熱交換器課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、熱交換器課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書河北工業(yè)大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院2016年6月目 錄一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1（一）目的1（二）設(shè)計(jì)題目1（三）給定條件1（四）設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求1二、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書3（一）熱交換器型式、臺數(shù)及流動方式的選擇3（二）流動空間的選擇4（三）流體流速的選擇5（四）管子和殼體材料的選擇6（五）熱計(jì)算6（六）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9（七）傳熱計(jì)算及阻力計(jì)算22（八）其它零部件的選擇和布置23（九）熱交換器零部件強(qiáng)度計(jì)算29（十）熱應(yīng)力的校核、管子拉脫力的計(jì)算，熱補(bǔ)償措施等30（十一）設(shè)計(jì)步驟30參考文獻(xiàn)33主要參考資料節(jié)選34附錄1 流體物性參數(shù)35附錄2 GB/T 1512014 污垢熱阻推薦數(shù)據(jù)36

2、附錄3 GB/T 1512014 尺寸偏差規(guī)定40附錄4 GB1502011 材料許用應(yīng)力42附錄5 GB/T 17395-2008 標(biāo)準(zhǔn)管徑46附錄6 設(shè)計(jì)手冊參考數(shù)據(jù)節(jié)選54一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）目的熱交換器課程設(shè)計(jì)是“熱交換器”課程的主要教學(xué)環(huán)節(jié)之一。通過課程設(shè)計(jì)可以使學(xué)生加強(qiáng)了解熱交換器工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容、程序和基本原則，掌握熱交換器設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，提高運(yùn)算和制圖能力。同時，可以使學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)的理論知識，并運(yùn)用這些知識來解決工程實(shí)際問題。（二）設(shè)計(jì)題目以管殼式熱交換器為設(shè)計(jì)對象，根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出符合需要的管殼式熱交換器。（三）給定條件給定冷流體和熱流體介質(zhì)，給定冷、熱流體的進(jìn)

3、、出口溫度和工作壓力，給定冷流體（或熱流體）質(zhì)量流量。（四）設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求根據(jù)給定條件，提出設(shè)計(jì)方案，編寫設(shè)計(jì)說明書，繪制裝配圖和管板、折流板的零件圖。設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求包括：1 熱交換器型式、臺數(shù)及流動方式的選擇；2 熱交換器流體流動空間的選擇；3 流體流速的選擇；4 管子和殼體材料的選擇；5 熱計(jì)算。包括確定流體的流量、定性溫度，熱交換器的熱負(fù)荷及平均溫差計(jì)算。6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括確定換熱管直徑和長度，確定殼體直徑，確定折流板、拉桿等部件的尺寸及數(shù)量；選用分程隔板、縱向隔板、擋管、導(dǎo)流筒、防沖板等部件及其結(jié)構(gòu)尺寸確定；要求長徑比在410之間。7 傳熱計(jì)算及阻力計(jì)算。包括對傳熱系數(shù)和壁溫的核算以及

4、流通通道的阻力計(jì)算。要求實(shí)際傳熱面積比所需傳熱面積大1020。8 其它零部件的選擇和布置。包括確定接管直徑及長度，管箱的設(shè)計(jì)，排氣管、排液管的選用和布置，支座結(jié)構(gòu)的選擇和布置。9 熱交換器零部件強(qiáng)度計(jì)算。包括殼體壁厚，管板、封頭和法蘭的厚度；10 熱應(yīng)力的校核和管子拉脫力的計(jì)算，考慮熱補(bǔ)償措施等。11 編寫設(shè)計(jì)說明書。說明書按設(shè)計(jì)程序編寫，包括方案確定、設(shè)計(jì)計(jì)算、部件選擇和設(shè)計(jì)簡圖等全部內(nèi)容，計(jì)算部分可用表格形式。12 繪制圖紙。包括整體裝配圖一張（1號圖紙），圖中零部件以編號標(biāo)出，并附有明細(xì)表，注明裝配要求；管板和折流板零件圖（3號圖紙）若干張，圖中應(yīng)注明加工要求和加工精度要求。二、課程設(shè)計(jì)

5、指導(dǎo)書本指導(dǎo)書系根據(jù)任務(wù)書的要求，提出設(shè)計(jì)進(jìn)行的程序、完成各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)的方法和要求，并對設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)考慮的原則、計(jì)算方法和采用方案作了說明，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題也作了必要的介紹。（一）熱交換器型式、臺數(shù)及流動方式的選擇根據(jù)換熱流體的物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)垢特性等選擇管殼式熱交換器的結(jié)構(gòu)型式：固定管板式、浮頭式、U型管式、填料函式。幾種型式的管殼式熱交換器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可參見文獻(xiàn)1，這里不再贅述。根據(jù)管內(nèi)流體和管外流體的流量大小，選擇管內(nèi)外流動的程數(shù)。可以采用一臺或多臺串聯(lián)或并聯(lián)的方式，滿足熱交換器熱負(fù)荷及流量的要求。進(jìn)行熱交換器設(shè)計(jì)及選型時，應(yīng)遵循如下的原則。（1）滿足規(guī)定的工藝條件根據(jù)工藝過程所規(guī)定的條

6、件，如傳熱量、流體的熱力學(xué)參數(shù)（溫度、壓力、相態(tài)等）以及在該參數(shù)下的物性進(jìn)行熱力學(xué)和流體力學(xué)計(jì)算。經(jīng)過優(yōu)化，使設(shè)計(jì)的熱交換器具有盡可能小的傳熱面積，在單位時間內(nèi)傳遞盡可能多的熱量。設(shè)計(jì)計(jì)算時可采取如下做法：流速的提高有利于傳熱，同時由于流體阻力一般與流速的平方成正比，在綜合考慮阻力以及避免流體誘發(fā)振動的前提下，應(yīng)盡量選擇高的流速以增大傳熱系數(shù)。對于無相變的流體，盡可能采取逆流傳熱方式以增大平均傳熱溫差，同時有助于減小結(jié)構(gòu)的溫差應(yīng)力。妥善布置傳熱面，不僅可增加單位空間內(nèi)的傳熱面積，還可以改善流動特性。（2）確保安全可靠熱交換器作為壓力容器，工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，應(yīng)遵照壓力容器（GB 150201

7、1）2等標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)定進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度及剛度的計(jì)算與校核，以確保熱交換器的安全可靠。（3）安裝、操作及維修的方便設(shè)備與部件應(yīng)便于運(yùn)輸與裝拆，在廠房移動時不受樓梯、梁、柱等的妨礙；根據(jù)需要添置氣、液排放口和檢查孔等；對于易結(jié)垢的流體（或因操作上波動等引起的快速結(jié)垢現(xiàn)象，設(shè)計(jì)中應(yīng)提出相應(yīng)對策）可考慮在流體中加入凈化劑，以避免停工清洗，或?qū)峤粨Q器設(shè)計(jì)成兩部分，交替進(jìn)行工作和清洗等。（4）經(jīng)濟(jì)合理當(dāng)設(shè)計(jì)或選型時，往往有幾種熱交換器都能滿足生產(chǎn)工藝要求，此時對熱交換器的經(jīng)濟(jì)核算就顯得十分必要。應(yīng)根據(jù)在一定時間內(nèi)（一般為一年）設(shè)備費(fèi)（包括購買費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、安裝費(fèi)等）與運(yùn)行費(fèi)（包括動力費(fèi)、清洗費(fèi)、維修費(fèi)等）的總

8、和最小來選擇熱交換器，并確定適宜的操作條件。（5）盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)系列我國已制定了國家標(biāo)準(zhǔn)熱交換器（GB/T 1512014）3，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能選用系列化的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，這樣可簡化設(shè)計(jì)和加工。但在實(shí)際中生產(chǎn)條件千變?nèi)f化，當(dāng)系列化產(chǎn)品不能滿足需要時，仍應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)的具體要求而自行設(shè)計(jì)非系列標(biāo)準(zhǔn)的熱交換器。（二）流動空間的選擇根據(jù)冷熱流體的流量、溫度、壓力以及物理化學(xué)性質(zhì)，選擇兩種流體的流動空間。流動空間的選擇原則：（1）要盡量提高使傳熱系數(shù)受到限制的那一側(cè)的換熱系數(shù)，使傳熱面兩側(cè)的傳熱條件盡量接近；（2）盡量節(jié)省金屬材料，特別是貴重材料，以降低制造成本；（3）要便于清洗積垢，以保證運(yùn)行可靠；（4）在溫度

9、較高的熱交換器中應(yīng)減少熱損失，而在制冷設(shè)備中則應(yīng)減少冷量損失；（5）要減小殼體和管子因受熱不同而產(chǎn)生的溫差應(yīng)力，以便使結(jié)構(gòu)得到簡化；（6）在高壓下工作的熱交換器，應(yīng)盡量使密封簡單而可靠；（7）要便于流體的流入、分配和排出。一般而言管程能達(dá)到湍流條件就令流體走管程，否則可考慮走殼程。具體選擇時，如果選擇原則相互矛盾，應(yīng)抓住主要方面，例如首先從流體的壓力、防腐蝕及清洗等要求來考慮，然后再從對阻力降低或其他要求予以校核選定。 1宜于通入管程空間的流體（1）不清潔、易結(jié)垢的流體 因?yàn)樵诠軆?nèi)空間得到較高的流速并不困難，而流速高，懸浮物等不易沉積，且管內(nèi)空間也便于清洗。（2）容積流量小的流體 因?yàn)楣軆?nèi)空間

10、的流動截面往往比管外空間的截面小，流體易于獲得必要的理想流速，而且也便于做成多程流動。（3）壓力高的流體 因?yàn)楣茏映袎耗芰?qiáng)，而且還簡化了殼體密封的要求。（4）腐蝕性強(qiáng)的流體 只有管子及管箱才需用耐腐蝕材料，而殼體及管外空間的所有零件均可用普通材料制造，所以造價可以降低。此外，在管內(nèi)空間裝設(shè)保護(hù)用的襯里或覆蓋層也比較方便，并容易檢查。（5）高溫流體或在低溫裝置中的低溫流體 高溫流體或在地溫裝置中的低溫流體，因?yàn)榕c外界溫差較大，使其走管側(cè)有利于減少熱量的散失。2宜于通入殼程空間的流體（1）剛性結(jié)構(gòu)熱交換器中兩流體溫差較大時，換熱系數(shù)大的流體 這樣可以減小管壁與殼壁間的溫差，因而也減少了管束與殼體

11、間的相對伸長量，從而可以降低溫差應(yīng)力。（2）兩流體的換熱性能相差較大時，換熱系數(shù)小的流體 管外側(cè)流體沖刷管束，有利于提高流體的湍流強(qiáng)度，從而提高其換熱系數(shù)。（3）飽和蒸汽冷凝時 對流速和清理無甚要求，并易于排除冷凝液。（4）粘度大的流體 在同樣的流速條件下時，高粘度流體的Re數(shù)低。殼側(cè)空間流體的流動截面和方向都在不斷變化，所以在低Re數(shù)下，殼程的換熱系數(shù)比管程的大（一般在Re > 100時即可達(dá)到湍流）。（5）容積流量大的流體特別是常壓下的氣體 因?yàn)闅?cè)的流通空間一般比管側(cè)的大，容積流量大的流體走殼程，可以避免由于走管程造成的流速過大的問題。另外，殼側(cè)的湍動比管程大，有利于強(qiáng)化氣體的換熱

12、。此外，易析出結(jié)晶、沉渣、淤泥以及其它沉淀物的流體，最好通入比較容易進(jìn)行機(jī)械清洗的空間。注意：在管殼式熱交換器中，一般易清洗的是管內(nèi)空間。但在U形管、浮頭式熱交換器中易清洗的都是管外空間。（三）流體流速的選擇當(dāng)流體不發(fā)生相變時，介質(zhì)的流速高，換熱強(qiáng)度大，從而可使熱交換器的換熱面積減少、結(jié)構(gòu)緊湊、成本降低，一般也可抑止污垢的產(chǎn)生。但流速大也會帶來一些不利的影響，諸如壓降增加、泵功率增大，且加劇了傳熱面的沖刷等。在進(jìn)行流體流動速度選擇時，應(yīng)該從流動速度增加對阻力和增強(qiáng)換熱及經(jīng)濟(jì)性等各方面綜合考慮，具體考慮如下：（1）由生產(chǎn)條件所需壓降來限制流速，在允許壓降的范圍內(nèi)，盡量使流體達(dá)到湍流。 （2）根據(jù)

13、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定最佳流速，使設(shè)備的投資費(fèi)用與運(yùn)行費(fèi)用之和最低。（3）此外要考慮機(jī)械條件的限制（流速的提高應(yīng)當(dāng)避免發(fā)生水力沖擊、振動以及沖蝕等現(xiàn)象）和結(jié)構(gòu)的要求（當(dāng)速度提得很高時，所需的管數(shù)少了，這時為了要保證所需的傳熱面積，就必須增大管子的長度或增加程數(shù)）。實(shí)際上所選用的流速常低于最佳流速，推薦值可參見文獻(xiàn)1的附錄F。（四）管子和殼體材料的選擇在進(jìn)行熱交換器設(shè)計(jì)時，熱交換器的各零部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工作壓力、工作溫度、流體的腐蝕性以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當(dāng)然，最后還要考慮材料的經(jīng)濟(jì)合理性。一般為了滿足設(shè)備的工作壓力和工作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來考慮，是比較容易達(dá)

14、到的，但材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復(fù)雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響到熱交換器的使用壽命，而且也大大提高設(shè)備成本。一般熱交換器的常用材料有碳素鋼和不銹鋼。有特殊要求的可考慮采用有色金屬材料。碳素鋼價格低，強(qiáng)度高。對堿性介質(zhì)的化學(xué)腐蝕比較穩(wěn)定，很容易被酸腐蝕，在無腐蝕性要求的環(huán)境中應(yīng)用是合理的。一般的換熱管為普通無縫鋼管。不銹鋼具有良好的耐腐蝕和冷加工性能，在要求耐腐蝕的場合中使用。GB/T 1512014中對熱交換器殼體和封頭材料作了如下規(guī)定：用于制造換熱器圓筒或封頭的鋼板應(yīng)符合GB150的規(guī)定；用作換熱器圓筒的碳素鋼、低合金鋼鋼管應(yīng)采用無縫鋼管；符合GB1502011

15、的奧氏體不銹鋼焊接鋼管，可用作換熱器圓筒。殼體和管子主要用到的材料為：(1)殼體材料 碳素鋼：20；Q235A；20R；16MnH；不銹鋼：0Cr18Ni9；0Crl7Ni12Mo2。(2)換熱管材料 碳素鋼：20；不銹鋼：0Cr18Ni9；0Cr18Ni12Mo2Ti各種材料的使用溫度、壓力以及使用場合等，可參見壓力容器2（GB 1502011）第2部分內(nèi)容。（五）熱計(jì)算熱計(jì)算部分包括確定流體的流量、定性溫度，熱交換器的傳熱量及平均溫差計(jì)算，傳熱計(jì)算。1定性溫度的確定流體的定性溫度一般取為流體進(jìn)出口的平均溫度。對于油類等高粘度流體，則應(yīng)采用卡路里溫度（Caloric Temperature）

16、。其計(jì)算公式為：熱流體的平均溫度：，冷流體的平均溫度：其中，F(xiàn)c為卡路里分?jǐn)?shù)，建議取值：殼側(cè)流體被管側(cè)水冷卻時，F(xiàn)c0.3；殼側(cè)流體被管側(cè)水蒸汽加熱時，F(xiàn)c0.55；殼側(cè)和管側(cè)均為油時，F(xiàn)c0.45；粘度在103Pa×s的低粘性液體，F(xiàn)c0.5。2流體流量及傳熱量計(jì)算流體流量及傳熱量的確定可根據(jù)熱平衡方程式計(jì)算。在無散熱時，熱平衡方程式可寫為：其中，Q為傳熱量，M為流體的質(zhì)量流量，i為流體的進(jìn)出口焓。當(dāng)不發(fā)生相變時，可簡化為，。其中，cp為流體進(jìn)出口溫度范圍內(nèi)的平均比熱容。當(dāng)存在散熱損失時，熱流體放出的熱量與冷流體獲得的熱量并不相等。此時，。L為以放熱量為準(zhǔn)的對外散熱損失系數(shù)，一般取

17、值為0.970.98。這里提請注意的是：一定要看好任務(wù)書給定的是Q1還是Q2，正確應(yīng)用該公式。3平均溫差的計(jì)算順流或逆流時，熱交換器的平均溫差Dtm可由式（1）計(jì)算： （1）其他流動方式時，以流體進(jìn)出口溫度按照逆流算出對數(shù)平均溫差，然后乘以一個修正系數(shù)計(jì)算，即， （2）其中， （3）修正系數(shù)是P、R的函數(shù)，。，。修正系數(shù)可按照流動方式在文獻(xiàn)1中圖1.8、圖1.11或文獻(xiàn)3中的圖B3查得。4壁溫計(jì)算（a）換熱管壁溫tt的計(jì)算換熱管熱流體側(cè)的壁溫按照公式（4）計(jì)算： （4）冷流體側(cè)的壁溫按照公式（5）計(jì)算： （5）一般情況下?。?（6）式中，K為以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的總傳熱系數(shù)，W/(m2&

18、#215;)；q為熱強(qiáng)度，W/m2；rd為污垢熱阻，m2×/W；a為以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的換熱系數(shù)W/(m2×)。小角標(biāo)1和2分別表示熱流體和冷流體。當(dāng)管壁熱阻很?。ù藭rtt1=tt2）且管壁很?。ù藭rq1=q2）時，可按公式（7）計(jì)算： （7）作為估算，可取： （8）（b）圓筒壁溫ts的計(jì)算圓筒壁溫的計(jì)算方法與上述管壁溫度計(jì)算方法相同。當(dāng)圓筒外部有良好的保溫，或殼程流體溫度接近環(huán)境溫度，或傳熱條件使得圓筒壁溫接近介質(zhì)溫度時，殼體壁溫取殼程流體的平均溫度。（六）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括確定換熱管直徑和長度，確定殼體直徑，確定折流板、拉桿等部件的尺寸及數(shù)量；選用分程隔板、縱向隔板、

19、擋管、導(dǎo)流筒、防沖板等部件及其結(jié)構(gòu)尺寸確定。主要可參考文獻(xiàn)1、文獻(xiàn)3和文獻(xiàn)4進(jìn)行設(shè)計(jì)。這里列出幾個需要注意的問題。1確定換熱管的規(guī)格和長度 常用換熱管可按照GB/T8163輸送流體用無縫鋼管，GB9948石油裂化用無縫鋼管，GB13296鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管，GB/T14976流體輸送用不銹鋼無縫鋼管，以及其他有色金屬管的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用。換熱管的外徑和厚度規(guī)格可參考GB/T 17935無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差。GB/T 1512014熱交換器也給出了換熱管的規(guī)格范圍，如碳鋼及低合金鋼鋼管，外徑14 mm57 mm，厚度2 mm3.5 mm。不銹鋼管的壁厚較薄，銅管等有色金屬管

20、的外徑可以小至10 mm。常用的換熱管規(guī)格如表1所示。表1 常用的換熱管外徑及厚度規(guī)格換熱管外徑，mm1014192532384557換熱管壁厚，mm1.52222.5232.532.532.53根據(jù)JB/T 471592固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)5，熱交換器的換熱管直徑規(guī)格最常用的為：碳素鋼、低合金鋼（外徑mm×壁厚mm）25×2.5和19×2；不銹耐酸鋼為25×2和19×2。對于換熱管直徑的選擇，要視所用材料和操作條件等而定，總的趨向是采用小直徑的管子，但要考慮脹管的要求。在其它條件相同的情況下，采用小管徑可使傳熱得到增強(qiáng)，但其影響不是

21、很大。但小直徑管子能使單位體積的傳熱面大，因而在同樣體積內(nèi)可布置更多的傳熱面?；蛘哒f，傳熱面一定時，采用小管徑可使管子長度縮短。另外，小直徑管子的承壓能力強(qiáng)，對于高壓流體時選擇小直徑管子有利。但是也要注意到，減小管徑將使流動阻力增加；管徑減小將增加管數(shù)，這就使管子與管板連接處的泄漏的可能性增大；此外，管徑越小，越易積垢，不清潔流體時易堵塞。綜上來看，直徑較大的換熱管可用于氣體、混濁或粘性的液體，直徑小的用于清潔的液體，但須注意，當(dāng)管徑小于20 mm時，脹管就有一定的困難。GB/T 1512014熱交換器中推薦的換熱管長度采用系列為：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5

22、、9.0、12.0 m等。假定熱交換器的傳熱系數(shù)為K¢，再根據(jù)換熱量和平均溫差值，由熱平衡方程式可計(jì)算得到換熱面積F¢，再由管程數(shù)可定出換熱管的長度（或者反過來由換熱管總長度確定出管程數(shù)）。換熱管長度圓整到推薦長度系列后，便已知熱交換器實(shí)際換熱面積F²（，其中d應(yīng)為換熱系數(shù)小者對應(yīng)一側(cè)的管直徑）。管程數(shù)一般取為1、2、4、6、8、10、12等七種，并應(yīng)考慮：a）應(yīng)盡可能使各管程的換熱管數(shù)大致相等；b）分程隔板槽形狀簡單，密封面長度較短。2管板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 換熱管的直徑選定后，可根據(jù)管程流量按照選定的流速確定管程的流通截面積，從而可確定管子的數(shù)量。（1）管子在管板上的排

23、列管子在管板的排列一般可采用等邊三角形排列，希望在殼側(cè)進(jìn)行機(jī)械清洗的情況，采用正方形排列。在小殼徑的熱交換器中為了使外圓管布管均勻，結(jié)構(gòu)緊湊，也可采用同心圓法。我國熱交換器系列中，固定管板式多采用等邊三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有等邊三角形排列。對于多管程熱交換器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)部采用等邊三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。換熱管中心距宜不小于1.25倍的換熱管外徑，常用的換熱管中心距見表2。表2 換熱管中心距（mm）3換熱管外徑d10121416192022253032353845505557換熱管中心距S1314161922252628

24、323840444857647072分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距Sn28303235384042445052566068767880換熱器管間需要機(jī)械清洗時，應(yīng)采用正方形排列，相鄰兩管間的凈空距離（S-d）不宜小于6mm，對于外徑為10，12和14mm的換熱管的中心距分別不得小于17，19和21mm；外徑為25mm的換熱管，當(dāng)用轉(zhuǎn)角正方形排列時，其分程隔板槽兩側(cè)相鄰的管中心距應(yīng)為32mm × 32mm正方形的對角線長，即Sn.=45.25mm。（2）管板上換熱管的管孔設(shè)計(jì)管孔直徑及允許偏差a）鋼制級管束（適用于碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼換熱管）的管板管孔直徑及允許偏差應(yīng)符合表3的規(guī)定；b

25、）鋼制級管束（適用于碳素鋼、低合金鋼換熱管）管板管孔直徑及允許偏差應(yīng)符合表4的規(guī)定。表3 級管束管板管孔直徑及允許偏差表4 級管束管板管孔直徑及允許偏差管孔表面粗糙度當(dāng)換熱管與管板焊接連接時，管孔表面粗糙度Ra值不大于25mm；當(dāng)換熱管與管板脹接連接時，管孔表面粗糙度Ra值不大于12.5mm。（3）管板上布置拉桿孔的設(shè)計(jì)：拉桿與管板焊接連接的拉桿孔結(jié)構(gòu)見圖1(a)，拉桿孔深度L1宜大于拉桿直徑d0，拉桿孔直徑按式（9）確定。 （9）式中：d0為拉桿直徑，mm；d1為拉桿孔直徑，mm。拉桿與管板螺紋連接的拉桿螺紋孔結(jié)構(gòu)見圖1(b)，螺紋深度L2應(yīng)大于拉桿螺紋長度La。 （10） （a）焊接連接的

26、拉桿孔 （b）螺紋連接的拉桿孔圖1 拉桿與管板連接的結(jié)構(gòu)（4）管板與殼程圓筒、管箱圓筒之間的連接管板與殼程圓筒、管箱圓筒之間可以有不同的連接方式，如圖2所示。管板與法蘭連接的結(jié)構(gòu)尺寸按JB 47004703的規(guī)定。 a型 b型 c型 d型 e型 f型a型： 管板通過螺柱、墊片與殼體法蘭和管箱法蘭連接；b型： 管板直接與殼程圓筒和管箱圓筒形成整體結(jié)構(gòu)；c型：管板與殼程圓筒連為整體，其延長部分形成凸緣被夾持在活套環(huán)與管箱法蘭之間；d型： 管板與管箱圓筒連為整體，其延長部分形成凸緣被夾持在活套環(huán)與殼體法蘭之間；e型： 管板與殼程圓筒連為整體，其延長部分兼作法蘭，與管箱用螺柱、墊片連接；f型： 管板與

27、管箱圓筒連為整體，其延長部分兼作法蘭，與殼體法蘭用螺柱、墊片連接。圖2 管板與殼程圓筒、管箱圓筒之間的連接方式（5）分程隔板槽結(jié)構(gòu)尺寸管板上有分程隔板槽時，分程隔板槽的結(jié)構(gòu)尺寸考慮為：a) 槽深應(yīng)大于墊片厚度，且不宜小于4mm，隔板槽密封面應(yīng)與環(huán)形密封面平齊；b）分程隔板槽的寬度a2宜為8mm14mm；c）多管程的隔板槽倒角不應(yīng)妨礙墊片的安裝；隔板槽拐角處的倒角宜為45°，倒角尺寸b宜大于分程墊片的圓角半徑Rg，見圖3。圖3 分程隔板槽拐角處的倒角寬度（6）管板的厚度管板的厚度，按照GB/T 1512014第5章的規(guī)定計(jì)算，并規(guī)定了最小厚度值（如表5所示）。表5 管板的最小厚度dmi

28、n （不包括腐蝕裕量）3管板與換熱管連接方式使用場合 管板最小厚度do2525do50do50脹接連接易燃、易爆及有毒介質(zhì)等嚴(yán)格場合dmindo一般場合dmin0.75dodmin0.70dodmin0.65do焊接連接滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造要求，且12mm管板名義厚度不應(yīng)小于下列三者之和：a） 管板的計(jì)算厚度或表5規(guī)定的最小厚度，取大者；b） 殼程腐蝕裕量或結(jié)構(gòu)開槽深度，取大者；c） 管程腐蝕裕量或分程隔板槽深度，取大者；管板的厚度計(jì)算比較復(fù)雜，也可直接從換熱器設(shè)計(jì)手冊4的相關(guān)表中查得，而省去計(jì)算的繁復(fù)。（7）換熱管與管板的連接換熱管與管板的連接方式有脹接、焊接、脹焊并用等型式，但也可采用圖33

29、一圖36以外其他可靠的連接型式。具體可分為如下形式：a）強(qiáng)度脹接，系指為保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的脹接；b）貼脹，系指為消除換熱管與管孔之間縫隙的輕度脹接；c）強(qiáng)度焊，系指保證換熱管與管板連接的密封性能及抗拉脫強(qiáng)度的焊接；d）密封焊，系指保證換熱管與管板連接密封性能的焊接。強(qiáng)度脹接適用的場合為：設(shè)計(jì)壓力小于或等于4MPa；設(shè)計(jì)溫度小于或等于300；操作中無振動，無過大的溫度波動及無明顯的應(yīng)力腐蝕傾向。換熱管材料的硬度應(yīng)低于管板的硬度。強(qiáng)度脹接的結(jié)構(gòu)型式及尺寸按表6和圖4的規(guī)定：強(qiáng)度脹接的最小脹接長度l應(yīng)取管板名義厚度減去3mm的差值與50mm二者的小值；超出最小脹接長度l的范

30、圍可采用貼脹；當(dāng)有要求時，也可全長采用強(qiáng)度脹接。表6 換熱管與管板脹接連接的結(jié)構(gòu)尺寸3換熱管外徑d，mm14162530384557伸出長度l1，mm3+14+15+1槽深K，mm可不開槽0.50.60.8 圖4 換熱管與管板脹接結(jié)構(gòu)及尺寸強(qiáng)度焊可用于GB/T 1512014規(guī)定的設(shè)計(jì)壓力，但不適用于有較大振動、有縫隙腐蝕傾向的場合。其焊縫形式見圖5： 圖5 換熱管與管板強(qiáng)度焊結(jié)構(gòu)及尺寸強(qiáng)度焊接的焊腳高度l應(yīng)滿足換熱管與管板連接拉脫力的要求，且l不應(yīng)小于。脹焊并用適用的場合為：振動或循環(huán)載荷的場合；存在縫隙腐蝕傾向的場合；采用復(fù)合管板的場合。脹焊并用又可分為強(qiáng)度脹加密封焊和強(qiáng)度焊加貼脹兩種，其

31、結(jié)構(gòu)型式及尺寸分別按圖6和圖7，同時還應(yīng)遵守脹接和焊接的規(guī)定。圖6 換熱管與管板機(jī)械強(qiáng)度脹接加密封焊結(jié)構(gòu)及尺寸圖7 換熱管與管板強(qiáng)度焊接加貼脹結(jié)構(gòu)及尺寸殼程進(jìn)出口處的布管，應(yīng)考慮殼體內(nèi)壁與管束之間的流通面積和介質(zhì)進(jìn)出口管處的流通面積相當(dāng)。殼程進(jìn)出口處的流通截面積按照GB/T 1512014附錄J進(jìn)行計(jì)算。3殼體直徑的確定按照GB/T 1512014的規(guī)定，確定了管子中心距后，便可以畫出管子排列的草圖。于是，可以確定布管限定圓的直徑（參見GB/T 1512014第6章）。進(jìn)而可確定殼體直徑。要求管束外緣所在圓距離殼體內(nèi)壁的距離為（0.51）do(換熱管外徑)?；蛘咄ㄟ^畫圖的方法可得殼體內(nèi)徑，再圓

32、整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸。殼體外徑則應(yīng)通過強(qiáng)度計(jì)算，按照壓力容器標(biāo)準(zhǔn)GB150.32011第3章計(jì)算，但殼程圓筒的最小厚度應(yīng)滿足表7的規(guī)定。殼體、管箱短節(jié)及封頭的厚度也可參照換熱器設(shè)計(jì)手冊4給定的表中查得。表7 圓筒的最小厚度（mm）3GB/T 1512014中規(guī)定，公稱直徑小于或等于400 mm的熱交換器，可采用鋼管制作圓筒。卷制圓筒的公稱直徑以400 mm為基數(shù)，以100 mm為進(jìn)級檔，必要時，允許以50 mm為進(jìn)級檔。公稱直徑對于管子而言指管子外徑，卷制的筒體來說，指的是筒體的內(nèi)徑。注意：殼體直徑應(yīng)與封頭、連接法蘭的系列相匹配，以便于法蘭、封頭的選型。對于用管子充當(dāng)殼體的，其直徑要與管法蘭的尺寸相匹

33、配。4殼側(cè)流通截面積的確定及折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)殼程流通截面積的計(jì)算在于確定縱向隔板或折流板的數(shù)目與尺寸。確定縱向隔板的基本原則是使流體在縱向隔板轉(zhuǎn)彎時的流速與各流程中順管束流動時速度基本相等。由于縱向隔板的安裝較困難，且在它與殼壁之間容易存在間隙而產(chǎn)生流體泄漏，從而降低設(shè)置縱向隔板的效果，所以在實(shí)際使用中設(shè)置兩塊以上的縱向隔板很少采用。常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓盤一圓環(huán)形兩種。弓形折流板有單弓形、雙弓形和三弓形三種。殼側(cè)的流通截面積的確定需要確定折流板缺口和折流板間的流通面積兩部分。弓形折流板的缺口弦高一般為殼體內(nèi)徑的2045。折流板最小間距不宜小于圓筒內(nèi)徑的1/5，且不小于50 mm，

34、最大則不超過表8的規(guī)定，且不超過圓筒內(nèi)徑。當(dāng)換熱器不需設(shè)置折流板，但換熱管無支撐跨距超過表8規(guī)定時，則應(yīng)設(shè)置支持板，用來支撐換熱管，以防止換熱管產(chǎn)生過大的撓度。表8 最大無支撐跨距3折流板一般應(yīng)按等間距布置，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口接管。折流板數(shù)可由下式計(jì)算得到： （11）式中，l為管長，ls為折流板中間段的間距。但當(dāng)要為接管布置留出適當(dāng)空間時，在進(jìn)出口段可選擇與中間段不同的板間距。此時，折流板數(shù)量的計(jì)算公式應(yīng)為： （12）式中， ls,i和ls,o分別為進(jìn)出口段從折流板到管板的距離。缺口尺寸和間距的選擇，同樣遵循各處流速相等的原則，應(yīng)該使缺口的流通面積與折流板間的流通面積近似相

35、等，即AbAc，一般來說，二者相差不要超過10。殼程的流通截面積As取為Ab和Ac的幾何平均截面，用來計(jì)算殼程流速，即（Ab和Ac的計(jì)算公式參見文獻(xiàn)1）。弓形折流板的缺口處宜使剩余管孔弓形高小于或等于d/2，見圖8，或切于兩排管孔的孔橋之間。圖8 折流板缺口位置折流板和支持板的最小厚度應(yīng)符合表9的規(guī)定。表9 折流板和支持板的最小厚度3表10 級管束折流板和支持板管孔直徑及允許偏差3表11 級管束折流板和支持板管孔直徑及允許偏差3折流板（或支持板）上換熱管的管孔直徑及允許偏差考慮如下：a）級管束（適用于碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼換熱管）折流板和支持板管孔直徑及允許偏差應(yīng)符合表10的規(guī)定；b）級管束

36、（適用于碳素鋼、低合金鋼換熱管）折流板和支持板管孔直徑及允許偏差應(yīng)符合表11的規(guī)定。折流板和支持板外直徑及允許偏差應(yīng)符合表12的規(guī)定。折流板、支持板外圓表面粗糙度Ra值不大于25mm，外圓面兩側(cè)的尖角應(yīng)倒鈍。表12 折流板和支持板外直徑及允許偏差3臥式熱交換器的殼程為單相清潔流體時，折流板缺口宜水平上下布置；氣體中含有少量液體時，應(yīng)在缺口朝上的折流板的最低處開通液口，如圖9(a)；若液體中含有少量氣體時，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣口，如圖9(b)。臥式換熱器、冷凝器和重沸器的殼程介質(zhì)為氣、液相共存或液體中含有固體物料時，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置；氣、液相共存時，應(yīng)在折流板最低處和最高處

37、開通液口和通氣口，如圖9(c)；液體中含有固體顆粒時，應(yīng)在折流板最低處開通液口，如圖9(d)。圖9 折流板上的通液口或通氣口5拉桿及定距管折流板的定位和安裝一般有兩種方式：拉桿定距管結(jié)構(gòu)和點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。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，與管板連接端的拉桿螺紋長度La按式La =(1.31.5)dn計(jì)算；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，焊接連接的拉桿直徑可等于換熱管外徑；當(dāng)管板較薄時，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。拉桿是一根兩端帶螺紋的長桿，一端擰入管板，折流板穿在拉桿上，各折流板之間則以套在拉桿上的定距管來保持板間距離，最

38、后一塊折流板用螺母擰在拉桿上給予緊固。拉桿的直徑d0的選用與換熱管外徑d有關(guān)，如表13所示。 （a）拉桿定距管結(jié)構(gòu) （b）拉桿點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)圖10 拉桿形式表13 拉桿直徑的選用3換熱管外徑d10d1414d2525d57拉桿直徑d0101216表14 拉桿數(shù)量的選用3拉桿數(shù)量的選用按照表14進(jìn)行。在保證大于或等于表14所給定的拉桿總截面積的前提下，拉桿直徑和數(shù)量可以變動，但其直徑不得小于l0 mm，數(shù)量不少于4根。拉桿應(yīng)盡量均布于管束的外邊緣，但對于大直徑的熱交換器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處也應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個支承點(diǎn)。拉桿的連接尺寸按圖11和表15確定。拉桿的長度L按

39、需要確定。圖11 拉桿的連接尺寸表15 拉桿連接尺寸3拉桿直徑d拉桿螺紋公稱直徑dnLaLbb101013401.5121216502.0161622602.06其它構(gòu)件熱交換器進(jìn)口處的防沖與導(dǎo)流構(gòu)件（防沖板、導(dǎo)流筒），根據(jù)GB/T 1512014第6章8.1節(jié)的規(guī)定條件設(shè)置。防短路結(jié)構(gòu)（旁路擋板、擋管），根據(jù)GB/T 1512014第6章8.3節(jié)的規(guī)定設(shè)置。（七）傳熱計(jì)算及阻力計(jì)算熱交換器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以后，要進(jìn)行傳熱計(jì)算及阻力計(jì)算，以校核所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否滿足傳熱和壓降的要求。包括對傳熱系數(shù)和壁溫的核算以及流通通道的阻力計(jì)算。管殼式熱交換器的傳熱計(jì)算及阻力計(jì)算可參考文獻(xiàn)1，管外側(cè)換熱系數(shù)的計(jì)算

40、按照貝爾法進(jìn)行，這里不再重復(fù)。計(jì)算得出傳熱系數(shù)后，可得到所需的傳熱面積：。考慮到換熱計(jì)算公式中的不確定因素、運(yùn)行條件與設(shè)計(jì)條件的差異、日后由于嚴(yán)重結(jié)垢或泄漏不得不堵塞一些管子以及緊急和反常情況下流體的參數(shù)可能在短時間內(nèi)發(fā)生變化等諸多原因，因而要求由結(jié)構(gòu)計(jì)算確定的傳熱而積F²比計(jì)算出的所需傳熱面積F大1020時，才認(rèn)為滿足要求。（八）其它零部件的選擇和布置包括確定接管直徑及長度，管箱的設(shè)計(jì)，排氣管、排液管的選用和布置，支座結(jié)構(gòu)的選擇和布置，法蘭及墊片的選擇等。1接管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)接管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 150.3-2011第6章的有關(guān)規(guī)定。接管（或接口）的一般要求：a） 接管宜與殼體內(nèi)表

41、面平齊；b） 接管應(yīng)盡量沿?zé)峤粨Q器的徑向或軸向設(shè)置；c） 設(shè)計(jì)溫度高于或等于300時，應(yīng)采用對焊法蘭；d） 必要時應(yīng)設(shè)置溫度計(jì)接口，壓力表接口及液面計(jì)接口；e） 對于不能利用接管（或接口）進(jìn)行放氣和排液的換熱器，應(yīng)在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，最低點(diǎn)設(shè)置排液口，其最小公稱直徑為20mm；f） 立式換熱器可設(shè)置溢流口。接管的直徑確定仍然按照各處流速相等的原則，其計(jì)算公式為： （13）算出的計(jì)算管徑，還應(yīng)圓整到最接近的標(biāo)準(zhǔn)管徑。標(biāo)準(zhǔn)管徑可參見文獻(xiàn)6查得。接管外伸長度也叫接管伸出長度。是指接管法蘭面到殼體（管箱短節(jié)）外壁的長度?？砂聪率接?jì)算4： （14）式中，l為接管外伸長度，mm；h為接管法蘭厚

42、度，mm；hl為接管法蘭的螺母厚度，mm；d為保溫層厚度，mm。接管外伸長度也按照文獻(xiàn)4表1-6-6和表1-6-7的數(shù)據(jù)選取。接管的布置位置也有工藝和結(jié)構(gòu)上的要求4。在熱交換器設(shè)計(jì)中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進(jìn)、出口接管應(yīng)盡量靠近兩端管板，而管箱進(jìn)、出口接管盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱短節(jié)的長度，減輕設(shè)備重量。然而，為了保證設(shè)備的制造、安裝，管口距法蘭的距離也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。如圖12為殼程接管的位置圖。殼程接管位置的最小尺寸可由下列公式計(jì)算：（1）帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 （15）（2）無補(bǔ)強(qiáng)圈接管 （16）在式（15）和式（16）中，取C4S（S為殼體厚度，mm）且30

43、mm。如圖13為管程接管的位置圖。管程接管位置的最小尺寸可由下列公式計(jì)算：（1）帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 （17）（2）無補(bǔ)強(qiáng)圈接管 （18）在式（17）和式（18）中，取C4S（S為殼體厚度，mm）且30 mm。以上各式中，b為管板厚度；L1和L2分別為殼程接管和管程接管位置的最小尺寸；C為補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣（無補(bǔ)強(qiáng)圈時為管外壁）至管板（或法蘭）與殼體連接焊縫之間的距離；DH為補(bǔ)強(qiáng)圈外圓直徑；dH為接管外徑。以上尺寸單位均為mm。圖12 殼程接管位置圖13 管程接管位置2管箱的設(shè)計(jì)固定管板式熱交換器的兩端管箱可由封頭和管箱圓筒（短節(jié)）構(gòu)成。封頭的結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)GB/T251982010（壓力容器封頭）7和GB

44、1502011（壓力容器）2的相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)。封頭的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)為平蓋或凸形封頭。平蓋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算可參見GB/T 1512014（熱交換器）3的節(jié)或GB150.32011（壓力容器）2的5.9節(jié)。凸形封頭包括橢圓形封頭、碟形封頭、球冠形封頭（見圖14)和半球形封頭，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算可參見GB150.32011（壓力容器）2的第5章。（a）橢圓形封頭 （b）碟形封頭 （c）球冠形封頭圖14 凸形封頭的結(jié)構(gòu)形式管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)符合以下規(guī)定：a） 軸向開口的單管程管箱，開口中心處的最小深度應(yīng)不小于接管內(nèi)徑的1/3；b） 多程管箱的內(nèi)側(cè)深度應(yīng)保證兩程之間的最小流通面積不小于每程換熱管流通面積的1.3倍

45、；當(dāng)操作允許時，也可等于每程換熱管的流通面積。當(dāng)管箱由封頭和短節(jié)構(gòu)成時，短節(jié)的長度要符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，如管程接管的最小位置需要，或者多管程時轉(zhuǎn)彎流通面積的需要。分程隔板的設(shè)計(jì)分程隔板的最小厚度應(yīng)不小于表16的規(guī)定。必要時，管箱分程隔板的計(jì)算厚度應(yīng)按式（14）計(jì)算。 （14）式中，d為分程隔板計(jì)算厚度，mm；B為尺寸系數(shù)，按表17查取（中間值用內(nèi)插法查）；Dp為隔板兩側(cè)壓力差值，MPa；st為隔板材料設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa；b為隔板結(jié)構(gòu)尺寸，mm。表16 管箱分程隔板的最小名義厚度3表17 分程隔板尺寸系數(shù)B3分程隔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下規(guī)定：a) 流體脈動場合，隔板的厚度可適當(dāng)增厚，或改

46、變隔板的結(jié)構(gòu)；b) 大直徑換熱器隔板應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖15所示的雙層結(jié)構(gòu)；圖15 雙層結(jié)構(gòu)隔板分程隔板端部的厚度應(yīng)比對應(yīng)的隔板槽寬度小2mm，隔板端部可按圖16削??；必要時，分程隔板上可開設(shè)排凈孔，排凈孔的直徑宜為4mm8mm。圖16 厚度大于10mm的分程隔板3排氣管、排液管的選用和布置為提高傳熱效率，排除或回收工作殘液（氣）及凝液，凡不能借助其他接管排氣或排液的換熱器，應(yīng)在其殼程和管程的最高、最低點(diǎn)，分別設(shè)置排氣、排液接管。排氣、排液接管的端部必須與殼體或管箱殼休內(nèi)壁平齊，其結(jié)構(gòu)和尺寸如圖17所示。排氣口和排液口的尺寸一般不小于f15mm。臥式換熱器的排氣、排液口多采用圖17(a)的結(jié)構(gòu)，設(shè)置的

47、位置分別在殼休、管箱殼體的上部和底部。在立式換熱設(shè)備中、當(dāng)管程公稱壓力PN2.5MPa時，多采用圖17(b)的結(jié)構(gòu)，而當(dāng)管程公稱壓力PN2.5MPa時，則選用圖17(c)、(d)的結(jié)構(gòu)。即殼程排氣、排液口采用在管板上開設(shè)不小于f16mm的小孔，管端采用螺塞或焊上接管法蘭。圖17(c)結(jié)構(gòu)，通道易堵塞，螺塞易銹死，對于不清潔、有腐蝕的物料，不宜采用這種結(jié)構(gòu)。換熱器管間為蒸氣時，排氣、排液孔可采用圖17(e)的結(jié)構(gòu)。 （a）用于臥式換熱器之排氣（液）管 （b）用于立式換熱器之排氣（液）管，PN2.5MPa （c）用于立式換熱器之排氣（液）管，PN2.5MPa（d）用于立式換熱器之排氣（液）管，PN

48、2.5MPa（f）排氣（液）管圖17 換熱器之排氣、排液接管結(jié)構(gòu)4支座的選擇與布置熱交換器的支座可以選用鞍式支座或耳式支座兩種，分別參考JB/T 4712.1-20078或JB/T 4712.3-20079選用。鞍式支座適用于臥式放置的熱交換器，而耳式支座適用于直徑不大于4000 mm的立式熱交換器。鞍式支座如圖18所示。鞍式支座在熱交換器上的布置應(yīng)按下列原則確定：a） 當(dāng) L <3000 mm時，取LB（0.40.6）L；b） 當(dāng) L >3000 mm時，取LB（0.50.7)L；c） 盡量使LC和L¢C相近。耳式支座如圖19所示。耳式支座在熱交換器上的布置應(yīng)按下列原則

49、確定：a） 公稱直徑DN < 800 mm時，至少應(yīng)安裝兩個支座，且應(yīng)對稱布置；b） 公稱直徑DN > 800 mm時，至少應(yīng)安裝四個支座，且應(yīng)均勻布置。 圖18 鞍式支座 圖19 耳式支座5法蘭及墊片固定管板式熱交換器一般管板兼做法蘭，與其相配的管箱法蘭及墊片依據(jù)JB/T 47004707-2000壓力容器法蘭10選用，或者由管子充當(dāng)?shù)臍んw法蘭及墊片則依據(jù)HG 2059220635-2009剛制管法蘭、墊片、緊固件11選用。熱交換器的法蘭密封面型式和墊片材料也可由公稱壓力和介質(zhì)溫度參考GB/T 29463選用。（九）熱交換器零部件強(qiáng)度計(jì)算對熱交換器基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，需要對其零部

50、件強(qiáng)度進(jìn)行校核，包括殼體壁厚，管板、封頭和法蘭的厚度。各零部件的強(qiáng)度計(jì)算可參見GB1502011或GB/T 1512014的相關(guān)規(guī)定，材料許用應(yīng)力值可從GB1502011中查得?；蛘吒鶕?jù)前面所述對各零部件的厚度進(jìn)行選取，這里不再重復(fù)。（十）熱應(yīng)力的校核、管子拉脫力的計(jì)算，熱補(bǔ)償措施等熱應(yīng)力的校核和管子拉脫力的計(jì)算，以及熱補(bǔ)償措施的考慮可參考文獻(xiàn)1。必要時還需要考慮熱交換器的振動問題，振動問題的考慮可參考文獻(xiàn)3。本課程設(shè)計(jì)中暫不考慮該問題。需要熱補(bǔ)償時，可參考GB167491997壓力容器波形膨脹節(jié)12對固定管板式熱交換器設(shè)置膨脹節(jié)。（十一）設(shè)計(jì)步驟具體的設(shè)計(jì)步驟可如下進(jìn)行，其設(shè)計(jì)流程圖如圖20

51、所示。(1)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)搜集有關(guān)的原始資料，并選定熱交換器的型式等。 原始資料應(yīng)包括：流體的物理化學(xué)性質(zhì)(如結(jié)垢性、腐蝕性、爆炸性、化學(xué)作用等)，流體的流量、壓力、溫度、熱負(fù)荷，設(shè)備安裝場所的限制，材質(zhì)的限制，壓降的限制等等。(2)確定定性溫度，并查取物性數(shù)據(jù)；(3)由熱平衡計(jì)算熱負(fù)荷及熱流體或冷流體的流量；(4)選擇殼體和管子的材料；(5)選定流動方式、確定流體的流動空間；(6)求出平均溫差；(7)初選傳熱系數(shù)K¢，并初算傳熱面積F¢；初選傳熱系數(shù)應(yīng)盡量選擇準(zhǔn)確，以減少計(jì)算的重復(fù)次數(shù)。傳熱系數(shù)的選擇可參考文獻(xiàn)1中附錄。但需要注意的是：一定要注意推薦值的適用條件，注意流動空

52、間和流態(tài)條件。(8)設(shè)計(jì)熱交換器的管程結(jié)構(gòu)(或選擇標(biāo)準(zhǔn)型號的熱交換器)，包括：選取管徑和管程流體流速；確定每程管數(shù)、管長、總管數(shù)；確定管子排列方式、管間距和殼體內(nèi)徑。在這步中最好通過草圖確定有關(guān)數(shù)據(jù)和傳熱面積F"(F"一般與F¢不會正好相等)。此時需要對長徑比l/Ds進(jìn)行確定，滿足設(shè)計(jì)要求。如果結(jié)果相差不大，可以通過調(diào)整管程結(jié)構(gòu)使長徑比趨于合理。如果結(jié)果相差很大，則需要對熱交換器的流動方式及流動空間重新選定。(9)管程換熱計(jì)算及阻力計(jì)算。當(dāng)換熱系數(shù)大于初選傳熱系數(shù)且壓降小于允許壓降時，才能進(jìn)行下一步計(jì)算，否則要重選K¢，并調(diào)整結(jié)構(gòu)。(10)殼程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括：確定連接管直徑，確定殼側(cè)程數(shù)及縱向隔板數(shù)目、尺寸，或折流板的數(shù)目、間距、尺寸等殼程結(jié)構(gòu)尺寸。 (11)殼程換熱計(jì)算。根據(jù)