化工原理課程設(shè)計(jì)__換熱器

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)二、確定設(shè)計(jì)方案2.1 選擇換熱器的類型本設(shè)計(jì)中空氣壓縮機(jī)的后冷卻器選用帶有折流擋板的固定管板式換熱器，這種換熱器適 用于下列情況：溫差不大；溫差較大但是殼程壓力較??；殼程不易結(jié)構(gòu)或能化學(xué)清洗。 本次設(shè)計(jì)條件滿足第種情況。另外，固定管板式換熱器具有單位體積傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊 湊、堅(jiān)固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適用性較強(qiáng)，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造 價(jià)低廉，且適用于高溫、高壓的大型裝置中。采用折流擋板，可使作為冷卻劑的水容易形成湍流，可以提高對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，提高 傳熱效率。本設(shè)計(jì)中的固定管板式換熱器采用的材料為鋼管（20R鋼）。2.2 流動(dòng)方向及流速的確定本冷卻器的管程走

2、壓縮后的熱空氣，殼程走冷卻水。熱空氣和冷卻水逆向流動(dòng)換熱。根 據(jù)的原則有：（1）因?yàn)闊峥諝獾牟僮鲏毫_(dá)到1.1Mpa，而冷卻水的操作壓力取0.3Mpa，如果熱空氣走管 內(nèi)可以避免殼體受壓，可節(jié)省殼程金屬消耗量；（2）對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的的溫度差較大，對(duì)流傳熱系數(shù)較大者宜走管間， 因壁面溫度與對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力，防止把管子壓彎或把 管子從管板處拉脫。（3）熱空氣走管內(nèi)，可以提高熱空氣流速增大其對(duì)流傳熱系數(shù)，因?yàn)楣軆?nèi)截面積通常比管 間小，而且管束易于采用多管程以增大流速。查閱化工原理（上）P201表4-9可得到，熱空氣的流速范圍為530 m - s-i；冷

3、 卻水的流速范圍為0.21.5m-s-i。本設(shè)計(jì)中，假設(shè)熱空氣的流速為8m-s-i,然后進(jìn)行計(jì) 算校核。2.3 安裝方式冷卻器是三、設(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)3.1 設(shè)計(jì)條件由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可得設(shè)計(jì)條件如下表:'類型數(shù)體積流量(標(biāo)準(zhǔn) m3/min)進(jìn)口溫度 ()出口溫度 ()操作壓力 (Mpa)設(shè)計(jì)壓力 (Mpa)空氣(管內(nèi))15148421.11.2冷卻水(管外)25330.30.4注：要求設(shè)計(jì)的冷卻器在規(guī)定壓力下操作安全，必須使設(shè)計(jì)壓力比最大操作壓力略大，本設(shè) 計(jì)的設(shè)計(jì)壓力比最大操作壓力大0.1MPa。3.2 確定主要物性數(shù)據(jù)3.2.1 定性溫度的確定可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。管程氣體的

4、定性溫度為T(mén) =吐絲=95 2殼程水的定性溫度為25 + 33 ”t = 29 23.2.2 流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)根據(jù)由上面兩個(gè)定性溫度數(shù)據(jù)，查閱化工原理(上P243的附錄六：干空氣的物理 性質(zhì)(101.33kPa)和P244的附錄七：水的物理性質(zhì)。運(yùn)用內(nèi)插法(公式為y = yb + (ya - y)Ka-t)乂-1)，可得殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 avg b空氣在95，1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:物性密度Pi(kg/m3)定壓比熱容cpikJ/(kg)粘度ui(Pa e s)導(dǎo)熱系數(shù)入i(Wm-1-1)空氣11.361.0092.17X10-50.0317水在29的物性數(shù)據(jù)如下:物性

5、密度Po (kg/m3)定壓比熱容cpokJ/(kg)粘度uo(Pa e s)導(dǎo)熱系數(shù)入o(Wm-1-1)水996.04.1758.21X10-40.0601注：空氣的物性受壓力影響較大，而水的物性受壓力影響不大?？諝饷芏刃Ｕ?，由化工原 理實(shí)驗(yàn)P31，公式2-36得：P 273P , = 1.293p 273 + T =1.293X (1.2MPa/101.33kPa) X273/(273+95) = 11.36 kg m-3I、傳熱過(guò)程工藝計(jì)算4.1 估算傳熱面積4.1.1 熱流量空氣的質(zhì)量流量為 m . = 60 Vi Ai(0,1atm)=60X83X1.293=6439.14 kg/h

6、 根據(jù)流體力學(xué)(上)P177,公式(4-109),熱流量為Q . = miCpi(T1-T2) =6439.14X1.009X(14842)11 p1=6. 88 7X 105 kJ/h = 1.913X105 W1.1.2 平均傳熱溫差根據(jù)傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P15,公式1-11,At = (-1'2) 3t-) = A (0,1atm)=51.26 mT tiln2-T -111.1.3 傳熱面積由于管程氣體壓力較高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。初步設(shè)定設(shè)K '=200 Wm-2-1。 i根據(jù)傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P14,公式1-2,則估算的傳熱面積為S 二 QiK At1913

7、00 二 18.66200 義 51.26m21.1.4 冷卻水用量根據(jù)傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P15,公式1-8二 20620 kg/hQ6.887 x 105m =i=-。c (12 -11)4.175 x(33 - 25)4.2 主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸4.2.1 管徑和管內(nèi)流速選用25X2.5mm的傳熱管(碳鋼管)；由傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P7表1 3得管殼 式換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)，可設(shè)空氣流速u(mài)=8m/s,用u .計(jì)算傳熱膜系數(shù)，然后進(jìn)行校核。114.2.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P62,公式3-9可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程 傳熱管數(shù)6439.14/(11.

8、36x 3600) ”=63 (根)0.785 x 0.0202 x 84 i i按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為L(zhǎng) 二-S- 九d n18.663.14 x 0.020 x 63=4.72 m按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l= 3 m，則該換熱器 管程數(shù)為N=L / 1=4.72/3心2 （管程）傳熱管總根數(shù)N = 63X2= 126 （根）。單根傳熱管質(zhì)量m = p鋼玩do8 =7850X3X3，14X0.0225X0.0025=4，16kg4.2.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P63,公式3-13a和3-13b,平均傳熱溫差校正系數(shù)R=

9、133 - 25148 - 25= 0.065= 13.25InlzT1 - PR依傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P16,公式3-13, 溫度校正系數(shù)為vR 2 +1XR -12 2 - P (1 + R - RR2 +1)ln2 - P (1 + R + RR 2 +1)1s1 - 0.065；13-252 +1 v1-0.065 X13.25一X0.93113-25 -1 1n 2-0.065(1+13.25 - J13.252 +1)2 - 0.065(1+13.25 + ;13.252 +1)依傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P16,公式3-14, 平均傳熱溫差校正為 t 二 XAt ' =51.2

10、6X0.931=47.72( ) m A tm由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于0.8,同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適。4.2.4 傳熱管的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。其中，每程 內(nèi)的正三角形排列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外流體擾動(dòng)較大，因 而對(duì)流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。查熱交換器原理與設(shè)計(jì)P46, 表2-3管間距，取管間距：t =32 mm。由化工原理上冊(cè)P278,公式4-123,得橫過(guò)管束中心線的管數(shù)為ne = 1.1 赤=1.1X /126 心13 根由化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P67,公式3-1

11、6, 隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=32/2+6=22 mm取各程相鄰管的管心距為44mm。4.2.5 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n=0.7,由流體力學(xué)與傳熱P206,公式4-115,得 殼體內(nèi)徑為Di =1.05tn/“ =1.05X32X J126/0.7 =450.8 mm ,查閱化工原理（上）P275,附錄二十三：熱交換器，取Di =450mm。4.2.6 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%,則切去的圓缺高度為h=0.25X450=112.5 mm，故可取 h=110 mm。取折流板間距 B=0.4Di,則 B=0.4X450=18

12、0 mm。取板間距H=150mm,則：折流板數(shù)N =B傳熱管長(zhǎng)折流板間距3000-1=150 1=19 塊折流板圓缺面水平裝配。4.3 換熱器主要傳熱參數(shù)核算4.3.1 熱量核算（1）殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)于圓缺形折流板，可采用克恩公式。由流體力學(xué)與傳熱P164,公式4-60、4-61, 得入/h = 0.36 . Re0.55 Pri/3（o）0.140d口其中：u 、當(dāng)水做冷卻劑時(shí)，粘度校正為（一）0.14 =1.05口w當(dāng)量直徑，管子為正三角形排列時(shí)，依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P72,公式 3-22 得<3n4( 12-d 2)24 o<3n= 0.0202 m4(m x 0.

13、0322 - x 0.0252)3.14 x 0.025殼程流通截面積，由流體力學(xué)與傳熱P164,公式4-62,得- 八d、0.025 S = BD(1o )=0.15X0.45X(1) =0.0148 m2ot0.032殼程冷卻水的流速及其雷諾數(shù)分別為Vu = fo So20620/(3600 x 996.0)0.0148= 0.389 m/sP u dRe = (° () ,o 口o996.0 x 0.389 x 0.0202e=9532.730.000821普朗特準(zhǔn)數(shù)(傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P26,公式1-43)_£4175 x 0.000821Pr= % =0.060

14、1=57'03o因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)h為o0.36 x 0.601 x 9532.730.55 x 57.031/3 x 1.050.140.0202=6408.1 W/(m2 )管程對(duì)流傳熱系數(shù)由流體力學(xué)與傳熱P158,公式4-52a、4-52b,得九hi = 0.023Re0.8Pr0.3 才i其中：管程流通截面積兀d 2 nS =i- =i 423.14 x 0.022 126x - =0.0198 m2管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為Vu = -ii Si6439.14/(3600 x11.36)0.0198= 7.95 m/sP u dRe= i i i口 i11.36 x

15、 7.95 x 0.02=8.32369 x 1042.17 x 10-5普蘭特準(zhǔn)數(shù)1009 x 2.17 x10-50.0317=0.691因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為0.0317h =0.023X83236.90.8X0,6910.3Xi0.02=281.74 W/(m2 )基于管內(nèi)表面積的總傳熱系數(shù)Ki查閱化工原理(上)P365,附錄22,得 冷卻水側(cè)的熱阻R =0.000172m2 W-1so 熱空氣側(cè)的熱阻Rsi = 0.000344m2 W-1 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入=45W m-i-i因此，依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P71,公式3-2111=-HR +Khsii i1bd d；Ii

16、-H R九 d h d som o o0.0025 x 0.020.02=H0.000344I1281.7445 x 0.02256408.1 x 0.0250.02+ 0.000172X0.025解得：K =237.80 W/ (m2 )此計(jì)算值與前面的初設(shè)值K =200 W/ (m2)的關(guān)系:iKiK237.80200=1.189滿足換熱器設(shè)計(jì)所要求的Ki/K=1.151.25的范圍，初選的換熱器合適。 (4)傳熱面積依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P75,公式3-35： Qi= Ki Sjtm得：Si=Qi/(K tm)=191300/ (237.80X51.26)=15.69 m2該換熱器

17、的實(shí)際傳熱面積SpSp=兀 dln =3.14X0.02X3X 126=23.74 m2依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P76,公式3-36該換熱器的面積裕度為H = S S x 100% = 23.74 15.69 x 100% =22.74%S15.69i傳熱面積裕度超出要求的15%20%的范圍，故需減少管數(shù)，取管數(shù)n=100, 則實(shí)際傳熱面積Sp=兀 dln =3.14X0.02X3X100=18.84m2面積裕度為H = Sp - Si x 100% =18.84 15.69 x 100% =17.84%S15.69i處于要求的15%20%的范圍內(nèi)，該換熱器符合實(shí)際生產(chǎn)要求。4.3.2壁溫

18、核算因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P77, 公式3-42計(jì)算。該換熱器用自來(lái)水作為冷卻水，設(shè)定冷卻水進(jìn)口溫度為25,出口溫度為 33來(lái)計(jì)算傳熱管壁溫。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。但在操作早期，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)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)算傳熱管壁溫。于是按式 3-42 有，= T / % w 1/h +1/hh式中，液體的平均溫度tm和氣體的平均溫度Tm分別按化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) P77，公式 3-44、3-45 計(jì)算”tm=0.4X33+

19、0.6X25=28.2Tm=0.5X(148+42) =95h：= ho= 6408.10 W/ (m2 )h； = hi= 281.74W/ (m2 )傳熱管平均壁溫1_ 95/ 6408.10 + 28.2/281.74。w1/ 6408.10 +1/ 281.74=31"0C殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=28.2 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 t=31.0 28.2 =2.8 該溫差不大，故不需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。4.3.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力(壓降)(1)管程流動(dòng)阻力依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P78,公式3-473-49可得管內(nèi)流體： Re=83236.9 &

20、lt;1050.31640.3164由柏拉休斯公式:心0.0186入=i Re。©83236.90.25直管部分的壓降:l u 227.952p=入 P = 0.0186XXX12.51 = 735.32 Pa1 id 2 i0.022i熱空氣在冷卻器內(nèi)流動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)兩次突然擴(kuò)大與兩次突然縮小，所以q =0.5+1+0.5+1 = 3彎管回路中的壓降：人 / u 2 c r 7.952p =。 P = 3 xX11.36 =1076.97 Pa2 2 i 2總壓降：EPiMlPj+pJ Ft Ns N =(735.32+1076.97)X1.5X 1X21 =5436.87Pa <

21、; 980。Pa (符合設(shè)計(jì)要求)其中，F(xiàn)t為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.5；Ns為串聯(lián)殼程數(shù)，取1； Np為管程數(shù)，取2。(2)殼程阻力：由傳熱力學(xué)與傳熱P209,公式4-121、4-122,得： 流體橫過(guò)管束的壓降：P u 2 , p =Ff n (N +1) oco1 o c B2其中：F=0.5f =5.0X(9532.73) -0.228=0.619 onc=10NB=12u =0.389 m/s p1=0.5X0.619X 10X (12+1) X (996.0X0.3892)/2 =3032.02 Pa2 Bp u 2 , p =N (3.5-) o o2 B D 2,2 x 0.15、

22、,= 12X(3.5-)X(996.0X0.3892)/2 = 3164.36Pa0.45總壓降：E4p =(, p +, p )Fs Ns o12= (3032.02+3164.36)X 1.15X1= 6671.03Pa < 9810 Pa (符合設(shè)計(jì)要求)其中，F(xiàn)s為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對(duì)于液體取1.15；Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。五、主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型5.1 殼體5.1.1 殼體直徑根據(jù)前面的工藝計(jì)算，本次設(shè)計(jì)采用的換熱器殼體內(nèi)徑Dj = 450 mm。查閱結(jié)構(gòu)與零部件(上)P123,表1-1-86的無(wú)縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑， 本次采用公稱直徑為DN=450mmX

23、8mm的殼體，則D =466mm, D. = 450 mm。5.1.2 殼體壁厚查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P126,表9-3,采用Q235-A.F鋼板(GB3274),其中鋼密度 = 7850kg , m3由P0=0.3 MPa, 0 = 5001,再查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P124,表9-6，對(duì)殼體與管 板采用單面焊，當(dāng)全部無(wú)損探傷時(shí)，焊接接頭系數(shù)。=0.9。查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P124,表9-4碳素鋼、普通低合金鋼板許用應(yīng)力，得：。t=113MPa , Qs = 235MPa5 = POD = 0.3 3 0.45- -0.66 (mm)2Q 卜。-P2 3113 3 0.9 - 0.3查閱化工設(shè)備

24、機(jī)械基礎(chǔ)P127,表9-10鋼板厚度負(fù)偏差，取C = 0.8mm, C2=1mm。圓整后：5 n=0.66+0.8+1 + A-8(mm)5.1.3 水壓校核由過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P193,公式(4-88), (4-89),得：o 二 PD-。)t 2(5 - C)n_ 1.25 3 0.4 3 0.45 + (0.008 - 0.001 - 0.0008)2 3 (0.008 - 0.001 - 0.0008)= 18.15 MPa而 0.9Qs=0.9X0.9X235=190.35 MPa因?yàn)?。t<0.9。/所以水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度足夠。5.1.4 殼體質(zhì)量殼體長(zhǎng)度=2.914m質(zhì)量=78 50

25、X 2 . 9 1 4 X 3.14X(0. 4662 0. 4502)/4 =263.17kg注：個(gè)別數(shù)據(jù)來(lái)源于后續(xù)步驟。詳見(jiàn)附圖。5.2 管板5.2.1 管板參數(shù)根據(jù)殼體內(nèi)徑尺寸，查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P161,表1-6-9管板尺寸表，由于沒(méi)有 適合本次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)管板，根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)得管板相關(guān)參數(shù)。具體參數(shù)列于下表:管板參數(shù)(管板按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì))參數(shù)名稱參數(shù)值管板直徑D /mm450管板外徑D/mm565管板厚度b /mm38螺栓孔直徑d2/mm18螺栓規(guī)格M16X80螺栓數(shù)量n/個(gè)12螺栓孔高度b /mm f28管板螺栓孔間距D/mm530管板法蘭直徑Df /mm565管板螺栓內(nèi)側(cè)邊間距丫!4

26、87管孔直徑d1/mm19管孔數(shù)/個(gè)100換熱管外伸長(zhǎng)度/mm5管板體積/m30.00591管板質(zhì)量/kg46.39注：管板體積 v =卜2 d2n21f + 0.006D: + 0.004D d 1 b nJ=乎 x (0.5652 0.0182 x 12)x 0.028 + 0.006 x 0.4872 + 0.004 x 0.452 0.0192 x 0.038 x 100=0.00591 m 3單塊管板質(zhì)量：m=0.00591X7850 = 46.39kg5.2.2 管板與殼體的連接管板兼作法蘭，固定板與殼體采用不可拆焊接式，管板與封頭采用法蘭連接。5.2.3 管子在管板上的固定方式采

27、用焊接法在管板上固定管子。根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P172,表1-6-20,管子伸出 長(zhǎng)度約為5mm。5.3 拉桿本換熱器殼體內(nèi)徑為450mm，查閱化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P135,表4-7和拉桿螺紋公稱直徑：dj16mm表4-8得:拉桿長(zhǎng)：L1=2.930mL =2.780m2前螺紋長(zhǎng)L =20mma后螺紋長(zhǎng)L =60mm b拉桿數(shù)：4根拉桿位置如左圖的圓圈位置所示。左視圖拉桿質(zhì)量：m=7850X(2X2.930+2X2.780)X3.14X0.0162/4=18.02 kg拉桿外套有定距管，規(guī)格與換熱管一樣，長(zhǎng)度：L1,=2.77 m,L;=2.67m。粗略計(jì)算定距管質(zhì)量12m' =7

28、850X(2X2.77+2X2.67)X3.14X(0.02520.022)/4=15.09 kg5.4 分程隔板查閱化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P127,表4-1,因本此設(shè)計(jì)換熱器的公稱直徑 D =450mm<600，對(duì)于碳鋼，得隔板厚度為：b = 10mm。i分程隔板長(zhǎng)L=260+25+112+5+3210=424mm,其中10mm為管箱嵌入法蘭深度，5mm為隔 板嵌入管板深度。分程隔板質(zhì)量以長(zhǎng)方體板粗略估計(jì)：m=0.450X0.424X0.010X7850=14.84kg5.5 折流板5.5.1 折流板選型本次設(shè)計(jì)的冷卻器采用弓形折流板。如右圖所示。前面第四章第四節(jié)已算出：折流板數(shù)N

29、=19塊B圓缺高度h=110 mm板間距B= 150mm查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P182,表1-6-26和表1-6-33, 得：折流板直徑 D = (450 3.5 0.5)mm=446mm a折流板厚度 C=5 mm。折流板的管孔，按GB151規(guī)定I級(jí)換熱器，管孔直徑=19+0.4=19.4mm查換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P184公式計(jì)算：圓缺部分面積：A =0.20738X D2 =0.2部38X0.4462=0.0413m2折流板體積V =(3.14)x 0.4462 - 0.0413 -)(3.143.14x 0.02542 x100 + x 0.0162 x 4)X0.005=0.000316 m 3

30、折流板質(zhì)量：m=19X0.000316X7850=47.13 kg5.6 封頭及管箱5.6.1 封頭查閱材料與零部件P332,表2-1-9,本換熱器采用橢圓型封頭（JB115473）兩個(gè)， 材料采用高合金鋼，公稱直徑Dg=450mm （以外徑為公稱直徑），曲面高度4=1121,直邊 高度 h2 = 25mm,厚度= 8mm,重量=16.6kg。一個(gè)焊接于管箱，一個(gè)焊接于法蘭。5.6.2 管箱管箱長(zhǎng)L=260mm,管箱外徑二450mm （按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)），壁厚=8mm管箱質(zhì)量：m=3.14X0.450X0.260X0.008X7850=23.07 kg。5.6.3 封頭法蘭及管箱法蘭查閱材料與零部

31、件（上）P386,表2-2-22,采用凹法蘭，在公稱壓力1.01.6MPa 范圍內(nèi)，選取的法蘭參數(shù)為D=565mm,公稱直徑二450mm,孔間距Dj510mm, D2=482mm。孔直 徑= 25mm,厚度b=32mm，法蘭重量=17.80kg。所用螺栓規(guī)格M22X90mm,螺栓數(shù)目：12。一個(gè)法蘭焊接在管箱，再與前管板連接；另一個(gè)法蘭焊接在封頭，與后管板連接。六、附屬件的計(jì)算及選型6.1接管及其法蘭根據(jù)流體力學(xué)與傳熱P207,接管直徑公式，同時(shí)也考慮到接管內(nèi)的流體流速為相應(yīng) 管、殼程流速的1.21.4倍。殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水的流速為ui= 0.51m/s,則接管內(nèi)徑為1：4 義 2

32、0620/(3600 * 996.0)J=0.12 m33.14 * 0.51取標(biāo)準(zhǔn)管徑為125 mm查表材料與零部件（上）P655表2-8-1,取管的外徑= 133mm,管厚=4mm,伸出 高度= 150mm。接管質(zhì)量=3.14X0.129X0.004X0.15X7850=1.91kg進(jìn)水口采用凸法蘭，出水口采用凹法蘭，查閱材料與零部件P380,表2-2-19,取 法蘭直徑=235 mm,厚度b=10mm,螺栓孔間距D = 200mm, D2=178mm,孔直徑= 18mm。法蘭 重量：凹法蘭= 1.54kg,凸法蘭=2.42kg,螺栓規(guī)格：乂16,螺栓數(shù)量為4。由于P U 2=996.0X

33、0.512=259.06<2200 kg/（m . S2）,故不需防沖板。i i管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)空氣的流速為uo= 10 m/s,則接管內(nèi)徑為八 而 ：4 * 6439.14/（3600 *11.36）D = , o =1.=0.142 m2 、冗 u3.14 x10o取標(biāo)準(zhǔn)管徑為150 mm查表材料與零部件P132無(wú)縫鋼管（YB231-70）,取管的外徑= 159mm,管厚=4.5mm , 查閱材料與零部件（上P655表2-8-1,伸出高度= 150mm。接管質(zhì)量=3.14X0.1545X0.0045X0.15X7850=2.57kg進(jìn)氣口采用凹法蘭，出氣口采用凸法蘭。查閱

34、材料與零件P380,表2-2-19,法蘭 的直徑= 260mm,厚度b=12mm,螺栓孔間距D = 225mm,D2=202mm,孔直徑= 18mm。法蘭重量: 凹法蘭= 2.18kg,凸法蘭=2.75kg,螺栓規(guī)格：乂16,數(shù)量為8。6.2 排氣、排液管查表材料與零部件P123無(wú)縫鋼管（YB231-70）,取排氣液管：外徑=45mm,管厚 = 3.5mm,伸出高度=80mm。質(zhì)量=7850X3.14X0.045X0.0035X0.08=0.29kg。查閱材料與零部件P384,表2-2-23,配套法蘭：選用凸法蘭，d =45mm,厚度b=20mm,HD=145mm, D1=110mm, D2=

35、88mm,質(zhì)量 m=2.34kg。6.3 支座設(shè)計(jì)6.3.1 支座的設(shè)計(jì)選型查材料與零部件（上）P627-628,表2-7-1鞍式支座尺寸，當(dāng)公稱直徑= 450mm時(shí)，b1=160mm , L=420mm , B=120mm, b=90mm, m=200mm,質(zhì)量=13.6kg, A=0.2X3=0.6m,支座間距= 3000 2X5 2X600=1790mm。6.3.2 支座承載能力校核(1)換熱器的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)于下表：序號(hào)各零部件數(shù)量單件重量/kg重量/kg1殼體(YB231-70)263.17263.172管板246.3992.783殼程接管21.913.824殼程接管法蘭2凹 3.08/凸

36、 4.847.925管程接管22.575.146管程接管法蘭2凹 4.36/凸 5.59.867排氣液管20.290.588排氣液管法蘭22.344.689隔板114.8414.8410封頭216.6033.211封頭法蘭117.8017.8012傳熱管1004.1641613拉桿2/29.24 / 8.7818.0214定距管L 127.6815.09L 227.4115折流板192.4847.1316管箱123.0723.0717管箱法蘭117.8017.8018支座213.627.2換熱器總重量/kg1018.1(2)傳熱管和拉桿所占的體積粗略為：¥=3.14X(0.025/2

37、) 2X2.914X104=0.149m32殼體體積為：¥=3.14X(0.450/2) 2X2.914=0.463m31忽略隔板體積，水充滿整個(gè)換熱器時(shí)的總重為：M 總二 1018.1+ (0.463-0.149)X996.0=1330.84kg。小于該鞍式支座的最大載荷14噸。(3)殼體剛度校核已知公式：- qx (3 < A )q2- 一 qx (A < x < L 一 A)qL - qx (L - A < x < L)-1 x2(x < A) 2M(x) = < -x2 + 處x-q(A < x < L - A)2 2 2

38、換熱器的受力可簡(jiǎn)化為如圖:彎矩圖為:L=1.790m, M 總=1018.1kg, g=9.81N/kg。M 總校正為 1020kg。取 A=0.34L=0.34X 1.790心 0.6086(m)，此時(shí)qD LqAM = 一 =0.025 M gL=0.025X 1020X9.81X1.790=705.94Nm max g 2總抗彎截面模量:兀(D 4 一 D 4)Z =32D一冗(0.4664 一 0.4504)=32 x 0.466=0.0013 m 3一 2 x 2 + Lqx - qL2 (L 一 A < x < L)。=Mma =705.94/0.0013=0.543M

39、Pa<。卜=133MPamax故此殼體適用。七、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表?yè)Q熱器的工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要結(jié)果和主要尺寸匯總于下表:藝參質(zhì)量流量/Qg/h）6439.1420620進(jìn)/出口溫度/25/33148/42操作壓力/MPa1.10.3物 性參 數(shù)定性溫度/9529密度/(kg/m3)11.36996.0定壓比熱熔/ kJ/(kg K)1.0094.175粘度/(Pa - s)2.17X10-58.21X10-4熱導(dǎo)率/W/(mK)0.03170.601普朗特準(zhǔn)數(shù)0.69157.03工 藝 主 要 計(jì) 算 結(jié) 果流速/(m/s)7.950.389污垢熱阻/m2K/ W0.0003440.000172阻力（壓降）/MPa5436.876671.03對(duì)流傳熱系數(shù) / W/（m2 K）281.746408.1總傳熱系數(shù)/ W/(m2 K)237.80平均傳熱溫差/51.26熱流量/kW191.3傳熱面積裕度/%17.84設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)程數(shù)21推薦使用材