【正文】 計(jì)我想正是我們鍛煉理論聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)契機(jī)，我會(huì)珍惜這次機(jī)會(huì)努力把這次設(shè)計(jì)做好，給我的大學(xué)生涯畫(huà)上圓滿的句號(hào)。本次設(shè)計(jì)的是雜醇油冷卻器，冷卻器操作參數(shù)如下：表21 冷卻器操作參數(shù)循環(huán)水雜醇油設(shè)計(jì)壓力Mpa進(jìn)口溫度℃出口溫度℃流量kg/h出口溫度℃進(jìn)口溫度℃流量kg/hT1=30T2=40100000T3=40T4=14025000由《化工原理》P285，查得：循環(huán)水的定性溫度：Tmc=1/2(30+40)=35℃給出雜醇油液體的定性溫度：Tmh=1/2(140+40)=90℃在定性溫度下，得到流體物性如下表：表22定性溫度下流體物性參數(shù)密度kg/m3比熱容（Kj/kgs導(dǎo)熱系數(shù)（W/(m因?yàn)楣軞な綋Q熱器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作可靠，單位體積具有的傳熱面積較傳熱效果較好，同時(shí)其制造材料范圍廣泛。同時(shí)根據(jù)熱補(bǔ)償方法的不同管殼式換熱器有以下分類，并且我們將在下面選出本次設(shè)計(jì)的換熱器種類。但是由于殼程不易檢修與清理，因此殼程流體應(yīng)是不易結(jié)垢的物料。②U形管換熱器：這種換熱器內(nèi)部管子彎成U形管子兩端固定在同一管板上，因此每根管子可以自由伸縮，因此與其他管子與殼體無(wú)關(guān)。但是其管內(nèi)清洗比較困難，所以管內(nèi)流體必須潔凈；且管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較差。當(dāng)管子受熱或受冷時(shí)，管束連同浮頭都可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無(wú)關(guān)。綜合以上幾種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)以及工藝液體介質(zhì)的性質(zhì)因此選用浮頭式換熱器作為雜醇油的冷卻器。由于水的粘性大，對(duì)流傳熱系數(shù)一般較大，容易結(jié)垢，為了以后方便清理?yè)Q熱器和處理循環(huán)水，所以走管程。計(jì)算熱負(fù)荷Qh=WhCph(th1th0)=25000(14040)=106KJ/h=Qc=WCCpc(tcitco)=100000(4030)=106KJ/h=因QcQh，所以取Qh為總傳熱量。=QK△tm=10330039=而為了保證其可靠性，一般應(yīng)使換熱器面積裕度大于15%25%取S0==。則流體通過(guò)管間最大截面積為：A=hD1dot==流速為：U0=wρA=25000/(3600825)=de=4（t2π4d02）πd0=4（）π=雷諾數(shù)：Re=deuoρμ=103=4625普蘭特準(zhǔn)數(shù)：Pro=CPOμλO=103=殼程中雜醇油被冷卻，=1所以有：α0=（μμw）==587W/(m2℃)(3)總傳熱系數(shù)計(jì)算和校核 參考[4]《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》P105附錄1，知道：管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為：Rsi=104m2℃/W又由碳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)經(jīng)查表為：λ=則傳熱系數(shù)為：K=11α0+Rso+bd0λdm+Rsid0di+d0αidi=11587+++2520+25341920=354W/(m℃)由上則有KK選=354300=，符合要求。=QK?tm=10335431=該換熱器實(shí)際換熱面積：Sp=πd0LNnc=636615=那么換熱器的面積為：φ=S0SPSp==%此裕度在15%25%之間，符合設(shè)計(jì)要求。運(yùn)用顧毓珍公式得：λc=+=?P1=λcLdρu22=994=?P2=3ρu22=3994=則∑?Pc=+21=10kPa則管程壓強(qiáng)降符合設(shè)計(jì)要求。?Pc的檢驗(yàn)1 熱流體側(cè)的壁溫tth=TmhK?tm1αi+RSO=903543213419+=℃2 冷流體側(cè)的壁溫ttc=TmcK?tm1α0+Rsi=35+354321587+=℃3 金屬壁的溫度由公式：t0tw1α0+Rso=twti1αi+Rsi代入數(shù)據(jù)得tw=℃第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 ①、根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求， ②、設(shè)計(jì)溫度是換熱器在正常工作情況下，設(shè)定的元件金屬溫度，在任何情況下，金屬的表面溫度不得超過(guò)材料的允許使用溫度，設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度，本設(shè)計(jì)中，介質(zhì)工作最高溫度為140℃，因此我們?nèi)≡O(shè)計(jì)溫度為t=150℃。②、平蓋、凸形封頭、管箱和圓筒的內(nèi)表面應(yīng)考慮腐蝕余量。④、壓力容器法蘭和管法蘭的內(nèi)直徑應(yīng)考慮腐蝕余量。⑥、拉桿、定距管、折流板和支持板等非受壓元件，一般不考慮腐蝕余量。所以：計(jì)算厚度δd=+2=鋼板的名義厚度：鋼板的厚度負(fù)偏差C1的選取，查HG205801998，對(duì)于GB665496的鋼板，對(duì)于所有厚度，其厚度負(fù)偏差為0mm，取其名義厚度為12mm，即δn=12mm。則：δe=δnC1C2=1202=10mm設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力：σt=Pc（Di+δe）2δe代入數(shù)據(jù)有：σt=（800+10）210=σt 170=，該圓筒滿足設(shè)計(jì)要求。所以可以確定殼體厚度為12mm。 管箱圓筒短節(jié)的計(jì)算： 考慮介質(zhì)腐蝕性相同的原則，且對(duì)于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料也為16MnR，其厚度計(jì)算方法與筒體相同，此時(shí)16MnR的許用應(yīng)力值為σt=170MPa，故在此設(shè)計(jì)溫度下，管箱短節(jié)的計(jì)算厚度為：δ1=8002170= 考慮腐蝕余量和最小厚度的要求，取名義厚度為δn1=12mm。 考慮到介質(zhì)腐蝕性相同的原則，且對(duì)于同種材料易于焊接的特性，選擇管箱的材料為16MnR，厚度計(jì)算方法同筒體相同，但由于管程流體的最高工作溫度大于殼程流體的溫度140℃，因此設(shè)計(jì)溫度應(yīng)為t=150℃，此時(shí)16MnR的許用應(yīng)力值為σt=170MPa，因此在此設(shè)計(jì)溫度下，管箱短節(jié)的計(jì)算厚度為：δ1=8002170=考慮到腐蝕余量和最小厚度要求，取名義厚度為δn1=12mm 材料依然選擇16MnR，選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T473795P3，選擇以內(nèi)徑為基準(zhǔn)，類型代號(hào)為EHA，型式參數(shù)為：Di/2(Hh)=2。直邊段的作用是避免封頭和圓筒的連接焊縫處出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由Di/2(Hh)=2及已知條件可算出：h=25mm標(biāo)記：EHA DN8001216MnR JB/t47462002 根據(jù)GB150—1999 中封頭得計(jì)算厚度按下式計(jì)算δ= =18002170=式中：應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)K=1（采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭） 查JB/ T47062002,=（100%無(wú)損檢測(cè)） 根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》規(guī)定：對(duì)于16MnR鋼板可取厚度負(fù)偏差=0mm；在無(wú)特殊腐蝕情況下，對(duì)于碳素鋼和低合金鋼，腐蝕裕量不小于 1 mm取腐蝕裕量=2mm。 設(shè)計(jì)厚度名義厚度圓整后可取=12mm。筒體有效厚度由JB/ T47062002，附錄B，表B2， ，=12mm，Di=800mm查得封頭質(zhì)量M=。根據(jù)GB1511999規(guī)定：水壓試驗(yàn)壓力按下式計(jì)算Pt==170170=2MPa壓力試驗(yàn)時(shí)橢圓封頭的應(yīng)力為σT=PTDi+=2800+10210=81MPa而；相比較因此滿足水壓試驗(yàn)的強(qiáng)度要求。由JB/T47002000，表2，法蘭選用鍛件16MnII,。為防止松散，把金屬帶的始端及末端焊勞。由JB/T47002000，表2，選用纏繞墊片，種類為特制石棉填充帶；查JB/T47052000，表1，有0Cr13,代號(hào)為5；由JB/T47052000，表4，當(dāng)DN=800mm，PN=，查得D=865,d=825； 由JB/T47052000，圖1，見(jiàn)下圖：圖23 管箱纏繞墊片查GB1501998，表92，查得：墊片系數(shù)m=，比壓力y=69MPa；選管箱墊片與管箱側(cè)墊片一致。顯然，拆卸這種連接時(shí)，不用拆下螺柱。 A型與B型的兩種螺柱選用原則如下。A型雙頭螺柱，只在兩端車有螺紋2，中間螺桿部分的直徑等于螺紋外徑。所以當(dāng)法蘭與螺柱間在工作狀態(tài)下溫差較大時(shí)，應(yīng)選用B型螺柱。由JB/T47072000，表1，選用B型螺柱M24，d=24，=24，=60，C=3，r=6，見(jiàn)下圖：圖24 等長(zhǎng)雙頭螺柱設(shè)計(jì)條件：設(shè)計(jì)壓力P=，設(shè)計(jì)溫度t=150℃1. 墊片計(jì)算（參見(jiàn)GB1501998，） A 墊片有效寬度： 由GB1501998，表91，得：墊片的接觸寬度:N=Dd2=8658252=20mm墊片的基本密封寬度：b0=N2=10墊片的有效密封寬度: b== B 墊片壓緊力作用中心圓直徑： 由GB1501998，圖91所示活套法蘭，墊片壓緊力作用中心圓直徑 即是法蘭與翻邊面的平均直徑。這種連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是被連接件上的通孔和螺栓桿間留有間隙，通孔的加工精度要求低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，使用時(shí)不受被連接件材料的限制，因此應(yīng)用極廣。這種連接能精確固定被連接件的相對(duì)位置，并能承受橫向載荷，但孔的加工精度要求較高。 螺栓連接的強(qiáng)度計(jì)算，首先是根據(jù)連接的類型，連接的裝配情況，載荷狀態(tài)等情況，確定螺栓的受力；然后按相應(yīng)的強(qiáng)度條件計(jì)算螺栓危險(xiǎn)截面的直徑或校核其強(qiáng)度。螺栓設(shè)計(jì)如下：① 螺栓載荷：Wa==849869=105Nb．操作狀態(tài)需要的最小螺栓載荷：Wp=+ =8492+84983 =105N② 螺栓面積： ——常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，查GB1501998表47，對(duì)于40Cr，鋼材標(biāo)準(zhǔn)GB3077，使用狀態(tài)調(diào)質(zhì)，=212Mpa； 設(shè)計(jì)溫度150℃下螺栓材料的許用應(yīng)力=183Mpa，則預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小面積 Aa=Waσb=Aa=105212= b．操作狀態(tài)下需要的最小面積：Ap=Wpσbt=105183=c．需要的螺栓面積： max{ ，}= d．實(shí)際的螺栓面積： 故滿足設(shè)計(jì)要求。③ 法蘭應(yīng)力（整體法蘭） a．軸向應(yīng)力 其中: ——法蘭頸部最小端有效厚度——法蘭頸部最大端有效厚度——法蘭頸部高度，參數(shù)——法蘭頸部有效厚度==48mm ； ； 由GB1501998，圖97，得： 由K=，在GB15098查表95，得：表33 U 由GB1501998，圖93，得：整體法蘭系數(shù) 則：由GB1501998，圖94，得：整體法蘭系數(shù) 則，參數(shù) b．徑向應(yīng)力 法蘭有效厚度： c．切向應(yīng)力 ④ 應(yīng)力校核a． 軸向應(yīng)力 其中：——設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料許用應(yīng)力=170Mpa。b． 徑向應(yīng)力，符合設(shè)計(jì)要求。綜上所述，管箱法蘭設(shè)計(jì)符合要求。c=80mm浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑 Dfi=Di2(b1+bn)=8002（5+13