固定管板式換熱器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、 沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計題 目： 固定管板式換熱器設(shè)計 院 系： 能源與動力工程學(xué)院 專 業(yè)： 熱能與動力工程 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書熱能與動力工程專業(yè)班學(xué)生：畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：固定管板式冷卻器設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：文獻綜述cad軟件制圖英文翻譯畢業(yè)實習(xí)畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 起止時間： 2012 年 3 月-2012 年 6 月指導(dǎo)教師： 簽字 年 月 日教研主任： 簽字 年 月 日學(xué)院院長： 簽字 年 月 日畢業(yè)設(shè)計開題報告論文題目: 固定管板式換熱器的設(shè)計 學(xué)生姓名: 專業(yè)班級: 學(xué)號: 指導(dǎo)教師: 2013年3月1日1. 選題的目的和意義 換熱器為石油化工、食品、原子能及其它化

2、工部門所廣泛使用的一種工藝設(shè)備。一般情況換熱器約占石油化工裝置設(shè)備總重量的40%。 近年來,隨著制造技術(shù)的進步,強化轉(zhuǎn)熱元件的開發(fā),使得新型高效換熱研究有了較大的發(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、制冷和制藥各行業(yè)得到應(yīng)用與推廣，取得了較大的經(jīng)濟效益。2.題目要完成的主要內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)本次設(shè)計的換熱器是固定管板式換熱器，主要完成冷卻水一煤油間的熱量交換。管程工作壓力為0.25mpa，殼程工作壓力為0.2mpa。設(shè)計溫度殼程是75，管程為35。管程內(nèi)介質(zhì)是自來水，殼程內(nèi)為煤油。選用石棉作保溫材料，厚度為100mm。根據(jù)任務(wù)書中流體進、出口

3、的溫度計算傳熱負荷，確定，選定換熱器形式，選取換熱器的材料，確定主要結(jié)構(gòu)尺寸，滿足強度、剛度和穩(wěn)定性等要求，根據(jù)設(shè)計壓力確定壁厚，使換熱器有足夠的腐蝕裕度。結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般順序為:1.管箱設(shè)計，選擇管箱短節(jié)、分程隔板、的材料尺寸及管箱深度。2.圓筒設(shè)計，選擇合適的材料，計算結(jié)構(gòu)尺寸。3.封頭設(shè)計，選擇封頭形式，分別計算所受內(nèi)壓和外壓。4.管板設(shè)計，確定連接形式，計算最小厚度。5.拉桿和定管距，確定拉桿的結(jié)構(gòu)形式、直徑和數(shù)量、布置及定管距結(jié)構(gòu)尺寸。6.折流板設(shè)計，選擇折流板形式、尺寸及板間距。7.容器法蘭及支座的選取。8.強度校核，對上述步驟確定的結(jié)構(gòu)尺寸形式進行強度校核，如不滿足要求需重新進行結(jié)

4、構(gòu)設(shè)計、再校核，直至符合要求。最后通過設(shè)計計算提高換熱器的傳熱效率和減少能源消耗，達到更高效，更節(jié)能的目的。3.進度計劃1. 查閱中外文期刊文獻、整理成文獻綜述、翻譯一篇英文資料、寫出開題報告。時間:第1周一第4周 2. 進行換熱器傳熱計算、設(shè)計計算和強度校核，用auto cad對換熱器本體圖及主要零部件圖進行初步繪制。時間:第5周一第7周 3. 確定結(jié)構(gòu)、正式計算。（5月4日5月6日中期檢查） 時間:第8周一第11周 4.完善設(shè)計說明書，初步進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，為出圖做準(zhǔn)備。時間:第12周一第14周 5. 計算說明書及圖紙全部整理完畢，將電子版上交給指導(dǎo)教師。進一步修改圖紙，準(zhǔn)備答辯。時間:第15

5、周一第16周 6.做答辯準(zhǔn)備。時間:第17周一第18周 4.論文提綱一、文獻綜述二、傳熱工藝計算三、強度計算參考文獻致謝附錄一 英文文獻及翻譯附錄二 實習(xí)報告指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師簽字: 年 月 日內(nèi)容摘要 換熱器是進行熱交換操作的通用工藝設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各個工業(yè)部門，尤其在石油、化工生產(chǎn)中應(yīng)用更為廣泛。以煉油廠為例，換熱器占設(shè)備總金屬消耗量的 20%左右。它既是工藝流程中的重要裝備，同時又是企業(yè)減少能源消耗、降低生產(chǎn)成本的主要手段。由于世界性的能源危機，為了降低能耗，工業(yè)生產(chǎn)中對換熱器的需求量越來越多，對換熱器的質(zhì)量要求也越來越高。換熱器分類方式多樣，按照其工作原理可分為：直接接觸式換熱器、

6、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類，其中間壁式換熱器用量最大，據(jù)統(tǒng)計，這類換熱器占總用量的99%。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類，其中管殼式換熱器在長期的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗，其設(shè)計資料比較齊全，在許多國家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)生產(chǎn)中有高度的可靠性并具有廣泛的適應(yīng)性本課題設(shè)計一個固定管板式換熱器，相對于其他幾種換熱器，它具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，造價低；在相同殼體直徑內(nèi)排管最多，結(jié)構(gòu)緊湊，可以使用各種材質(zhì)的換熱管；處理介質(zhì)包括有相變和無相變各種介質(zhì)的換熱過程。根據(jù)gb151-1999管殼式換熱器、gb150-1998鋼制壓力容器進行設(shè)計，主要包括以下四個部分：文獻綜述

7、、傳熱工藝計算、強度校核cad制圖。第一，文獻綜述：查閱與課題相關(guān)中外期刊，編寫文獻綜述。第二，傳熱工藝計算：根據(jù)所給數(shù)據(jù)查的相關(guān)物性參數(shù)并計算有效平均溫差；由dittus-boetler公式計算管程換熱系數(shù)；同理，有相關(guān)公式計算殼程換熱系數(shù)并初定換熱器結(jié)構(gòu)；再計算總傳熱系數(shù)；根據(jù)相關(guān)公式計算管程壓降與殼程壓降并進行校核。第三，強度校核：選擇換熱器材料、規(guī)格，排列方式；確定筒體壁厚、管箱短節(jié)壁厚與管程封頭壁厚并進行應(yīng)力校核與液壓實驗；選擇設(shè)備法蘭與接管法蘭；設(shè)計管板的厚度并對危險工況下的管板應(yīng)力、殼程法蘭應(yīng)力、管子應(yīng)力、殼程圓筒軸向應(yīng)力、拉脫力進行校核；拉桿與定距管的確定；折流板、防沖板、分程

8、隔板的選擇；接管的選擇與是否需開口補強的確定；鞍座的選擇及應(yīng)力校核。第四，運用autocad軟件進行繪圖設(shè)計，圖紙包括裝配圖和拉桿、左右管板、左右管箱等零件圖。換熱器既可以是一種單獨的設(shè)備，也可是某一工藝設(shè)備的組成部分。它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。通過這次設(shè)計使我更深入的了解了影響傳熱過程的各種因素，并通過改變它們使之符合設(shè)計要求。同時，也因cad作圖中所遇的各種困難與錯誤，并在逐步的克服與改正過程中知道換熱器某一部分的具體構(gòu)造以及為什麼這樣。關(guān)鍵字：換熱器；換熱管；固定管板abstractheat exchanger for hea

9、t exchange operation is a common sectors, especially in the petroleum, chemical production more widely used .in the refinery, for example, the total heat consumption of metal equipment accounted for about 20%. it is an important process equipment , is also the companies to reduce energy consumption,

10、 the primary means of reducing production costs. as a worldwide energy crisis, in order to reduce energy consumption, industrial production, the demand for more and more heat exchanger, the heat exchanger quality requirements are also increasing.heat exchanger classification diverse, according to it

11、s working principle can be divided into: direct -contact heat exchangers, heat exchanger accumulator and recuperative heat exchanger three categories, including the largest amount of recuperative heat exchanger , according to statistics, such heat exchanger 99% of the total amount .recuperative heat

12、 exchanger can be divided into a shell and tube and shell heat exchanger types, including shell and tube heat exchanger in the long-term operation has accumulated rich experience in the design data more complete, in many countries have a standard series, industrial production has high reliability an

13、d wide range of adaptability.design of this project a fixed tube heat exchanger, heat exchanger relative to other types , it has the following advantages: simple structure, easy processing, low cost, within the same shell diameter discharge pipe up, compact structure, you can use the kind of materia

14、l tubes, treatment media including phase transition and no phase change heat transfer process a variety of media. according to gb151-1999 shell and tube heat exchangers, gb150-1998 steel pressure vessels for design, including the following four sections: literature review, heat transfer process calc

15、ulation, strength check cad drawings.first, the literature review : review and issues related to foreign journals, writing literature review .second, the heat transfer process calculation : according to the data related to the investigation and calculation of effective physical parameters of mean te

16、mperature difference, calculated by the dittus-boetler tube heat transfer coefficient, similarly, relevant formula shell heat exchanger heat transfer coefficient and an initial structure; then calculate the overall heat transfer coefficient; calculated according to the relevant tube and shell side p

17、ressure drop pressure drop and be checked. third, the strength check : select exchanger materials, specifications and arrangement, determine the cylinder wall thickness, tube box with a short section of wall thickness of the tube head and conduct stress check with the hydraulic test, selection devic

18、e flange and take over the flange, design tube plate thickness and dangerous conditions of the tube sheet stress, stress shell flanges, pipe stress, axial stress cylindrical shell, pull-off force to be checked, tie with fixed pitch pipe to determine, baffles, anti-red plates, partition plates choice

19、, takeover selection and the need to determine the opening reinforcement, saddle selection and stress check. fourth, the use of autocad software for graphic design, drawings, including assembly drawings and rod, so the tube plate, left tube boxes and other parts diagram .heat exchanger can be either

20、 a stand-alone device, but also a part of the process equipment. its main function is to ensure that the process media required for the particular temperature, but also improve the energy efficiency of the main equipment. through this design makes me a better understanding of the various factors tha

21、t influence the heat transfer process, and by changing them to conform to the design requirements. at the same time, also because of cad drawing in the various difficulties encountered with errors and corrections in the gradual process of overcoming and a portion of the heat exchanger to know the sp

22、ecific structure and why.keywords : heat exchanger ; tubes ; fixed tube plate目錄 引言1 第一章 緒論21.1 研究的目的和意義21.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r31.3 發(fā)展方向7 第二章 傳熱工藝計算82.1原始數(shù)據(jù)82.2 定性溫度及物性參數(shù)82.3傳熱量與柴油的出口溫度及柴油的定性溫度92.4有效平均溫度92.5管程換熱系數(shù)計算102.6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計112.7殼程換熱系數(shù)計算112.8傳熱系數(shù)計算122.9管壁溫度計算132.10管程壓降計算132.11殼程壓降計算14 第三章 強度計算153.1換熱管材料及規(guī)格的選

23、擇和根數(shù)確定153.2管子的排列方式153.3確定筒體直徑163.4筒體壁厚的確定163.5液壓試驗183.6封頭厚度的計算183.7法蘭的選擇20 3.7.1 設(shè)備法蘭的選擇20 3.7.2 接管法蘭的選擇203.8、管板的設(shè)計213.9. 折流板的選擇37 3.9.1 選型37 3.9.2 折流板尺寸37 3.9.3 換熱管無支撐跨距或折流板間距37 3.9.4 折流板厚度37 3.9.5 折流板直徑383.10 管箱短節(jié)壁厚的計算383.11 拉桿和定距管的確定383.12 分程隔板厚度選取393.13 支座的選擇及應(yīng)力校核39 3.13.1 支座的選擇39 3.13.2 鞍座的應(yīng)力校核

24、41參考文獻43附錄一 英文文獻原文46附錄二 英文文獻翻譯63引言換熱器設(shè)備是化學(xué)工業(yè)石油工業(yè)、石油化工等生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一，為了幫助我們的復(fù)習(xí)與鞏固以往學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識，并對換熱器設(shè)備有一個深入了解。畢業(yè)設(shè)計是我們在學(xué)校結(jié)束階段的一個綜合學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，培養(yǎng)獨立工作能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，畢業(yè)設(shè)計作為一個獨立的教學(xué)環(huán)節(jié)，不同于一門課程的學(xué)習(xí)，又不同于實際工程設(shè)計工作。畢業(yè)設(shè)計是一項學(xué)習(xí)任務(wù)，又是一項獨立的創(chuàng)造性工作。最大限度的采用新技術(shù)成就，反映現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展水平，充分發(fā)揮獨立工作能力，一定要遵循理論聯(lián)系實踐的原則。 由于知識貧乏與經(jīng)驗不足，這次設(shè)計中不可避免的會有錯漏之處，敬請老師們給予諒解

25、。第一章 緒論1 研究的目的和意義 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，以能源為中心的環(huán)境、生態(tài)等問題日益加劇。世界各國在尋找新能源的同時，也更加注重了節(jié)能新途徑的研發(fā)。強化傳熱技術(shù)的應(yīng)用不但能節(jié)約能源、保護環(huán)境，而且能大大節(jié)約投資成本。換熱器由于其在化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，使得換熱器的強化傳熱技術(shù)一直以來受到研究人員的重視，各種研究成果不斷涌現(xiàn)1。 換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備,在石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)應(yīng)用普遍。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右,占總投資的30%一45%。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展,換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大,帶來了顯著的經(jīng)濟

26、效益2。 目前,在換熱設(shè)備中,管殼式換熱器使用量最大。因此對其進行研究就具有很大的意義。 換熱器換熱過程是為了實現(xiàn)下列目的：通過減小設(shè)計傳熱面積來減小換熱器的體積和質(zhì)量提高已有換熱器的換熱能力使換熱器能在較低額溫差下正常工作通過減小換熱器的流體阻力來減少換熱器的動力消耗2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r2.1管程強化傳熱研究進展 換熱管是管殼式換熱器的主要組成部分，以下是列舉的集中國內(nèi)外新型高效換熱管以及它們的作用2.1.1螺旋槽管 螺旋槽管是一種管壁上具有外凸和內(nèi)凸的異形管,管壁上的螺旋槽能在有相變和無相變的傳熱中明顯提高管內(nèi)外的傳熱系數(shù),起到雙邊強化的作用。根據(jù)在光管表面加工螺旋槽的類型螺旋槽管有單頭和多

27、頭之分,其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有槽深e、槽距p和槽旋角。美國、英國、日本從1970年至1980年間對螺旋槽管進行了大量的研究12.1.2橫紋管 華南理工大學(xué)曾研究過1974年前蘇聯(lián)提出的一種換熱管，研究表明：在相同流速下，橫紋管的流體阻力較單頭螺旋槽管的流體阻力要小。22.1.3螺旋扁管 梁龍虎3經(jīng)實驗研究,表明螺旋扁管管內(nèi)膜傳熱系數(shù)通常比普通圓管大幅度提高,在低雷諾數(shù)時最為明顯,達23倍;隨著雷諾數(shù)的增大,通常也可提高傳熱系數(shù)50%以上。這是由瑞士allares公司首先提出的一種換熱管。管子具有獨特結(jié)構(gòu),流體在管內(nèi)處于螺旋流動,促使湍流程度。2.1.4管內(nèi)插入物 英國calgavin公司研制一種叫h

28、eatex的插入物,它由一組延伸至管壁的圓態(tài)體組成,可使管側(cè)傳熱效率提高215倍4。 該公司還開發(fā)了一種叫hitranmatrixelements的花環(huán)式插入物,能在不增大壓降的條件下大大提高傳熱系數(shù)。用于液體工況,可使管殼式換熱器管程傳熱效率提高25倍;用于氣體工況,可使相應(yīng)值提高5倍。此外,與正常流速相比,這種插入物使換熱管的防垢能力提高810倍52.1.5內(nèi)翅片管 內(nèi)翅片管的特點是通過在換熱管管內(nèi)擴大換熱面積，強化管內(nèi)傳熱途徑來提高換熱效率。該換熱管在1971年由美國提出，日本，俄羅斯等國家進行過大量研究，研究表明：內(nèi)翅片管的可以使管內(nèi)換熱系數(shù)提高到光管的25倍62.1.6縮放管 縮放管

29、是由依次交替的多節(jié)漸縮段和漸擴段構(gòu)成,流體在該管結(jié)構(gòu)的作用下引起湍動,從而提高傳熱效率?？s放管應(yīng)用于單相流的研究已開展很多。華南理工大學(xué)提出一種改型縮放管,將每個縮放單元段中的擴張段減到最小,并采用外凸圓弧、內(nèi)凹弧和直線相連接的方式。同時還對該改進型管進行自然對流沸騰換熱特性的實驗研究,表明了改進型縮放管的自然對流沸騰換熱性能優(yōu)于普通縮放管7。陳穎8,9經(jīng)實驗和模擬計算,表明該改進型縮放管有較好的強化傳熱效果。2.1.7三維內(nèi)肋管 三維內(nèi)肋管是通過專用的工具經(jīng)過一定的方法對普通圓管內(nèi)壁加工而成的高效強化傳熱元件。流體在管內(nèi)受到三維肋的作用而使其熱邊界層的厚度減薄,從而提高對流傳熱膜系數(shù)。在某些

30、煙氣管對流換熱中,三維內(nèi)肋管具有獨特的自清灰功能,李清方10經(jīng)實驗,發(fā)現(xiàn)煙氣與三維內(nèi)肋管的對流換熱系數(shù)可達光管的3.2倍,比其它強化管如螺紋管的傳熱效果好。2.2殼程強化換熱研究進展2.2.1桿式支撐結(jié)構(gòu)11 美國菲利浦石油公司于20世紀(jì)70年代,為改進傳統(tǒng)換熱器中管子與折流板的切割破壞和流體誘導(dǎo)作用，開發(fā)了殼程流體縱流折流桿式換熱器?？v流形支承結(jié)構(gòu)的特征是殼程流體的流動方向與管束平行,這類換熱器基本實現(xiàn)了殼程、管程流體的完全逆流,增大了有效平均溫差,提高了傳熱效果。2.2.2螺旋折流板12-13 從結(jié)構(gòu)上看該換熱器主要包括2大類:一類是沒有中心管,折流板為非整體連續(xù)的螺旋結(jié)構(gòu),其設(shè)計原理為:

31、將圓截面的特制板安裝在“虛擬螺旋折流系統(tǒng)”中,每塊折流扳占換熱器殼程橫剖面的1/4,傾角朝向換熱器的軸線,使殼程流體做螺旋運動,減少了管板與殼體之間易結(jié)垢的死角,從而提高了換熱效率。在氣-水換熱的情況下,傳遞相同熱量時,該換熱器可減少30%40%的傳熱面積,節(jié)省材料20%30%。另一類是設(shè)有中心管,折流板為整體連續(xù)的螺旋結(jié)構(gòu)。其設(shè)計形式是折流板圍繞中心管螺旋纏繞,形成整體連續(xù)的螺旋折流板結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)文獻中報道較少,張正國等14和英國公司15均有相關(guān)專利。另外遼寧石油化工大學(xué)陳世醒16又提出了一種特殊形式的折流板。商利艷17等分別對螺旋角為12、18、30、40的單螺旋板折流換熱器性能進行了實

32、驗研究,隨著螺旋角的減小傳熱效果增強,但壓降增大,得出螺旋角為18的綜合性能最好。王樹立18等實驗結(jié)果表明最佳的螺旋角與殼程流體的雷諾數(shù)有關(guān).2.2.3空心環(huán)支撐19空心環(huán)支承是由華南理工大學(xué)研發(fā)的,它是由直徑較小的鋼管截成短節(jié),均勻分布在換熱管之間的同一截面上,呈線性接觸,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。研究表明,空心環(huán)管殼式換熱器取代折流板式換熱器使換熱器鋼材減少35%50%,氣體壓降減少30%40%,已成功應(yīng)用于硫酸工業(yè)與石化工業(yè)。廣東鶴山市磷肥廠年產(chǎn)4104t硫酸的工業(yè)過程中,應(yīng)用該換熱器比傳統(tǒng)換熱器節(jié)省換熱面積50%,節(jié)省鋼材40%?？招沫h(huán)常常與強化傳熱管配合使用,能夠同時強化管程、殼程傳熱,可獲

33、得比普通光管高80%100%的傳熱膜系數(shù)。但空心環(huán)支承的擾流作用不如折流桿支承,而且管束固定工藝相對較復(fù)雜。3 發(fā)展方向 管殼式換熱器是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備,它具有高的可靠性和簡單易用性。特別是在較高參數(shù)的工況條件下,管殼式更顯示了其獨有的長處“目前在提高該類換熱器性能所開展的研究主要是強化傳熱,適應(yīng)高參數(shù)和各類有腐蝕介質(zhì)的耐腐材料以及為大型化的發(fā)展所作的結(jié)構(gòu)改進。綜上所述,隨著強化傳熱理論的研究,加強管殼式換熱器的改進,將高效傳熱管與殼程強化傳熱的支撐結(jié)構(gòu)相結(jié)合是今后換熱器發(fā)展的一個重要方向。不僅要重視加強換熱器傳熱元件的研究,而且防腐措施的強化同樣具有舉足輕重的作用,綜合考慮各方面因素

34、,生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本的換熱器,在推動生產(chǎn)發(fā)展的同時,也會獲得較高的經(jīng)濟效益。第二章 傳熱工藝計算2.1原始數(shù)據(jù)殼程煤油的流量殼程煤油的進口溫度 120殼程煤油的進口溫度殼程柴油的工作壓力管程冷卻水的進口溫度管程冷卻水的出口溫度管程冷卻水的工作壓力2.2 定性溫度及物性參數(shù)管程冷卻水定性溫度=30管程冷卻水密度查物性表得=995.7管程冷卻水比熱查物性表得=4.174管程冷卻水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得=0.618 管程冷卻水的粘度=801.510-6pa.s管程冷卻水普朗特數(shù)查物性表得pr2=5.41殼程煤油定性溫度=40+0.3(12040)=64殼程煤油密度查物性表得殼程煤油比熱查物性表得殼程煤油

35、導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得殼程煤油黏度殼程煤油普朗特數(shù)查物性表得pr1=10001cp11=12.12.3傳熱量與柴油的出口溫度及柴油的定性溫度取定換熱效率為則設(shè)計傳熱量:冷卻水流量: 2.4有效平均溫度= 參數(shù)p：參數(shù)r：換熱器按單殼程四管程設(shè)計， 則查管殼式換熱器原理與設(shè)計圖 2-6（a） 得： 溫差校正系數(shù)： 有效平均溫差：2.5管程換熱系數(shù)計算 參考表27管殼式換熱器原理與計算初選傳熱系數(shù)： 則初選傳熱面積為：選用 不銹鋼的無縫鋼管作換熱管。 則 管子外徑 管子內(nèi)徑 管子長度 則所需換熱管根數(shù)：=380可取換熱管根數(shù)為400 根 則管程流通面積為（四管程）管程流速為： 管程質(zhì)量流速為： 管程雷

36、諾數(shù)為管程傳熱系數(shù)為：2.6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計：查gb1511999知管間距按?。汗苁行呐殴軘?shù)為： 取 22根則殼體內(nèi)徑為： 故內(nèi)徑為0.8m則長徑比為（合理）折流板由書可知可以選擇弓形折流板。則弓形折流板的弓高為： 折流板間距為： 折流板數(shù)量為： 2.7殼程換熱系數(shù)計算殼程流通面積為： 殼程流速為： 殼程質(zhì)量流速為： 殼程當(dāng)量直徑為：殼程雷諾數(shù)為： 切去弓形面積所占比例按查得為0.145 殼程傳熱因子由管殼式換熱器原理與設(shè)計書圖2-12可查得：管外壁溫度假定值為：壁溫下油的黏度為： 黏度修正系數(shù)為：殼程換熱系數(shù)為： 2.8傳熱系數(shù)計算查gb1511999書第138頁可知：殼程選用煤油、管程選用

37、冷卻水污垢熱阻為： 由于管壁比較薄，管殼層阻力損失都不超過0.3103n/m3所以管壁的熱阻可以忽略不計。所以可以計算出總傳熱系數(shù)為：則傳熱系數(shù)比為：(合理)所以假設(shè)合理。2.9管壁溫度計算 管外壁熱流溫度計算為：管外壁溫度為：誤差校核：因為誤差不大，所以合適。2.10管程壓降計算壁溫下油的黏度為：黏度修正系數(shù)：查得管程摩擦系數(shù)為：管程數(shù) 管內(nèi)沿程壓為：回彎壓降為：取進出口處質(zhì)量流速為：進出口管處壓降為：管程污垢校正系數(shù)為：管程壓降：2.11殼程壓降計算殼程當(dāng)量直徑為：m殼程雷諾數(shù)為：經(jīng)查殼程的摩擦系數(shù)為：0.47管束壓降為：取進口管處質(zhì)量流速為：取進口管壓降為：取導(dǎo)流板阻力系數(shù)為：5導(dǎo)流板壓

38、降為：殼程結(jié)垢修正系數(shù) 殼程壓降為：管程、殼程允許壓降為： 符合壓降條件第三章 強度計算3.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1換熱管外徑gb151-1999管殼式換熱器252管長gb151-1999管殼式換熱器30003傳熱面積管殼式換熱器設(shè)計原理89.344換熱管根數(shù)個4005拉桿個gb151-1999管殼式換熱器表43.4416/86材料gb150-1998鋼制壓力容器20#3.2管子的排列方式1正三角形排列g(shù)b151-1999管殼式換熱器圖112換熱管中心距gb151-1999管殼式換熱器323隔板板槽兩側(cè)相鄰中心距gb151-1999管殼式換熱器

39、443.3確定筒體直徑1換熱管中心距gb151-1999管殼式換熱器表12322換熱管根數(shù)根4003分程隔板厚同上104管束中心排管的管數(shù)根同上225筒體直徑同上7726實取筒體直徑考慮防沖板向上取800 3.4筒體壁厚的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式結(jié)果1工作壓力給定0.252材料gb150-1998鋼制壓力容器q235r3材料許用應(yīng)力gb150-1998鋼制壓力容器2354焊接接頭系數(shù)過程裝備設(shè)計0.855殼程設(shè)計壓力0.2756筒體計算厚度0537設(shè)計厚度2.538名義厚度3.539實取名義厚度gb151-1999管殼式換熱器表8610負偏差過程裝備設(shè)計111腐蝕余量過程裝備設(shè)計

40、212計算厚度313設(shè)計厚度下圓筒的計算應(yīng)力35.5 14校核263.9合格15設(shè)計溫度下圓筒的最大許用工作壓力1.243.5液壓試驗序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1試驗壓力0.412圓筒薄膜應(yīng)力 41.23校核 合格3.6封頭厚度的計算序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1設(shè)計壓力0.2752材料gb150-1998鋼制壓力容器q235r3材料許用應(yīng)力gb150-1998鋼制壓力容器2354焊接接頭系數(shù)過程裝備設(shè)計0.855封頭計算厚度0.536設(shè)計厚度2537名義厚度3.538實取名義厚度gb151-1999管殼式換熱器表869有效厚度510設(shè)計厚度下封頭的計算應(yīng)力 35.511

41、校核12設(shè)計溫度下封頭的最大許用工作壓力1.2513 合格3.7法蘭的選擇3.7.1 設(shè)備法蘭的選擇按其條件 設(shè)計溫度 設(shè)計壓力 由壓力容器法蘭選擇甲型平焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下： 單位（）螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量81578075074073736m1628由壓力容器法蘭選擇相應(yīng)墊片：非金屬軟墊片 jb/t47042000其相應(yīng)尺寸為：d=739mm d=703mm 3.7.2 接管法蘭的選擇1管程接管的公稱直徑相同設(shè)為，設(shè)進出口質(zhì)量流量為 則同理 故取a =b=100mm故取公稱直徑 公稱壓力為 2殼程接管的公稱直徑相同設(shè)為，設(shè)進出口質(zhì)量流量為 則同理故取公稱直徑 公稱壓力為 由鋼制管法蘭，墊片，緊固件

42、選擇板式平焊法蘭 a.b相關(guān)參數(shù)如下dna/ 法蘭理論重量100114.3/ 108210170418m1618143.5/ 13517.4由鋼制管法蘭，墊片，緊固件選擇板式平焊法蘭 c.d相關(guān)參數(shù)如下dna/ 法蘭理論重量8088.9/ 89190150418m161877.5/ 7817.43.8、管板的設(shè)計管板尺寸的確定及強度計算:本設(shè)計為管板延長部分兼作法蘭的形式，即gb151-1999項目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板。a、確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板的布管方式；以上項目的確定見項目一至七。b、計算、kt、q、；序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公

43、式數(shù)值1筒體內(nèi)徑di8002筒體內(nèi)徑橫截面積aa=/45026553筒體厚度64圓筒內(nèi)殼壁金屬截面積（+）151925管子金屬總截面積=706866換熱管根數(shù)4007換熱管外徑258換熱管壁厚2.59換熱管材料的彈性模量gb150-1998表f518500010換熱管有效長度l292011沿一側(cè)的排管數(shù)20012布管區(qū)內(nèi)未能被管支撐的面積104243.213管板布管區(qū)面積458956.814管板布管區(qū)當(dāng)量直徑=764.4415換熱管中心距sgb151-19993216隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距gb151-19994417管板布管內(nèi)開孔后的面積=306305.518系數(shù)=/0.6119殼體不帶膨脹節(jié)

44、時換熱管束與圓筒剛度比qq=/as3.220殼程圓筒材料的彈性模量gb150-1998表f519000021系數(shù)=/0.2122系數(shù)=4.423系數(shù)=6.524管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑比ptpt=/0.9625管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度gb151-1999圖32200826設(shè)計溫度下管子受屈服強度gb150-1998表f2232.527管子回轉(zhuǎn)半徑8c.對于延長部分兼作法蘭的管板，計算和序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1墊片接觸寬度ngb150-1998表9-1252墊片基本密度寬度=n/212.53墊片比壓力ygb150-1998表9-2114墊片系數(shù)m2.05墊片有效密封寬度bb=

45、2.5396墊片壓緊力作用中心圓直徑dgdg =d-2b6267預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷n=3.14 dg194598.368操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷n=(0.78dg26.28 dgby)0.5127126.59常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力gb150-1998表f4272.510預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積=/714.111操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積= /466.512需要螺栓總截面積mm2=max，714.113法蘭螺栓的中心圓直徑db68014法蘭中心至作用處的徑向距離=(db- dg)/22715基本法蘭力矩n=5253990.7516筒體厚度617法蘭頸部大端有效厚度=1.75

46、10.518螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交的徑向距離29.519螺栓中心處至ft作用位置處的徑向距離= (+)/233.520作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力n=0.785pc49311.421流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力差n=-7520.922操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓力n=6.28bmpc9613.223法蘭操作力矩n=+2.4810624螺栓中心距fd作用處的徑向距離=0.5（db-）40d、假定管板的計算厚度為，然后按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度，計算k，k、和kf。序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1假定管板計算厚度402殼體法蘭厚度323管板材料彈性模量gb150-1998表f51901034換熱管材料的彈性模量gb150-1998表f51911035管板剛度削弱系數(shù)gb151-19990.46換熱管有效程度29207管板強度削弱系數(shù)gb151-19990.48管子金屬總截面積37444.59換熱管加強系數(shù)kk=()0.5 4.2110管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比=0.92811管板周邊布管區(qū)的無量綱參數(shù)kk=k（1-）0.3031