管殼式換熱器設(shè)計(jì)-數(shù)據(jù)2【含CAD圖紙】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目：管殼式換熱器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱 一、原始依據(jù)（包括設(shè)計(jì)或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等）原始數(shù)據(jù)：（1）設(shè)計(jì)壓力：1Mpa。殼體介質(zhì)：水。管程介質(zhì)：乙二醇胺。（2）總體參數(shù)：筒體外徑600mm，管徑192，長(zhǎng)4500mm，材料為Q235。（3）設(shè)計(jì)溫度：殼、管壁溫差45，ttts 殼程介質(zhì)溫度為25-35，管程介質(zhì)溫度為45-70。（4）殼體與封頭材料在低合金高強(qiáng)度剛中間選用，并查出其參數(shù)，接管及其他數(shù)據(jù)根據(jù)表7-15、7-16選用。（5）腐蝕度為2mm，拉桿數(shù)量為6件。（6）殼體與支座對(duì)接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)=0.9 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。 在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。 換熱設(shè)備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來(lái)選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。 對(duì)同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計(jì)中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟(jì)的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。二、參考文獻(xiàn) 1匡國(guó)柱 史啟才 ：化工單元過(guò)程與設(shè)備設(shè)計(jì)； 2秦叔經(jīng)、葉文邦等：換熱器M ，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年版； 3譚天恩、竇梅、周明華等：化工原理（第三版）上、下冊(cè)M，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年版； 4化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)M華南工學(xué)院化工原理教研室，1987； 5賈紹義等： 化工原理課程設(shè)計(jì)M，天津大學(xué)出版社，2003年版； 6刁玉瑋、王立業(yè)、喻健良等：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M，大理理工大學(xué)出版社，2006年版； 7錢(qián)頌文：換熱器手冊(cè)M，化學(xué)工業(yè)出版社； 8蔡紀(jì)寧、張莉彥：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)M，化學(xué)工業(yè)出版社2011年版； 9中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB151-89鋼制管殼式換熱器.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，1989出版； 10時(shí)均等：化學(xué)工程手冊(cè)(第二版，上卷).化學(xué)工業(yè)出版社； 11鋼制壓力容器GB150-1998； 12鋼制塔式容器JB4710-1992； 13 GB151-1999 管殼式換熱器1999年； 14壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 1999年。三、設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計(jì)或研究?jī)?nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求）設(shè)計(jì)內(nèi)容：1管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括：管子數(shù)n，管子排列方式，管間距的確定，殼體尺寸計(jì)算，換熱器封頭選擇，容器法蘭的選擇，管板尺寸確定塔盤(pán)結(jié)構(gòu)，人孔數(shù)量及位置，儀表接管選擇、工藝接管管徑計(jì)算等等。2. 殼體及封頭壁厚計(jì)算及其強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核（1）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力初定壁厚；（2）確定管板結(jié)構(gòu)、尺寸及拉脫力、溫差應(yīng)力；（3）計(jì)算是否安裝膨脹節(jié)；（4）確定殼體的壁厚、封頭的選擇及壁厚，并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核。3. 筒體和支座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核4. 支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 包括：裙座體（采用裙座）、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓5. 換熱器各主要組成部分選材，參數(shù)確定。6. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份7. 繪制2號(hào)裝配圖一張，Auto CAD繪3號(hào)圖一張）。對(duì)學(xué)生的基本要求：1.學(xué)生要按照任務(wù)書(shū)要求，獨(dú)立完成塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)；2.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一律采用電子版，2號(hào)圖紙一律采用徒手繪制；3.各班長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織借用繪圖儀器、圖板、丁字尺；學(xué)生自備圖紙、橡皮與鉛筆；4.畫(huà)圖結(jié)束后，將圖紙按照統(tǒng)一要求折疊，同設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)統(tǒng)一在答辯那一天早上8：30前，由班長(zhǎng)負(fù)責(zé)統(tǒng)一交到HF508。5.根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙、平時(shí)表現(xiàn)及答辯綜合評(píng)分。說(shuō)明書(shū)內(nèi)容：1.前言（1）設(shè)計(jì)條件；（2）設(shè)計(jì)依據(jù)；（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述。2.材料選擇（1）選擇材料的原則；（2）確定各零、部件的材質(zhì)；（3）確定焊接材料。3.繪制結(jié)構(gòu)草圖（1）換熱器裝配圖（2）確定支座、接管、人孔、控制點(diǎn)接口及附件、內(nèi)部主要零部件的軸向及環(huán)向位置，以單線圖表示；（3）標(biāo)注形位尺寸。（4）寫(xiě)出圖紙上的技術(shù)要求、技術(shù)特性表、接管表、標(biāo)題明細(xì)表等4.殼體、封頭壁厚設(shè)計(jì)（1）筒體、封頭及支座壁厚設(shè)計(jì)；（2）焊接接頭設(shè)計(jì)；（3）壓力試驗(yàn)驗(yàn)算；5.標(biāo)準(zhǔn)化零、部件選擇及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：（1）接管及法蘭選擇：根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖統(tǒng)一編制表格。內(nèi)容包括：代號(hào)，PN,DN,法蘭密封面形式，法蘭標(biāo)記，用途）。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。（2）人孔選擇：PN,DN,標(biāo)記或代號(hào)。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。（3）其它標(biāo)準(zhǔn)件選擇。6.結(jié)束語(yǔ)：對(duì)自己所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行小結(jié)與評(píng)價(jià)，經(jīng)驗(yàn)與收獲。7.主要參考資料?！靖袷揭蟆浚?.計(jì)算單位一律采用國(guó)際單位； 2.計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明應(yīng)清楚；3.所有標(biāo)準(zhǔn)件均要寫(xiě)明標(biāo)記或代號(hào)； 4.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄要有序號(hào)、內(nèi)容、頁(yè)碼；5.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中與裝配圖中的數(shù)據(jù)一致。如果裝配圖中有修改，在說(shuō)明書(shū)中要注明變更；6.書(shū)寫(xiě)工整，字跡清晰，層次分明； 7.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要有封面和封底，均采用A4紙，裝訂成冊(cè)。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱管殼式換熱器設(shè)計(jì)學(xué)院名稱專業(yè)名稱學(xué)生姓名指導(dǎo)教師1.選題依據(jù)及意義換熱器的基建投資在一般化工、石化企業(yè)中約占設(shè)備總投資的20%，其中固定管板式換熱器約占換熱器的70%。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱器的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。本課題所設(shè)計(jì)的冷卻器屬于固定管板換熱器，是針對(duì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照相關(guān)規(guī)定的要求，通過(guò)壁厚計(jì)算和強(qiáng)度校核等，設(shè)計(jì)固定管板式換熱器產(chǎn)品。熟悉壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求，掌握固定管板式換熱器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中區(qū)，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板式管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為各種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翹式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓，釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。從此，自60年代開(kāi)始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。混合式換熱器是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠?jī)闪黧w本身的密度差得以及時(shí)分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開(kāi)，并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等：板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翹式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求面設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤(pán)式換熱器和空氣冷卻器等。換熱器中流體的相對(duì)流向一般有順流和逆流兩種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫度分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無(wú)相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)3.本課題研究?jī)?nèi)容本臺(tái)設(shè)計(jì)的換熱器是一臺(tái)乙二醇胺-水換熱器，主要完成冷卻水乙二醇胺的熱量交換，設(shè)計(jì)壓力為管程1.0MPa，殼程壓力為1.0MPa，管程乙二醇胺進(jìn)，出口溫度分別為70C和45C。殼程水進(jìn)、出口溫度分別為25C和35C，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立解決設(shè)計(jì)中碰到的以下問(wèn)題：（1）設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的形式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。（2）根據(jù)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝計(jì)算物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。（3）主要受壓元件強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算熱交換器各部件尤其受壓部件（如殼體）的應(yīng)力大小，檢查其強(qiáng)度是否在允許范圍內(nèi)。在考慮強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)該盡量采用中國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)材料和部件，按照國(guó)家壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算或核算。（4）計(jì)算機(jī)繪圖及說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)利用AutoCAD軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個(gè)零件圖，并編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。4.本課題研究方法行動(dòng)研究法是一種適應(yīng)小范圍教育改革的探索性的研究方法，起目的不在于建立理論，歸納規(guī)律，而是對(duì)教育活動(dòng)和教育實(shí)踐中的問(wèn)題，在行動(dòng)研究中不斷地探索，改進(jìn)工作，解決教育實(shí)際問(wèn)題。行動(dòng)研究將改革行動(dòng)與研究工作相結(jié)合，與教育實(shí)踐的具體改革行動(dòng)機(jī)密相連。（特點(diǎn)是邊執(zhí)行、邊評(píng)價(jià)、邊修改）。模式：預(yù)診-收集資料初步研究擬定總體計(jì)劃制定具體計(jì)劃行動(dòng)總結(jié)評(píng)價(jià)這個(gè)方法的具體特點(diǎn)：一是具有動(dòng)態(tài)性，所有的設(shè)想，計(jì)劃都處于一個(gè)開(kāi)放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，都有可修改的；二是較強(qiáng)的聯(lián)合性與參與性；三是在整個(gè)研究過(guò)程中，診斷性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)貫穿于行動(dòng)研究法工作流程的始終。首先要對(duì)研究過(guò)程進(jìn)行考察?？疾靸?nèi)容有：一是行動(dòng)背景因素以及影響行動(dòng)的因素。二是行動(dòng)過(guò)程，包括什么人以什么方式參與了計(jì)劃實(shí)施，使用了什么材料，安排了什么活動(dòng)，有無(wú)意外的變化、如何排除干擾。三是行動(dòng)的結(jié)果，包括預(yù)期的與非預(yù)期的，積極和消極的。要注意收集三方面的資料，背景資料是分析計(jì)劃設(shè)想有效性的基礎(chǔ)材料，過(guò)程資料是判斷行動(dòng)效果是不是、由方案帶來(lái)和怎樣帶來(lái)的考察依據(jù);結(jié)果資料是分析方案帶來(lái)的什么樣的效果的直接依據(jù)。5.研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度第1-2周：搜索文獻(xiàn)資料，完成外文翻譯第3-4周：完成開(kāi)題報(bào)告第5-6周：查詢各方面資料，熟悉課題，對(duì)課題形成直觀的了解，實(shí)地考察搜集資料第7-8周：整理資料，對(duì)設(shè)計(jì)中可能用到的軟件進(jìn)行熟悉，查找相關(guān)專業(yè)資料第9-10周：初步設(shè)定設(shè)計(jì)方案，通過(guò)反復(fù)比較驗(yàn)證從中并選擇最優(yōu)方案第11-12周：初步進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合專業(yè)資料，反復(fù)論證設(shè)計(jì)的合理性，依據(jù)設(shè)計(jì)步驟繪制簡(jiǎn)圖等第13-14周：論文初稿提交指導(dǎo)老師審閱6.參考文獻(xiàn)1SpenceJ,ToothAS.PressureVesselsDesignM.ConceptsandPrinciples.Oxford：AldenPress.UK:1994.2MaralikrishnaK,ShenoyUV.HeatExchangerDesignTargetsforMinimumAreaandCostM.Chem.Eng.Res.Des.2000.78-61167.3王志文主編.化工容器設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19904JB/T4700-4707-2000.壓力容器法蘭.中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).2002-8-22.5秦叔經(jīng)，葉文邦.換熱器M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.6金志浩.管殼是換熱器原理與設(shè)計(jì)M.遼寧：科學(xué)技術(shù)出版社.7Tubular.ExchangerManufacturersAssociationStandardsA.8thed,NewYork:1988.8熊勇剛.機(jī)械CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)J.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)出版社.9錢(qián)頌文,朱冬生,李慶領(lǐng)等.管式換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2003.10賀小華.化工設(shè)備常用結(jié)構(gòu)的參數(shù)化CAD設(shè)計(jì)J.南京化工大學(xué)學(xué)報(bào),1997.11楊啟明.過(guò)程裝備設(shè)計(jì)M.西南石油大學(xué),2004.12許文.新編換熱器選型設(shè)計(jì)與制造工藝實(shí)用全書(shū)M.北京：北方工業(yè)出版社，2006.13化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編輯委員會(huì)換熱器設(shè)計(jì)M上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1988.14劉曉紅.螺旋隔板換熱器的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用J.機(jī)電工程技術(shù),2008選題是否合適： 是 否課題能否實(shí)現(xiàn)： 能 不能指導(dǎo)教師（簽字）年 月 日選題是否合適： 是 否課題能否實(shí)現(xiàn)： 能 不能審題小組組長(zhǎng)（簽字）年 月 日 過(guò) 程 設(shè) 備 強(qiáng) 度 計(jì) 算 書(shū) SW6-98軟件批準(zhǔn)號(hào)：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名 ： PROJECT 設(shè)備位號(hào)： ITEM 設(shè)備名稱： EQUIPMENT 圖 號(hào)： DWG NO。 設(shè)計(jì)單位： 壓力容器專用計(jì)算軟件 ? DESIGNER設(shè) 計(jì)Designed by日期Date校 核Checked by日期Date審 核Verified by日期Date審 定Approved by日期Date固定管板換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件 殼 程管 程設(shè)計(jì)壓力 1MPa設(shè)計(jì)壓力 1MPa設(shè)計(jì)溫度 25設(shè)計(jì)溫度 70殼程圓筒內(nèi)徑 600 mm管箱圓筒內(nèi)徑600mm材料名稱16Mn(熱軋)材料名稱16MnR(熱軋) 簡(jiǎn) 圖 計(jì) 算 內(nèi) 容殼程圓筒校核計(jì)算前端管箱圓筒校核計(jì)算前端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算后端管箱圓筒校核計(jì)算后端管箱封頭(平蓋)校核計(jì)算管箱法蘭校核計(jì)算開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算管板校核計(jì)算筒體法蘭校核計(jì)算前端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.00MPa設(shè)計(jì)溫度 t 70.00 C內(nèi)徑 Di 600.00mm材料 16MnR(熱軋) ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.90厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 1.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.00mm名義厚度 dn = 8.00mm重量 484.12Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 1.2500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 70.14 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 3.36832MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 50.50MPastf 170.10MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格前端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位 壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.00MPa設(shè)計(jì)溫度 t 70.00 C內(nèi)徑 Di 600.00mm曲面高度 hi 150.00mm材料 16MnR(熱軋) (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.90厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0000計(jì)算厚度 d = = 1.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.00mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dn = 8.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 29.27 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 3.38507MPa結(jié)論 合格后端管箱筒體計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.00MPa設(shè)計(jì)溫度 t 70.00 C內(nèi)徑 Di 600.00mm材料 16MnR(熱軋) ( 板材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 345.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.90厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 1.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.00mm名義厚度 dn = 8.00mm重量 484.12Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 1.2500 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 310.50MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 70.14 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 3.36832MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 50.50MPastf 170.10MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格后端管箱封頭計(jì)算計(jì)算單位 壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件橢圓封頭簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 1.00MPa設(shè)計(jì)溫度 t 70.00 C內(nèi)徑 Di 600.00mm曲面高度 hi 150.00mm材料 16MnR(熱軋) (板材)設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 189.00MPa試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 189.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 0.00mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.90厚度及重量計(jì)算形狀系數(shù) K = = 1.0000計(jì)算厚度 d = = 1.77mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 6.00mm最小厚度 dmin = 3.00mm名義厚度 dn = 8.00mm結(jié)論 滿足最小厚度要求重量 29.27 Kg壓 力 計(jì) 算最大允許工作壓力 Pw= = 3.38507MPa結(jié)論 合格殼程圓筒計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 計(jì)算條件筒體簡(jiǎn)圖計(jì)算壓力 Pc 2.00MPa設(shè)計(jì)溫度 t 25.00 C內(nèi)徑 Di 600.00mm材料 16Mn(熱軋) ( 管材 )試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 s 181.00MPa設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st 181.00MPa試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) ss 320.00MPa鋼板負(fù)偏差 C1 1.00mm腐蝕裕量 C2 2.00mm焊接接頭系數(shù) f 0.90厚度及重量計(jì)算計(jì)算厚度 d = = 3.71mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 5.00mm名義厚度 dn = 8.00mm重量 484.12Kg壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核壓力試驗(yàn)類型 液壓試驗(yàn)試驗(yàn)壓力值PT = 1.25P = 0.7800 (或由用戶輸入)MPa壓力試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 sTsT 0.90 ss = 288.00MPa試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 sT = = 52.43 MPa校核條件 sT sT校核結(jié)果 合格壓力及應(yīng)力計(jì)算最大允許工作壓力 Pw= = 2.69256MPa設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力 st = = 121.00MPastf 162.90MPa校核條件stf st結(jié)論 筒體名義厚度大于或等于GB151中規(guī)定的最小厚度7.00mm,合格開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 接 管 : #,1508計(jì) 算 方 法 : HG20582-98 等 面 積 補(bǔ) 強(qiáng) 法,單 孔設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖計(jì)算壓力 pc1MPa設(shè)計(jì)溫度70殼體型式圓形筒體殼體材料名稱及類型16MnR(熱軋)板材殼體開(kāi)孔處焊縫系數(shù) 0.9殼體內(nèi)直徑 Di600mm殼體開(kāi)孔處名義厚度n 8mm殼體厚度負(fù)偏差 C0mm殼體腐蝕裕量 C2mm殼體材料許用應(yīng)力 t 189MPa 開(kāi)孔中心到殼體軸線的距離150mm接管軸線與殼體表面法線的夾角30度接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度100mm接管材料名稱及類型16Mn(熱軋),管材接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度20mm接管焊縫系數(shù)1接管腐蝕裕量2mm補(bǔ)強(qiáng)圈材料名稱16MnR(熱軋)凸形封頭開(kāi)孔中心至封頭軸線的距離mm補(bǔ)強(qiáng)圈外徑300mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度8mm接管厚度負(fù)偏差 C1mm補(bǔ)強(qiáng)圈厚度負(fù)偏差C0mm接管材料許用應(yīng)力t181MPa補(bǔ)強(qiáng)圈許用應(yīng)力t189MPa開(kāi) 孔 補(bǔ) 強(qiáng) 計(jì) 算殼體計(jì)算厚度 1.769 mm接管計(jì)算厚度t0.371 mm補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr1接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 0.958接管有效外伸長(zhǎng)度 h133.47 mm接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度 h218 mm計(jì) 算 截 面圖 示 截 面與 圖 示 成 90 度 的 截 面應(yīng)力校正系數(shù) F0.51開(kāi)孔直徑 d(mm)163.7140補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B(mm)327.4280開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 A (mm2)130.6223.6殼體多余金屬面積 A1 (mm2)751.6531.5接管多余金屬面積 A2 (mm2)400.1400.1補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 (mm2)6464補(bǔ)強(qiáng)圈面積 A4 (mm2)10111040A1+A2+A3+A4 (mm2)22262036計(jì)算截面的校核結(jié)果合格合格結(jié) 論: 補(bǔ)強(qiáng)滿足要求。不帶法蘭固定式管板計(jì)算(c) 設(shè) 計(jì) 單 位 壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 條 件簡(jiǎn) 圖殼程圓筒設(shè)計(jì)壓力Ps1MPa設(shè)計(jì)溫度 t25平均金屬溫度 0裝配溫度 15材料名稱16Mn(熱軋)設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力181MPa平均金屬溫度下彈性模量2.07e+05MPa平均金屬溫度下熱膨脹系數(shù)1.076e-05mm/mm殼程圓筒內(nèi)徑 600mm殼 程 圓 筒 名 義 厚 度 8mm殼 程 圓 筒 有 效 厚 度 5mm殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積 A=0.25 p Di22.827e+05mm2殼程圓筒金屬橫截面積 As=pds ( DI+dn ) 9503mm2管箱圓筒設(shè)計(jì)壓力1MPa設(shè)計(jì)溫度 70材料名稱16MnR(熱軋)設(shè)計(jì)溫度下彈性模量2.06e+05MPa管箱圓筒名義厚度8mm管箱圓筒有效厚度6mm換熱管材料名稱10(熱軋)管子平均溫度 t0設(shè)計(jì)溫度下管子材料許用應(yīng)力 122.1MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料屈服應(yīng)力 190MPa設(shè)計(jì)溫度下管子材料彈性模量 1.914e+05MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量 1.93e+05MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數(shù)1.076e-05mm/mm管子外徑 d19mm管子壁厚2mm管子根數(shù) n325換熱管中心 S25mm一根管子金屬橫截面積150.8mm2換熱管長(zhǎng)度 L1 4500mm換熱管有效長(zhǎng)度(兩管板內(nèi)側(cè)間距) L 4396mm換熱管管束模數(shù) =3586MPa管子回轉(zhuǎn)半徑 5.755mm管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度 100mm系數(shù) Cr =141比值 17.37管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () = MPa管子穩(wěn)定許用壓應(yīng)力 () =89.15MPa管板材料名稱16MnR(熱軋)設(shè)計(jì)溫度 70設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力 174MPa設(shè)計(jì)溫度下彈性模量 2.041e+05MPa管板腐蝕裕量 4mm管板輸入厚度 52mm管板計(jì)算厚度 32mm隔板槽面積 (包括拉桿和假管區(qū)面積)Ad1232mm2管板強(qiáng)度削弱系數(shù)0.4管板剛度削弱系數(shù)0.4管子加強(qiáng)系數(shù) , K =4.736管板和管子連接型式脹接，開(kāi)槽管板和管子脹接(焊接)高度 l49mm脹接許用拉脫應(yīng)力q4MPa焊接許用拉脫應(yīng)力qMPa管箱法蘭材料名稱 管箱法蘭厚度 mm比值 比值 系數(shù) (查圖25) 系數(shù) (查圖26) 旋轉(zhuǎn)剛度 MPa注：殼體法蘭材料名稱16MnR(熱軋)殼體法蘭厚度52mm管板延長(zhǎng)部分凸緣外直徑 Df 590mm管板延長(zhǎng)部分凸緣寬度 -5mm比值 0.008333比值 0.08667系數(shù)(按ds /Di ,df”/Di ) 查圖25)0.005044系數(shù) (查圖26)w0.000427旋轉(zhuǎn)剛度 5.865MPa系數(shù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)剛度( c型結(jié)構(gòu) 0) 5.865MPa旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù) 0.001285膨脹節(jié)總體軸向剛度 N/mm管板第一彎矩系數(shù)m1,(按K,查圖27) 0.115系數(shù) 19.02系數(shù)(按查圖29) 3.34換熱管束與不帶膨脹節(jié)殼體剛度之 4.808換熱管束與帶膨脹節(jié)殼體剛度之比 管板第二彎矩系數(shù)m2,按K,Q(或Qex)查圖28(a)或(b)3.481管板參數(shù)管板開(kāi)孔后面積A- 0.25 n1.906e+05mm2管板布管區(qū)面積 (三角形布管) (正方形布管) 1.771e+05mm2管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 474.9mm系數(shù)計(jì)算系數(shù) 0.6741系數(shù) 0.2571系數(shù) 5.57系數(shù) (帶膨脹節(jié)時(shí)代替Q) 8.526管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比 0.7915管板周邊不布管區(qū)無(wú)量綱寬度 k=K 0.9872僅有殼程壓力Ps作用下的危險(xiǎn)組合工況 (Pt = 0) 不計(jì)溫差應(yīng)力計(jì)溫差應(yīng)力換熱管與殼程圓筒熱膨脹變形差=(t-t)-(t-t) 0.00當(dāng)量壓力組合 11MPa有效壓力組合 5.575.57MPa邊界效應(yīng)壓力組合 0.0050440.005044MPa邊界效應(yīng)壓力組合系數(shù) 0.0013430.001343 管板邊緣力矩系數(shù) 0.0013430.001343管板邊緣剪力系數(shù) 0.025550.02555管板總彎矩系數(shù) 0.19890.1989系數(shù)僅用于 時(shí) 0.050680.05068系數(shù) 當(dāng)時(shí),按 K 和 m 查圖31(a)實(shí)線 當(dāng)時(shí),按 K 和 m 查圖31(b)0.22970.2297系數(shù) 0, =, 0, =; 6.4mm b=2.53 b0 6.4mm DG= D外 - 2b螺 栓 受 力 計(jì) 算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa= bDG y = 6861.2N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp = Fp + F = 2266.7 N所需螺栓總截面積 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 78.9mm2實(shí)際使用螺栓總截面積 AbAb = = 6577.2mm2力 矩 計(jì) 算操FD = 0.785pc = 282600.0NLD= L A+ 0.51 = 39.0mmMD= FD LD = 11021400.0N.mm作FG = Fp = 1071.5NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 330.5mmMG= FG LG = 354139.0N.mmMpFT = F-FD = -281406.0NLT=0.5(LA + d1 + LG ) = 190.2mmMT= FT LT = -53537492.0N.mm外壓: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 內(nèi)壓: Mp = MD+MG+MT Mp = 42161952.0N.mm預(yù)緊 MaW = 289537.1NLG = 330.5mmMa=W LG = 95692024.0N.mm計(jì)算力矩 Mo= Mp 與Masft/sf中大者 Mo = 95692024.0N.mm螺 栓 間 距 校 核實(shí)際間距 = 78.5mm最小間距 46.0 (查GB150-98表9-3)mm最大間距 175.0mm 形 狀 常 數(shù) 確 定84.85h/ho = 0.3 K = Do/DI = 1.233 1.8由K查表9-5得T=1.825Z =4.838Y =9.379U=10.306整體法蘭查圖9-3和圖9-4FI=0.87232VI=0.321090.01028松式法蘭查圖9-5和圖9-6FL=0.00000VL=0.000000.00000查圖9-7由 d1/do 得f = 1.76376整體法蘭 = 392195.2松式法蘭 = 0.01.9=f e+1 =1.93g = y/T = 1.052.23 = 2.91剪應(yīng)力校核計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論預(yù)緊狀態(tài) 0.00MPa操作狀態(tài) 0.00MPa輸入法蘭厚度f(wàn) = 90.0 mm時(shí), 法蘭應(yīng)力校核應(yīng)力性質(zhì)計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論軸向應(yīng)力 199.48MPa =255.0 或 =472.5( 按整體法蘭設(shè)計(jì)的任 意 式法蘭, 取 ) 校核合格徑向應(yīng)力 15.10MPa = 170.0校核合格切向應(yīng)力 111.63MPa = 170.0校核合格綜合應(yīng)力 = 155.56MPa = 170.0校核合格法蘭校核結(jié)果校核合格筒體法蘭計(jì)算計(jì)算單位壓力容器專用計(jì)算軟件 ? 設(shè) 計(jì) 條 件簡(jiǎn) 圖設(shè)計(jì)壓力 p1.000MPa計(jì)算壓力 pc1.000MPa設(shè)計(jì)溫度 t25.0 C軸向外載荷 F0.0N外力矩 M0.0N.mm殼材料名稱16Mn(熱軋)許用181.0MPa體應(yīng)力 181.0MPa法材料名稱16MnR(熱軋)許用174.0MPa蘭應(yīng)力174.0MPa材料名稱Q235-A螺許用87.0MPa應(yīng)力86.4MPa栓公稱直徑 dB20.0mm螺栓根徑 d d17.3mm數(shù)量 n40個(gè)Di616.0Do730.0墊 結(jié)構(gòu)尺寸Db690.0D外42.0 mmD內(nèi)36.0l4.0圖(a)結(jié)構(gòu)DG取法蘭與翻邊接觸面中心處,與墊片 位置無(wú)關(guān)圖(b)結(jié)構(gòu)b06.4mm DG= ( D外+D內(nèi) )/2b0 6.4mm DG= D外 - 2bb06.4mm b= b0DG39.0片b0 6.4mm b=2.53 b1.25壓緊面形狀1c,1d材料類型 軟墊片N 3.0m3.50y(MPa)44.8螺 栓 受 力 計(jì) 算預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaWa= bDG y = 6861.2N操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpWp = Fp + F = 2266.7 N所需螺栓總截面積 AmAm = max (Ap ,Aa ) = 78.9mm2實(shí)際使用螺栓總截面積 AbAb = = 9395.9mm2墊片最小寬度 NminNmin = 74.5mm彎 矩 計(jì) 算操作MpFD = 0.785pc = 297873.0NLD= 0.5(Db -Di) = 37.0mmMD= FD LD = 11021300.0N.mmFG = Fp = 1071.5NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 325.5mmMG= FG LG = 348781.4N.mmFT = F-FD = -296679.0N圖(a):LT= 0.5(Db - DG)圖(b):LT=0.5 (LD+ LG ) LT= 181.2mmMT= FT LT = -53773064.0N.mm外壓: Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ); 內(nèi)壓: Mp = MD+MG+MT Mp = 42402980.0預(yù)緊 MaW=Wa= 412154.2NLG= 0.5 ( Db - DG ) = 325.5mmMa= W LG = 134156200.0N.mm計(jì)算彎矩 Mo= Mp 與 中大者 Mo=134156200.0N.mm螺 栓 間 距 校 核實(shí)際間距54.2mm最小間距46.0 (查GB150-1998表9-3)mm最大間距235.0mm 輸入法蘭厚度f(wàn) = 130.0 mm, 法蘭應(yīng)力校核K=Do/Di = 1.185Y=11.523 (查GB150-1998表9-5)計(jì) 算 值許 用 值結(jié) 論圖a結(jié)構(gòu)53.24MPa校核合格剪應(yīng)力校核0.29MPa校核合格計(jì) 算 結(jié) 果 按環(huán)向應(yīng)力確定的法蘭厚度 62 mm校核合格18 全 國(guó) 化 工 設(shè) 備 設(shè) 計(jì) 技 術(shù) 中 心 站 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū)學(xué) 院 專 業(yè) 年 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)教師 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)題目：管殼式換熱器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)院名稱 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱 一、原始依據(jù)（包括設(shè)計(jì)或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等）原始數(shù)據(jù)：（1）設(shè)計(jì)壓力：1Mpa。殼體介質(zhì)：水。管程介質(zhì)：乙二醇胺。（2）總體參數(shù)：筒體外徑600mm，管徑192，長(zhǎng)4500mm，材料為Q235。（3）設(shè)計(jì)溫度：殼、管壁溫差45，ttts 殼程介質(zhì)溫度為25-35，管程介質(zhì)溫度為45-70。（4）殼體與封頭材料在低合金高強(qiáng)度剛中間選用，并查出其參數(shù)，接管及其他數(shù)據(jù)根據(jù)表7-15、7-16選用。（5）腐蝕度為2mm，拉桿數(shù)量為6件。（6）殼體與支座對(duì)接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)=0.9 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。 在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。 換熱設(shè)備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來(lái)選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。 對(duì)同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計(jì)中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟(jì)的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。二、參考文獻(xiàn) 1匡國(guó)柱 史啟才 ：化工單元過(guò)程與設(shè)備設(shè)計(jì)； 2秦叔經(jīng)、葉文邦等：換熱器M ，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年版； 3譚天恩、竇梅、周明華等：化工原理（第三版）上、下冊(cè)M，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年版； 4化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)M華南工學(xué)院化工原理教研室，1987； 5賈紹義等： 化工原理課程設(shè)計(jì)M，出版社，2003年版； 6刁玉瑋、王立業(yè)、喻健良等：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M，大理理工大學(xué)出版社，2006年版； 7錢(qián)頌文：換熱器手冊(cè)M，化學(xué)工業(yè)出版社； 8蔡紀(jì)寧、張莉彥：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)M，化學(xué)工業(yè)出版社2011年版； 9中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB151-89鋼制管殼式換熱器.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，1989出版； 10時(shí)均等：化學(xué)工程手冊(cè)(第二版，上卷).化學(xué)工業(yè)出版社； 11鋼制壓力容器GB150-1998； 12鋼制塔式容器JB4710-1992； 13 GB151-1999 管殼式換熱器1999年； 14壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局 1999年。三、設(shè)計(jì)（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計(jì)或研究?jī)?nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對(duì)學(xué)生提出具體要求）設(shè)計(jì)內(nèi)容：1管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 包括：管子數(shù)n，管子排列方式，管間距的確定，殼體尺寸計(jì)算，換熱器封頭選擇，容器法蘭的選擇，管板尺寸確定塔盤(pán)結(jié)構(gòu)，人孔數(shù)量及位置，儀表接管選擇、工藝接管管徑計(jì)算等等。2. 殼體及封頭壁厚計(jì)算及其強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核（1）根據(jù)設(shè)計(jì)壓力初定壁厚；（2）確定管板結(jié)構(gòu)、尺寸及拉脫力、溫差應(yīng)力；（3）計(jì)算是否安裝膨脹節(jié)；（4）確定殼體的壁厚、封頭的選擇及壁厚，并進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核。3. 筒體和支座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核4. 支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 包括：裙座體（采用裙座）、基礎(chǔ)環(huán)、地腳螺栓5. 換熱器各主要組成部分選材，參數(shù)確定。6. 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份7. 繪制2號(hào)裝配圖一張，Auto CAD繪3號(hào)圖一張）。對(duì)學(xué)生的基本要求：1.學(xué)生要按照任務(wù)書(shū)要求，獨(dú)立完成塔設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)；2.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一律采用電子版，2號(hào)圖紙一律采用徒手繪制；3.各班長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織借用繪圖儀器、圖板、丁字尺；學(xué)生自備圖紙、橡皮與鉛筆；4.畫(huà)圖結(jié)束后，將圖紙按照統(tǒng)一要求折疊，同設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)統(tǒng)一在答辯那一天早上8：30前，由班長(zhǎng)負(fù)責(zé)統(tǒng)一交到HF508。5.根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、圖紙、平時(shí)表現(xiàn)及答辯綜合評(píng)分。說(shuō)明書(shū)內(nèi)容：1.前言（1）設(shè)計(jì)條件；（2）設(shè)計(jì)依據(jù)；（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)形式概述。2.材料選擇（1）選擇材料的原則；（2）確定各零、部件的材質(zhì)；（3）確定焊接材料。3.繪制結(jié)構(gòu)草圖（1）換熱器裝配圖（2）確定支座、接管、人孔、控制點(diǎn)接口及附件、內(nèi)部主要零部件的軸向及環(huán)向位置，以單線圖表示；（3）標(biāo)注形位尺寸。（4）寫(xiě)出圖紙上的技術(shù)要求、技術(shù)特性表、接管表、標(biāo)題明細(xì)表等4.殼體、封頭壁厚設(shè)計(jì)（1）筒體、封頭及支座壁厚設(shè)計(jì)；（2）焊接接頭設(shè)計(jì)；（3）壓力試驗(yàn)驗(yàn)算；5.標(biāo)準(zhǔn)化零、部件選擇及補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：（1）接管及法蘭選擇：根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖統(tǒng)一編制表格。內(nèi)容包括：代號(hào)，PN,DN,法蘭密封面形式，法蘭標(biāo)記，用途）。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。（2）人孔選擇：PN,DN,標(biāo)記或代號(hào)。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。（3）其它標(biāo)準(zhǔn)件選擇。6.結(jié)束語(yǔ)：對(duì)自己所做的設(shè)計(jì)進(jìn)行小結(jié)與評(píng)價(jià)，經(jīng)驗(yàn)與收獲。7.主要參考資料?！靖袷揭蟆浚?.計(jì)算單位一律采用國(guó)際單位； 2.計(jì)算過(guò)程及說(shuō)明應(yīng)清楚；3.所有標(biāo)準(zhǔn)件均要寫(xiě)明標(biāo)記或代號(hào)； 4.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄要有序號(hào)、內(nèi)容、頁(yè)碼；5.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中與裝配圖中的數(shù)據(jù)一致。如果裝配圖中有修改，在說(shuō)明書(shū)中要注明變更；6.書(shū)寫(xiě)工整，字跡清晰，層次分明； 7.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要有封面和封底，均采用A4紙，裝訂成冊(cè)。指導(dǎo)教師（簽字）年 月 日審題小組組長(zhǎng)（簽字）年 月 日本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告課題名稱管殼式換熱器設(shè)計(jì)學(xué)院名稱專業(yè)名稱學(xué)生姓名指導(dǎo)教師1.選題依據(jù)及意義換熱器的基建投資在一般化工、石化企業(yè)中約占設(shè)備總投資的20%，其中固定管板式換熱器約占換熱器的70%。固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱器的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應(yīng)用。殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當(dāng)膨脹之差較大時(shí)，可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。本課題所設(shè)計(jì)的冷卻器屬于固定管板換熱器，是針對(duì)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，按照相關(guān)規(guī)定的要求，通過(guò)壁厚計(jì)算和強(qiáng)度校核等，設(shè)計(jì)固定管板式換熱器產(chǎn)品。熟悉壓力容器設(shè)計(jì)的基本要求，掌握固定管板式換熱器的常規(guī)設(shè)計(jì)方法，把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的工程設(shè)計(jì)中區(qū)，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板式管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為各種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翹式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓，釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。從此，自60年代開(kāi)始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類?；旌鲜綋Q熱器是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠?jī)闪黧w本身的密度差得以及時(shí)分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進(jìn)行熱量交換的換熱器，如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開(kāi)，并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等：板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翹式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求面設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤(pán)式換熱器和空氣冷卻器等。換熱器中流體的相對(duì)流向一般有順流和逆流兩種。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時(shí)，沿傳熱表面兩流體的溫度分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無(wú)相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減?。蝗魝鳠崦娣e不變，采用逆流時(shí)可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)3.本課題研究?jī)?nèi)容本臺(tái)設(shè)計(jì)的換熱器是一臺(tái)乙二醇胺-水換熱器，主要完成冷卻水乙二醇胺的熱量交換，設(shè)計(jì)壓力為管程1.0MPa，殼程壓力為1.0MPa，管程乙二醇胺進(jìn)，出口溫度分別為70C和45C。殼程水進(jìn)、出口溫度分別為25C和35C，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，獨(dú)立解決設(shè)計(jì)中碰到的以下問(wèn)題：（1）設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介對(duì)給定或選定的工藝流程、主要設(shè)備的形式進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。（2）根據(jù)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝計(jì)算物料衡算、熱量衡算、工藝參數(shù)的選定、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。（3）主要受壓元件強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算熱交換器各部件尤其受壓部件（如殼體）的應(yīng)力大小，檢查其強(qiáng)度是否在允許范圍內(nèi)。在考慮強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)該盡量采用中國(guó)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)材料和部件，按照國(guó)家壓力容器安全技術(shù)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算或核算。（4）計(jì)算機(jī)繪圖及說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)利用AutoCAD軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個(gè)零件圖，并編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。4.本課題研究方法行動(dòng)研究法是一種適應(yīng)小范圍教育改革的探索性的研究方法，起目的不在于建立理論，歸納規(guī)律，而是對(duì)教育活動(dòng)和教育實(shí)踐中的問(wèn)題，在行動(dòng)研究中不斷地探索，改進(jìn)工作，解決教育實(shí)際問(wèn)題。行動(dòng)研究將改革行動(dòng)與研究工作相結(jié)合，與教育實(shí)踐的具體改革行動(dòng)機(jī)密相連。（特點(diǎn)是邊執(zhí)行、邊評(píng)價(jià)、邊修改）。模式：預(yù)診-收集資料初步研究擬定總體計(jì)劃制定具體計(jì)劃行動(dòng)總結(jié)評(píng)價(jià)這個(gè)方法的具體特點(diǎn)：一是具有動(dòng)態(tài)性，所有的設(shè)想，計(jì)劃都處于一個(gè)開(kāi)放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，都有可修改的；二是較強(qiáng)的聯(lián)合性與參與性；三是在整個(gè)研究過(guò)程中，診斷性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)貫穿于行動(dòng)研究法工作流程的始終。首先要對(duì)研究過(guò)程進(jìn)行考察?？疾靸?nèi)容有：一是行動(dòng)背景因素以及影響行動(dòng)的因素。二是行動(dòng)過(guò)程，包括什么人以什么方式參與了計(jì)劃實(shí)施，使用了什么材料，安排了什么活動(dòng)，有無(wú)意外的變化、如何排除干擾。三是行動(dòng)的結(jié)果，包括預(yù)期的與非預(yù)期的，積極和消極的。要注意收集三方面的資料，背景資料是分析計(jì)劃設(shè)想有效性的基礎(chǔ)材料，過(guò)程資料是判斷行動(dòng)效果是不是、由方案帶來(lái)和怎樣帶來(lái)的考察依據(jù);結(jié)果資料是分析方案帶來(lái)的什么樣的效果的直接依據(jù)。5.研究目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度第1-2周：搜索文獻(xiàn)資料，完成外文翻譯第3-4周：完成開(kāi)題報(bào)告第5-6周：查詢各方面資料，熟悉課題，對(duì)課題形成直觀的了解，實(shí)地考察搜集資料第7-8周：整理資料，對(duì)設(shè)計(jì)中可能用到的軟件進(jìn)行熟悉，查找相關(guān)專業(yè)資料第9-10周：初步設(shè)定設(shè)計(jì)方案，通過(guò)反復(fù)比較驗(yàn)證從中并選擇最優(yōu)方案第11-12周：初步進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合專業(yè)資料，反復(fù)論證設(shè)計(jì)的合理性，依據(jù)設(shè)計(jì)步驟繪制簡(jiǎn)圖等第13-14周：論文初稿提交指導(dǎo)老師審閱6.參考文獻(xiàn)1SpenceJ,ToothAS.PressureVesselsDesignM.ConceptsandPrinciples.Oxford：AldenPress.UK:1994.2MaralikrishnaK,ShenoyUV.HeatExchangerDesignTargetsforMinimumAreaandCostM.Chem.Eng.Res.Des.2000.78-61167.3王志文主編.化工容器設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19904JB/T4700-4707-2000.壓力容器法蘭.中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).2002-8-22.5秦叔經(jīng)，葉文邦.換熱器M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.6金志浩.管殼是換熱器原理與設(shè)計(jì)M.遼寧：科學(xué)技術(shù)出版社.7Tubular.ExchangerManufacturersAssociationStandardsA.8thed,NewYork:1988.8熊勇剛.機(jī)械CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)J.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)出版社.9錢(qián)頌文,朱冬生,李慶領(lǐng)等.管式換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2003.10賀小華.化工設(shè)備常用結(jié)構(gòu)的參數(shù)化CAD設(shè)計(jì)J.南京化工大學(xué)學(xué)報(bào),1997.11楊啟明.過(guò)程裝備設(shè)計(jì)M.西南石油大學(xué),2004.12許文.新編換熱器選型設(shè)計(jì)與制造工藝實(shí)用全書(shū)M.北京：北方工業(yè)出版社，2006.13化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編輯委員會(huì)換熱器設(shè)計(jì)M上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1988.14劉曉紅.螺旋隔板換熱器的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用J.機(jī)電工程技術(shù),2008選題是否合適： 是 否課題能否實(shí)現(xiàn)： 能 不能指導(dǎo)教師（簽字）年 月 日選題是否合適： 是 否課題能否實(shí)現(xiàn)： 能 不能審題小組組長(zhǎng)（簽字）年 月 日摘 要換熱設(shè)備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來(lái)選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計(jì)中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟(jì)的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。關(guān)鍵詞：管殼式換熱器；使用范圍；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AbstractHeat exchanger in oil refining，petrochemical，and widely used in other industries，it is suitable for cooling，heating，evaporation and condensation，heat recovery，and various other aspects.Among them，shell-and-tube heat exchanger in the heat transfer efficiency，size of equipment and metal consumption than other new type of heat-exchange equipment，but it has a strong structure，flexibility，high reliability，widely used and so on，so the project is still being widely used.Structure design of shell-and-tube heat exchanger，is to ensure that the heat exchanger and the quality of life，you must consider many factors，such as material，pressure，temperature and wall temperature difference，scaling，fluid properties，as well as maintenance and cleaning，and so on to choose an appropriate structure.With a form of heat exchangers，for a variety of conditions，often used structures are not the same.In engineering design，apart from used as far as possible the training series，often designed according to their specific conditions，to meet the needs of technology (supported by most reasonable under suitable conditions the most effective and most economic manufacture of heat exchangers，and so on).Key words： shell-and-tube heat exchanger；use；heat exchanger目 錄第一章 前言11.1換熱器概述11.2換熱器的分類1第二章 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)12.1管程結(jié)構(gòu)12.2殼程結(jié)構(gòu)22.3 管程和殼程數(shù)的確定4第三章 管殼式換熱器的熱力計(jì)算63.1確定物性參數(shù)63.2傳熱量與水流熱量63.3有效平均溫差73.4結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)73.5管程換熱系數(shù)計(jì)算83.6殼程換熱系數(shù)計(jì)算93.7總傳熱系數(shù)計(jì)算103.8管壁溫度計(jì)算113.9管程壓降計(jì)算113.10殼程壓降計(jì)算12第四章 換熱器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)144.1 換熱器殼體壁厚計(jì)算及校核144.2 換熱器封頭的選擇154.3 法蘭墊片的選擇164.3.1固定端法蘭與墊片164.3.2 接管法蘭型式與尺寸174.4 管板的設(shè)計(jì)184.5 換熱管與管板連接拉脫力194.5 膨脹節(jié)204.5.1膨脹節(jié)204.5.2膨脹節(jié)計(jì)算214.6 折流板設(shè)計(jì)234.6.1折流板型式244.6.2折流板尺寸244.6.3折流板的布置254.7 進(jìn)出口設(shè)計(jì)264.7.1接管外伸長(zhǎng)度264.7.2接管與筒體、管箱殼體的連接274.7.3接管最小位置29第五章 總結(jié)31參考文獻(xiàn)32謝 辭33第一章 前言1.1換熱器概述 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。 在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實(shí)踐中有時(shí)也會(huì)存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無(wú)本質(zhì)上的區(qū)別。 在化工、石油、動(dòng)力、制冷、食品等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，且它們是上述這些行業(yè)的通用設(shè)備，占有十分重要的地位。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)制造結(jié)構(gòu)改進(jìn)以及傳熱機(jī)理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼問(wèn)世。1.2換熱器的分類 換熱器作為傳熱設(shè)備被廣泛用于耗能用量大的領(lǐng)域。隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展，換熱器的種類越來(lái)越多。適用于不同介質(zhì)、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結(jié)構(gòu)型式也不同，換熱器的具體分類如下： 1、換熱器按傳熱原理可分為： 1）間壁式換熱器 間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開(kāi)的空間里流動(dòng)，通過(guò)壁面的導(dǎo)熱和流體在壁表面對(duì)流，兩種流體之間進(jìn)行換熱。因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。 2）蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器通過(guò)固體物質(zhì)構(gòu)成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質(zhì)先通過(guò)加熱固體物質(zhì)達(dá)到一定溫度后，冷介質(zhì)再通過(guò)固體物質(zhì)被加熱，使之達(dá)到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉(zhuǎn)式、閥門(mén)切換式等。 3）流體連接間接式換熱器 流體連接間接式換熱器，是把兩個(gè)表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來(lái)的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。如煉焦?fàn)t下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。 4）混合式換熱器 混合式換熱器是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時(shí)分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，冷水塔、氣體冷凝器等。 2、換熱器按用途分為： 1）冷卻器冷卻器是把流體冷卻到必要的溫度，但冷卻流體沒(méi)有發(fā)生相的變化。 2）加熱器 加熱器是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒(méi)有發(fā)生相的變化。 3）預(yù)熱器 預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。 4）過(guò)熱器 過(guò)熱器用于把流體(工藝氣或蒸汽)加熱到過(guò)熱狀態(tài)。 5）蒸發(fā)器 蒸發(fā)器用于加熱流體，達(dá)到沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。 下面我們主要介紹列管式換熱器 。 1、 列管式換熱器分類列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。 一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。列管式換熱器，按材質(zhì)分為碳鋼列管式換熱器，不銹鋼列管式換熱器和碳鋼與不銹鋼混合列管式換熱器三種，按形式分為固定管板式、浮頭式、U型管式換熱器，按結(jié)構(gòu)分為單管程、雙管程和多管程，傳熱面積1500m2，可根據(jù)用戶需要定制。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程。列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)來(lái)分，主要有以下幾種：浮頭式換熱器、固定式換熱器、U形管換熱器、填料函式換熱器等1）浮頭式換熱器浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。新型浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設(shè)凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套絲或焊設(shè)多個(gè)螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關(guān)零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開(kāi)一個(gè)以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通；在凹型和梯型凹槽之間鉆孔并套絲或焊設(shè)多個(gè)螺桿均布，設(shè)浮頭法蘭為凸型和梯型凸臺(tái)雙密封，分程隔板與梯型凸臺(tái)相通并位于同一端面的寬面法蘭，且凸型和梯型凸臺(tái)及分程隔板分別與浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相對(duì)應(yīng)匹配，該浮頭法蘭與無(wú)折邊球面封頭組配焊接為浮頭蓋，其法蘭螺孔與浮頭管板的絲孔或螺桿相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其墊片，該結(jié)構(gòu)必要時(shí)可適當(dāng)加大浮頭管板的厚度和直徑及圓筒的內(nèi)徑，同時(shí)相應(yīng)變更加大相關(guān)零部件的尺寸；另配置一無(wú)外力輔助鋼圈，其圈體內(nèi)徑大于浮頭管板外徑，鋼圈一端設(shè)法蘭與外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面凹型或梯型密封面連接并密封，另一端設(shè)法蘭或其他結(jié)構(gòu)與浮頭管板原凹型槽及其墊片或外圓密封。浮頭換熱器的特點(diǎn)：浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng)，這個(gè)特點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)能看出來(lái)。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高（比固定管板高20%），在運(yùn)行中浮頭處發(fā)生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。2）固定管板式換熱器固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈（或膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長(zhǎng)度設(shè)置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、緊湊、造價(jià)便宜，但殼程清洗困難，對(duì)于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時(shí)管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時(shí)，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50以上時(shí)，為安全起見(jiàn)，換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于6070和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。一般殼程壓強(qiáng)超過(guò)0.6Mpa時(shí)由于補(bǔ)償圈過(guò)厚，難以伸縮，失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。固定管板式換熱器的特點(diǎn)1、 旁路滲流較??；2、 造價(jià)低；3、 無(wú)內(nèi)漏；固定管板式換熱器的缺點(diǎn)是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無(wú)法清洗，管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場(chǎng)合。3）U型管式換熱器這類換熱器只有一個(gè)管板，管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。4）填料函式換熱器：這類換熱器管束一端可以自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，造價(jià)也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能，殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。32第二章 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)2.1管程結(jié)構(gòu) 換熱管規(guī)格和排列的選擇換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。因此，對(duì)于潔凈的流體管徑可取小些。但對(duì)于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞?？紤]到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過(guò)多。目前我國(guó)試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用和兩種規(guī)格，對(duì)一般流體是適應(yīng)的。此外，還有，的無(wú)縫鋼管和，的耐酸不銹鋼管。按選定的管徑和流速確定管子數(shù)目，再根據(jù)所需傳熱面積，求得管子長(zhǎng)度。實(shí)際所取管長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)出廠的鋼管長(zhǎng)度合理截用。我國(guó)生產(chǎn)的鋼管長(zhǎng)度多為6m、9m，故系列標(biāo)準(zhǔn)中管長(zhǎng)有1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m六種，其中以3m和6m更為普遍。同時(shí)，管子的長(zhǎng)度又應(yīng)與管徑相適應(yīng)，一般管長(zhǎng)與管徑之比，即L/D約為46。管子的排列方式有等邊三角形和正方形兩種。與正方形相比，等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動(dòng)程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對(duì)易結(jié)垢流體更為適用。如將正方形排列的管束斜轉(zhuǎn)45安裝，可在一定程度上提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 圖1 管子在管板上的排列管板固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái)。封頭和管箱封頭 封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小的殼體(一般小于400mm)，圓形用于大直徑的殼體。管箱 列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋，也叫分配室。用以分配液體和起封頭的作用。壓力較低時(shí)可采用平蓋，壓力較高時(shí)則采用凸形蓋，用法蘭與管板連接。檢修時(shí)可拆下管箱對(duì)管子進(jìn)行清洗或更換。管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)符合以下兩個(gè)條件1） 軸向開(kāi)孔的單管程管箱，開(kāi)口中心處的最小深度應(yīng)不小于接管內(nèi)直徑的1/3。2） 多管程的內(nèi)側(cè)深度應(yīng)保證兩程之間的最小流通面積不小于每管程換熱管流通面積的1.3倍；當(dāng)操作允許時(shí)也可等于換熱管的流通面積。3） 管箱長(zhǎng)度還應(yīng)考慮管程進(jìn)出管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的2B邊緣應(yīng)力影響范圍,如果緊挨殼程進(jìn)出管,還應(yīng)考慮裝卸螺栓螺母,這點(diǎn)新手特別容易忽視,特別在不按比例制圖情況下,個(gè)別情況還應(yīng)考慮人進(jìn)入管箱維護(hù)的空間。4） 管箱的長(zhǎng)度還應(yīng)考慮接管到封頭切線的距離，接管焊縫到法蘭密封面之間的距離.管箱的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短一些。2.2殼程結(jié)構(gòu)殼體換熱器殼體的內(nèi)徑應(yīng)等于或稍大于(對(duì)浮頭式換熱器而言)管板的直徑。根據(jù)計(jì)算出的實(shí)際管數(shù)、管徑、管中心距及管子的排列方法等，可用作圖法確定殼體的內(nèi)徑。但是，當(dāng)管數(shù)較多又要反復(fù)計(jì)算時(shí)，作圖法太麻煩費(fèi)時(shí)，一般在初步設(shè)計(jì)時(shí)，可先分別選定兩流體的流速，然后計(jì)算所需的管程和殼程的流通截面積，于系列標(biāo)準(zhǔn)中查出外殼的直徑。待全部設(shè)計(jì)完成后，仍應(yīng)用作圖法畫(huà)出管子排列圖。為了使管子排列均勻，防止流體走短路，可以適當(dāng)增減一些管子。另外，初步設(shè)計(jì)中也可用下式計(jì)算殼體的內(nèi)徑，即: 式中D殼體內(nèi)徑，m； t管中心距，m； nc橫過(guò)管束中心線的管數(shù)； b管束中心線上最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，一般取b=(11.5)do。nc值可由下面的公式計(jì)算。管子按正三角形排列時(shí)： 管子按正方形排列時(shí)： 式中n為換熱器的總管數(shù)。折流擋板安裝折流擋板的目的是為提高管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，為取得良好的效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍動(dòng)程度大為增加。常用的折流擋板有圓缺形和圓盤(pán)形兩種，前者更為常用。切去的弓形高度約為外殼內(nèi)徑的1040，一般取2025，過(guò)高或過(guò)低都不利于傳熱。 a.圓缺形 b.圓盤(pán)形 a.圓缺形 b.圓盤(pán)形圖2 折流板兩相鄰擋板的距離(板間距)h為外殼內(nèi)徑D的(0.21)倍。板間距過(guò)小，不便于制造和檢修，阻力也較大。板間距過(guò)大，流體就難于垂直地流過(guò)管束，使對(duì)流傳熱系數(shù)下降。對(duì)圓缺形擋板而言，弓形缺口的大小對(duì)殼程流體的流動(dòng)情況有重要影響。由圖2可以看出，弓形缺口太大或太小都會(huì)產(chǎn)生死區(qū)，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。 a.切除過(guò)少 b.切除適當(dāng) c.切除過(guò)多圖3擋板切除對(duì)流動(dòng)的影響擋板的間距對(duì)殼體的流動(dòng)亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過(guò)管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。一般取擋板間距為殼體內(nèi)徑的0.21.0倍。我國(guó)系列標(biāo)準(zhǔn)中采用的擋板間距為：固定管板式有100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，700mm七種浮頭式有100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，350mm，450mm（或480mm），600mm八種。圖4 裝有圓形折流擋板的列管換熱器緩沖板緩沖擋板 為防止殼程流體進(jìn)入換熱器時(shí)對(duì)管束的沖擊，可在進(jìn)料管口裝設(shè)緩沖擋板。其它主要附件 導(dǎo)流筒 殼程流體的進(jìn)、出口和管板間必存在有一段流體不能流動(dòng)的空間(死角)，為了提高傳熱效果，常在管束外增設(shè)導(dǎo)流筒，使流體進(jìn)、出殼程時(shí)必然經(jīng)過(guò)這個(gè)空間。 放氣孔、排液孔 換熱器的殼體上常安有放氣孔和排液孔，以排除不凝性氣體和冷凝液等。 接管尺寸 換熱器中流體進(jìn)、出口的接管直徑按下式計(jì)算，即：式中Vs-流體的體積流量，m3/s； u -接管中流體的流速，m/s。流速u的經(jīng)驗(yàn)值為:對(duì)液體：u=1.52 m/s；對(duì)蒸汽：u=2050 m/s；對(duì)氣體：u=(1520)p/；式中p為壓強(qiáng)，單位為atm ；為氣體密度，單位為kg/m3。2.3 管程和殼程數(shù)的確定當(dāng)流體的流量較小或傳熱面積較大而需管數(shù)很多時(shí)，有時(shí)會(huì)使管內(nèi)流速較低，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較小。為了提高管內(nèi)流速，可采用多管程。但是程數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致管程流體阻力加大，增加動(dòng)力費(fèi)用；同時(shí)多程會(huì)使平均溫度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面積減少，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這些問(wèn)題。列管式換熱器的系列標(biāo)準(zhǔn)中管程數(shù)有1、2、4和6程等四種。采用多程時(shí)，通常應(yīng)使每程的管子數(shù)大致相等。管程數(shù)m可按下式計(jì)算，即： 式中 u管程內(nèi)流體的適宜速度，m/s； u管程內(nèi)流體的實(shí)際速度，m/s。當(dāng)殼方流體流速太低時(shí)，也可以采用殼方多程。如殼體內(nèi)安裝一塊與管束平行的隔板，流體在殼體內(nèi)流經(jīng)兩次，稱為兩殼程。但由于縱向隔板在制造、安裝和檢修等方面都有困難，故一般不采用殼方多程的換熱器，而是將幾個(gè)換熱器串聯(lián)使用，以代替殼方多程。例如當(dāng)需二殼程時(shí)，則將總管數(shù)等分為兩部分，分別安裝在兩個(gè)內(nèi)徑相等而直徑較小的外殼中，然后把這兩個(gè)換熱器串聯(lián)使用。第三章 管殼式換熱器的熱力計(jì)算3.1確定物性參數(shù)定性溫度：可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼程流體水的定性溫度：t=(t1+t2)/2=(25+35)/2=30管程流體乙二醇胺的定性溫度：T=(T1+T2)/2=(70+45)/2=57.5。水在30的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 1=995.7kg/m3定壓比熱容 Cp1=4.174kJ/(kg)熱導(dǎo)率 1=0.618W/(m)粘度 1=8.0510-7Pas乙二醇在57.5的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 i=1052.04 kg/m3定壓比熱容 Cpi=2.87kJ/(kgK)熱導(dǎo)率 i=0.265W/(mK)粘度 i=697.7610-6Pas流量 qmi=63131.31kg/h3.2傳熱量與水流熱量取定換熱器熱效率為=0.98冷凝段傳熱量：Q1= G1/3600=1.31.9861031052.040.98/3600=739.4KW冷卻段傳熱量：Q1C= G1Cp1C(t3- t1”)/3600 =1.31.9861032.87(70-45)0.98/3600 =50.4KW總傳熱量Q0= Q1+ Q1C=739.4+50.4=789.8KW冷卻水的流量： G2=18922Kg/h設(shè)定冷凝段和冷卻段分界處水的溫度為t3 G2=18922Kg/h 解得 t3=34.33.3有效平均溫差冷凝段溫差： =39.8對(duì)于冷凝，冷凝溫度基本一定，故溫差校正系數(shù)為1，所以有效平均溫差=39.8冷卻段溫差： =27.1查得溫差校正系數(shù)=0.82所以有效平均溫差=0.8227.1=22.23.4結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)參考表2-7，初選冷凝段的傳熱系數(shù)=850W/m 初選冷卻段的傳熱系數(shù)=250W/m初選傳熱面積：冷凝段的傳熱面積：= =21.86m2冷卻段的傳熱面積： =7.4m2選用無(wú)縫鋼管作換熱管管子外徑 d0=19mm管子內(nèi)徑 di=15mm管子長(zhǎng)度取l=4.5m管子總數(shù)：=108.9取121根管間距 S=1.25d0=1.250.019=0.025m管束中心排管數(shù)：NC=1.1=1.1=12.1 取13根殼體內(nèi)徑：取Di=0.6m長(zhǎng)徑比：l/Di=3/0.6=5 合理弓形折流板弓高：h=0.25Di=0.250.6=0.15m折流板間距：B=Di/3=0.6/3=0.200m折流板數(shù)量：nb=l/B-1=3/0.200-1=14塊取13塊。3.5管程換熱系數(shù)計(jì)算管程流通截面積：管程流速：w2=0.25m/s管程雷諾數(shù)：Re2=7135管程質(zhì)量流量：248.9Kg/s管程傳熱系數(shù):冷凝段的定性溫度：=(+t3)/2=(34.3+25)/2=29.65冷卻段的定性溫度： =(+t3)/2=(34.3+35)/2=34.65冷凝段傳熱系數(shù)： = = =2907.9冷卻段傳熱系數(shù)： = = =3048.73.6殼程換熱系數(shù)計(jì)算殼程流通面積： f1=BDI(1-d0/S)=0.2000.6(1-0.019/0.025)=0.0263m殼體當(dāng)量直徑：=0.0533m殼程流速冷凝段：=11.80m/s冷卻段：=0.035m/s凝段管外壁溫度假定值： =58膜溫：tm=64膜溫下的物性參數(shù)查表得：m=0.1607W/m=765.41kg/m3 =0.3166冷凝負(fù)荷：=G/=0.0497kg/（m.s）冷凝段雷諾數(shù)：=627.9冷卻段雷諾數(shù)：=4330冷卻段管外壁溫假定值： =42壁溫下乙二醇粘度：=0.3519Pas粘度修正系數(shù)：=0.993切去弓形面積所占比例按h/Di=0.2 查得為0.145殼程傳熱因子查圖圖2-12得=75冷凝段殼程換熱系數(shù)：冷凝負(fù)荷：=26.60Kg/() =0.945 =0.945 =31394冷卻段殼程換熱系數(shù)： =400.73.7總傳熱系數(shù)計(jì)算乙二醇側(cè)污垢熱阻：r1=0.0001762/W水側(cè)污垢熱阻： r2=0.000344/W總傳熱系數(shù)冷凝段：=936冷卻段：= = =284.8傳熱系數(shù)比值： =936/850=1.10 合理 =284.8/250=1.14 合理3.8管壁溫度計(jì)算假設(shè)冷凝段傳熱長(zhǎng)度假設(shè)冷卻段傳熱長(zhǎng)度冷凝段管外壁熱流密度： = =22318W/管外壁溫度： =tm- (=64.4-22318（+0.0001762） =59.7誤差校核：-=58-59.7=-1.7 誤差不大冷卻段管外壁熱流密度： =2937.1W/m2.管外壁溫度： =- (+r1)=51.2-2937.1（0.0001762） =43.4誤差校核：-=42-43.4=-1.4 誤差不大3.9管程壓降計(jì)算管內(nèi)壁溫度：tw2=t2+=37+2937.1（+0.000344） =39.5壁溫下水的粘度：=659 PaS粘度修正系數(shù)： =1.008查得管程摩擦系數(shù)：2=0.042管內(nèi)沿程壓降： =()()() =1722.75 Pa回彎壓降： = =1102.60Pa取進(jìn)口管處質(zhì)量流速： =1600kg/m2s進(jìn)出口管處壓降：=1.5=1.5=1933.05 Pa管程結(jié)垢校正系數(shù)：=1.4管程壓降：=( =(1722.75+1102.60)1.4+1933.05=5888.54 Pa3.10殼程壓降計(jì)算殼程當(dāng)量直徑： =0.0471m雷諾數(shù)：=3826.7查得殼程摩擦系數(shù)： =0.8管束壓降： =68.46 Pa取進(jìn)出口質(zhì)量流速：=1000kg/進(jìn)出口管壓降：=1.5=1.5=964.17 Pa取導(dǎo)流板阻力系數(shù)： =5導(dǎo)流板壓降：5=3213.90 Pa殼程結(jié)垢修正系數(shù)： =1.38殼程壓降： =68.461.38+3213.90+964.17 =4272.5 Pa殼程允許壓降：=20000 Pa管程允許壓降：=50000 Pa 即壓降符合要求。第四章 換熱器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 換熱器殼體壁厚計(jì)算及校核焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，焊接系數(shù)；計(jì)算壁厚為：， 式中:為計(jì)算壓力，取=1.0Mpa；600mm；=0.9；t =133Mpa將數(shù)值代入上述厚度計(jì)算公式，可以得知： 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表4-11取 ；查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表4-9得 2.52+1.2+0.25=3.97mm。又因?yàn)楦g度為2mm。故查表4-13圓整后取復(fù)驗(yàn) ，最后取 該殼體采用20鋼8mm厚的鋼板制造。1、液壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)附表9-1，可見(jiàn)，故水壓試驗(yàn)強(qiáng)度足夠。2、強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力 最大允許工作壓力 故強(qiáng)度足夠。4.2 換熱器封頭的選擇選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭JB/T4737-95。橢圓形封頭是由長(zhǎng)短半軸分別由a，b的半橢圓和高度為ho的短圓筒（通稱為直邊）兩部分構(gòu)成的。直邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受到邊緣應(yīng)力的作用。受內(nèi)壓（凹面受壓）的橢圓形封頭的計(jì)算壁厚為：而對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，K=1.00，故表3-1 封頭厚度DN,mm材料殼程或管程公稱壓力PN，MPa0.61.01.62.54.06.4厚度，mm600Q235-A/B/C8881016MnR888810161Cr18Ni9Ti55681218表3-2 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的直邊高度ho(mm)封頭材料碳素鋼、普低鋼、復(fù)合鋼板不銹鋼封頭壁厚4810182039101820直邊高度254050254050
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