畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 管殼式換熱器

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1、河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 摘 要 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(chēng)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或缺的設(shè)備。 本設(shè)計(jì)是以《傳熱學(xué)》為基礎(chǔ)，根據(jù)《熱交換器原理與設(shè)計(jì)》進(jìn)行熱力計(jì)算，參照GB 151—1999標(biāo)準(zhǔn)選型設(shè)計(jì)出了一個(gè)有效換熱面積為61.8，管外一程、管內(nèi)二程（<1-2>型）的浮頭式煤氣冷卻換熱器。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)首先是熱力計(jì)算，主要根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件估算換熱面積，從而進(jìn)行換熱器的選型，校核傳熱系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算。然后是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，

2、主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件（如折流板、拉桿、鉤圈、浮頭蓋等）的設(shè)計(jì)。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過(guò)表3-9和2張CAD圖表現(xiàn)出來(lái)。 關(guān)鍵詞：管殼式換熱器 浮頭式換熱器 熱力計(jì)算 浮頭蓋 浮頭法蘭 Abstract The heat exchanger is part of the thermal fluid heat transfer equipment to the cold fluid, in order to achieve different temperature heat transfer fluid, also k

3、nown as heat exchangers. The heat exchanger is the heat exchange process of the realization of the chemical production and delivery of essential equipment. This design is based on the heat transfer based on thermodynamic calculation based on the heat exchanger principle and design, reference GB of

4、151-1999 standard selection to design an effective heat transfer area is 61.8, outside the one-way pipe tube two of shell (<1-2> type) floating head gas cooling heat exchanger. This graduation project is first of all the thermodynamic calculation, according to the given design conditions to estimat

5、e the heat transfer area, thus the selection of the heat exchanger, check the heat transfer coefficient, to calculate the actual heat transfer area, and finally the pressure drop and wall temperature calculations. And then on the structure and strength of design, mainly based on the type of heat exc

6、hanger has been selected the design of the device components (such as baffles, rod, hook ring, floating head cover, etc.). The final design results shown in Table 3-9 and two CAD drawings. Key word: Shell-Tube heat exchanger, floating head heat exchanger, tube sheet, floating head planting, floatin

7、g head flange. iii 目 錄 摘 要 I 前 言 1 1 換熱器概述 2 1.1 換熱器的應(yīng)用 2 1.2 換熱器的主要分類(lèi) 2 1.2.1 換熱器的分類(lèi)及特點(diǎn) 2 1.2.2 管殼式換熱器的分類(lèi)及特點(diǎn) 3 1.3 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) 9 1.4 換熱管簡(jiǎn)介 9 1.5本章小結(jié) 10 2 熱力計(jì)算 11 2.1 設(shè)計(jì)條件 11 2.2 核算換熱器傳熱面積 11 2.2.1 流動(dòng)空間的確定 11 2.2.2 初算換熱器傳熱面積 12 2.2.3 總傳熱系數(shù)K的校驗(yàn) 13 2.2.4 校核平均溫差 16 2.2.5 校核換熱面

8、積 17 2.3 壓力降的計(jì)算 17 2.3.1 管程壓力降 17 2.3.2 殼程的壓力降 19 2.4 換熱器壁溫計(jì)算 20 2.4.1 換熱管壁溫計(jì)算 20 2.4.2 圓筒壁溫的計(jì)算 21 2.5 本章小結(jié) 21 3 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 23 3.1 殼體與管箱厚度的確定 23 3.1.1 殼體和管箱材料的選擇 23 3.1.2 圓筒殼體厚度的計(jì)算 23 3.1.3 管箱厚度計(jì)算 24 3.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 26 3.3 水壓試驗(yàn) 26 3.4 換熱管 26 3.4.1 換熱管的排列方式 26 3.4.2 布管限定圓 27 3.4.3 排管 2

9、7 3.4.4 換熱管束的分程 28 3.4.5 換熱管與管板的連接 29 3.5 管板設(shè)計(jì) 29 3.5.1 管板與殼體的連接 29 3.5.2 管板計(jì)算 29 3.5.3 管板重量計(jì)算 36 3.6 折流板 37 3.6.1 折流板的型式和尺寸 37 3.6.2 折流板排列 37 3.6.3 折流板的布置 38 3.6.4 折流板重量計(jì)算 38 3.7 拉桿與定距管 39 3.7.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 39 3.7.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 40 3.7.4 定距管 40 3.8 防沖板 40 3.9 保溫層 41 3.10法蘭與墊片 41 3.10.

10、1固定端的法蘭與墊片 41 3.10.2外頭蓋法蘭與浮頭墊片 43 3.10.3 接管法蘭型式與尺寸 45 3.11 鉤圈式浮頭 46 3.12 管箱接管位置的最小尺寸 49 3.13 本章小結(jié) 51 4 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn) 53 4.1 換熱器的腐蝕 53 4.1.1 換熱管腐蝕 53 4.1.2 管子與管板、折流板連接處的腐蝕 53 4.1.3 殼體腐蝕 53 4.2 換熱器的制造與檢驗(yàn) 53 4.2.1 總體制造工藝 53 4.2.2 換熱器質(zhì)量檢驗(yàn) 54 4.2.3 管箱、殼體、頭蓋的制造與檢驗(yàn) 54 4.2.4 換熱管的制造與檢驗(yàn) 55 4.2.

11、5 管板與折流板的制造與檢驗(yàn) 55 4.2.6 換熱管與管板的連接 56 4.2.7 管束的組裝 56 4.2.8 管箱、浮頭蓋的熱處理 57 4.2.9 換熱器水壓試驗(yàn) 57 4.3 本章小結(jié) 57 總 結(jié) 59 致 謝 60 參考文獻(xiàn) 61 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 前 言 在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱(chēng)為熱交換器,簡(jiǎn)稱(chēng)為換熱器。在換熱器中至少要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。 在化工和石油化工廠中，傳熱既是最重要也是應(yīng)用最多的過(guò)程。在換熱器中，應(yīng)用最多的是管殼式換熱器，它是工業(yè)

12、過(guò)程熱量傳遞中應(yīng)用最廣泛的一種換熱器。雖然管殼式換熱器在結(jié)構(gòu)緊湊型、傳熱強(qiáng)度和單位傳熱面積的金屬消耗量方面無(wú)法與板式或板翅式等緊湊式換熱器相比，但管殼式換熱器適用的操作溫度與壓力范圍較大，制造成本低，清洗方便，處理量大，工作可靠。鑒于本人所設(shè)計(jì)的煤氣冷卻換熱器的熱、冷流體的溫度、壓力以及處理能力，設(shè)計(jì)為浮頭式換熱器。 本設(shè)計(jì)根據(jù)給定參數(shù)的浮頭式換熱器的要求，查閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)，完成了浮頭式換熱器的熱力計(jì)算和各個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，并對(duì)殼體、支撐部件進(jìn)行強(qiáng)度的校核。通過(guò)CAD制圖軟件，設(shè)計(jì)出了本換熱器的二維機(jī)械工程圖。使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的表達(dá)更加直觀，整個(gè)過(guò)程中可以邊設(shè)計(jì)邊優(yōu)化，克服了傳統(tǒng)浮

13、頭式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率不高的缺點(diǎn)。 1 換熱器概述 過(guò)程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是在化工、煉油、輕工、交通、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門(mén)所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱設(shè)備則是廣泛使用的一種通用的過(guò)程設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%～20%；在煉油廠，約占總投資的35%～40%。 1.1 換熱器的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿(mǎn)足工藝流程上的需要。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，高爐爐氣（約1500℃）的余熱，

14、通過(guò)余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。 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)及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。 1.2 換熱器的主要分類(lèi) 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。 1.2.1 換熱器的分類(lèi)及特點(diǎn) 按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類(lèi)： （1）直接接觸式換熱器 又稱(chēng)混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接

15、觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。這類(lèi)換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。 （2）蓄熱式換熱器 在這類(lèi)換熱器中，熱量傳遞是通過(guò)格子磚或填料等蓄熱體來(lái)完成的。首先讓熱流體通過(guò)，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過(guò)，把熱量帶走。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣--氣熱交換的場(chǎng)合。 （3）間壁式換熱器 這是工業(yè)中最為廣泛使用的一類(lèi)換熱器。冷、熱流體被一固體壁面隔開(kāi)，通過(guò)壁面進(jìn)行傳熱。按

16、照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它又可分為： 1）管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等； 2）板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等； 3）擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱管等。 1.2.2 管殼式換熱器的分類(lèi)及特點(diǎn) 由于設(shè)計(jì)題目是浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，而浮頭式又屬于管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類(lèi)型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。進(jìn)行

17、換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱(chēng)為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱(chēng)為殼程流體。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。 流體每通過(guò)管束一次稱(chēng)為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次就稱(chēng)為一個(gè)殼程，最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱(chēng)為多管程；同樣。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱(chēng)為多殼程。多管程與多殼程可以配合使用。 這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，

18、造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過(guò)50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類(lèi)型： （1）固定管板式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。與其它型式

19、的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)制造成本較低。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于進(jìn)行堵管或換管，但無(wú)法在管子的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。更主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來(lái)降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。 （2）浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板

20、上，浮頭管板夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動(dòng)的浮頭，故當(dāng)管束與殼體受熱伸長(zhǎng)時(shí)，兩者互不牽制，因而不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。由上述特點(diǎn)可知，浮頭式換熱器多用于溫度波動(dòng)和溫差大的場(chǎng)合，盡管與固定管板式換熱器相比其結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、造價(jià)更高。 圖1-1 固定管板式換熱器 圖1-2 浮頭式換熱器 （3）U型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖1-3。一束管子被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個(gè)管箱。因?yàn)楣苁c殼體是分離的，在

21、受熱膨脹時(shí)，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過(guò)。由于彎管的外側(cè)管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故U型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點(diǎn)。 圖1-3 U型管式換熱器 （4）雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖1-4。管程流體（B流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過(guò)內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過(guò)內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。其特點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒(méi)有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的

22、兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。 （5）填料函式換熱器：圖1-5為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，造價(jià)也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過(guò)大。 圖1-4 雙重管式換熱器 圖1-5 填料函式換熱器 1.3 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) 包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊

23、結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高的工作效率。 （1） 雙殼程結(jié)構(gòu)：在換熱器管束中間設(shè)置縱向隔板，隔板與殼體內(nèi)壁用密封片阻擋物流內(nèi)漏，形成雙殼程結(jié)構(gòu)。適用場(chǎng)合：①管程流量大殼程流量小時(shí)，采用此結(jié)構(gòu)流速可提高一倍，給熱系數(shù)提高1～1.2倍；②冷熱流體溫度交叉時(shí)，但殼程換熱器需要兩臺(tái)以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺(tái)雙殼程換熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。 （2）螺旋折流板式換熱器：螺旋折流板可以防止死區(qū)和返混，壓降較小。物流通過(guò)這種結(jié)構(gòu)換熱器時(shí)存在明顯的徑向變化，故不適用于有高熱效率要求的場(chǎng)合。 （3）雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個(gè)管板，形成的雙管板結(jié)構(gòu)用于收集泄漏介質(zhì)，防止

24、兩程介質(zhì)混合。 1.4 換熱管簡(jiǎn)介 換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，采用高效傳熱元件是改進(jìn)換熱器傳熱性能最直接有效的方法。國(guó)內(nèi)已使用的新效的換熱管有以下幾種： （1）螺紋管：又稱(chēng)低翅片管，用光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻1.5倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。 （2）T形翅片管：用于管外沸騰時(shí)，可有效降低物料泡核點(diǎn)，沸騰給熱系數(shù)提高1.6～3.3倍，是蒸發(fā)器、重沸器的理想用管。 （3）表面多孔管：該管為光管表面形成一層多孔性金屬敷層，該敷層上密布的小孔能形成許多汽化中心，強(qiáng)化沸騰傳熱。 （4）螺旋槽紋管：可強(qiáng)化管內(nèi)物流間的傳熱

25、，物料在管內(nèi)靠近管壁部分流體順槽旋流，另一部分流體呈軸向渦流，前一種流動(dòng)有利于減薄邊界層，后一種流動(dòng)分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動(dòng)，傳熱系數(shù)提高1.3～1.7倍，但阻力降增加1.7～2.5倍。 （5）波紋管：為擠壓成型的不銹鋼薄壁波紋管，管內(nèi)、管外都有強(qiáng)化傳熱的作用，但波紋管換熱器承壓能力不高，管心距大而排管少，殼程短而不易控制。 管殼式換熱器的應(yīng)用已經(jīng)有悠久的歷史，而且管殼式換熱器被當(dāng)作一中傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門(mén)中大量使用。尤其在化工、石油、能源設(shè)備等部門(mén)所使用的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍處于主導(dǎo)地位，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)特針對(duì)這類(lèi)換熱器中的浮頭式換熱器的熱力計(jì)算以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行

26、介紹。 1.5本章小結(jié) 本章主要敘述換熱器的分類(lèi)。換熱器是一種將熱量從一種載熱介質(zhì)傳遞給另一種載熱介質(zhì)的裝置。其中管殼式換熱器在化工廠、在煉油廠中應(yīng)用最為廣泛。所以本章著重介紹了管殼式換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)各種管殼式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)。常見(jiàn)的管殼式換熱器分為：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管換熱器和填料函式換熱器四種。其中浮頭式換熱器有管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；介質(zhì)間溫差不受限制；可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于550度，壓力小于等于6.4兆帕；可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合；可用于管程易腐蝕場(chǎng)合等優(yōu)點(diǎn)。 鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)特針對(duì)這類(lèi)換熱器中的浮頭式換熱器的熱力計(jì)算

27、以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 2 熱力計(jì)算 在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類(lèi)型，然后計(jì)算換熱所需要的傳熱面積。工藝設(shè)計(jì)中包括了熱力設(shè)計(jì)以及流動(dòng)設(shè)計(jì)，其具體運(yùn)算如下所述： 2.1 設(shè)計(jì)條件 表2-1 煤氣與水的操作參數(shù) 冷 卻 水 煤 氣 進(jìn)口溫度（C） 出口溫度（C） 壓力 （MPa） 進(jìn)口溫度 （C） 出口溫度 （C） 流 量 （m3/s） 壓力 （MPa） 20 35 0.25 450 250 3.33 0.2 表2-2 煤氣的組成成份 煤氣成份

28、 體積分?jǐn)?shù) 34.4 52 1.2 8.2 4 0.2 表2-3 煤氣與水的物性參數(shù) 名稱(chēng) 平均溫度（℃） 比熱kJ/kgk 導(dǎo)熱系數(shù)W/（mk） 密度 kg/ m3 粘度（）PaS 熱阻（）㎡K/w 水 27.7 3.165 0.140 805 8.10 0.52 煤氣 350 2.587 0.114 918 0.920 0.52 2.2 核算換熱器傳熱面積 2.2.1 流動(dòng)空間的確定 選擇被冷卻的煤氣走殼程，被加熱的冷卻水走管程。這是因?yàn)椋罕焕鋮s的流體

29、走殼程可便于散熱，而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程，這樣可降低管壁的溫差，減少熱應(yīng)力，同時(shí)對(duì)于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。 2.2.2 初算換熱器傳熱面積 2.2.2.1 傳熱計(jì)算（熱負(fù)荷計(jì)算） 熱負(fù)荷： （2-1） 式中：——冷熱流體的質(zhì)量流量，kg/s； ——冷熱流體的定壓比熱，J/(kgk)； ——冷流體的進(jìn)、出口溫度，k； ——熱流體的進(jìn)、出口溫度，k。 理論上，=，實(shí)際上由于熱量損失，≠，通常熱負(fù)荷應(yīng)該取max（，）。這里按理論設(shè)計(jì)計(jì)算

30、 （2-2） 故。 2.2.2.2 有效平均溫差的計(jì)算 選取逆流流向，這是因?yàn)槟媪鞅炔⒘鞯膫鳠嵝矢?。其中為較小的溫度差，為較大的溫度差。 因?yàn)?，故采用對(duì)數(shù)平均溫度差，則 ℃ （2-3） 在這里，溫差修正系數(shù) 故℃ 2.2.2.3 按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù) 查表選得=120W/（㎡﹒℃）； 2.2.2.4 初算出所需的傳熱面積 （2-4） 考慮到所用傳熱計(jì)算式的準(zhǔn)確程度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使所選用的

31、換熱器具有換熱面積留有裕度10%-25%，故有：，且為達(dá)到所需換熱面積，應(yīng)采用兩臺(tái)同類(lèi)換熱器串聯(lián)。 2.2.3 總傳熱系數(shù)K的校驗(yàn) 管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準(zhǔn)，則在利用關(guān)聯(lián)式計(jì)算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準(zhǔn)，因此總傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式如下： （2-5） 式中：K——總傳熱系數(shù)，W/（㎡﹒K）； 、——分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)，W/（㎡﹒K）； 、——分別為管程和殼程的污垢熱阻，㎡K/w； 、、——分別是傳熱管內(nèi)徑、外徑及平均直徑，m； ——傳熱

32、管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/（㎡﹒K）； ——傳熱管壁厚，m。 2.2.3.1管程流體傳熱系數(shù) 其計(jì)算過(guò)程如下： 初選管內(nèi)流體（冷卻水）的流速 =1m/s ，可知流體處于湍流狀態(tài)； （2-6） 當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)為過(guò)渡流的時(shí)候，對(duì)流傳熱系數(shù)可先按湍流的公式計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果乘以校正系數(shù)，即可得到過(guò)渡流下的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 先計(jì)算校正系數(shù)： （2-7） 而湍流情況下的計(jì)算如下： 由于，故原油為高黏度的流體，故應(yīng)用Sieder-Tate關(guān)聯(lián)式：

33、 （2-8） 工程上，當(dāng)液體被加熱時(shí)，取，當(dāng)液體被冷卻時(shí)，取，而管程流體原油是被加熱的，則有 W/（㎡﹒K）； 故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)為： W/（㎡﹒K） （2-9） 2.2.3.2 殼程流體傳熱系數(shù) 其計(jì)算過(guò)程如下： 換熱器內(nèi)需裝弓形折流板，根據(jù)GB151-1999可知，折流板最小的間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的1/5，且不小于，故根據(jù)浮頭式換熱器折流板間距的系列標(biāo)準(zhǔn)，可取折流板間距。 因?yàn)闅んw選擇為卷制圓筒，根據(jù)GB150-1999可知?dú)んw內(nèi)徑。 管間流速是根據(jù)流體流過(guò)管間最大截面積計(jì)算： 其

34、中：——管外徑，即25㎜， ——為換熱管中心距，此時(shí)選擇換熱管在管板上的排列方式為正方形排列，因?yàn)檫@樣便于機(jī)械清洗，查GB151-1999得。 （2-10） （2-11） 當(dāng)換熱管呈正方形排列時(shí)，其當(dāng)量直徑為 ；同時(shí)： （2-12） （2-13） 故可用Kern法求，即： （2-14） 與都已經(jīng)算出，而，，，同時(shí)查鋼管壁熱導(dǎo)率為，則有 故，合適。 2.2.4 校核平均溫差 與平

35、均溫差有關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下： ； 根據(jù)R、P值，查溫度校正系數(shù)圖可得溫度校正系數(shù)，因此有效平均溫度差為： ℃ （2-15） 2.2.5 校核換熱面積 實(shí)際傳熱面積： （2-16） 校核： （2-17） 為了保證換熱器的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的實(shí)際面積，由上可知所選換熱器面積滿(mǎn)足要求。 2.3 壓力降的計(jì)算 流體流經(jīng)換熱器因流動(dòng)引起的壓力降，可按管程壓降和殼程壓降分別計(jì)算。 2.3.1 管程壓力降

36、 管程壓力降有三部分組成，可按下式進(jìn)行計(jì)算： （2-18） 其中：——流體流過(guò)直管因摩擦阻力引起的壓力降，Pa； ——流體流經(jīng)回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa； ——流體流經(jīng)管箱進(jìn)出口的壓力降，Pa； ——結(jié)構(gòu)校正因數(shù)，無(wú)因次，對(duì)的管子，取為1.4；對(duì)的管子，取為1.5； ——管程數(shù)； ——串聯(lián)的殼程數(shù)。 其中，、、的計(jì)算式如下： ；；； 式中：——管內(nèi)流速，；——管內(nèi)徑，；——管長(zhǎng)，；——摩擦系數(shù)，無(wú)量綱，可由下式求??；——管內(nèi)流體密度，。 由于，在范圍內(nèi)，故可采用下面公式求?。? （2-19） 所以

37、 Mpa （2-20） Mpa （2-21） Mpa （2-22） （2-23） 經(jīng)查，可知每臺(tái)換熱器合理的壓力降為Pa，由此可知上述壓力降符合要求。 2.3.2 殼程的壓力降 當(dāng)殼程裝上折流板后，流體在管外流動(dòng)為平行流和錯(cuò)流的耦合。盡管管束為直管，但流動(dòng)卻變得復(fù)雜化。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會(huì)產(chǎn)生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動(dòng)變得更加復(fù)雜。由于流動(dòng)的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地分析影響這種復(fù)雜流動(dòng)的各種因素，精確地計(jì)算壓力降是相當(dāng)?shù)?/p>

38、困難。 下面通過(guò)埃索法來(lái)計(jì)算： （2-24） 式中：——流體橫過(guò)管束的壓力降，Pa； ——流體通過(guò)折流板缺口的壓力降，Pa； ——?dú)こ虊毫档慕Y(jié)垢修正系數(shù)，無(wú)因次，對(duì)液體可取1.15；對(duì)氣體可取1.0。 其中：；； 式中：——管子排列方法對(duì)壓力降的修正系數(shù)，對(duì)三角形排列。對(duì)正方形排列，對(duì)轉(zhuǎn)置正方形排列； ——?dú)こ塘黧w摩擦系數(shù)，當(dāng)時(shí)，； ——橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)，對(duì)三角形排列；對(duì)正方形排列； ——按殼程流通截面計(jì)算的流速，； 其中：

39、 （2-25） 因此 （2-26） （2-27） （2-28） ，取整為19。 則有： Pa （2-29） Pa （2-30） （2-31） 可知此時(shí)的壓力降在合理范圍之類(lèi)。 2.4 換熱器壁溫計(jì)算 2.4.1 換熱管壁溫計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明： ——以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的總傳熱系數(shù)，W/（m℃）；

40、 ——污垢熱阻，㎡℃/w； ——分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； ——分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，℃； ——分別為冷流體的進(jìn)、出口溫度，℃； ——流體的有效平均溫差，℃； ——以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的給熱系數(shù)， W/（m℃）。 熱流體側(cè)的壁溫： （2-32） 冷流體側(cè)的壁溫： （2-33） 所以 ℃ （2-34） 2.4.2 圓筒壁溫的計(jì)算 由于圓筒外部有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度：℃。 2.5 本章小結(jié)

41、 熱力計(jì)算最主要的環(huán)節(jié)是冷、熱流體的熱流量計(jì)算以及換熱系數(shù)的校核和傳熱面積的核算。冷、熱流體的熱流量考慮外界因素實(shí)際上是不相同的，但本畢業(yè)設(shè)計(jì)只考慮理想狀態(tài)下的相同情況。首先根據(jù)已知冷、熱流體的狀態(tài)參數(shù)分別計(jì)算熱流量，然后再根據(jù)冷、熱流體的特性初選換熱系數(shù)，根據(jù)所選換熱系數(shù)來(lái)估算換熱面積。考慮到所用傳熱計(jì)算式的準(zhǔn)確程度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使所選用換熱器的換熱面積留有裕度，一般在10%-25%之間。最后再根據(jù)公式： 核算總傳熱系數(shù)。核算合適后再計(jì)算有效傳熱面積。 流體流經(jīng)換熱器因流動(dòng)會(huì)引起的壓力降。由于管程和殼程互不相連，可以分別計(jì)算壓強(qiáng)降。最

42、后進(jìn)行核算，所核算的壓強(qiáng)降必須在所設(shè)計(jì)換熱器所能承受最高工作壓力范圍之內(nèi)。  3 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及主要零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、材料的選擇、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（如管箱、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(jì)算如下。 3.1 殼體與管箱厚度的確定 根據(jù)給定的流體的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計(jì)溫度為400℃；設(shè)計(jì)壓力為2.5Mpa。 3.1.1 殼體和管箱材料的選

43、擇 由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇16MnR為殼體與管箱的材料。 16MnR是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時(shí)采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。 3.1.2 圓筒殼體厚度的計(jì)算 焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，100%無(wú)損探傷，故焊接系數(shù)； 根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》和GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對(duì)16MnR鋼板其。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力Mpa（厚度為6～1

44、6mm時(shí)），殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為： （3-1） 設(shè)計(jì)厚度； 名義厚度 查其最小厚度為8mm，則此時(shí)厚度滿(mǎn)足要求，且經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適。 3.1.3 管箱厚度計(jì)算 管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時(shí)將前端管箱和后端管箱的厚度計(jì)算分開(kāi)計(jì)算。 3.1.3.1 前端管箱厚度計(jì)算 前端管箱為橢圓形管箱，這是因?yàn)闄E圓形封頭的應(yīng)力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。 此時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且同上，則封頭計(jì)算厚度為： （3-2） 設(shè)計(jì)厚度；

45、 名義厚度 經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適。 查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下： 表3-1 DN600標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度H(mm) 內(nèi)表面積A(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 600 175 0.4374 0.0353 34.6 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。 3.1.3.2 后端管箱厚度計(jì)算 由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱(chēng)外頭蓋。外頭蓋的內(nèi)直徑為700mm，這可在“浮頭蓋計(jì)算”部分看到。 選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且同上，則計(jì)算厚度為：

46、 （3-3） 設(shè)計(jì)厚度； 名義厚度 經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適。 查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下： 表3-2 DN700標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度H(mm) 內(nèi)表面積A(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏） 700 200 0.5861 0.0545 41.3 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為10mm。 3.2 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 在該臺(tái)浮頭式換熱器上，殼程流體的進(jìn)出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進(jìn)入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開(kāi)孔。開(kāi)孔之后，出削

47、弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會(huì)給換熱器的安全操作帶來(lái)隱患。因此此時(shí)應(yīng)進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算。 由于管程與殼程出入口公稱(chēng)直徑均為150mm，按照厚度系列，可選接管的規(guī)格為，接管的材料選為20號(hào)鋼。 3.3 水壓試驗(yàn) 設(shè)試驗(yàn)溫度為常溫，則有 （3-4） 則校核水壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜壓力： （3-5） 3.4 換熱管 換熱管的規(guī)格為，材料選為20號(hào)鋼。 3.4.1 換熱管的排列方式 換熱管在管板上的排列有正三角形排列、

48、正方形排列和正方形錯(cuò)列三種排列方式。如圖3-1所示。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)：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(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。 圖3-1 換熱管排列方式 在此，選擇正三角形排列，主要是考慮這種排列便于進(jìn)行機(jī)械清洗。 查GB151-1999可知，換熱管的中心距S=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為44mm；同時(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（S-d）不宜小于6mm。 3.4.2 布管限定圓 布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定：

49、 （3-6） 查GB151-1999可知，b=5，b1=3，bn=12，故b2= bn+1.5=13.5，則 。 3.4.3 排管 排管時(shí)須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿，其間距小于或等于700mm。拉桿中心至折流板缺邊的距離應(yīng)盡量控制在換熱管中心距的（0.5～1.5）范圍內(nèi)。 多管程換熱器其各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)控制在10%以?xún)?nèi)，最大不能超過(guò)20%。 相對(duì)誤差計(jì)算： （3-7） 其中：——各程的平均管數(shù)；——各程中最小或最大的管數(shù)。 實(shí)際排管如下所示：

50、圖3-2 管子排布 由圖3-2可知，經(jīng)過(guò)實(shí)際排管后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)管程的布管數(shù)目分別是38，56，56，38，而各管程的平均管數(shù)為47，因此可知各程管數(shù)的相對(duì)誤差是： 3.4.4 換熱管束的分程 在這里首先要先提到管箱。管箱作用是把從管道輸送來(lái)的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。 由于所選擇的換熱器是2管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。而對(duì)于換熱管束的分程，為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內(nèi)殘液放盡。 3.4.5 換熱管與管板的連接 換熱管與管板的連接方式有強(qiáng)

51、度焊、強(qiáng)度脹以及脹焊并用。 強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計(jì)壓力小≤4.0Mpa；設(shè)計(jì)溫度≤300℃；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大的溫度波動(dòng)及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。 除了有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場(chǎng)合。 脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場(chǎng)合。 在此，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為強(qiáng)度焊。這是因?yàn)閺?qiáng)度焊加工簡(jiǎn)單、焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。 3.5 管板設(shè)計(jì) 管板是管殼式換熱器最重要的零部件

52、之一，用來(lái)排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái)，避免冷、熱流體混合，并同時(shí)受管程、殼程壓力和溫度的作用。由于流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的16MnR整體管板。 3.5.1 管板與殼體的連接 由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，因而換熱器固定端的管板采用可拆式連接方式，即把管板利用墊片夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間。 3.5.2 管板計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明： ——在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積，，對(duì)正方形排列，； ——隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)； ——換熱管中心距； ——隔板槽兩側(cè)鄰管的

53、中心距； ——管板布管區(qū)面積，；對(duì)多管程正方形排列換熱器，； ——管板布管區(qū)內(nèi)開(kāi)孔后的面積，；； ——一根換熱管管壁金屬的橫截面積，； ——固定端管板墊片壓緊力作用中心圓直徑，；根據(jù)所選的墊片的尺寸，且選擇其壓緊面型式為GB150表9-1的1a，可知密封面寬度；則，故； ——管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，，； ——換熱管外徑，； ——設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的彈性模量，Mpa； ——設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的彈性模量，Mpa； ——系數(shù)，按和查GB151圖24； ——管束模數(shù)，Mpa；； ——管束無(wú)量綱剛度，Mpa；； ——換熱管有效長(zhǎng)度（兩管板內(nèi)側(cè)間距），； ——換熱管與管板脹接

54、長(zhǎng)度或焊腳高度，； ——換熱管根數(shù)； ——無(wú)量綱壓力，； ——當(dāng)量壓力組合；Mpa； ——管板設(shè)計(jì)壓力，Mpa； ——?dú)こ淘O(shè)計(jì)壓力，Mpa； ——管程設(shè)計(jì)壓力，Mpa； ——換熱管與管板連接拉脫力，Mpa； ——許用拉脫力，查GB151，Mpa； ——系數(shù)，； ——管板計(jì)算厚度，； ——換熱管管壁厚度，； ——管板剛度削弱系數(shù)，一般可取值； ——管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，一般??； ——系數(shù)，； ——換熱管軸向應(yīng)力，Mpa； ——換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，Mpa； ——設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的許用應(yīng)力，Mpa；； ——設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的許用應(yīng)力，Mpa； 管板厚度計(jì)

55、算過(guò)程如下： 3.5.2.1管板名義厚度計(jì)算 （3-8） （3-9） （3-10） （3-11） ； ； （3-12） ；； 查GB150可知，； （3-13） 式中L應(yīng)為換熱管的有效長(zhǎng)度，但由于管板厚度尚未計(jì)算出，暫估算管板厚度為50mm進(jìn)行試算，待管板厚度算出再用有效長(zhǎng)度核算，。

56、 ； 當(dāng)中的的計(jì)算如下： （3-14） ； 查GB151-1999可知，同時(shí)由于前面換熱管的材料選為20號(hào)鋼，故， （3-15） 由于此時(shí)不能保證與在任何時(shí)候都同時(shí)作用，則??；故；根據(jù)=1.36和查GB151圖可知，則管板計(jì)算厚度為： ； 管板的名義厚度應(yīng)不小于下列三部分之和，即 式中Cs和Ct分別是指殼程、管程的腐蝕裕量；而h1是指殼程側(cè)管板結(jié)構(gòu)槽深，為0；h2是指管程隔板槽深，為4mm。 此時(shí)應(yīng)根據(jù)得到的管板名義厚度，重復(fù)以上步驟，使得管子有效長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于管板厚度。

57、 （3-16） ； 故=1.39，查圖可知，，則 ， ； 3.5.2.2 換熱管的軸向應(yīng)力 換熱管的軸向應(yīng)力在一般情況下，應(yīng)按下列三種工況分別計(jì)算： （1）殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力： （3-17） （3-18） 明顯地，； （2）管程設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力： （3-19） （3-20） 明顯地，； （3）殼程設(shè)計(jì)壓力與管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用： （3-21） 明顯地，。 由以上三種情況可知，換熱管的軸向應(yīng)

58、力符合要求。 3.5.2.3 換熱管與管板連接拉脫力 （3-22） 式中， 其中：——換熱管最小伸出長(zhǎng)度，查GB151-1999可知 ； ——最小坡口深度，； 許用拉脫力； 明顯地，。 3.5.3 管板重量計(jì)算 管板有固定管板以及活動(dòng)管板，兩者的重量計(jì)算分別如下所示： 3.5.3.1 固定管板重量計(jì)算 圖 3-3 固定管板 （3-23） 3.5.3.2 活動(dòng)管板重量計(jì)算： 圖3-4 活動(dòng)管板 （3-24） 3.6 折流板 設(shè)置折流板的目的是為了提高殼程流體的流速，增加湍

59、動(dòng)程度，并使管程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)構(gòu)，而且在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。常見(jiàn)的折流板形式為弓形和圓盤(pán)—圓環(huán)形兩種，其中弓形折流板有單弓形，雙弓形和三弓形三種，但是工程上使用較多的是單弓形折流板。 在浮頭式換熱器中，其浮頭端宜設(shè)置加厚環(huán)板的支持板。 3.6.1 折流板的型式和尺寸 此時(shí)選用雙弓形折流板這樣可造成液體的劇烈擾動(dòng)，增大傳熱膜系數(shù)。 為方便選材，可選折流板的材料選為16MnR，由前可知，弓形缺口高度為150mm，折流板間距為300mm，數(shù)量為19塊，查GB151-1999可知折流板的最小厚度為5mm，故此時(shí)可選其厚

60、度為6mm。同時(shí)查GB151-1999可知折流板名義外直徑為。 3.6.2 折流板排列 該臺(tái)換熱器折流板排列示意圖3-5所示： 圖3-5 折流板 3.6.3 折流板的布置 一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管，其余折流板按等距離布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的距離l應(yīng)按下式計(jì)算： （3-25） 其中：——?dú)こ探庸芪恢玫淖钚〕叽?，mm； ——管板的名義厚度，mm； ——為防沖板長(zhǎng)度，若無(wú)防沖板時(shí)，應(yīng)為接管的內(nèi)徑，mm； 3.6.4 折流板重量計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明如下： ——折流板質(zhì)量，kg； ——折流板外圓直

61、徑，； ——折流板切去部分的弓形面積，，， ——系數(shù)，由查表求取； ——折流板切去部分的弓形高度，mm； ——管孔直徑，mm； ——拉桿孔直徑，mm； ——管孔數(shù)量； ——拉桿孔數(shù)量； ——折流板厚度，mm。 計(jì)算過(guò)程如下： ，查得； （3-26） 3.7 拉桿與定距管 3.7.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 常用拉桿的形式有兩種： （1）拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束，（按GB151-1999表45規(guī)定）； （2）拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，； （3）當(dāng)管板比較薄時(shí)，

62、也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。 由于此時(shí)換熱管的外徑為25mm，因此選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 3.7.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 其具體尺寸如圖3-6所示： 圖3-6 拉桿 表3-3 拉桿的參數(shù) 拉桿的直徑d 拉桿螺紋公稱(chēng)直徑dn Ｌa Ｌb b 拉桿的數(shù)量 16 16 20 ≥60 2 4 其中拉桿的長(zhǎng)度L按需要確定。 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。若對(duì)于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支承點(diǎn)。 對(duì)于本臺(tái)換熱器拉桿的布置可參照零件圖。 3.7.4 定距管 定

63、距管的規(guī)格同換熱管，其長(zhǎng)度同實(shí)際需要確定。本臺(tái)換熱器定距管的布置可以參照部件圖。 3.8 防沖板 由于殼程流體的，管程換熱管流體的流速，因此在本臺(tái)換熱器的殼程與管程都不需要設(shè)置防沖板。 3.9 保溫層 根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選保溫層材料為脲甲醛泡沫塑料，其物性參數(shù)如下： 表3-4 保溫層物性參數(shù) 密度 （kg／m3） 導(dǎo)熱系數(shù) （kcal／mh℃） 吸水率 抗壓強(qiáng)度 （kg／m３） 適用溫度 （℃） 13～20 0.0119～0.026 12% 0.25～0.5 -190～+500 3.10法蘭與墊片 換熱器中的法蘭包括管箱法蘭、殼體法

64、蘭、外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進(jìn)行計(jì)算，在此不作討論。 墊片則包括了管箱墊片和外頭蓋墊片。 3.10.1固定端法蘭與墊片 （1）查JB4700-2000壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，凹凸密封面，材料為鍛件20MnMoⅡ，其具體尺寸如圖3-7所示：（單位為mm） 圖3-7 法蘭 表3-5 DN600長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭尺寸 DN 法蘭 螺柱 對(duì)接筒體最小厚度 D D1 D2 D3 D4 　 H h a a1 　 　 R d 規(guī)格 數(shù)量 600 76

65、0 715 676 666 663 42 110 35 21 18 16 26 12 27 M24 24 10 （2）此時(shí)查JB4700-2000壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度可選擇墊片型式為金屬包墊片，材料為0Cr18Ni9，其尺寸為： 圖3-8 墊片 表3-6 管箱墊片尺寸 PN(Mpa) DN(mm) 外徑D(mm) 內(nèi)徑d(mm) 墊片厚度 反包厚度Ｌ 2.5 600 665 625 3 4 3.10.2外頭蓋法蘭與浮頭墊片 （1）外頭蓋法蘭的型式與尺寸、材料均同上殼體法蘭，

66、凹密封面，查JB4700-2000壓力容器法蘭可知其具體尺寸如下所示：（單位為mm）。  表3-7 外頭蓋法蘭尺寸 DN 法蘭 螺柱 對(duì)接筒體最小厚度 D D1 D2 D3 D4 　 H h a a1 　 　 R d 規(guī)格 數(shù)量 700 860 815 776 766 763 50 120 35 21 18 16 26 12 27 M24 28 10 （2）外頭蓋側(cè)法蘭選用凸密封面，材料為鍛件20MnMoⅡ，查JB/4721-92可知其具體尺寸如下表： 圖3-9外頭蓋側(cè)法蘭 表3-8 外頭蓋側(cè)法蘭尺寸 DN 法蘭 螺柱 對(duì)接筒體最小厚度 D D1 D2 D3 D4 　 H h a1 　 　 R d 規(guī)格 數(shù)量 600 860 815 776 766 763 48 150 72 18 16 40 12 27 M24 28 10 （3）查JB/T4718-92選外頭