1、摘要本次設(shè)計為浮頭式換熱器,浮頭式換熱器主要由管箱、管板、殼體、換熱管、折流 板、拉桿、定距管、鉤圈、浮頭蓋等組成。浮頭換熱器的一端管板與殼體固定,另一端 為浮動管板。因此其優(yōu)點為熱應(yīng)力較小,便于檢查和清洗,缺點為結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。在傳 熱計算工藝中,包括傳熱量、傳熱系數(shù)的確定和換熱器內(nèi)徑及換熱管型號的選擇,以及 傳熱系數(shù)、阻力降等問題。在強度計算中主要討論的是筒體、管箱、管板厚度計算以及 折流板、法蘭和接管、支座、分隔板等零部件的設(shè)計,還要進行一些強度校核。本設(shè)計 是按照 GB151管殼式換熱器和 GB150鋼制壓力容器設(shè)計的。換熱器在工、農(nóng)業(yè) 的各個領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛,在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處

2、見,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)鍵字:換熱器,工藝計算,強度校核IAbstractThis design is floating head heat exchanger, it is made up of tube box 、 tube sheet、 shell 、 heat exchange tube、 baffle plate、 draw bar、 spacer pipe、 hook circle、 floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connec

3、ted with shell, and the other tube sheet is floating tube sheet. So its easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. In the process of heat transfer calculation, include area computation 、 capacity of heat transmission 、 the determine of heat transfer coefficient and the c

4、hoice of the heat exchange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、 tube box、 sealing head and so on. This design is according to GB151 << shell-and-tube heat exchanger >> and GB150 << Steel pressure vessel >> to design. Heat exchanger is one of

5、the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable achievements.Keywords:heat exchanger; Process calculation; strength checkII目錄摘要 . I Abstract . I I 前言 . 1 第一章 概述 . . 2 1.1 何為換熱器 . . 2 1.2 換熱器的應(yīng)用 . . 2 1.3 換熱器分類 . . 3 1.3.1 按傳熱原理分類 . . 3

6、1.3.2 按結(jié)構(gòu)分類 . . 3 1.3.3 按傳熱種類分類 . . 3 1.3.4 按強化傳熱元件分類 . . 3 1.3.5 按材料分類 . . 3 1.4 換熱器的結(jié)構(gòu)和使用特點 . . 4 1.4 .1 浮頭式換熱器 . . 4 1.4.2 固定管板式換熱器 . . 5 1.4.3 U 形管換熱器 . . 6 1.5 設(shè)計的思想 . . 7 1.5.1 首先設(shè)計必須滿足生產(chǎn)需要 . . 7 1.5.2 設(shè)計必須安全可靠 . . 7 1.5.3 設(shè)計必須經(jīng)濟合理 . . 7 1.6 設(shè)計的特點 . . 8 第二章 設(shè)計主要參數(shù) . . 9 2.1 原始數(shù)據(jù) . . 9 2.2 定性溫度

7、及物性參數(shù) . . 9 第三章 零件結(jié)構(gòu)型式的選擇 . . 10 3.1 前端管箱 . . 10 3.2 殼體 . . 11 3.3 后端管箱 . . 11 3.4 管束分程和分程隔板的布置 . . 11 3.4.1 管束分程 . . 11 3.4.2 分程隔板的布置 . . 11 3.5 換熱管 . . 12 3.5.1 換熱管的長度 . . 12 3.5.2 規(guī)格及尺寸偏差 . . 12 3.5.3 布管 . . 12 3.6 管子與管板的連接 . . 13 3.7 管板與殼體的連接 . . 14 3.8 折流板、支持板的選擇 . . 15 3.9 拉桿的選擇 . . 15III3.10

8、定距管的選擇 . . 16 3.11 防沖板的選擇 . . 16 3.12 排液口和排氣口的選擇 . . 16 第四章 傳熱工藝技術(shù) . . 18 4.1 有效平均溫度 . . 18 4.2 傳熱量和流量 . . 18 4.3 管程換熱系數(shù)計算 . . 19 4.4 結(jié)構(gòu)初步設(shè)計 . . 19 4.5 殼程換熱系數(shù)計算 . . 20 4.6 強度計算 . . 21 4.6.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 . 21 4.6.2 確定殼體內(nèi)徑 . . 21 4.6.3 確定殼體壁厚 . . 21 4.6.4 殼體液壓試驗 . . 22 4.6.5 管箱封頭厚度計算 . . 23 4.6.6

9、 管箱短節(jié)厚壁計算 . . 24 4.6.7 管箱液壓試驗 . . 24 4.6.8 管板的設(shè)計 . . 25 4.6.9 鉤圈式浮頭 . . 25 4.6.10 管程壓力作用下浮頭蓋的設(shè)計 . . 26 4.6.11 浮頭側(cè)封頭厚度 . 26 4.6.12 折流板的選擇 . . 27 4.6.13 設(shè)備法蘭的選擇 . . 28 4.7 換熱面積校核 . . 35 4.8 支座強度校核 . . 36 4.8.1 反力計算 . . 37 4.8.2 筒體軸向彎矩計算 . . 37 4.8.3 筒體軸向彎曲應(yīng)力校核 . . 38 4.8.4 鞍座腹板強度校核 . . 38 4.9 阻力計算 . .

10、 38 4.9.1 管程阻力計算 . . 38 4.9.2 殼程壓力降 . . 39 第五章 整體尺寸布局 . . 42 結(jié)論 . 43 致謝 . 44 參考文獻 . . 45IV前言前言畢業(yè)設(shè)計是完成教學(xué)計劃實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié); 是教學(xué)計劃中 綜合性最強的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。 它對提高學(xué)生綜合運用專業(yè)知識分析和解決實際問題的 能力以及培養(yǎng)學(xué)生的工作作風(fēng)、工作態(tài)度和處理問題等方面具有很重要的意義。畢業(yè)設(shè)計的題目是浮頭式換熱器設(shè)計。這次設(shè)計中的主要內(nèi)容為換熱器的工藝計 算、換熱器的結(jié)構(gòu)與強度設(shè)計。其中,工藝計算主要是確定換熱器的換熱面積、換熱器 的選型、壓降計算等;而結(jié)構(gòu)與強度設(shè)計

11、則主要包括:管板厚度計算、換熱管的分布、 折流板的選型、 浮頭蓋及浮頭法蘭的計算、 開孔補強計算以及各種零部件的材料選擇等。 在設(shè)計過程中,我盡量采用較新的國家標準,做到既滿足設(shè)計要求,又使結(jié)構(gòu)優(yōu)化,降 低成本,以提高經(jīng)濟效益為主,力爭使產(chǎn)品符合生產(chǎn)實際需要,適合市場激烈的競爭。 同時為了使本次設(shè)計能夠進行順利,我在設(shè)計前參閱了許多有關(guān)書籍和英文文獻,并做 了一定的摘要。因為換熱器設(shè)計是屬于壓力容器設(shè)計范疇,與我所學(xué)的課程有緊密的聯(lián)系,所以這 次設(shè)計對我的設(shè)計能力有了很大的提高。 它不僅使我貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識 和專業(yè)理論知識,還培養(yǎng)和提高我們?nèi)后w合作、相互配合的工作能力。換熱器在設(shè)

12、計過 程中為技術(shù)分析與產(chǎn)品開發(fā)可以為設(shè)計者提供一個廣闊的思維想象空間, 還能激發(fā)設(shè)計 者的創(chuàng)新意識。在設(shè)計過程中,我們可以很好地將所學(xué)的知識加以應(yīng)用,在自己的腦海 中 鞏 固 , 這 是 我 選 擇 這 個 課 題 的 初 衷 , 而 事 實 上 我 也 達 到 了 預(yù) 期 的 目 的 。1第一章 概述1.1 何為換熱器換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。 在熱量交換中常有 一些腐蝕性、氧化性很強的物料,因此,要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。換 熱器的分類比較廣泛:反應(yīng)釜、壓力容器、 冷凝器、反應(yīng)鍋、螺旋板式換熱器、波紋管、 換熱器、列管換熱器、板式換熱器、螺旋板換熱

13、器、管殼式換熱器、容積式換熱器、浮 頭式換熱器、管式換熱器、熱管換熱器、汽水換熱器、換熱機組、石墨換熱器、空氣換 熱器、 鈦換熱器、 換熱設(shè)備, 要求制造換熱器的材料具有抗強腐蝕性能。 它可以用石墨、 陶瓷、玻璃等非金屬材料以及不銹鋼、鈦、 鉭、鋯等金屬材料制成。但是用石墨、陶瓷、 玻璃等材料制成的有易碎、體積大、導(dǎo)熱差等缺點,用鈦、鉭、鋯等稀有金屬制成的換 熱器價格過于昂貴,不銹鋼則難耐許多腐蝕性介質(zhì),并產(chǎn)生晶間腐蝕。1.2 換熱器的應(yīng)用換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛,在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處可見,是 不可缺少的工藝設(shè)備之一。 因此換熱設(shè)備的研究備受世界各國政府及研究機構(gòu)的高度重 視

14、,在全世界第一次能源危機爆發(fā)以來 , 各國都在下大力量尋找新的能源及在節(jié)約能源 上研究新途徑。據(jù)統(tǒng)計,在現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)中,換熱器的投資約占總投資的 3O % 40%,正因如此設(shè)計投資省,能耗低,傳熱系數(shù)高,維修方便的換熱器是大勢所趨,在 研究投人大、人力資源配備足的情況下 , 一批具有代表性的高效換熱器和強化傳熱元件 誕生,如板翅式換熱器、大型板殼式換熱器和強化沸騰的表面多孔管、 T 形翅片管、強 化冷凝的螺紋管、鋸齒管等都得到了國際傳熱界專家的首肯,社會效益非常顯著,大大 緩解了能源的緊張狀況。其中管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備,已作為一種標準換熱設(shè) 備。這種換熱器的特點是易

15、于制造,生產(chǎn)成本較低,選用的材料范圍廣,換熱表面的清 洗比較方便,適應(yīng)性強,處理能力大,高溫和高壓下亦能應(yīng)用。與各種換熱器相比,主 要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積較大以及傳熱效果較好;此外,結(jié)構(gòu)簡單,操作彈 性也較大等,因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用管殼式換熱器。2第一章 概述1.3 換熱器分類換熱器作為傳熱設(shè)備隨處可見,在工業(yè)中應(yīng)用非常普遍,特別是耗能用量十分大的 領(lǐng)域,隨著節(jié)能技術(shù)的飛速發(fā)展,換熱器的種類開發(fā)越來越多。適用于不同介質(zhì)、不同 工況、不同溫度、不同壓力的換熱器,結(jié)構(gòu)和型式亦不同,以下列舉其中的幾種分類 : 1.3.1 按傳熱原理分類1 直接接觸式換熱器 這類換熱器的主要工

16、作原理是兩種介質(zhì)經(jīng)接觸而相互傳遞熱 量,實現(xiàn)傳熱,接觸面積直接影響到傳熱量。這類換熱器的介質(zhì)通常是一種是氣體,另 一種為液體,主要是以塔設(shè)備為主體的傳熱設(shè)備,但通常又涉及傳質(zhì),故很難區(qū)分與塔 器的關(guān)系,通常歸為塔式設(shè)備,電廠用涼水塔為最典型的直接接觸式換熱器。2蓄能式換熱器(簡稱蓄能器這類換熱器用量極少,原理是通過一種固體物質(zhì), 熱介質(zhì)先通過加熱固體物質(zhì)達到一定溫度后,冷介質(zhì)再通過固體物質(zhì)被加熱,使之達到 傳遞熱量的目的。3板、管式換熱器 這類換熱器用量非常大,占總量的 99%以上,原理是熱介質(zhì)通 過金屬或非金屬將熱量傳遞給冷介質(zhì)的傳熱設(shè)備,這類換熱器是我們通常稱為管殼式、 板式、 板翅式或板

17、殼式換熱器。 換熱器的種類繁多, 每種換熱器各自適用于某一種工況。 為此,應(yīng)根據(jù)介質(zhì)、溫度、壓力的不同選擇不同種類的換熱器,揚長避短,使之帶來更 大的經(jīng)濟效益。1.3.2 按結(jié)構(gòu)分類分為浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函換熱器、 U 形管式換熱器、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。1.3.3 按傳熱種類分類(1無相變傳熱 一般分為加熱器和冷卻器。(2有相變傳熱 一般分為冷凝器和重沸器。重沸器又分為釜式重沸器、虹吸式重沸 器、再沸器、蒸發(fā)器、蒸汽發(fā)生器、廢熱鍋爐。1.3.4 按強化傳熱元件

18、分類分為螺紋管換熱器、波紋管換熱器、異型管換熱器、表面多孔管換熱器、螺旋扁管 換熱器、 螺旋槽管換熱器、 環(huán)槽管換熱器、 縱槽管換熱器、 翅管換熱螺旋繞管式換熱器、 T 形翅片管換熱器、新結(jié)構(gòu)器、內(nèi)插物換熱器、鋸齒管換熱器。1.3.5 按材料分類主要為金屬和非金屬兩大類。金屬又可分為低合金鋼、高合金鋼、低溫鋼、稀有金 3屬等。1.4 換熱器的結(jié)構(gòu)和使用特點換熱器作為節(jié)能設(shè)備之一,在國民經(jīng)濟中起到非常重要的作用。換熱器的結(jié)構(gòu)決定 了換熱器的性能,一種性能能否發(fā)揮作用取決于設(shè)計者如何選擇合理結(jié)構(gòu),任何一個場 合都有適應(yīng)于這個場合特點的換熱結(jié)構(gòu)。在換熱設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。它具有選材范

19、圍廣,換熱表面清洗 比較方便,適用性較強,處理能力大,能承受高溫和高壓等特點。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu) 設(shè)計,必須考慮諸多因素,如:材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及 檢修與清理等。管殼式換熱器雖然在換熱效率、 設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其它新 型的換熱設(shè)備,但它具有結(jié)構(gòu)堅固、操作彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點,所 以在各工程中仍得到普遍使用。管殼式換熱器在煉油、石油化工、醫(yī)藥、化工以及其它工業(yè)中使用廣泛,它適用于 冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計,必須考慮 很多因素,如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等,通

20、 過各種因素的綜合考慮及比較來選擇某一種適合的結(jié)構(gòu)形式。對同一種形式的換熱器,由于各種條件不同,往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè) 計中,按工藝特定的條件進行設(shè)計,以滿足工藝上的需要。管殼式換熱器把換熱管與管板連接,再用殼體固定。它的形式大致分為固定管板式 換熱器、浮頭式換熱器、 U 形管殼式換熱器、外填料函式換熱器、填料函滑動管板式換 熱器、釜式重沸器等幾種。根據(jù)介質(zhì)的種類、壓力、溫度、污垢和其它條件,管板與殼 體的連接方式,換熱管的形式與傳熱條件,造價,維修檢查方便等情況,根據(jù)各種結(jié)構(gòu) 形式的特點來選擇設(shè)計制造各種管殼式換熱器。為了要使傳熱效率提高、能耗下降,就 必須了解管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特

21、點。 下面著重介紹典型的管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)及使用特 點。1.4 .1 浮頭式換熱器浮頭式換熱器(見圖 1.1是由管箱、殼體、管束、浮頭蓋、外頭蓋等零部件組成。 它的最大的特點是管板一端的管束可以自由浮動, 在使用過程中由溫差膨脹而不受殼體 約束, 不會產(chǎn)生溫差應(yīng)力, 即其不受溫差應(yīng)力的困擾, 但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 內(nèi)浮頭密封困難, 鍛件多, 造價高。 維修時可只更換管束, 適用于管、 殼程溫差大但工作壓力不超過 10MPa 的工況。它在相同的殼體直徑下,布管數(shù)越多,換熱面積越大。4第一章 概述 5其優(yōu)點是: 管束可以抽出,以方便清洗管、殼程; 介質(zhì)間溫差不受限制; 可在高溫、高壓下工作,一般溫度 4

22、50 oC ,壓力 6.4 MPa; 可用于結(jié)垢比較嚴重的場合; 可用于管程易腐蝕場合。缺點: 小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏; 金屬材料耗量大,成本高 20%; 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。1.4.2 固定管板式換熱器固定管板式換熱器(見圖 1.2是由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成。其結(jié) 構(gòu)較緊湊,排管較多,在相同直徑情況下面積較大,制造較簡單,但最后一道殼體與管 板的焊縫無法用無損檢測。其兩端管板,采用焊接方式與殼體連接固定,管程可分成多 程,殼程也可分成雙程,規(guī)格范圍廣,故在工程中廣泛應(yīng)用。它適用于管、殼程溫差不 大或管、殼程溫差大,但壓力不高,殼程介質(zhì)干凈或雖結(jié)垢但通過化學(xué)清洗能清除的場 合。在熱膨脹之差較大時,

23、可在殼體上設(shè)置膨脹節(jié),以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱 應(yīng)力。其優(yōu)點是: 傳熱面積比浮頭式換熱器大 20%-30%; 旁路漏流較小; 鍛件使用較少,成本低 20%以上; 沒有內(nèi)漏。缺點:6 殼體和管子壁溫差一般易小于等于 50,大于 50 時應(yīng)在殼體上設(shè)置膨脹節(jié); 管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞; 殼程無法機械清洗; 管子腐蝕后造成連同殼體報廢,殼體部件壽命決定于管子壽命,故設(shè)備壽命相對 較低; 不適用于殼程易結(jié)垢場合。 1.4.3 U 形管換熱器U 形管換熱器(見圖 1.3是由管箱、殼體、管束等零部件組成。它是將換熱管彎 成 U 形,并將換熱管兩端固定在同一塊管板上,因此密封面較少。由于殼

24、體與換熱管分 開, 管束可自由伸縮, 可以不考慮熱膨脹。 因 U 形管式換熱器僅有一塊管板, 且無浮頭, 所以結(jié)構(gòu)簡單,造價比其它換熱器低。管束可以從殼體內(nèi)抽出,換熱管外壁便于清洗。但換熱管內(nèi)清洗困難,所以換熱管內(nèi)的介質(zhì)必須是清潔且不易結(jié)垢的物料。由于換 熱管的結(jié)構(gòu)形式關(guān)系,換熱管的更換除外側(cè)一層外,內(nèi)部換熱管大部分不可能更換。管 束中心部分存在空隙, 所以流體易短路, 影響傳熱效率。 而且管板上排列的換熱管較少, 結(jié)構(gòu)不緊湊。 U 形管的彎管部分曲率不同,換熱管長度不一致,因而物料分布不如固定 管板式換熱器均勻。換熱管因滲漏而堵死后,將造成傳熱面積的損失。U 形管式換熱器一般用于高溫高壓的情

25、況下。殼程里需要清洗的管束,則要求采用 正方形排列,管程為偶數(shù)程。殼程內(nèi)一般可按工藝要求設(shè)置折流板和縱向隔板等。 折流板用于提高換熱器的傳熱 效率?？v向隔板是安裝在平行于換熱管方向的矩形平板上,以增加殼側(cè)介質(zhì)流速。 其優(yōu)點是: 管束可抽出來機械清洗; 殼體與管壁不受溫差限制; 可在高溫、高壓下工作,一般適用于溫度,壓力(10MPa ;第一章 概述 可用于殼程結(jié)垢比較嚴重的場合; 可用于管程易腐蝕場合。缺點: 在管子的 U 形處易沖蝕,應(yīng)控制管內(nèi)流速; 管程不適用結(jié)垢較重的場合; 單管程換熱器不適用; 不適用于內(nèi)導(dǎo)流筒,故死區(qū)較大。1.5 設(shè)計的思想設(shè)計是為生產(chǎn)服務(wù),要設(shè)計出一臺能夠滿足生產(chǎn)需要

26、的換熱器,必須做到設(shè)計要滿 足生產(chǎn)需要,滿足換熱器安全可靠運行,滿足經(jīng)濟合理等基本要求。1.5.1 首先設(shè)計必須滿足生產(chǎn)需要所設(shè)計的產(chǎn)品能夠進行穩(wěn)定可靠得操作,從而滿足正常的生產(chǎn)需要,此外,還能夠 適應(yīng)生產(chǎn)負荷以及操作參數(shù)在一定范圍內(nèi)的波動, 所以產(chǎn)品的可操作性和可控制性是設(shè) 計中應(yīng)該考慮的重要問題。另外,設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與裝拆,確保檢修和更換零件 的便利。1.5.2 設(shè)計必須安全可靠一般來講 , 換熱器的失事 , 不僅僅使容器和設(shè)備本身遭到破壞 , 而往往會破壞周圍的 其他設(shè)備及建筑 , 甚至造成人身傷亡事故 , 而由于內(nèi)部介質(zhì)向外擴散帶來的化學(xué)爆炸、 著 火燃燒或惡性中毒等連鎖反應(yīng)更會

27、造成不可估量的災(zāi)難性破壞。因此,根據(jù)壓力容器可 能的失效形式,設(shè)計上應(yīng)滿足強度、剛度、穩(wěn)定性、密封性和耐蝕性等基本要求。 1.5.3 設(shè)計必須經(jīng)濟合理在競爭激烈的當(dāng)代社會中,“經(jīng)濟合理”的消費理念已成為了生產(chǎn)者的共識,一般 情況下,生產(chǎn)者都追求所設(shè)計的設(shè)備總是以較少的投資獲取最大的經(jīng)濟利潤,要求其經(jīng) 濟技術(shù)指標具有競爭性,因此,在各種方案的分析對比過程中,其經(jīng)濟技術(shù)指標評價往 往是最重要的決策因素之一。要想設(shè)計一臺既滿足要求又經(jīng)濟合理的換熱器, 不僅僅是必須嚴格按照有關(guān)標準和 制造條件進行簡單的常規(guī)設(shè)計,同時還必須要綜合考慮生產(chǎn)條件、安全要求和技術(shù)經(jīng)濟 上的合理等因素,這樣才能選擇一個最佳設(shè)計

28、。71.6 設(shè)計的特點結(jié)構(gòu)堅固、可靠性高、適應(yīng)性廣、易于制造、處理能力大、生產(chǎn)成本較低、選用的 材料范圍廣、換熱表面的清洗比較方便;設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量少;機械加工 和制造安裝合理方便; 檢修容易; 設(shè)備的使用壽命長; 有足夠的機械強度; 操作費用低。8第二章 設(shè)計主要參數(shù)9第二章 設(shè)計主要參數(shù)2.1 原始數(shù)據(jù)管程 殼程 介質(zhì):減三線油 初底油 設(shè)計壓力:1c P =2.5MPa 2c P =2.8MPa 設(shè)計溫度:335C 0 300C 0 入口溫度:' 1t =315C 0 ' 2t =255C 0 出口溫度:" 1t =270C 0 " 2t

29、=275C 0地震等級:7級 場土類別:二級焊縫系數(shù):=0.85 碳鋼腐蝕余量:2C =4mm 容器類別:二級 換熱面積:0F =2502m2.2 定性溫度及物性參數(shù)密度(3mkg :1=927 2=903.8ckg kj 0. :1P C =1.9 2P C =2.0粘度(:1=4100. 2- 2=4103. 1- 導(dǎo)熱系數(shù)(m kj 0. :1=0.12 2=0.13定性溫度 " ' t t +=:1t =292.5 2t =265普朗特常數(shù):17. 3Pr 1= 2Pr 2=10第三章 零件結(jié)構(gòu)型式的選擇3.1 前端管箱A 型(平蓋管箱 前端管箱形式中 A ,裝有管箱

30、平蓋(或稱盲板,清洗管程時 只要拆開盲板即可, 而不必拆卸整個管箱和與管箱相連的管路, 缺點是盲板結(jié)構(gòu)用材多, 且尺寸較大時得用鍛件,耗費大量機加工工時,提高制造成本,增加一道密封的泄漏可 能。一般多用于 DN<900mm 的浮頭式換熱器中。B 型封頭管箱型。用于單程或多程管箱,優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,便于制造,適于高壓, 清潔介質(zhì),可省掉一塊造價高的盲板、法蘭和幾十對螺栓,且橢圓封頭受力情況要比平 端蓋好得多,缺點是檢查管子和清洗管程時必須拆下連接管道和管箱,但這種形式用的 最多。本設(shè)計在考慮了操作的方便,且考慮 B 型管箱的優(yōu)點后,選取 B 型封頭管箱型為 前端管箱。圖 3-1 前端管箱第三

31、章 零件結(jié)構(gòu)形式的選擇3.2 殼體一般換熱器上使用單程殼體, 由于選取的換熱管根數(shù)不多, 因此可以選取單程殼體, 代號為 E 。3.3 后端管箱由于所設(shè)計是浮頭式換熱器,一般都會采用帶鉤圈的浮頭結(jié)構(gòu),所以此處選用代號 為 S 的鉤圈式浮頭管箱。3.4 管束分程和分程隔板的布置3.4.1 管束分程在設(shè)計中,如采用多管程,則需要在管箱中安裝分程隔板。分程時,應(yīng)使各程管子 數(shù)目大致相等,隔板形式要簡單,密封長度要短。為使制造、維修和操作方便,一般采 用偶數(shù)管程。但程數(shù)不宜太多,否則隔板本身將占去相當(dāng)大的布管用的面積,而且在殼 程中形成許多旁路,影響傳熱。隨著程數(shù)的增加,換熱器的傳熱效率下降且與錯流傳

32、熱 接近。故選用雙管層就可以滿足要求,其中管束分程方法常采用平行方式。3.4.2 分程隔板的布置在換熱器中,不論是管外還是管內(nèi)的流體,要提高它們的傳熱系數(shù),通常是采用設(shè) 置隔板的方法來增加程數(shù)以提高流體流速實現(xiàn)其目的。 在設(shè)計時要求管箱隔板的密封面 與管箱法蘭密封面,管板密封面與分程槽面必須處于同一基面,如下圖所示:11 12圖 3-2 分程隔板本設(shè)計管程隔板形式采用上圖中最常用的結(jié)構(gòu)形式(a 。3.5 換熱管3.5.1 換熱管的長度根據(jù) 鋼制管殼式換熱器 GB151-1999 1規(guī)定, 換熱管的長度推薦采用:1.0、 1.5、2.0、 2.5、 3.0、 4.5、 6.0、 7.5、 9.0、 12