【正文】 ................40 接管的最小位置 ...............................................................................................................40 ....................................................................................40 管箱接管位置的最小尺寸 ...................................................................................41附錄 外文翻譯 45參考文獻(xiàn) 551第一章 換熱器概述過(guò)程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是在化工、煉油、輕工、交通、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門(mén)所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱設(shè)備則是廣泛使用的一種通用的過(guò)程設(shè)備。 換熱器的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要。例如，高爐爐氣（約 1500℃）的余熱，通過(guò)余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。 換熱器的分類(lèi)及特點(diǎn)管按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類(lèi)： 又稱混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。 在這類(lèi)換熱器中，熱量傳遞是通過(guò)格子磚或填料等蓄熱體來(lái)完成的。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染” 。 這是工業(yè)中最為廣泛使用的一類(lèi)換熱器。按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它又可分為：管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等；板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等；擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱等。 管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱為多殼程。這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類(lèi)型：3固定管板式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)殼體直徑相同時(shí)，可安排更多的管子，也便于分程，同時(shí)制造成本較低。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于進(jìn)行堵管或換管，但無(wú)法在管子的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。U 型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖 3。因?yàn)楣苁c殼體是分離的，在受熱膨脹時(shí)，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。由于彎管的外側(cè)管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故 U 型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點(diǎn)。管程流體（B 流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過(guò)內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過(guò)內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。5 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu)包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高的工作效率。適用場(chǎng)合：①管程流量大殼程流量小時(shí)，采用此結(jié)構(gòu)流速可提高一倍，給熱系數(shù)提高 1～ 倍；②冷熱流體溫度交叉時(shí)，但殼程換熱器需要兩臺(tái)以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺(tái)雙殼程換熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。物流通過(guò)這種結(jié)構(gòu)換熱器時(shí)存在明顯的徑向變化，故不適用于有高熱效率要求的場(chǎng)合。 換熱管簡(jiǎn)介換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，采用高效傳熱元件是改進(jìn)換熱器傳熱性能最直接有效的方法。（1） T 形翅片管：用于管外沸騰時(shí)，可有效降低物料泡核點(diǎn)，沸騰給熱系數(shù)提高 ～ 倍，是蒸發(fā)器、重沸器的理想用管。（2） 螺旋槽紋管：可強(qiáng)化管內(nèi)物流間的傳熱，物料在管內(nèi)靠近管壁部分流體順槽旋流，另一部分流體呈軸向渦流，前一種流動(dòng)有利于減薄邊界層，后一種流動(dòng)分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動(dòng)，傳熱系數(shù)提高 ～ 倍，但阻力降增加 ～ 倍。 管殼式換熱器的應(yīng)用已經(jīng)有悠久的歷史，而且管殼式換熱器被當(dāng)作一6中傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門(mén)中大量使用。7第二章 工藝計(jì)算 在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類(lèi)型，然后計(jì)算換熱所需要的傳熱面積。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷凝，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)改換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差不大，因此初步確定選用固定管板式換熱器。選用 Φ20x2 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 ui=。 殼程苯的定性溫度為T(mén)=(82+80)/2=81（℃） T’=(80+76)=78（℃） 管程流體的定性溫度為t=（ 51+71） /2=61（℃）苯在 79℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 ρ=’=879kg/ m 3定壓比熱容 cp =（kg.℃）c p ’=（kg .℃）導(dǎo)熱系數(shù) λ=（m. ℃） λ’=（m. ℃）粘度 μ o=汽化熱 △H=394kj／kg流量 )/(350hkgm?循環(huán)冷卻水在 61℃下的物性數(shù)據(jù)：密度 ρ i =983kg/m3定壓比熱容 c pi =(kg.℃)導(dǎo)熱系數(shù) λ i=(m.℃)粘度 μ i=8 換熱器傳熱面積與換熱器規(guī)格： 流動(dòng)空間的確定選擇被冷卻的苯品走殼程，冷卻介質(zhì)水走管程。 初算換熱器傳熱面積 39。mA選取逆流流向，這是因?yàn)槟媪鞅炔⒘鞯膫鳠嵝矢摺?t12m==△ △ （ 80） （ 15）△ （ ℃ ） △△ 7t39。A；390782A39。 21..*7348??，且為達(dá)到所需換熱面積，應(yīng)采用三臺(tái)同類(lèi)換熱器串聯(lián)。 傳熱管數(shù)及管程的確定選用 Φ20x2 的傳熱管（碳鋼）l=(m),取管內(nèi)流速 ui= 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)s 22i150/(9836)n7().7..4Vdu????根按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 (m)? p7694()l5N?管 程傳熱管總根數(shù) N=72x4=288 (根) 管心距的計(jì)算 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正方形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。換熱器型號(hào)參數(shù)有：公稱直徑 DN、公稱壓力 PN、換熱管長(zhǎng)度 LN、換熱器管程 NP、換熱器外徑 d、公稱換熱面積 A、管箱型式（A/B） 、殼體型式等。弓形折流板 大部分換熱器采用弓形折流板，其缺口高 h數(shù)值，一般為—。折流板數(shù) 450113BN???傳 熱 管 長(zhǎng) （ 塊 ）折 流 板 間 距對(duì)于折流板的間距，沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定一般按工藝要求而定。折流板的最小間距，一般不小于殼體內(nèi)直徑的五分之一，且不小于 50mm，特殊情況可取小間距。 換熱器核算管程流體進(jìn)出口接管的直徑：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u=，則接管內(nèi)徑為41520/.???（ 698）=（ ）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為：65mm殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體苯品流速為 u=15m/s，液體苯品流速為 u=,則接管內(nèi)徑為 進(jìn)口內(nèi)徑: 取 200mm4350/????（ 6）11 出口內(nèi)徑： 4350/????（ 6） （ ）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為：100mm 傳熱系數(shù)核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用克恩公式 ?????????當(dāng)量直徑，由正方形排列得 ??= .0m31????????????（ ）殼體流通截面積 o 2o 5???????????????S（ ）殼體流體流速及其雷諾系數(shù)分別為氣體苯： o35/??（ ） （ /） 15e=.2?R液體苯：o35/??（ ） （ /）普蘭特準(zhǔn)數(shù)氣體苯： .??液體苯： 3..???粘度校正 1????????W/(m2. ℃)????12 W/(m2. ℃)????’=（1／3﹢1922／3）2= W/(m2. ℃)（2）管程對(duì)流傳熱系數(shù) RePrd.??管程流通截面積 ??（ ）管程流體流速 ie3/????（ ） （ /）R=普蘭特準(zhǔn)數(shù) ??????（3）總傳熱系數(shù) K污垢熱阻 Rsi=.℃/W Rso= m2.℃/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù) λ=70W/(m.℃)=osisoim1db+aR???K=W/.??????（m 2℃）（4）傳熱面積 S S= =mQKt?.??（ ）該換熱器的實(shí)際傳熱面積 Sp13此管采用 D=600mm B=420mm 管長(zhǎng) l=4m 管程為 4 管程的規(guī)格，查國(guó)標(biāo)可得：傳熱管總管數(shù)為：288 根換熱器的實(shí)際傳熱面積 Sp= () (28819)=75??2m該換熱器的面積裕度為 ?????H=傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。（2）殼程阻力 ∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs Ns＝l，F(xiàn)t＝ 流體流經(jīng)管束的阻力 2022 39。(./)/6(.51)???????流體流過(guò)折流板缺口的阻力 總阻力∑ΔPo＝27＋＝(Pa)＜42 kPa殼程流動(dòng)阻力也比較適宜。材料的許用應(yīng)力 ??Mpat170??取鋼板的厚度負(fù)偏差 C1 =，腐蝕裕量 C2=2mm。綜上所述，取管體的16名義壁厚 δn =10mm 封頭的材料及壁厚上下兩封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的壁厚與筒體的厚度基本相同，兩者可以等厚，則 。如圖所示，材料選用 ,5,6021DN?直 邊 高 度曲 面 高 度鋼。 管箱材料的選擇及壁厚的計(jì)算前端管箱為橢圓形管箱，這是因?yàn)闄E圓形封頭的應(yīng)力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。Cm?計(jì)算厚度為：；???????????? 設(shè)計(jì)厚度 ；????但查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 162，對(duì)于公稱直徑 Dg=400 ~700mm的合金鋼封頭的最小厚度應(yīng)該為 8mm， =10mm。 后端管箱厚度計(jì)算:由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故 ，且同上 ，則計(jì)算厚度1??。 ????????設(shè)計(jì)厚度 ；39。39。??t查 JB/T4746—2022《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下：表 32 DN700標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm) 總深度 H(mm) 內(nèi)表面積 A(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）700 200 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。開(kāi)孔之后，出削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會(huì)給換熱器的安全操作帶來(lái)隱患。 由于管程出入口公稱直徑均為 65mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格為 ；而殼程進(jìn)口公稱直徑均為 200mm，出口公稱直徑均為 200mm，按照576??厚度系列，可選接管的規(guī)格分別為 ，為接管的材料選為 20號(hào)鋼。其余開(kāi)孔89m?外徑因不大于 89mm，故不需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。2 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：強(qiáng)度削弱系數(shù) ；?? m?? 接管有效厚度 ；92etntC??開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算： 2(1)()347。enCm????19則多余的金屬面積 為：1A2())2()(1405()。hetretrfhCfm???????③接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為 6mm）：；231632Am??④有效補(bǔ)強(qiáng)面積： A????由此可知已經(jīng)達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)要求，無(wú)需另行補(bǔ)強(qiáng)。 換熱管 換熱管的規(guī)格為 ，材料選為 20號(hào)鋼。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：①正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高；②正方形排列：易清洗，但給熱效果較差；③正方形錯(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。查 GB1511999可知，換熱管的中心距 S=25mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為 35mm；同時(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（Sd）不宜小于 6mm。?21 排管排管時(shí)須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿，其間距小于或等于 700mm。3多管程換熱器其各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)控制在 10%以內(nèi)