管殼式換熱器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　理工學(xué)院</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 石 靜 學(xué) 號(hào)： 09L0503216 </p><p>　　專 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 </p><p>　　題

2、 目： 氣-液介質(zhì)專用換熱器設(shè)計(jì) </p><p>　　指導(dǎo)教師： 郭彥書(教授) </p><p>　　評(píng)閱教師： 劉慶剛（副教授) </p><p><b>　　2013年5月</b></p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 中

3、 文 摘 要</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 外 文 摘 要</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 管殼式換熱器的研究1</p><p>　　1.2 管殼式換熱器的研究趨勢(shì)1<

4、;/p><p>　　1.3 螺旋板式換熱器的研究2</p><p>　　1.3.1 螺旋板式換熱器國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展2</p><p>　　1.3.2 螺旋板式換熱器國(guó)外研究進(jìn)展2</p><p>　　1.4 本課題的目的和意義2</p><p>　　2管殼式換熱器的工藝計(jì)算3</p><p&

5、gt;　　2.2 確定管程軟水的物性參數(shù)3</p><p>　　2.2.1 定性溫度3</p><p>　　2.2.2 熱容4</p><p>　　2.2.3 黏度4</p><p>　　2.2.4 導(dǎo)熱系數(shù)4</p><p>　　2.2.5 密度4</p><p>　　

6、2.3 確定殼程氣氨的物性參數(shù)4</p><p>　　2.3.1 定性溫度4</p><p>　　2.3.2 熱容4</p><p>　　2.3.3 黏度4</p><p>　　2.3.4 導(dǎo)熱系數(shù)4</p><p>　　2.3.5 密度4</p><p>　　2.4

7、估算傳熱面積4</p><p>　　2.4.1 熱負(fù)荷Q按大的傳熱量4</p><p>　　2.4.2 平均有效溫差：5</p><p>　　2.4.3 傳熱面積5</p><p>　　2.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸5</p><p>　　2.5.1 決定通入空間，確定管徑5</p><p

8、>　　2.5.3 確定管程(數(shù))、傳熱管數(shù)n、管長(zhǎng) L及殼體內(nèi)徑5</p><p>　　2.5.4 拉桿5</p><p>　　2.5.5 折流板5</p><p>　　2.5.6 畫布管圖6</p><p>　　2.5.7 接管6</p><p>　　2.6 換熱器核算7</p>

9、;<p>　　2.6.1 傳熱能力的核算7</p><p>　　2.6.2 換熱器內(nèi)流體阻力計(jì)算9</p><p>　　3 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算12</p><p>　　3.1 換熱器筒體及封頭的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1.1 筒體設(shè)計(jì)12</p><p>　　3

10、.1.2 封頭與管箱設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2 換熱器水壓試驗(yàn)及其殼體應(yīng)力校核13</p><p>　　3.2.1 壓力試驗(yàn)的目的13</p><p>　　3.2.2 試驗(yàn)壓力及應(yīng)力校核13</p><p>　　3.3 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)13</p><p>　　3.3.1 對(duì)管程接管的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算

11、13</p><p>　　3.3.2對(duì)殼程接管的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算15</p><p>　　3.4 法蘭的選用17</p><p>　　3.4.1 筒體法蘭的選用17</p><p>　　3.4.2 管法蘭的選用17</p><p>　　3.5 折流板設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6

12、管板設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.6.1換熱氣的設(shè)計(jì)條件17</p><p>　　3.6.2結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)17</p><p>　　3.6.3各元件材料及其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)19</p><p>　　3.6.4設(shè)計(jì)計(jì)算19</p><p>　　3.7 支座形式的確定30</p><p>　

13、　3.7.1 已知條件30</p><p>　　3.7.2 校核31</p><p>　　3.7.3 計(jì)算支座承受的實(shí)際載荷31</p><p>　　3.7.4 計(jì)算支座處圓筒所受的支座彎矩31</p><p>　　4 螺旋板式換熱器的設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.1 傳熱工藝計(jì)算31<

14、;/p><p>　　4.1.1 傳熱量計(jì)算32</p><p>　　4.1 .2 冷卻水的出口溫度32</p><p>　　4.1.3 螺旋通道截面積與當(dāng)量直徑de的計(jì)算32</p><p>　　4.1.4 雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)32</p><p>　　4.1.5 給熱系數(shù)的計(jì)算33</p>&l

15、t;p>　　4.1.6 總傳熱系數(shù)K33</p><p>　　4.1.7 對(duì)數(shù)平均溫差34</p><p>　　4.1.8 換熱器傳熱面積F34</p><p>　　4.1.9 螺旋通道長(zhǎng)度L34</p><p>　　4.1.10 螺旋圈數(shù)n與螺旋體外徑34</p><p>　　4.2 流體

16、壓力降ΔP計(jì)算35</p><p>　　4.2.1 按直管壓力降的計(jì)算公式35</p><p>　　4.2.2 按大連工學(xué)院等單位推薦的公式計(jì)算36</p><p>　　4.3 螺旋板的強(qiáng)度、撓度與校核36</p><p>　　4.3.1 強(qiáng)度計(jì)算36</p><p>　　4.3.2 螺旋板的撓度

17、37</p><p>　　4.3.3 螺旋板式換熱器的穩(wěn)定性38</p><p>　　4.4 螺旋板式換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸38</p><p>　　4.4.1 密封結(jié)構(gòu)38</p><p>　　4.4.2 定距柱尺寸38</p><p>　　4.4.3 換熱器外殼38</p><p&

18、gt;　　4.4.4 進(jìn)出口接管直徑39</p><p>　　4.4.5 中心隔板的尺寸39</p><p>　　4.4.6 水壓試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核40</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)41</b></p><p><b>　　致 謝42</b></p><p&g

19、t;<b>　　參考文獻(xiàn)43</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　換熱設(shè)備是化工、煉油、動(dòng)力、能源、冶金、食品、機(jī)械、建筑工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型設(shè)備。一般換熱設(shè)備在化工、煉油裝置中的建設(shè)費(fèi)用比例達(dá)20%~50%因此無(wú)論從能源利用，還是從工業(yè)的投資來(lái)看，合理地選擇和設(shè)計(jì)換熱器，都具有重要意義。換熱器按照傳送熱量

20、的方法來(lái)分：間壁式、混合式、蓄熱式等三大類，其中間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛地?fù)Q熱器。其中適用于氣-液介質(zhì)的間壁式換熱器主要有管殼式換熱器和螺旋板式換熱器。</p><p>　　1.1 管殼式換熱器的研究</p><p>　　目前, 我國(guó)的管殼式換熱器仍以弓形折流板加光滑管為主, 效率低, 能耗高，難以滿足生產(chǎn)要求。因此, 積極進(jìn)行管殼式換熱器的強(qiáng)化研究是非常必要的。強(qiáng)化傳熱技術(shù)的

21、應(yīng)用就是為了進(jìn)一步提高換熱設(shè)備的效率, 減少能量傳遞過(guò)程中的不可逆失, 更合理更有效地利用能源, 減少換熱面積, 降低金屬消耗。強(qiáng)化傳熱已被學(xué)術(shù)界稱為第二代傳熱技術(shù)，其強(qiáng)化途徑主要有:提高傳熱系數(shù),擴(kuò)大傳熱面積,增大傳熱溫差等。其中提高傳熱系數(shù)是當(dāng)今強(qiáng)化傳熱的重點(diǎn)。在實(shí)際的操作過(guò)程中可以通過(guò)強(qiáng)化管程傳熱和強(qiáng)化殼程傳熱兩個(gè)方面強(qiáng)化換熱器的傳熱。</p><p>　?。?）強(qiáng)化管殼式換熱器管程的傳熱, 主要是通過(guò)增加

22、流體湍流度、擴(kuò)展傳熱面積和提高流體流等方法實(shí)現(xiàn), 即在內(nèi)表面加工凸肋或翅片結(jié)構(gòu)、在管內(nèi)加插入物以及提高流速，強(qiáng)化傳熱機(jī)理及主要研究如下所述。</p><p>　?。?）傳統(tǒng)的管殼式換熱器, 流體在殼側(cè)流動(dòng)存在著轉(zhuǎn)折和進(jìn)出口兩端渦流的影響區(qū), 影響了殼程的傳熱系數(shù)。為了強(qiáng)化殼程傳熱，目前的研究途徑主要有兩種，包括管型與管間支撐物的研究。</p><p>　　1.2 管殼式換熱器的研究趨勢(shì)&

23、lt;/p><p>　　作為一種高效緊湊式換熱器，在加熱、冷卻、冷凝、蒸發(fā)和熱回收過(guò)程中，除了高溫、高壓和特殊介質(zhì)條件外,隨著強(qiáng)化傳熱理論的研究,加強(qiáng)管殼式換熱器的改進(jìn),將高效傳熱管與殼程強(qiáng)化傳熱的支撐結(jié)構(gòu)相結(jié)合是今后換熱器發(fā)展的一個(gè)重要方向。</p><p>　　無(wú)論是管程強(qiáng)化傳熱技術(shù)還是殼程強(qiáng)化傳熱技術(shù)，其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性都將直接影響該技術(shù)的推廣和發(fā)展，為此，強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究會(huì)朝著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、

24、傳熱效率高的方向發(fā)展。而如何提高傳熱效率的同時(shí)不使流體壓降有明顯升高，在增加有效傳熱面積的同時(shí)使換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，以及如何在保證換熱器具有較低生產(chǎn)如何成本的同時(shí)保證其有較高的使用壽命也將成為將來(lái)研究的重要內(nèi)容?；谑?、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對(duì)換熱器穩(wěn)定的需求增長(zhǎng)，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。另外，航天飛行器、半導(dǎo)體器件、核電站、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能光伏發(fā)電及多晶硅生產(chǎn)等高新技術(shù)領(lǐng)域都需要大量的專

25、業(yè)換熱器。展望板式換熱器的未來(lái)，它會(huì)在更廣泛的領(lǐng)域大有作為。</p><p>　　1.3 螺旋板式換熱器的研究</p><p>　　螺旋板換熱器是由兩個(gè)長(zhǎng)板卷在一起，形成一個(gè)螺旋構(gòu)成的，是一種高效換熱設(shè)備，適用汽－汽、汽－液、液－液，對(duì)液傳熱。是發(fā)展較早的一種板式換熱器，不用管材，價(jià)格比較便宜，其傳熱系數(shù)大，結(jié)構(gòu)緊湊，不易結(jié)垢，容易清洗。該換熱器主要由兩張平行的薄鋼板卷制成，構(gòu)成一對(duì)互相

26、隔開(kāi)的螺旋形通道，冷熱兩流體以螺旋形板面為傳熱面相間流動(dòng)。</p><p>　　1.3.1 螺旋板式換熱器國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展</p><p>　　我國(guó)從五十年代中期開(kāi)始使用螺旋板式換熱器,當(dāng)時(shí)主要用于燒堿廠中的電解液加熱和濃堿液冷卻。1966年我國(guó)開(kāi)始研制螺旋板式換熱器,設(shè)計(jì)。制造部門研制了卷制螺旋板的專用卷床,使卷制的工效提高了幾十倍,為推廣應(yīng)用螺旋板換熱器創(chuàng)造了良好的條件。 </p&

27、gt;<p>　　但目前的問(wèn)題是如何進(jìn)一步提高承壓能力的途徑可采用增加螺旋板厚度，增加定距柱的數(shù)目或提高板材的強(qiáng)度。但如采用增加板厚的方法，則勢(shì)必要求提高卷板機(jī)的能力，這樣消耗的功率相應(yīng)增加，還會(huì)給制造工藝帶來(lái)困擾，并使成本提高。目前提高其承受能力的方法主要以改進(jìn)結(jié)構(gòu)和選用較好的材料。</p><p>　　1.3.2 螺旋板式換熱器國(guó)外研究進(jìn)展</p><p>　　螺旋板換

28、熱器最初是由瑞典羅森勃來(lái)特161(Rosemblad)首先提出,1932年以此人命名的Rosemblad公司就成批組織生產(chǎn)并形成專利自問(wèn)世以來(lái),由于其結(jié)構(gòu)緊湊,傳熱系數(shù)高;尤其是兩種介質(zhì)溫差小的情況下,可以回收低位熱量;自潔能力強(qiáng);設(shè)備造價(jià)低,占地面積小等優(yōu)點(diǎn),得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨后許多國(guó)家根據(jù)這個(gè)公司乏的專利相繼仿造，其中有英國(guó)APV公司、美國(guó)AHRCO公司、西德ROCA公司等。國(guó)外螺旋板式換熱器的發(fā)展無(wú)論材料、工藝、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)

29、理論都已日臻成熟。國(guó)外螺旋板式換熱器共有四種型式：1型、2型、3型和3H型。1型為最普通結(jié)構(gòu)型式，兩個(gè)通道內(nèi)的流體均作螺旋流動(dòng)。國(guó)外螺旋板式換熱器最常見(jiàn)的是應(yīng)用于冷凝場(chǎng)合，所有型式的螺旋板式換熱器均可應(yīng)用于冷凝場(chǎng)合。</p><p>　　1.4 本課題的目的和意義</p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)中，在設(shè)計(jì)氣-液介質(zhì)換熱器（特別是中、低壓氣-液換熱器）時(shí)，為了保證氣、液兩側(cè)的熱負(fù)荷平衡，就要使

30、氣體的體積流量遠(yuǎn)大于液體的體積流量，即形成典型的大氣量、小液量換熱工況。設(shè)計(jì)這類換熱器要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是，合理選擇換熱器的形式與結(jié)構(gòu)，既要使氣、液介質(zhì)均在經(jīng)濟(jì)流速下流動(dòng)，同時(shí)又能獲得較大的傳熱系數(shù)。這正是本文的研究目的所在。</p><p>　　本設(shè)計(jì)課題要求我們?cè)谠敿?xì)分析工藝條件的基礎(chǔ)上，對(duì)適用于氣-液介質(zhì)的換熱器進(jìn)行比較選型，按照所選的形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝計(jì)算、強(qiáng)度設(shè)計(jì)。完成本課題后，不僅可使我們獲得綜合運(yùn)

31、用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)、基本技能，提高分析與解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力和初步科學(xué)研究的能力，使得遵照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力有較大提高。</p><p>　　2管殼式換熱器的工藝計(jì)算</p><p>　　2.1 確定設(shè)計(jì)方案—— 固定管板式換熱器</p><p>　　管殼式換熱器是一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，具有制造方便、選材面廣、適應(yīng)性強(qiáng)、處理量大、清洗方便、

32、運(yùn)行可靠、耐高溫高壓等一系列優(yōu)點(diǎn)，在許多工業(yè)部門中大量使用，尤其是在石油、化工、熱能、動(dòng)力等工業(yè)部門所使用的換熱器中，管殼式換熱器占主體地位。選定的設(shè)計(jì)方案必須滿足：工藝要求，達(dá)到指定的產(chǎn)量和質(zhì)量；操作平穩(wěn)、易于調(diào)節(jié)；經(jīng)濟(jì)合理；生產(chǎn)安全。其中，固定管板式換熱器由于其自身具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換等優(yōu)點(diǎn)。由以上可知固定管板式換熱器能夠滿足本課題的工藝要求，所以氣液介質(zhì)專用換熱器的

33、設(shè)計(jì)采用固定管板式換熱器。</p><p>　　本課題要求設(shè)計(jì)的是氣氨與軟水兩種流體介質(zhì)的換熱器。根據(jù)兩種流體的性質(zhì)以及操作壓力選擇軟水走管程，氣氨走殼程。既可以節(jié)省殼體的材料，又可以及時(shí)排除冷凝液、清洗方便。</p><p>　　2.2 確定管程軟水的物性參數(shù) </p><p>　　2.2.1 定性溫度</p><p><b>

34、;　　設(shè)計(jì)參數(shù)如下：</b></p><p>　　軟水入口溫度：25℃ 軟水流量：66</p><p>　　軟水壓力：0.4Mpa（表壓）</p><p>　　氣氨入口溫度：-10。C 氣氨出口溫度：5℃ </p><p>　　氣氨流量： 53000Kg∕h

35、 氣氨壓力：0.38Mpa（絕壓）</p><p><b>　　熱流量Q：</b></p><p><b>　　已知軟水流量：</b></p><p><b>　　由 </b></p><p><b>　　推出： </b></p

36、><p>　　故可知軟水的定性溫度為：</p><p><b>　　2.2.2 熱容</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[7],表1.10.1 ，可得21.43℃定性溫度下的水的定壓比熱容為：。</p><p><b>　　2.2.3 黏度</b></p><p>　　根據(jù)

37、文獻(xiàn)[7] 表1-3-1 ，可得21.43℃定性溫度下的水的黏度為：。</p><p>　　2.2.4 導(dǎo)熱系數(shù)</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[7] 表1.11.1 ，可得21.43℃定性溫度下的水的導(dǎo)熱系數(shù)為：</p><p><b>　　2.2.5 密度</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[7] 表1.2

38、.2 ，可得21.43℃定性溫度下的水的密度為：</p><p>　　2.3 確定殼程氣氨的物性參數(shù)</p><p>　　2.3.1 定性溫度</p><p><b>　　氣氨的定性溫度為：</b></p><p><b>　　2.3.2 熱容</b></p><p>

39、　　根據(jù)文獻(xiàn)[7] 表2.28.3 ，可得-2.5℃定性溫度下的氣氨的定壓比熱容為為：。</p><p><b>　　2.3.3 黏度</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[7] 表2.3.26，可得-2.5℃定性溫度下的氣氨的黏度為：。</p><p>　　2.3.4 導(dǎo)熱系數(shù)</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[7]

40、表2.9.8，可得-2.5℃定性溫度下的氣氨的導(dǎo)熱系數(shù)為：</p><p><b>　　2.3.5 密度</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[7] 表2.2.19 ，可得-2.5℃定性溫度下的氣氨的密度為：</p><p>　　2.4 估算傳熱面積</p><p>　　2.4.1 熱負(fù)荷Q按大的傳熱量</p

41、><p><b>　　由以上可知：</b></p><p>　　2.4.2 平均有效溫差：</p><p>　　2.4.3 傳熱面積</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[8]，表12-1-5a，得K的取值范圍為：350-450,取，則</p><p><b>　　所以</b><

42、;/p><p>　　考慮到10%的面積裕度：則</p><p>　　2.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　2.5.1 決定通入空間，確定管徑</p><p>　　為便于水垢清理，決定水走管內(nèi)，氣氨走殼程。并選用Ф25×2.5的20號(hào)鋼?？紤]到主要熱阻在管間氣氨側(cè)，故管內(nèi)熱流體的流速大致維持在0.5m/s.</p>&

43、lt;p>　　2.5.2 換熱管排列方式 </p><p>　　正三角形排列可以在同樣的管板面積上排列最多的管數(shù)，故用得最為普遍。因此，本設(shè)計(jì)的換熱管排列方式選用正三角形排列。管間距t≥32mm,取管間距t=45mm。</p><p>　　2.5.3 確定管程(數(shù))、傳熱管數(shù)n、管長(zhǎng) L及殼體內(nèi)徑</p><p>　　考慮管內(nèi)空間分為兩程，管長(zhǎng)取4.

44、5m.</p><p><b>　　(1)傳熱管數(shù)：</b></p><p><b>　　根</b></p><p>　　根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書—換熱器設(shè)計(jì)， 取殼體內(nèi)徑：</p><p>　　排管：按正三角形錯(cuò)列排布，具體見(jiàn)管板圖。</p><p>　　實(shí)際排管數(shù)為248根，

45、另有6根折流板固定桿位置。</p><p><b>　　2.5.4 拉桿</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[9]表43、表44得：Di=800mm，其拉桿直徑為=16 mm,拉桿個(gè)數(shù)為6。</p><p>　　2.5.5 折流板 </p><p>　　采用單弓形折流板，取弓形折流板的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的45%：&

46、lt;/p><p>　　h=0.45×800=360mm</p><p>　　折流板間距應(yīng)不小于殼體內(nèi)徑的1/5且不大于殼體內(nèi)徑Di=800mm，故取板間距B=800mm</p><p>　　折流板數(shù)：NB=-1=</p><p>　　實(shí)取折流板數(shù)N’=4塊，則靠近兩管板端的間距為650mm，其余中間的板間距均為800mm。</p

47、><p>　　2.5.6 畫布管圖 </p><p>　　繪制布管圖（可參照管板圖）,知實(shí)際布管根數(shù)為248根，除去拉桿數(shù)6根，得實(shí)際換熱管數(shù)為NT=242根。</p><p><b>　　2.5.7 接管</b></p><p><b>　　管程接管</b></p><p>

48、;　　取殼程進(jìn)、出口流速為，則接管內(nèi)徑為：</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[10].表，選用規(guī)格為的接管。根據(jù)文獻(xiàn)[11]表，取接管外伸長(zhǎng)度。</p><p><b>　　(2)殼程接管</b></p><p>　　取管程進(jìn)、出口流速為，則接管內(nèi)徑為：</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[10].表，選用規(guī)格為的接管。根據(jù)文獻(xiàn)[

49、11]表，取接管外伸長(zhǎng)度。</p><p><b>　　2.6 換熱器核算</b></p><p>　　2.6.1 傳熱能力的核算 </p><p>　　(1) 管程給熱系數(shù)</p><p><b>　　管程的實(shí)際水速：</b></p><p><b>　　雷諾

50、數(shù)：</b></p><p><b>　　Rei</b></p><p>　　故管程流體流動(dòng)為湍流</p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)：</b></p><p><b>　　Pri</b></p><p><b>　　則管程給熱系

51、數(shù)為：</b></p><p>　　(2) 殼程給熱系數(shù)</p><p><b>　　殼程的當(dāng)量直徑：</b></p><p>　　流體橫過(guò)管束時(shí)的流通面積：</p><p><b>　　折流板切除高度</b></p><p><b>　　由此得 &

52、lt;/b></p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>　　折流板弦長(zhǎng)</b></p><p><b>　　弓形面積</b></p><p>　　管子截面積與殼體截面積之比</p><p><b>　　圓缺區(qū)內(nèi)

53、的流通面積</b></p><p><b>　　幾何平均流通面積</b></p><p><b>　　單位面積的質(zhì)量流量</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)</b></p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)</b></p>&

54、lt;p><b>　　殼程給熱系數(shù)</b></p><p>　　(3) 污垢熱阻和管壁熱阻</p><p><b>　　由文獻(xiàn)[8]查得：</b></p><p>　　殼程氨氣的污垢熱阻為: </p><p>　　管程合成氣的污垢熱阻為： </p><p>　　管壁材

55、料20號(hào)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為： </p><p><b>　　(4) 傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　(5)傳熱面積核算</b></p><p><b>　　理論傳熱面積為：</b></p><p><b>　　實(shí)際傳熱面積為：</b><

56、/p><p>　　面積裕度： </p><p>　　此設(shè)計(jì)，面積裕度為9.5％ ，滿足要求，不需要重算。</p><p>　　2.6.2 換熱器內(nèi)流體阻力計(jì)算</p><p><b>　　（1）管程壓力降</b></p><p><b>　　管內(nèi)摩擦系數(shù) </b>&l

57、t;/p><p>　　直管沿程阻力引起的壓力降</p><p><b>　　管程回彎壓力降</b></p><p><b>　　取管箱進(jìn)出口流速為</b></p><p><b>　　則管箱進(jìn)出口壓力降</b></p><p><b>　　故管程壓

58、力降為</b></p><p><b>　　滿足條件。</b></p><p>　　(2) 殼程壓力降</p><p>　　采用Bell法計(jì)算：</p><p>　　a. 與管束垂直流動(dòng)的壓力降：</p><p>　　接近中心線管排處的最小錯(cuò)流截面積</p><p

59、>　　此處垂直流動(dòng)的單位面積最大質(zhì)量流速</p><p><b>　　此處的雷諾數(shù)</b></p><p>　　根據(jù)Re，殼程摩擦系數(shù)為</p><p><b>　　。</b></p><p>　　管束外緣與殼體內(nèi)壁之間的間隙的流通截面積</p><p><b&g

60、t;　　此處旁流的修正系數(shù)</b></p><p>　　橫過(guò)管束的錯(cuò)流壓力降</p><p>　　b. 通過(guò)折流板缺口處流動(dòng)的壓力降：</p><p>　　折流板缺口處的流通截面積</p><p>　　其中由文獻(xiàn)[12]表2-22查得。</p><p><b>　　折流板缺口處的流速</b

61、></p><p>　　最小錯(cuò)流面積上的流速</p><p><b>　　幾何平均流速</b></p><p><b>　　故 </b></p><p>　　c. 間隙流動(dòng)的修正系數(shù)</p><p>　　折流板的管孔（選孔徑為d=26mm）和傳熱管外徑之間的間隙的流

62、通截面積</p><p>　　折流板（選其直徑）和殼體內(nèi)壁之間的間隙的流通截面積</p><p>　　根據(jù)，由文獻(xiàn)[8]圖2-74查得壓力降修正系數(shù)</p><p>　　故間隙流動(dòng)修正系數(shù)為：</p><p><b>　　d. 殼程壓力降</b></p><p>　　如取殼程進(jìn)出口管中的流速為2

63、5m/s，則殼程進(jìn)出口管中的壓力降為</p><p>　　這樣，殼程全部壓力降應(yīng)為</p><p><b>　　所以，滿足條件。</b></p><p>　　3 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　3.1 換熱器筒體及封頭的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 筒體設(shè)計(jì)&

64、lt;/p><p>　　根據(jù)殼程流體的溫度和壓強(qiáng)，選擇殼體圓筒材料為Q345R。</p><p>　　因?yàn)樵O(shè)計(jì)壓力，由 GB150-1998鋼制壓力容器,假設(shè)筒體壁厚為6-16mm</p><p>　　查得：設(shè)計(jì)溫度(45℃)下圓筒材料的許用應(yīng)力。</p><p>　　按文獻(xiàn)[12]查得取名義厚度。</p><p>　　3

65、.1.2 封頭與管箱設(shè)計(jì)</p><p>　　選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭材料為Q345R低合金鋼。</p><p>　　封頭內(nèi)徑=800,封頭內(nèi)曲面高度,計(jì)算壓力=0.5MPa,標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭系數(shù)K=1。 </p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[12]假設(shè)壁厚為6~16mm查表得：設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力,焊縫系數(shù)=0.85。封頭計(jì)算

66、壁厚</p><p>　　對(duì)于低合金鋼管：腐蝕裕量C2=2mm,則設(shè)計(jì)厚度為</p><p>　　由文獻(xiàn)[12]查得：厚度負(fù)偏差C1=0.3，則封頭名義厚度為</p><p><b>　　取封頭名義厚度為</b></p><p><b>　　則封頭有效厚度為</b></p><p

67、>　　管箱選用與封頭相同材料Q345R ，管箱內(nèi)徑，計(jì)算壓力。</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[12]假設(shè)壁厚為6-16mm查表得：設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力,焊縫系數(shù)=0.85。管箱計(jì)算壁厚</p><p>　　同理腐蝕裕量，厚度負(fù)偏差C1=0.3mm,則管箱名義厚度為</p><p><b>　　取管箱名義厚度為</b></p>

68、;<p><b>　　有效厚度為</b></p><p><b>　　取管箱長(zhǎng)度為</b></p><p>　　3.2 換熱器水壓試驗(yàn)及其殼體應(yīng)力校核</p><p>　　3.2.1 壓力試驗(yàn)的目的</p><p>　　除材料本身的缺陷外，容器在制造（特別是焊接過(guò)程）和使用中會(huì)產(chǎn)生

69、各種缺陷。為考慮缺陷對(duì)壓力容器安全性的影響。壓力容器制造完畢后或定期檢查時(shí)，都要進(jìn)行壓力試驗(yàn)。</p><p>　　3.2.2 試驗(yàn)壓力及應(yīng)力校核</p><p>　　耐壓試驗(yàn)有液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)兩種，是容器在使用前的第一次承壓，且試驗(yàn)壓力要比容器最高工作壓力高。容器發(fā)生爆破的可能性比使用時(shí)大。由于在相同壓力和容積下，試驗(yàn)介質(zhì)的壓縮系數(shù)越大，容器所儲(chǔ)存的能量就越大。爆炸也就越危險(xiǎn)，故應(yīng)選

70、用壓縮系數(shù)小的流體作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)。只有因結(jié)構(gòu)或支撐等原因不能向容器內(nèi)充灌水或其他液體，以及運(yùn)行條件不允許殘留液體時(shí)，才用氣壓實(shí)驗(yàn)。本設(shè)計(jì)只需進(jìn)行液壓試驗(yàn)。</p><p>　　對(duì)于殼程的水壓試驗(yàn)如下</p><p>　　由文獻(xiàn)[12]查得許用應(yīng)力：</p><p>　　內(nèi)壓容器試驗(yàn)壓力為：</p><p>　　為使液壓試驗(yàn)時(shí)容器材料處于彈性狀態(tài)

71、，在壓力試驗(yàn)前必須按下式校核實(shí)驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜應(yīng)力。</p><p><b>　　故滿足要求。</b></p><p><b>　　3.3 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)</b></p><p>　　3.3.1 對(duì)管程接管的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　接管選材為Q345R，受內(nèi)壓的圓筒，設(shè)計(jì)溫度為45℃，由文獻(xiàn)[12

72、]查得設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力=174MPa，管箱材料許用應(yīng)力=189MPa，筒體和接管的厚度附加量C取為2.3 mm。</p><p>　　(1) 開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p>　　開(kāi)孔直徑：且d=206mm</2=400mm，滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。</p><p>　　對(duì)于內(nèi)壓圓筒上的開(kāi)孔，為按周向應(yīng)力計(jì)算而

73、得的計(jì)算厚度。因開(kāi)孔不在焊縫上，故取。</p><p>　　接管有效厚度為=-C=9-2.3=6.7mm</p><p>　　(2) 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍</p><p>　　a. 有效寬度B 參考文獻(xiàn)[14]式（4-79）確定</p><p>　　B=2 d=2×206=412mm</p><p>　　mm

74、 </p><p>　　取其中最大值，故B=412 mm。</p><p><b>　　b. 有效高度 </b></p><p>　　外側(cè)有效高度h1按文獻(xiàn)[14]式（4-80）確定</p><p>　　===43.06mm

75、 </p><p>　　=200 mm（接管實(shí)際外伸高度）</p><p>　　取其中的較小值，故h1=43.06mm。 </p><p>　　內(nèi)側(cè)有效高度h2按文獻(xiàn)[14]式（4-81）確定</p><p>　　===43.06mm </p&g

76、t;<p>　　=0(實(shí)際內(nèi)伸高度)</p><p>　　取其中較小值，故=0。</p><p>　　(3) 有效補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p>　　a. 筒體多余金屬面積</p><p>　　筒體有效厚度 =-C=8-2.3=5.7mm </p><

77、;p>　　筒體多余金屬面積A1按文獻(xiàn)[14]式（4-82）計(jì)算</p><p>　　b. 接管多余金屬面積</p><p><b>　　接管計(jì)算厚度</b></p><p>　　接管多余金屬面積A2按文獻(xiàn)[10]式（4-83）計(jì)算</p><p>　　c. 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取6.0 mm）</p>

78、;<p>　　A3=2×0.5×6×6=36 mm2 </p><p>　　d. 有效補(bǔ)強(qiáng)面積</p><p>　　= A1+ A2+ A3=950.86+504+36=1490.86mm2 ≥A=219.5mm

79、2</p><p>　　故開(kāi)孔后不需另行補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　3.3.2對(duì)殼程接管的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　接管選材為Q345，受內(nèi)壓的圓筒，設(shè)計(jì)溫度為25℃，由文獻(xiàn)[12]查得設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力=174MPa，殼體材料許用應(yīng)力=189MPa，筒體和接管的厚度附加量C取為2.3 mm。</p><p>　　（1）大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的適用

80、范圍</p><p>　　大開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)是指不能用等面積法補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的。壓力面積法適用于內(nèi)壓圓筒形殼體，球性殼體的圓形開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)，它允許壓力試驗(yàn)時(shí)最高應(yīng)力的局部區(qū)域產(chǎn)生可達(dá)1％的塑形變形。其要求如下。</p><p><b>　?。╝）。</b></p><p>　　（b）接管與殼體采用全焊透結(jié)構(gòu)，接管與殼體連接內(nèi)外壁應(yīng)避免尖角過(guò)渡，而采用r圓角過(guò)渡。

81、</p><p>　?。╟）接管、殼體、補(bǔ)強(qiáng)件的材料其常溫屈強(qiáng)比應(yīng)滿足。應(yīng)避免采用標(biāo)準(zhǔn)常溫抗拉強(qiáng)度下限值的材料，如果采用，須在設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)等方面作特殊考慮。</p><p>　?。╠）接管、殼體、補(bǔ)強(qiáng)件之間的焊縫應(yīng)進(jìn)行無(wú)損探傷。</p><p>　?。╡）此補(bǔ)強(qiáng)方法不宜用于介質(zhì)對(duì)應(yīng)力敏感的場(chǎng)合。</p><p>　?。╢）大開(kāi)孔應(yīng)避免用于可產(chǎn)生

82、蠕變或有脈動(dòng)載荷的場(chǎng)合。</p><p><b>　　(2)補(bǔ)強(qiáng)范圍</b></p><p><b>　　殼體補(bǔ)強(qiáng)的有效寬度</b></p><p>　　接管外側(cè)補(bǔ)強(qiáng)的有效高度</p><p><b>　　接管內(nèi)側(cè)的有效高度</b></p><p>　　

83、接管厚度方向補(bǔ)強(qiáng)的有效范圍（超過(guò)此范圍的金屬不計(jì)入承壓面積）</p><p><b>　　接管厚度mm或</b></p><p><b>　　殼體厚度的二倍 </b></p><p>　　故此，接管的有效厚度按mm計(jì)算。</p><p>　　式中，——接管或開(kāi)孔內(nèi)直徑，mm；</p>

84、<p>　　——圓筒或球形殼體的內(nèi)直徑，mm；</p><p>　　——接管采用壁厚，mm；</p><p>　　——?dú)んw采用壁厚，mm；</p><p>　　——分別為接管外側(cè)和內(nèi)側(cè)補(bǔ)強(qiáng)的有效高度，mm；</p><p>　　b——?dú)んw補(bǔ)強(qiáng)的有效寬度，mm;；</p><p>　　C——?dú)んw壁厚附加量，m

85、m；</p><p>　　——接管壁厚附加量，mm；</p><p>　　——接管腐蝕裕度，mm； </p><p><b>　?。?）補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　接管、殼體、補(bǔ)強(qiáng)材料均采用相同的材料，故按下式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：</p><p><b>　　其中，</b

86、></p><p>　　式中，P——設(shè)計(jì)壓力，Mpa；</p><p>　　——補(bǔ)強(qiáng)有效范圍內(nèi)的壓力面積，mm2；</p><p>　　——?dú)んw上開(kāi)孔區(qū)內(nèi)有效承壓金屬面積，mm2；</p><p>　　——接管上開(kāi)孔內(nèi)有效承壓金屬面積，mm2；</p><p>　　——補(bǔ)強(qiáng)金屬面積，mm2；</p>

87、<p>　　——?dú)んw材料需用應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　——接管材料需用應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　——補(bǔ)強(qiáng)材料需用應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　3.4 法蘭的選用</p><p>　　3.4.1 筒體法蘭的選用</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[16]標(biāo)準(zhǔn)，選用PN0.6，DN800

88、平密封面甲型平焊法蘭。本換熱器采用管板兼作法蘭，故選用兩個(gè)平面法蘭（管板兼作平面法蘭），材料選用16Mn鍛件。</p><p>　　3.4.2 管法蘭的選用</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[16選用管程流體進(jìn)出口接管選用HG20593 PN0.6，DN200的平密封面法蘭 外伸長(zhǎng)度200mm；殼程流體進(jìn)出口接管選用HG20593 PN0.6，DN450的平密封面法蘭 外伸長(zhǎng)度200m

89、m；排液管、排氣管接管選用HG20593 法蘭20-1.6 20 外伸長(zhǎng)度150mm。 </p><p>　　3.5 折流板設(shè)計(jì)</p><p>　　由文獻(xiàn)[15]查得折流板間距取800mm，折流板最小厚度為12mm，折流板外徑為795mm，折流板開(kāi)孔直徑為φ25.8，材料為Q235-A，拉桿為φ16，共6根，材料為Q235-A。</p><p><b&

90、gt;　　3.6 管板設(shè)計(jì)</b></p><p>　　根據(jù)參考文獻(xiàn)[17]進(jìn)行管板設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.6.1換熱氣的設(shè)計(jì)條件</p><p><b>　　見(jiàn)表2</b></p><p>　　3.6.2結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)</p><p>　　殼程圓筒內(nèi)直徑 </p>

91、;<p><b>　　厚度 </b></p><p><b>　　換熱管外徑 </b></p><p><b>　　厚度 </b></p><p>　　表2 換熱器的設(shè)計(jì)條件 </p><p><b>　　總長(zhǎng) </b&g

92、t;</p><p><b>　　根數(shù) </b></p><p>　　受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度 </p><p>　　換熱管三角形排列，管間距 </p><p>　　換熱管與管板的連接型式：管孔開(kāi)槽接</p><p><b>　　許用拉脫力 </b></p&g

93、t;<p>　　殼程側(cè)管板結(jié)構(gòu)開(kāi)槽深度 3mm</p><p>　　管板分程隔板槽深度 4mm</p><p>　　管箱法蘭采用：甲型平焊密封面法蘭 PN0.6 DN800</p><p>　　法蘭外直徑Df=930mm</p><p>　　螺栓中心圓外直徑Db=890mm</p><p>

94、<b>　　管箱圓筒厚度</b></p><p><b>　　管箱法蘭厚度</b></p><p><b>　　螺栓數(shù)目 </b></p><p>　　規(guī)格 M20，有效承載面積</p><p>　　墊片采用 非金屬軟墊片 GB/T 3985</p><

95、p><b>　　即石棉橡膠墊片 </b></p><p><b>　　墊片接觸寬度 </b></p><p>　　基本密封寬度，查GB150表7-1，,</p><p>　　3.6.3各元件材料及其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)</p><p>　　以下數(shù)據(jù)查自文獻(xiàn)[12]</p><p>

96、　　殼程圓筒材料：Q345R</p><p>　　查表2-1,45℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力</p><p>　　查表B13,-2.5℃金屬溫度下的彈性模量</p><p>　　查表I4,-2.5℃金屬溫度下線膨脹系數(shù)</p><p>　　換熱管材料：20號(hào)鋼</p><p>　　查表2-3,45℃設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力<

97、/p><p>　　查表I2,45℃設(shè)計(jì)溫度下屈服點(diǎn)</p><p>　　查表I5,45℃設(shè)計(jì)溫度下彈性模量</p><p>　　12.5℃金屬溫度下彈性模量</p><p>　　查表I6,12.5℃金屬溫度下線膨脹系數(shù)</p><p>　　管板材料： 16Mn鍛件</p><p>　　查表9，45℃

98、設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng) ；</p><p>　　查表I5,45℃溫度下彈性模量</p><p>　　殼程法蘭材料，即管板法蘭材料</p><p>　　查表I5,25℃溫度下彈性模量</p><p>　　管箱法蘭材料16Mn鍛件</p><p>　　管箱圓筒材料彈性模量取管箱法蘭材料的值，即45℃設(shè)計(jì)溫度下

99、彈性模量</p><p><b>　　螺栓材料 35 </b></p><p>　　查表12 常溫下許應(yīng)力</p><p>　　45℃設(shè)計(jì)溫度下許應(yīng)力</p><p>　　墊片材料 石棉橡膠墊片</p><p>　　查表12 墊片系數(shù)</p

100、><p><b>　　比壓 </b></p><p><b>　　3.6.4設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　3.6.4.1換熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力</p><p><b>　　管子回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　系數(shù)

101、 </p><p>　　所以 </p><p><b>　　所以換熱管許用應(yīng)力</b></p><p>　　3.6.4.2法蘭力矩</p><p>　　本小節(jié)計(jì)算按文獻(xiàn)[12]第七章規(guī)定</p>&l

102、t;p>　　（1）基本法蘭力矩計(jì)算</p><p>　　管程壓力操作工況下法蘭力矩</p><p>　　3.6.4.3各結(jié)構(gòu)參數(shù)和系數(shù)</p><p><b>　?。?）隔板槽面積</b></p><p>　　隔板槽兩側(cè)換熱管之間中心距</p><p>　　鄰近隔板槽一側(cè)的一排換熱管數(shù)16&

103、lt;/p><p><b>　　管間距</b></p><p>　　（2）管板布管區(qū)當(dāng)量直徑</p><p><b>　?。?）面積</b></p><p><b>　　殼程圓筒內(nèi)徑面積A</b></p><p>　　殼程圓筒金屬橫截面積</p>

104、<p>　　一根換熱管金屬橫截面積a</p><p>　　管板開(kāi)孔后面積 </p><p><b>　?。?）系數(shù)</b></p><p>　　按文獻(xiàn)[12],K=</p><p>　　殼體法蘭應(yīng)力參數(shù)Y=14.85</p><p><b>　　管板剛

105、度削弱系數(shù)</b></p><p><b>　　管板強(qiáng)度削弱系數(shù)</b></p><p>　　3.6.4.4 換熱管與殼程圓筒的熱膨脹變形差</p><p>　　假設(shè)換熱器制造環(huán)境溫度℃</p><p>　　3.6.4.5 管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)</p><p><b&g

106、t;　　法蘭寬度</b></p><p>　　由文獻(xiàn)[9]圖26 ，查得=0.0003</p><p>　　3.6.4.6管子加強(qiáng)系數(shù)</p><p>　　（1）已知管板名義厚度</p><p>　　殼程側(cè)腐蝕裕量 2mm</p><p>　　焊接結(jié)構(gòu)槽深 3mm>2mm</p><

107、;p>　　管程側(cè)腐蝕裕量 2mm</p><p>　　分程隔板槽深4mm>2mm</p><p>　　管板有效厚度，即校核中的計(jì)算厚度</p><p><b>　　換熱管的有效長(zhǎng)度</b></p><p>　?。?）管子加強(qiáng)系數(shù)K</p><p>　　(3) 管板周邊不布管區(qū)無(wú)量綱寬度

108、</p><p>　　3.6.4.7 旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù)</p><p>　?。?）殼體法蘭與圓筒旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)</p><p>　　已知?dú)んw法蘭（管板延長(zhǎng)部分）厚度</p><p>　　由文獻(xiàn)[9]圖26 ，查得=0.0005</p><p>　?。?）旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù)</p><p>　　3

109、.6.4.8確定系數(shù)</p><p><b>　　由 查查文獻(xiàn)[3]</b></p><p>　　圖27，管板第一彎矩系數(shù) </p><p><b>　　圖29，</b></p><p><b>　　由 查文獻(xiàn)[3]</b></p><p><b

110、>　　圖28，</b></p><p><b>　　圖30 </b></p><p><b>　　法拉力矩折減系數(shù)</b></p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　管板邊緣力矩系數(shù)</b></p>

111、<p><b>　　法蘭力矩變化系數(shù):</b></p><p>　　3.6.4.9設(shè)計(jì)條件不同危險(xiǎn)組合工況的應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　①以第一組危險(xiǎn)組合工況為例，即只有殼程設(shè)計(jì)壓力，不計(jì)膨脹變形差，按文獻(xiàn)[9]順序計(jì)算： </p><p><b>　　查文獻(xiàn)[9]圖30</b></p&g

112、t;<p>　　以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核：</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　根根據(jù)文獻(xiàn)[9]第5，8,23脹接長(zhǎng)度取</p><p>

113、;　?、诘诙M危險(xiǎn)組合工況：</p><p><b>　　應(yīng)力校核：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　?、鄣谌M危險(xiǎn)組合工況：</p><p><b>　　應(yīng)力校核：</b></p><p><b>　　=&l

114、t;/b></p><p><b>　　=</b></p><p>　?、艿谒慕M危險(xiǎn)組合工況：</p><p>　　以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p>&

115、lt;p><b>　　應(yīng)力校核：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　3.7 支座形式的確定</p><p>　　3.7.1 已知條件</p><p>　　已知?dú)んw內(nèi)徑，總

116、高度，支座底板距地面高度3000mm，h=1000mm,設(shè)置地區(qū)基本風(fēng)壓，地震設(shè)防烈度為7度，取a=0.08；</p><p>　　設(shè)計(jì)壓力0.5MPa，設(shè)計(jì)溫度45；</p><p>　　支座材料為16MnR，，墊板材料，底板材料；</p><p>　　圓筒名義厚度8mm，厚度附加量；</p><p>　　設(shè)備總重量5000kg。</

117、p><p><b>　　3.7.2 校核</b></p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[18]，選用4個(gè)A3耳式支座，支座允許載荷。</p><p>　　3.7.3 計(jì)算支座承受的實(shí)際載荷</p><p><b>　　地震載荷：</b></p><p><b>　　風(fēng)載荷：

118、</b></p><p><b>　　安裝尺寸 </b></p><p>　　支座承受的實(shí)際載荷Q：</p><p>　　所以，滿足支座本體允許載荷要求。</p><p>　　3.7.4 計(jì)算支座處圓筒所受的支座彎矩</p><p><b>　　筒體有效厚度</b&g

119、t;</p><p>　　根據(jù)和P查JB/T4710表B.4得</p><p><b>　　所以，滿足要求。</b></p><p>　　4 螺旋板式換熱器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)上文</b></p><p>　　4.1 傳熱工藝計(jì)算</p&g

120、t;<p>　　螺旋板式換熱器的部件選用Q345R材料。</p><p>　　由于是氣—液熱交換，所以按Ⅲ型換熱器確定各部件的結(jié)構(gòu)和尺寸。</p><p>　　流體流向的選擇軟水有螺旋管道流進(jìn)中心，再由中心從螺旋管道流出；氣體從軸向流出。</p><p>　　4.1.1 傳熱量計(jì)算</p><p><b>　　傳熱量計(jì)

121、算見(jiàn)上文。</b></p><p>　　4.1 .2 冷卻水的出口溫度</p><p>　　冷卻水的出口溫度計(jì)算見(jiàn)上文。</p><p>　　4.1.3 螺旋通道截面積與當(dāng)量直徑de的計(jì)算</p><p><b>　　液氨通道</b></p><p><b>　　設(shè)氣體流速

122、為：</b></p><p><b>　　通道的截面積：</b></p><p>　　選螺旋板寬度：H=1.2mm</p><p><b>　　通道寬度：</b></p><p><b>　　則當(dāng)量直徑為：</b></p><p><b

123、>　　軟水通道</b></p><p><b>　　設(shè)軟水流速為：</b></p><p><b>　　通道的截面積：</b></p><p><b>　　通道寬度：</b></p><p><b>　　則當(dāng)量直徑為：</b></p

124、><p>　　4.1.4 雷諾數(shù)和普朗特?cái)?shù)</p><p><b>　　氨氣（冷程）通道：</b></p><p><b>　　將已知數(shù)據(jù)代入得：</b></p><p><b>　　將已知數(shù)據(jù)代入得：</b></p><p><b>　　軟水（

125、熱程）通道：</b></p><p><b>　　將已知數(shù)據(jù)代入得：</b></p><p><b>　　將已知數(shù)據(jù)代入得：</b></p><p>　　4.1.5 給熱系數(shù)的計(jì)算</p><p>　　兩種介質(zhì)的雷諾數(shù)均大于6000，即均在湍流范圍內(nèi)，故用下面的公式計(jì)算：</p&

126、gt;<p><b>　　冷程通道</b></p><p><b>　　設(shè)中心直徑：</b></p><p><b>　　螺旋體外徑：</b></p><p><b>　　平均直徑：</b></p><p>　　4.1.6 總傳熱系數(shù)K&l

127、t;/p><p>　　應(yīng)用串聯(lián)熱阻推導(dǎo)出的公式計(jì)算：</p><p>　　螺旋板為碳鋼，板厚：</p><p><b>　　導(dǎo)熱系數(shù)：</b></p><p><b>　　污垢熱阻：</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)代入上式，可得：</p><p>　　

128、4.1.7 對(duì)數(shù)平均溫差</p><p>　　按純逆流計(jì)算，平均傳熱溫差：</p><p>　　4.1.8 換熱器傳熱面積F</p><p>　　已知傳熱量 </p><p><b>　　由傳熱方程式，得：</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)Q、K、Δtm代入上式得：

129、</p><p>　　4.1.9 螺旋通道長(zhǎng)度L</p><p>　　4.1.10 螺旋圈數(shù)n與螺旋體外徑</p><p>　　前述，已知板厚，，螺旋中心直徑。</p><p>　　不等通道寬度的螺旋圈數(shù)按下式計(jì)算：</p><p><b>　　式中， </b></p><

130、p><b>　　代入上式得，</b></p><p><b>　　螺旋體外徑為：</b></p><p>　　前面假設(shè)之螺旋體外徑：</p><p>　　計(jì)算之值與假設(shè)之值兩者相差為：</p><p>　　說(shuō)明所設(shè)螺旋體外徑是可行的。</p><p>　　4.2 流體

131、壓力降ΔP計(jì)算</p><p>　　由于螺旋板換熱器流體壓力降的計(jì)算沒(méi)有一個(gè)較準(zhǔn)確的計(jì)算公式，本設(shè)計(jì)采用兩種公式進(jìn)行計(jì)算，以便于比較。</p><p>　　4.2.1 按直管壓力降的計(jì)算公式</p><p>　　用螺旋通道的當(dāng)量直徑代替管徑，并考慮粘度的影響，用下式計(jì)算：</p><p>　　由圖5-19的曲線查得：</p>

132、<p><b>　　冷程摩擦系數(shù)</b></p><p><b>　　熱程摩擦系數(shù)</b></p><p>　　為求壁溫下下之粘度，需按下式求出壁溫的大?。?lt;/p><p>　　將各數(shù)據(jù)代入得： </p><p><b>　　在的粘度：</b></p&g

133、t;<p><b>　　氣體通道的壓力降：</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入上式得，</p><p><b>　　水側(cè)通道的壓力降：</b></p><p>　　將已知數(shù)據(jù)代入上式得，</p><p>　　4.2.2 按大連工學(xué)院等單位推薦的公式計(jì)算</p>

134、<p>　　氣體通道和進(jìn)出口的壓力降按下式計(jì)算：</p><p>　　軟水通道和進(jìn)出口的壓力降按下式計(jì)算：</p><p>　　設(shè)定距柱間距t=100mm，no=116個(gè)/m2</p><p><b>　　冷程通道的壓力降：</b></p><p><b>　　熱程通道的壓力降：</b>&

135、lt;/p><p>　　有以上兩種壓力降的計(jì)算看出，第一種方法，沒(méi)有考慮定距柱和進(jìn)出口局部阻力的影響因素。而第二種方法的計(jì)算考慮了定距柱和進(jìn)出口局部阻力的影響，所以第一種方法計(jì)算的壓力降比第二種壓力降計(jì)算的小，即是說(shuō)，后一種方法考慮的比較全面。</p><p>　　4.3 螺旋板的強(qiáng)度、撓度與校核</p><p>　　4.3.1 強(qiáng)度計(jì)算</p>&l

136、t;p><b>　　按下式進(jìn)行計(jì)算：</b></p><p><b>　　已知：</b></p><p>　　換熱氣的操作壓力 </p><p>　　其設(shè)計(jì)壓力位 </p><p>　　螺旋板材料選Q345R,其</p><p>&