【正文】 污垢熱阻： Rsi=℃ /W Rso= m2℃ /W 管壁的導(dǎo)熱系數(shù)： ?=45 m2℃ /W 管壁厚度： b= 內(nèi)外平均厚度： dm= 在下面的公式中，代入以上數(shù)據(jù)，可得 osoioiosiiio RdbdddRddK???11 ????? 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 =1247。 mK QStm ????? 考慮 15%的面積裕度，則： 28739。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較?。煌瑫r(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應(yīng)常用較大直徑的管子。當(dāng)選用其他尺寸的管長時(shí)，應(yīng)根據(jù)管長的規(guī)格，合理裁用，避免材料的浪費(fèi)。 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和流速，可以確定單程傳熱系數(shù)： )( )9943600/( 6422 根???????iis udVn? 按單程計(jì)算，所需傳熱管的長度是： mnd SL so 2 00 2 1 0 7 ????? ? 若 按單程管計(jì)算，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，可見取傳熱管長 l=6m，則該傳熱管程數(shù)為： （管程）22 ??? lLNp 則傳熱管的總根數(shù)為： N=Npn s=2120=240（根） 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 由前面的計(jì)算已求得，按單殼程、多管程計(jì)算，逆流時(shí)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 39。mt? t?? ==32℃ 于是，校正后的平均傳熱溫差是 32℃ ，殼程數(shù)為單程，管程數(shù)為 2。殼徑的計(jì)算值應(yīng) 圓整到最接近部頒標(biāo)準(zhǔn)尺寸 ， 所以，代入數(shù)據(jù)我們有： D=3218+2（ ~） 25 =626~651 mm 取 D=600mm 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 換熱管的選型匯總 根據(jù)以上的計(jì)算可以得到如下的計(jì)算結(jié)果： DN， mm 600 管程數(shù) 2 殼程數(shù) 1 管子規(guī)格 φ25 管子根數(shù) 240 中心排管數(shù) 19 管程流通面積， m2 換熱面積， m2 100 換熱器長度， mm 6000 通過查表，可以發(fā)現(xiàn)下面的結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器和所需的比較接近，故而選擇該種換熱器： DN， mm 600 管程數(shù) 2 殼程數(shù) 1 管子規(guī)格 φ25 管子根數(shù) 232 中心排管數(shù) 16 管程流通面積， m2 換熱面積， m2 換熱器長度， mm 6000 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 折流板 設(shè)置折流板的目的是為了提高流速，增加湍動(dòng)，改善傳熱，在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。 圖 41 弓形折流板 單弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度 h 為 殼體公稱直徑 Dg 的 15%～ 45%，最好是 20%，見圖 42（ a）；在臥式冷凝器中，折流板底部開一 90176。高度為 15～ 20mm，供停工排除殘液用；在某些冷凝器中需要保留一部分過冷凝液使凝液泵具有正的吸入壓頭，這時(shí)可采用帶堰的折流板，見圖 42（ c）。為了消除這種弊病，宜采用雙弓形折流板或三弓形折流板。但為 了增加換熱器的剛度，防止管子振動(dòng)，實(shí)際仍然需要設(shè)置一定數(shù)量的支承板，其形狀與尺寸均按折流板一樣來處理。 由于換熱器是功用不同，以及殼程介質(zhì)的流量、粘度等不同，折流板間距也不同，其系列為： 100mm， 150mm， 200mm， 300mm， 450mm， 600mm， 800mm， 1000mm。允許的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)，當(dāng)換熱器內(nèi)流體無相變時(shí)，其最 大折流板間距不得大于殼體內(nèi)徑，否則流體流向就會(huì)與管子平行而不是垂直于管子，從而使傳熱膜系數(shù)降低。 折流板厚度與殼體直徑和折流板間距有關(guān)，見表 41 所列數(shù)據(jù)。 支承板允許不支承的最大間距可參考表 42（右）所列數(shù)據(jù)。 殼體直徑/mm ＜ 400 400～800 900～1200 管子外徑/mm 19 25 38 57 支承板厚度/mm 6 8 10 最大間距/mm 1500 1800 2500 3400 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 折流板數(shù) （塊）折流板間距 傳熱管長 2912 0 06 0 0 0 ????BN 折流板圓缺面水平裝配。 查表得， PN 的接管外伸長度為 150mm。 查表得，查表得， PN 的接管外伸長度為 200mm。所以，殼程和管程接 管的最小位置的計(jì)算就顯得很必要了。而且， C≥ 4S 且 C≥ 32， S 為殼體厚度。 （ 2） 管程接管位置的最小 尺寸 所設(shè)計(jì)的為帶補(bǔ)強(qiáng)圈的管程接管，則管程接管位置的最小尺寸 L2 可用如下公式計(jì)算： L2≥ CbDH ??? )4(2 式中 HD ——補(bǔ)強(qiáng)圈的外圈直徑， mm； b——管板厚度， mm； C——補(bǔ)強(qiáng)圈外緣至管板與殼體焊縫之間的距離， mm。 經(jīng)計(jì)算易得，管程接管位置的最小尺寸為： 140 mm。 管板結(jié)構(gòu)尺寸 查（《化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》 P2527）得 固定管板式換熱器的管板的主要尺寸 如下表 表 44 固定管板式換熱器的管板主要尺寸： 公稱直徑 D 1D 3D 4D b c d 螺栓孔數(shù) 600 730 690 598 645 36 10 23 28 管板與殼體的連接 在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。 管板厚度 管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、 孔徑、孔間距、開孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計(jì)算過程較為復(fù)雜，而且從不同角度出發(fā)計(jì)算出的管板厚度往往相差很大。對(duì)于脹接的管板，考慮脹接剛度的要求，其最小厚度可按表 選用。 表 45 管板的最小厚度 換熱器管子外徑 0d /mm ≤ 25 32 38 57 管板厚度 /mm 3 0d /4 22 25 32 換熱管的外徑為 25mm，因而管板厚度取為 3 0d /4=，取上述的最小厚度 20mm。 +12% 低合金鋼 GB9948 10% 傳熱管排列和分程方法 管子在管板上的排列方式最常用的為圖 45 所示的（ a）、（ b）、（ c）、（ d）四種，即正三角形排列（排列角為 30176。）、轉(zhuǎn)角正方形排列（排列角為 45176。當(dāng)管程為多程時(shí)，則需采取組合排列，圖 (e) 為二管程時(shí)管小組合排列的方式之一。為了便于清洗管子外表面上的污垢，可采用正方形與轉(zhuǎn)角正方形排列的管束。 采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。隔板材料與封頭材料相同。 拉桿 拉桿的直徑與數(shù)量 各種換熱器的直徑和拉桿數(shù)，可參見下表選用。對(duì)于固定管板換熱器，除要求連接處保證良好的密封性外，還要求接合處能承受一定的軸向力，避免管子從管板中拉脫。脹接是靠管子的變形來達(dá)到密封和壓緊的一種機(jī)械連接方法，如圖 410 所示。一般認(rèn)為焊接比脹接更能保證嚴(yán)密性。 焊接接口的形式見圖 411。 脹接和焊接方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在有些情況下，如對(duì)高溫高壓換熱器，管子與管板的連接處，在操作時(shí)受到反復(fù)熱變形、熱沖擊、腐蝕與流體壓力的作用，很容易遭到破壞，僅單獨(dú)采用脹接或焊接都難以解決問題，如果采用脹焊結(jié)合的方法，不僅能提高畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 連接處的抗疲勞性能，還可消除應(yīng)力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命。 換熱管規(guī)格 外徑 ? 壁厚 /mm 換熱管最小伸出長度 最小坡口深度 3l /mm 1l /mm 25? 2 . 防沖板或?qū)Я魍驳倪x擇、鞍式支座的示意圖 (BI型 ) 防沖板或?qū)Я魍驳倪x擇 因?yàn)樗?u≤ ，煤油流量 222 ./2 2 3 01 2 8 smkgV ????? ,所以管程和殼程都不設(shè)防沖板或?qū)Я魍?。采用試差法最終求得 tw=℃ 管子拉脫力 本換熱器的管子及殼體均采用 10 號(hào)碳鋼，由此可得下表： 管子 殼體 操作壓力， Mpa 壁溫， ℃ 35 材料 10 10 線膨脹系數(shù) 1/℃ 106 106 彈性模量， Mpa 106 106 尺寸， mm 2526000 6006 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 管子 殼體 數(shù) 252 管間距 32 脹接長度， mm 29 許用拉脫力， Mpa 4 管子排布方式 正三角形 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力為： ldpfq op ?? 其中， f==，則 qp= 在溫差應(yīng)力作用下，每平方米脹接周 邊所產(chǎn)生的力為： ? ?ld ddqtoiot 4 22 ?? ? 其中， ? ?ststAAttEt ??? 1?? 而同時(shí)， ? ? 22 ??? NddAiot ? 21 5 2 7 36).66 0 0()( mmSSDAs ????? ?? M p aqM p a t , ???則， 脫力為的方向相反，故而總拉和由于 pt qq Mpqq tp )(q ??? 因而，管子拉脫力在許用范圍之內(nèi)，不許用安裝膨脹節(jié)。物料被冷卻，粘度校正 ?? w（ ）取 1， 將數(shù)值代入上式： 00 0 . 3 6 eedua d ????? ? ?? wc（ ） （ ） （ ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 = CmW / ???? 管程對(duì)流傳熱系數(shù) i? = 0 .0 2 3 iiud ni Pd C（ ） （ ）ρ μλ μ λ 自來水被加 熱， n 取 ，代入已得數(shù)值，有： 管道流通面積： 22 0 3 7 6 mS i ??? 管程流體流速： smu i /4 9 3 7 6 )9 9 43 6 0 0/( 7 0 5 6 ??? 雷諾準(zhǔn)數(shù)為 1 3 6 2 80 0 0 7 2 9 9 44 9 ????i 普蘭特準(zhǔn)數(shù)為： 8 4 8 2 0 0 0 7 2 1 8 0Pr ???i 8 4 8 3 6 2 ????i? =2748 W/m2 ℃ 傳熱系數(shù) K 根據(jù)冷熱流體的性質(zhì)及溫度，在 (GB15199P140141)選取污垢熱阻： 污垢熱阻： Rsi=℃ /W Rso= m2℃ /W 還有，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)： ? =45 m2℃ /W 管壁厚度： b= 內(nèi)外平均厚度： dm= 在下面的公式中，代入以上數(shù)據(jù)，可得 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）用紙 osoioiosiiio RdbdddRddK???11 ????? =6 9 310 0 0 1 7 2 2 0 2 0 2 0 2 0 0 3 4 7 4 8 0 2 1??? ????? =390W/m2 ℃ 所以， K 的裕度為 : h= 320320390? =% 傳熱面積 S 由 K 計(jì)算傳熱面積 S39。 39。 管程流動(dòng)阻力 管程壓力降的計(jì)算公式為： ps NNpppi )( 21 ????? Rei=13670（前面已求），為湍流。下面以埃索法計(jì)算殼程壓力降： 殼程壓力降埃索法公式為： 0 ssP F N? ? ? ?? 12（ P + P ）39。 式中 1p? ——流體橫過管束的壓力降， Pa； 2p? ——流體通過折流擋板缺口的壓力降， Pa； Fs——?dú)こ虊毫档墓笇有Ｕ禂?shù)，無因次，對(duì)于液體取 ，對(duì)于氣體取 ； Ns——?dú)こ虜?shù)； 而 2 0. 2281 0 5 R e 232ccP F f N F f N? ?? ? ? ? ?0B u（ N +1 ） ， 其 中 ， ，39。 F——管子排列方法對(duì)壓力降的校正系數(shù)，對(duì)正三角形排列， F=，對(duì)正方形斜轉(zhuǎn) 45o 排列， F=，正方形排列， F=。 21 ???????? 而 2)(39。 =29（ ? ） 2 2? =1380Pa 對(duì)于液體 sF =，于是我們有： 0 ssP F N? ? ? ?? 12（ P + P ）39。=1（ 1380+） =2317Pa＜ 100kpa 經(jīng)過以上的核算，我們發(fā)現(xiàn)，管程壓力降和殼程壓力降都符合要求。 只有當(dāng)流體誘發(fā)振動(dòng)的頻率與傳熱元件的固有頻率一致或相當(dāng)接近時(shí) ,傳熱元件的振幅激增 ,才導(dǎo)致破壞。在管殼式換熱器的殼程中，流體橫向流過管束時(shí)，流體誘發(fā)震動(dòng)的主要原因是 :卡門漩渦（有聲震動(dòng)或無聲震動(dòng)）、紊流抖動(dòng)（有聲震動(dòng)或無聲震動(dòng)）、流體彈性不穩(wěn)定。 擋板損傷 為了便于安裝 ,一般擋板開孔較管子直徑略大 ,當(dāng)擋板較薄時(shí) ,管子振動(dòng)會(huì)在管壁與擋板孔邊緣之間產(chǎn)生較高的接觸力 ,對(duì)管子有一種鋸割作用 ,短時(shí)間內(nèi)即可將管子切開發(fā)生局部失