《南京林業(yè)大學(xué)》word版.doc

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南京林業(yè)大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 黑液預(yù)熱器的設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 輕工科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 輕化工程（制漿造紙和裝備與控制） 學(xué) 號(hào)： 080202511 學(xué)生姓名： 沈 陽(yáng) 指導(dǎo)教師： 王 晨 職 稱(chēng)： 講 師 二O一二年 五月 摘 要 黑液是造紙工業(yè)中的主要污染源，采用堿回收工藝，即對(duì)黑液進(jìn)行濃縮和燃燒，可以有效地解決這一問(wèn)題，同時(shí)達(dá)到回收熱能和黑液中堿的目的。一般在黑液進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)前都要進(jìn)行預(yù)熱，以縮小溫差來(lái)提高蒸發(fā)的效率。黑液的預(yù)熱通常采用固定管板式換熱器，其具有單位體積傳熱面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、傳熱效果好、耐高溫高壓和生產(chǎn)能力大等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)在充分了解黑液性質(zhì)，黑液預(yù)熱的過(guò)程以及固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)和性能的前提下，依據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件，從工藝計(jì)算開(kāi)始，對(duì)預(yù)熱器的傳熱及阻力性能進(jìn)行了計(jì)算與校核；接著對(duì)預(yù)熱器的筒體、管箱、管板、法蘭等重要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行了計(jì)算與校核，并對(duì)黑液輸送泵進(jìn)行了選型；最后應(yīng)用軟件對(duì)預(yù)熱器整體進(jìn)行強(qiáng)度校核。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以為以后的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供依據(jù)和參考。 關(guān)鍵詞：黑液預(yù)熱器 固定管板式換熱器 工藝計(jì)算 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 強(qiáng)度校核 Design of Black Liquor Preheater Abstract The black liquor is a major source of pollution in the paper industry. Using the alkali recovery process which is black liquor concentration and combustion can solve this problem effectively, and achieve the purpose of heat and black liquor alkali recovery. Before the black liquor going to the evaporator, it must be preheated to reduce the temperature difference and improve the efficiency of evaporation. The black liquor is usually preheated by the fixed tube sheet heat exchanger, which has many characteristics such as a large heat transfer area per unit volume, compact, sturdy, high heat transfer capacity, high temperature and pressure resistance and large capacity . In this design, based on fully understanding the characters of black liquor, preheating process, and the fixed tube sheet heat exchanger structure and performance, the process calculation is done first to calculate and check on the heat transfer and pressure drop performances of the preheater with the given design conditions. Then the cylinder, tube box, tube sheets, flanges of the preheater and other important structural components are calculated and checked. The black liquor transfer pump is also selected. The overall strength of the preheater is checked by using the application software SW6. This design can provide the basis and reference for future design and production Keywords :Black liquor preheater Fixed tube sheet heat exchanger Process calculation Structural design Strength check 目 錄 第一章 緒論 - 1 - 第二章 工藝計(jì)算 - 6 - 2.1 原始數(shù)據(jù) - 6 - 2.2 黑液性質(zhì) - 6 - 2.3 物料與熱量衡算 - 7 - 2.4 有效平均溫差 - 7 - 2.5 初算傳熱面積 - 8 - 2.6 管程和殼程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 8 - 2.6.1 管程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 8 - 2.6.2 殼程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 9 - 2.7 換熱器傳熱系數(shù)和換熱面積的核算 - 13 - 2.7.1 傳熱系數(shù)的核算 - 13 - 2.7.2 傳熱面積的校核 - 14 - 2.8 管程壓力降 - 14 - 2.9 殼程壓降 - 15 - 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 16 - 3.1 筒體的厚度 - 16 - 3.2 管箱的厚度 - 17 - 3.3 封頭的厚度 - 17 - 3.4 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) - 18 - 3.5 管板的計(jì)算 - 21 - 3.6 法蘭的計(jì)算 - 35 - 3.6.1管箱法蘭的計(jì)算 - 35 - 3.6.2 管法蘭的計(jì)算 - 41 - 3.7 水壓試驗(yàn) - 41 - 3.8 黑液輸送泵的選型 - 42 - 第四章 強(qiáng)度校核 - 45 - 4.1設(shè)計(jì)計(jì)算條件 - 45 - 4.2前端管箱筒體計(jì)算 - 46 - 4.3前端管箱封頭計(jì)算 - 47 - 4.4后端管箱筒體計(jì)算 - 49 - 4.5后端管箱封頭計(jì)算 - 50 - 4.6殼體圓筒計(jì)算 - 52 - 4.7開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算 - 53 - 4.8管板的計(jì)算 - 60 - 4.9管箱法蘭的計(jì)算 - 69 - 第五章 總結(jié) - 72 - 致 謝 - 73 - 參考文獻(xiàn) - 74 - 附件 - 75 - 第一章 緒論 制漿造紙工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)之一，但是在工業(yè)水污染中, 造紙黑液的污染卻占有了很大的比重。以前只有少數(shù)生產(chǎn)規(guī)模較大的堿法制漿工廠用黑液濃縮及燃燒的方法回收堿, 而許多年產(chǎn)量小于5000 t的堿法制漿工廠的黑液常常未加處理就直接排入江河, 引起大范圍污染[1] 。黑液是造紙工業(yè)最主要的污染源, 它含有50% 的木質(zhì)素[2]。黑液是堿回收的原料，它是纖維原料經(jīng)過(guò)硫酸鹽法或燒堿法蒸煮，粗漿經(jīng)過(guò)紙漿洗滌和黑液提取得到的廢液，因?yàn)槠漕伾苌罘Q(chēng)為黑液。黑液是復(fù)雜的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的堿性溶液，它的化學(xué)成分是原料品種和蒸煮條件的函數(shù)。一般黑液固形物中有機(jī)物約占65%—70%，無(wú)機(jī)物占30%—35%。而木質(zhì)素又是有機(jī)物中的重要成分，木質(zhì)素具有很高的熱值, 可以作為生物燃料。 隨著造紙業(yè)的飛速發(fā)展，黑液的堿回收也被絕大多數(shù)的公司所運(yùn)用。目前，木漿黑液的堿回收率可高達(dá)96%以上、熱回收率可達(dá)90%以上，再生的蒸煮液在不補(bǔ)充或少補(bǔ)充商品化學(xué)藥品的情況下循環(huán)用于蒸煮過(guò)程，回收熱能產(chǎn)生的蒸汽可以解決生產(chǎn)過(guò)程中許多地方的用汽需要。因此，在解決了黑液污染問(wèn)題的同時(shí)，為生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益[3]。經(jīng)過(guò)比較和實(shí)踐檢驗(yàn)，目前最為成熟和有效的方法仍然是傳統(tǒng)的燃燒法。其主要的工藝過(guò)程包括：稀黑液蒸發(fā)、濃黑液燃燒、綠液苛化和白泥回收[4]。 1． 稀黑液的蒸發(fā)，黑液蒸發(fā)的目的是提高黑液的濃度，以滿足堿回收爐燃燒的要求。黑液蒸發(fā)一般有兩種操作方式，一種是在蒸發(fā)工段一次就把稀黑液濃縮到入爐燃燒的濃度，這樣在燃燒工段可以取消直接接觸蒸發(fā)器，減少臭氣污染，這是目前傾向采用的一種方法；另外一種就是黑液的蒸發(fā)分為兩步完成。第一步是通過(guò)多效真空蒸發(fā)系統(tǒng)，利用蒸汽間接加熱蒸發(fā)的方法，去掉黑液中的大部分水分，使蒸發(fā)后黑液濃度不超過(guò)40%—55%；第二步是通過(guò)直接蒸發(fā)設(shè)備，利用堿回收爐尾部煙氣直接加熱增濃的方法，使黑液濃度達(dá)到進(jìn)爐燃燒的要求，木漿黑液一般為60%—65%，草漿黑液一般為50%—55%。這樣操作的優(yōu)點(diǎn)是可減少間接蒸發(fā)的蒸汽消耗量，又大大減少了間接蒸發(fā)高濃度黑液時(shí)的困難，同時(shí)還可以吸附、凈化煙氣中的粉塵。但是利用煙氣直接蒸發(fā)黑液時(shí)，排入大氣的煙氣中硫化氫等有害氣體大為增加。受到環(huán)境保護(hù)條例的限制，這種方式將趨于淘汰。 2． 濃黑液的燃燒，黑液的燃燒雖然與其他燃料的燃燒有許多類(lèi)似的地方，但在堿回收爐內(nèi)，工藝過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)比較復(fù)雜。除了一般劣質(zhì)燃料的元素如碳、氫、氧之外，黑液還含有相當(dāng)多的堿（鈉和鉀）和硫。燃燒產(chǎn)物不僅有二氧化碳和水蒸氣，也包括回收的制漿蒸煮化學(xué)藥品，如碳酸鈉和硫化鈉。重要的化學(xué)反應(yīng)包括硫酸鈉還原、煙霧粒子的形成、硫的釋放和回收反應(yīng)。燃燒產(chǎn)生的熱量又可以供給其他車(chē)間使用. 3． 綠液的苛化,燃燒黑液產(chǎn)生的無(wú)機(jī)熔融物溶解于稀白液或水中，形成的溶液由于含有少量的氫氧化鐵而呈綠色，稱(chēng)為綠液。將石灰加入綠液中，使綠液中的碳酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉的過(guò)程稱(chēng)為苛化。 4． 白泥的回收，苛化后的白液經(jīng)過(guò)澄清后將白泥回收的以便再次利用。 一般稀黑液在進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)前或黑液由后邊的蒸發(fā)效進(jìn)入前邊的蒸發(fā)效之前要經(jīng)過(guò)黑液預(yù)熱器。原因有：①預(yù)熱進(jìn)效前的黑液。由于制漿提取黑液的設(shè)備和工藝條件不同，稀黑液溫度差別很大。木漿廠黑液溫度一般不超過(guò)75~80℃，草類(lèi)漿廠黑液可能更低一些。同時(shí)經(jīng)過(guò)一定儲(chǔ)存時(shí)間后，稀黑液溫度更有所降低。根據(jù)蒸發(fā)采用的黑液流程，如果進(jìn)效黑夜溫度與該效黑液沸騰溫度相差太大時(shí)，特別對(duì)于升膜蒸發(fā)器來(lái)說(shuō)，必須使用黑液預(yù)熱器。②預(yù)熱低溫效進(jìn)入高溫效前的黑液。采用混流或逆流供液流程時(shí)為把黑液加熱至接近高溫效工作壓力下的沸點(diǎn)的溫度，黑液預(yù)熱器一般是必不可少的設(shè)備。黑液預(yù)熱器目前多采用列管式預(yù)熱器[5]。列管式黑液預(yù)熱器分為臥式和立式兩種，兩種形式中又有單程式和多程式之分。臥式預(yù)熱器的預(yù)熱效果較好，主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)不緊湊，熱損失大，占地面積較大，維修不便。立式預(yù)熱器一般多為多程式，這種預(yù)熱器基本上克服了臥式的缺點(diǎn)，中、小型廠多采用這種形式，加熱面積一般為20~55㎡。大型廠也有采用加熱面積為100㎡的[6]。 列管式換熱器主要有殼體、管板、管束、管箱和封頭等部件組成。管束平行裝于圓筒形的殼體內(nèi)，管束的兩端分別固定在管板上。換熱器在進(jìn)行熱交換時(shí)，一種流體由管箱接管處進(jìn)入，經(jīng)由管內(nèi)流動(dòng)，稱(chēng)為管程；另一種流體在管束和殼體間的空隙內(nèi)流動(dòng)，稱(chēng)為殼程。根據(jù)熱補(bǔ)償方式的不同，管板的形式不同，列管式換熱器可分為三種類(lèi)型：固定管板式，浮頭式和U形管式。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)具體的生產(chǎn)條件，如流體的溫度和壓力、管程和殼程的溫度差、換熱器的熱負(fù)荷、檢修清洗的要求等，對(duì)照以上各類(lèi)換熱器的特點(diǎn)，確定選用哪一種類(lèi)型的列管換熱器。本處選用固定管板式換熱器。 固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)一般包括工藝設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。工藝設(shè)計(jì)一般包括傳熱設(shè)計(jì)和壓降（流動(dòng)）設(shè)計(jì)，傳熱設(shè)計(jì)尤為復(fù)雜。在換熱器的設(shè)計(jì)和選型中，工藝流體（被處理物料）的用量和進(jìn)、出口溫度是由工藝要求所規(guī)定的，另一種流體即加熱劑或冷卻劑的進(jìn)口溫度，一般由來(lái)源而定，但它的用量或出口溫度則由設(shè)計(jì)者選定。用量的大小，將直接影響加熱劑或冷卻劑的出口溫度以及換熱器傳熱面積的大小，因此需慎重選擇[7]。目前常用的工藝設(shè)計(jì)的方法有[8]：Kern法[9]（主要特點(diǎn)：講設(shè)計(jì)作為一個(gè)整體問(wèn)題來(lái)處理。即除傳熱問(wèn)題外，還同時(shí)考慮殼程-管程動(dòng)態(tài)溫度分布、污垢及結(jié)構(gòu)等問(wèn)題它還包括管程及殼程的冷凝和沸騰的內(nèi)容。）、Bell-Delaware法[10]（主要特點(diǎn)：是利用大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),引入各流路的校正系數(shù),是一種半理論方法。）以及流路分析法[11]（主要特點(diǎn)：不僅可以計(jì)算出各流路條件發(fā)生變化時(shí)的殼程壓降,而且可以定量計(jì)算出各流路之間的流量分配,從而使設(shè)計(jì)者能夠更好地分析問(wèn)題和采取合理措施。）并且我們?cè)诹黧w流徑的選擇過(guò)程中還應(yīng)該遵循如下的原則：1.不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，因?yàn)楣軆?nèi)清洗比較方便。2.腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受到腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。3.壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，可節(jié)省殼體金屬消耗量。4.飽和蒸汽宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸汽較為潔凈，它對(duì)清洗無(wú)要求。5.有毒流體宜走管內(nèi)，使泄露機(jī)會(huì)較少。6.被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，增強(qiáng)冷卻效果。7.黏度大的液體或流量較小的流體宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷變化，在低Re值（Re＞100）下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。8.對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的溫度差較大，對(duì)流傳熱系數(shù)較大者宜走管間，因壁面溫度與α大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力[12]。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，材料的選用，流體流動(dòng)阻力的計(jì)算，各部分強(qiáng)度的校核都必須按照相關(guān)規(guī)定嚴(yán)格進(jìn)行 。 隨著人們對(duì)傳熱效率的不斷追求，各種強(qiáng)化傳熱的方法因運(yùn)而生。所謂強(qiáng)化傳熱過(guò)程，就是指提高冷熱體間的傳熱效率。從傳熱速率方程不難看出，增大總傳熱系數(shù)、傳熱面積和平均溫度差都可提高傳熱速率。在換熱器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)操作中，或在換熱器的改進(jìn)開(kāi)發(fā)中，大多數(shù)從這三方面來(lái)考慮強(qiáng)化傳熱過(guò)程的途徑。 1) 增大平均溫度差 平均溫度差的大小取決于兩流體的溫度條件和兩流體在換熱器中的流動(dòng)形式。一般來(lái)說(shuō)流體的溫度由生產(chǎn)工藝條件所規(guī)定，因此可變動(dòng)的范圍是有限的。但是在某些場(chǎng)合采用加熱或冷卻介質(zhì)，這時(shí)因所選介質(zhì)的不同，它們的溫度可以有很大的差別。例如，在化工廠中常用的飽和水蒸氣，若提高蒸汽的壓強(qiáng)就可以提高蒸汽的溫度，從而增大平均溫差。 2） 增大傳熱面積 增大傳熱面積，可以提高換熱器的傳熱效率。但是增大傳熱面積不能依靠增大換熱器的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而改進(jìn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)入手，即提高單位體積的傳熱面積。工業(yè)上主要采用如下方法。 (1) 翅化面 用翅片來(lái)增大傳熱面積，并加劇流體的湍動(dòng)，以提高傳熱速率。 (2) 異型便面 將傳熱面制造成各種凹凸形、波紋形、扁平狀等，板式換熱器屬于此類(lèi)。 (3) 多孔物質(zhì)結(jié)構(gòu) 將細(xì)小的金屬顆粒涂結(jié)于傳熱表面，可增大傳熱面積。 (4) 采用小直徑傳熱管 在管殼式換熱器中采用小直徑管，可增加單位體積的傳熱面積。 3） 增大總傳熱系數(shù) 從總傳熱系數(shù)公式可見(jiàn)，欲提高換熱器的總傳熱系數(shù)，就須減小管壁兩側(cè)的對(duì)流傳熱熱阻、污垢熱阻和管壁熱阻。但因各項(xiàng)熱阻在總熱阻中所占比例不同，應(yīng)設(shè)法減少對(duì)值影響較大的熱阻，才能有效地提高值。一般有如下方法： (1) 提高流體的流速 在管殼式換熱器中增加管程數(shù)和殼程的擋板數(shù)，可提高換熱器管程和殼程的流速。由于流速增大，加劇了流體的湍動(dòng)程度，可減少傳熱邊界層中層流內(nèi)層的厚度，提高對(duì)流傳熱系數(shù)，減少對(duì)流傳熱熱阻。 (2) 增強(qiáng)流體的擾動(dòng) 由于流體的擾動(dòng)，使層流內(nèi)層減薄，可提高對(duì)流傳熱系數(shù)，減少對(duì)流傳熱熱阻。 (3) 在流體中加固體顆粒 固體顆粒的加入產(chǎn)生了擾動(dòng)作用，對(duì)流傳熱系數(shù)增大，減少了對(duì)流傳熱熱阻。同時(shí)由于顆粒不斷地沖刷壁面，減輕了污垢的形成，使污垢熱阻降低。 (4) 采用短管換熱器 由于流動(dòng)進(jìn)口段對(duì)傳熱的影響，即在進(jìn)口處附近層流內(nèi)層很薄，故采用短管可提高對(duì)流傳熱系數(shù)。 (5) 防止垢層形成和及時(shí)清除垢層 增加流體的速度和加劇流體的擾動(dòng)，可防止垢層的形成；讓易結(jié)垢的流體在管程流動(dòng)或采用可拆式換熱器結(jié)構(gòu)，便于清除垢層；采用機(jī)械或化學(xué)的方法，定期進(jìn)行清垢。 應(yīng)予指出，強(qiáng)化傳熱過(guò)程要權(quán)衡利弊，綜合考慮。如提高流速和增強(qiáng)流體擾 動(dòng)，可強(qiáng)化傳熱，但都伴隨有流動(dòng)阻力的增加，或使設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、清洗及檢修困難等。因此，對(duì)實(shí)際的傳熱過(guò)程，要對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、動(dòng)力消耗、運(yùn)行維修等方面予全面考慮，選用經(jīng)濟(jì)而合理的強(qiáng)化方法[12]。 第二章 工藝計(jì)算 2.1 原始數(shù)據(jù) 溫度：62℃→84℃ 濃度：9Be(15℃) 性質(zhì)：馬尾松（KP法） 處理量：1200（絕干物）固形物 24 蒸汽：飽和蒸汽1.8at（表壓） 2.2 黑液性質(zhì)[13] 1. 黑液的平均溫度：t==73℃ 2. 黑液的固形物含量：73℃的波美度Be(73)=Be(15)－0.052(t－15)=5.984 20℃的波美度Be(20)=8.74 C=1.51Be(15)－0.9=12.69 所以黑液固形物含量為12.69％ 3. 黑液的比熱：黑液的比熱隨黑液中固形物含量的增加而下降，在100℃范圍內(nèi) 黑液的比熱隨溫度變化很小。 Cp=Cp固C＋4.186(1－C)=3.91 (Cp固固形物的比熱容取2.016) 4. 黑液的密度：ρ黑液==1067.7 5. 黑液的傳熱系數(shù)1.73λ=0.82310-3T－1.9310-3S+0.321 得出 λ=0.206 6. 黑液的粘度：μ黑液=0.5310-3 2.3 物料與熱量衡算 黑液的總量：W==9456.3 Wh==394012.5 kg/s 處理黑液所需要的總熱量為Q1=WhCp(t2－t1)=9414.7 kJ/s 根據(jù)黑液的性質(zhì)和蒸汽的性質(zhì)，決定黑液走管程，蒸汽走殼程。 若熱損失取所需熱量的5% 即Q2=0.05Q1=470.7 kJ/s 則 所需的總熱量為：Q3=Q1+Q2=9885.4 kJ/s 1.8at表壓換算成絕對(duì)壓強(qiáng)為0.28Mpa 查《化工原理》P334 得蒸汽溫度為：132℃ 汽化熱：r=2173.1 kJ/kg 密度ρ蒸汽=1.543kg/m3 該溫度下水的密度為：ρ水=933.9kg/m3 若進(jìn)口為飽和蒸汽，出口為飽和水，則蒸汽的用量：m3==4.55 kg/s 蒸汽的體積流量為：V3==2.95 m3/s 冷卻水的體積流量：=0.00487 m3/s 黑液的體積流量=0.1025 2.4 有效平均溫差 熱流體的進(jìn)口溫度：T1=132℃ 熱流體的出口溫度：T2=132℃ 冷流體的進(jìn)口溫度：t1=62℃ 冷流體的出口溫度：t2=84℃ 逆流方式的平均溫差 ： ==57.8℃ 對(duì)于錯(cuò)流熱交換器：= =φ（R,P） 系數(shù)：R= =0 系數(shù)：P==0.32 根據(jù)公式[14]：φ = =1 所以得到： =57.8℃ 2.5 初算傳熱面積 根據(jù)殼程走蒸汽，管程走黑液初選總傳熱系數(shù)：K=700 則傳熱面積：A==244.3 2.6 管程和殼程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.6.1 管程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 管徑的確定：現(xiàn)有φ252.5mm,φ192mm等規(guī)格， 為了強(qiáng)化傳熱先取φ192mm的管子。 單程管數(shù)：n= 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值管程流速?。?1.5 則n=386 根 管長(zhǎng)的確定：L==10.6m 目前所采用的換熱管的長(zhǎng)度和殼體的直徑之比，一般在4~25之間，通常為6~10，立式熱交換器，其值為4~6.GB151-99推薦的管子的長(zhǎng)度為：1000、1500、2000、2500、3000、4500、6000、7500、9000、12000等。因此如果按上式計(jì)算，管長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，就應(yīng)作多管程熱交換器[14]?，F(xiàn)取管長(zhǎng)為3000mm。 則管程數(shù)：Z==3.6≈4 總管數(shù)為：=1584 根 2.6.2 殼程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 管子在管板上的固定 管子在管板上的固定一般有焊接法和脹接法。焊接法在高溫下仍能保持緊密性，對(duì)管板孔的加工要求較低，同時(shí)比脹接法操作簡(jiǎn)單。所以此處選擇焊接法。 2 管子在管板上的排列 一般管子的排列有正方形和正三角形排列，為了保證設(shè)備的體積緊湊，以便減少管板和殼體的直徑并使管外空間流通截面積減小，以便提高管外流體的流速，增加傳熱效率。此處排列方式選取等邊三角形排列。 按等邊三角形排列是，流體流動(dòng)方向與三角形的一條邊垂直，最內(nèi)層六邊形的邊長(zhǎng)等于s.通常在管板周邊與六邊形的邊之間的六個(gè)弓形部分不排列管子。但當(dāng)層數(shù)a>6時(shí)，則在這些弓形部分也應(yīng)排列管子，這時(shí)最外層管子的中心不應(yīng)超出最大六邊形的外接圓。 3 管間距的確定 根據(jù)GB151 P24表12的規(guī)定 最小管間距為：S=25mm 分程隔板槽兩側(cè)管中心距：Sn=38mm 4 殼體內(nèi)直徑的確定： 其中：s為管間距根據(jù)管子的直徑一般管間距最小取s=25mm b為管束中心線上排管的管數(shù)：b==44根 =1.5do=28.5mm 所以 D1=1127mm 5 布管限定圓 根據(jù)GB151 P25規(guī)定布管限定圓直徑DL==1107mm 其中為最外層換熱管表面至殼體內(nèi)壁的最短距離。最小為10mm。 最終布管結(jié)果為1616根管子 6 分程隔板 在管箱內(nèi)安裝分程隔板是為了將熱交換器的管程分程若干流程。流程的組織應(yīng)注意每一管程的管子數(shù)大致相等。分程隔板的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單，并使密封長(zhǎng)度盡可能短。根據(jù)GB151-99 的規(guī)定所采用的程數(shù)有1、2、4、6、8、10、12等七種管程數(shù)，下圖管程布置的一些例子。 圖2-1 分程隔板樣式 因?yàn)楸緭Q熱器是4管程，所以可選擇圖中4（丁字形）的排列方式。 7 管板 管板是管殼式換熱器的關(guān)鍵零件之一，常用的均為圓形平板。它的合理設(shè)計(jì)，對(duì)于節(jié)省材料和加工制造都有重要的意義。 管板和殼體的連接分為可拆和不可拆兩種。固定管板式熱交換器一般采用不可拆連接，兩端的管板直接焊于外殼上并延伸到殼體周?chē)饧孀鞣ㄌm。如圖2-1。管板的受力情況比較復(fù)雜，影響管板的強(qiáng)度的因素很多，因而管板的分析和計(jì)算公式相當(dāng)繁復(fù)。由于采用的簡(jiǎn)化假定各不相同，與管板真實(shí)的受力情況有程度不同的差別，以致在同樣的條件下用各國(guó)規(guī)范計(jì)算公式得出的厚度差別也比較大。我國(guó)的計(jì)算方法，已在GB151-99中規(guī)定。 圖2-2 管板兼作法蘭 8 折流板 為提高流體的流速和湍流程度，強(qiáng)化殼程流體的傳熱，在管外空間常裝設(shè)縱向隔板或折流板。 折流板除了使流體橫過(guò)管束流動(dòng)外，還有支持管束、防止管束振動(dòng)和彎曲的作用。它的裝設(shè)不如縱向隔板那么困難，而且裝設(shè)后可使流體橫過(guò)管束流動(dòng)，故此獲得普遍應(yīng)用。 折流板的常用形式有：弓形折流板、盤(pán)環(huán)形折流板、扇形折流板、管孔形折流板等。如圖2-3所示： 圖2-3折流板 在弓形折流板中，流體流動(dòng)中的死角較小，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，因而用的很多。弓形折流板在臥式換熱器中的排列分為缺口上下方向交替排列和缺口左右方向交替排列兩種。當(dāng)殼程是氣液相共存時(shí)宜用缺口左右方向交替排列的形式。 弓形折流板的缺口和板間距的大小是影響傳熱效果和壓降的兩個(gè)重要的因素，缺口的大小是按切去的弓形弦高占?xì)んw內(nèi)徑的百分比來(lái)確定的。缺口弦高一般為熱交換器公稱(chēng)直徑的20%~25%，尤以25%用的最普遍。此換熱器取弦高25%。 弓形折流板的間接一般不應(yīng)小于圓筒內(nèi)徑的1/5，且不小于10mm。最大不超過(guò)1500mm，且不超過(guò)圓筒內(nèi)徑。兩塊管板與端部?jī)蓧K折流板的距離通常大于中間一些折流板的距離，以便為殼程進(jìn)出口提供額外空間。中間折流板，除有特殊要求外，一般在管子的有效長(zhǎng)度上作等距布置。 根據(jù)GB151-99的規(guī)定，取折流板厚度為12mm。折流板間距為300mm，共8塊折流板，離管板距離為385mm。 9 拉桿 根據(jù)GB151-99 P77規(guī)定： 表2-1拉桿尺寸 得到拉桿直接為12mm，拉桿數(shù)量為12根。 10進(jìn)出口管徑的確定 其中：V為體積流量 為接管中流體的流速 流體流速的經(jīng)驗(yàn)值：對(duì)于液體一般在1.5~2.5 對(duì)于氣體一般在20~100 所以殼程進(jìn)口d=0.25m 殼程出口d=0.056m 管程進(jìn)口d=0.25m 管程出口d=025m 2.7 換熱器傳熱系數(shù)和換熱面積的核算 2.7.1 傳熱系數(shù)的核算[15] 一般規(guī)定傳熱面積以傳熱管外表面積為準(zhǔn)： 1 殼程流體的傳熱膜系數(shù) 殼程雷諾數(shù) d=0.019mm =13.4m/s =1.543kg/m3 =0.1510-3pas 所以 Re=2618.9 蒸汽的參數(shù):Pr=0.85 當(dāng)量直徑de=0.37m λ蒸汽=0.68℃ μw=0.2310-3pas 根據(jù)公式： =3395.7 2 根據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)》P19表1-20查的： 管外側(cè)污垢熱阻：R0=0.0003 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：Ri=0.0004 3 管程流體的傳熱膜系數(shù) 管程雷諾數(shù) d=0.015mm =1.44m/s =1067.7kg/m3 =0.5310-3pas 所以Re=43513.8 根據(jù)公式： 得=6828.82 根據(jù)上述結(jié)果得：K=748 2.7.2 傳熱面積的校核 所需的傳熱面積：=228.6 m2 實(shí)際傳熱面積：=289.2 m2 此設(shè)計(jì)的面積裕度為：100%=26.5% 符合要求。 2.8 管程壓力降 管程壓力降，又下列三部分組成： 1 直管阻力 = 其中：λ為相對(duì)粗糙度 查《化工原理》上冊(cè)P49 表1-2得絕對(duì)粗糙度ε=0.2mm 則相對(duì)粗糙度=0.013 Re=43513.8 查《化工原理》上冊(cè)P54 圖1-27得： λ=0.04 所以 =8855.9 Pa 2 局部阻力 = 其中ζ為局部阻力系數(shù)，對(duì)于多管程ζ=3~4 取ζ=4 所以 =4428.0 Pa 3 流體通過(guò)進(jìn)出口接管時(shí)的阻力 = 所以 =3203.1 Pa 管程的總壓降= 其中：Ft=1.4 Np-管程 Ns-殼程 得 =92327 Pa 2.9 殼程壓降[15] 這里采用埃索公司的計(jì)算式： = 其中： —流體橫過(guò)兩折流板之間的管束時(shí)的阻力降 —流體流過(guò)折流板缺口的阻力降 —?dú)こ探Y(jié)構(gòu)阻力校正系數(shù)，對(duì)氣體=1.0 = = 其中：F—管子排列方式對(duì)壓降的校正系數(shù)，對(duì)于正三角形，F(xiàn)=0.5 —?dú)こ棠Σ烈驍?shù) 當(dāng)Re＞500時(shí) ==0.83 —折流板數(shù) =8 —管束中心線上管排的管數(shù) =b=44 —?dú)こ塘黧w通過(guò)折流板缺口時(shí)的流速 = 其中：—為流體通過(guò)折流板缺口時(shí)的流通面積，= =0.154 —折流板缺口的管子數(shù) =53 所以 =0.18 則 =16.39 綜上所述：=22766.1 Pa =4919.9 Pa 則 =27686 Pa 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 筒體的厚度 設(shè)計(jì)壓力=0.281.25=0.35MPa 設(shè)計(jì)溫度為132℃ 一般換熱器的殼體和管箱的公稱(chēng)直徑大于400mm時(shí)，其筒體使用板材卷制。因?yàn)闅こ套哒羝?，根?jù)GB150 第四章對(duì)于材料的規(guī)定這里取筒體的材料為：Q235—B 圓筒的計(jì)算厚度：= 式中：為設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力 查GB150 P14表4-1得：=113MPa φ—焊接接頭系數(shù)[16] φ=1 = 1.74mm 腐蝕裕量對(duì)于介質(zhì)為壓縮空氣，水蒸氣或水的碳素鋼容器取1mm 根據(jù)GB151—99 P21 表8 碳素鋼和低合金鋼最小厚度應(yīng)滿足下表3-1的規(guī)定： 表3-1筒體厚度 得固定管板式換熱器圓筒的最小厚度為10mm 則取筒壁的厚度為10mm 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算： ==19.89MPa＜φ=113MPa 合格 設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力： ==1.99MPa＞0.28MPa 合格 3.2 管箱的厚度[17] 由于管程走黑液，且黑液具有一定的腐蝕性所以管箱的材料選擇:不銹鋼304(0Gr18Ni9) 管箱的計(jì)算厚度：= 式中：為設(shè)計(jì)溫度下管箱材料的許用應(yīng)力 查GB150 P16表4-1得：=118MPa 得 =1.67mm 腐蝕裕量取3mm 根據(jù)GB151—99 P21 表3-2高合金鋼最小厚度應(yīng)滿足下表的規(guī)定： 表3-2管箱厚度 根據(jù)上表的規(guī)定取管箱的厚度為12mm 設(shè)計(jì)溫度下管箱的計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算： ==19.89MPa＜118MPa 合格 設(shè)計(jì)溫度下管箱的最大允許工作壓力： ==2.07MPa＞0.28MPa 合格 3.3 封頭的厚度[17] 材料同管箱的材料用：不銹鋼304(0Gr18Ni9) 封頭的計(jì)算厚度：==1.74mm 根據(jù)上述表9的要求得封頭的厚度為12mm 設(shè)計(jì)溫度下封頭的計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算： ==19.89MPa＜118MPa 合格 設(shè)計(jì)溫度下管箱的最大允許工作壓力： ==2.07MPa＞0.28MPa 合格 3.4 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)[16] 適用的開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)范圍 當(dāng)其內(nèi)徑＜1500mm時(shí)，開(kāi)孔最大直徑d＜0.5且d＜520mm 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)：補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 所以遵循下列規(guī)定：(1)鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值≤540MPa (2)補(bǔ)強(qiáng)圈厚度小于或等于 (3)殼體名義厚度≤38mm 圓筒開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積按下式計(jì)算： 式中： δ—圓筒開(kāi)孔處的計(jì)算厚度 d—開(kāi)孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑加兩倍厚度附加量 —接管有效厚度 —強(qiáng)度削弱系數(shù)，等于設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料許用應(yīng)力之比值 殼程接管：進(jìn)口 外徑取273mm 公稱(chēng)壁厚9mm 出口 外徑取76mm 公稱(chēng)壁厚4mm 管程接管：進(jìn)口 外徑取273mm 公稱(chēng)壁厚9mm 出口 外徑取273mm 公稱(chēng)壁厚9mm 材料皆為不銹鋼304. =＞1 所以=1[18] 1 殼程進(jìn)口處 =475.02mm2 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：a.有效寬度B，取兩者中較大值 B=2b或B= 得 B=546 b.有效高度，分別取較小值 或 得 =49.6 或 得 =0 在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)的截面積： —?dú)んw有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積 ==1981.98mm2 —接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積 ==720.2mm2 —焊縫金屬截面積 得：++＞A 所以殼程進(jìn)口處不需要補(bǔ)強(qiáng)。 2 殼程出口處 =132.24mm2 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：a.有效寬度B，取兩者中較大值 B=2b或B= 得 B=152 b.有效高度，分別取較小值 或 得 =17.4mm 或 得 =0 ==551.76mm2 ==43.85mm2 得++＞ 所以殼程出口不需要補(bǔ)強(qiáng)。 3 管程進(jìn)出口處 =455.91mm2 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：a.有效寬度B，取兩者中較大值 B=2b或B= 得 B=546mm b.有效高度，分別取較小值 或 得 =49.6mm 或 得 =0 ==2001.1mm2 ==727.14mm2 得++＞ 所以管程進(jìn)出口也不需要補(bǔ)強(qiáng)。 3.5 管板的計(jì)算[19] 設(shè)計(jì)條件：殼程設(shè)計(jì)壓力 ps=0.35MPa 管程設(shè)計(jì)壓力 pt=0.35MPa 殼程設(shè)計(jì)溫度 Ts=132℃ 管程設(shè)計(jì)溫度 Tt=84℃ 殼體平均溫度 ts=132℃ 換熱管平平均金屬溫度 tt=102.5℃ 管程四程，殼程單程 公稱(chēng)直徑 DN=1127mm 殼體和管箱內(nèi)徑 Di=1127mm 殼體壁厚 δs=10mm 換熱管外徑 d0=19mm 換熱管壁厚 δt=2mm 換熱管根數(shù) n=1616 換熱管長(zhǎng)度 L=3000mm 換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度Lcr=530mm 換熱管三角形排列，管間距 S=25mm 換熱管與管板連接采用焊接，焊縫高度3.5mm 管程腐蝕裕量 Ct=3mm 殼程腐蝕裕量 Cs=1mm 管程分程隔板槽深 H1=5mm 殼體材料 Q235—B 管箱材料 304 換熱管材料 304 管板材料 16Mn鍛件 管箱法蘭 16Mn鍛件 連接螺栓 35GrMoA 連接墊片 不銹鋼纏繞墊 固定管板式換熱器管板通常采用外伸至周?chē)孀鞴馨宸ㄌm，形式如下圖3-1： 圖3-1管板法蘭 第一步：根據(jù)管板的最小厚度確定管板的有效厚度。 管箱法蘭厚度為50mm，換熱管與管板連接采用焊接，管板的最小厚度不小于12mm，假設(shè)管板有效厚度T=55mm。 第二步：根據(jù)管板的有效厚度和管板的結(jié)構(gòu)要求，以及管板的腐蝕裕量確定管板的公稱(chēng)厚度Tn=55+3+1+5=64mm。管板設(shè)計(jì)溫度Tp=132℃ 16Mn鍛件，管板的許用應(yīng)力=149MPa 第三步：計(jì)算各參數(shù)和系數(shù) 1 法蘭力矩 1)墊片 查墊片標(biāo)準(zhǔn)，不銹鋼纏繞墊片 墊片外徑=1167mm 墊片系數(shù)m=3.0 墊片內(nèi)徑=1127mm 墊片比壓力y=50MPa 墊片基本密封寬度b0==10mm 因?yàn)閎0＞6.4mm 墊片有效密封寬度b==8mm[19] 墊片壓緊力作用中心圓直徑DG==1151m 2)螺栓載荷 螺栓個(gè)數(shù)及尺寸36個(gè)M20 螺栓材料35GrMoA 螺栓材料在常溫下許用應(yīng)力 =210MPa 螺栓材料在132℃時(shí)許用應(yīng)力 =188MPa 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷：Wa==1445656N 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷：Wp==424706.6N 3)螺栓面積 預(yù)緊狀態(tài)下所需螺栓面積 Aa==6884.1mm2 操作狀態(tài)下所需螺栓面積 Ap==2259.1mm2 所需螺栓面積Am取Aa 與Ap大值： Am=6884.1mm2 M20螺栓強(qiáng)度計(jì)算直徑d=17.3[19] 實(shí)際螺栓面積Ab=078517.3236=8457.9mm2 4)螺栓設(shè)計(jì)載荷 預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷 ==1610910N 操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷 =Wp=424706.6N 5)法蘭力矩 管程壓力操作工況下法蘭力矩： Mp= FD==348967.5N Ft==15021.3N FG==60717.5N LD==39mm Lt==44mm LG==38 所以：Mp=16577932.5Nmm 基本法蘭力矩： Mm==54935118Nmm 殼體法蘭應(yīng)力系數(shù)：Y=18.5（按 K==1.12 查圖9-57）[19] 2 換熱管穩(wěn)定許用壓力 換熱管回轉(zhuǎn)半徑： =6.052 mm 換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度： Lcr=530 mm 換熱管材料在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)：=210 MPa 換熱管材料在換熱管平均金屬溫度下的彈性模量Et=206000MPa[19] 系數(shù)：Cr==139.1 因?yàn)? =87.5＜Cr 換熱管穩(wěn)定許用壓力 =72 MPa 3 參數(shù)和系數(shù)的計(jì)算 殼體圓筒內(nèi)徑面積： A==997051 mm2 殼體圓筒金屬橫截面積： As==35701.8 mm2 換熱管金屬橫截面積： na==172524.2 mm2 換熱管有效長(zhǎng)度： L=3000－264=2872mm 換熱管材料在換熱管金屬溫度下的彈性模量： Et=206000 MPa 管束模數(shù)： Kt==10980 MPa 管板材料在管板設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量： =196000 MPa 管板強(qiáng)度削弱系數(shù) η=0.4 換熱管加強(qiáng)系數(shù): K==6.764 沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)：=44 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距：Sn=38mm 布管區(qū)內(nèi)未被換熱管支持的面積，對(duì)于三角形排列： Ad==11316.8 mm2 管板布管區(qū)面積：At==885976.8 mm2 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑：=1062.4 mm 系數(shù)：=0.9427 管板周邊不布管區(qū)無(wú)量綱寬度： k==0.3876 法蘭外徑：Df=1267 mm 法蘭寬度：bf==70 mm 管箱法蘭厚度：=50 mm 法蘭頸部大端厚度：=22 mm 法蘭頸部小段厚度：=12 mm 管箱圓筒厚度：=12 mm 管箱法蘭材料在管板設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量：=196000 MPa 根據(jù) =0.00887 =0.0444 查圖9-56[19]得：=0.00035 管箱旋轉(zhuǎn)剛度： =7.05 取殼體法蘭厚度：=50 mm 殼體厚度：=10 mm 殼體材料在平均金屬溫度下的彈性模量：Es=210000 MPa 根據(jù) =0.00887 =0.044 查圖9-56得：=0.00028 殼體的旋轉(zhuǎn)剛度：=5.31 旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù)：=0.00038 管板開(kāi)孔后面積：A1==539100.8 mm2 =0.541 Q==4.74 =0.32 6.77 =10.40 按K=6.764，0.00038 查圖9-58[19]得：m1=0.1 查圖9-59[24]得：G2=4.9 =38.9 M1==0.00077 按K=6.764，Q=4.74 查圖9-61[19]得：m2=0.1 查圖9-60[19]得：G3=4.9 =0.116 ==1.15 ==0.87 a.第一種工況(殼程壓力作用下無(wú)溫差的工況)Ps=0.35 MPa Pt=0 不計(jì)入熱膨脹差。即：=0 =0 當(dāng)量組合壓力：Pc=Ps=0.35 MPa Pa==2.36 MPa 基本法蘭力矩：==0.04 管板邊緣力矩系數(shù)：==0.041 管板邊緣剪切系數(shù)：=1.6 管板總彎矩系數(shù)：m==1.8 G1e==0.319 G1=，當(dāng)m＞0時(shí)，按K和m查圖9-62實(shí)線得G1i，若K＜1.3時(shí) G1i==0.844 所以G1i＞G1e 則 G1=0.844 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：=0.07 管板徑向應(yīng)力=0.057 管板布管周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)：=0.054 殼體法蘭力矩系數(shù)：0.004 (a)管板徑向應(yīng)力：=76.3 MPa 管板材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力=157 MPa ＜=235.5 MPa 合格 (b)管板布管區(qū)周邊外徑向應(yīng)力： ==55.6 MPa ＜=235.5 MPa 合格 (c)管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力： ==4.3 MPa ≤0.5=78.5 MPa 合格 (d)殼體法蘭應(yīng)力： ==38 MPa ≤1.5=235.5 MPa 合格 (e)殼體圓筒軸向應(yīng)力： ==9.61 MPa ≤=96.05 MPa 合格 (f)換熱管軸向應(yīng)力： ==3.1 MPa ≤1.0=137 MPa 合格 (g)換熱管與管板連接拉脫力： q==2.22 MPa q≤0.5=68.5 MPa 合格 結(jié)論：第一種計(jì)算工況全部應(yīng)力合格。 b.第二種工況(殼程壓力作用下有溫差的工況)Ps=0.35 MPa Pt=0，計(jì)入熱膨脹差 設(shè)定換熱器組裝溫度為20℃ 換熱管在金屬溫度下的熱膨脹系數(shù)：at=1410-6 殼體在金屬溫度下的熱膨脹系數(shù)：as=10.610-6 換熱管與殼程殼體的熱膨脹變形差率： ==9.9210-5 當(dāng)量組合壓力Pc==0.35 MPa 有效壓力組合：Pa==8.47 MPa 基本法蘭力矩系數(shù)：==0.01118 管板邊緣力矩系數(shù)：==0.01246 管板邊緣剪切系數(shù)：=0.4346 管板總彎矩系數(shù)：m==0.97 G1e==0.1857 G1=，當(dāng)m＞0時(shí)，按K和m查圖9-62實(shí)線得G1i=0.08606， 所以G1i＜G1e 則 G1=0.1857 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：=0.0386 管板徑向應(yīng)力=0.007168 管板布管周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)：=0.01792 殼體法蘭力矩系數(shù)：0.0005158 (a)管板徑向應(yīng)力：=31.01 MPa 管板材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力=157 MPa ＜=471 MPa 合格 (b)管板布管區(qū)周邊外徑向應(yīng)力： ==51.99 MPa ＜=471 MPa 合格 (c)管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力： ==8.125 MPa ≤1.5=235.5 MPa 合格 (d)殼體法蘭應(yīng)力： ==15.65 MPa ≤3.0=471 MPa 合格 (e)殼體圓筒軸向應(yīng)力： ==19.76 MPa ≤3=288.2 MPa 合格 (f)換熱管軸向應(yīng)力： ==-5.515 MPa ≤72 MPa 合格 (g)換熱管與管板連接拉脫力： q==3.29 MPa q≤0.5=68.5 MPa 合格 結(jié)論：第二種計(jì)算工況全部應(yīng)力合格。 c.第三種工況(殼程壓力作用下無(wú)溫差的工況)Ps=0 Pt=0.35 MPa 不計(jì)入熱膨脹差。即：=0 =0 當(dāng)量組合壓力：Pc==－0.46 MPa 有效壓力組合：Pa==2.36 MPa 基本法蘭力矩：==0.015 管板邊緣力矩系數(shù)：==0.015 管板邊緣剪切系數(shù)：=0.58 管板總彎矩系數(shù)：m==1.1 G1e==0.19 G1=，當(dāng)m＞0時(shí)，按K和m查圖9-62實(shí)線得G1e＞ G1i 則 G1=0.19 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：=0.041 管板徑向應(yīng)力=0.0068 管板布管周邊處徑向應(yīng)力系數(shù)：=0.02 殼體法蘭力矩系數(shù)：0.00097 (a)管板徑向應(yīng)力：=9.1 MPa 管板材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力=157 MPa ＜=235.5 MPa 合格 (b)管板布管區(qū)周邊外徑向應(yīng)力： ==17.9 MPa ＜=235.