流量為200th雙管程固定管板式換熱器設(shè)計(jì)

1、課題名稱流量為200t/h雙管程固定管板式換熱器設(shè)計(jì)者宋雅詩圖號GK3122020118-01設(shè)計(jì)參數(shù)管口表容器類別符號公稱尺寸用途或名稱參數(shù)名稱殼程管程a450進(jìn)油管工作壓力MPa1.62b450出油管設(shè)計(jì)壓力MPa1.652.5c200熱水出口工作溫度2590d設(shè)計(jì)溫度15095e20放氣口介質(zhì)油水f20放氣口介質(zhì)特性h200冷水進(jìn)口推薦材料Q34520鋼g20排液口腐蝕余量mm20.3m20排液口焊接接頭系數(shù)0.850.85程數(shù)12傳熱面積465465換熱管推薦尺寸管子與管板連接方式強(qiáng)度焊接強(qiáng)度焊接設(shè)計(jì)參數(shù)： 殼程：殼程介質(zhì)為熱油，由25加熱到70； 管程： 管程為水，入口溫度為160，

2、出口溫度為90；流量為200t/h 結(jié)構(gòu)為固定管板式換熱器內(nèi)容摘要本設(shè)計(jì)為固定管板式換熱器，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。本設(shè)計(jì)采用單殼程，雙管程。管程工作壓力2MPa，工作溫度90攝氏度，介質(zhì)為水。殼程工作壓力1.6MPa，工作溫度70攝氏度，介質(zhì)為油。固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)包括：管子的規(guī)格和排列方式、圓筒、封頭、管板的材料選擇及厚度設(shè)計(jì)，拆流板、防沖板的選擇等。首先管子的選擇是以清洗方面及合理使用管材為原則。管子在管板上的排列方式為三角形排列。因?yàn)槿切闻帕袝r(shí)，管板的強(qiáng)度高、流體短路機(jī)會(huì)少，且相同管程內(nèi)可排列更多的管子。殼

3、體厚度計(jì)算式是由圓筒薄膜應(yīng)力準(zhǔn)則推導(dǎo)出的。其最小壁厚應(yīng)不小于封頭內(nèi)徑的0.15%。管板是管殼式換熱器中最重要的部件之一，在選材時(shí)除力學(xué)性能外，還應(yīng)考慮流體的腐蝕性的影響。在計(jì)算厚度時(shí)，要在滿足強(qiáng)度要求的前提下，盡量減少管板的厚度。拆流板最常用的為圓缺型擋板，切去的弓形高度一般取外殼內(nèi)徑的20%25%。關(guān)鍵字： 換熱器 管板Abstract Change a hot machine, is hot parts of calorieses of the fluid deliver to the equipments of cold fluid, and then call a heat excha

4、nger.Changing the hot machine is the in general use equipments of chemical engineering, petroleum, power and food and other many industrial sections, occupy an important position in the production.Produce in the chemical engineering in change hot machine as heating apparatus, water cooler, congealed

5、 machine, evaporate a machine and again Fei machine etc., apply more extensively. This design topic floats a type to change for the 105 ts/h vapor-water for the discharge hot machine, float a type to change hot machine of a carry to take care of plank and hull body fix, but another one the tube plan

6、k carrying can float in the hull freedom inside the body, hull body and control free to inflation, past be two difference in temperatures that lie quality more big, control to produce a difference in temperature in response to the dint with of hull bodies not.Float a head to carry to design can dism

7、antle structure, making to control can easily insert or draw out a hull body.(Can also design can not dismantle of).Fix, cleaned to provide convenience for check like this.But should change hot machine structure more complicated, and float to carry a small cover can not know to reveal a circumstance

8、 while operating, consequently need to specially notice it to seal completely while installing.The floating the advantage that a type changes a hot machine can draw out for controling and clean a tube, hull distance by convenience;Lie a quality difference in temperature to be free from restriction;C

9、an under the heat, high pressure work, the general temperature is smaller than to equal 450 degrees, the pressure is smaller than to equal 6,400,000,000,000 Pas;Can used for knotting the dirt more serious situation;Can used for taking care of a distance to easily decay situation.The weakness leaks f

10、or being small to float inside easy occurrence;Metal material consumes to have great capacity, the cost is 20% in height;The structure is complicated.Compute in the traditional craft in include to transmit heat an area calculation, spread a calories calculation and transmit heat coefficient to reall

11、y settle and change hot path inside the tube and change hot tube model number of choice, and transmit heat coefficient, press to decline and checking of wall calculate etc. problem.In strength compute win main discussion of is a tube body, tube box and head, take care of plank thickness calculation

12、and fold to flow plank, method orchid and mat a slice and connector and, box off the design of zero partses like plank,etcs, also need to carry on some strength pit in the school.Have to consider floating path Do outside a tube knothole while designing.It's outside path's turn to should be s

13、maller than path Di inside the hull body, generally recommend float mural the cleft inside a tube plank and hull body b 1=35 mms.Like this, after being the hook turn of floating a to tore down, can immediately will control from the hull body inside draw out.In order to in carry on check to fix, clea

14、n.Float the cranium just can carry on assemble after controling to pack into, so should consider promising to float necessary space for cranium to assemble in the design.This design is according to the GB151 tube hull the type change hot machine and the GB150 the steel system pressure container desi

15、gn.Change the hot machine is in each realm of work, agriculture should carry very extensively, in the daily life transmit heat an equipments also everywhere it is thus clear that, is one of indispensable craft equipmentses.Key word:Change a hot machine;Float to take care of plank;Transmitheat a calc

16、ulation;The strength school checks 目 錄第一章 綜述 11.1 引言 11.2結(jié)構(gòu) 21.3類型 31.4非金屬材料換熱器 3 1.4.1流道的選擇 3 1.4.2操作強(qiáng)化 41.5近期國內(nèi)外開發(fā)研究的發(fā)展方向 4第二章 工藝計(jì)算說明書 921原始數(shù)據(jù) 922定性溫度及物性參數(shù) 923傳熱量與油流量1024有效平均溫差1025管程換熱系數(shù)1026結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)1127殼程換熱系數(shù)計(jì)算1128傳熱系數(shù)計(jì)算1229管壁溫度計(jì)算12第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書1231換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定1232布管方式的選擇1333筒體內(nèi)徑的確定1335封頭形式的確定14

17、36管箱短節(jié)壁厚計(jì)算1537容器法蘭的選擇15第四章 管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算1741筒的計(jì)算1742對于延長部分兼作法蘭的管板的計(jì)算1843假定管板的厚度計(jì)算2144 G2值的取得2445法蘭厚度的計(jì)算2446法蘭力矩的的危險(xiǎn)組合25 461只有殼程設(shè)計(jì)壓力Ps，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差（即r=0）。25 4.6.2只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，并且計(jì)入膨脹變形差。26 4.6.3只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt，而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差時(shí)：28 4.6.4只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt，而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0，同時(shí)計(jì)入膨脹變形差時(shí)29 4.6.5由管板計(jì)算厚度來確定管

18、板的實(shí)際厚度304.7是否安裝膨脹節(jié)的判定314.8折流板尺寸的確定314.9各管孔接管及其法蘭的選擇314.10設(shè)備法蘭的選擇334.11拉桿和定距管的確定354.12開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：364.13筒體管箱耐壓試驗(yàn)的應(yīng)力校核計(jì)算384.14支座的選擇及應(yīng)力校核39 4.14.1支座的選擇39 4.14.2鞍座的應(yīng)力校核40參 考 文 獻(xiàn)44致謝45第1章 綜述1.1 引言換熱器的發(fā)展已經(jīng)有近百年的歷史，被廣泛應(yīng)用在石油、化 、冶金、電力、船舶、集中供熱、制冷空調(diào)、機(jī)械、食品、制藥等領(lǐng)域。進(jìn)入80 年代以來，由于制造技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和傳熱理論研究的不斷完善，有關(guān)換熱器的節(jié)能設(shè)計(jì)和應(yīng)用越

19、來越引起關(guān)注。按照用途來分：預(yù)熱器（或加熱器）、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等。按照制造熱交換器的材料來分：金屬的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照溫度狀況來分：溫度工況穩(wěn)定的熱交換器，熱流大小以及在指定熱交換區(qū)域內(nèi)的溫度不隨時(shí)間而變；溫度工況不穩(wěn)定的熱交換器，傳熱面上的熱流和溫度都隨時(shí)間改變。按照熱流體與冷流體的流動(dòng)方向來分：順流式、逆流式、錯(cuò)流式、混流式。按照傳送熱量的方法來分：間壁式、混合式、蓄熱式等三大類。其中間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家熱回收率已達(dá)96 % ,換熱設(shè)備在石油煉廠中

20、約占全部工藝設(shè)備投資的35 %40 %。其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢, 約70 %。其余30 %為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管和蓄熱器等設(shè)備, 其中板式、板翅式、熱管及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。隨著工業(yè)裝置的大型化和高效率化, 換熱器也趨于大型化, 并向低溫差設(shè)計(jì)和低壓力損失設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。當(dāng)今換熱器的發(fā)展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成了一個(gè)高技術(shù)體系。 換熱器是是傳熱流體與冷流體設(shè)備，換熱器，也被稱為熱交換器的一部分各類類型的熱交換器作為一個(gè)過程中必不可少的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工，制藥，電力，

21、冶金，交通，制冷，輕工等行業(yè)。這取決于如何生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)計(jì)投資，能耗低，傳熱效率高的過程中，維護(hù)熱交換器，旨在提高技術(shù)水平的容易具有十分重要的意義。熱交換器的分類 由于制造工藝和科學(xué)水平，早期的熱量只有一個(gè)簡單的結(jié)構(gòu)，并且一個(gè)小的傳熱面積，體積龐大和笨重，如蛇管式換熱器的限制。隨著制造工藝的發(fā)展，逐漸形成一個(gè)管殼式換熱器，它不僅具有較大的單位體積的傳熱面積和傳熱效果也不錯(cuò)，很長一段時(shí)間，成為在工業(yè)生產(chǎn)中的熱的典型變化。 20世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并在食品工業(yè)中使用。與代管制成，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，從而逐漸發(fā)展成為各種形式的板式換熱器。 30年代初，瑞典首次成螺旋板式換熱器。那么

22、英國的法律體系營造釬焊銅及銅合金由冷卻飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的板翅式換熱器制造。 30年代后期，瑞典創(chuàng)造了紙漿廠第一殼式換熱器。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的散熱問題，人們的新材料開始關(guān)注到熱交換器。1.2結(jié)構(gòu)1.3類型1.4非金屬材料換熱器流道的選擇操作強(qiáng)化預(yù)熱器預(yù)先加熱流體，為工序操作提供標(biāo)準(zhǔn)的工藝參數(shù)。 3、過熱器過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)。4、蒸發(fā)器蒸發(fā)器用于加熱流體，達(dá)到沸點(diǎn)以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。三、按換熱器的結(jié)構(gòu)分類可分為：式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等。1.5近期國內(nèi)外開發(fā)研究的發(fā)展方向1.非金屬材料應(yīng)用。非金屬材料在一定的范

23、圍內(nèi)具有金屬材料不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。石墨材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,較高的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的機(jī)加工性,氟塑料具有特別優(yōu)良的耐腐蝕性。氟塑料耐腐蝕性能極強(qiáng),并且與金屬材料相比還具有成本上的優(yōu)勢。復(fù)合材料如搪瓷玻璃具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、良好的耐磨性、電絕緣性以及表面光滑不易粘附物料等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)用于制作換熱產(chǎn)品。陶瓷材料因其優(yōu)異的耐腐蝕性、耐高溫性能而引起工業(yè)界的高度重視,已經(jīng)在換熱產(chǎn)品的制造中得到應(yīng)用。2.計(jì)算流體力學(xué)和模型化設(shè)計(jì)的應(yīng)用。在換熱器的熱流分析中,引入計(jì)算機(jī)技術(shù),對換熱器中介質(zhì)的復(fù)雜流動(dòng)過程進(jìn)行定量的模擬仿真。目前基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的熱流分析已經(jīng)用于自然對流、剝離流、振動(dòng)流和湍流熱傳導(dǎo)等的直

24、接模擬仿真,以及對輻射傳熱、多相流和稠液流的機(jī)理仿真模擬等方面。在此基礎(chǔ)上,在換熱器的模型設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)開發(fā)中,利用CFD的分析結(jié)果和相對應(yīng)的模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),使用計(jì)算機(jī)對換熱器進(jìn)行更為精確和細(xì)致的設(shè)計(jì)。3.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和理論研究。采用先進(jìn)的測量儀器來精確測量換熱器的流場分布和溫度場分布,并結(jié)合分析計(jì)算,進(jìn)一步摸清不同結(jié)構(gòu)的強(qiáng)化傳熱機(jī)理。采用數(shù)值模擬方法對換熱器內(nèi)流體流動(dòng)和傳熱過程進(jìn)行研究,預(yù)測各種結(jié)構(gòu)對流場及傳熱過程的影響。4.有源技術(shù)研究。如利用振動(dòng)、電場方法強(qiáng)化傳熱的機(jī)理研究、試驗(yàn)研究,給出對比試驗(yàn)數(shù)據(jù),提出理論計(jì)算模型。5.強(qiáng)化結(jié)構(gòu)組合研究。為達(dá)到管殼程同時(shí)強(qiáng)化的目的,強(qiáng)化結(jié)構(gòu)組合研究將成為近期傳

25、熱強(qiáng)化技術(shù)研究的發(fā)展方向。6.氣動(dòng)噴涂7.俄羅斯提出了一種先進(jìn)方法，即氣動(dòng)噴涂法，來提高翅片化表面的性能。其實(shí)質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷(金屬陶瓷混合物)，從而得到各種不同性能的表面。通常在實(shí)踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅片的因素之一。為了評估翅片管換熱器元件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)是采用在翅片表面噴涂ac鋁，并添加了24a白色電爐氧化鋁。將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)加以整理，便可評估翅片底面的接觸阻力。將研究的翅片的效率與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出的結(jié)論是：氣動(dòng)噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實(shí)質(zhì)性影響。為了證實(shí)這一點(diǎn)，又對基

26、部(管子)與表面(翅片)的過渡區(qū)進(jìn)行了金相結(jié)構(gòu)分析。8.對過渡區(qū)試片的分析表明，連接邊界的整個(gè)長度上無不嚴(yán)密性的微裂紋。所以，氣動(dòng)噴涂法促進(jìn)表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進(jìn)粉末粒子向基體的滲透，這就說明了附著強(qiáng)度高，有物理接觸和金屬鏈形成。因而氣動(dòng)噴涂法不但可用于成型，還可用來將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來對普通翅片的底面進(jìn)行補(bǔ)充加固?？梢灶A(yù)計(jì)，氣動(dòng)噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中，將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。9.螺旋折流10.在管殼式換熱器中，殼程通常是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)(z字形流道)，這樣會(huì)導(dǎo)致較大的死角和相對高的返混。而這些死角

27、又能造成殼程結(jié)垢加劇，對傳熱效率不利。返混也能使平均溫差失真和縮小。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會(huì)降低凈傳熱。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代(如緊湊型板式換熱器)。對普通折流板幾何形狀的改進(jìn)，是發(fā)展殼程的第一步。雖然引進(jìn)了密封條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來改進(jìn)換熱器的性能，但普通折流板設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)依然存在。11.為此，美國提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。這種設(shè)計(jì)的先進(jìn)性已為流體動(dòng)力學(xué)研究和傳熱試驗(yàn)結(jié)果所證實(shí)，此設(shè)計(jì)已獲得專利權(quán)。此種結(jié)構(gòu)克服了普通折流板的主要缺點(diǎn)。螺旋折流板的設(shè)計(jì)原理很簡單：將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋

28、折流系統(tǒng)”中，每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一，其傾角朝向換熱器的軸線，即與換熱器軸線保持一傾斜度。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設(shè)計(jì)。螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。此種設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，可針對不同操作條件，選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流板結(jié)構(gòu)。12.麻花管13.瑞典alares公司開發(fā)了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。美國休斯頓的布朗公司做了改進(jìn)。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個(gè)工序。改進(jìn)后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡單，但有許多激動(dòng)人心的進(jìn)步，

29、它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益：改進(jìn)了傳熱，減少了結(jié)垢，真正的逆流，降低了成本，無振動(dòng)，節(jié)省了空間，無折流元件。14.由于管子結(jié)構(gòu)獨(dú)特使管程與殼程同時(shí)處于螺旋運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)了湍流程度。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高40%，而壓力降幾乎相等。組裝換熱器時(shí)也可采用螺旋扁管與光管混合方式。該換熱器嚴(yán)格按照asme標(biāo)準(zhǔn)制造。凡是用管殼式換熱器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱設(shè)備所獲得的最佳值。估計(jì)在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。15.螺旋管式16.在管子上纏繞金屬絲作為筋條(翅片)的螺旋管式換熱器，一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。但這種方法對整個(gè)設(shè)

30、備的質(zhì)量有一系列的影響，因?yàn)殁F焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會(huì)造成機(jī)器和設(shè)備堵塞，隨之提前報(bào)損。17.螺旋板式18.螺旋板式換熱器19.傳熱元件由螺旋形板組成的換熱器。20.螺旋板式換熱器是一種高效換熱器設(shè)備，適用汽汽、汽液、液液，對液傳熱。它適用于化學(xué)、石油、溶劑、醫(yī)藥、食品、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業(yè)。按 結(jié)構(gòu)形式可分為 不可拆式（型）螺旋板式及可拆式（型、型）螺旋 板式換熱器21.螺旋板式換熱器結(jié)構(gòu)及性能22.本設(shè)備由兩張卷制而成，形成了兩個(gè)均勻的螺旋通道，兩種傳熱介質(zhì)可進(jìn)行全逆流流動(dòng)，大大增強(qiáng)了換熱效果，即使兩種小溫差介

31、質(zhì)，也能達(dá)到理想的換熱效果。23.在殼體上的接管采用切向結(jié)構(gòu)，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均勻的，液體在設(shè)備內(nèi)流動(dòng)沒有大的轉(zhuǎn)向，總的阻力小，因而可提高設(shè)計(jì)流速使之具備較高的傳熱能力。24.I型不可拆式螺旋板式換熱器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有較高的密封性。25.II型可拆式螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)原理與不可拆式換熱器基本相同，但其中一個(gè)通道可拆開清洗，特別適用有粘性、有沉淀液體的熱交換。26.III型可拆式螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)原理與不可拆式換熱器基本相同，但其兩個(gè)通道可拆開清洗，適用范圍較廣。27.單臺設(shè)備不能滿足使用要求時(shí)，可以多臺組合使用，但組合時(shí)必須符合下列規(guī)定：并聯(lián)組合、串聯(lián)組合、設(shè)備

32、和通道間距相同?；旌辖M合：一個(gè)通道并聯(lián)，一個(gè)通道串聯(lián)。28.變聲速壓29.變聲速增壓熱交換器即兩相流噴射式熱交換器，廣泛適用于汽水換熱的各個(gè)領(lǐng)域。由中國洛陽藍(lán)海實(shí)業(yè)有限公司自主研發(fā)。它以蒸汽為動(dòng)力，通過汽水壓縮混合，使水溫瞬時(shí)升高，利用壓力激波技術(shù)達(dá)到無外力增壓的效果，顯著的節(jié)能和增壓特點(diǎn)大大降低了用戶使用成本，可取代傳統(tǒng)的熱交換器。30.變聲速增壓熱交換器是一種混合型汽水換熱設(shè)備，蒸汽經(jīng)過絕熱膨脹技術(shù)處理以射流態(tài)引入混合腔與經(jīng)過膜化處理的被加熱水在蒸汽沖擊力作用下均勻混合，形成具有一定計(jì)算容積比的汽水壓縮混合物，當(dāng)其瞬間壓縮密度達(dá)到一定值時(shí)便形成了兩相流體場現(xiàn)象。在場態(tài)的激化下，該混合物的聲

33、速值出現(xiàn)突破聲障臨界的過渡性轉(zhuǎn)變，同時(shí)爆發(fā)大量壓力激波，壓力激波單向傳導(dǎo)特性使瞬間達(dá)到設(shè)計(jì)溫度的熱水在不變截面管道中出現(xiàn)壓力升高卻不回流現(xiàn)象。變聲速增壓熱交換技術(shù)是以兩相流體場的有序激化強(qiáng)制完成瞬時(shí)換熱+無外力增壓雙效應(yīng)。第二章 工藝計(jì)算說明書21原始數(shù)據(jù) 管程水的進(jìn)口溫度t1=160 管程水的出口溫度t1=90 管程水的工作壓力P1=2MPa 殼程油的入口溫度t2=25 殼程油的出口溫度t2=70 殼程油的出口壓力P2=1.6MPa 殼程油的流量G1=200000kg/h22定性溫度及物性參數(shù) 管程水定性溫度t1=125 管程水密度查物性表得1=945kg/m3 管程水比熱查物性表得Cp1=

34、4.24KJ/（Kg· ） 管程水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表1=0.685 管程水粘度1=0.27×10-3Pa·s 管程水布朗特?cái)?shù)查物性表得Pr=1.4 殼程油定性溫度t2=47.5 殼程油比熱查物性表得Cp2=2.1KJ/（Kg· ） 殼程油密度查物性表得2=800 kg/m3 殼程油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得2=0.13W/（m·） 殼程油粘度2=0.91×10-3Pa·s 殼程油布朗特?cái)?shù)查物性表得Pr=16.1 23傳熱量與油流量 取定換熱效率=0.98 則設(shè)計(jì)傳熱量Q= G1·Cp1·（t1- t1）×

35、1000/3600 =200000×4.24×（90-20）×0.98×1000/3600=1.616×107W 由 Q=G2Cp2（t2- t2）·導(dǎo)出油流量G2 得G2=66.456kg/s24有效平均溫差 tm=（t2- t1）-（t1- t2）/（t2- t1）/（t1- t2） =（70-90）-（90-25）/（70-90）/（90-25）=62.2 參數(shù)：P=（t1-t2）/（ t1- t2）=（90-145）/（20-145）=0.44 參數(shù)：R=（t1- t1）/（t2- t2）=（20-90）/（90-145）=1

36、.2727 換熱器按單殼程2管程設(shè)計(jì)則查得 管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)P21 溫差校正系數(shù)=0.78 有效平均溫差：=0.88×62.2=48.51625管程換熱系數(shù) 初選傳熱系數(shù)K0=240（m2·K） 則初選傳熱面積為：=5.369×106/（240×48.516）=461.1m2 選用25×2.5的無縫鋼管做換熱管。 則：管子外徑d0=25mm 管子內(nèi)徑di=20mm 管子長度L=6000mm 則需要換熱管根數(shù)：=461.1/（3.14×0.025×（6-0.05-0.003）=988 可取換熱管根數(shù)為988根 則管程流通

37、面積：=998/2×3.14×0.022/4=0.155m2 管程流速：=200000/（945×0.155×3600）=0.379m/s 管程雷諾數(shù)：945×0.379×0.02/（0.27×10-3）=26530 管程傳熱系數(shù)（化工原理P248） 26結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì) 查GB151-1999知管間距按1.25d0取 管間距s=0.032m 管束中心排管數(shù)；Nc=1.1=1.1=34根 則殼體內(nèi)徑：=0.032×（34-1）+4×0.025=1.156m 筒內(nèi)徑：Di=1.2m 則長徑比：L/Di=6/1

38、.2=5合理 折流板選擇弓形折流板： 弓形折流板的弓高：h=（0.2-0.45）Di=0.25 ×1.2=0.3 折流板間距：B=Di/3=1.2/3=0.4 折流板數(shù)量Nb=L/B-1=6/0.4-1=14塊27殼程換熱系數(shù)計(jì)算 殼程流通面積： 殼程流速：=66.5/（800×0.105）=0.791 殼程質(zhì)量流速：=800×0.791=632.8 殼程當(dāng)量直徑： =（1.22-988 ×0.0252）/（988×0.025）=0.03 殼程雷諾數(shù)=800×0.79×0.03/91×10-5=20835 切去弓形

39、面積所占比例按h/Di=0.3/1.2=0.25 傳熱因子L/de=6/0.03=200 得Js=56 管外壁溫度假定值：tw2=40 壁溫下水的粘度：w=62×10-5Pa·s 粘度修正系數(shù)=（91/62）0.14=1.05 殼程傳熱系數(shù) Js =0.13/0.03* 16.11/3*1.05*56=64328傳熱系數(shù)計(jì)算 查GB-1999第138頁可知 油側(cè)污垢熱阻：r2=0.000172（m2· /W） 管程水污垢熱阻：r1=0.000176（m2· /W） 由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計(jì) 可以計(jì)算出總傳熱系數(shù) 則傳熱面積比為Ki/K0

40、=262.6/240=1.09（合理）29管壁溫度計(jì)算 管外壁熱流密度計(jì)算=27.08×106/（988×3.14×0.025×6）=58193W/m2· 管外壁溫度：=55-58193（1/643+0.000172）=39.7 誤差校核tw2-tw2=39.7-40=-0.3誤差不大 合適第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書31換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源及計(jì)算公式數(shù)值1換熱管材料20#2換熱管規(guī)格25×2.5×60003傳熱面積Am2A=Q/Ktm4654換熱管根數(shù)N根N=A/3.14dL98832布管

41、方式的選擇序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)值1轉(zhuǎn)角正三角形GB151-1999圖112換熱管中心距SmmGB151-1999表12323隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距SnmmGB151-1999表124433筒體內(nèi)徑的確定序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1換熱管中心距SmmGB151-1999表12322換熱管根數(shù)Nt根Nt=A/3.14dL9883管束中心排管根數(shù)Nc根Nc=1.1344換熱管外徑d0mm255到殼體內(nèi)壁最短距離b3mmb3=0.25 d06.256布管限定圓直徑d1mmdL=di-2B31143.57筒體內(nèi)徑dimmdi=s（Nc-1）+4d11568實(shí)取筒體公稱直徑Dm

42、mJB/T4737-95120034筒體壁厚的確定序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1計(jì)算壓力PcMPaPc=1.1P1.652筒體內(nèi)徑dimm見三-812003筒體材料20R4設(shè)計(jì)溫度下筒體材料的許用應(yīng)力tMPaGB150-981505焊接接頭系數(shù)0.856筒體設(shè)計(jì)厚度mm=PcDi/（2t-Pc）7.87腐蝕裕量C2mm28負(fù)偏差C1mm09設(shè)計(jì)厚度dmmd=+ C29.810名義厚度nmmGB151-1999項(xiàng)目1435封頭形式的確定序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1封頭內(nèi)徑Dimm12002計(jì)算壓力PcMPaPc=1.1P2.53焊接接頭系數(shù)0.854設(shè)計(jì)溫度下許用壓力tMP

43、aGB151-1999項(xiàng)目1505標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭計(jì)算厚度mm=PcDi/（2t-0.5Pc）11.86腐蝕裕量C2mm27負(fù)偏差C1mm08設(shè)計(jì)厚度dmmd=+C213.89名義厚度nmmGB151-1999項(xiàng)目1410直邊高度hmmJB/T4737-954036管箱短節(jié)壁厚計(jì)算序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1計(jì)算壓力PcMPa1.652管箱內(nèi)徑dimm12003管箱材料20R4設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力tMPaGB150-981505管箱計(jì)算厚度mm=Pcdi/（2t-Pc）7.86焊接接頭系數(shù)mm0.857腐蝕裕量C2mm28負(fù)偏差C1mm09設(shè)計(jì)厚度dmmd=+ C29.810名義厚度nG

44、B151-1999項(xiàng)目1437容器法蘭的選擇序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1法蘭類型長頸對焊法蘭JB/T4703-2000PN=2.5MPa2法蘭外徑d0mmJB/T4703-200013953螺栓中心圓直徑d1mmJB/T4703-200013404法蘭公稱直徑dnmmJB/T4703-200012005法蘭材料16MnR6墊片類型JB/T4703-2000PN=2.5MPa7墊片材料GB/T3985-19958墊片公稱直徑dnmmJB/T4704-200012009墊片外徑D0mmJB/T4704-2000127510墊片內(nèi)徑DmmJB/T4704-2000122511法蘭厚度mm

45、JB/T4704-20008512墊片厚度1mmJB/T4704-2000313螺栓規(guī)格及數(shù)量2×48×M27第四章 管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算本設(shè)計(jì)為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999項(xiàng)目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板。A、 確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板的布管方式；以上項(xiàng)目的確定見項(xiàng)目一至七。41筒的計(jì)算序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值備注1筒體內(nèi)徑dimm12002筒體內(nèi)徑橫截面積Amm211304003筒體厚度smm144圓筒內(nèi)殼壁金屬截面積Asmm253367.005管子金屬總截面積namm21563156

46、換熱管根數(shù)N9887換熱管外徑Dmm258換熱管壁厚tmm2.59換熱管材料的彈性模量EtMPaGB150-1998表F518200010換熱管有效長度Lmm598011沿一側(cè)的排管數(shù)n 3012布管區(qū)內(nèi)未能被管支撐的面積Admm21720013管板布管區(qū)面積Atmm280200314管板布管區(qū)當(dāng)量直徑DtmmDt=1010.7715換熱管中心距SmmGB151-19993216隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距SnmmGB151-19994417管板布管內(nèi)開孔后的面積A1mm2A1= At -nd2/480200218系數(shù)=A1/A0.7119殼體不帶膨脹節(jié)時(shí)換熱管束與圓筒剛度比QQ=Et×n

47、a/EsAs2.7120殼程圓筒材料的彈性模量EsGB150-1998表F519600021系數(shù)=na/A10.1922系數(shù)ss=0.4+0.6（1+Q）/3.5423系數(shù)tt=0.4（1+）+（0.6+Q）/5.5424管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑比PtPt=Dt/Di0.8425管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度LcrmmGB151-1999圖3226設(shè)計(jì)溫度下管子受屈服強(qiáng)度stMPaGB150-1998表F219642對于延長部分兼作法蘭的管板的計(jì)算序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1墊片接觸寬度NMmGB150-1998表9-1252墊片基本密度寬度BoMmBo=N/212.53墊片比壓力y

48、MPaGB150-1998表9-2114墊片系數(shù)m2.05墊片有效密封寬度bMmB=2.5396墊片壓緊力dGMmdG= d0-2b12607預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaNWa=3.14dG×b×y391372.758操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WpNWp=0.78DG2×Pc+6.28DG×b×m×Pc2578132.09常溫下螺栓材料的許用應(yīng)力bMPaGB150-1998表F4272.510預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積Aamm2Aa=Wa/b1436.2511操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積Apmm2Ap= Wp/b119461.

49、0312需要螺栓總截面積Ammm2Am=maxAa，Ap119461.0313法蘭螺栓的中心圓直徑dbMm134014法蘭中心至Fc作用處的徑向距離LGMmLG=（db-dG）/240.515基本法蘭力矩MmNmmMm=Am×LG×b1.04×10816筒體厚度0Mm1417法蘭頸部大端有效厚度1Mm1=1.75024.518螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交的徑向距離LAMmLA=（db-di）/2-145.519螺栓中心處至FT作用位置處的徑向距離LTMmLT= (LA+ LG+1)/252.7520螺栓中心距FD作用處的徑向距離LDMmLD=（db-di）/27

50、021作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力FDNFD=0.785di2×Pc211384822流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力差FTNFT=F-FDF=2719998.996606150.99623操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓力FGNFG=6.28DG×b×m×Pc266133.463223法蘭操作力矩MpNmmMp=FD×LD+FT×LT+FG×LG1.91×10843假定管板的厚度計(jì)算序號項(xiàng)目符號單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比tt=Dt/Di0.842系數(shù)CcGB151-1999 (P31)表220.27963管板材料16MnR4設(shè)計(jì)溫度下管板材料許用應(yīng)力rtMPaGB150-1998（P15）1385管板剛度削弱系數(shù)GB151-19990.46殼程設(shè)計(jì)壓力PsMPa1.877管程設(shè)計(jì)壓力PtMPa2.28管板設(shè)計(jì)壓力PdMPaMaxPt -Pt，Pt，Ps2.29管板厚度=0.82Dg 108.910換熱管加強(qiáng)系數(shù)K