化工原理課程設(shè)計——換熱器的設(shè)計.doc

1、中南大學(xué)化工原理課程設(shè)計說明書題目：煤油冷卻器的設(shè)計學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院班級：化工 0802學(xué)號：1505080802姓名：*指導(dǎo)教師：邱運仁時間：2010年 9月目錄 .-2-1.1. 題目1.2. 任務(wù)及操作條件1.3. 列管式換熱器的選擇與核算 .-3-2.1.2.2.2.3. .-5-3.1.3.2.3.3.3.4.3.5. .-9-4.1.4.2.4.3.4.4.4.4.4.6.4.7.4.8.4.9.4.10.4.114.12.4.13.(BI)4.14. .-21-5.1.5.2. .-25-6.1.6.2.6.3.6.4. .-28- .-29- -30-一 . 化工原理課程設(shè)計

2、任務(wù)書1.1. 題目煤油冷卻器的設(shè)計1.2. 任務(wù)及操作條件1.2.1處理能力： 40t/h 煤油1.2.2.設(shè)備形式：列管式換熱器1.2.3.操作條件(1). 煤油：入口溫度 160，出口溫度 60(2).冷卻介質(zhì)：循環(huán)水，入口溫度17，出口溫度 30(3).允許壓強降：管程不大于0.1MPa, 殼程不大于 40KPa(4).煤油 定性 溫度 下的物 性 數(shù)據(jù) =825kg/m3 ，黏 度7.15 10-4 Pa.s ，比 熱 容2.2kJ/(kg. ) ，導(dǎo)熱系數(shù) 0.14W/(m. )1.3. 列管式換熱器的選擇與核算1.3.1.傳熱計算1.3.2.管、殼程流體阻力計算1.3.3.管板厚

3、度計算1.3.4.膨脹節(jié)計算1.3.5.管束振動1.3.6.管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)二.概述2.1. 換熱器概述換熱器是化工、 煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。在化工廠， 換熱器的費用約占總費用的10%20%，在煉油廠約占總費用35% 40%。換熱器在其他部門如動力、原子能、冶金、食品、交通、環(huán)保、家電等也有著廣泛的應(yīng)用。因此，設(shè)計和選擇得到使用、高效的換熱器對降低設(shè)備的造價和操作費用具有十分重要的作用。在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，即簡稱換熱器， 是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛，

4、如表2-1 所示。表 2-1傳熱器的結(jié)構(gòu)分類類型特點固定管剛性結(jié)構(gòu)用于管殼溫差較小的情況（一般50），管間不能清間管洗式列帶膨脹節(jié)有一定的溫度補償能力，殼程只能承受低壓力浮頭式管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合殼 管U型管式管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難壁填料函外填料函管間容易泄露， 不宜處理易揮發(fā)、 易爆炸及壓力較高的式介質(zhì)式式內(nèi)填料函密封性能差，只能用于壓差較小的場合釜式殼體上部有個蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮式雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜， 主要用于高溫高壓場合和固定床反應(yīng)器中套管式能逆流操作， 用于傳熱面積較小的冷卻器、 冷凝器或預(yù)熱器沉浸式用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱螺旋管

5、式只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝噴淋式板式拆洗方便， 傳熱面能調(diào)整， 主要用于粘性較大的液體間換熱板可進行嚴格的逆流操作， 有自潔的作用， 可用做回收低面螺旋板式溫?zé)崮苁絺惆迨浇Y(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小、易堵，要求流體干凈板殼式板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高混合式適用于允許換熱流體之間直接接觸蓄熱式換熱過程分階段交替進行， 適用于從高溫爐氣中回收熱能的場合2.2. 固定管板式因設(shè)計需要，下面簡單介紹一下固定管板式換熱器。固定管板式即兩端管板和殼體連結(jié)成一體，因此它具有結(jié)構(gòu)簡單造價低廉的優(yōu)點。但是由于殼程不易檢修和清洗， 因此殼方流體應(yīng)是較為潔凈且不易結(jié)垢的物料。 當(dāng)兩流體的溫度差較

6、大時，應(yīng)考慮熱補償。有具有補償圈（或稱膨脹節(jié)）的固定板式換熱器，即在外殼的適當(dāng)部位焊上一個補償圈， 當(dāng)外殼和管束的熱膨脹程度不同時， 補償圈發(fā)生彈性變形 （拉伸或壓縮），以適應(yīng)外殼和管束的不同的熱膨脹程度。這種熱補償方法簡單，但不宜用于兩流體溫度差太大（不大于70）和殼方流體壓強過高（一般不高于600kPa）的場合。1- 擋板2-補償圈3-放氣嘴圖 2.2.1.固定管板式換熱器的示意圖2.3. 設(shè)計要求完善的換熱器在設(shè)計和選型時應(yīng)滿足以下各項基本要求：（ 1）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：可以從：增大傳熱系數(shù)提高平均溫差妥善布置傳熱面等三個方面具體著手。（ 2）安全可靠換熱器是壓力容器，在進行強

7、度、 剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時，應(yīng)遵循我國 鋼制石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定和鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定等有關(guān)規(guī)定與標準。（ 3）有利于安裝操作與維修直立設(shè)備的安裝費往往低于水平或傾斜的設(shè)備。 設(shè)備與部件應(yīng)便于運輸與拆卸， 在廠房移動時不會受到樓梯、 梁、柱的妨礙， 根據(jù)需要可添置氣、 液排放口， 檢查孔與敷設(shè)保溫層。（ 4）經(jīng)濟合理評價換熱器的最終指標是：在一定時間內(nèi)（通常 1 年內(nèi)的）固定費用（設(shè)備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費）等的總和為最小。在設(shè)計或選型時，如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要，這一標準就尤為重要了。三 . 熱量設(shè)計3.4. 計算總傳熱系數(shù)3.

8、4.2.熱流量以熱介質(zhì)煤油為計算標準算它所需要被提走的熱量:Q=m s1 cp1(T1-T 2)=40000x2.2x(160-60)=8800kJ/h=2444.4kw3.4.3.平均傳熱溫差計算兩流體的平均傳熱溫差暫時按單殼程、多管程計算。逆流時，我們有煤油： 160 60水： 30 17從而，t 130-43m=78.6而此時，我們有：P=t2-t 130-1713=0.091=T1-T2160-17143T1-T2160-60100R=7.69t2 -t130-1713式中：T1 ,T2 熱流體（煤油）的進出口溫度，；t1， t2 冷流體（自來水）的進出口溫度，；R2+11-P2-P(

9、1+R-R2+1 ) =lnlnR2+1 )R-11-PR2-P(1+R+7.69 2+11-0.0912-0.091X(1+7.69-7.69 2+1lnln7.69-11-0.091x7.692-0.091X(1+7.69+7.69 2+1=0.961 0.9 符合要求則平均傳熱推動力：tm= tm,逆 =0.961x78.6=75.5 3.4.4.冷卻水用量由以上的計算結(jié)果以及已知條件，很容易算得：Q=8800000/4.185x(30-17)=161750 /hQc=C pc (t2t1 )3.1. 初選換熱器的類型兩流體的溫度變化情況如下：（ 1）煤油：入口溫度 160，出口溫度 6

10、0；（ 2）冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度17，出口溫度 30；該換熱器用循環(huán)冷卻自來水進行冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考略到這一因素，估計所需換熱器的管壁溫度和殼體溫度之差較大， 需考慮熱膨脹的影響， 故從安全方便考慮可以采用帶有膨脹節(jié)的管板式換熱器3.3. 確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。殼程流體（煤油）的定性溫度為：T= (160+60)/2=110管程流體（水）的定性溫度為：t= （30+17） /2=23.5在定性溫度下，分別查取管程和殼程流體( 冷卻水和煤油 ) 的物性參數(shù)，見下表：密度 / （ /m3）比熱容 / （

11、kJ/kg ?）粘度 / （Pa?s）導(dǎo)熱系數(shù) / （ W/m?）煤油8252.27.15 10-40.14水997.34.1859.25 10-40.6063.2. 管程安排 ( 流動空間的選擇) 及流速確定已知兩流體允許壓強降分別不大于0.1MPa,40kPa ；兩流體分別為煤油和水。與煤油相比，水的對流傳熱系數(shù)一般較大。由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若其流速太低，將會加快污垢增長速度，使換熱器的熱流量下降，考慮到散熱降溫方面的因素，應(yīng)使循環(huán)自來水走管程，而使煤油走殼程。流體種類表3-2.列管式換熱器內(nèi)的適宜流速范圍流速 / （m/s ）管程殼程冷卻水13.50.51.5一般液體 ( 黏度不高

12、)0.53.00.21.5低黏油0.81.80.41.0高黏油0.51.50.30.8由上表，我們初步選用 252.5 的碳鋼管，則管內(nèi)徑d =25-2.5 2=20mmi管內(nèi)流速取 ui =1.6m/s, 從管內(nèi)體積流量為： i = n ( /4) 0.02 21.6 36300=161750/997.3=162.6m3/h解得 n=90傳熱面積： A=n d。 L=24444.4 103/(350 75.5)=92.5 可以求得單程管長 L=92.5/3.14 0.025)=13.09m若選用 4.5m 長的管，需要 4 管程，則一臺換熱器的總管數(shù)為 490=360 根.查化學(xué)工業(yè)出版社第

13、三版譚天恩主編的 ?化工原理 ?附錄十九，可以初步確定換熱器的主要參數(shù)見下表：項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)殼徑 D(DN)800mm管尺寸 25mm2.5mm管程數(shù) Np(N)4管長4.5m管數(shù) n442管排列方式組合式排列中心排管數(shù) nc23管心距32mm管程流通面積 S0.0347m 2傳熱面積152.7m 2i注：由于是多程，故為了方便安裝分程板，采用組合式排列跟方便。對表中的數(shù)據(jù)進行核算：每程的管數(shù) n1=n/Np=422 4=110.5, 管程流通面積si =( /4) 0.02 2110.5 0.03471 與表中的數(shù)據(jù)0.0347 相符的很好傳熱面積 A=d0 Ln=3.14 0.025 4

14、.5 442156.2稍大于表中152.7 ,這是由于管長的一部分需用于在管板上固定管子，應(yīng)以表中的值為準由于換熱管是組合式排列， 除在分程板兩側(cè)采用正方形排列外， 大部分地方采用的是正三角形排列，故中心排管數(shù)可以按照正三角形排列的形式計算：中心排管數(shù) n c 1.1n =1.1 442=24 23阻力的計算管程vi 流速 u i = 3600 =162.2=1.3m/ssi3600 x0.0347u d=1.3 997.30.02 =28032 2000 雷諾數(shù) Rei =iii2流動形式為湍流由 /d=0.005 Rei =28032 帶入經(jīng)驗公式 =0.1 （ /d+ 68/Re ）可得

15、 i =0.03238管內(nèi)的阻力損失 P =ilu 2 )/2=0.032384.51.32 997.3 0.02i( iidi2=6139.6Pa回彎阻力損失Pr=3(ui 2 i ) /2=31.3 2997.3 2=2528.2Pa則管程內(nèi)總壓降為： Pt=(Pi + Pr)FtNsNp=(6139.6+2528.2) 1.4 4=48539.7Pa =48.54KPa 0.1MPa故殼程的壓降滿足題目中的要求殼程取折流擋板間距為h=0.2m計算截面積 S 0 =h(D- ncd0=0.2(0.8-24 0.025)=0.04 計算流速 u 0 =40000=0.34m/s36000.0

16、4825雷諾數(shù)的計算Re 0 = u00d 0=0.025 0.34 825(3 103 )=2338Re0500摩擦系數(shù) f 0 = 5.0/( Re 0 0.228 )=5.0 2338 0.228 =0.85則折流擋板數(shù) NB = l -1=4.5 0.2-1=22h管束的損失 P1=Ff 0nc(NB+1)(u020 ) =0.5 0.85 24(22+1) 8250.34 2 2=11187Pa2B2h00)20.2) (u2/2=22（ 3.5-） 8250.342） /2缺口損失 P =N (3.5-D0.8=3147Pa則殼程損失 Ps=P1+ P2=11187+3147=14

17、334=14.3KPa40KPa即殼程的壓降也滿足題意綜上核算初步認為所選的換熱器適用3.4.5.總傳熱系數(shù)K總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗值見表 3-4 ，有關(guān)手冊中也列有其他情況下的總傳熱系數(shù)經(jīng)驗值，可供設(shè)計時參考。選擇時，除要考慮流體的物性和操作條件外，還應(yīng)考慮換熱器的類型。表 3-4總傳熱系數(shù)的選擇管程殼程總傳熱系數(shù) /W/ （ m3）水（流速為 0.9 1.5m/s ）水（流速為0.9 1.5m/s ）582 698水水（流速較高時）814 1163冷水輕有機物 0.5mPa s467 814冷水中有機物 =0.5 1mPa s290 698冷水重有機物 1mPas116 467鹽水輕有機物 0.

18、5mPa s233 582有機溶劑有機溶劑 =0.3 0.55mPas198 233輕有機物 0.5mPa s輕有機物 0.5mPa s233 465中有機物 =0.5 1mPa s中有機物 =0.5 1mPa s116 349重有機物 1mPas重有機物 1mPas58 233水（流速為 1m/s ）水蒸氣（有壓力）冷凝2326 4652水水蒸氣（常壓或負壓）冷凝1745 3489水溶液 2mPa s水蒸氣冷凝1163 1071水溶液 2mPa s水蒸氣冷凝582 2908有機物 0.5mPas水蒸氣冷凝582 1193有機物 =0.5 1mPa s水蒸氣冷凝291 582有機物 1mPa

19、s水蒸氣冷凝114 349水有機物蒸氣及水蒸氣冷凝582 1163水重有機物蒸氣（常壓）冷凝116 349水重有機物蒸氣（負壓）冷凝58 174水飽和有機溶劑蒸氣 （常壓）冷凝582 1163水含飽和水蒸氣的氯氣（ 50）174 349水SO2 冷凝814 1163水NH3 冷凝698 930水氟里昂冷凝7561） . 管程傳熱系數(shù)：i =Re 28032c p ui4.1851030.925 10 36.388Pri =0.606iN =ui=0.023 Re0.8 Pr 0. 40.02328032 0.86.3880. 4=174.58 i =0.023idi uii)0.8(c pui

20、)0.4di(ii= Nui ( i )=174.58 ( 0.606 )=5289.9 W/m2?di0.022） . 殼程傳熱系數(shù)：2假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)是：o =500 W/m ?污垢熱阻：R si =0.000344m2 /WRso =0.000172 m 2 /W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)：=45 m2 /W管壁厚度：b=0.0025內(nèi)外平均厚度：dm=0.0225在下面的公式中，以外管為基準，代入以上數(shù)據(jù)得：K1dodobd o1Rsoi diRsididio=1 (0.025+0.000344 0.025+0.00250.025 +0.000172+1)5289.80.020.020.0245

21、5002=320W/m?3.5計算傳熱面積由以上的計算數(shù)據(jù)，代入下面的公式，計算傳熱面積：AQ2444.4103101.2m2Ktm320 75.5與換熱器列出的傳熱面積A=152.7 比較有152.7 101.2 有近 34%的裕度，從阻力損失和傳152.7熱面積來看所選的換熱器適用。四 .機械結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1. 管徑和管內(nèi)流速換熱器中最常用的管徑有19mm 2mm和 25mm 2.5mm。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；同時，對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大， 單位傳熱面積的金屬耗量更少。所以，在管程結(jié)垢不很嚴重以及允許壓力降較高的情況下，采用 19

22、mm 2mm直徑的管子更為合理。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應(yīng)常用較大直徑的管子。標準管子的長度常用的有1500mm，2000mm，2500mm，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m等。換熱器的換熱管長度與公稱直徑之比一般為4 25, 常用的為 610選用 25 2.5 的碳鋼管，管長4.5m, 速取 ui=1.3m/s4.2. 管程數(shù)和傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管的內(nèi)徑和流速，可以確定單程傳熱系數(shù)：ns=V67056 .7 /(3600994)119.4 120(根 )di 2ui0.7850.0220.54按單程計算，所需傳熱管的長度是：LS10711.4mdo n

23、s3.140.025 120若按單程管計算，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，可見取傳熱管長l=6m，則該傳熱管程數(shù)為：N pL11.4（2管程）l2則傳熱管的總根數(shù)為：N=Np ns =2 120=240（根）4.3. 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)由前面的計算已求得，按單殼程、多管程計算，逆流時：tm = (140 40)( 40 30)39.1 ln 140404030而此時，我們有：P= t2t140300.09T1t114030R=T1T21404010t2t14030由圖 4-19（參見天津大學(xué)出版社的化工原理 （上冊修訂版） 233 頁）可查得： t =0.820.8 ，所以，修正后的傳熱

24、溫度差為：tm =tm t =39.1 0.82=32 于是，校正后的平均傳熱溫差是32，殼程數(shù)為單程，管程數(shù)為2。4.4.殼程內(nèi)徑及換熱管選型匯總4.4.1殼體內(nèi)徑采用多管程（ 2 管程）結(jié)構(gòu)，D=a（ b-1 ） +2e式中D 殼體內(nèi)徑， mm；a 管心距， mm；b 橫過管束中心線的管數(shù)，管子按正三角形排列：b =1.1n；管子按正方形排列：b =1.19n， n 為換熱器的總管數(shù)；e管束中心線上最外層管中心到殼體內(nèi)壁的距離，一般取e=（1 1.5）d0。殼徑的計算值應(yīng)圓整到最接近部頒標準尺寸，見表所以，代入數(shù)據(jù)我們有：D=32*18+2* （ 1.01.5 ）*254.5 。=6266

25、51mm取 D=600mm4.4.2. 換熱管的選型匯總根據(jù)以上的計算可以得到如下的計算結(jié)果：DN,mm600管程數(shù)2殼程數(shù)1管子規(guī)格25*2.5管子根數(shù)240中心排管數(shù)19管程流通面積， m20.03768換熱面積， m2100換熱器長度， mm6000通過查表，可以發(fā)現(xiàn)下面的結(jié)構(gòu)尺寸的換熱器和所需的比較接近，故而選擇該種換熱器：DN,mm600管程數(shù)2殼程數(shù)1管子規(guī)格25*2.5管子根數(shù)232中心排管數(shù)16管程流通面積，20.0364m換熱面積， m2107.5換熱器長度， mm60004.5. 折流板設(shè)置折流板的目的是為了提高流速，增加湍動， 改善傳熱， 在臥式換熱器中還起支撐管束的作用

26、。常用的有弓形折流板（圖1-20 ）和圓盤 - 圓環(huán)形折流板（圖1-21 ），弓形折流板又分為單弓形 圖 1-20 （ a） 、雙弓形 圖 1-20 （ b） 、三重弓形 圖 1-20 （ c） 等幾種形式。單弓形折流板用得最多， 弓形缺口的高度 h 為殼體公稱直徑 Dg的 15% 45%，最好是 20%，見圖 1-22（ a）；在臥式冷凝器中， 折流板底部開一 90的缺口， 見圖 1-22（ b）。高度為 1520mm，供停工排除殘液用； 在某些冷凝器中需要保留一部分過冷凝液使凝液泵具有正的吸入壓頭，這時可采用帶堰的折流板，見圖1-22 （ c）。在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體

27、繞到折流板背后接近殼體處，會有一部分液體停滯起來，形成對傳熱不利的“死區(qū)” 。為了消除這種弊病，宜采用雙弓形折流板或三弓形折流板。從傳熱的觀點考慮，有些換熱器 （如冷凝器） 不需要設(shè)置折流板。但為了增加換熱器的剛度， 防止管子振動， 實際仍然需要設(shè)置一定數(shù)量的支承板， 其形狀與尺寸均按折流板一樣來處理。 折流板與支承板一般均借助于長拉桿通過焊接或定距管來保持板間的距離， 其結(jié)構(gòu)形式可參見圖 1-23 。由于換熱器是功用不同， 以及殼程介質(zhì)的流量、粘度等不同， 折流板間距也不同， 其系列為： 100mm， 150mm， 200mm， 300mm，450mm，600mm， 800mm， 1000m

28、m。允許的最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的 20%或 50mm，取其中較大值。 允許的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)， 當(dāng)換熱器內(nèi)流體無相變時， 其最大折流板間距不得大于殼體內(nèi)徑，否則流體流向就會與管子平行而不是垂直于管子，從而使傳熱膜系數(shù)降低。折流板外徑與殼體之間的間隙越小， 殼程流體介質(zhì)由此泄漏的量越少，即減少了流體的短路，使傳熱系數(shù)提高，但間隙過小，給制造安裝帶來困難，增加設(shè)備成本，故此間隙要求適宜。折流板厚度與殼體直徑和折流板間距有關(guān)，見表5.5.1所列數(shù)據(jù)。表 5.5.1.折流板厚度 / mm殼體公稱內(nèi)相鄰兩折流板間距/mm徑300 450450600600 750750 300/mm

29、200 2503561010400 70056101012700 1000681012161000610121616支承板厚度一般不應(yīng)小于表5.5.2( 左 ) 中所列數(shù)據(jù)。支承板允許不支承的最大間距可參考表5.5.2 （右）所列數(shù)據(jù)。表 4.6.3支承板厚度以及支承板允許不支承的最大間距400900管子外徑 /mm19253857殼體直徑 /mm 4001200800支承板厚度810最大間距 /mm15001800250034006/mm經(jīng)選擇，我們采用弓形折流板，取弓形折流圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為：h=160mm取折流板間距 B=0.3D，則：B=0.3 650=19

30、5mm可取 B=200mm因而查表可得：折流板厚度為5mm，支承板厚度為 8mm，支承板允許不支承最大間距為1800mm。傳熱管長6000（塊）折流板數(shù) N =1B200折流板間距折流板圓缺面水平裝配。4.6. 接管4.6.1.殼程流體進出口時接管取接管內(nèi)油品流速為u=1.0m/s則接管內(nèi)徑為：4V412626 /(3600825)d=3.141.00.074mu所以，取標準管的內(nèi)徑為80mm。查表得， PN4.0MPa的接管外伸長度為 150mm。4.6.2. 管程流體進出口時的接管取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u=1.5m/s ，則接管內(nèi)徑：4 67056.7 /(3600 994)0.15md=1

31、.53.14取標準管徑為 150mm。查表得，查表得，PN6.4MPa的接管外伸長度為200mm。4.6.3. 接管最小位置換熱器設(shè)計之中， 為了使換熱面積得以充分利用，殼程流體進出口接管應(yīng)盡量靠近兩端的管板，而管箱的進出口盡量靠近管箱法蘭，從而減輕設(shè)備重量。所以，殼程和管程接管的最小位置的計算就顯得很必要了。1） . 殼程接管位置的最小尺寸所設(shè)計的為帶補強圈的殼程接管，則殼程接管位置的最小尺寸L1 可用如下公式計算：L1 DH(b 4) C2式子中： DH 補強圈的外圈直徑，mmb管板厚度， mmC補強圈外緣至管板與殼體焊縫之間的距離，mm。而且， C 4S 且 C 32,S為殼體厚度。經(jīng)計

32、算易得，殼程接管位置的最小尺寸為：120mm。2） . 管程接管位置的最小尺寸所設(shè)計的為帶補強圈的管程接管，則管程接管位置的最小尺寸L2 可用如下公式計算：L2 DH(b 4) C2式子中： DH 補強圈的外圈直徑，mmb管板厚度， mmC補強圈外緣至管板與殼體焊縫之間的距離，mm。而且， C 4S 且 C 32,S為殼體厚度。經(jīng)計算易得，管程接管位置的最小尺寸為：140mm。4.7. 壁厚的確定、封頭4.7.1.壁厚查 GB151-99P21表 8 得圓筒厚度為： 8 mm查 JB/T4737-95 ，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，即 8mm 4.7.2. 橢圓形封頭示意圖如下：查表可得其尺寸數(shù)

33、據(jù)，見下表公稱直徑曲面高度直邊高度碳鋼厚度內(nèi)表面積容積質(zhì)量DN（ mm）h1 （ mm）h2 （mm）AVm（ mm）kgm2m26001502580 43740 035327 474.8. 管板管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個重要的受壓器件。4.8.1.管板結(jié)構(gòu)尺寸查（化工單元設(shè)備設(shè)計P25-27 ）得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸：公稱直徑DD1D3D4bcd螺栓孔數(shù)600730690598645361023284.8.2管板與殼體的連接在固定管板式換熱器中， 管板與殼體的連接均采用焊接的方法。 由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，前者的結(jié)構(gòu)見圖1-15 ，其

34、中圖 1-15（ a）形式是在管板上開槽，殼體嵌入后進行焊接，殼體對中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管板較厚時，可采用圖1-15（ b）形式，其焊接時較難調(diào)整。4.8.3.管板厚度管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計算過程較為復(fù)雜，而且從不同角度出發(fā)計算出的管板厚度往往相差很大。一般浮頭式換熱器受力較小，其厚度只要滿足密封性即可。對于脹接的管板，考慮脹接剛度的要求，其最小厚度可按表4.8 選用。考慮到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、泄露和引起振動等原因

35、，建議最小厚度應(yīng)大于20mm。表 4.8.管板的最小厚度換熱器管子外徑d 0 /mm 25323857管板厚度 /mm3 d0 /4222532換熱管的外徑為25mm，因而管板厚度取為3 d0 /4=18.75 ，取上述的最小厚度20mm。4.9. 換熱管4.9.1.換熱管的規(guī)格及尺寸偏差經(jīng)過查表，對于碳鋼、低合金鋼的換熱管的規(guī)格及尺寸偏差見下表：材料換熱管標準管子規(guī)格高精度、較高精度偏差外徑， mm厚度， mm外徑偏差，mm壁厚偏差，mm碳鋼GB/TB8163143022.50.2+12%低合金鋼GB9948-10%4.9.2.傳熱管排列和分程方法管子在管板上的排列方式最常用的為圖1-9 所

36、示的（ a）、（ b）、（ c）、（ d）四種，即正三角形排列（排列角為30）、同心圓排列、正方形排列（排列角為90）、轉(zhuǎn)角正方形排列（排列角為45）。當(dāng)管程為多程時，則需采取組合排列，圖1-10 為二管程時管小組合排列的方式之一。正三角形的排列方式可在同樣的管板面積上排列最多的管數(shù)，故用的最為普遍，但管外不易機械清洗。 為了便于清洗管子外表面上的污垢，可采用正方形與轉(zhuǎn)角正方形排列的管束。在小直徑的換熱器中， 常用同心圓排列， 在相同直徑的管板上所排列的管數(shù)比按正三角形排列還多。圖 4.4. 管子在管板上的排列方式和組合排列示意圖采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。

37、換熱管的中心距經(jīng)查表可得： （ mm）換熱管外徑 d換熱管中心距分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距2532444.9.3 橫過管束中心線的管數(shù)nc=1.19 N 1.19 24018.4 19 根4.9.4.布管限定圓布管限定圓為管束的最外層換熱管中心圓直徑，固定管板式換熱器的布管限定圓如下可得：dm=Di -2b 3=600-2*8=584mm式子中， Di 筒體內(nèi)直徑，mmb3大小為0.25d ，且大于8mm4.10. 分程隔板4.10.1分程隔板尺寸經(jīng)查表，分程隔板的尺寸如下表：公稱直徑DN/mm隔板最小厚度/mm碳素鋼60084.10.2.管子和分程隔板的連接分程隔板有單層和雙層兩種，單層隔

38、板與管板的密封結(jié)構(gòu)如圖 1-18 面寬度最小為（ S+2）mm。隔板材料與封頭材料相同。雙層隔板的結(jié)構(gòu)見圖具有隔熱空間，可防止熱流短路。所示，隔板的密封1-19 ，雙層隔板4.11 拉桿4.11.1.拉桿的直徑與數(shù)量各種換熱器的直徑和拉桿數(shù)，可參見下表選用。表 5.11.1拉桿直徑和拉桿數(shù)殼體直徑 /mm拉桿直徑 /mm最少拉桿數(shù)殼體直徑 /mm拉桿直徑 /mm最少拉桿數(shù)200 2501041100128273， 400，124500， 600 12501210800， 1000126經(jīng)查表易得，拉桿數(shù)為為4，直徑為124.11.2.連接與尺寸拉桿示意圖如下所示：經(jīng)查表，拉桿尺寸如下：拉桿公稱直徑數(shù)基本尺寸dn /mm量拉桿直徑 d/mmLa /mmLb /mmb /mm1241215 502.0拉桿孔示意圖如下所示：dn12