換熱器畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　序 言2</b></p><p><b>　　前 言3</b></p><p>　　第一章 選題背景4</p><p><b>　　1.1選題背景4</b></p><p>　　1.2 研究的目的5</p><p

2、>　　1.3 研究的意義5</p><p>　　1.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究主攻方向5</p><p>　　1.5換熱器的種類及特點8</p><p>　　1.5.1.管殼式換熱器8</p><p>　　1.5.2.蛇管式換熱器10</p><p>　　1.5.3.套管式換熱器11</p&

3、gt;<p>　　第二章 方案論證12</p><p><b>　　2.1 概述12</b></p><p>　　2.2 傳熱原理12</p><p>　　2.3 換熱器的選型14</p><p>　　第三章 固定管板式換熱器的設(shè)計15</p><p>　　3.1 熱力

4、學(xué)計算15</p><p>　　3.1.1水的定性溫度和物性參數(shù)15</p><p>　　3.1.2污水的定性溫度和物性參數(shù)16</p><p>　　3.1.3有效平均溫差16</p><p>　　3.1.5 傳熱管和殼體壁溫核算18</p><p>　　3.2管程及殼程壓力降19</p>&

5、lt;p>　　3.2.1管程壓力降計算19</p><p>　　3.2.2 殼程壓力降校核20</p><p>　　3.3 流程及結(jié)構(gòu)設(shè)計21</p><p>　　3.3.1管子的設(shè)計22</p><p>　　3.3.3管板的設(shè)計23</p><p>　　3.3.4管箱27</p>&l

6、t;p>　　3.3.5管束分程、管程隔板及其管板的連接29</p><p>　　3.3.6折流板設(shè)計29</p><p>　　3.3.7排氣孔和排液孔31</p><p>　　3.3.8殼體設(shè)計32</p><p>　　3.3.9殼程接管的設(shè)計32</p><p>　　3.3.10封頭設(shè)計34<

7、/p><p>　　3.3.11試驗壓力35</p><p>　　3.3.12支座37</p><p>　　第四章 膨脹節(jié)39</p><p>　　4.1 壓力產(chǎn)生的應(yīng)力40</p><p>　　4.2 溫差產(chǎn)生的應(yīng)力41</p><p>　　4.3 拉脫力44</p>&

8、lt;p>　　4.4 強(qiáng)度條件45</p><p>　　第五章 換熱器中強(qiáng)化傳熱途徑簡述46</p><p>　　5.1 加大傳熱系數(shù)K47</p><p>　　5.2 增大平均溫差47</p><p>　　5.3 擴(kuò)大傳熱面積47</p><p>　　第六章 總結(jié)48</p>&l

9、t;p>　　第七章 計算結(jié)果總匯48</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)51</b></p><p><b>　　序 言 </b></p><p>　　[摘要]換熱器作為一種流體間傳遞熱量的設(shè)備，在化工行業(yè)中占有舉足輕重的地位。列管式換熱器單位體積具有的傳熱面積大以及傳熱效果好。其中固定管板式換熱器為兩端管

10、板和殼體連接成一體，具有結(jié)構(gòu)簡單和造價低廉等優(yōu)點，因此使用較為廣泛。本論文設(shè)計了一臺電脫鹽排水的固定管板式換熱器。由已知工況下物性參數(shù)，首先，進(jìn)行工藝計算，然后進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，其中包括法蘭、筒體、封頭、管板等的設(shè)計，最后畫出裝配圖和零件圖。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 換熱器；管板；設(shè)計</p><p>　　The Fixed Tube-sheet Teat Exchanger</

11、p><p>　　Heat exchangers are playing an important role in chemical industries as heat-exchanging equipments among different fluids.The Tube-sheet exchangers have the advantages of larger heat-exchanging area,bes

12、ides,it's effective.And the fixed tube-sheet heat exchangers are made in the form of combining the plates with tubes of each side,which makes them flexible to manufacture and competitive in their producing price,henc

13、e,they are widely utilized.The designing thesis is to design a fixed tube-sheet he</p><p>　　[Key words] Heat Exchanger Tube-sheet Design</p><p><b>　　前 言</b></p><p&

14、gt;　　換熱器是化工、石油、動力、冶金、交通、國防等工業(yè)部門重要工藝設(shè)備之一，其正確的設(shè)置，性能的改善關(guān)系各部門有關(guān)工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性以及能源的有效利用與節(jié)約，對國民經(jīng)濟(jì)有著十分重要的影響。出于不同的使用目的和工藝要求，換熱器的型式很多，而且仍在不斷的發(fā)展。當(dāng)前，為了適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，無論從有關(guān)工業(yè)本身的發(fā)展或從能源的開發(fā)、利用和節(jié)約來看，對換熱器都提出了更高的要求。</p><p>　　換熱器的型式繁

15、多，不同的使用場合使用目的不同。其中常用結(jié)構(gòu)為管殼式，因其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、選材廣泛、清洗方便、適應(yīng)性強(qiáng)，在各工業(yè)部門應(yīng)用最為廣泛。而固定管板式換熱器集中了管殼式換熱器的優(yōu)點，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。</p><p>　　固定管板式換熱器主要由殼體、換熱管束、管板、前端管箱（又稱頂蓋或封頭）和后端結(jié)構(gòu)等部件組成。管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在管板上。管箱和后端結(jié)構(gòu)分別與殼體兩端的法蘭用螺栓相連，檢修或清洗時便于拆卸。換熱器

16、設(shè)計的優(yōu)劣最終要看是否適用、經(jīng)濟(jì)、安全、運(yùn)行靈活可靠、檢修清理方便等等。一個傳熱效率高、緊湊、成本低、安全可靠的換熱器的產(chǎn)生，要求在設(shè)計時精心考慮各種問題.準(zhǔn)確的熱力設(shè)計和計算，還要進(jìn)行強(qiáng)度校核和符合要求的工藝制造水平。本設(shè)計主要研究換熱器的設(shè)計原理、傳熱學(xué)計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括兩部分，即工藝尺寸的設(shè)計與計算及部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算。針對固定管板式換熱器適應(yīng)熱膨脹能力差的缺點，重點研究膨脹節(jié)。從三個方面來考慮是否需要設(shè)置膨脹

17、節(jié)，如需要，則如何設(shè)置其結(jié)構(gòu)和對其進(jìn)行強(qiáng)度計算。</p><p>　　由于本人知識有限，再加上經(jīng)驗不足，設(shè)計中存在的不妥和錯誤之處，肯請予以批評指正。</p><p><b>　　第一章 選題背景</b></p><p><b>　　1.1選題背景</b></p><p>　　本設(shè)計課題來源于生產(chǎn)

18、實際。換熱器是把熱量從一種介質(zhì)傳給另一種介質(zhì)的設(shè)備。換熱器是化工、石油、制藥及能源等行業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單元設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中所用換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30 % ，在煉油廠中換熱器占全部工藝設(shè)備的40 %左右，海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。上個世紀(jì)70 年代初發(fā)生的世界性能源危機(jī)，有力地促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備。這是

19、因為，隨著能源的短缺(從長遠(yuǎn)來看，這是世界的總趨勢)，可利用熱源的溫度越來越低，換熱允許溫差將變得更小，當(dāng)然，對換熱技術(shù)的發(fā)展和換熱器性能的要求也就更高。所以，這些年來，換熱器的開發(fā)與研究成為人們關(guān)注的課題。</p><p><b>　　1.2 研究的目的</b></p><p>　　換熱器為石油，化工、食品、原子能及其它化工部門所廣泛使用的一種工藝設(shè)備。一般情況換熱

20、器約占石油化工裝置設(shè)備總重量的40%，其中又以管殼式換熱器為主，因此管殼式換熱器的研究開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制訂一向受到各國的重視，例如美國的TEMA和日本的JISB8249就是管殼式換熱器的專用標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　近年來，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，強(qiáng)化傳熱元件的開發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與換熱工況設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器，并已在化工、煉油、石油化工、制冷及制藥各行業(yè)得到應(yīng)用

21、與推廣，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　各式換熱器的設(shè)計思想各有新穎之處，結(jié)構(gòu)上各具特色。有的在于強(qiáng)化管內(nèi)傳熱，有的著眼于殼程強(qiáng)化傳熱，有的改進(jìn)了管箱設(shè)計，有的著重防止管板誘導(dǎo)振動，有的緊湊了設(shè)備結(jié)構(gòu)，有的在于防腐防垢。</p><p>　　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。換熱管可為光管或低翅管。其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，能得到較小的殼體內(nèi)徑，管程可分成多樣

22、，殼程也可用縱向隔板分成多程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應(yīng)用。 </p><p><b>　　1.3 研究的意義</b></p><p>　　換熱器是合理利用與節(jié)約現(xiàn)有能源、開發(fā)新能源的關(guān)鍵設(shè)備。當(dāng)今世界，現(xiàn)有能源主要為煤、石油、天然氣等資源。有限的儲量難以滿足工業(yè)及人們生活日益增長的需要，因此，合理利用現(xiàn)有能源及開發(fā)新能源已成為世界性的研究課題。在生產(chǎn)中大部分燃料釋

23、放的能量是通過換熱設(shè)備傳遞的，換熱器的合理設(shè)計、性能改善將直接關(guān)系著現(xiàn)有能源的合理利用?？晒╅_發(fā)的新能源：核能、太陽能、地?zé)崮艿纫峁┕I(yè)及生活使用，無一不需要大量符合使用要求的各式換熱器。換熱器的正確設(shè)置、合理設(shè)計、性能改善等對能源的有效利用及開發(fā)有著十分重要的意義。</p><p>　　1.4 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究主攻方向</p><p>　　換熱器是化工、石油、制藥及能源等行業(yè)

24、中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單元設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中所用換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30 % ，在煉油廠中換熱器占全部工藝設(shè)備的40 %左右，海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。上個世紀(jì)70 年代初發(fā)生的世界性能源危機(jī)，有力地促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，要求開發(fā)適用不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備。因此，幾十年來，高效換熱器的開發(fā)與研究始終是人們關(guān)注的課題，國內(nèi)外先后推出了一系列新型高效換

25、熱器。</p><p>　　世界爆發(fā)能源危機(jī)，有力地促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備。這是因為，隨著能源的短缺(從長遠(yuǎn)來看，這是世界的總趨勢)，可利用熱源的溫度越來越低，換熱允許溫差將變得更小，當(dāng)然，對換熱技術(shù)的發(fā)展和換熱器性能的要求也就更高。所以，這些年來，換熱器的開發(fā)與研究成為人們關(guān)注的課題。</p><p>

26、　　換熱器是國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備，隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到了十分重要的位置，換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家熱回收率已達(dá)96%。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢

27、，約占70%，其余30%為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備，其中板式、螺漩板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時，也促進(jìn)了換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性、產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，并朝大型化的方向發(fā)展。</p><p>　　近年來，國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了大量的強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究，但在新型高效換熱器的開發(fā)方面與國外差距仍然較大，并且新型高效換熱器的實際推廣和應(yīng)用仍非常有限。尚需從

28、事?lián)Q熱器專業(yè)的技術(shù)人員在制造工藝方面加大力度進(jìn)行研究，使我國換熱器技術(shù)從各個方面趕上國際水平，也需要各換熱設(shè)備使用廠家勇于引進(jìn)和推廣新型高效換熱器，為我國的節(jié)能事業(yè)做出貢獻(xiàn)。</p><p>　　其次，新技術(shù)普遍應(yīng)用。普遍采用電子設(shè)計自動化（EDA）、計算機(jī)輔助制造(CAM)、計算機(jī)輔助測試(CAT)、數(shù)字信號處理(DSP)、專用集成電路(ASIC)及表面貼裝技術(shù)等。 </p><p

29、>　　并且，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在重視高檔儀器開發(fā)的同時，注重高新技術(shù)和量大面廣產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)。注重系統(tǒng)集成，不僅著眼于單機(jī)，更注重系統(tǒng)、產(chǎn)品軟件化。隨著各類儀器裝上CPU，實現(xiàn)了數(shù)字化后，軟件上投入了巨大的人力、財力。今后的儀器設(shè)計歸納成一個簡單的公式：儀器=AD/DA+CPU+軟件，AD芯片將模擬信號變成數(shù)字信號，在經(jīng)過軟件處理變換后用DA輸出。 </p><p>　　隨著工藝裝置的大型化和高

30、效率化，換熱器也趨于大型化，并向低溫差設(shè)計和低壓力損失設(shè)計的方向發(fā)展。同時，對其一方面要求成本適宜，另一方面要求高精度的設(shè)計技術(shù)。當(dāng)今換熱器技術(shù)的發(fā)展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成了一個高技術(shù)體系</p><p><b>　　發(fā)展趨勢：</b></p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)以來，

31、國外儀器行業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出一些新的特點，引起了我國儀表業(yè)界的關(guān)注。 </p><p>　　一是新技術(shù)普遍應(yīng)用。普遍采用電子設(shè)計自動化（EDA）、計算機(jī)輔助制造(CAM)、計算機(jī)輔助測試(CAT)、數(shù)字信號處理(DSP)、專用集成電路(ASIC)及表面貼裝技術(shù)等。 </p><p>　　二是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在重視高檔儀器開發(fā)的同時，注重高新技術(shù)和量大面廣產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)。

32、注重系統(tǒng)集成，不僅著眼于單機(jī)，更注重系統(tǒng)、產(chǎn)品軟件化。隨著各類儀器裝上CPU，實現(xiàn)了數(shù)字化后，軟件上投入了巨大的人力、財力。今后的儀器設(shè)計歸納成一個簡單的公式：儀器=AD/DA+CPU+軟件，AD芯片將模擬信號變成數(shù)字信號，在經(jīng)過軟件處理變換后用DA輸出。 </p><p>　　三是產(chǎn)品開發(fā)準(zhǔn)則發(fā)生變化。從技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)為市場驅(qū)動，從一味追求高精尖轉(zhuǎn)為"恰到好處"。開發(fā)一項成功產(chǎn)品的準(zhǔn)則

33、是：滿足用戶明確的需求；用最短的時間投放市場；功能與性能要恰到好處。  </p><p>　　四存在問題：今年來，國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行了大量的強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研究，但在新型高效換熱器的開發(fā)方面與國外差距仍然較大，并且新型高效換熱器的實際推廣和應(yīng)用仍非常有限。尚需從事?lián)Q熱器專業(yè)的技術(shù)人員在制造工藝方面加大力度進(jìn)行研究，使我國換熱器技術(shù)從各個方面趕上國際水平，也需要各換熱設(shè)備使用廠家勇于引進(jìn)和推廣新型高效換

34、熱器，為我國的節(jié)能事業(yè)做出貢獻(xiàn).</p><p>　　總之，在產(chǎn)品開發(fā)準(zhǔn)則上所發(fā)生的變化是不容忽視的。從技術(shù)驅(qū)動轉(zhuǎn)為市場驅(qū)動，從一味追求高精尖轉(zhuǎn)為"恰到好處"。開發(fā)一項成功產(chǎn)品的準(zhǔn)則是：滿足用戶明確的需求；用最短的時間投放市場；功能與性能要恰到好處。</p><p>　　1.5換熱器的種類及特點</p><p>　　1.5.1.管殼式換熱器<

35、;/p><p>　　管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是一種通用的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，它具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，造價低廉，用材廣泛，清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，應(yīng)用最為廣泛。管殼式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點分為以下幾種：</p><p>　?。?）固定管板式換熱器</p><p>　　固定管板式換熱器 它由殼體、管束、封頭、管板、折流擋板、接管等部件組成。其結(jié)構(gòu)特點是，兩端的管板與殼體連在

36、一起，管束兩端固定在管板上，這類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，價格低廉，每根換熱管都可以進(jìn)行更換，且管內(nèi)清洗方便，但管外清洗困難，宜處理兩流體溫差小于50℃且殼方流體較清潔及不易結(jié)垢的物料。</p><p>　　帶有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，其膨脹節(jié)的彈性變形可減小溫差應(yīng)力，這種補(bǔ)償方法適用于兩流體溫差小于70℃且殼方流體壓強(qiáng)不高于600Kpa的情況。</p><p><b>　?。?）

37、浮頭式換熱器</b></p><p>　　浮頭式換熱器的管板有一個不與外殼連接，該端被稱為浮頭，管束連同浮頭可以自由伸縮，而與外殼的膨脹無關(guān)。浮頭式換熱器的管束可以拉出，便于清洗和檢修，適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱，應(yīng)用極為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。</p><p>　?。?）填料涵式換熱器</p><p>　　填料涵式換熱器管束一端可以自由膨脹

38、，不會產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力，與浮頭式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，管束可從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)、管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。但殼程流體有外漏的可能性，因此殼程不能處理易燃，易爆的流體。且填料函耐壓不高，一般小于4.0Mpa，填料函式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或介質(zhì)易結(jié)垢，需經(jīng)常清理且壓力不高的場合。</p><p><b>　　填料函式換熱器</b></p>&l

39、t;p>　　（4）U 型管式換熱器</p><p>　　U型管式換熱器是只有一個管板，換熱管為U型，管子兩端固定在同一管板上。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與 U 型換熱管有溫差時，不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，管間清洗方便，但管內(nèi)清洗比較困難，利用率較低，殼程易短路，報廢率較高。因而U 型管式換熱器適用于管、殼壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢，而管程介質(zhì)清潔不易結(jié)垢以及高溫、高壓、腐蝕性強(qiáng)的場合。一般高溫、高壓

40、、腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)走管內(nèi)，可使高壓空間減小，密封易解決，并可節(jié)約材料和減少熱損失。</p><p><b>　　U形管管殼式換熱器</b></p><p>　　1.5.2.蛇管式換熱器</p><p>　　蛇管式換熱器是管式換熱器中結(jié)構(gòu)最簡單，操作最方便的一種換熱設(shè)備，通常按照換熱方式不同，將蛇管式換熱器分為沉浸式和噴淋式兩類。</p>

41、;<p>　　1.5.3.套管式換熱器</p><p>　　套管式換熱器是由兩種不同直徑的直管套在一起組成同心套管，其內(nèi)管用U型時管順次連接，外管與外管互相連接而成，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，能耐高壓，傳熱面積可根據(jù)需要增減，適當(dāng)?shù)剡x擇管內(nèi)、外徑，可使流體的流速增大，兩種流體呈逆流流動，有利于傳熱。此換熱器適用于高溫，高壓及小流量流體間的換熱。</p><p><b>　　

42、第二章 方案論證</b></p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　換熱設(shè)備(或稱換熱器或稱熱交換器)就是用來實現(xiàn)熱量傳遞。在石油、化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過程均和熱量的傳遞有著密切的關(guān)系，因而全都可以通過換熱設(shè)備來完成。當(dāng)把換熱設(shè)備用于上述不同過程時

43、，通常把它們分別叫做加熱器，冷卻器，汽化器和冷凝器。判斷一臺換熱設(shè)備好壞的標(biāo)準(zhǔn)是</p><p><b>　　(1)傳熱效率高；</b></p><p><b>　　(2)流體阻力?。?lt;/b></p><p>　　(3)各部件強(qiáng)度足夠，結(jié)構(gòu)可靠；</p><p>　　(4)節(jié)省材料，便于制造，成本低

44、；</p><p>　　(5)安裝、維修方便。</p><p><b>　　2.2 傳熱原理</b></p><p>　　熱的傳遞是由于物體內(nèi)部或物體之間的溫度不同而引起的。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，當(dāng)無外功輸入時，熱量總是自動地從溫度較高的物體傳給溫度較低的物體。只有在消耗機(jī)械功的條件下，才有可能由低溫物體向高溫物體傳遞熱量。傳熱的基本方式有三種：

45、熱傳導(dǎo)、對流和輻射。而換熱器是根據(jù)流體間對流達(dá)到傳熱目的的。對流是指流體各部分質(zhì)點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程，只能發(fā)生在流體中。冷、熱流體分別處在固體壁面的兩側(cè)，熱流體把熱量傳到壁面的一側(cè)，通過管壁后，再從壁面的另一側(cè)把熱量傳給冷流體。這稱為熱交換。如圖A中，冷流體定管內(nèi)，其溫度沿壁面由逐漸上升到；熱流體走管外，其溫度由逐漸下降到。冷、熱流體沿壁面平行流動，而流動方向彼此相反，即逆流。在熱交換過程中，不但要考慮經(jīng)過固體間壁的熱傳導(dǎo)

46、，而且往往更重要的是要考慮到間壁兩側(cè)的對流傳熱。</p><p>　　熱量自熱流體傳到間壁表面的一側(cè)，或自間壁另一例表面?zhèn)鹘o冷流體，都屬于對流傳熱。對流傳熱是在流體流動的過程中發(fā)生的熱量傳遞現(xiàn)象，所以和流動的情況密切相關(guān)。即使是在湍流流動的情況下．流體主流由于旋渦叢生，流體各部分相關(guān)。</p><p>　　圖A 換熱器傳熱示意圖</p><p>　　即使是在湍流流

47、動的情況下．流體主流印由于旋渦叢生，流體各部分相互混合，所以熱阻很小，從而在和流體流動方向垂直的截面上，湍流中心區(qū)各點流體之間的溫度趨于一致；但在緊靠壁面處，總有一層流體膜順著壁面作層流流動，稱為層流底層。在冷流體一側(cè)，熱量在傳入冷流體主體之前，必須首先通過它。由于通過這層流體膜的傳熱是以導(dǎo)熱方式進(jìn)行的，所以流體膜雖薄，卻是對流傳熱的主要熱阻，溫度降也主要集中在層流底層中。分析一下圖A 中距離熱流體入口為處而與流體流動垂直的截面上的溫度

48、分布，如圖B所示。圖中與為層流底層的界面。為熱流體的中心溫度，也是最高溫度，為冷流體的中心溫度也即最低溫度。在熱流體的湍流主體中，由于流體質(zhì)點充分混合，溫度基本上是一致的，即圖中。在層沉底層內(nèi)，由于熱阻較大，溫度急劇由下降到。在層流底層和湍流主體之間，存在一個溫度逐漸變化的區(qū)域，稱為過渡區(qū)，其中溫度由下降到。再往左通過管壁，因其材料通常為金屬，熱阻很小，因此，管壁兩側(cè)的溫度和相差很小。此后在冷流體內(nèi)， 又順次通過層流底層、過渡區(qū)而到達(dá)

49、湍流主體，溫度由經(jīng)下降到。</p><p>　　傳熱方程式為：。換熱器中進(jìn)行的傳熱過程按照熱路分析方法是一條由對流換熱—導(dǎo)熱—對流換熱等傳熱環(huán)節(jié)組成的串聯(lián)熱路。</p><p>　　圖B 對流傳熱時沿?zé)崃鞣较虻臏囟确植记闆r</p><p>　　2.3 換熱器的選型</p><p>　　每種形式的換熱器都有它本身的特點，明確它們各自的特點，將

50、有助于對換熱器的選型。在設(shè)計換熱器時，對于形式的選擇是很重要的。一般通過各種計算對所選形式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比，以便確定最佳條件下?lián)Q熱器的形式。</p><p>　　在換熱器選型時，考慮的因素是很多，如材料、壓力、溫度、溫度差、壓力降、結(jié)垢的情況、流體的狀態(tài)、應(yīng)用方式、檢修和清理等。有些結(jié)構(gòu)形式在某種情況下使用是好的，但是在另外的情況下，卻不能令人滿意，或根本就不能使用。因此在選型時應(yīng)仔細(xì)分析所有的要求和條件，在許多

51、相互制約的因素中應(yīng)全面考慮，找出其中的主要矛盾，給予妥善解決。根據(jù)上述在選型時所要考慮的各種因素看來，其目的就是要使所選換熱器的形式，能保證達(dá)到工藝所規(guī)定的換熱條件，強(qiáng)度足夠和結(jié)構(gòu)可靠，便于制造、安裝、檢修以及經(jīng)濟(jì)上的合理等。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計任務(wù)書上給的已知參數(shù)，操作溫度在120℃左右，不是很高，兩種流體分別為水和污水（可當(dāng)做水算），較易清洗，不易結(jié)垢，管、殼壁溫差不大且設(shè)計的最高壓力不超過2MPa

52、，這些條件都在管殼式換熱器的適用的范圍內(nèi)，而管殼式換熱器可分為固定管板式、浮頭式、U形管式等，在這三種中，固定管板式結(jié)構(gòu)最簡單，在相同的殼體直徑內(nèi)，排數(shù)最多，比較緊湊，結(jié)合換熱器的評判標(biāo)準(zhǔn)，選用固定管板式換熱器?？紤]到固定管板式換熱器熱膨脹能力差，將結(jié)合具體的計算來考慮是否設(shè)置膨脹節(jié)以減小殼體與管子兩者因溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力來彌補(bǔ)固定管板式換熱器的這一缺陷。在相同的條件下，逆流傳熱比并流傳熱的溫差大，并能節(jié)省金屬用量，節(jié)省能源消耗，少占面

53、積，故采用錯流。</p><p>　　第三章 固定管板式換熱器的設(shè)計</p><p><b>　　3.1 熱力學(xué)計算</b></p><p><b>　　已知數(shù)據(jù)</b></p><p>　　3.1.1水的定性溫度和物性參數(shù)</p><p>　　水的定性溫度

54、 </p><p>　　水的比熱 Cp2=4.175g·K</p><p>　　水的密度 kg/m3</p><p>　　水的粘度 N·S/m2</p><p>　　水的導(dǎo)熱系數(shù) W/m·K</p>

55、;<p>　　3.1.2污水的定性溫度和物性參數(shù)</p><p>　　污水的定性溫度 </p><p>　　污水的比熱 CP1=4.233KJ/Kg·K</p><p>　　污水的密度 kg/m3</p><p>　　污水的粘度 N&

56、#183;S/m2</p><p>　　污水的導(dǎo)熱系數(shù) W/m·K </p><p>　　3.1.3有效平均溫差</p><p>　　逆流時的平均溫差為 </p><p><b>　　溫度校正系數(shù)</b></p><p>　　由P，R可查出溫度校正系數(shù)，先選用一殼程，

57、所查出的大于0.8，可取，故選用1殼程4管程換熱器。查表得</p><p>　　3.1.4 傳熱系數(shù)</p><p>　?。?）按經(jīng)驗值初選總傳熱系數(shù)K。（估）</p><p>　　=950W/(m?K){化工單元設(shè)備設(shè)計，P14}</p><p><b>　　初算出所需傳熱面積</b></p><

58、p>　?。?）主要工藝尺寸及結(jié)構(gòu)基本參數(shù)的計算</p><p><b>　　①初選鋼管</b></p><p>　?、趽Q熱管數(shù)量及長度確定</p><p>　　因為流體的粘度小于,暫取。</p><p>　　設(shè)所需管數(shù)為n，那么，</p><p>　　則n=36根，又由傳熱面積S。=32.6

59、m=nπd。LL=11.56m，據(jù)《常用化工設(shè)備設(shè)計》P185可選3m長的鋼管，4個管程。因此，一臺換熱器的總管數(shù)為436=144根。</p><p>　　管程雷諾系數(shù),所以，Pr=1.61</p><p><b>　　，所以，</b></p><p>　?。?）殼程工藝參數(shù)計算</p><p>　　①當(dāng)量直徑，《化工流

60、體流動與傳熱》P335，t=32《常用化工設(shè)備設(shè)計》P16</p><p><b>　　可算得，</b></p><p><b>　　管程內(nèi)徑,</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　整取500mm。</b></

61、p><p>　　折流板間距，暫取0.15m，殼程流通面積</p><p><b>　　殼程流速</b></p><p><b>　　查得，污垢系數(shù)：</b></p><p>　　3.1.5 傳熱管和殼體壁溫核算</p><p><b>　　管壁溫度</b>&

62、lt;/p><p><b>　　液體平均溫度</b></p><p>　　殼體壁溫的計算方法與傳熱管壁溫的計算方法類似，但殼體壁溫可近似取殼程流體的平均溫度。即</p><p>　　3.2管程及殼程壓力降</p><p>　　3.2.1管程壓力降計算</p><p>　　因此，將已知數(shù)據(jù)代入以上公式，

63、</p><p>　?。?）流過直管由于摩擦所引起的壓力降</p><p>　　l----------傳熱管的長度，m</p><p>　　---------傳熱管管內(nèi)徑，m</p><p>　　u----------管內(nèi)流速，</p><p>　　----------流體密度，kg/m</p><

64、p><b>　　取絕對粗糙度</b></p><p>　?。?）流過回彎管（進(jìn)出口阻力不計）因摩擦引起的壓力</p><p>　　所以，,因此滿足要求。</p><p>　　3.2.2 殼程壓力降校核</p><p>　　F=0.5《常用化工單元設(shè)備設(shè)計》P41，正三角形排列。</p><p&g

65、t;<b>　　殼程流體摩擦系數(shù)：</b></p><p><b>　　中心管數(shù)</b></p><p><b>　　折流板數(shù)</b></p><p><b>　　所以，</b></p><p><b>　　所以，</b></p

66、><p>　　殼程壓力降滿足要求。</p><p>　　3.3 流程及結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　固定管板式換熱器根據(jù)結(jié)構(gòu)特點的不同可以分為剛性結(jié)構(gòu)和具有溫差補(bǔ)償兩類。剛性結(jié)構(gòu)的固定管板式換熱器其外面的圓筒形殼體和內(nèi)部的換熱管(換熱管的總體叫管束)通過兩端的管板剛性的連接在一起。這樣參與換熱的兩種流體，一種在管內(nèi)流動(稱為管程)，一種在換熱管和殼體之間的空間流動(稱為

67、殼程)，熱量使可通過管壁進(jìn)行傳遞．這種剛性結(jié)構(gòu)的固定管扳式換熱器由于換熱管、管板和殼體三者剛性的連接在一起，所以具有下述優(yōu)缺點： ’</p><p>　　優(yōu)點：a)結(jié)構(gòu)簡單；</p><p><b>　　b)緊湊；</b></p><p><b>　　c)造價低。</b></p><p>　　

68、缺點：a)管間不能清洗，故只能通以清潔流體；</p><p>　　b)在操作過程中，如果換熱管和殼體的溫度相差較大時，或者溫度差不大，但兩者材料的線膨脹系數(shù)相差較大時，兩者要產(chǎn)生不同的膨脹量，從而在管子和殼體中必然產(chǎn)生應(yīng)力。</p><p>　　此應(yīng)力是因溫差產(chǎn)生的，叫做溫差應(yīng)力。</p><p>　　固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)及主要部件</p><p

69、>　　1.封頭 2.設(shè)備法蘭 3.排氣口 4。殼體 5.換熱管 6.折流板 </p><p>　　7.防沖板 8.殼程接管 9.管板 10.管程接管 11.隔板 12.管箱 </p><p>　　13.排液口 14.定距管 15.拉桿 16.支座 17.墊片</p><p>　　具有溫差補(bǔ)償?shù)膿Q熱器是在殼體上帶膨脹節(jié)，從而降低溫

70、差應(yīng)力。帶波形膨脹節(jié)的換熱器的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單造價低同時可以降低溫差應(yīng)力。缺點是：由子波形膨脹節(jié)的承壓能力一般說來比較差。是否需要膨脹節(jié)根據(jù)強(qiáng)度計算來判斷，具體見后。</p><p>　　3.3.1管子的設(shè)計</p><p><b>　　1、采用光滑管</b></p><p>　　光滑管結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。缺點是它強(qiáng)化傳熱的性能不足。為了提高換

71、熱器的傳熱系數(shù)，可采用結(jié)構(gòu)形式多樣化的管子，如異性管，翅片管，螺紋管等。</p><p><b>　　2、選用 的管子。</b></p><p>　　3、管長 我國生產(chǎn)的無縫鋼管長度一般為6m，故系列中換熱管的長度分為1.5，2,3,4.5,6 米幾種， 本設(shè)計中采用3米長的管子，其傳熱面積為：</p><p><b>　　4、管子的

72、排列形式</b></p><p>　　管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形錯列，正方形直列和正方形錯列。見圖C。</p><p>　　.正三角形錯列 .正方形直列 .正方形錯列</p><p><b>　　圖C</b></p><p>　　正三角形排列

73、比較緊湊，在一定的殼徑內(nèi)可排列較多的管子，且傳熱效果好，但管外清洗較為困難。而正方形排列，管外清洗方便，適用于殼程中的流體易結(jié)垢的情況，其傳熱效果較正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形錯列，用于殼側(cè)流體清潔，不易結(jié)垢，后者殼側(cè)污垢可以用化學(xué)處理掉的場合。</p><p>　　本設(shè)計中采用正三角形錯列的排列方式。</p><p>　　5、管數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)管數(shù)為144根。</p&g

74、t;<p>　　3.3.2管心距的設(shè)計： </p><p>　　采用脹接法固定時，管心距過小會造成脹接在擠壓作用下發(fā)生變形，失去管子與管板之間的連接力。故采用焊接法。</p><p><b>　　根據(jù)經(jīng)驗公式：</b></p><p>　　隔板中心到離其最近一排管中心距離</p><p>　　S=t/

75、2+6=32/2+6=22㎜</p><p>　　各程相鄰管的管心距為。</p><p>　　3.3.3管板的設(shè)計</p><p>　　1、管板的作用：固定作為傳熱面的管束，并作為換熱器兩端的間壁，將管程流體分隔開來。</p><p>　　2、管板上的管孔數(shù)：即為殼體中的傳熱系數(shù)（包括圓缺形板區(qū)安置的）。</p><p&g

76、t;　　3、管板上的孔間距不宜過大，避免布管疏松，不利傳熱；也不宜過小，避免焊接時引起較大的應(yīng)力，影響焊接質(zhì)量，另外也不利于清掃殼程管束。</p><p>　　4、管板與殼體連接采用不可拆式，即直接焊在殼體上，稍微延伸，兼作法蘭，便于對脹口進(jìn)行檢查和維修以及清洗管子。</p><p><b>　　5、管板直徑與厚度</b></p><p>　　

77、管板與殼體直徑應(yīng)保持一致。管板厚度與材料強(qiáng)度，介質(zhì)壓力，溫度和壓差，溫差以及管子和外殼的固定方式和受力因素有關(guān)。對于管子與管板脹接時，為保證脹接的可靠性，管板的最小厚度為。管子與管板焊接時，由于焊接可以達(dá)到甚至超過管子本身的強(qiáng)度，只要管子強(qiáng)度足夠，管子厚度可不受限制，而由焊接工藝及焊接變形等要求來確定。 本設(shè)計中選取。 </p><p>　　6、管子在管板上的固定方法，必須保證管子和管板連接牢固，不會在連接處產(chǎn)生

78、泄漏。連接方式一般有三種：脹接法，焊接法，脹焊并用法；一般采用的事脹接法和焊接法。由于焊接法在高溫高壓下仍能使用，保持連接的緊密性，管孔加工要求低節(jié)約空的加工工時，同時焊接工藝比脹接工藝簡單等優(yōu)點，故本設(shè)計中采用焊接法。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，管子外徑為25mm時，管板孔的直徑為25.8mm,允許偏差；相鄰孔中心距32mm，管孔中心距偏差：相鄰孔間，任意孔間；支撐板孔直徑25.6mm,允許偏差。 管子露出管板的長度，采用1.5mm。</p&

79、gt;<p>　　7、管板的結(jié)構(gòu)型式 </p><p>　　管板是換熱器的重要部件，常用的均為圓形平板。其結(jié)構(gòu)有管板兼作法蘭和不兼作法蘭的兩種。在兼作法蘭的管板中，由于密封要求的不同，多用于固定管板式換熱器中。故選用管板兼作法蘭型。結(jié)構(gòu)見圖D。</p><p>　　圖D 固定管板式換熱器管板與殼體的連接</p><p>　　8、換熱管在管板上的排列

80、 </p><p>　　換熱管在管扳上的排列主要采用三種方法，即等邊三角形排列法，正方形排列法和組合排列法。</p><p>　　等邊三角形排列法優(yōu)點是：在一定的管板面積上可以放置較多的換熱管，提供較多的傳熱面；正方形排列法的優(yōu)點是換熱管外表面可用機(jī)械方法清理，管間可處理較臟流體。在多程列管換熱器中，常常在各程內(nèi)采用等邊三角形排列而在程與程之間采用正方形排列，這種叫做組合排列法。當(dāng)換熱管管

81、數(shù)較多時，無論是采用等邊三角形排列法還是正方形排列法，都應(yīng)在管束和殼體之間形成的弓形區(qū)內(nèi)配置盡可能多的換熱管。這樣做不但可以增大傳熱面，而且還可以防止殼程流體大部分從弓形空區(qū)通過，降低傳熱效果的缺點。同時，又能減小殼程流體的流通斷面，提高其流速，強(qiáng)化換熱器的換熱能力。</p><p>　　9、管板與殼體的連接</p><p>　　列管式換熱器的管板與殼體的連接型式分為不可拆式和可拆式兩大類

82、。固定管板式換熱器的管板和殼體是焊接在一起的，屬不可拆式連接。如圖E所示。</p><p>　　圖E 固定管板式換熱器殼體和管板的焊接結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　10、固定管板計算</b></p><p>　　T=20mm,總換熱管數(shù)n=144。一根管壁金屬的橫截面積為：</p><p>　　開孔強(qiáng)度削弱系數(shù){G

83、B 151-1999管殼式換熱器，P39}</p><p>　　管板間距L估取3050mm。</p><p><b>　　計算K：</b></p><p><b>　　K=5.8</b></p><p>　　按管板簡支考慮，依K值查得無量綱系數(shù)</p><p><b&g

84、t;　　管板最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　管子最大應(yīng)力</b></p><p><b>　　筒體內(nèi)徑截面積</b></p><p>　　管板上管孔所占的總截面積</p><p><b>　　系數(shù)</b></p><p><

85、;b>　　系數(shù)</b></p><p><b>　　殼程壓力，管程</b></p><p><b>　　當(dāng)量壓差</b></p><p><b>　　管板采用16Mn，</b></p><p>　　換熱管為20號碳素鋼</p><p>

86、<b>　　管板，管子強(qiáng)度校核</b></p><p>　　所以，管板計算厚度滿足要求。</p><p><b>　　3.3.4管箱</b></p><p>　　管箱是位于列管換熱器兩端的重要部件。它的作用是接納由進(jìn)口接管來的流體并分配到各換熱管內(nèi)，或是匯集由換熱管流出的流體，同時將其送入排出管而排出換熱器。選用頂部為橢圓

87、形管箱。如左上圖所示。管箱流體進(jìn)出口也設(shè)在管箱側(cè)面。換熱器管程清洗或檢修時，只要把連接管道從管箱上卸開，把管箱從換熱器上拆下即可。圖中點劃線表示管程隔板，管箱連接通常采用焊接。</p><p>　　管箱最小長度得確定原則</p><p>　　多程管箱，流經(jīng)相鄰兩管程之間的最小流通面積應(yīng)大于或等于其中一程的管內(nèi)流通面積的1.3倍；但操作允許時也可等于每管程管子的流通面積（為方便計算，按各程的

88、平均管數(shù)計算）。</p><p><b>　　管箱最小長度計算</b></p><p>　　本設(shè)計選擇B型（封頭管箱）。按流通面積計算，</p><p>　　按各相鄰焊縫間的距離計算，</p><p>　　L取兩者較大者。{化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計，P119}</p><p>　　式中，為換熱管

89、內(nèi)徑；mm；</p><p><b>　　為各程平均管數(shù)；</b></p><p>　　E為各相鄰管程間分程處，物流流通的最小寬度，mm；</p><p>　　為封頭內(nèi)曲面高度，mm;</p><p>　　為封頭直邊高度，mm；</p><p><b>　　為封頭厚度，mm；</b

90、></p><p>　　為接管位置尺寸，，mm；</p><p>　　為接管至殼體與封頭連接焊縫間距離，取100mm；</p><p>　　為封頭高度，，mm；</p><p>　　C為接管補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣至設(shè)備法蘭或管箱殼體連接焊縫間的距離，；</p><p><b>　　為接管外徑，mm。</b&

91、gt;</p><p><b>　　管箱內(nèi)壓降為</b></p><p><b>　　符合要求。</b></p><p>　　3.3.5管束分程、管程隔板及其管板的連接</p><p>　　當(dāng)流體流量較小或換熱器的傳熱面較大而需管數(shù)很多時，為了增加管內(nèi)流速，提高傳熱效率，可將管束分程，即在管箱內(nèi)裝置

92、與管子中心線相平行的管程隔板，使管積流體依次流過每程管子。當(dāng)管程流體在換熱器內(nèi)平行地流過一次時，稱為單管程，流過二次時，稱為雙程，以此類推。但是，分程不宜太多，否則分程隔板占去管板面積太多，使排管數(shù)減少，換熱器顯得不夠緊湊，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流體穿過隔板墊片短路的機(jī)會增多。隔板所占去的位置在殼程會形成沒有管子占據(jù)的走廊，也會造成殼程流體的短路旁通而不利于傳熱。前面已經(jīng)計算過選用雙管程。 </p><p>　　為了保證

93、管程隔板，管箱與管板之間連接的可靠性，以及加工方便起見，管程隔板的型式應(yīng)力求簡單，盡量縮短密封長度，并應(yīng)使管程隔板密封面和管箱法蘭密封面處于在同一平面上，同時，還應(yīng)保證管程隔板在槽密封面和管板邊緣的密封面，也在同一平面上。</p><p>　　3.3.6折流板設(shè)計</p><p>　　1、 折流板 為了加大殼程流體的流速和湍動程度，提高傳熱效果；為了對換熱管加以支撐，增加換熱管的剛度，減

94、少振動。在換熱器中，除冷凝器外多設(shè)置折流板。</p><p>　　折流板主要有圓缺形和盤環(huán)形兩種，其中最常用的是圓缺形。圓缺形折流板的結(jié)構(gòu)如圖F所示，它是一塊圓形板切去一個弓形部分而成。其切去部分的高度，一般為殼體內(nèi)徑的10～40%，尤其以殼體內(nèi)徑的20～25%最為常用。切去部分的高度過大或過小，都對換熱不利，只有當(dāng)切去部分的高度適當(dāng)時，才能使殼程流體像圖F那樣以較好錯流方式穿過換熱管束，提高換熱器的傳熱效率。&

95、lt;/p><p>　　圓缺形折流板在臥式換熱器中的布置法有如圖所示的兩種。一種是將切去的</p><p>　　圖F 圓缺形折流板</p><p>　　圖G 臥式換熱器中圓缺形折流板的布置方法</p><p>　　弓形缺口部分上下布置如圖G；一種是將切去的弓形缺口部分左右布置。前一種布置法，可以造成殼程流體的劇烈攪動，有利于熱量的傳遞，故選用

96、前一種布置方式。</p><p><b>　　2、折流板的固定</b></p><p>　　在列管式換熱器中，折流板的固定通常是采用拉桿和定距管來實現(xiàn)的。查參考文獻(xiàn)《常用化工單元設(shè)備設(shè)計》P30可得拉桿根數(shù)為4，拉桿直徑為12mm，拉桿孔直徑為12+1=13mm。 拉桿、管板和折流板之間采用點焊固定，如圖J所示的“焊接拉桿”。</p><p>

97、　　圖J 拉桿和管板的連接結(jié)構(gòu) </p><p>　　3、本設(shè)計采用圓缺形性折流板。</p><p>　　4、圓缺形折流板在臥式換熱器中的排列分為圓缺上下方向和圓缺左右方向兩種。上下方向排列者可造成液體的劇烈湍動，增大傳熱膜系數(shù)，這種結(jié)構(gòu)最為常用。故本設(shè)計中選用圓缺上下方向排列。</p><p>　　5、圓缺折流板的圓缺高度一般為至，本設(shè)計中采用 </p&

98、gt;<p><b>　　。</b></p><p>　　6、允許折流板的間距與管徑有關(guān)，取折流板間距B=0.3D，則B=0.3500mm=150mm，取B為150mm。</p><p><b>　　折流板數(shù)目</b></p><p>　　折流板圓缺面水平裝配。</p><p>　　7

99、、折流板外徑為500-5=495mm。</p><p>　　8、折流板厚度為5mm</p><p>　　3.3.7排氣孔和排液孔</p><p><b>　　圖H 排液與排氣口</b></p><p>　　對于不能利用原有接管進(jìn)行放氣或排液的列管式換熱器，應(yīng)當(dāng)注意在管程和殼程的最高處和最低處增設(shè)排氣孔和排液孔。其結(jié)構(gòu)形式

100、如圖H. 用來進(jìn)行開車前的放氣和停車后的排液。尤其對于蒸汽在殼程冷凝的換熱器，更需要設(shè)置排氣孔和排液孔，使蒸汽內(nèi)的惰性氣體不致大量積聚，并使冷凝液及時排除，以防冷凝液將換熱管淹沒，減小傳熱面，或由于惰性氣體的積聚而降低換熱效率。由此可知，排氣孔和排液孔的采用，不但可以回收或排除工作介質(zhì)，而且又可提高換熱器的傳熱效率。</p><p><b>　　3.3.8殼體設(shè)計</b></p>

101、<p>　　經(jīng)初步計算，考慮其經(jīng)濟(jì)性等原因，本設(shè)計選取Q235-B型鋼材作為筒體材料。</p><p><b>　?、贇んw厚度計算：</b></p><p><b>　　其中,</b></p><p>　　查得：，（雙面焊縫）， </p><p><b>　　故

102、</b></p><p>　?、诳紤]到開孔的削弱及安全，以及開孔的強(qiáng)度補(bǔ)償措施，又參照GB151-1999 P19，取殼體厚度為8mm。</p><p>　　所以，設(shè)計符合要求。</p><p>　　3.3.9殼程接管的設(shè)計</p><p>　　1、殼程流體進(jìn)口接管：接管內(nèi)液體流速為u1=0.43m/s，則接管內(nèi)徑為</p&

103、gt;<p>　　查標(biāo)準(zhǔn)可取接管規(guī)格為。</p><p>　　2、管程流體進(jìn)出口接管：接管內(nèi)液體流速u2=0.35m/s，則接管內(nèi)徑為</p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)可取接管規(guī)格為。</p><p>　　3、殼層流體出口接管，為方便計算，取與殼程進(jìn)口管規(guī)格相同。</p><p><b>　　4、接管的外伸長度</b&

104、gt;</p><p>　　5、開孔補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別 </p><p><b>　　（1）補(bǔ)強(qiáng)判別</b></p><p>　　允許不另行不強(qiáng)的最大接管外徑為。本設(shè)計開孔外徑已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其值，所以需要考慮其補(bǔ)強(qiáng)。</p><p><b>　　開孔直徑 </b></p><p&

105、gt;　　開孔直徑,滿足等面積開孔補(bǔ)強(qiáng)計算的適用條件。</p><p><b>　　（2）補(bǔ)強(qiáng)計算</b></p><p>　　由計算出的工藝設(shè)計條件接管尺寸為，考慮選用20號鋼，</p><p><b>　　接管計算壁厚</b></p><p><b>　　接管有效壁厚</b>

106、;</p><p><b>　　開孔直徑 </b></p><p>　　接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 </p><p>　　接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 </p><p><b>　　需要補(bǔ)強(qiáng)面積 </b></p><p><b>　　可以作為補(bǔ)強(qiáng)面積為</b>

107、;</p><p>　　因此，該接管補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)度足夠，不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　3.3.10封頭設(shè)計</p><p>　　由于橢圓形封頭制造方便，結(jié)構(gòu)合理，用材較少，故本設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭：</p><p><b>　　設(shè)計厚度：</b></p>&l

108、t;p>　　為了與筒體配套和焊接方便，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭內(nèi)徑為500mm，厚度為8mm，查JBT 4746-2002 P37和P38可知，H為150mm，h為25mm，重量約為19.6Kg。</p><p><b>　　封頭：</b></p><p>　　3.3.11試驗壓力</p><p>　　本設(shè)計為內(nèi)壓容器，試驗壓力應(yīng)根據(jù)以下式子進(jìn)行驗

109、算，</p><p><b>　　液壓試驗：</b></p><p><b>　　氣壓試驗：</b></p><p>　　式中：---試驗壓力，MPa；</p><p>　　P---設(shè)計壓力，MPa；</p><p>　　---容器元件材料在試驗溫度下的許用應(yīng)力，MPa；&l

110、t;/p><p>　　---容器元件材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力，MPa。</p><p>　　壓力實驗前，應(yīng)按下式校核圓筒應(yīng)力：</p><p>　　式中，---試驗壓力下圓筒應(yīng)力，MPa；</p><p>　　---圓筒內(nèi)徑，mm;</p><p>　　---試驗壓力，MPa；</p><p>　

111、　---圓筒的有效厚度，mm。</p><p><b>　　應(yīng)滿足以下條件：</b></p><p><b>　　液壓試驗時，</b></p><p><b>　　氣壓試驗時，</b></p><p>　　式中，---圓筒材料在試驗溫度下的屈服點（或0.2%屈服強(qiáng)度），MPa；

112、</p><p>　　---圓筒的焊接接頭系數(shù)。</p><p><b>　　由計算結(jié)果可知，</b></p><p>　　=25.4MPa<(0.8~0.9)0.85235=(159.8~179.8) MPa,所以，滿足液壓及氣壓實驗要求，</p><p><b>　　3.3.12支座</b>

113、;</p><p>　　支座是換熱器的支撐裝置，應(yīng)用最廣泛的是鞍式支座和懸掛式支座。因換熱器采用的是臥式結(jié)構(gòu)，故選用鞍式支座。在選擇支座位置時，既要考慮到利用封頭的加強(qiáng)效應(yīng)，又要考慮不使筒體中部的應(yīng)力增加過多。如果支座位于容器的端部則在容器中部產(chǎn)生很大的彎矩，如果支座位于容器的中部，則在支座處產(chǎn)生很大的彎矩。在《JBl167—82》標(biāo)準(zhǔn)中，推薦A≤0.2L，且，A、L、的意義見圖11。</p>&l

114、t;p><b>　　圖11 鞍式支座</b></p><p>　　3.3.13法蘭及墊片為標(biāo)準(zhǔn)件 </p><p>　　按《壓力容器與化工設(shè)備實用手冊》（上）選取。</p><p><b>　　第四章 膨脹節(jié)</b></p><p>　　換熱器的設(shè)計，除滿足工藝條件外，尚需滿足強(qiáng)度條件。換

115、熱器都承受內(nèi)壓或外壓，因此，殼體、管子、封頭、法蘭、開孔等均需能承受相應(yīng)內(nèi)壓或外壓，不致受到破壞。但由于換熱器的結(jié)構(gòu)特點，在操作時的受力情況與容器不同。在固定管板式換熱器中，殼壁及管壁在操作時除承受由于殼程及管程流體壓力而產(chǎn)生的軸向力和周向力外，尚承受由于殼壁與管壁有溫度差而產(chǎn)生的溫差軸向力。所謂溫差軸向力就是由于操作時殼壁和管壁的溫度不同，因而殼體與管子的熱膨脹自由伸長量就不相等，但兩者又是通過管板剛性的聯(lián)在一起，彼此的實際伸長量又必

116、須一樣，因而在大多數(shù)情況下(即當(dāng)管壁自由伸長量大于殼壁自由仲長量時)，殼壁被迫拉伸，管壁被迫壓紙這種壓縮或拉伸的軸向力稱為溫差軸向力。由此可見，單純從受力角度來看，換熱器比容器多一個溫差軸向力，如果操作時殼壁溫度與管壁溫度差別很大，則在殼壁和管壁中就產(chǎn)生很大的溫差軸向力，若溫差應(yīng)力與受內(nèi)壓而產(chǎn)生的軸向應(yīng)力的總和超過殼體材料允許的應(yīng)力時，則殼體就受到破壞。當(dāng)其超過管子與管板的允許拉脫力時，則連接破壞。這種破壞是固定管板式換熱器所特有的。這

117、就需要考慮設(shè)置膨脹節(jié)</p><p>　　換熱器是否設(shè)置膨脹節(jié)，主要取決于管程與殼程的溫差、壓差和殼體及管子的材料.當(dāng)溫差與壓差比較小時，殼體中所產(chǎn)生的應(yīng)力也較小，就不必設(shè)置膨脹節(jié).但若這種應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值，殼體本身補(bǔ)償不了這種變形差時，就要設(shè)置膨脹節(jié)來予以補(bǔ)償.</p><p>　　對于一臺受內(nèi)壓的換熱器，膨脹節(jié)的采用與否應(yīng)該根據(jù)下列三項計算來判定:</p><p&g

118、t;　　(1) 殼壁溫差應(yīng)力與殼壁內(nèi)壓軸向應(yīng)力的總和是否超過殼體材料允許的極限(包括焊縫的削弱).</p><p>　　(2) 管壁溫差應(yīng)力與管壁內(nèi)壓軸向應(yīng)力的總和是否超過管體材料允許的極限.</p><p>　　(3) 管子拉脫力是否超過管子脹接或焊接所允許的極限.</p><p>　　如前所述，殼體和管子在換熱器中均受到溫度應(yīng)力和內(nèi)壓軸向應(yīng)力的作用?，F(xiàn)分別計算。

119、</p><p>　　4.1 壓力產(chǎn)生的應(yīng)力</p><p>　　換熱器受壓后所產(chǎn)生的軸向力為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式中：、——管子的外徑和內(nèi)徑；</p><p><b>　　——管子數(shù)；</b></p><p