工學換熱器設(shè)計

1、化工原理課程設(shè)計說明書列管式換熱器的選用和設(shè)計班 級 -姓 名 -指導教師 -2011-6-20目錄一設(shè)計說明書內(nèi)容二任務(wù)書三概述四換熱器的設(shè)計論述五換熱器設(shè)計過程的相關(guān)計算六工藝結(jié)構(gòu)尺寸的初步確定七換熱器的核算八機械設(shè)計九設(shè)計結(jié)果十參考文獻十一.感想一設(shè)計說明書內(nèi)容1.目錄2.設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)3.簡介換熱器總體結(jié)構(gòu)（換熱器分類、主要結(jié)構(gòu)、選擇原則）4.換熱器設(shè)計過程的相關(guān)計算（傳熱面積、換熱器型號的選擇等）5.主要設(shè)備設(shè)計計算及說明、主要零件強度的計算6. 設(shè)計結(jié)果的核算7.設(shè)計結(jié)果（主要設(shè)備尺寸、衡算結(jié)果）8.參考文獻二任務(wù)書（一）設(shè)計題目：煤油冷卻器的設(shè)計(3組：21- )（二）設(shè)計任

2、務(wù)及操作條件7處理能力：18萬噸/年煤油8設(shè)備形式：列管式換熱器9操作條件（1）煤油：入口溫度100，出口溫度35（2）冷卻介質(zhì)：自來水，入口溫度25，出口溫度40（3）允許壓強降：不大于100kPa（4）煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比熱容2.22kJ/(kg.)，導熱系數(shù)0.14W/(m.)（5）每年按330天計，每天24小時連續(xù)運行（三 ）. 選擇適宜的列管式換熱器并進行核算3.1 傳熱計算3.2 管、殼程流體阻力計算3.3管板厚度計算3.4 U形膨脹節(jié)計算（浮頭式換熱器除外）3.5 管束振動3.6 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)（四）

3、. 繪制換熱器裝配圖（A2圖紙）三概述1.換熱器簡介換熱器，是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在一般化工廠的建設(shè)中，換熱器約占總投資的11%。在煉油廠的常、減壓蒸餾裝置中，換熱器約占總投資的20%。今后換熱器的發(fā)展趨勢將是不斷增加緊湊性、互換性、不斷降低材料消耗，提高傳熱效率和各種比特性，提高操作和維護的便捷性。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換

4、熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多。列管式換熱器是間壁式換熱器的主要類型。2.列管式換熱器的結(jié)構(gòu)管殼式換熱器又稱列管式換熱器。是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。管殼式換熱器主要由殼體、管束、折流板、管板和封頭等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部裝有管束，管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在管板上。封頭用螺栓與殼體兩端的法蘭相連。它的主要優(yōu)點是單位體積所具有的傳熱面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效果好。結(jié)構(gòu)堅固，而且可以選用的結(jié)構(gòu)材料范圍廣，故適應(yīng)性強、操作彈性較大。與其它品種換熱器比較,管殼式換熱器的最大缺點是傳熱效率低。例如,對于水一水換熱,傳統(tǒng)的管殼式換熱器K值范圍一般為11502230W/ ,而板

5、式換熱器K值為15004700W/ ,螺旋板式為20003000W/ 。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內(nèi)安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。圖1 列管式換熱器的基本結(jié)構(gòu)3.換熱器的分類列管式換熱器種類很多，目前廣泛使用的按其溫差補償結(jié)構(gòu)來分，主要有以下幾種：（1） 固定管板式換熱器(代號G)此種換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩端，并在其上連接有頂蓋，頂蓋和殼體裝有流體進出口接管。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼

6、的連接都是剛性的，而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力，以至管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞換熱器。固定管板式換熱器有結(jié)構(gòu)簡單、排管多、緊湊、造價便宜，等優(yōu)點。但由于結(jié)構(gòu)緊湊，固定管板式換熱器的殼側(cè)不易清洗，而且當管束和殼體之間的溫差太大時，管子和管板易發(fā)生脫離，故不適用與溫差大的場合。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差50以上時，為安全起見，換熱器應(yīng)有溫差補償裝置。但補償裝置（膨脹節(jié)）只能用在殼壁與管壁溫差低于6070和殼程流體壓強不高的情況。一般殼程壓強超過0.6Mpa時由于補償圈過厚，難以

7、伸縮，失去溫差補償?shù)淖饔?，就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。圖2 帶有溫度補償?shù)墓潭ü馨迨綋Q熱器1擋板；2補償圈；3放氣嘴（2）.浮頭式換熱器（代號F）浮頭式換熱器針對固定管板式換熱器的缺陷進行了改進，浮頭式換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱之為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點是：管束可以拉出，易于清洗和檢修，所以能適用于管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結(jié)垢的場合；管束的膨脹不變殼體約束，因而當兩種換熱器介質(zhì)的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量的不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。但其結(jié)構(gòu)復雜、笨重、造價高限制了它的

8、使用。圖3 .浮頭式列管換熱器1管程隔板；2殼程隔板；3浮頭（3）填料函式換熱器填料函式換熱器也只有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。它的管束也可自由膨脹，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價較低。但填料函易泄露，故殼程壓力不宜過高，也不宜用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒的場合。（4） U型管式換熱器（代號Y）U形管式換熱器，每根管子都彎成U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫高壓條件。圖4 U型管式列管換熱器1U形管；2殼程隔板

9、；3管程隔板4換熱器的主要部件（1）換熱管換熱管的尺寸和形狀對傳熱有很大影響，管徑越小，單位體積設(shè)備的傳熱面積就越大，這意味著設(shè)備越緊湊，體積則越小，對流傳熱系數(shù)較高。但制造麻煩，且小管易結(jié)垢，不易機械清洗。所以對清潔的流體小管子為宜，對粘度大或易結(jié)垢的液體管徑則可取大些。目前我國列管式換熱器系列標準中，所采用的無縫鋼管規(guī)格多為19mm×2mm和25mm×2.5mm兩種。換熱器一般用光管，這樣結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但對流傳熱系數(shù)較低。 管子在管板上的固定，原則是必須保證管子和管板連接牢固，不能在連接處產(chǎn)生泄漏，否則會給操作帶來嚴重故障。目前廣泛采用脹接法和焊接法，在高溫高壓時

10、有時也采用脹接加焊接的方法，近來出現(xiàn)了一種爆炸脹管法。脹接法是用脹管器擠壓伸人管板孔中的管子端部，使管端發(fā)生塑性變形，管板孔同時產(chǎn)生彈性變形。當取出脹管器后，管板孔彈性收縮，管板和管子就會緊緊擠壓在一起，實現(xiàn)密封緊固。采用脹接時，管板硬度應(yīng)比管端高，這樣可免除在脹接時管板孔產(chǎn)生塑性變形，影響脹接的緊密性。脹接法一般多用于壓力低于3.923 Pa,溫度低于300的場合。如果溫度高，管子和管板會產(chǎn)生蠕變，脹接應(yīng)力松弛而引起連接處泄漏。所以對高壓、高溫、易燃易爆的流體，換熱管的緊固多采用焊接法。 當溫度高于300或壓力高于3.923 Pa時，一般多采用焊接法。這樣可保證高溫高壓時連接的緊密性，同時焊

11、接工藝較脹管工藝簡便，管板孔加工要求低，且壓力不太高時可使用較薄的管板，因此焊接法被廣泛采用。但焊接法由于焊接接頭處的熱應(yīng)力，可能會造成應(yīng)力腐蝕和破裂，同時管板孔與管子間存在間隙。換熱管在管板上可按等邊三角形、正方形直列和正方形錯列排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列管外清潔方便。圖5 換熱管在管板上的排列（a）正三角形排列；（b）正方形直列；（c）正方形錯列（2）管板列管式換熱器的管板一般用圓平板，在上面開孔以裝設(shè)換熱管束，管板又與殼體連接。管板與殼體的連接方法與換熱器的形式有關(guān)。對固定管板式換熱器，常采用不可拆連接方式，即直接將兩端管板焊接在殼體。對浮頭

12、式、U形管式換熱器，由于管束要從殼體中抽出，故常用可拆連接方式，即把管板夾于殼體法蘭與頂蓋法蘭之間，用螺栓緊固，必要時卸下頂蓋就可把管板連同管束從殼體中抽出。（3）折流擋板為了加大殼程流體的速度，增強湍動程度，以提高殼程流體的對流傳熱系數(shù)，往往在殼程內(nèi)裝置折流擋板。另外折流擋板對換熱管束還起著支撐作用，可防止管子的變形。不利的是擋板的存在使流體阻力增加，另外擋板和殼體間、擋板和管束間的間隙如過大，部分流體會從問隙中流過，產(chǎn)生旁流，嚴重時反而會使對流傳熱系數(shù)減小。折流擋板形式較多，主要有兩種，一種是橫向折流擋板，殼程流體橫向流動；另一種是縱向折流擋板，殼程流體平行流過管束。(4)主要附件封頭封頭

13、有方形和圓形兩種。方形用于直徑小(一般小于300mm)的殼體，圓形用于大直徑的殼體。由于在清洗和檢修管束時需將封頭拆下，所以封頭結(jié)構(gòu)應(yīng)便于拆裝，一般通過法蘭與殼體連接。導流筒 在殼程流體進、出口和管板間必存在一段流體不能流動的空間(死角)，這顯然對傳熱不利。所以常在管束外增設(shè)導流筒，使流體進、出殼程時必然經(jīng)過這個空間，盡量消除死角，提高傳熱效果。放氣孔、排液孔 在換熱器的殼體上常安裝放氣孔和排液孔，以排出不凝氣體和冷凝液體。支撐板、緩沖擋板 一般臥式換熱器都有折流擋板，它既起折流作用，又對換熱管起支撐作用。但當工藝上無折流擋板的要求，例如冷凝器，而管子又比較細長時，應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的支撐板，以便

14、于安裝管子和防止管子變形。 緩沖擋板是為了防止殼程流體進人換熱器時對管束的沖擊，在進料管口設(shè)置，但距殼壁不應(yīng)太近(不小于30rnm)緩沖擋板有圓形和方形兩種。導流筒由于是將流體導至管板處才進入管束間，所以對流體流入殼程時也起著緩沖作用。有時將殼程接管在入口處加以擴大，做成喇叭形，也是為了緩沖目的。 換熱器的其它零部件還有殼體、接管、膨脹節(jié)、支座、法蘭和法蘭蓋等。四換熱器的設(shè)計論述1.列管式換熱器的選用原則（1）流道的選擇 進行換熱的冷熱兩流體，按以下原則選擇流道：不潔凈和易結(jié)垢流體宜走管程，因管內(nèi)清洗較方便；腐蝕性流體宜走管程，以免管束與殼體同時受腐蝕；壓力高的流體宜走管程，以免殼體承受壓力；

15、飽和蒸汽宜走殼程，因蒸汽冷凝傳熱分系數(shù)與流速無關(guān),且冷凝液容易排出；若兩流體溫度差較大,選用固定管板式換熱器時，宜使傳熱分系數(shù)大的流體走殼程，以減小熱應(yīng)力。 （2）.流體的流速選擇增加流體在換熱器中的流速，將增大對流傳熱系數(shù)，減少污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而減少換熱器的傳熱面積。但流速增加使流體阻力增加，動力消耗增多。所以適宜的流速要通過經(jīng)濟衡算得出。（3）基本原則滿足生產(chǎn)工藝要求 所選用的換熱器，一定要能完成換熱任務(wù)(或稱熱負荷)。換熱任務(wù)是由生產(chǎn)工藝條件決定的，是生產(chǎn)卜要求流體溫度變化在單位時間內(nèi)吸收或放出的熱量。它的具體數(shù)值，可由流體熱流量平衡方程，即冷流體的吸熱速率或熱流體的放熱速

16、率來計算。其實，換熱任務(wù)就是對換熱器換熱能力的要求。所以，所選用的換熱器能否滿足工藝要求，取決于它的換熱能力。這種換熱能力，是在操作條件下?lián)Q熱器所能實現(xiàn)的傳熱速率，是換熱器本身的特性。它的具體數(shù)值，可由總傳熱速率方程(Q=KA)來計算。對一個能滿足工藝要求的換熱器，其傳熱速率(換熱能力)應(yīng)大于生產(chǎn)熱負荷(換熱任務(wù))。 在機械強度，抗蝕、耐壓能力等方面，所選用的換熱器都應(yīng)滿足工藝要求。操作、維護、檢修方便經(jīng)濟上合理 在換熱器選型和操作上藝參數(shù)的確定中，要有技術(shù)經(jīng)濟的觀點，盡可能地節(jié)能、省材，使操作費用和一設(shè)備費用處于一個較合理的范圍內(nèi)。保證生產(chǎn)安全 在工藝流程和操作中，若有爆炸、燃燒、中毒等危險

17、性，則要考慮必要的安全措施。對設(shè)備材料強度的驗算，除應(yīng)有一定的安全系數(shù)外，還應(yīng)考慮防止由于設(shè)備壓力突然升高或造成真空，而需要安裝安全閥等措施。2列管式換熱器的選用步驟（1）.了解生產(chǎn)任務(wù)、工藝特點和基本數(shù)據(jù)冷、熱流體的流量，進出口溫度，操作壓力；冷、熱流體的已知物性參數(shù)；冷熱流體的工藝特點，包括腐蝕性、懸浮物含量、有無相變等。(2)確定流體流動途徑(流程)，確定換熱器類型(3)進行選擇設(shè)備型號的有關(guān)計算 計算兩流體的定性溫度，在此溫度下查取流體的有關(guān)物性參數(shù)，如密度、粘度、比熱容、導熱系數(shù)等。根據(jù)生產(chǎn)換熱任務(wù)計算熱負荷。計算對數(shù)平均溫度差，并根據(jù)溫差校正系數(shù)不應(yīng)小于.的原則決定殼程數(shù)。根據(jù)總傳

18、熱系數(shù)K值的經(jīng)驗數(shù)值范圍，初步選定總傳熱系數(shù)K值根據(jù)總傳熱速率方程，由初選的F值，計算出傳熱面積，由此在換熱器系列標準中初步選出合適的設(shè)備型號。一計算管程、殼程壓力降。根據(jù)初選的換熱器型號，計算兩流體的流速和壓力降，檢查計算結(jié)果是否合理或是否滿足工藝要求。若壓力降不符合要求，則要調(diào)整流速，再確定管程數(shù)或折流板間距，或另選一種規(guī)格的換熱器，再重新計算壓力降，直至滿足要求為止。核算總傳熱系數(shù)。分別計算管程、殼程的對流傳熱系數(shù)，確定污垢熱阻，計算總傳熱系數(shù)，并與開始初選的總傳熱系數(shù)進行比較。如果相差較多，則應(yīng)再次設(shè)定總傳熱系數(shù)，重復以上計算步驟，直至接近為止。計算傳熱面積。根據(jù)核算后的K值一與總傳熱

19、速率方程，求出完成換熱任務(wù)所需要的換熱器面積A，再與所選換熱器的實際面積A進行比較，一般A/A=1.151.25,以留一定的裕量。五換熱器設(shè)計過程的相關(guān)計算1.流體流動空間的選擇與煤油相比，水易結(jié)垢，且對流傳熱系數(shù)一般較大，所以冷卻水走換熱器的管程；煤油走換熱器的殼程，這也有利于散熱降溫。2.查取流體的物性參數(shù)冷卻水的入口溫度為25，出口溫度為40，故其定性溫度為1.見化工原理上冊 修訂版 夏清、陳常貴主編 331頁2.見化工原理上冊 修訂版 夏清、陳常貴主編 232頁 在此溫度下查取冷卻水和煤油的物性參數(shù)，結(jié)果見下表表1 冷卻水和煤油的物性參數(shù)煤油8252.220.7150.14水9964.

20、1740.80070.61763.計算熱負荷和冷卻水用量若忽略換熱器的熱損失，水的流量可由熱量衡算求得,即4.計算兩流體的平均溫度差先按理想逆流傳熱溫差進行計算，對逆流傳熱溫差進行校正。由R和P查溫度校正系數(shù)圖，若為單殼程，溫度校正系數(shù)為0.8，不可行，所以要選用雙殼程，溫度校正系數(shù)為0.8，可行。所以校正后的溫度為由于50，兩流體間的溫差較小，不需要溫度補償，故可選用雙殼程的列管式換熱器。3.見化工原理上冊 修訂版 夏清、陳常貴主編 355頁4.見化工原理課程設(shè)計柴敬誠主編 11頁5.計算傳熱面積 參照列管式換熱器中K的大致范圍，根據(jù)兩流體的具體情況，初步選定總傳熱系數(shù)K=350 于是換熱器

21、的傳熱面積可初步確定，即六工藝結(jié)構(gòu)尺寸的初步確定1.管徑與管內(nèi)的流速目前我國列管式換熱器系列標準中，所采用的無縫鋼管規(guī)格多為19mm×2mm和25mm×2.5mm兩種。在此選擇25mm×2.5mm傳熱管，取管內(nèi)流速u=0.8m/s。2.管程數(shù)與傳熱管數(shù)根據(jù)傳熱管內(nèi)徑及管內(nèi)流速來確定單程傳熱管數(shù)：（根）按此計算換熱管長度應(yīng)為m可知換熱管過長，易用多管程結(jié)構(gòu)。工程上常用的有：1500、2000、3000、4500、6000、9000mm ,現(xiàn)取l=4500mm，則管程數(shù)為：則所需換熱管總數(shù)為：（根）3.傳熱管排布換熱管在管板上可按正三角形、正方形直列和正方形錯列排列。

22、等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列管外清潔方便。本換熱器采用正三角形排列，管間距為t=1，25d32mm，則橫過管束中心線的管數(shù)為：5.見JB/T4715-92（根）4.殼體內(nèi)經(jīng)對于多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑按下式計算：其中是管板利用率，對于三角形排列四管程為0.60.8.5.折流擋板常用的折流擋板有弓形和圓盤圓環(huán)形兩種，本換熱器采用弓形折流擋板，取弓形折流板的圓缺高度為殼體直徑的25%，則切去圓缺的高度為：h=0.25D=0.25×700=175mm折流擋板的間距在允許的壓力降范圍內(nèi)希望盡可能小，在系列標準中有如下幾種：150、200、300、450、60

23、0mm，本換熱器使用300mm。則折流板數(shù)為：（塊）6.初選結(jié)果根據(jù)上述計算數(shù)據(jù)，通過查JB/T471592固定管板式換熱器與基本參照的對照，初步選出適合的換熱器類型，結(jié)果如下表。表2 初選換熱器型號及參數(shù)殼徑/mm700管子尺寸25mm×2.5mm公稱壓力/Mpa4.00管長/m4.5計算換熱面積/m111.2管子總數(shù)322管程數(shù)4管子排列方式正三角形殼程數(shù)2折流擋板形式弓形七換熱器的核算1.核算總傳熱系數(shù)K值（1）計算管程對流傳熱系數(shù)該型號換熱器總管數(shù)為322，由于是四管程，所以管程的流通截面積A為這樣，冷卻水的實際流速為故對流傳熱系數(shù)為：（2）計算管程對流傳熱系數(shù)換熱器中心附近

24、管排中流體流通截面積為 式中 h折流擋板間距，取300mmt管中心距，對于的管中心距為。由于換熱器為雙殼程，所以煤油的流速為：由于管為三角形排列，則有當量直徑為6.見化工原理課程設(shè)計柴敬誠主編 21頁7.見化工原理上冊 修訂版 夏清、陳常貴主編 354頁煤油在殼程中流動的雷諾數(shù)為因為在范圍內(nèi)，故可采用凱恩(Kern)法求算，即由于液體被冷卻 取0.95，所以（3）確定污垢熱阻管程與殼程熱阻分別?。?）計算總傳熱系數(shù)（管壁熱阻可忽略時，總傳熱系數(shù)為：）（5）核算換熱面積按核算后所得的總傳熱系數(shù)K值計算所需換熱面積8.見化工原理上冊 修訂版 夏清、陳常貴主編 54頁而該型號換熱器的實際傳熱面積A為

25、故可用，傳熱面積的裕度為按實際傳熱面積計算傳熱系數(shù)為故該型號換熱器在規(guī)定流體流動條件下，能提供的總傳熱系數(shù)為，故所選換熱器是合適的，總傳熱系數(shù)的裕度為2.核算壓力降因為殼程和管程都有壓力降的要求，所以要對管程和殼程的壓力降進行核算。（1）、計算管程壓強降管程壓力降計算的通式為其中：P1,流體橫過管束的壓強降，PaP2,流體通過折流板缺口的壓強降，PaFS壓強降的結(jié)垢校正因數(shù),式中，殼程數(shù)=2 ，管程數(shù)=4前已算出：取不銹鋼管壁的粗糙度，則由-R關(guān)聯(lián)圖可知摩擦系數(shù)所以對于的管子，有(2)、計算殼程壓強降殼程壓力降計算的通式為其中其中：F-管子排列方法對壓強降的校正因數(shù)fo-殼程流體的摩擦系數(shù)，R

26、eo>500時，取fo=5.0×Reo-0.228 nc-橫過管束中心線的管子數(shù)NB-折流擋板數(shù)管子為正三角形排列，則取F=0.5折流擋板間距折流板數(shù)所以 9.見化工設(shè)備設(shè)計手冊朱有庭，曲文海主編 702頁從上面計算可知，、105Pa，該換熱器管程與殼程的壓強降均滿足題設(shè)要求，故所選換熱器合適。八機械設(shè)計1.計算殼體壁厚由于換熱器為內(nèi)壓容器，故可以采用內(nèi)壓容器的設(shè)計方法來確定其壁厚，根據(jù)內(nèi)壓薄壁容器“彈性失效”設(shè)計準則，殼壁計算壁厚計算公式為：考慮到流體腐蝕及進行清洗時對管路的磨損腐蝕等，取腐蝕裕量C2=1.2mm,則設(shè)計壁厚為：鋼板負偏差為：C1=0.25mm故設(shè)計所得壁厚可

27、以滿足要求，則名義壁厚為：對于碳鋼換熱器，其最小壁厚應(yīng)符合下表10.見JB/T4737-95由此可知計算所得壁厚基本上可以滿足要求。在設(shè)計中可選擇壁厚為8mm。2.封頭尺寸封頭有方形和圓形兩種，方形用于直徑小（一般小于400mm）的殼體，圓形用于大直徑的殼體。殼徑為700mm，故選用圓形封頭。上下兩封頭均選用標準橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4737-95橢圓形封頭標準，封頭為DN=700，曲面高度h。如圖所示，下封頭常與裙座焊接，材料用20R鋼。3.管板尺寸管板的結(jié)構(gòu)如下圖所示：根據(jù)下表選用合適的管板表3.管板尺寸 mm由表中可知，選用規(guī)格為:DNDDDDDDCd螺柱（栓）bb規(guī)格數(shù)量700830

28、79075569774270012.523M203232424.管板與管子連接由于本換熱器的工作壓力為低壓，且為低溫操作，綜合考慮各種連接工藝的優(yōu)缺點及使用范圍最終確定采用脹接法，在脹接法連接管板與管子時，管板的硬度應(yīng)該大于管子硬度，以保證在脹接時，管子發(fā)生塑性形變時管板僅發(fā)生彈性形變。通常管子材料選用10、20優(yōu)質(zhì)碳鋼，管板采用25、35、Q225或低合金鋼16Mn、Cr5Mo等。結(jié)合本次設(shè)計，管板采用16MnR。 脹接長度確定：脹接長度取管板名義厚度減去3mm與50mm中的較小值，故本換熱器的脹接長度為：l=min38-3，50=35mm5.管板與殼體的連接在固定管板式換熱器中，管板與殼體

29、的連接均采用焊接。其連接結(jié)構(gòu)如下圖所示：局部放大圖為：6. 膨脹節(jié)（1）管壁溫度估算由于管壁熱阻一般可以忽略，故可以認為管內(nèi)外壁的溫度是相同的，由此可以得到以下關(guān)系：中，to、ti、tw分別為殼程、管程流體的平均溫度及壁溫。采用試差法最終求得tw=39.42（2）判斷是否安裝膨脹節(jié)膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器上面的撓性元件，對管子和殼體的膨脹變形差進行補償，以消除或減少不利的溫差應(yīng)力。11. 見化工原理課程設(shè)計柴敬誠主編 14頁12.見化工設(shè)備設(shè)計手冊朱有庭，曲文海主編 715頁管、殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力：壓力作用于殼體上引起的軸向力：壓力作用于管子上的軸向力：條件成立，故本換熱器不必設(shè)置膨脹

30、節(jié)7殼體厚度表4 殼體標準尺寸殼體外徑/mm325400，500，600，700800，900，10001100，1200最小壁厚/mm8101214 計算知殼體外徑DN=700，故殼體的厚度選用10mm。8.最大無支撐間距 表5 折流板的最大無支撐間距換熱管外徑（mm）141619253238最大無支撐間距(mm)110013001500185022002500由上表可知最大無支撐間距為1850mm9折流板的厚度13見化工設(shè)備設(shè)計手冊朱有庭，曲文海主編 715頁14.見化工設(shè)備設(shè)計手冊朱有庭，曲文海主編 717頁可由下表得出：(參考文獻：化工設(shè)備設(shè)計手冊 朱有庭，曲文海主編)公稱直徑DN（m

31、m）換熱管無支撐跨距<3003006006009009001200120015001500折流板的最小厚度(mm)<4003458101040070045610101270090056810121690015006810121616由上表知折流板的厚度取12mm。10.拉桿數(shù)量及直徑由此可得本換熱器需要直徑為16mm的拉桿,數(shù)量為6根。11.拉桿尺寸拉桿連接尺寸由下圖及下表格確定：15.見化工設(shè)備設(shè)計手冊朱有庭，曲文海主編 717頁12.拉桿孔拉桿與管板焊接連接的拉桿孔結(jié)構(gòu)見圖（a），拉桿深度等于拉桿孔直徑，拉桿孔直徑按下式確定：其中d為拉桿直徑。拉桿與管板螺紋連接時，其結(jié)構(gòu)圖如（

32、b），螺紋深度按下式確定：其中d0為拉桿公稱直徑。本換熱器采用螺紋連接，則螺紋深度為：13定距管根據(jù)GB/T 8163-2008流體輸送用無縫鋼管，采用25×2.5的定距管。14.支座本換熱器為臥式內(nèi)壓容器，應(yīng)該選用鞍式支座，依照JB/T4712-92雙鞍式支座標準，選用DN=700mmB1型鞍式支座。鞍式支座在換熱器上的布置應(yīng)該按照下列原則確定：如下所示在本換熱器設(shè)計過程中，令九設(shè)計結(jié)果換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果見下表： 參數(shù)管程殼程進/出口溫度/25/40100/35壓力/MPa 0.1 0.1物性定性溫度/32567.5密度/（kg/m3）996825定壓

33、比熱容/kJ/（kg/k）4.1742.22粘度/（Pa*s）8.007×107.15×10導熱系數(shù)（W/mK） 0.61760.14普朗特數(shù)5.4111.34設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式殼程數(shù)2殼體內(nèi)徑/700臺數(shù)1管徑/25×2.5管心距/32管長/4500管子排列管數(shù)目/根322折流板數(shù)/個14傳熱面積/113.7折流板間距/300管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）0.5770.166表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/2946500.6污垢熱阻/（）阻力/ MPa0.02019360.010856熱流量/KW911.094傳熱溫差/26.82傳熱系數(shù)/W/（?K）335.68裕度/%  12.3% 十參考文獻1化工原理（上冊）修訂版.夏清 陳常貴 主編.天津:天津大學出版,20052化工設(shè)備設(shè)計手冊. 潘國昌、郭慶豐主編.北京:清華大學出版社,19883 化工設(shè)備設(shè)計手冊 朱有庭、曲文海主編, 化學工業(yè)出版社,20054 JB/T4715-1992標準 固定管板式換熱器型式與基本參數(shù)國家