程中根據(jù)所計(jì)算的厚度來選擇 鋼板的負(fù)偏差 1C 。對不銹鋼，當(dāng)介質(zhì)的腐蝕性極微時(shí)取 2C =0。 B 為容器的設(shè)計(jì)壽命，通常為 10~15 年。腐蝕裕度內(nèi)介質(zhì)對材料的均勻腐蝕速度與容器的設(shè)計(jì)壽命決定。即： 12C C C??。 對于管箱封頭、外頭蓋封頭受殼程的溫度影響大，所以其設(shè)計(jì)溫度取殼程的設(shè)計(jì)溫度為 200℃ ；管箱和浮頭法蘭受管程的溫度作用大，故其設(shè)計(jì)溫度根據(jù)管程的設(shè)計(jì)溫度為 200℃ 。殼程最高工作溫度為 174℃ ，最低出口溫度為 159℃，綜上所述，本設(shè)計(jì)中殼程 設(shè)計(jì) 溫度取 200℃。設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬的這狀態(tài)可能達(dá)到的最高溫度。 管板、換熱管同時(shí)受到管、殼壓力的作用，考慮到可能存在 的最苛刻的管、殼程壓力組合，管板和換熱管的設(shè)計(jì)壓力為 ； 管箱 和浮頭法蘭封頭 受到管程壓力的作用， 根據(jù)管程的設(shè)計(jì)壓力，因此管箱的設(shè)計(jì)壓力也是 ；外頭蓋受殼程壓力的作用，根據(jù)殼程的設(shè)計(jì)壓力，故外頭蓋是設(shè)計(jì)壓力也為 。 茂名 學(xué)院本科畢業(yè) (設(shè)計(jì) )論文 ： 100 萬噸 /年 延遲焦化裝置蠟油 軟化水換熱器設(shè)計(jì) 4 第二章 對 重要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定及論證 設(shè)計(jì)壓力 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》，設(shè)計(jì)壓力指設(shè)定的換熱器管、殼程頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不得低于工作壓力。 軟化水比較潔凈，不易結(jié)垢，適合走殼程。選擇管程走有腐蝕性的介質(zhì)，可以避免殼體材料受腐蝕，從而降低造價(jià)；同理，高壓流體走管程，也可以減