【正文】 宜,但其缺點就是制造復雜。 對于固定管板、列管、套管式換熱器每一外殼容積為1m179。對U時,其傳熱面積為70㎡左右。h時,其傳熱面積為80㎡左右,另外,板式換熱器容易增減換熱面積,對于管殼式換熱器在需要增加液體的處理量時,原有熱交換器的傳熱面積幾乎不可能增加,但板式換熱器的傳熱面積卻很容易增加,從而增加處理能力,另外,板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中,因此,散熱損失可忽略不計,也不需保溫措施。板式換熱器在運行維護方面的特點之一就是裝拆比較方便,甚至可以不必完全拆開,僅把壓緊螺栓松開就可抽出板片清洗、更換墊圈,以至更換板片。在工業(yè)生產(chǎn)中，為了實現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的一種設備，統(tǒng)稱為換熱器。對于迅速發(fā)展的化工、煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝等。換熱器隨著使用目的的不同，可以把它分成為：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。另外，在化工生產(chǎn)中有時換熱器作為一個單獨的化工設備，有時則把它作為某一工藝設備中的組成部分，如氨合成塔中的下部熱交換器、精餾塔底部的再沸器和頂部的回流冷凝器或分凝器等?？傊?，換熱器在化工生產(chǎn)中的應用是十分廣泛的，任何化工生產(chǎn)工藝幾乎都離不開它。目前這種換熱器被當作為一種傳統(tǒng)的標準換熱器，在許多工業(yè)部門中被大量地使用。同時在近代的許多化工生產(chǎn)中，如裂解、合成及聚合等，大都要求在高溫和高壓下進行。這些條件下，要進行熱交換是很不容易的，尤其在有腐蝕存在的情況下，實現(xiàn)熱交換更是困難。因此，能不斷擴大它的使用范圍。管殼式結構的換熱器也能滿足這一要求。雖然目前它還處于發(fā)展階段，但它在化工和石油化工生產(chǎn)中已推廣應用。從生產(chǎn)工藝上說，它可以用作液體的加熱、冷卻、冷凝或蒸發(fā)，單體的氣提，溶液的濃縮、聚合、脫氣、混合和乳膠的干燥等。雖然首先采用這種形式的換熱器是為了滿足飛機上中間冷卻器的要求，但由于它具有體積小，質量輕，效率高和適應的溫度范圍廣等突出的優(yōu)點，從而在化工、石油化工和其它許多工業(yè)部門中，也得到了迅速地推廣應用。其它在航空、車輛和船舶等方面亦已開始推廣應用。在磷酸生產(chǎn)流程中，由于使用了這種形式的換熱器，在清洗時可不停車，每次清洗只需切換磷酸和水的通道即可。在化工生產(chǎn)過程中，除了遇到高溫、高壓、高真空和深冷等一些操作條妥善地解決這個問題，而提出和使用了一些新型材料的換熱器。玻璃換熱器應用于生產(chǎn)中，目前還剛剛開始，并已推廣應用到制藥工業(yè)中。此外，還可用于化肥、有機合成和農(nóng)藥等多種工業(yè)中。它是一種新型的傳熱元件，在六十年代中才開始應用于宇宙航行，但目前它的發(fā)展已日趨完善，且逐步推廣應用于其它工業(yè)部門。在化工生產(chǎn)中所使用的換熱器種類和形式很多的，但完善的換熱設備至少應滿足下列幾種因素：；；、安裝和檢修；。傳統(tǒng)的焦化廠均使用浮頭式換熱器。螺旋板式換熱器主要由螺旋板、接管、密封板組成，結構簡單，材料利用率高，結構上分可拆式螺旋板和不可拆式螺旋板二種，流量在Re500時可連湍流狀態(tài)，因此比管殼式換熱器傳熱效率高1倍以上。 ； 二、缺點 鑒于焦化廠環(huán)境惡劣，而貧油中的低凝固點的成分很容易結垢，而浮頭式換熱器便于清理污垢，而我選擇的設計壓力又比較大，如果用螺旋板式換熱器，焊縫過長，可能產(chǎn)生壓力腐蝕，并發(fā)生泄漏，并且浮頭式換熱器在抵抗溫差效應方面有較好的效果，經(jīng)過綜合考慮，我認為使用浮頭式換熱器利大于弊，因此，我選擇浮頭式換熱器作為焦化廠的貧富油換熱器。(1)貧油產(chǎn)生的熱流量（忽略熱損失）： (2) 富油流量： (3)平均傳熱溫差： （）（4）溫差校正系數(shù)： （） 由《化工原理》p235查得：，取單殼程，得到平均傳熱溫度： ℃ （） （5）根據(jù)《煉焦化學產(chǎn)品回收與加工》取得經(jīng)驗值K=340W/(m2采用小的管徑，可以使單位體積的傳熱面積增大、結構緊湊、金屬消耗量減少、傳熱系數(shù)提高。雖然小管徑的流體阻力大，不便清洗，容易結垢堵塞，但是由于換熱器的管程介質在高溫下不易結垢，故選擇小管徑，以提高換熱效率，選擇?19mm2mm的換熱管。根據(jù)《換熱器設計手冊》，取單程管長為l=3m,則管程數(shù)為： 取管程數(shù)為4，換熱管數(shù)約為： 鑒于采用多管程設計，計算中心排管數(shù)：取Nc=18根估算殼體直徑取=，殼體直徑： （）根據(jù)《化工設備設計》圓整后： D=600mm折流板：采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的25％，則切去的圓缺高度h為：折流板間距B為：折流板數(shù)目NB為：取折流板圓缺面水平裝配。折流板的圓缺高度：h=150mm折流板間距： 折流板數(shù)目 NB=6塊殼程的接管直徑不變： D2=80mm管程的接管直徑： 根據(jù)《過程裝備成套技術》選D1=200mm管內雷諾數(shù)： （），苯甲苯的流動狀態(tài)為過渡流，計算管程給熱系數(shù)時，要先按照湍流時的公式進行計算，再乘以校正系數(shù)，得到實際的給熱系數(shù)。K/W 管內側的污垢熱阻系數(shù)為：R2=K 因此，實際的傳熱系數(shù)為：= 傳熱面積校核： （）因此，與設計要求不符合，重新選定K的經(jīng)驗值，重新計算。℃)，則估算換熱面積值為： 單程管數(shù)n不變：n= 管長:單程管長設為：l=4m，則所需要的管程數(shù)為：換熱管總數(shù)大約為： 取四根備用換熱管，以防止其中幾根換熱管發(fā)生堵塞后，仍能正常工作。對應的折流板數(shù)為：傳熱面積重新校核：因此，估算面積符合高于設計要求，可行。（2）殼程流動阻力： （） 采用正三角形排管方式，此時Fs=，Ns=1；則可以求得：其中：?p139。——流體橫過折流板缺口的壓降，Pa；F——管子的排列方法對壓降的校正系數(shù)。f0——殼程流體的摩擦系數(shù)，當Re500時：Nc——橫過管束中心線的管子數(shù)；采用多管程設計，估算中心排管數(shù)；Nc——=，取Nc=25根； NB——折流板的數(shù)目，由前面計算可知，NB=6；B——折流板間距；B==640mm；取600——收到接殼體流通截面積的計算流速，m/s； 流通截面積： （） （）因此，殼程的流動阻力也在允許范圍之內?！妫?；——污垢熱阻，㎡℃）。 換熱器型式：浮頭式換熱器換熱面積（）：工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱貧油富油設計壓力，kPa40004000操作溫度，℃170/11070/120流量，kg/h流體密度,流速，m/s傳熱量，kw572總傳熱系數(shù)，對流傳熱系數(shù)，污垢系數(shù)，阻力降，pa程數(shù)41推薦使用材料16Mn16MnR接管直徑200mm80mm管子規(guī)格φ192；管數(shù)：440；管長：4000mm管間距：24mm。根據(jù)給定的流體的進出口溫度，偏于安全設計，選擇設計溫度為300℃；。16MnR是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學性能和制造工藝性能，其強度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動人事出版社查得在溫度為300℃時材料的許用應力為[σ]t=144Mpa（厚度為6～16mm時），則殼體計算厚度按下式計算為： （）設計厚度：名義厚度：有效厚度：根據(jù)《單用化工單元設備設計》（李功陽、陳蘭英，華南理工大學出版社）中的表18，查得，當殼體直徑為800mm情況下的最小厚度為12mm，而計算的名義厚度為14mm，此時滿足設計要求。因此，此壁厚合格。 （）為使液壓試驗時容器材料處于彈性狀態(tài)，在壓力試驗前必須進行水壓以檢驗圓筒的薄膜應力： （）水壓試驗合格。前端管箱為橢圓形管箱，這是因為橢圓形封頭的應力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。此時選用標準橢圓形封頭，根據(jù)《化工容器設計》，上?？萍汲霭嫔缡?6可以計算封頭的形狀系數(shù)。取封頭的型號參數(shù)如下： （1）封頭總深度：240mm； （2）封頭的內表面積：；封頭的容積：；封頭的總質量：90kg。根據(jù)《壓力容器手冊》，勞動人事出版社查得在常溫條件下材料的許用應力[σ]t=170 Mpa，進行水壓試驗。由于浮頭式換熱器的結構與固定管板式換熱器的不同，因此，浮頭式換熱器的后端管箱是浮頭管箱，又可以稱為外頭蓋。選用標準橢圓封頭，因此，K=1，取鋼板厚度負偏差為C1=0,腐蝕裕量為：C2=2mm，計算厚度為：計算厚度為：設計厚度為：名義厚度為：有效厚度為：取外頭蓋的型號參數(shù)如下：外頭蓋的總深度：H=265mm；外頭蓋的內表面積：A=；外頭蓋的容積：V=；外頭蓋的總質量：M=112kg。在該臺浮頭式換熱器上，殼程流體的進出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開孔。因此此時應進行開孔補強的計算。：補強判別：根據(jù)GB150中表81，允許不另行補強的最大接管外徑是φ89，因此殼體上接管開孔理論上可以不另行補強，但是由于殼程流富油，富油中含有較高含量的BTX類化合物，為了盡可能防止泄漏，損失化工產(chǎn)品，故仍另行補強。 開孔所需要的補強面積計算強度削弱系數(shù)：接管的有效厚度：開孔做需要的補強面積可以根據(jù)下式計算： （） 有效補強范圍有效寬度B：有效寬度B取兩者中的較大值，因此，有效寬度B=168mm有效高度：a、外側有效高度為：實際外伸長度為200mm；取兩者中的最小值，因此外側有效高度為：h1=b、內側有效高度： 實際內伸長度為0mm； 取兩者中的最小值，因此內側有效高度為h2=0mm 有效補強面積殼體多余的金屬面積： 殼體的有效厚度： 則多余的金屬面積為： （）接管多余的金屬面積 接管的計算厚度： （） 接管多余的金屬面積為： （）接管區(qū)焊縫面積（焊腳高度越大，焊接處的應力幾種系數(shù)越低，因此選擇較大的焊腳高度，取為6mm）：有效補強面積： 需要另行補強的面積：擬采用補強圈補強根據(jù)接管公稱直徑DN80，參照JB/T47362002表一的補強圈標準選取補強圈的外徑 D2=160mm，認為殼體為內坡口的全焊透結構，則根據(jù)JB/T47362002中的圖一取，：則補強圈內徑為：B=168 D2=160mm，補強圈在有效補強范圍之內。根據(jù)GB47362002，選擇補強圈焊接坡口為E型，： 補強圈焊接坡口坡口型式接頭型式基本尺寸E型 補強以及補強方法判別補強判別：根據(jù)GB150表81，允許不另行補強的最大接管直徑為φ89，參考《化工管路設計手冊》中的表495可知道，本開孔公稱直徑為200，外徑為φ219，因此需要另行補強。 開孔所需補強面積計算強度削弱系數(shù)： 接管的有效厚度 開孔所需要的補強面積按照下式計算： 有效補強范圍： 有效寬度： 取兩者中的叫大的值，因此有效寬度為：Bh=408mm 外側的有效高度：實際外伸長度=100mm取兩者中的最小值，因此，外側有效高度h1h= 內側有效高度為：實際內伸長度=0mm取兩者中的最小值，因此，內側有效高度為：h2h=0mm； 有效補強面積： 管箱多余的金屬面積： 管箱的有效厚度