畢業(yè)設計--水—異丁烷換熱器設計

1、<p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　題 目水—異丁烷換熱器設計</p><p>　學生姓名學號專業(yè)班級</p><p>　設計（論文）內容及基本要求設計參數(shù)：熱負荷：Q=200KW； 介質流量：根據(jù)熱負荷計算；設計壓力（MPa）：管程 0.3，殼程 0.53；設計溫度（℃）：管程入口 25，管程出口 35；殼程溫度 40，殼程入口

2、 飽和氣，殼程出口 飽和液；介質：管程 水，殼程 異丁烷；允許壓降：≤100000Pa。設計工作內容要求：1 研究設計題目，查閱換熱器設計有關文獻，完成包括本課題的意義、國內外狀況、研究內容、所采用的方法、手段以及步驟、詳細的階段進度時間計劃等內容的開題報告。2 完成一篇與換熱器設計有關的外文資料（不少于15000個印刷符號）的翻譯。3 根據(jù)提供的基礎數(shù)據(jù)、操作條件確定設計方案，進行傳熱計算，對換熱器主體結構進行設計、選型、選材，通

3、過計算確定筒體和封頭的厚度，并對開孔、接管、法蘭、支座等附件進行強度校核。4 完成換熱器設計的符合《西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文）撰寫規(guī)范》的畢業(yè)設計論文。5 完成換熱器設計零號圖紙共3張以上（合計）。</p><p>　設計（論文）起止時間2013 年 2 月 25 日 至 2013 年 6 月 14 日</p><p>　設計（論文）地點西安石油大學</p><

4、;p>　指導教師簽名年 月 日</p><p>　系（教研室）主任簽名年 月 日</p><p>　學生簽名年 月 日</p><p>　　水-異丁烷換熱器設計</p><p>　　摘要：列管式換熱器在煉油、石油化工、醫(yī)藥、化工以及其它工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。列管式換熱

5、器雖然在換熱效率、設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備，但它具有結構堅固、操作彈性大、可靠程度高、適用范圍廣等優(yōu)點，所以在各個工程中仍得到普遍使用。</p><p>　　冷凝器是列管式換熱器的一種，本設計主要是圍繞冷凝器的工藝、結構設計，并依據(jù)有關標準進行相關的設計計算和校核。通過對換熱器的工藝設計(包括換熱器型號選擇、流程安排、傳熱面積計算、阻力計算、總傳熱系數(shù)校核等)、結構設計、結構材料選

6、擇、以及強度校核，來提高實踐環(huán)節(jié)的能力。同時也對換熱器內件和附件進行了設計和選擇，并進行了相應的強度校核，確定了換熱器的類型為固定管板式冷凝器。分析了焊接工藝和焊接結構的選取以及容器的制造、檢驗和驗收方法。最后對設計的經(jīng)濟和可行性進行了分析。</p><p>　　關鍵詞：冷凝器; 固定管板; GB151-1999; GB150-2011</p><p>　　Design of wat

7、er and iso-butane heat exchanger</p><p>　　Abstract: Tubular heat exchangers are widely used in oil refining，petrochemical， pharmaceutical，chemical and other industries, and also applied in cooling, refriger

8、ating, heating，evaporation and heat recovery，and so on. Obviously, there are some disadvantages of tubular heat exchangers such as lower efficiency, huge volume and waste of metallic materials comparing with other novel

9、heat transfer equipment. But it still used in various projects for its inherent merits like strong structure, flexi</p><p>　　Condenser is a kind of heat exchanger. This paper has carried out the design calcu

10、lation of a condenser and its validating based on the relevant standards around technology, structure design. The practice ability of the author has been improved through the process of heat exchanger design (including

11、heat exchanger model choice, process arrangement, heat transfer area computation, friction calculation, the total heat transfer coefficient check, etc.), structure design, structure material selecti</p><p>　

12、　Key words: Condenser; Fixed tube sheet; GB151-1999; GB150-2011</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1換熱器的發(fā)展.1</p><p>　　1.2

13、 課題的目的和意義1</p><p>　　1.2.1 課題的目的1</p><p>　　1.2.2 課題的意義1</p><p>　　1.3 換熱器國內外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢2</p><p>　　1.3.1換熱器國內的發(fā)展概況2</p><p>　　1.3.2 換熱器的國外發(fā)展概況3</p>&

14、lt;p>　　1.4 換熱器的分類5</p><p>　　1.4.1 按用途分類5</p><p>　　1.4.2按冷、熱流體的傳熱方式分類5</p><p>　　1.4.3列管式換熱器的詳細分類錯誤!未定義書簽。</p><p>　　2 工藝結構的計算.8</p><p>　　2.1 設計任務和設計條

15、件...8</p><p>　　2.2 確定設計方案..8</p><p>　　2.3 確定物性溫度和物性數(shù)據(jù)..8</p><p>　　2.4 估算傳熱面積..9</p><p>　　2.4.1管程冷卻水的流量..10</p><p>　　2.4.2殼體異丁烷的質量流量..10</p>&l

16、t;p>　　2.4.3平均傳熱溫差..10</p><p>　　2.4.4傳熱面積的估算..11</p><p>　　2.5 工藝結構尺寸的計算..11</p><p>　　2.5.1 管徑和管內流速..11</p><p>　　2.5.2 計算管程數(shù)和傳熱管數(shù)..11</p><p>　　2.5.3

17、平均傳熱溫差和殼程數(shù)..11</p><p>　　2.5.4 傳熱管的排列和分程方法..12</p><p>　　2.5.5 殼體內徑的計算..13</p><p>　　2.5.6折流板..13</p><p>　　2.5.7其他附件..13</p><p>　　2.5.8 接管..14</p>

18、<p>　　2.6換熱器核算..14</p><p>　　2.6.1 換熱器的熱流量核算..14</p><p>　　2.6.2壁溫核算17</p><p>　　2.6.3 換熱器內流體的流動阻力..17</p><p>　　2.6.4 換熱器的主要尺寸和計算結果..19</p><p>　　3

19、 換熱器的機械結構設計..21</p><p>　　3.1 選材..21</p><p>　　3.2 管板與殼體、管箱、換熱管的連接..22</p><p>　　3.2.1 管板與殼體的連接結構..22</p><p>　　3.2.2 管板與管箱的連接結構..22</p><p>　　3.2.3 管板與

20、傳熱管的連接結構..22</p><p>　　3.3其他零部件結構..23</p><p>　　3.3.1管程23</p><p>　　3.3.2分程隔板..23</p><p>　　3.3.3拉桿..24</p><p>　　3.3.4排氣口與排液口..25</p><p>　　3

21、.3.5膨脹節(jié)..25</p><p>　　4 換熱器的強度設計及其校核.26</p><p>　　4.1筒體的計算..26</p><p>　　4.2封頭的計算.27</p><p>　　4.3 接管開口補強校核..28</p><p>　　4.3.1管箱接管開孔補強.28</p><

22、p>　　4.3.2 殼程接管的開孔補強..29</p><p>　　4.4 管板法蘭的設計及校核.31</p><p>　　4.4.1選定法蘭結構..31</p><p>　　4.4.2墊片.31</p><p>　　4.4.3螺栓..31</p><p>　　4.4.4法蘭.32</p>

23、<p>　　4.4.5應力校核..34</p><p>　　4.5支座的設計及校核.34</p><p>　　4.5.1支座反力的計算..34</p><p>　　4.5.2支座的選型.35</p><p>　　4.5.3 強度校核..35</p><p>　　5 經(jīng)濟性分析.39</p

24、><p><b>　　6 總結..40</b></p><p><b>　　參考文獻41</b></p><p><b>　　致謝.42</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　

25、1.1換熱器的發(fā)展</b></p><p>　　在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱換熱器。它是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備。換熱器既可是一種單獨的設備，如加熱器、冷卻器及凝汽器等；也可是某一工藝設備的組成部分，如氨合成塔內的熱交換器。</p><p>　　早期的換熱器只能采用簡單的結構，而且傳熱面積小、體積大和笨重。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式

26、換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。</p><p>　　二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結構緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。60年代左右，由于空間技術和尖端科學的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換

27、熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應用。此外，自60年代開始，為了適應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一步的發(fā)展。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。</p><p>　　1.2 課題的目的和意義</p><p>　　1.2.1 課題的目的</p><p>　　通過此次換熱器的設計，正確系統(tǒng)地認識換熱器，了解其

28、設計過程，掌握其設計方法。運用所學到的知識解決設計時的實際問題。學會查閱和熟練使用參考文獻，為以后的工作積累寶貴經(jīng)驗。</p><p>　　1.2.2 課題的意義</p><p>　　節(jié)約能源是當今世界的一種重要社會意識，是指盡可能的減少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行為。加強用能管理，采取技術上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費的各個環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損

29、失和污染物排放、制止浪費，有效、合理地利用能源。 《中國人民共和國節(jié)約能源法》[1]指出“節(jié)約資源是我國的基本國策。國家實施節(jié)約與開發(fā)并舉、把節(jié)約放在首位的能源發(fā)展戰(zhàn)略?！痹诟鲊麓罅α繉ふ倚碌哪茉匆约霸诠?jié)約能源上研究新途徑，換熱設備的研究受到世界各國政府以及研究機構的高度重視，在研究投入大量資金、人力資源配備足夠的情況下，一批具有代表性的高效能換熱器和強化傳熱元件誕生。目前，在我國石油化工產(chǎn)業(yè)換熱器受到普遍的重視，而換熱器的廣泛應用性

30、，決定了換熱器換熱性能的改善，設計理論的不斷創(chuàng)新，企業(yè)經(jīng)濟的收益和工業(yè)的飛速發(fā)展，都具有一定的積極作用，為節(jié)約能源和保護環(huán)境有顯著的貢獻[2]。</p><p>　　1.3 換熱器國內外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　1.3.1換熱器國內的發(fā)展概況</p><p>　　對國內換熱器市場的調查表明，近年來，隨著我國石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器的需求水平大幅

31、上漲，但國內企業(yè)的供給能力有限，導致?lián)Q熱器行業(yè)呈現(xiàn)供不應求的市場狀態(tài)，巨大的供給缺口需要進口來彌補。換熱器是一種高效緊湊的換熱設備，它的應用幾乎涉及到所有的工業(yè)領域，而且其類型、結構和使用范圍還在不斷發(fā)展[3]。近年來，焊接型板式換熱器的緊湊性、重量輕、制冷性能好、運行成本低等優(yōu)越性已越來越被人們所認識。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，換熱器技術的發(fā)展，特別是各種大型的工業(yè)制冷裝置和空調用制冷裝置發(fā)展迅速，這為各種換熱器的應用提供了廣闊的市場。&l

32、t;/p><p>　　近幾十年來，換熱器技術有所發(fā)展，但比較緩慢，綜合傳熱系數(shù)始終在60 左右徘徊，沒有大幅度的飛躍。理論上也沒有找到發(fā)展的明確方向，因而換熱器技術進展不快。其主要問題表現(xiàn)在以下幾個方面。1、單位體積換熱面積小，緊湊性差。2、傳熱系數(shù)小，效率低。3、可靠性差。4、生產(chǎn)周期長，金屬耗量大。5、組裝、檢修、維護困難。無論是換熱器的研制者，還是換熱器的使用者，都追求換熱器性能指標的完美。當前發(fā)展的基本方向是

33、：繼續(xù)提高換熱器的熱效率，改進換熱器結構的緊湊性，加速生產(chǎn)制造的標準化、系列化和專門化。管殼式換熱器追求的目標是：綜合傳熱系數(shù)K值高；兩側流體的壓力損失△P值低；體積的緊湊度a值高；低廉的成本和價格；性能持久和使用壽命長；制造容易和操作方便[4]。 </p><p>　　從什么角度分析中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況？以什么方式評價中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度？中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展定位和前景是什么？中國管殼

34、式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展與當前經(jīng)濟熱點問題關聯(lián)度如何……諸如此類，都是管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展必須面對和解決的問題——中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展已到了岔口；中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)急需選擇發(fā)展方向。</p><p>　　中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告闡述了世界管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距，開創(chuàng)性地提出了“新型管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)” 及替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎上，從四個維度即“以人為本”

35、、“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好”和“面向未來”準確地界定了“新型管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)” 及替代產(chǎn)品的內涵。根據(jù)“新型管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)” 及替代品的評價體系和量化指標體系，從全新的角度對中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行了推演和精準預測，在此基礎上，對中國的行政區(qū)劃和四大都市圈的管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行了全面的研究。 </p><p>　　換熱器的發(fā)展前景：換熱器的所有種類中，管殼式換熱器是一個量大而品種繁多的產(chǎn)品，由于國防工業(yè)

36、技術的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強化傳熱，效果將更好，目前一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術。對材料的噴涂，我國已從國外引進生產(chǎn)線。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導熱性，價格比鈦材便宜，應予注意。近年來國內在節(jié)能增效等方面

37、改進換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。根據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要，“十一五”期間我國經(jīng)濟增長將保持年均7.5％的速度。而石化及鋼鐵作為支柱型產(chǎn)業(yè)，將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢頭，預計2010年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過5000億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破4000億元。這些行業(yè)的發(fā)展都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)

38、展空間。未來，國內市場需求將呈</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計，在一般石油化工企業(yè)中，換熱器的投資占全部投資的40﹪-50﹪；在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中約占30﹪-40﹪；在熱電廠中，如果把鍋爐也作為換熱設備，換熱器的投資約占整個電廠總投資的70﹪；在制冷機中，蒸發(fā)器的質量要占制冷機總質量的30﹪-40﹪，其動力消耗約占總值的20﹪-30﹪。由此可見，換熱器的合理設計和良好運行對企業(yè)節(jié)約資金、能源和空間都十分重要。提高換熱

39、器傳熱性能并減小其體積，在能源日趨短缺的今天更是具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益[5]。</p><p>　　1.3.2 換熱器的國外發(fā)展概況</p><p>　　對國外換熱器市場的調查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導地位。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結構方面也有不少新的發(fā)展?，F(xiàn)就幾種

40、新型換熱器的特點簡介如下：</p><p>　　自20世紀70年代世界爆發(fā)能源危機以來，對傳統(tǒng)換熱設備的強化傳熱研究逐漸興起，并主要集中在兩大方向上：一是開發(fā)新品種的換熱器，如板式、螺旋板式、振動盤式、板翅式等，這些換熱器的設計思想都是盡可能地提高換熱器的緊湊度和換熱效率；二是對傳統(tǒng)的管殼式換熱器采取強化傳熱措施，也就是用各種異型強化管取代原來的光管，如螺紋管、橫紋（槽）管、縮放管、翅片管，或者在管內插入擾流物，

41、如螺旋扭帶、靜態(tài)混合器等[6]?，F(xiàn)就幾種新型換熱器的特點簡介如下：</p><p>　　氣動噴涂翅片管換熱器　　俄羅斯提出了一種先進方法，即氣動噴涂法，來提高翅片化表面的性能。其實質是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷（金屬陶瓷混合物），從而得到各種不同性能的表面?！　⒀芯康某崞男逝c計算數(shù)據(jù)進行比較，得出的結論是：氣動噴涂翅片的底面的接

42、觸阻力對效率無實質性影響。為了證實這一點，又對基部管子與表面翅片的過渡區(qū)進行了金相結構分析。</p><p>　　非釬焊繞絲筋管螺旋管式換熱器　　在管子上纏繞金屬絲作為筋條翅片的螺旋管式換熱器，一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。但這種方法對整個設備的質量有一系列的影響，因為釬焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會造成機器和設備堵塞，隨之提前報損。　　

43、俄羅斯推薦一種新方法制造繞絲筋管，即借助在管子上纏繞和拉緊金屬絲時產(chǎn)生的機械接觸來固定筋條。采用此法能促進得到釬焊時的連續(xù)特性即將金屬絲可靠地固定在管子上，而管子的截面又不過分壓緊，故對于金屬絲僅用做隔斷時，可以認為是較釬焊更受歡迎的方法。但若利用金屬絲作為筋條翅片以增加換熱面積時，只有當非釬焊筋條的有效傳熱面不小于釬焊連接時，才應更偏重于此方法。</p><p><b>　　螺旋折流板換熱器</

44、b></p><p>　　在管殼式換熱器中，殼程通常是一個薄弱環(huán)節(jié)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)（z字形流道），這樣會導致較大的死角和相對高的返混。而這些死角又能造成殼程結垢加劇，對傳熱效率不利。返混也能使平均溫差失真和縮小。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會降低凈傳熱。由于弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代（如緊湊型板式換熱器）。</p>

45、<p>　　對普通折流板幾何形狀的改進，是發(fā)展殼程的第一步。為此，美國提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。這種設計的先進性已為流體動力學研究和傳熱試驗結果所證實，此設計已獲得專利權。此種結構克服了普通折流板的主要缺點。螺旋折流板換熱器是最新發(fā)展起來的一種管殼式換熱器，是由美國ABB 公司提出的。其基本原理為：將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統(tǒng)”中，每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一，其傾角朝向換熱器的軸線，即

46、與換熱器軸線保持一定傾斜度[7]。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。每個折流板與殼程流體的流動方向成一定的角度，使殼程流體做螺旋運動，能減少管板與殼體之間易結垢的死角，從而提高了換熱效率。在氣一水換熱的情況下，傳遞相同熱量時，該換熱器可減少30 %-40 %的傳熱面積，節(jié)省材料20 %-30 %。相對于弓形折流板，螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn)象、卡門渦街，從而提高有效傳熱溫差，防止流動誘導振動；在相同流速時，殼程流動壓降

47、?。换静淮嬖谡饎优c傳熱死區(qū)，不易結垢。對于低雷諾數(shù)下Re< 1 000 的傳熱，螺旋折流板效果更為突出[8]。</p><p><b>　　4）折流桿式換熱器</b></p><p>　　20 世紀70 年代初，美國菲利浦公司為了解決天然氣流動振動問題，將管殼式換熱器中的折流板改成桿式支撐結構，開發(fā)出折流桿換熱器。研究表明，這種換熱器不但能防振，而且傳熱系數(shù)高

48、?，F(xiàn)在此種換熱器廣泛應用于單相沸騰和冷凝的各種工況。在后來出現(xiàn)了一種外導流筒折流桿換熱器，此種換熱器能最大限度地消除管殼式換熱器擋板的傳熱不活躍區(qū)，增加了單位體積設備的有效傳熱面積。目前，所有的浮頭式換熱器均采用了外導流筒。</p><p>　　1.4 換熱器的分類</p><p>　　1.4.1 按用途分類</p><p>　　換熱器按用途的不同可分為加熱器、冷卻

49、器、冷凝器和蒸發(fā)器等。</p><p>　　1.4.2按冷、熱流體的傳熱方式分類</p><p>　　按冷熱兩種流體的傳熱方式可分為：</p><p>　?、?兩流體直接接觸式換熱器；② 蓄熱式換熱器；③ 間壁式換熱器。</p><p>　　工業(yè)上應用的換熱器大多是兩種流體不能直接接觸的間壁式換熱器。間壁式換熱器又可分為：</p>

50、<p>　?、?夾套式換熱器；② 沉浸式蛇管換熱器；③ 噴淋式換熱器；④ 套管式換熱器；⑤ 螺旋板式換熱器；⑥ 板式換熱器；⑦ 板翅式換熱器；⑧ 熱管式換熱器；⑨ 列管式換熱器。</p><p>　　1.4.3列管式換熱器的詳細分類</p><p>　　列管式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性，在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗，其設計資料比較完備，在許多國家都有了系列化標

51、準。近年來盡管列管式換熱器也受到新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促進了其自身的發(fā)展。例如當流體的流速較大和壓強較高時，若采用其他類型的換熱器就有一定的困難。所以列管式換熱器目前仍是化工、石油和石油化工中使用的主要類型的換熱器，在高溫、高壓條件下和大型換熱器中，仍占絕對優(yōu)勢。</p><p>　　列管式換熱器的種類很多，其結構形式與所受的溫差應力以及是否需要溫差補償裝置有著密切的聯(lián)系。按溫差補償結構來分，主要有以下四種

52、：</p><p>　　1） 固定管板式換熱器</p><p>　　如圖1-1（a）所示，此種換熱器的特點是管束以焊接或脹接方式固定在兩塊管板上，管板分別焊接在外殼的兩端并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體上裝有流體進出口接管。與其他形式的換熱器相比，結構簡單，制造成本較低。管內不易積累污垢，即使產(chǎn)生了污垢也便于清洗，但無法對管子的外表面進行檢查和機械清洗，因而不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質。

53、由于管子和管板與殼體的連接都是剛性的，當管子和殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，在殼體和管子中將產(chǎn)生很大的溫差應力，以至管子扭彎或從管板上松脫，甚至損壞整個換熱器。</p><p>　　當管子和殼體的壁溫差大于50℃時，應在殼體上設置溫差補償——膨脹節(jié)，依靠膨脹節(jié)的彈性變形可以減少溫差應力，膨脹節(jié)的形式較多，常見的有Ｕ形、平板形和Ω形等幾種。由于Ｕ形膨脹節(jié)的撓性與強度都比較好，所以使用得最為普遍。</

54、p><p>　　當要求較大的補償量時，宜采用多波形膨脹節(jié)。</p><p>　　當管子和殼體的壁溫差大于60℃和殼程壓強超過0.6MPa時，由于補償圈過厚，難以伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔?，就應考慮其他結構。</p><p>　　2） 浮頭式換熱器</p><p>　　如圖1-1（b）所示，換熱器的一塊管板用法蘭與殼體連接，另一塊管板不與殼體連接，

55、且能自由移動。當管束與殼體受熱或受冷產(chǎn)生伸縮時，兩者互不牽制，因而不會產(chǎn)生溫差應力。浮頭部分由浮頭管板、鉤圈與浮頭端蓋組成，為可拆連接，管束可以抽出，故管內外都能清洗，也便于檢修。由于結構復雜，其造價較高。</p><p>　　3） 填料函換熱器</p><p>　　如圖1-1（c）所示，浮頭部分伸在殼體之外，它與殼體之間的空隙用一填料函密封，使換熱器管束的一端可以自由伸縮。當管束和殼體

56、間的溫差較大，管束腐蝕嚴重且需經(jīng)常更換時，采用這種形式的換熱器比較合適。這種換熱器以制造、清洗和檢修都比較方便，造價也比浮頭式的低。</p><p>　　4） Ｕ形管換熱器</p><p>　　如圖1-1（d）所示，換熱器被彎成Ｕ形，管的兩端固定在同一塊管板上，省去了一塊管板和一個管箱（流道室）。Ｕ形管具有自由伸縮的特點，可以完全消除熱應力。管束可以從殼體中抽出，管外清洗方便，但管內清洗

57、困難，所以宜讓不結垢的流體從管內流過。因彎管時，必須保證一定的曲率半徑，所以管束的中心部分存在較大的空隙，在相同直徑的殼體中排列的管子數(shù)較固定管板式少，價格比固定管板式高10％。</p><p>　　綜觀上述不同種類的換熱器，由于本設計題目為水-異丁烷換熱器的設計，水和異丁烷均為潔凈流體，不易結垢，傳熱溫度和熱負荷都較小，且管殼程的壓力較低，所以結合設計條件和項目經(jīng)費，選擇經(jīng)濟實用的固定管板式換熱器，這種換熱器具

58、有單位體積傳熱面積大，結構緊湊，堅固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強，操作彈性大，結構簡單，造價低廉，且適用于高溫、高壓的大型裝置中。并且固定管板式換熱器能得到最小的殼體內徑，管程可分多程，殼程也可分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應用。</p><p><b>　　2 工藝結構的計算</b></p><p>　　2.1 設計任務和設計條件</p

59、><p>　　題目：水-異丁烷換熱器的設計</p><p>　　設計參數(shù)：熱負荷：Q=200KW； 介質流量：根據(jù)熱負荷計算；</p><p>　　設計壓力（MPa）：管程 0.3，殼程 0.53；</p><p>　　設計溫度（℃）：管程入口 25，管程出口 35；</p><p>　　殼程溫度 40，殼程入口

60、飽和氣，殼程出口 飽和液；</p><p>　　介質：管程 水，殼程 異丁烷；</p><p>　　允許壓降：≤100000Pa。</p><p>　　2.2 確定設計方案</p><p>　　1）選擇換熱器的類型</p><p>　　異丁烷屬于無色氣體、無毒，對金屬無腐蝕性，微溶于水，與水無反應，能溶于乙醚。兩流

61、體溫度變化情況：熱流體進口溫度40℃，出口溫度40℃，冷流體進口溫度25℃，其出口溫度為35℃，所以由于管壁溫與殼體壁溫的溫差較小，且殼程壓力較小，故選取固定管板式冷凝器。</p><p>　　固定管板式換熱器具有單位體積傳熱面積大，結構緊湊，堅固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強，操作彈性大，結構簡單，造價低廉，且適用于高溫、高壓的大型裝置中。并且固定管板式換熱器能得到最小的殼體內徑，管程可分多程，

62、殼程也可分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應用。</p><p>　　2）流程的安排和確定</p><p>　　從兩流體的操作壓力看，應使異丁烷飽和氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水易結垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的傳熱能力下降，所以從總體考慮，應使循環(huán)水走管程異丁烷飽和氣體走殼程。另外由于異丁烷飽和氣體屬于氣體，對金屬無腐蝕性，并且對于飽和蒸汽的冷凝換熱

63、器，飽和蒸汽一般走殼程，以便于冷凝液的排出，所以水走管程，異丁烷走殼程非常合適。</p><p>　　2.3 確定物性溫度和物性數(shù)據(jù)</p><p>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可卻流體進出口溫度的平均值。</p><p>　　故殼程異丁烷的定性溫度為：</p><p><b>　　；</b>&

64、lt;/p><p>　　管程水的定性溫度為：</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　查物性參數(shù)表可得：</b></p><p>　　1.殼程異丁烷在40℃下的有關物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　1）異丁烷為飽和氣體時的物性參數(shù)</p>

65、<p>　　密度 ；</p><p>　　定壓比熱容 ；</p><p>　　熱導率 ；</p><p>　　粘度 ；</p><p>　　異丁烷為飽和液體時的物性參數(shù)</p><p>　　密度 ；</p><p

66、>　　定壓比熱容 ；</p><p>　　熱導率 ；</p><p>　　粘度 ；</p><p>　　2.管程水在30℃下的有關物性數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度 ；</p><p>　　定壓比熱容 ；</p><p>

67、　　熱導率 ；</p><p>　　粘度 ；</p><p>　　2.4 估算傳熱面積</p><p>　　熱負荷：Q=200KW;</p><p>　　2.4.1管程冷卻水的流量</p><p><b>　　；</b></p><p>　　

68、2.4.2殼體異丁烷的質量流量</p><p>　　由參考文獻[19]中公式：；</p><p>　　Q：流體相變產(chǎn)生的傳熱速率，kw</p><p>　　γ ：流體的氣化相變焓，異丁烷的相變焓為311.5 kJ/kg</p><p>　?。毫黧w的質量流量，kg/s</p><p><b>　　所以： ；

69、</b></p><p>　　2.4.3平均傳熱溫差</p><p>　　先按純逆流計算，依據(jù)文獻[11]式（4-40）得</p><p><b>　??；</b></p><p>　　冷凝器操作情況如圖2-1所示：</p><p>　　2.4.4傳熱面積的估算</p>&

70、lt;p>　　按照文獻[11]表4-7，取，依據(jù)文獻[11]式（4-34）得</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　2.5 工藝結構尺寸的計算</p><p>　　2.5.1 管徑和管內流速</p><p>　　根據(jù)參考文獻[12]表3-2，由GB8163選用的普通碳素鋼鋼管，根據(jù)表3-3和3

71、-4取管程流速。</p><p>　　2.5.2 計算管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p>　　依據(jù)文獻[12]式（3-9）確定單程傳熱管數(shù)</p><p><b>　?。ǜ?；</b></p><p>　　按單程管計算，所需的傳熱管長度為</p><p><b>　　；</b>

72、</p><p>　　按單程管設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。根據(jù)GB151-1999，現(xiàn)取傳熱管長度，則該換熱器的管程數(shù)為：</p><p><b>　?。ü艹蹋?lt;/b></p><p>　　所以，傳熱管總根數(shù)為：</p><p><b>　?。ǜ?；</b></p><

73、p>　　2.5.3 平均傳熱溫差和殼程數(shù)</p><p>　　依據(jù)文獻[12]式（3-13a）和（3-13b）得：</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　按單殼程、四管程查溫差矯正系數(shù)圖得：</p><p>

74、<b>　??；</b></p><p><b>　　平均傳熱溫差 ；</b></p><p>　　當時，多管程換熱器內出現(xiàn)溫度逼近現(xiàn)象，在這種情況下，就需考慮采用多殼程結構的換熱器或多臺換熱器串聯(lián)來解決。由于平均傳熱溫差校正系數(shù)，則不需設置多殼程結構。同時，殼程流體流量較大，故取單殼程合適。</p><p>　　2.5.4

75、 傳熱管的排列和分程方法</p><p>　　換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯列三種排列方式。各種排列方式都有其各自的特點：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正方形錯列：可以提高給熱系數(shù)。</p><p>　　所以，選擇正方形錯列排列，能夠有效提高給熱系數(shù)。管子排列方式如圖2-2所示：</p><

76、;p>　　圖2-2 換熱管排列示意圖</p><p><b>　　取管間距：；</b></p><p>　　隔板中心側到離其最近一排管中心距離為：</p><p><b>　　；</b></p><p>　　則各程相鄰管的管心距為44mm。</p><p>　　每程各有

77、傳熱管22根，其前后管箱中隔板設置和介質的流通順序按照文獻[12]圖3-14選取。選取情況如圖2-3所示：</p><p>　　2.5.5 殼體內徑的計算</p><p>　　采用多管程結構，殼體內徑可按照文獻[12]式（3-20）估算。正四邊形排列4程管子時，取管板利用率。則殼體內徑為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p&g

78、t;<p>　　按卷制殼體的進級檔100mm，經(jīng)圓整可取D=500mm。</p><p><b>　　2.5.6折流板</b></p><p>　　采用弓形折流板，根據(jù)文獻[12],由折流板尺寸確定原則，取弓形折流板的圓缺高度為殼體內徑的20%，則切去的圓缺高度為：</p><p><b>　??；</b>&l

79、t;/p><p>　　考慮到制造過程中的管孔變形而影響換熱管的穿入，故被切除處最邊緣上的管孔應小于0.5個孔位。則取圓缺高度為：。</p><p>　　折流板的最小間距：，則最??；</p><p>　　折流板的最大間距：，故??；</p><p><b>　　所以取</b></p><p>　　折流板數(shù)

80、NB ： （塊）；</p><p>　　取折流板圓缺面水平裝配。由參考文獻[12]表4-3可得折流板厚度為5mm。</p><p><b>　　2.5.7其他附件</b></p><p>　　拉桿數(shù)量與直徑按文獻[12]表（4-7）和（4-8）選取。本換熱器傳熱管外徑為25mm，其拉桿直徑為16mm，取拉桿數(shù)量為4個。</p>&

81、lt;p>　　殼程入口處，應設置防沖擋板，厚度取5mm。</p><p><b>　　2.5.8 接管</b></p><p>　　1）管程流體進出口接管</p><p>　　根據(jù)文獻[12]表3-3到3-5，可確定管內冷卻水流速為，則接管內徑為</p><p><b>　　；</b><

82、/p><p>　　圓整后可取接管內徑為100mm。</p><p>　　2）殼程流體進出口接管</p><p>　　根據(jù)文獻[12],可確定進口接管內氣體流速為，則接管內徑為：</p><p><b>　??； </b></p><p>　　圓整后可取進口接管內徑為150mm。</p>&

83、lt;p>　　由于出口接管流出飽和液體，體積流量較入口的氣體體積流量小很多，考慮到制造安裝的統(tǒng)一性，則取殼程出口接管內徑與管程接管內徑相同，為100mm。</p><p><b>　　2.6換熱器核算</b></p><p>　　2.6.1 換熱器的熱流量核算</p><p><b>　　1)殼側系數(shù)</b><

84、/p><p><b>　　殼側壁溫℃。</b></p><p>　　冷凝平均溫度為：40℃。</p><p>　　40℃時異丁烷的物理性質</p><p><b>　　飽和液體時，；</b></p><p><b>　　；</b></p>&l

85、t;p><b>　??；</b></p><p>　　b） 飽和氣體時，；</p><p>　　根據(jù)參考文獻[13]，估算管束直徑：；</p><p>　　由于正方形排列管子，四管程時：，；</p><p><b>　　且；</b></p><p><b>　　

86、所以，；</b></p><p>　　在平均蒸汽溫度下的蒸汽密度：；</p><p>　　中排的管數(shù)為： ；</p><p>　　水平換熱管的載荷，單位管周長的冷凝物速率為：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　根據(jù)參考文獻[13]公式(12.51)：<

87、/p><p><b>　　；</b></p><p>　　2）管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　依據(jù)文獻[12]式（3-32）和（3-33）得</p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　管程流體流通截面積</b></p&g

88、t;<p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　管程流體流速和雷諾數(shù)為：</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　普朗特數(shù)為：</b></p><

89、p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　由于管內流體被加熱，則</p><p><b>　　；</b></p><p>　　3）污垢熱阻和管壁熱阻</p><p>　　依據(jù)文獻[12]表（3-10），可取</p><p>　　管程冷卻水側的熱阻 ；<

90、/p><p>　　殼程異丁烷側的熱阻 ；</p><p>　　鋼的導熱系數(shù) ；</p><p><b>　　管壁熱阻 ；</b></p><p><b>　　4) 傳熱系數(shù)</b></p><p>　　依據(jù)文獻[12]表（3-21），可得</p>&

91、lt;p><b>　??；</b></p><p>　　在初步計算時，假設的總傳熱系數(shù)為。通過核算，該換熱器在規(guī)定的流動條件下，所提供的傳熱系數(shù)為，所以假設合適。</p><p>　　5) 傳熱面積和面積裕度</p><p>　　依據(jù)文獻[12]式（3-35）可得所計算的傳熱面積Ac為</p><p><b&g

92、t;　?。?lt;/b></p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積A為</p><p><b>　??；</b></p><p>　　該換熱器的面積裕度依據(jù)文獻[12]式（3-36）計算為</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　所以，由于面積裕度在

93、（15%～20%）之間，則該換熱器面積裕度合適，能夠完成生產(chǎn)任務。</p><p><b>　　2.6.2壁溫核算</b></p><p>　　因管壁很薄，管壁熱阻小，故管壁溫度可按文獻[12]式（3-42）計算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時，循環(huán)水的進口溫度將會降低。為確保可靠，取循環(huán)冷卻水進口溫度為25℃，出口溫度為35℃計算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內

94、側污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是，依據(jù)文獻[12]式（3-42）有：</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　式中液體的平均溫度tm和氣體的平均溫度分別按式（3-44）和（3-45）

95、計算為：</p><p><b>　??；</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　；</b></p><p><b>　　傳熱管平均壁溫</

96、b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即；</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為</p><p><b>　　；</b></p><p>　　由于該溫差較小，且殼程壓力較小，故選用帶膨脹節(jié)的固

97、定管板式換熱器較為適宜，而且經(jīng)濟。</p><p>　　2.6.3 換熱器內流體的流動阻力</p><p><b>　　1) 管程流動阻力</b></p><p>　　依據(jù)文獻[12]式（3-47）～（3-49）可得：</p><p><b>　　；</b></p><p>

98、　　式中，ΔPi為單程直管阻力；ΔPr為局部阻力；Ns為殼程數(shù)；ΔPt為管程總阻力；Fs為管程結垢校正系數(shù)，可近似取1.5。</p><p><b>　??； </b></p><p><b>　　；</b></p><p>　　由，傳熱管的相對粗糙度，</p><p>　　查莫狄圖，流速；，所以：&

99、lt;/p><p><b>　??；</b></p><p><b>　??；</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　由于，故管程流體阻力在允許范圍之內。</p><p><b>　　2) 殼程流動阻力</b>

100、</p><p>　　根參考文獻[13]，可得橫截面積：</p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　質量流速為：;</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　當量直徑為：</b&

101、gt;</p><p><b>　　;</b></p><p>　　飽和異丁烷蒸汽粘度為：;</p><p><b>　　所以熱阻為：;</b></p><p>　　由文獻[13]圖12.30可得：</p><p><b>　　;</b></p&g

102、t;<p>　　設壓降為利用進口流量進行計算的計算值的50%，忽略粘度矯正，則：</p><p><b>　　;</b></p><p>　　由于殼程壓降2222Pa<100000Pa，故殼程的流動阻力也在允許范圍內。</p><p>　　2.6.4 換熱器的主要尺寸和計算結果</p><p>　　換

103、熱器的主要結構尺寸和計算結果如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 換熱器的主要結構尺寸和計算結果</p><p>　　3 換熱器的機械結構設計</p><p>　　在確定換熱器的換熱面積后，應進行換熱器主體結構以及零部件的設計和強度計算，主要包括殼體和封頭的厚度計算、材料的選擇、管板厚度的計算、法蘭的計算和選擇、開孔補強計算和校核，還有主要構件的設計（如

104、管箱、殼體、折流板、拉桿等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等），具體計算如下：</p><p><b>　　3.1 選材</b></p><p>　　本換熱器管程部分的溫度在30℃左右，介質為冷卻水，殼程部分的溫度在40℃左右，介質為異丁烷，對材料沒有較高的特殊要求，一般的石油化工容器用鋼即可。又因為該換熱器的壓力p=0.53MP

105、a，屬于低壓，所以本設計的殼體材料選用Q345R，它是低合金鋼，具有良好的焊接性能，機械性能及成形性能和耐腐蝕性能，是中國壓力容器行業(yè)使用量最大的鋼板，質量穩(wěn)定，符合本設計對材料的要求，具體的化學成分及性能和冷彎性能描述如下表3-1，表3-2；管程筒體和封頭均采用Q345R。</p><p>　　表3-1 Q345R的化學成分</p><p>　　表3-2 Q345R的力學性能和冷彎

106、性能 </p><p>　　Q345R的性能指標：</p><p>　　設計溫度下的許用應力：;</p><p>　　常溫下的許用應力：;</p><p>　　參數(shù)選取 焊縫系數(shù)（雙面焊，100﹪探傷）</p><p>　　3.2 管板與殼體、管箱、換熱管的連接</p><p>　　3.2.1

107、 管板與殼體的連接結構</p><p>　　由于殼程流體較清潔，且殼體與管子溫差較小，殼程壓力也不高，故采用兩端管板與殼體焊接，其結構簡單，制造成本低。</p><p>　　3.2.2 管板與管箱的連接結構</p><p>　　固定管板式換熱器的管板兼作法蘭，與管箱的連接形式比較簡單，根據(jù)工藝要求，選擇長頸對焊法蘭連接。查JB4703-2000壓力容器法蘭可選固

108、定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長頸對焊法蘭，法蘭，平面密封面，材料為鍛件20MnMoⅡ，其具體尺寸如下表：</p><p>　　表3-3 DN500長頸對焊法蘭尺寸</p><p>　　管板尺寸根據(jù)法蘭的相應結構尺寸確定，最大外徑確定為640mm，寬度根據(jù)標準取40mm。法蘭重量為27.8kg，管板重量為80kg。</p><p>　　管箱墊片，依據(jù)管程操作條件，選石棉

109、墊片，其寬度為14mm，墊片圓角尺寸，取R=8mm，墊片圓角是為了保證墊片有足夠的強度。</p><p>　　3.2.3 管板與傳熱管的連接結構</p><p>　　換熱管與管板的連接形式，主要有三種：(1)強度脹接;(2)強度焊接;(3)脹焊并用。本設計采用強度焊接，其結構簡單，換熱管修補容易。但這種方法不適用于有較大振動及有間隙腐蝕的場合。</p><p>　

110、　焊接結構強度高，抗拉脫能力強，在高溫高壓下能保證連接處的緊密性和抗拉脫能力。當管子焊接處有滲漏可以補焊。管子破漏，可以用專門道具劃掉焊縫，重新更換新管子。</p><p>　　管子與管板的焊接其焊縫的剪切斷面應不低于管子斷面的1.25倍。即：</p><p>　　，強度焊的尺寸見表3-3。</p><p>　　表3-3 強度焊結構尺寸</p>&l

111、t;p>　　注：1.當工藝要求管端伸出長度小于表中數(shù)據(jù)時，可以適當加大管板焊縫破口深度，以保證焊腳高l2不小于1.4倍管壁厚度。 </p><p>　　2.換熱管壁厚超標時，l1值可適當調整。</p><p>　　3.3其他零部件結構</p><p><b>　　3.3.1管程</b></p><p>　　因為管程

112、介質清潔，且壓力不高，故采用B型管箱（封頭管箱），如下圖3-1示</p><p>　　圖3-1 管箱結構示意圖</p><p><b>　　3.3.2分程隔板</b></p><p>　　分程隔板和管板上的溝槽結構如下，隔板材料一般采用與管箱相同的材料，每一程隔板上開約φ6mm的排放孔，以便排除每一程的殘液。分程隔板的密封長度應比較短，減少泄

113、露和用料。分程隔板槽型要簡單。分程隔板除了要滿足換熱器標準規(guī)定的最小厚度外，還要滿足隔板兩側的壓差。管板上的分程隔板槽見下圖。槽深一般不小于4mm，碳鋼的槽寬為12mm。槽的拐角處的倒角45℃，倒角寬度為分程墊片的圓角半徑R加1～2mm。拐角的另一側轉角為R=7。墊片的拐角為圓弧型過度，使墊片有足夠的強度，一般圓角半徑R=10mm。本設計所采用的分程隔板結構如下圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 分程

114、隔板示意圖</p><p><b>　　3.3.3拉桿</b></p><p>　　拉桿通常有兩種形式，一種為拉桿和折流板焊接形式，一般用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束。另一種為拉桿定距管結構形式，一般用于換熱管外徑大于或等于18mm的管束。本設計即采用后一種形式。拉桿一般盡量均勻布置在管束外邊緣。任何一塊折流板不小于3個支承點。拉桿直徑如下表3-5所示。<

115、;/p><p>　　表3-6 拉桿直徑</p><p>　　拉桿的長度按需要確定。拉桿的連接尺寸見圖3-6，連接尺寸表見表3-7.</p><p>　　圖3-6 拉桿的連接尺寸</p><p>　　拉桿的數(shù)量由換熱器的公稱直徑來確定，初次設計取拉桿數(shù)量為4個。</p><p>　　表3-7 拉桿的連接尺寸</p

116、><p>　　3.3.4排氣口與排液口</p><p>　　在換熱器的管程與殼程，為了回收或排除介質，空氣及凝液，在管板或靠近管板的殼體上設置排氣口和排液口。排氣口和排液口的大小，一般不小于φ15mm。臥式換熱器的殼程排氣和排液口設置的位置分別在上部和底部。</p><p><b>　　3.3.5膨脹節(jié)</b></p><p&g

117、t;　　由于壓力和溫差都較小，故選用波形膨脹節(jié)（U形膨脹節(jié)）較為合適。波形膨脹節(jié)具有結構緊湊簡單、補償性能好、價格便宜而得到廣泛應用，其補償能力和使用壓力與材料有關，當要求補償能力較大時，可采用多個波形膨脹節(jié)，或在設備組裝時預先將波形膨脹節(jié)進行預壓。為減小波形膨脹節(jié)的流動阻力，在設計時應考慮在臥式換熱器的液體流動方向焊一作導流作用的襯板，以減小流體阻力。</p><p>　　4 換熱器的強度設計及其校核</

118、p><p><b>　　4.1筒體的計算</b></p><p>　　由于換熱器為內壓容器，故可以采用內壓容器的設計方法來確定其壁厚，根據(jù)內壓薄壁容器“彈性失效”設計準則，查閱文獻[13]式（4-13），則殼體壁厚的計算公式為：</p><p><b>　??；</b></p><p>　　由工藝設計給定

119、設計溫度40℃，設計壓力Pc=0.6Mpa，查閱文獻[1]選低合金結構鋼板Q345R（控軋）卷制，該材料在40℃時的許用壓力，查閱文獻[13]表4-3，取焊縫系數(shù)，腐蝕裕量C2=2mm，則：</p><p><b>　　計算厚度 ；</b></p><p><b>　　設計厚度 ；</b></p><p>　　名義厚度

120、 圓整=2.8+2+0.8+圓整=8mm；</p><p>　　取名義厚度為8mm。</p><p>　　有效厚度 ；取為5mm。</p><p><b>　　水壓試驗壓力</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　所選材料的屈服強度；</p