畢業(yè)設(shè)計論文流量為2500kgh二甲胺換熱器的設(shè)計全套圖紙

1、沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院本科畢業(yè)論文全套圖紙，加153893706題 目： 流量為2500kg/h二甲胺換熱器的設(shè)計 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 班 級： 1201 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 論文提交日期： 2016年6月1日論文答辯日期： 2016年6月6日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書過程裝備與控制工程 專業(yè) 過控1201 班學(xué)生： 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：二甲胺換熱器設(shè)計（流量2500kg/h） 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：設(shè)計計算書一份； 設(shè)計說明書一份； 繪制施工圖折合a1號圖4張。畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： 二甲胺換熱器 起止時間：2016年3月1日2016年6月1日指導(dǎo)教師： 2016年3月 1日摘要 換熱

2、器又被叫熱量交換器，是一種進行冷熱流體之間的熱量傳送的設(shè)備，它是完成化工等生產(chǎn)過程中交換熱量必須用到的設(shè)備，在工廠中意義非凡。換熱器可以是一種獨立的設(shè)備，例如加熱器、冷卻器和凝汽器等等。換熱器是兩種溫度不同的物料在一個設(shè)備內(nèi)相互交換熱量，最終達到將物料冷卻，或者將冷物料加熱為目的的設(shè)備。換熱器是化工生產(chǎn)中最最常用的一種機器，它的主要作用是進行幾種介質(zhì)之間的熱量傳遞。常見的換熱器有：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函式換熱器、u型管式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、多套管換熱器、外導(dǎo)流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動管板式換熱器等1。本換熱器是蒸汽

3、換熱器在成產(chǎn)中是非常常見的設(shè)備，該換熱器有耐高壓的優(yōu)點、價格低廉、清洗方便不宜結(jié)垢的優(yōu)點。設(shè)計任務(wù)說明書中所給定的條件是殼程介質(zhì)為二甲胺，溫度從一開始的49.96、0.9mpa進行冷凝冷凝，它的流量是2500kg/h。管程中的介質(zhì)是水，冷卻水溫度從一開始的33升高到了43、壓力保持在0.6mpa。完成了壓降計算、強度計算、開孔補強、管箱短節(jié)壁厚計算等。在強度設(shè)計中，依據(jù)進行筒體、封頭強度設(shè)計及校核，依據(jù)流量進行入口接管、出口接管等管口直徑的選擇，依據(jù)等面積補強法進行開口補強計算。本設(shè)計選擇管板延長兼做法蘭，依據(jù)中的彈性支撐假設(shè)對管板進行設(shè)計和校核，管板與換熱管的連接方式為焊接，拉桿與管板為螺紋

4、連接結(jié)構(gòu)。同時，進行了臥式容器鞍座校核。本設(shè)計充分的利用材料，適用比較多的場合。在同樣的換熱器中此換熱器十分的廉價、安全。所以該換熱器在工廠中占有重要位置。關(guān)鍵字: 固定管板； 換熱器； 不同物料；熱交換； 補強abstractheat exchanger called heat exchanger again, it is a kind of cold and hot fluid between the heat transfer equipment, it is a complete exchange of heat must be used in the process of chemi

5、cal production equipment, the special significance in the factory. heat exchanger can be an independent device, such as a heater, cooler and steam condenser and so on. temperature heat exchanger are two different materials in a heat exchanging equipment, eventually achieve the material cooling, or h

6、eating equipment for the purpose of cold material. heat exchanger is by far the most commonly used in the chemical production of a machine, its main function is to heat transfer between several kinds of media. common heat exchanger are: of floating head heat exchanger, the fixed tube plate heat exch

7、anger, the stuffing box type heat exchanger, u-shaped tube heat exchanger, coil heat exchanger, single and double shell side heat exchanger tube heat exchanger and tube heat exchanger and diversion tube heat exchanger, rod baffle heat exchanger, heat pipe heat exchanger, heat exchanger intubation, s

8、liding tube plate heat exchanger, etc1. this heat exchanger is steam condenser is very common in into during equipment, the heat exchanger has the advantages of resistance to high pressure, low cost, convenient cleaning is unfavorable and scale advantages.design task description in the shell side of

9、 the given conditions is medium of dimethylamine, temperature of 49.96 , 0.9 mpa from the beginning to condensation condensation, its flow is 1500 kg/h. tube side of the medium is water, cooling water temperature rose from the very beginning of 33 43 , pressure in a 0.6 mpa. completed the pressure d

10、rop calculation, strength calculation, opening reinforcement, short tube box section wall thickness calculation, etc. in strength design, strength design basis for cylinder, head and checking, according to the inlet connection of traffic and exports over the selection of nozzle diameter, opening rei

11、nforcement method on the basis of equal area reinforcement calculation. the design of flange, tubesheet extended and do according to the hypothesis of elastic support for tube plate design and checking, tube plate and the heat exchange tube connections for welding, rod and tube plate to the threaded

12、 connection structure. at the same time, for the horizontal vessel saddle checking.this design make full use of material, is more occasions. at the same heat exchanger in the heat exchanger is very cheap and safe. so the heat exchanger occupies an important position in the factory.key words: fixed t

13、ube sheet； heat exchanger； different materials； reinforcing 目 錄第一章 固定管板式換熱器設(shè)計方案的選擇 11.1換熱器類型的選定 11.2換熱器換熱方式的選擇 21.3流體進出口溫度的確定 31.4換熱器材料的選擇 3第二章 工藝計算 42.1 設(shè)計條件 42.2 換熱器的工藝參數(shù) 42.3 換熱器的物性參數(shù) 42.4 換熱器的設(shè)計溫度 52.5 換熱器的類型與流動空間的確定 52.5.2 選工藝尺寸計算 62.5.3 換熱器核算 10第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 173.1殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計 173.1.1壁厚的確定 173.1.2

14、管箱殼體壁厚的確定 183.1.3 標準橢圓封頭的設(shè)計 183.2 管板與換熱管設(shè)計 193.2.1 管板 193.2.2 換熱管 203.3 進出口設(shè)計 213.3.1接管的設(shè)計 213.3.2 接管外伸長度 213.3.3 排氣、排液管 213.3.4 接管最小位置 223.4 折流板或支持板 233.4.1 折流板尺寸 233.4.2 折流板和折流板孔徑 233.4.2折流板直徑及允許偏差 233.4.3 折流板的布置 243.4.4 折流板質(zhì)量計算 243.5 防沖擋板 243.6 拉桿與定距管 253.6.1拉桿的結(jié)構(gòu)和尺寸 253.6.2 拉桿的位置 263.6.3 定距管尺寸 2

15、63.7 鞍座選用及安裝位置確定 26第四章 強度計算 314.1 殼體、管箱殼體和封頭校核 274.1.1 殼體校核 274.1.2 管箱殼體校核 274.1.3 橢圓封頭校核 284.2 接管開孔補強 284.2.1 蒸汽進出口開孔補強 284.2.2 管箱冷卻水接管補強的校核 304.3 膨脹節(jié) 314.3.1 膨脹節(jié) 314.3.2 膨脹節(jié)計算 314.4 管板校核 334.4.1 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù) 334.4.2 各元件材料及其設(shè)計數(shù)據(jù) 344.4.3 管子許用應(yīng)力 354.4.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)計算 354.4.5 法蘭力矩 364.4.6 換熱管與殼體圓筒的熱膨脹應(yīng)變形差 374.4.7

16、管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) 374.4.6 管子加強系數(shù) 374.4.7 旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù) 374.4.8 設(shè)計條件不同危險組合土況的應(yīng)力計算 384.4.9 四種危險工況的各種應(yīng)力計算與校核: 394.5 設(shè)計值總匯 41第五章 安裝使用及維修 425.1 安裝 425.2維護和檢修 43第六章 結(jié)論 45參考文獻 46致謝 47沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第一章固定管板式換熱器設(shè)計方案的選擇 第一章 固定管板式換熱器設(shè)計方案的選擇1.1換熱器類型的選定換熱器是化工生產(chǎn)中最為常用的一種機器，它的主要作用是進行幾種介質(zhì)之間的熱量傳遞。常見的換熱器有：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料

17、函式換熱器、u型管式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、多套管換熱器、外導(dǎo)流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動管板式換熱器等2。 圖1-1 上圖為向上流動的立式管程換熱器 圖1-2 上圖為立式殼程換熱器和水分配器 圖1-3 上圖為臥式殼程換熱器根據(jù)設(shè)計要求，所選用的換熱器為四管程固定管板式換熱器。它的應(yīng)用十分之廣泛，且結(jié)構(gòu)堅固，穩(wěn)定性高，適應(yīng)性廣，好制造，生產(chǎn)成本低廉。1.2換熱器換熱方式的選擇因為換熱器的選擇四個固定管板式換熱器管的主要手段和多通道換熱器傳熱和流動法、回流法、錯流方法和平流方法3。常用的方法在工業(yè)和流法和回流法。熱交換器的介質(zhì)是水和二甲胺

18、，蒸汽并不是很大，和二甲胺是通過汽化潛熱傳熱，傳熱能力的各個方面的需求比較高，所以你可以選擇回流的方法。1.3流體進出口溫度的確定殼程:二甲胺，入口溫度為49.96、0.9mpa冷凝，流量為2500kg/h。管程：冷卻水，冷卻水溫度從33升到43、壓力為0.6mpa因此冷熱流體之間的交換溫度為：冷卻水入口溫度：33;冷卻水出口溫度：43。二甲胺入口溫度：49.96，汽相；二甲胺出口溫度：49.96，液相； 1.4換熱器材料的選擇 二甲胺是一種劇毒物質(zhì)，還能和氧化劑發(fā)生猛烈的反應(yīng)。因為二甲胺走殼程，所以換熱器的殼體、管板、換熱管和折流板都要防腐蝕，可以選用0cr18ni9不銹鋼材料。4沈陽化工大

19、學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第二章工藝計算第二章 工藝計算工藝設(shè)計中包括了熱力設(shè)計以及流動設(shè)計，其具體運算如下所述:2.1 設(shè)計條件 殼程介質(zhì)為49.96的二甲胺蒸汽，管程介質(zhì)為進口溫度33，出口溫度43的冷卻水；殼程設(shè)計壓力0.9mpa，管程設(shè)計壓力0.6mpa；二甲胺處理量為2500kg/h。2.2 換熱器的工藝參數(shù)管程水的進口溫度=33管程水的出口溫度=43管程水的工作壓力=0.6mpa管程水的定性溫度兩流體的溫度差殼程二甲胺的流量=2500kg/h殼程二甲胺的入口溫度=49.96 汽相殼程二甲胺的出口溫度=49.96 液相殼程二甲胺的工作壓力=0.9mpa殼程二甲胺汽化潛熱潛熱2.3 換熱器

20、的物性參數(shù)兩種流體定性溫度下的物性參數(shù)如下表1：表1 流體定性溫度下的物性參數(shù) 物性流體溫度密度kg/m3粘度mpas比熱容kj/(kg)導(dǎo)熱系數(shù)w/(m)二甲胺蒸汽49.96進9.5170.00971.7850.018749.96出620.10.1413.6650.208冷卻水38992.60.684.1740.632.4 換熱器的設(shè)計溫度 一般情況下，我們所設(shè)計出的換熱器的設(shè)計溫度要比它的最大的使用溫度高出20左右，所以殼體的設(shè)計溫度應(yīng)該為120；管程介質(zhì)是水，最大的使用溫度是43，則管程的設(shè)計溫度為70。2.5 換熱器的類型與流動空間的確定 兩流體溫度變化情況，熱流體進口溫度49.96，

21、出口溫度49.96;冷流體進口溫度33，出口溫度43。該換熱器用水冷卻主要決定,考慮多種因素,如清潔固定管板式換熱器。選擇二甲胺蒸汽殼程、冷卻水管。這是因為：殼程的冷卻液，便于散熱和流體管程傳熱系數(shù)相匹配，因此可以減少管壁的溫度，減少熱應(yīng)力，同時換熱器通常會容易產(chǎn)生規(guī)模流體流經(jīng)管程。2.5.1 估算傳熱面積二甲胺蒸氣用量由題目可知，二甲胺蒸汽流量：m1=2500kg/h=0.694kg/sq1=m1r=25007884/3600=5.475103kj/s （2.1）注：m1蒸汽冷凝的質(zhì)量流量（kg/s） r飽和蒸汽的冷凝熱（kj/kg）熱負荷計算熱負荷計算公式:m2=q2/cp2(t2-t1)

22、式中：m2冷熱流體的質(zhì)量流量（kg/s）cp2冷熱流體的定壓比熱（j/(kg)） t1、t2冷流體的進、出口溫度（）m2=q2/cp2(t2-t1)=5.475103 /(4.174(43-33)= 131.17kg/s=4.72212105kg/h。計算有效平均溫度差t1=49.96-43=6.96t2=49.96-33=16.96對于逆流，有效平均傳熱溫差：tm逆=(t1t2)/ln(t1/t2)逆流傳熱溫差：tm逆=(6.9616.96)/ln(6.96/16.96)=11.27。對于傳熱面積進行計算傳熱面積:ap=q/ktm逆式中：ap 估算的傳熱面積（m2） k 假設(shè)傳熱系數(shù)（w/(

23、m2)） tm逆 平均傳熱溫差（）根據(jù)管程走循環(huán)水，殼程走二甲胺蒸氣，總傳熱系數(shù)k現(xiàn)暫取：k=650w/m2則估算換熱面積：ap=q/ktm逆=5.475106/(65011.27)=747.4m22.5.2 選工藝尺寸計算管徑和管內(nèi)流速換熱器的傳熱表面是由包管的大小規(guī)格，和對傳熱有很大的影響。對于徑管，要使用小直的，傳熱面積單位體積較大，單位金屬消費和減少傳熱面積，傳熱系數(shù)較大，但在生產(chǎn)過程中更麻煩，過程清洗后容易粘滯，規(guī)模也更困難。通常應(yīng)該使用大直徑管在大或骯臟的流體的粘滯性，應(yīng)該使用小直徑管道的清潔液。換熱管直接與兩種換熱流體接觸直接接觸兩種傳熱流體熱交換管，所以必須考慮兩個流體腐蝕工藝

24、參數(shù)如溫度、壓力、介質(zhì)和加工性能和經(jīng)濟和規(guī)范選擇換熱管材料。前面已經(jīng)提到了，為了防止腐蝕二甲胺，應(yīng)當采用不銹鋼ocr18ni9材料4。根據(jù)流程，選定水的流速為u=1.24m/s。選用192mm無縫光滑較高級冷拔傳熱管(不銹鋼)。管程數(shù)和傳熱管數(shù)可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù):ns=v/(/4)di2u) （2-1）式中：ns單程管子數(shù)目；v管程流體的體積流量（m3/s）v=m2/=4.72212105kg/h/1000kg/m3=472.2m3/h=0.131m3/sdi傳熱管內(nèi)徑（m，di=0.015m）u管內(nèi)流體流速（m/s。u=1.24m）因此，單程傳熱管數(shù)為：ns=v/(/4)

25、di2u)=0.131/(0.7850.01521.24)=598.1599（根）按單程管計算，傳熱管長度為：l=ap/d0ns （2-2）式中：l按單程計算的管子長度，m；d0管子外徑，m；則所需的傳熱管長度：l=ap/d0ns=7474/3.140.02599=29.730m我國生產(chǎn)的系列中換熱管的無縫鋼管長度分為1.5, 2, 3, 4.5, 6米等好幾種。np=l/l （2-3）式中：np 管程數(shù)（整數(shù)）；l 按單程換熱器計算的管子長度，m； l 選取的每程管子長度，m；傳熱管的長度為9m，根據(jù)實際計算，換熱器的管程數(shù)計算如下：np=l/l=30/9=3.3，np=3.34傳熱管總管數(shù)

26、：nt=npns （2-4）注：nt傳熱管總管數(shù)；nt=5994=1389.32396（根）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)如果在選擇上選用雙管程換熱器，可加強管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但同時也增加了換熱器的阻力，并損失部分傳熱溫差。 平均傳熱溫差計算公式：tm=ttm，逆 （2-5）式中：tm=折流下的平均傳熱溫差，k； t=溫差矯正系數(shù) tm，逆=(r-1)(t2-t1)/ln(1-p)/(1-pr)tm=(r2+1)(1/2)(t2-t1)/ln 2-p(1+r-(r2+1)(1/2)/2-p(1+r+(r2+1)(1/2) 平均溫差校正系數(shù)有：r=熱流體的溫降/冷流體的溫降=(t1-t2)/(t2-t

27、1)=(49.96-49.96)/(43-33)=0p=冷流體的溫降/兩流體最初溫差=(t2-t1)/(t1-t1)=(43-33)/(49.96-33)=0.59由tm，逆=(r-1)(t2-t1)/ln(1-p)/(1-pr)和tm=(r2+1)(1/2)(t2-t1)/ln2-p(1+r-(r2+1)(1/2)/2-p(1+r+(r2+1)(1/2)平均傳熱溫差：tm=(r2+1)(1/2)(t2-t1)/ln2-p(1+r-(r2+1)(1/2)/2-p(1+r+(r2+1)(1/2)=(43-33）/ln(2/(2-20.59)）=11.22t=tm/tm，逆=11.22/11.23

28、=1平均傳熱溫差系數(shù)大于0.8，故取單殼程合適。管子排列管安排方法常用的是三角形的數(shù)組，三角交錯，交錯數(shù)組廣場，廣場。等邊三角形布置更緊湊，一定直徑可以安排在殼管，和傳熱可以取得良好的成果，但在管外清洗是很困難的。廣場和安排，可以使管外的清潔更方便，適合在殼程流體容易擴展，但在傳熱效果比普通三角形排列。上面的安排是一個三角形是最常用在交錯,方便殼程流體清潔，不容易，而后者殼一側(cè)的污垢可以合理的化學(xué)治療方法。采用正三角形排列時，管子排列面積是一個正六邊形，排在正六邊形內(nèi)的傳熱管數(shù)量為：nt=3a(a+1)+1若設(shè)b為正六邊形對角線上的管子數(shù)目，則：b=2a+1注：nt排列的管子數(shù)目； a 正六邊

29、形的個數(shù)。采用正三角排列，當管子總數(shù)超過127根，即正六邊形的個數(shù)a6時，最外層六邊形和殼體間的弓形部分空間較大，也應(yīng)配置傳熱管，可以排的管子數(shù)目見表格1。正六邊形數(shù)目a正三角形排列六邊形對角線上的管數(shù)b六邊形內(nèi)的管數(shù)每個弓形部分的管數(shù)第一列第二列第三列弓形部分的管數(shù)管子總數(shù)102133163636711233977424391225469848517132754792666131429631105907211531721116102823表格1 管子數(shù)目正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列有利于殼程物流的湍流，并且在管與管的間距距相等時，同一管板面積上可以排列最多的管數(shù)。雖然三角形排列的管間清洗比較困

30、難，但由于二甲胺粘性小，不易結(jié)垢，因此本設(shè)計選擇轉(zhuǎn)角正三角形排列5。管心距采用脹接法固定時，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。根據(jù)布管常用的管心距，當管子外徑為19mm時，管心距可取25mm。因此本設(shè)計取單程中的管心距為25mm。各程相鄰的管心距為38mm。殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算：d=1.05t(nt/)1/2 （2-6）式中：管板利用率。的取值范圍如下：正三角形排列，2管程，=0.70.85,4管程以上，=0.60.8。估算出殼體內(nèi)徑后，需圓整到標準尺寸。卷制殼體的內(nèi)徑(公稱直徑)以400mm為基數(shù)，以100mm為進級檔

31、。取管板利用率=0.85殼體內(nèi)徑為d=1.05t(nt/)1/2=1.0532(1390/0.85)1/2=1358.7mm。 因此殼體內(nèi)徑初步計算圓整為d=1400mm。則橫過管數(shù)中心線管的根數(shù)：ntc=1.1(n)1/2=1.1(1390)1/2=41.0142（根）折流板 圓形狀的檔板安排在水平換熱器分為處處上下左右方向的方向種。上下方向安排會導(dǎo)致強烈的湍流，傳熱膜系數(shù)增加，通常是結(jié)構(gòu)使用。水平隔板，以防止流體短路，切斷了節(jié)段高度不應(yīng)大于殼內(nèi)徑的35%。故選用圓缺上下方向排列取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的20%，則切去的圓缺高度為 h=0.201400=280mm。 對于臥式換熱器，折

32、流板間最小間距為殼體內(nèi)徑的35%，最大間距不宜大于殼體內(nèi)徑的2倍折流板數(shù)，取折流板間距b=0.35d，則b=0.351400=490mm。取b為500mm。nb=傳熱管長/折流板間距-1=9000/500-1=17（塊）2.5.3 換熱器核算 換熱器的核算內(nèi)容主要包括換熱器的熱流量、傳熱管壁溫和流體阻力。殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 工業(yè)上換熱器以采用水平管束和垂直管束居多，且管表面液膜多為層流。在該種情況下一般用德沃爾基于努塞爾的理論公式和實測值，提出層流時的冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計算式如下。水平管束冷凝：=0（2/2g3）1/3=1.51re-1/3 （2-7）式中：無量綱冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，w/(m2)；0

33、 冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，w/(m2)；m=m1/lns,re=4m/ （2-8）式中：m冷凝液的質(zhì)量流量，kg/s；l 傳熱管長度，m；ns當量管數(shù)。 當量管數(shù)ns與傳熱管布置方式及總管數(shù)有關(guān)，傳熱管布置為三角形錯列，則可用下式求得：ns=2.08nt0.495 （2-9）式中：nt換熱器的傳熱管總數(shù)。由公式求得當量管數(shù)ns=2.0813900.495=74.79再通過公式，可得無量綱冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)：=1.51(4m1/lns1/)-1/3=1.51(40.694/(974.79)1/0.000141)1/3=9.749冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):0=()3/2/(2g13)1/3=(9.749)3/(0

34、.0001412/620.129.810.2083)1/3=58773管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)管程為流體無相變傳熱，則在通常情況下可用下式計算其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù):i=0.023(i/di)re0.8prn注:當流體被加熱時n=0.4，當流體被冷卻時n=0.3。該式的適用條件是：低粘度流體(10000；普朗特數(shù)pr在0.6160之間; 管長管徑之比l/d 50;定性溫度可取流體進出口溫度的算術(shù)平均值;特征尺寸取傳熱管內(nèi)徑d。雷諾數(shù):re=di2ui/可管程流體流通截面積si=0.7850.0221390/2=0.218mm2求得管程流體流速u1=0.092/0.218=0.422m/s，求雷諾數(shù)re=0.0

35、20.422998.1/(0.6810-3)=12388普朗特數(shù)pr=cp/=(4.1741030.6810-3)/0.63=4.51i=0.0230.63/0.02(12388)0.84.510.4=2489w(m2k)污垢熱阻和管壁熱阻 由于材料加工范圍廣泛的操作條件不同，所以產(chǎn)生規(guī)律的污垢很難把握,結(jié)合人們的問題研究較少，所以目前主要由污垢熱阻的選擇測試數(shù)據(jù)。選擇污垢熱阻時應(yīng)該非常小心，尤其是容易擴展的材料。因為在在這種情況下，污垢熱阻通常占據(jù)大部分的傳熱阻力，它的價值對傳熱系數(shù)的影響。管外側(cè)污垢熱阻rso=0.000176m2/w管內(nèi)側(cè)污垢熱阻rsi=0.00026m2/w管壁熱阻取決

36、于傳熱管壁厚和材料，其值為：rw=b/w注：b傳熱管壁厚，m； w管壁熱導(dǎo)率，m/w。常見金屬材料的熱導(dǎo)率見表格1。表格 1常見金屬材料的熱導(dǎo)率 溫度0100200300400鋁227.95227.95227.95227.95227.95銅383.79379.14372.16367.51362.86碳鋼52.3448.8544.1941.8734.89不銹鋼16.2817.4517.4518.49管壁熱阻計算，不銹鋼條件下的熱導(dǎo)率為16.86w/(m)。所以rw=0.0025/16.86=0.00015m2k/w傳熱系數(shù) （2-10）式中：k 傳熱系數(shù)，w/(m2);0殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，w/(

37、m2);r0殼程污垢熱阻，m2/w;rw管壁熱阻, m2/w ;ri管程污垢熱阻, m2/w;d0傳熱管外徑,m;di傳熱管內(nèi)徑,m;dm傳熱管平均直徑,m;i管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù),w/(m2)。換熱器的傳熱系數(shù)： （2-11）=1/(17/(248915)+(0.0002617/15)+(0.0001517/17)+0.000176+(1/58773)=1093.01w/(m2)傳熱面積裕度在規(guī)定熱流量下，計算了傳熱系數(shù)kc和平均傳熱溫差后，則與kc對應(yīng)的計算傳熱面積為ac=q/ktm=295.1m2根據(jù)ac和ap可求出該換熱器的面積裕度:h=(ap-ac)/ac （2-12）式中：h面積裕度；

38、ap實際傳熱面積（m2）ac計算傳熱面積（m2）ac=ntd0l=13903.140.0195=414.6 m2換熱器的面積裕度h為：h=(ap-ac)/ac=(414.6-295.1)/295.1=17.9%為保證換熱器操作的可靠性，換熱器的面積裕度應(yīng)為15%20%，由結(jié)果可知，本文設(shè)計的二甲胺換熱器滿足熱流量要求。溫度核算考慮到污垢熱阻的影響，根據(jù)傳熱方程，有tw=tm-q/ah(1/h+rh) （2-13）tw=tm-q/ac(1/c+rc) （2-14）代入數(shù)據(jù)計算得： tw =47； tw =43.3。管外側(cè)冷凝膜溫度為：(t1+tw)/2=(49.96+47.0)/2=48.5。管

39、壁溫度取為：t=( tw + tw)/2=45.2。殼程壁溫，可近似取殼程流體的平均溫度，即t=49.96殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為：t=t-t=6.81該溫差非常小，因此不需設(shè)置溫度補償裝置。壓降校核流體流經(jīng)換熱器，其阻力應(yīng)在允許的數(shù)值范圍內(nèi)，如果流體阻力過大，則應(yīng)修正設(shè)計。列管式換熱器允許壓降如下表格2。表格2列管式換熱器允許壓降操作壓力/pa允許壓力/pap105(表壓)p4000故為湍流。取管壁粗糙度=0.078mm，則/d=0.00522=0.184/rei0.2=0.0145故pi=3715.9pa；pr=2306.4pa。管程壓降為：pl=(3715.9+2306.4)41.5=

40、36133.8pa=36.1kpa。 (8) 殼程流體阻力當殼程裝有弓形折流板時，計算流體阻力的方法較多。其中貝爾方法計算值與實用數(shù)據(jù)顯示出很好的一致性。當是貝爾方法計算繁瑣6。工程計算中常用的方法是埃索法，其解決問題的思路與貝爾法相同，當不及貝爾法細致。埃索法的計算阻力公式為：ps=(p0+pi)fsns （2-17）式中：ps殼程總阻力，pa；p0流體流過管束的阻力，pa；pi流體流過折流板缺口的阻力，pa；fs殼程結(jié)構(gòu)校正系數(shù)；液體時fs=1.15，氣體時fs=1.0ns殼程數(shù)。其中：p0=ff0ntc(nb+1)u02/2pi=nb(3.5-2b/d)u02/2正三角形排列時：ntc=

41、1.1nt0.5正方形排列時：ntc=1.19nt0.5 （2-18）式中：nt每一殼程的管子總數(shù); nb折流板數(shù)目;b折流板間距;d換熱器殼體內(nèi)徑;u0殼程流體橫過管束的最小流速(按流通面積s0=b ( d-ntcdo )，m/s;f: 管子排列方式對阻力的影響，管子正方形斜45度時排列時f=0.4管子正三角形時排列時f=0.5f0殼程流體摩擦因子，f0=5.0re0-0.228(re0500)帶入數(shù)據(jù)計算：殼程流動面積a1=b(d-ntcd0)=1(1-380.019)=0.27m2殼程汽體流速u0及re0u0=qml/36001a1=5.01m/sre0=d0u0/=6425因re0 5

42、00故可計算殼程流動摩擦系數(shù)f0=0.667ntc=1.19(nt)0.5=1.1913900.5=44管子排列為轉(zhuǎn)角正三角形，斜轉(zhuǎn)安裝，取f=0.5取垢層校正系數(shù)fs=1.00殼程為冷凝傳熱，可設(shè)置nb=4個折流板(兼做支承板)，防止管束振動，取折擋流板間距b=1m。p0=ff0ntc(nb+1)u02/2=7966.6papi=nb(3.5-2b/d)u02/2=1194.4pa殼程壓降ps=p0+psfsns=9161pa=9.161kpa應(yīng)許可壓力降為0.05mpa，殼程壓降小于許可壓力降，因此殼程阻力滿足要求。17沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計27沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院

43、學(xué)士學(xué)位論文第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計3. 1殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計3.1.1壁厚的確定壁厚的確定如表格1，表格2。表格1 碳素鋼或低合金鋼圓筒的最小厚度公稱直徑400 7008001000110015001600200020002600浮頭式810121416u型管式810121416固定管板式68101214表格2 殼體或管箱殼體厚度dn，mm材料殼程或管程公稱壓力pn，mpa0.61.01.62.54.06.4厚度 ，mm1400q235-a/b/c1010121616mnr10101012160cr18ni966(7)8(9)1420由工藝條件給定的殼程設(shè)計溫度49.96、設(shè)計

44、壓力為0.9mpa，由于殼程走的是二甲胺蒸氣，壓力不高，腐蝕性大，故殼程筒體材料可選0cr18ni9。筒體用鋼板卷制，取鋼板的厚度負偏差c1 =0.8mm，腐蝕裕量c2=1.5mm，筒體采用雙面對接焊接，局部探傷，則焊縫系數(shù)=0.85。在設(shè)計溫度下，0cr18ni9的許用應(yīng)力為=137mpa。(厚度6-16mm )，屈服強度為s=205mpa14。因為pc=0.5mpa0.4t=0.41370.85=46.6mpa，筒體計算厚度可參照gb150-1998用式(3-1)計算= pcdo/2 t+pc （3-1）=0.91000/21370.85-0.9=3.88mm式中：pc計算壓力，mpa;d

45、i圓筒公程直徑，mm;焊縫系數(shù);筒體的計算厚度。設(shè)計壁厚由于二甲胺蒸氣的腐蝕強度高，取腐蝕裕量c2=1.5mm。則d=s+c2=3.88+1.5=5.38mm此時負偏差為c1=0.8mm，則d+c1=6.18mm。厚度n=d+c1+=6.18mm。筒體的有效厚度e=n-c1-c2=10-0.8-1.5=7.7mm可知殼體和管箱殼體壁厚為10mm。3.1.2 管箱殼體壁厚的確定管箱法蘭和墊片確定根據(jù)管程的設(shè)計壓力為0.6mpa，管程的公稱直徑=1400mm，查jb/t4703-2000可選長頸對焊法蘭lwn 1000-1.0fm，材料用16mn，同時根據(jù)管程的性質(zhì)和所選法蘭的型號可查jbi/t4

46、701-2000選石棉橡膠板墊片7。箱殼體壁厚的確定管程的設(shè)計壓力為0.6mpa，設(shè)計溫度為70查gb150-1998知，筒節(jié)材料都采用16mnr，設(shè)計壓力pc=0.6mpa0.4t=0.41370.85=46.6mpa，= pcdo/2 t-pc=0.61000/21370.85-0.6=2.6mm設(shè)計厚度：d=+c2=2.6+1.5=4.1mm名義厚度n=d+c1+=4.1+0.8+=10，可取名義厚度為10mm。筒體有效厚度為c=n-c1-c2=10-0.8-1.5=7.7mm可取管箱殼體壁厚為10mm。3.1.3 標準橢圓封頭的設(shè)計標準封頭的厚度確定橢圓形封頭是由長短半軸分別由a，b的半橢圓和高度為h0的短圓筒(通稱為直邊)兩部分構(gòu)成的。直邊的作用是為了保證封頭的制造質(zhì)量和避免筒體與封頭間的環(huán)向焊縫受到邊緣應(yīng)力的作用如下表格3、表格4。表格3 封頭厚度dn,mm材料殼程或管程公稱壓力pn，mpa0.61.01.62.54.06.4厚度，mm1000q235-a/b/c1010121416mnr10101012160cr18ni966101218表格4 標準