【正文】 淋裝置均勻淋下,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。套管換熱器結(jié)構(gòu)簡單,能承受高壓,應(yīng)用亦方便(可根據(jù)需要增減管段數(shù)目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數(shù)大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點,在超高壓生產(chǎn)過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產(chǎn)過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內(nèi)部裝有平行管束,管束兩端固定于管板上。管束的壁面即為傳熱面。折流檔板不僅可防止流體短路,增加流體速度,還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯流通過管束,使湍動程度大為增加。流體在管內(nèi)每通過管束一次稱為一個管程,每通過殼體一次稱為一個殼程。這樣,流體可每次只通過部分管子而往返管束多次,稱為多管程。在管殼式換熱器內(nèi),由于管內(nèi)外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。因此,當(dāng)管束和殼體溫度差超過50℃時,應(yīng)采取適當(dāng)?shù)臏夭钛a償措施,消除或減小熱應(yīng)力。故凡允許流體相互混合的場合，都可以采用混合式熱交換器，例如氣體的洗滌與冷卻、循環(huán)水的冷卻、汽水之間的混合加熱、蒸汽的冷凝等等。按照用途的不同，可將混合式熱交換器分成以下幾種不同的類型：(1)冷卻塔(或稱冷水塔)在這種設(shè)備中，用自然通風(fēng)或機械通風(fēng)的方法，將生產(chǎn)中已經(jīng)提高了溫度的水進行冷卻降溫之后循環(huán)使用，以提高系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。(2)氣體洗滌塔(或稱洗滌塔)在工業(yè)上用這種設(shè)備來洗滌氣體有各種目的，例如用液體吸收氣體混合物中的某些組分，除凈氣體中的灰塵，氣體的增濕或干燥等?？照{(diào)工程中廣泛使用的噴淋室，可以認(rèn)為是它的一種特殊形式。但是，它也有對水質(zhì)要求高、占地面積大、水泵耗能多等缺點：所以，目前在一般建筑中，噴淋室已不常使用或僅作為加濕設(shè)備使用。(4)混合式冷凝器這種設(shè)備一般是用水與蒸汽直接接觸的方法使蒸汽冷凝。內(nèi)裝固體填充物，用以貯蓄熱量。換熱分兩個階段進行。第二階段，冷氣體通過火格子，接受火格子所儲蓄的熱量而被加熱。通常用兩個蓄熱器交替使用，即當(dāng)熱氣體進入一器時，冷氣體進入另一器。也用于化學(xué)工業(yè)，如煤氣爐中的空氣預(yù)熱器或燃燒室，人造石油廠中的蓄熱式裂化爐。第1．3節(jié) 安裝方法安裝換熱器的基礎(chǔ)必須滿足以使換熱器不發(fā)生下沉，或使管道把過大的變形傳到傳熱器的接管上。另一種為混凝土基礎(chǔ)，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固的連接起來?；A(chǔ)驗收完畢后，在安裝換熱器之前在基礎(chǔ)上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，使兩者能很好的接觸。墊鐵放置后可增加換熱器在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性，并將其重量通過墊鐵均勻地傳遞到基礎(chǔ)上去。其中，斜墊鐵必須成對使用。換熱器就位后需用水平儀對換熱器找平，這樣可使各接管都能在不受力的情況下連接管道。當(dāng)兩個以上重疊式換熱器安裝時，應(yīng)在下部換熱器找正完畢，并且地腳螺栓充分固定后，再安裝上部換熱器。移動和起吊管束時應(yīng)將管束放置在專用的支承結(jié)構(gòu)上，以避免損傷換熱管。浮頭式換熱器的固定頭蓋端應(yīng)留有足夠的空間以便能從殼體內(nèi)抽出管束，外頭蓋端必須也留出一米以上的位置以便裝拆外頭蓋和浮頭蓋。并且，用機械法清洗管內(nèi)時。U形管式換熱器的固定頭蓋應(yīng)留出足夠的空間以便抽出管束，也可在其相對的一端留出足夠的空間以便能拆卸殼體。應(yīng)經(jīng)常對管，殼程介質(zhì)的溫度及壓降進行監(jiān)督，分析換熱管的泄漏和結(jié)垢情況。冷卻水經(jīng)常循環(huán)使用，由于水的蒸發(fā)，使鹽類濃縮，產(chǎn)生沉積或污垢。因此必須經(jīng)過清洗來改善換熱器的性能。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。 第1．4節(jié) 質(zhì)量檢驗內(nèi)容和方法設(shè)備制造過程中的檢驗，包括原材料的檢驗、工序間的檢驗及壓力試驗，具體內(nèi)容如下：（1）原材料和設(shè)備零件尺寸和幾何形狀的檢驗；（2）原材料和焊縫的化學(xué)成分分析、力學(xué)性能分析試驗、金相組織檢驗，總稱為破壞試驗；（3）原材料和焊縫內(nèi)部缺陷的檢驗，其檢驗方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等；（4）設(shè)備試壓，包括：水壓試驗、介質(zhì)試驗、氣密試驗等。換熱器一般進行水壓試驗，但由于結(jié)構(gòu)或支撐原因，不能充灌液體或運行條件不允許殘留試驗液體時，可采用氣壓試驗。換熱器壓力試驗的順序如下：固定管板換熱器先進行殼程試壓，同時檢查換熱管與管板連接接頭，然后進行管程試壓；U形管式換熱器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式換熱器先用試驗壓環(huán)進行殼程試壓，同時檢查接頭，然后進行管程試壓；浮頭式換熱器、釜式重沸器（浮頭式管束）先用試驗壓環(huán)和浮頭專用工具進行管頭試壓，對于釜式重沸器尚應(yīng)配備管頭試壓專用殼體，然后進行管程試壓，最后進行殼程試壓；重疊換熱器接頭試壓可單臺進行，當(dāng)各臺換熱器程間連通時，管程和殼程試壓應(yīng)在重疊組裝后進行。用于冷熱流體溫度差不大,且殼程流動的是蒸汽不需機械清洗，所以選用結(jié)構(gòu)簡單的管殼式固定管板換熱器。設(shè)計溫度為150，設(shè)計溫度為300。殼程材料16MnR，殼體內(nèi)經(jīng)為1800，總體結(jié)構(gòu)的設(shè)備簡圖如下圖21 再沸器設(shè)備簡圖2．1． 殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）換熱管現(xiàn)取換熱管的外徑d=25mm，管壁厚為δ=，由GB1511999《管殼式換熱器表10可查得外徑偏差為177。（2）布管：換熱管的排列方式為正三角形排列，如下圖22 再沸器中換熱管的排列方式根據(jù)GB1511999《管殼式換熱器》表12知，換熱管中心距為S=32mm,布管限定直徑有下式確定：=2式中： ：布管限定圓直徑，mm； ：圓筒內(nèi)直徑，mm； 最外層換熱管外表面至殼體內(nèi)壁的最短距離，=，一般不小于8mm所以在這里取10mm；所以 =1800210=1780mm（3）換熱管長度有布管分布圖可知，管子的根數(shù)為2740根，所以：dL=，所以L==.（4）拉桿定距管根據(jù)GB1511999《管殼式換熱器》表43可知，拉桿直徑為=16mm，根據(jù)表44可知，拉桿的數(shù)量為12根，拉桿的連接尺寸按GB1511999《管殼式換熱器》圖42和表45 確定，拉桿直徑=16mm，拉桿螺紋公稱直徑=16mm，拉桿簡要結(jié)構(gòu)如下圖23 拉桿定距管此時=20mm，60mm,b=, 拉桿長度L按需要確定，拉桿應(yīng)盡量均勻布置。殼側(cè)入口接管公稱直徑為400，有表56可知最小接管壁厚為10mm，殼側(cè)出口公稱直徑為150。（6）管法蘭的選用[15]根據(jù)HG/T20592206352009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選用制管法蘭。DN150mm的接管：蘭外徑D為285mm，螺栓孔中心圓直徑K為240mm，法螺栓孔直徑L為22mm，螺栓孔數(shù)量為8個，螺栓選M20，法蘭厚度為22mm，法蘭內(nèi)徑為184mm，法蘭高度55mm； DN25mm的接管：蘭外徑D為115mm，螺栓孔中心圓直徑K為85mm，法螺栓孔直徑L為14mm，螺栓孔數(shù)量為4個，螺栓選M12，法蘭厚度為18mm，法蘭內(nèi)徑為46mm，法蘭高為40mm.（7）封頭管箱封頭：由JB/T47262002《補強圈、鋼制壓力容器用封頭》由筒體直徑1800m選直邊高度h=25mm，曲面高度為450mm，厚度為12mm，橢圓形封頭的總深度為475mm。吊耳支座有JB/《容器支座》選擇B7型支座。第3章 強度校核第 筒體由GB1501998《鋼制壓力容器》P26的內(nèi)壓圓筒的計算可知：設(shè)計溫度下圓筒的計算厚度按下式3 ：設(shè)計溫度下材料的需用應(yīng)力，MPa； ：焊接接頭系數(shù)。故筒體的設(shè)計厚度為：考慮到筒體的腐蝕，設(shè)計厚度為=δ==根據(jù)GB1501998《鋼制壓力容器》表8可知內(nèi)徑在15002000mm的筒體的最小厚度為12mm，所以在這里取為14mm。 ：試驗壓力，MPa； ：圓筒的有效厚度，mm；代入數(shù)據(jù)知：應(yīng)滿足下列條件： ，其中：圓筒材料在試驗溫度下的屈服點，MPa；由GB1501998《鋼制壓力容器》表41查得 =345MPa，有前面知 = 代入其他數(shù)據(jù)得：==顯然： 因而筒體的厚度滿足該工藝條件的要求強度。第3．2節(jié) 管箱短節(jié)的設(shè)計及校核 選管箱短節(jié)材料為16MnR，假設(shè)其壁厚為616mm，由GB1501998《鋼制壓力容器》表41查得在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力為=170MPa，由GB1501998《鋼制壓力容器》P26式51可知：代入數(shù)據(jù)得： 而設(shè)計厚度： ==+=圓整后取 ： =8mm由GB1511999《管殼式換熱器》P19表8可知最小取為14mm。6)因而管箱短節(jié)的厚度滿足該工藝條件的要求強度。第3．3節(jié) 管箱封頭的強度校核管箱封頭的計算厚度按GB1501998《鋼制壓力容器》式71可知：式中： ：管箱封頭的計算厚度，mm； ：計算壓力（取設(shè)計壓力），MPa； ：管箱封頭的內(nèi)直徑，mm。代入數(shù)據(jù)知：按JB/T47462002《鋼制壓力容器用封頭》[23]設(shè)計封頭時，封頭厚度取為12mm，所以取=12mm，因此名義厚度：==12mm有效厚度===強度校核：由液壓試驗（GB1511999《管殼式換熱器》P14公式33可知：經(jīng)查GB1501998《鋼制壓力容器》表41知 =170MPa =156MPa則壓力試驗應(yīng)按GB1511999《管殼式換熱器》公式37：校核管箱封頭應(yīng)力。所以取管箱封頭厚度為12mm。代入數(shù)據(jù)知：應(yīng)滿足下列條件： ，其中：換熱管材料在試驗溫度下的屈服點，MPa；由GB1501998《鋼制壓力容器》表41查得 =345MPa，有前面知 = 代入其他數(shù)據(jù)得：==顯然因而換熱管的厚度滿足該工藝條件的要求強度。第3．5節(jié) 管箱法蘭的設(shè)計管法蘭采用整體法蘭，其基本尺寸如下：法蘭外徑=1995mm 法蘭內(nèi)經(jīng)=1803mm法蘭有效厚度=90mm 翻邊直徑=0錐徑高度h=4寬度mm 頸部小端寬度=18mm經(jīng)部大端=26mm 法蘭材料選用16Mn由GB1501998《鋼制壓力容器》表41查得=150MPa =147MPa螺栓選用35GrMoA.由GB1501998《鋼制壓力容器》P24表47查得螺栓材料的=228MPa =199MPa，螺母選用30GrMoA.由GB1501998《鋼制壓力容器》P24表47查得螺母材料的=167MPa =140MPa.墊片選用金屬包墊片，連接面形成凹凸面形式。由按GB1501998《鋼制壓力容器》P94查得墊片的基本密封寬度為 ,（18771837）=20mm，有效密封厚度b===11. 3mm （2）墊片壓緊力作用中心圓直徑因為=，所以=D2b==（3）墊片壓緊力a. 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按GB1501998《鋼制壓力容器》P94式（91）計算：====b．操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力按GB1501998《鋼制壓力容器》P94式（92）計算：====螺栓的設(shè)計[25]：螺栓的布置：由JB/T47032002 P52表一知公稱直徑在該范圍內(nèi)的法蘭應(yīng)選用的螺栓公稱直徑為M27螺栓。選M27的螺栓，則=27mm，=38mm，=28mm，L=62mm。所以法蘭的基本尺寸如下：法蘭外徑=1995mm 法蘭內(nèi)經(jīng)=1803mm法蘭有效厚度=90mm 翻邊直徑=0錐徑高度h=4寬度mm 頸部小端寬度=18mm經(jīng)部大端=26mm 螺栓圓直徑1940mm法蘭材料選用16Mn第3．6節(jié) 管板的設(shè)計計算布管方式：正三角行排列換熱管的相關(guān)尺寸：換熱管外徑d=25mm 管壁厚取 換熱管中心距s=32mm 換熱管數(shù)n=2740根 換熱管材料取為OCr18Ni9 （其彈性模量）根據(jù)GB1511999《管殼式換熱器》P41計算：假設(shè)管板厚度殼程圓筒直徑橫截面積：圓筒殼壁金屬橫截面積： =（）=18(180018)=管板布管區(qū)面積：===na==由得L= ,所以取管子長度為6m.管板開孔后的面積:管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑系數(shù) 系數(shù)管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒的內(nèi)徑之比：根據(jù)GB1511999《管殼式換熱器》P38 殼體帶膨脹節(jié)時，換熱管束與圓筒剛度比： (其中由GB162491997查知 =52292N/m)管箱法蘭厚度=90mm 圓