固定管板式換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、固定管板式換熱器中文摘要 換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的設(shè)備，在不同工作條件下對(duì)換熱器性能要求不同，它是冷熱流體間傳遞熱量的設(shè)備。 本次設(shè)計(jì)為固定管板式換熱器，固定管板式換熱器主要由管箱、管板、殼體、換熱管、折流板、拉桿、定距管、封頭等組成。固定管板式換熱器由兩端管板和殼體構(gòu)成。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用比較廣泛。固定管板式換熱器管程和殼程中，流過(guò)不同溫度的流體，通過(guò)熱交換完成換熱。當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，為了避免較高的溫差應(yīng)力，通常在殼程的適當(dāng)位置上，增加一個(gè)補(bǔ)償圈（膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來(lái)補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。在傳熱計(jì)算工藝中，包括傳熱面積計(jì)算，傳熱量、傳

2、熱系數(shù)的確定和換熱器內(nèi)徑及換熱管型號(hào)的選擇，以及傳熱系數(shù)、壓降及壁溫的驗(yàn)算等問(wèn)題。在強(qiáng)度計(jì)算中主要討論的是筒體、管箱、封頭、管板厚度計(jì)算以及折流板、法蘭、墊片和接管、支座、等零部件的設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行一些強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)是按照gb151管殼式換熱器和gb150鋼制壓力容器設(shè)計(jì)的。 換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處見(jiàn)，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。隨著研究的深入，工業(yè)應(yīng)用取得了令人矚目的成果。關(guān)鍵詞：換熱器；設(shè)計(jì)；校核；固定管板式abstractheat exchanger is the most commonly used equipment in industria

3、l production, the requirements of different heat exchanger performance under different working conditions, it is the equipment of heat transfer between cold and hot fluids.the design for the fixed tube plate heat exchanger, fixed tube plate heat exchanger is mainly composed of a tube box, tube plate

4、, shell, heat pipe, baffle plate, rod, tube, head distance etc. fixed tube plate heat exchanger by the two ends of tube plate and the shell. because of its simple structure, more extensive use of. fixed tube plate heat exchanger tube side and shell, through the fluid of different temperature, throug

5、h the heat exchange heat. when the two fluid temperature difference is larger, in order to avoid high temperature stress, usually in the shell in the appropriate location, adding a compensation coil (expansion). when the shell and tube heat expansion compensation ring is not at the same time, the sl

6、ow elastic deformation to compensate for the thermal stress caused by thermal.in the calculation of the heat transfer process, including heat transfer area calculation, heat transfer, the determination of heat transfer coefficient and the heat exchanger tube diameter and the choice of models of the

7、heat exchange, and the heat transfer coefficient, pressure drop and wall temperature calculation etc. discussion on the calculation of strength is the design of cylinder, tube box, head, tube plate thickness calculation and the baffle plate, flange, gasket and takeover, support, etc, but also some s

8、trength check. this design is in accordance with the design of gb151 shell and tube type heat exchangerand gb150 steel pressure vesselthe heat exchanger is very extensive applications in various fields of industry, agriculture, in the daily life of heat transfer equipment also can see, is one of the

9、 indispensable process equipment. with the in-depth research, industrial application has achieved the results attract peoples attention.keywords: heat exchanger; design; check; fixed tube plate目 錄文獻(xiàn)綜述1二、傳熱工藝計(jì)算72.1 原始數(shù)據(jù)72.2 定性溫度及確定其物性參數(shù)72.3 傳熱量與水蒸汽流量計(jì)算82.4 有效平均溫差計(jì)算92.5 管程換熱系數(shù)計(jì)算102.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)122.7 殼程換熱

10、系數(shù)計(jì)算122.8 總傳熱系數(shù)計(jì)算142.9 管壁溫度計(jì)算152.10 管程壓力降計(jì)算162.11 殼程壓力降計(jì)算173.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定213.2 布管方式的選擇213.3 筒體內(nèi)徑的確定223.4 筒體壁厚的確定223.5 筒體水壓試驗(yàn)233.6 封頭厚度的確定243.7管箱短節(jié)壁厚計(jì)算253.8管箱水壓試驗(yàn)263.9管箱法蘭的選擇263.10管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算273.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定：423.12 防沖板尺寸的確定：423.13 折流板尺寸的確定：423.14、各管孔接管及其法蘭的選擇：433.15 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：463.16、支座的選擇及應(yīng)力校核4

11、93.16.1 支座選擇493.16.2 耳座的應(yīng)力校核50致謝53參考文獻(xiàn)54第十屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)青年專(zhuān)家研討會(huì)摘要：在大型火力發(fā)電廠空氣冷凝支撐設(shè)備是一個(gè)新的特殊產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。這是一種典型的鋼混泥土垂直混合設(shè)備。通過(guò)cfd軟件直觀的模擬出這種設(shè)備的表面風(fēng)載荷分布情況。研究了“a”類(lèi)支撐設(shè)備的風(fēng)壓，研究了不同形式下的防風(fēng)墻風(fēng)壓，研究了不同方向角下的風(fēng)壓。分析了在不同防風(fēng)墻形式下“a”類(lèi)支撐設(shè)備頂部氣流方向。獲得了防風(fēng)墻和在不同方向下“a”類(lèi)支撐設(shè)備的任一截面形狀系數(shù)。通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析，獲得了防風(fēng)墻和最合理的防風(fēng)墻形式下“a”類(lèi)形狀設(shè)備的形狀系數(shù)。基于結(jié)果的分析提出一些建議。關(guān)鍵詞：空氣冷凝器；鋼混泥

12、土垂直混合設(shè)備，防風(fēng)墻，風(fēng)動(dòng)數(shù)值模擬。1介紹在設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)是非常重要的。強(qiáng)烈的颶風(fēng)往往會(huì)使結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)斷裂裂紋。長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性風(fēng)的搖擺振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、支承結(jié)構(gòu)、其它部件的疲勞破壞，這些都對(duì)使安全性構(gòu)成威脅。隨著新的技術(shù)和工藝的應(yīng)用，建筑物變得更加復(fù)雜，它們對(duì)風(fēng)更具高靈敏性。在大的火力發(fā)電廠空氣冷凝器支撐設(shè)備是一種新的特殊的工業(yè)結(jié)構(gòu)。由于生產(chǎn)的需要，它的體型很特別，它的表面風(fēng)壓分布很復(fù)雜，在其垂直方向上它的質(zhì)量和硬度是不均勻分布的，這是一種典型的鋼筋混凝土垂直結(jié)構(gòu)如圖1。由于工藝需要，防風(fēng)墻和“a”類(lèi)支撐設(shè)備需要安裝在結(jié)構(gòu)頂部。防風(fēng)墻的形式會(huì)對(duì)“a”類(lèi)支撐設(shè)備的頂部氣流方向和冷卻空氣利用

13、率產(chǎn)生一定影響。在中國(guó)結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范中沒(méi)有關(guān)于空氣冷卻支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)參數(shù)的數(shù)據(jù)。目前為止在結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中風(fēng)的很多參數(shù)依舊不得而知，需要對(duì)防風(fēng)墻結(jié)構(gòu)形式作更深入的研究。因此研究空氣冷卻支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷和防風(fēng)墻結(jié)構(gòu)形式非常重要。經(jīng)過(guò)四十多年的發(fā)展風(fēng)工程理論已經(jīng)相當(dāng)成熟。風(fēng)洞試驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)（cfd）數(shù)值模擬能夠很好的研究建筑物表面風(fēng)載荷。盡管在國(guó)內(nèi)外有很多關(guān)于其它建筑物風(fēng)載荷的詳細(xì)數(shù)據(jù)，但是關(guān)于空氣冷卻設(shè)備風(fēng)載荷的數(shù)據(jù)卻很少。垂直防風(fēng)墻上空氣冷卻設(shè)備風(fēng)壓力分布依舊處于研究階段。在本文中用大型cfd軟件分析不同防風(fēng)墻結(jié)構(gòu)形式下1000mw空氣冷卻結(jié)構(gòu)的風(fēng)動(dòng)數(shù)值模擬，防風(fēng)墻的風(fēng)壓分布和不同防風(fēng)墻形式下“a”

14、類(lèi)結(jié)構(gòu)依舊還需要研究。2 風(fēng)動(dòng)數(shù)值模擬2.1 結(jié)構(gòu)原型1000mw空氣冷凝支撐設(shè)備是一種典型的鋼筋混凝土垂直混合設(shè)備（見(jiàn)圖2）。它由7.2米高的立體桁架和二十根47.8米高的管子構(gòu)成。它的中間跨度是22.62米，邊間跨度是11.31米。防風(fēng)墻，“a”類(lèi)支撐設(shè)備和直徑80米的風(fēng)扇安裝在鋼桁架的頂端?！癮”類(lèi)支撐設(shè)備的高度是14米，風(fēng)扇半徑是4.75米。要對(duì)垂直防風(fēng)墻，彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻，彎曲其高度二分之一的防風(fēng)墻分別進(jìn)行研究?！癮”類(lèi)支撐設(shè)備從左到右依次為m1到m20見(jiàn)圖3。在逆時(shí)針?lè)较蛏洗怪狈里L(fēng)墻被標(biāo)注為a,b,c,d和彎曲防風(fēng)墻被標(biāo)注為a，b1，b2，c，d1,d2。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，在

15、逆時(shí)針?lè)较蛏巷L(fēng)方向角分別為0,45和90，角度間隔為45見(jiàn)圖4。根據(jù)三種不同的防風(fēng)墻形式和和三種不同的風(fēng)方向角得到九種模擬條件見(jiàn)表1。2.2 模型排列23模型和計(jì)算理論231機(jī)構(gòu)模型 整個(gè)1000mw空氣冷凝設(shè)備的維度模擬是用流暢軟件建立的，這個(gè)圓筒是通過(guò)模擬19米半徑和478米高的圓柱得到的。通過(guò)相同的通風(fēng)率，桁架是為了獲得良好的網(wǎng)格而被簡(jiǎn)化。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它被模擬成一個(gè)有孔的長(zhǎng)方體，它的x，y，z尺寸分別為1161米，958米，1米。由于風(fēng)扇葉片的阻力，風(fēng)扇做成35米的半徑圓。典型的支撐結(jié)構(gòu)被模擬成1米厚的長(zhǎng)方體和它的頂部被模擬成18米的半徑缸。根據(jù)40%通風(fēng)率和由于其空隙很窄，空氣冷凝

16、片常被模擬成有一些狹長(zhǎng)孔的長(zhǎng)方體。垂直防風(fēng)墻被模擬成一個(gè)長(zhǎng)方體和彎曲防風(fēng)墻被模擬成兩個(gè)長(zhǎng)方體。 2.32計(jì)算字段和網(wǎng)格 根據(jù)幾何模型，其計(jì)算字段被模擬成一個(gè)長(zhǎng)方形平行六面體，它在x，y，z軸的數(shù)值分別為1300米，1800米和420米。該模型被放置在流動(dòng)方向三分之一處，其最大堵塞率為2.9到3%，它滿足圓周運(yùn)動(dòng)場(chǎng)需求。 該模型分為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)，它的表面和流場(chǎng)的邊面接口被分散成若干三角單位，網(wǎng)格尺寸從最小按照增加率由最近到最遠(yuǎn)距離依次增加，其表面網(wǎng)格密度最低。最小網(wǎng)格尺寸是15米。網(wǎng)格垂直偏轉(zhuǎn)度是0.82。所有網(wǎng)格數(shù)有十萬(wàn)之多。在圖5和圖6中分別表示的是在0方向角和防風(fēng)墻彎曲三分之一高度及計(jì)算

17、網(wǎng)格下的模型。 233邊界條件 入口邊界條件就是計(jì)算字段。計(jì)算字段的氣流入口表面被認(rèn)為是用來(lái)模擬大氣邊界層速度剖面的速度入口。速度隨著高度而發(fā)生變化，變化函數(shù)如下 z和u的參考高度為10米，平均風(fēng)速為25.9米每秒。z是隨機(jī)的高度，uz是平均風(fēng)速。一個(gè)是地球表面的粗糙系數(shù)，它隨著地貌的改變而改變。 出口邊界條件采用壓力出口邊界條件，計(jì)算模型的表面和周?chē)牧鲌?chǎng)采用墻表面非滑動(dòng)墻邊界條件。 234參考點(diǎn) 參考點(diǎn)的選擇需要根據(jù)后面的計(jì)算結(jié)果而確定。盡管不同地貌風(fēng)高的梯度不同，為了在實(shí)踐中方便使用，依據(jù)風(fēng)速梯度的平等原則往往把風(fēng)高梯度看作參考點(diǎn)高度。按“b”型風(fēng)場(chǎng)，它的梯度風(fēng)高為350米。參考點(diǎn)的x和

18、z坐標(biāo)分別為0和350，這非常接近計(jì)算領(lǐng)域的風(fēng)速入口，它的價(jià)值是穩(wěn)定的，而且它并不受計(jì)算風(fēng)場(chǎng)模擬的影響。3結(jié)果分析31防風(fēng)墻形狀系數(shù)和分布特性在圖7中畫(huà)出了所有情況下防風(fēng)墻的形狀系數(shù)。根據(jù)分析的結(jié)果，在所有情況下防風(fēng)墻迎風(fēng)面的壓力系數(shù)是正的，數(shù)值是非常大的。它的側(cè)風(fēng)和背風(fēng)面壓力系數(shù)可能是正的也有可能是負(fù)的，數(shù)值接近0。彎曲其高度的三分之一或一半的防風(fēng)墻其形狀系數(shù)比垂直的防風(fēng)墻形狀系數(shù)稍微小一點(diǎn)。在圖8中描繪了垂直防風(fēng)墻迎風(fēng)面壓力系數(shù)和在0風(fēng)方向角處彎曲其高度的三分之一的防風(fēng)墻情況。通過(guò)圖8，垂直防風(fēng)墻和彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻的迎風(fēng)面壓力系數(shù)分別是0.9998和0.9668，結(jié)果表明，彎曲防

19、風(fēng)墻的形狀系數(shù)比垂直防風(fēng)墻的形狀系數(shù)稍微小一點(diǎn)。3.2“a”類(lèi)結(jié)構(gòu)形狀和分布特征圖9中顯示的是在不同方向下“a”類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)的形狀系數(shù)。根據(jù)分析結(jié)果，在0風(fēng)方向角下的“a”類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布具有良好比例分部，“a”類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)的每個(gè)截面形狀系數(shù)幾乎是完全相同的。在45風(fēng)方向角下靠近風(fēng)一側(cè)的這類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)末端的負(fù)壓和中心截面的負(fù)壓一直在下降，之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象原因是45是一個(gè)斜角度，防風(fēng)墻和“a”類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)能阻止一些氣流，環(huán)繞在這類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)的氣流流向遠(yuǎn)離風(fēng)的末端。在90風(fēng)方向角下靠近風(fēng)一側(cè)的結(jié)構(gòu)末端的負(fù)壓是比較大的，這是因?yàn)閹缀跛械臍饬魇潜环里L(fēng)墻和“a”類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)阻擋，在靠近風(fēng)的一側(cè)隨著距離越來(lái)越

20、遠(yuǎn)負(fù)壓下降的也越來(lái)越快。圖10中顯示的是在90度風(fēng)方向角和彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻下“a”型支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)壓力分布情況。根據(jù)圖1 0，從靠近風(fēng)的一端到遠(yuǎn)離風(fēng)的一端其顏色由綠色變化到黃色，這表明靠近風(fēng)的負(fù)壓比遠(yuǎn)離風(fēng)的負(fù)壓大。3.3不同防風(fēng)墻的對(duì)比分墻331我的形狀系數(shù)的對(duì)比分析根據(jù)圖7，彎曲防風(fēng)墻的形狀系數(shù)比垂直防風(fēng)墻的形狀系數(shù)稍微小些，那些降低值與不同的彎曲形式是不同的。作為一個(gè)整體，彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻形狀系數(shù)比彎曲其高度一半的防風(fēng)墻形狀系數(shù)稍微小一些。表2中表示的是在不同防風(fēng)墻和90度風(fēng)向角下防風(fēng)墻迎風(fēng)面形狀系數(shù)。通過(guò)表2，彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻頂部形狀系數(shù)比彎曲其高度一半的防風(fēng)墻

21、頂部形狀系數(shù)稍微小一些。彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻底部形狀系數(shù)比彎曲其高度一半的防風(fēng)墻底部形狀系數(shù)稍微大一些。繪圖人員通過(guò)“a”類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)支撐彎曲防風(fēng)墻，由于防風(fēng)墻位置較高因此內(nèi)里很大。就穩(wěn)定性能而言彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻更合理。332 “a”類(lèi)結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析(1)考慮到設(shè)備的需要通過(guò)圖9，三種防風(fēng)墻分別在0，45風(fēng)方向角下的形狀系數(shù)是幾乎完全相同的，這表明防風(fēng)墻形式對(duì)“a”類(lèi)支撐設(shè)備幾乎沒(méi)有影響。通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析，在彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻下“a”類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)的形狀系數(shù)比在垂直防風(fēng)墻和彎曲其高度二分之一防風(fēng)墻的形狀系數(shù)小。這表明彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻更加合理。(2）考慮到藝術(shù)和工藝的

22、需要直接空氣冷凝技術(shù)是用冷空氣直接冷卻輪船排放的廢氣，冷空氣由大功率風(fēng)機(jī)產(chǎn)生，所以充分利用冷空氣是非常重要的。由于防風(fēng)墻和吹風(fēng)器產(chǎn)生的空氣動(dòng)力的影響，冷凝空氣的利用率通常是通過(guò)負(fù)壓直接影響的，這使得“a”類(lèi)支撐結(jié)構(gòu)的表面負(fù)壓為負(fù)。如果負(fù)壓值比較大空氣冷凝器的利用率是很高的。所以防風(fēng)墻與空氣冷凝器的利用率直接相關(guān)。根據(jù)結(jié)果分析，安裝在垂直防風(fēng)墻上的“a”類(lèi)支撐設(shè)備的形狀系數(shù)比彎曲防風(fēng)墻的形狀系數(shù)稍微大一些，最明顯的不同是90度風(fēng)方向角。因此垂直防風(fēng)墻比較合理。4總結(jié)在大的火力發(fā)電廠作用在空氣冷凝器上的表面風(fēng)載荷是被模擬的。得出以下結(jié)（1）我們能夠得到安裝在垂直防風(fēng)墻，彎曲其高度三分之一防風(fēng)墻，彎

23、曲其高度一半防風(fēng)墻和在0,45,90風(fēng)方向角下的“a”類(lèi)支撐設(shè)備的形狀系數(shù)。彎曲其高度三分之一和彎曲其高度一半防風(fēng)墻的形狀系數(shù)比垂直防風(fēng)墻的形狀系數(shù)稍微小一些。（2）“a”類(lèi)支撐設(shè)備在0風(fēng)方向角下的風(fēng)壓分布是非常合理的。在45風(fēng)方向角下靠近風(fēng)一側(cè)的負(fù)壓是很大的，遠(yuǎn)離風(fēng)一側(cè)的負(fù)壓呈逐漸下降趨勢(shì)。在90風(fēng)方向角下靠近風(fēng)一側(cè)的負(fù)壓式很大的，遠(yuǎn)離風(fēng)一側(cè)的負(fù)壓呈逐漸下降趨勢(shì)。（3）考慮到結(jié)構(gòu)的需要，彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻比彎曲其高度一半防風(fēng)墻和垂直防風(fēng)墻更加合理?？紤]到藝術(shù)和工藝需要，垂直防風(fēng)墻更加合理。（4）考慮到結(jié)構(gòu)性能，需要優(yōu)先考慮空氣冷卻藝術(shù)和工藝需要。應(yīng)該采用垂直防風(fēng)墻以提高冷凝空氣的系數(shù)

24、利用率。二、傳熱工藝計(jì)算2.1 原始數(shù)據(jù)管程水的進(jìn)口溫度t1=21管程水的出口溫度t1”=93管程水的工作壓力p1 =1.1mpa管程水的流量g1=195000 kg / h殼程水蒸汽的入口溫度t2 =170.4殼程水蒸汽的出口溫度t2” =96殼程水蒸汽的工作壓力p2 =0.8 mpa2.2 定性溫度及確定其物性參數(shù)管程：管程水定性溫度 t1=57管程水密度查物性表得1=984.67kg/m3管程水比熱查物性表得cp1 =4.1775kj /(kg)管程水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得1=0.6441w /(m)管程水粘度1=4.937510-4 pas管程水普朗特?cái)?shù)查物性表得pr1=3.848殼程：殼

25、程水蒸汽定性溫度：殼程水蒸汽冷凝點(diǎn): ti=t2=170.4冷卻段：t2=冷凝段： 殼程水蒸汽密度查物性表得：冷卻段:2=932.016kg/m3冷凝段: =4.154 kg/m3殼程水蒸汽比熱查物性表得：冷卻段:cp2=4.273kj /(kg)冷凝段: =2.588 kj /(kg)殼程水蒸汽導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得：冷卻段:2=0.6857w/(m)冷凝段：=0.03134w /(m)殼程水蒸汽粘度：冷卻段:2= 212.45610-6pas 冷凝段：= 14.725710-6 pas殼程水蒸汽普朗特?cái)?shù)查物性表得：冷卻段:pr2 =1.328冷凝段: =1.21062.3 傳熱量與水蒸汽流量計(jì)

26、算取定換熱效率=0.98則設(shè)計(jì)傳熱量:q0=g1cp1（t1”t1）10003600=1950004.1775（93-21）1000/3600=1.629107w由q0=g2r+cp2（t2t2”）導(dǎo)出水蒸汽流量g2，r為t2時(shí)的汽化潛熱r=2052.612kj/kg水蒸汽流量：g2=7.012s冷卻段傳熱量:q2=g2cp2(ti-t2”) =7.0124.273103(170.4-96) =2229193.3w冷凝段傳熱量:=g2r=7.0122052.612103=14392915.34w設(shè)冷凝段和冷卻段分界處的溫度為t3根據(jù)熱量衡算：=83.332.4 有效平均溫差計(jì)算逆流冷卻段平均溫

27、差:逆流冷凝段平均溫差:由于是單殼程，單管程換熱器不用溫差校正系數(shù)故冷卻段：有效平均溫差：冷凝段：有效平均溫差：114.42.5 管程換熱系數(shù)計(jì)算初選冷卻段傳熱系數(shù): = 900w（mk）初選冷凝段傳熱系數(shù): 則初選冷卻段傳熱面積為:m2初選冷凝段傳熱面積為: 選用252.5的無(wú)縫鋼管做換熱管則: 管子外徑d0 =25 mm管子內(nèi)徑di=20 mm管子長(zhǎng)度l=4500 則需要換熱管根數(shù):根可取換熱管根數(shù)為478 根管程流通面積:a1=nt =管程流速:w1=管程雷諾數(shù): 管程冷卻段的定性溫度:管程冷卻段傳熱系數(shù): 管程冷凝段的定性溫度: 管程冷凝段傳熱系數(shù): 2.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)查gb151

28、-1999 知管間距按1.25 d0取管間距:s=0.032 m管束中心排管數(shù): 根，取24根則殼體內(nèi)徑: m圓整為: di =900 則長(zhǎng)徑比: (合理)折流板選擇弓形折流板:弓形折流板的弓高: h=0.2di =0.20.9=0.18 m折流板間距: m 取b=300mm折流板數(shù)量: 塊 取14塊=2.7 殼程換熱系數(shù)計(jì)算殼程流通面積: 殼程流速:冷卻段: m/s冷凝段: m/s殼程當(dāng)量直徑: m 冷凝段管外壁溫度假定值: 膜溫: 膜溫下液膜的粘度: = m膜溫下液膜的密度: 膜溫下液膜的導(dǎo)熱系數(shù)為: 正三角形排列冷凝負(fù)荷: 殼程冷凝段雷諾數(shù): 殼程冷凝段傳熱系數(shù): 冷卻段管外壁溫假定值:

29、tw2=96冷卻段雷諾數(shù):壁溫下水粘度:粘度修正系數(shù): 殼程傳熱因子查圖2-12得: js=110= 冷卻段殼程換熱系數(shù):2.8 總傳熱系數(shù)計(jì)算查gb-1999 第138 頁(yè)可知水蒸汽的側(cè)污垢熱阻:m2w管程水選用地下水，污垢熱阻為: (m2/w) 由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計(jì)冷卻段總傳熱系數(shù):傳熱面積比為:(合理)冷凝段總傳熱系數(shù):傳熱面積比為:（合理）2.9 管壁溫度計(jì)算設(shè)定冷凝段的長(zhǎng)度: l=3.4555米=冷卻段的長(zhǎng)度: =冷卻段管外壁熱流密度計(jì)算: wm2冷卻段管外壁溫度：誤差校核:誤差不大冷凝段管外壁熱流密度計(jì)算:w（m2）冷凝段管外壁溫度:誤差校核:誤差不大2.10

30、 管程壓力降計(jì)算管程水的流速:ms管程雷諾準(zhǔn)數(shù)：管程摩擦系數(shù): 壓降結(jié)垢校正系數(shù):沿程壓降:管程數(shù): 管程回彎次數(shù): n=0回彎壓降: 取管程出入口接管內(nèi)徑:管程出入口流速:局部壓降:管程總壓降:管程允許壓降: 符合壓降要求。2.11 殼程壓力降計(jì)算殼程當(dāng)量直徑:殼程流通面積:m2殼程流速: 冷卻段: 冷凝段: 殼程雷諾數(shù):殼程冷卻段雷諾數(shù): 殼程冷凝段雷諾數(shù): 查表殼程摩擦系數(shù):冷卻段: 冷凝段: 殼程粘度修正系數(shù):冷卻段: 冷凝段: 管束周邊壓降:冷卻段管束周邊壓降:冷凝段管束周邊壓降:導(dǎo)流板壓降: （無(wú)導(dǎo)流板）查表取殼程壓降結(jié)垢系數(shù):冷卻段: 冷凝段: 取殼程進(jìn)口接管內(nèi)徑: 殼程出口接管

31、內(nèi)徑: 殼程出口流速: 殼程進(jìn)口流速: 局部壓降:冷卻段: 冷凝段: 冷卻段殼程總壓降: 冷凝段殼程總壓降: 殼程允許壓降: 壓降符合要求 壓降符合要求 三、固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算（管程設(shè)計(jì)溫度:100 殼程設(shè)溫度:200）3.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值 1換熱管材料#20 2換熱管規(guī)格 3傳熱面積168.98 4換熱管根數(shù)根478 5拉桿直徑gb1511999管殼式換熱器表4316 6拉桿數(shù)量根gb1511999管殼式換熱器表4463.2 布管方式的選擇序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)值1 正三角形gb1511999圖112 換熱管

32、中心距gb1511999表12323 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距gb151199表12443.3 筒體內(nèi)徑的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1換熱管中心距gb1511999表12322換熱管根數(shù)根4783管束中心排管根數(shù)根244換熱管外徑255到殼體內(nèi)壁最短距離86筒體內(nèi)徑8367實(shí)取筒體公稱(chēng)直徑tema標(biāo)準(zhǔn)r3.139008布管限定圓直徑8843.4 筒體壁厚的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1計(jì)算壓力0.882筒體內(nèi)徑見(jiàn)3.379003筒體材料q245r4設(shè)計(jì)溫度下筒體材料的許用應(yīng)力gb1501998表41 鋼板許用應(yīng)力1235焊接接頭系數(shù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)0.856筒體計(jì)算厚

33、度3.417腐蝕裕量28負(fù)偏差09設(shè)計(jì)厚度5.4110名義厚度gb1511999項(xiàng)目5.3.2表8811有效厚度612設(shè)計(jì)厚度下筒體66.4413校核14設(shè)計(jì)溫度下筒體的最大許用工作壓力1.543.5 筒體水壓試驗(yàn)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位根據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1實(shí)驗(yàn)壓力 室溫下材料的許用應(yīng)力1.322圓筒薄膜應(yīng)力141.23校核3.6 封頭厚度的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1封頭內(nèi)徑9002計(jì)算壓力1.213焊接接頭系數(shù)0.854封頭材料q3455設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力gb1511999項(xiàng)目5.3.2表411706標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭計(jì)算厚度6.787腐蝕裕量28負(fù)偏差09設(shè)計(jì)厚度8.7810名義厚

34、度gb1511999項(xiàng)目5.3.2911實(shí)取名義厚度1012有效厚度813曲面高度25014直邊高度2515內(nèi)表面積0.948716容積0.111317質(zhì)量74.13.7管箱短節(jié)壁厚計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1計(jì)算壓力1.212管箱內(nèi)徑9003管箱材料4設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力1685焊接接頭系數(shù)0.856管箱計(jì)算厚度6.837腐蝕裕量28負(fù)偏差09設(shè)計(jì)厚度8.8210名義厚度gb1511999項(xiàng)目5.3.2911實(shí)取名義厚度1012有效厚度813設(shè)計(jì)溫度下圓筒應(yīng)力109.514校核 合格15設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大許用工作壓力1.583.8管箱水壓試驗(yàn)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位根據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式

35、數(shù)值1實(shí)驗(yàn)壓力 室溫下材料的許用應(yīng)力1.862圓筒薄膜應(yīng)力1813校核3.9管箱法蘭的選擇序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1法蘭類(lèi)型帶頸對(duì)焊法蘭壓力容器法蘭pn=2.5mpa2法蘭外徑j(luò)b/t4703-200010953螺栓中心圓直徑j(luò)b/t4703-200010404法蘭公稱(chēng)直徑j(luò)b/t4703-20009005法蘭材料16mn6墊片類(lèi)型jb/t4704-2000pn=2.5mpa7墊片材料石棉橡膠板片gb/t3985-19958墊片公稱(chēng)直徑j(luò)b/t4704-20009009墊片外徑j(luò)b/t4704-200098710墊片內(nèi)徑j(luò)b/t4704-200093711法蘭厚度jb/t4704

36、-20006012墊片厚度jb/t4704-2000313螺栓規(guī)格及數(shù)量m272363.10管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算本設(shè)計(jì)為管板延長(zhǎng)部分兼作法蘭的形式，即gb1511999項(xiàng)目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板，材料為20mnmo的鍛件。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；以上的項(xiàng)目確定見(jiàn)項(xiàng)目一至九。b 計(jì)算；序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值備1筒體內(nèi)徑9002筒體內(nèi)徑橫截面積6361733筒體厚度84筒體內(nèi)殼壁金屬截面積22808.965換熱器壁厚2.56換熱器根數(shù)4787換熱管外徑258管子金屬總截面積84426.759換熱管材料的彈性模量

37、gb1501998表f518600010沿一側(cè)的排管數(shù)2511換熱管中心距g板槽兩側(cè)相鄰管中心距g管區(qū)內(nèi)未能被管支撐的面積13030.414管板布管區(qū)面積436913.215管板布管區(qū)當(dāng)量直徑745.8516管板布管內(nèi)開(kāi)孔后的面積636172.817系數(shù)0.9918殼程圓筒材料的彈性模量gb1501998表f518600019殼體不帶膨脹節(jié)時(shí)換熱管束與圓筒剛度比3.720系數(shù)0.13321系數(shù)3.2522系數(shù)4.823管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑比0.828724管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度gb1511999圖3260025設(shè)計(jì)溫度下管子受屈服強(qiáng)

38、度gb1501998表f219626管子回轉(zhuǎn)半徑8.00427系數(shù)136.828管子穩(wěn)定許用應(yīng)力71.1429校核 合格c對(duì)于延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板，計(jì)算mm和mp序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值備1墊片接觸寬度gb1501998表91252墊片基本密度寬度12.53墊片比壓力gb1501998表92114墊片系數(shù)25墊片有效密度寬度96墊片壓緊力作用中心圓直徑9227預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷286612.928操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷933561.979常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力gb1501998表f4選用材料為40mnb63510預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積451.3611操作

39、狀態(tài)下需要的最小螺栓面積1470.1812需要螺栓總截面積1470.1813法蘭螺栓的中心圓直徑114014法蘭中心至作用處的徑向距離10915預(yù)緊狀態(tài)的法蘭力矩n16筒體厚度817法蘭頸部大端有效厚度1418螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交的徑向距離10619螺栓中心距作用處的徑向距離12020螺栓中心處至作用位置處的徑向距離114.521作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力22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23操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓力24法蘭操作力矩nd假如管板的計(jì)算厚度為，然后按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度，計(jì)算k，k，序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和

40、計(jì)算公式數(shù)值備1假定管板計(jì)算厚度502殼體法蘭厚度503管板材料彈性模量gb1501998表f51860004換熱管材料的彈性模量gb1501998表f51860005管板剛度削弱系數(shù)gb15119990.46換熱管有效厚度43887管板強(qiáng)度削弱強(qiáng)度gb15119990.48管子金屬總截面積84426.759換熱管加強(qiáng)系數(shù)5.3510管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比0.828711管板周邊布管區(qū)的無(wú)剛量參數(shù)0.91612管束模量6024.913殼體法蘭材料彈性模量gb1501998表f518600014殼體圓筒材料彈性模量gb1501998表f518600015殼體法蘭寬度9016系數(shù)g

41、b1511999圖260.0002217殼體法蘭與圓筒的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)7.275818旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù)e.由gb151-1999 p51 圖27 按照k 和查m1，并計(jì)算值，由圖29 按照k 和查g2值序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1管板第一矩系數(shù)m1gb1511999圖270.122系數(shù)23.663系數(shù)g2gb1511999圖293.73f、計(jì)算m1，由gb151-1999 圖30 按照k 和q 查g3，計(jì)算x 。 序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1管箱法蘭的彈性模量gb1501998表f51960002管箱圓筒材料的彈性模量gb1501998表f51960003管箱法蘭厚度j

42、b/t4702-2000684系數(shù)gb151-1999圖260.00335管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)64.156換熱管束與圓筒剛度比3.77系數(shù)gb151-1999圖300.006128法蘭力矩折減系數(shù)0.1349管板邊緣力矩的變化系數(shù)4.0410法蘭力矩變化系數(shù)0.45811管板第二彎矩系數(shù)gb151-1999圖28(a)2.85g、按課程設(shè)計(jì)壓力 ps ，而管程設(shè)計(jì)壓力 =pt=0，膨脹變形差g ，法蘭力矩的危險(xiǎn)組合（gb151-1999 項(xiàng)目5.7.3.2 分別討論）a、只有殼程設(shè)計(jì)壓力ps= pc=0.88 mpa ，而管程設(shè)計(jì)壓力pt=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差（=0）。序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位

43、數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值備注1有效壓力組合2.862基本法蘭力矩系數(shù)0.06293系數(shù)0.001514管板邊緣力矩系數(shù)0.0695管板邊緣剪切系數(shù)1.6336管板總彎矩系數(shù)1.8137系數(shù)0.418系數(shù)1.099系數(shù)1.0910管板徑向應(yīng)力系數(shù)0.09711管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù)0.0912管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)0.088613殼體法蘭力矩系數(shù)14管板的徑向應(yīng)力222.4615管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力 89.5216管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力11.2917法蘭的外徑與內(nèi)徑之比1.218系數(shù)gb1501998表951119殼體法蘭應(yīng)力 61.3220殼體法蘭應(yīng)力13.3121殼程圓筒的軸向應(yīng)力8.6122一根換熱管管壁金屬的橫截