1、亦春理NV-.，:,Changchun University of Science and Technoilogy化工原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目換熱器學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)過(guò)程裝備與控制工程姓名謝峰學(xué)號(hào)100331108指導(dǎo)教師孟憲宇設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)條件某生產(chǎn)過(guò)程的流程如圖3-20所示。反應(yīng)器的混合氣體經(jīng)與進(jìn)料物流換熱后，用循環(huán)冷卻水 將其從110C進(jìn)一步冷卻至60C之后，進(jìn)入吸收塔吸收其中的可溶性組分。已知混合氣體的流 量為225801kg汕,壓力為6.9Mpa ,循環(huán)冷卻水的壓力為0.4Mpa ,循環(huán)水的入口溫度為29C,出口的溫度為39C，試設(shè)計(jì)一列管式換熱器，完成生產(chǎn)任務(wù) 已知：混合氣體在

2、85C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）密度：=90 kg m3定壓比熱容Cpi = 3.2 9 7j k先熱導(dǎo)率1=0.02 7v9mL粘度叫=i.5 1如 a s循環(huán)水在34C下的物性數(shù)據(jù):密度：1 =99 4 燉帛定壓比熱容Cpi = 4.1 714,jkp熱導(dǎo)率1 =0624w. mLK 粘度叫=0.742 10'PaLs目錄第一章緒論1.1.1換熱器的類(lèi)型1.1.2換熱器11.3換熱器類(lèi)型的選擇 2.第二章確定設(shè)計(jì)方案 .4.2.1選擇換熱器的類(lèi)型 4.2.2管程安排 4.第三章確定物性數(shù)據(jù) .5.第四章估算傳熱面積 .6.4.1熱流量6.4.2平均傳熱溫差.6.4.

3、3傳熱面積6.4. 冷去卩水用量.6.第五章工藝結(jié)構(gòu)尺寸 .7.5.1管徑和管內(nèi)流速7.5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)7.5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)7.5.4傳熱管排列和分程方法 8.5.5殼體內(nèi)徑8.5.6折流板8.5.7其他附件8.5.8 接管8.第六章?lián)Q熱器核算10.6.1熱流量核算1.0.殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 10管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)10污垢熱阻和管壁熱阻 11傳熱系數(shù)Ke11傳熱面積裕度126.2壁溫計(jì)算12.6.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力13管程流體阻力13殼程阻力13換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果：14第七章強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算1.6.7.1筒體壁厚計(jì)算167.2外頭蓋短節(jié)、封頭厚度計(jì)算：167.3管箱

4、短節(jié)、封頭厚度計(jì)算：1.77.4管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核187.5殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核：197.6固定管板計(jì)算： 207.7浮頭管板及鉤圈： 217.8無(wú)折邊球封頭計(jì)算：217.9浮頭法蘭計(jì)算：22結(jié)論23.參考文獻(xiàn)：24.第一章緒論1.1換熱器的類(lèi)型列管式換熱器又稱(chēng)為管殼式換熱器， 是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用, 主要有殼體、管束、管板、折流擋板和封頭等組成。一種流體在關(guān)內(nèi)流動(dòng)，其行程稱(chēng)為管程； 另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱(chēng)為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料 范圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、高壓和大型

5、裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流 體流速，往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短 路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍流程度大為增加。列管式換熱器中，由于兩流體的溫度不同，使管束和殼體的溫度也不相同，因此它們的熱 膨脹程度也有差別。若兩流體溫差較大（50C以上）時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形， 甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。12換熱器換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門(mén)的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。由 于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類(lèi)型也是多種多樣。按用途它可分為加熱器、

6、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交換 的原理和方式可分為三大類(lèi)：混合式、蓄熱式、間壁式。間壁式換熱器又稱(chēng)表面式換熱器或間接式換熱器。在這類(lèi)換熱器中，冷、熱流體被固體壁 面隔開(kāi)，互不接觸，熱量從熱流體穿過(guò)壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類(lèi)換熱器適用于冷、熱流體不允許 直接接觸的場(chǎng)合。間壁式換熱器的應(yīng)用廣泛，形式繁多。將在后面做重點(diǎn)介紹。直接接觸式換熱器又稱(chēng)混合式換熱器。在此類(lèi)換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互混合 傳遞熱量。該類(lèi)換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高，適用于冷、 熱流體允許直接接觸和混合的場(chǎng)合 常見(jiàn)的設(shè)備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。蓄熱式換熱器又稱(chēng)回流式換熱器或蓄熱器。此類(lèi)

7、換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱體, 將熱量由熱流體傳給冷流體。當(dāng)蓄熱體與熱流體接觸時(shí)，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升 高后，再與冷流體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而達(dá)到換熱的目的。此類(lèi)換 熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。其缺點(diǎn)是設(shè)備的體積龐大，且 不能完全避免兩種流體的混合。工業(yè)上最常見(jiàn)的換熱器是間壁式換熱器。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，間壁式換熱器可以分為管殼式換 熱器和緊湊式換熱器。緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、套管式、蛇管式等類(lèi)型的換熱 器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備

8、，在許多工業(yè)部門(mén)被大量采用。列管 式換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固，能承受高溫高壓，換熱表面清洗方便，制造工藝成熟，選材范圍 廣泛，適應(yīng)性強(qiáng)及處理能力大等。這使得它在各種換熱設(shè)備的競(jìng)相發(fā)展中得以繼續(xù)存在下來(lái)。使用最為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內(nèi)。 因此，這種換熱器也稱(chēng)為管殼式換熱器。常見(jiàn)的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固 定管板式、浮頭式和U形管式等幾種類(lèi)型。1.3換熱器類(lèi)型的選擇根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求，介紹幾種 常見(jiàn)的列管式換熱器。1. 固定管板式換熱器這類(lèi)換熱器如圖1-1所示。固定管辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體

9、連為一體，管子則固定于管板 上，它的結(jié)余構(gòu)簡(jiǎn)單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測(cè)清洗 困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱 膨脹時(shí)，用使用管子于管板的接口脫開(kāi)，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。團(tuán)-1闔定TT板迖換熱器1 -ifr流扔扳 2営泉 3浚沐 4抖頭 56瞥版2. U型管換熱器U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上， 其管程至少為兩程。管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與 U型環(huán)熱管由溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。 U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一塊管板，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以抽出，管 間

10、清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低; 管束最內(nèi)程管間距大，殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換，因而報(bào)廢率較高。此外，其造價(jià) 比管定管板式高10%左右。1-2 U馳皆貳換聽(tīng)裾3. 浮頭式換熱器浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與外科固定連接，可 在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱(chēng)為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存 在，殼體或環(huán)熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便與管內(nèi) 管間的清洗。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封不嚴(yán)，易 發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。圖

11、1-3 浮頭式換熱器1殼帶 一【司走館板 白一腳扳 4一浮頭鉤圈法蘭 3浮制憐梅 白一厚頭盃4. 填料函式換熱器填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采 用填料函密封。管束可以自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式 換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低；管束可 以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函乃嚴(yán)不高，殼程介質(zhì)可 能通過(guò)填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。圏1-4 雖料函忒換熱豔1 活刮TT楓 2 境料從灘 -V -ifl料 4 irt料函 S縱向冊(cè)

12、板第二章確定設(shè)計(jì)方案2.1選擇換熱器的類(lèi)型兩流體溫度的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度 110C，出口溫度60C ;冷流體進(jìn)口溫度29C, 出口溫度39C，該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因 素，估計(jì)該換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大，因此初步確定選用浮頭式換熱器。2.2管程安排從兩物流的操作壓力看，應(yīng)使混合氣體走管程，循環(huán)冷卻水走殼程。但由于循環(huán)冷卻水較 易結(jié)垢，若其流速太低，將會(huì)加快污垢增長(zhǎng)速度，使換熱器的熱流量下賤，所以從總體考慮， 應(yīng)使循環(huán)水走管程，混和氣體走殼程。第三章確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值

13、。故殼程混和氣體的定性溫度為110 60T= 2=85C管程流體的定性溫度為39 29t= 2=34根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。對(duì)混合氣體來(lái)說(shuō)，最可靠的無(wú) 形數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)值。若不具備此條件，則應(yīng)分別查取混合無(wú)組分的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，然后按照相應(yīng) 的加和方法求出混和氣體的物性數(shù)據(jù)。混和氣體在85C下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下（來(lái)自生產(chǎn)中的實(shí)測(cè)值）：密度二i =90kg. m3定壓比熱容Cpi =3.297 kj kgLc 熱導(dǎo)率 i =0.0279w mL粘度叫=1.5 10'PaLs循環(huán)水在34C下的物性數(shù)據(jù)：密度：?9 9 4炮m定壓比熱容cp1二4.174"%

14、熱導(dǎo)率1 =0.624w mLK粘度 1 = 0.742 10aLs第四章估算傳熱面積4.1熱流量Q = m1cpr'：t1=225801 X 3.297X (110-60) / 3600 = 10339.8 kw4.2平均傳熱溫差先按照純逆流計(jì)算，得:= 48.3K(110-39) -( 60 -29),11039In60 -294.3傳熱面積為求得傳熱面積A，需先求出傳熱系數(shù)K，而K值又與給熱系數(shù)、污垢熱阻等有關(guān)。在換 熱器的直徑、流速等參數(shù)均未確定時(shí)，給熱系數(shù)也無(wú)法計(jì)算，所以只能進(jìn)行試算。假設(shè) K=340W/( m2 k)則估算的傳熱面積為3=630m10339.8 10340

15、48.34冷卻水用量m Q 10339.8247.7kg/s = 891789kg/hCpi 如4.174 "0第五章工藝結(jié)構(gòu)尺寸5.1管徑和管內(nèi)流速選用25X 2.5較高級(jí)冷拔傳熱管(碳鋼)，取管內(nèi)流速u(mài)1=1.4m/s5.2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)V 891789/(3600 994.3)n2567-di2u0.785 0.02 14按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為63014m兀 do ns 兀匯 0.025x 567按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì), 現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=7.5m，則該換熱器的管程數(shù)為L(zhǎng) 14

16、Np節(jié)f 2管程)傳熱管總根數(shù)Nt=567X 2=1134根)5.3平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均溫差校正系數(shù)有r=TT10 一 60=5七2 X39297_t139 -2911029= 0.124按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查圖 5-19 (a)得= 0.96平均傳熱溫差'：t"'''：tm逆 = 0. 9648. 3 46.由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于 0.9,同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適5.4傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列取管心距t=1.25d0,則t=1.25 X 25=31.25"

17、; 32（mm）隔板中心到離其最近一排管中心距離按式（3-16）計(jì)算S=t/2+6=32/2+6=22 mm各程相鄰管的管心距為44伽。管數(shù)的分成方法，每程各有傳熱管567根，其前后關(guān)鄉(xiāng)中隔板設(shè)置和介質(zhì)的流通順序按圖3-14選取。5.5殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按式（3-19）估算。取管板利用率n =0.7，則殼體內(nèi)徑為D=1.05t Nt/" =1.05 32,1134/0.7 = 1352mm按卷制殼體的進(jìn)級(jí)檔，可取 D=1400mm5.6折流板采用圓缺折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為h=0.25X 1400=350m,故可 取 h=35

18、0mm取折流板間距B=0.3D，貝UB=0.3X 1400=420mm，可取 B 為 450mm。傳熱管長(zhǎng)折流板數(shù)目NB=折流板間距十450一1 =14.514根據(jù)實(shí)際情況，折流板數(shù)目取10個(gè)5.7其他附件拉桿數(shù)量與直徑按表4-9選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為1400mm,故其拉桿直徑為 16拉桿 數(shù)量不得少于&殼程入口處，應(yīng)設(shè)置防沖擋板，如圖 3-17所示。5.8接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體流速為 u10m/s，則接管內(nèi)徑為4VDi 二4 225801/(3600 9。). 0.298m3.14 10圓整后可取管內(nèi)徑為310mm。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)液體流速u(mài)2 二 2.5

19、m/s則接管內(nèi)徑為D2891789/(36 00x994.3) _ ° 36m 3.14x2.5- . m圓整后去管內(nèi)徑為370mm第六章?lián)Q熱器核算6.1熱流量核算殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)用克恩法計(jì)算據(jù)式（5-72）當(dāng)量直徑% =0.36么 Re00.55 Pr：3(上)0.14 deJw4仝 t2=d。2240.02mde=-do殼程流通截面積SoBD（1-答。.必皿辟）5“213m殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為=4 . 8n8s5801/(36 00 90)U0 一 0.1427duPRe 二丁0.02 4.88 90-5匸5 1055.86 10普朗特?cái)?shù)Cp»P站-2-1.77

20、33.297 1.5 100.0279LL()0.14粘度校正0.02790.551/320“365860001.773 = 904w/ m管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)據(jù)式(5-63a)i 0.80.4-：»= 0.023 Re Prdi管程流體流通截面積2 2=兀/4漢0 Q2 x 1134/2 = 0.178口管程流體流速=1.40m/s891789/(36 00 994.3)0.178Ui 二Re0.02 1.4 994.30.742 10=37520普朗特?cái)?shù)3 -34.17恥 10742 爼 0 _ 4 96 0.6240.6240 80 4、斗 / 2:1=0.02337520 .4.

21、96 . =6 2 18/(m.0.02污垢熱阻和管壁熱阻按表5-5,可取2管外側(cè)污垢熱阻Ro=0.4m k/kw管內(nèi)側(cè)污垢熱阻Ri =0.58m k/kw45.3w/(m K)。Rw =b管壁熱阻按式計(jì)算，依附錄4查表知，碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為Rw = 00025 =0.000055(m2 k/w)所以 45.3Rd。Rwd。didmRo傳熱系數(shù)Ke252510.000580.0000550.0004)2022.5904傳熱面積裕度依式（5-23）可得所計(jì)算傳熱面積 Ac為八Q110339800 匚"2A c533 mA K，tm 401 48.3 m該換熱器的實(shí)際傳熱面積為 A

22、p2Ap = dolN t =3.14 0.025 7 1134 = 623口H6-53316.88%533該換熱器的面積裕度為Ac傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。6.2壁溫計(jì)算因?yàn)楣鼙诤鼙?，而且壁熱阻很小，故管壁溫度可按?-42計(jì)算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確?？煽浚⊙h(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為15C，出口溫度為39C計(jì)算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁溫升高， 降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較 大。計(jì)算中，應(yīng)該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算傳熱

23、管壁溫。于 是，按式4-42有W式中液體的平均溫度tm和氣體的平均溫度分別計(jì)算為tm0.4X 39+0.6X 15=246CTm =(110+60)/2=85Ci 6218w/mk0 _904w/tf k傳熱管平均壁溫tw-32.2 C85/621824.6/9041/62181/904殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=85 C。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為.t =85-32.2 =52.8 °C。該溫差較大，故需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。由于換熱器殼程壓力較大，因此，需選用浮頭式換熱器較為適宜。6.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力管程流體阻力Pi = （ Pi ：Pr）NsNpFtNs

24、=1,N2,p i -di 2由Re=37520,傳熱管對(duì)粗糙度0.1/20=0.005,查莫狄圖得廣0.034，流速u(mài)=1.4m/s 二 994.3kg/m3，所以,2也 Pi =0.034 x 7/0.02 汶1 4 乂99 4V2 = 15 280（ Pa甘9943 J.4 1.< 2923（Pa）P =(15282923 1.5 54609( Pa管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。殼程阻力按式（6-4）計(jì)算Ps =（ p：P2）FsNs Ns =1Fs =1=Ffo n/NB流體流經(jīng)管束的阻力1）F =0.5_-0.288f 0 =5 5860 0 0 7 1091050.5nNT =

25、1.1 1134 =37Nb"Uo=4.88m/s:p = 0.5 0.1091 37 15290 4.882=32444(Pa)流體流過(guò)折流板缺口的阻力2h'Uo2P2 二 Nb(3.5)h = 0.45mJ. 2D = 1.45mD2J220.4590=<J QQp =14 (3.5-)4.88 = 42866Pa21.42總阻力Ps =32444+42866=75310Pa由于該換熱器殼程流體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表:參數(shù)管程殼程流量/kg/h891789225801進(jìn)/出口溫度廠c

26、29/39110/60壓力/MPa0.46.9物 性定性溫度/c3485密度/ (kg/m3)994.390定壓比熱容/kj/ (kg?k)4.1743.297粘度/ (Pa?s)0.742X 101.5X 10°熱導(dǎo)率(W/m ?k)0.6240.0279普朗特?cái)?shù)4.961.773設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式浮頭式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑血1400臺(tái)數(shù)1管徑/ mm 25X 2.5管心距/ m44管長(zhǎng)/ m7000管子排列管數(shù)目/根1134折流板數(shù)/個(gè)10傳熱面積/630折流板間距/ m450管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/ (m/s)1.44.88表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/ (tf?k)62189

27、04污垢熱阻/ (tf? k/W)0.000580.0004阻力/ MPa0.0546090.074446熱流量/KW10339.8傳熱溫差/K48.3傳熱系數(shù)/W/ (tf?K)401裕度/%16.88%第七章強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算7.1筒體壁厚計(jì)算由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度85°C，設(shè)計(jì)壓力等于工作壓力為6.9MPa，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16MnR卷制，查得材料85°C時(shí)許用應(yīng)力b 1 =163Mpa ；過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)（第二版）化學(xué)工業(yè) 出版社。、，血、C、C1取焊縫系數(shù) =1,腐蝕裕度C2 =1mm;對(duì)16mnR鋼板的負(fù)偏差=0根據(jù)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)（第二版）化學(xué)工業(yè)出版社：公式（4-13）內(nèi)

28、壓圓筒計(jì)算厚度公式:PQ:.=2"-巳從而:計(jì)算厚度：設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：有效厚度：水壓試驗(yàn)壓力:6.9 1450=31.35mm=2 163 1-6.9、d =、 C2 =31.351 = 32.35mm - d C 3 2. 351 =33. 3 5mm 圓整取n = 34 mm二e =、n -C -C2 = 34-1-1 = 32 mmfePT =1.25Pct =1.25 6.9 1 =8.625Mpa所選材料的屈服應(yīng)力6=325Mpa水式實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核:PT（Di，e）2'e8.625（145032）2漢32=199.7Mp a199.7Mp a ： 0.9二s&qu

29、ot;0.9 0.85 325 = 248.625Mp a水壓強(qiáng)度滿足氣密試驗(yàn)壓力：Pt =Pc =6.9M p7.2外頭蓋短節(jié)、封頭厚度計(jì)算：外頭蓋內(nèi)徑：J =1500mm,其余參數(shù)同筒體:短節(jié)計(jì)算壁厚:=32.3mmPcDi6.9 1500S= 2 " _ PC 二 2 163 1-6.9短節(jié)設(shè)計(jì)壁厚:Sd = S C2 = 32. 3，1 = 33. 3mm短節(jié)名義厚度:Sn =Sd= 3 3. 31 =3 4. 3mm圓整取Sn=36mm有效厚度:Se = Sn Ci C2 =36-1-1. 1=3 3. 9mm壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核:8.625 (1500 33.9)2 33.9

30、= 195Mpa壓力試驗(yàn)滿足試驗(yàn)要求。外頭蓋封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭: 封頭計(jì)算壁厚：PCDi6.9 1500S=2Jl -0.5Pc = 2 163 1 -0.5 6.9=32.1mm封頭名義厚度:Sn =S 6 C2 =32.111.0 = 34.1mm取名義厚度與短節(jié)等厚：Sn = 36mm7.3管箱短節(jié)、封頭厚度計(jì)算:由工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)溫度為34°C，設(shè)計(jì)壓力為0.4Mpa材料許用應(yīng)力!r 1 =170Mpa，屈服強(qiáng)度二s=345Mpa，取焊縫系數(shù)=0.85,選用16MnR鋼板,腐蝕裕度C2=2mm計(jì)算厚度:PcDi0.4 1450S=2'-巳=2 170 0

31、.85 -0.4二 1.94mm設(shè)計(jì)厚度:Sd =S C2 = 1.94 2 = 3. 9 4 m m名義厚度：Sn = Sd C 3. 94mm結(jié)合考慮開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)及結(jié)構(gòu)需要取Sn =8mm有效厚度：Se = Sn - C1 - C 2 = 8 - 2 - 0. 8=5. 2mm壓力試驗(yàn)強(qiáng)度在這種情況下一定滿足。管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同，取Sn =8mm7.4管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，接管尺寸為 "377 9，考慮實(shí)際情況選20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴躡】=130Mpa 377><9 C2 =1mm接管計(jì)算壁厚:SPcDit 2V- h - Pc0.4 3772

32、 130 1 0.4=0.58mm接管有效壁厚：Set Snt - C1 - C2 =9-1-9 0.1 56.65mm開(kāi)孔直徑:d=dj 2C=377 -2 9 2 2.35=363.7 mm接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度：B=2d = 2 363.7 = 727.4mm接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：、d&t = 363.7 9 二 57. 2mm需補(bǔ)強(qiáng)面積：A = dS = 363.7 1.94 = 705.6 mm2可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積：A1( B-d)(Se-S)() (6 -1.94) = 1476. 6 m rnA2h1(Set-St)=2 57.2 (6.65 -0.68) 130/170 =

33、522.3mm2A1 A2 =1476.6 522.3 =1998.9 A = 705. 6m 吊該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)7.5殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核:開(kāi)孔校核采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法。選取20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴芏Ｐ?5 12鋼管許用應(yīng)力:b t =137MpaC2 二1mm接管計(jì)算壁厚:St6.9 325t7.98mm2“Pc 2 137 1 6.9接管有效壁厚:Set 二Snt 一Ci -C? =12-1-12 0. 15 9. 2mm開(kāi)孔直徑:d =di 2C =325 -2 12 2 (1 12 0.15)= 30 6. 6 mm接管有效補(bǔ)強(qiáng)厚度：B =2d =2 306.6 = 62

34、3.2mm接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度：=d&t = 306.6 12 =6 0. 7mm需要補(bǔ)強(qiáng)面積：A =d、= 306.6 30.3 = 9 2 9 mm2可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為：2A1 =( B-d)(、e)=(613.2 -306.6) (32 -30.3) = 52 1 mmA2h1(Set-St)=2 60.7 () 137/170 =119.4mm2尚需另加補(bǔ)強(qiáng)的面積為：A4 >A -A1 - A? = 9290-521-1 1 9. 48649. 6nim補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：Sk =A4B -d。8649. 63 0mm6 1 32 -325實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)圈與筒體等厚:Sk = 34

35、mm則另行補(bǔ)強(qiáng)面積:A4 二SK(B-d0) =34 (613.2 -325) = 97 98. 8mimA, A2 A 4 =383.25 119.4 9798.8 =10439.2mm2 A=9290mm同時(shí)計(jì)算焊縫面積A3后，該開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度的足夠。7.6固定管板計(jì)算:固定管板厚度設(shè)計(jì)采用BS法。假設(shè)管板厚度b/OOmm總換熱管數(shù)量 n =1292;一根管壁金屬橫截面積為：' 2 2 2 2 2a -（d2 -dj（25 -202）1 7 66 m m44開(kāi)孔溫度削弱系數(shù)（雙程）：、0.5兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度（除掉兩管板厚）L取6850mm計(jì)算系數(shù)K:naK2 =1.32D b

36、p #Lb 1400 1292X76.6, “= 1.3215.081000.5X6850S00取 K = 3.88接管板筒支考慮，依K值查化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)化學(xué)工業(yè)出版社：圖4-45,圖 4-46,圖 4-47 得：G1 =2.9,G2 °.65,6 =28管板最大應(yīng)力：1( R-R) G21()(- 0.65)7 -:匕_60.607= 57.4MpaJ宀=丄 6.41( 6_ 0.4)280.233 IL0.607二-101.2Mp a筒體內(nèi)徑截面積： 2 ：2 2A Di 1400 =1538600 mm44管板上管孔所占的總截面積：nn 2 129勿22C d225 = 633888mm244A-C 1 5 3 8 60633 8 8 8丸=0 . 5 8 8系數(shù)A1 5 3 8 6 0 0一 na =1 2 921 7 6.6 ,.252系數(shù)A-C 1 5 3 86 06B3 88 8殼程壓力:Ps = 6. 9 M p管程壓力:P| = 0.4Mp a當(dāng)量壓差：Pa 二 Ps-R(1 J =