化工原理課程設(shè)計(jì)__換熱器

1、設(shè)計(jì)任務(wù)書:、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?。粴こ滩灰捉Y(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壓縮后的熱空氣

2、，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I.IMpa,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49可得到，熱空氣的流速范圍為530m-s-1;冷卻水的流速范圍為0.21.5m

3、s1。本設(shè)計(jì)中，假設(shè)熱空氣的流速為8ms-1,然后進(jìn)行計(jì)算校核。2.3 安裝方式冷卻器是小型冷卻器，采用臥式較適宜。、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)書可得設(shè)計(jì)條件如下表:體積流量(標(biāo)準(zhǔn)m3/min)進(jìn)口溫度(C)出口溫度(C)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)一25330.30.4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0.1MPa3.2 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。管程氣體的定性溫度為14842T=95C2殼程水的定

4、性溫度為工2533t=29C23.2.2 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=蚣+(ya-yb)/(ta-tb)M(tavg-tb)，可得殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)空氣在95C,1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:物性密度pi3.(kg/m)定壓比熱容CpikJ/(kgC)粘度以(Pa-s)導(dǎo)熱系數(shù)入i(W-m-1C-1)空氣11.361.0092.17x10-50.0317水在29C的物性數(shù)據(jù)如下:物性密度po3.(kg/m)定壓比熱容CpokJ/(kgC

5、)粘度呼(Pa-s)導(dǎo)熱系數(shù)入o(W-m-1C-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：P273pi=1.293/茄行=1.293X(1.2MPa/101.33kPa)X273/(273+95)=11.36kg-m3四、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mi=60VJA(0C,1atm)=60X83X1.293=6439.14kg/h根據(jù)流體力學(xué)(上)P177,公式(4-109),熱流量為Qi=mCpi(T1-T2)=6439.14X1

6、.009X(148-42)=6.887X105kJ/h=1.913X105W4.1.2 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,&-3(11=a(0c,1atm)=51.26CmlnT1-t2T2-L4.1.3 傳熱面積.一.,.'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=200W-m2C-1。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QiK"：tm19130020051.26一一2=18.66m4.1.4 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=20620kg/hQi6.887105m=Cpo(t

7、2-t1)4.175x(33-25)0HI14.2 主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸4.2.1 管徑和管內(nèi)流速選用由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13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=8m/s,用ui計(jì)算傳熱膜系數(shù)，然后進(jìn)行校核。4.2.2 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)Vi=63(根)6439.14/(11.363600)20.7850.02028按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為=4.72mS_18.66二din1s3.140.02063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)

8、。現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng)l=3m,則該換熱器管程數(shù)為N=L/l=4.72/3-2(管程)傳熱管總根數(shù)N=63X2=126(根)。單根傳熱管質(zhì)量m=P鋼Ed08=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=T1丁2=13.25t2-t1p=T1-t133-25:0.065依傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)溫度校正系數(shù)為P16,公式3-13,148-25ln1-P1-PR1n2-P(1R-R21)2-P(1R、R21),1-0.065_13.2521y13.25-11n=0.9

9、311-0.06513.251n20.065(1+13.25。13.252+1)2-0.065(113.25.13.2521)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市邛心xztm=51.26X0.931=47.72(C)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

10、距，取管間距：t=32mm。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)為正三角形排列ne=1.1赤=1.1x7126=13根由化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P67,公式3-16,隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=32/2+6=22mm取各程相鄰管的管心距為44mm4.2.5 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率“=0.7,由流體力學(xué)與傳熱P206,公式4-115,得殼體內(nèi)徑為D=1.05t而再=1.05X32X/26707=450.8mm,查閱化工原理(上)P275,附錄二十三：熱交換器，取D=450mm4.2.6 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體

11、內(nèi)徑的25%則切去的圓缺高度為h=0.25X450=112.5mm,故可取h=110mm取折流板間距B=0.4D,則B=0.4X450=180mm取板間距H=150mm則：折流板數(shù)傳熱管長(zhǎng)折流板間距fi=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11IIJI.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ho=0.36讓Re0.55Pr1/3(W)0.14deMw其中：,n"弋、I1當(dāng)水做冷卻劑時(shí)，粘度校正為(口)0.14=1.05Mw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

12、程設(shè)計(jì)P72,公式3-22得de=P164,公式4-62,得(1-'0025)=0.0148m20.032V327t24(一0.032一0.025)=-24=0.0202m3.140.025殼程流通截面積，由流體力學(xué)與傳熱S=BD(1-%=0.15X0.45X殼程冷卻水的流速及其雷諾數(shù)分別為UoVo=20620/(3600996.0)=0.389m/sSo0.0148Ra=4="劍"0.0202=9532.73Mo0.000821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)吁=41750.000821=57.030.0601因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為h

13、o=0.360.6019532.7才5557.031/31.050.140.0202=6408.1W/(m2C)(2)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hi=0.023Re°.8Pr0.3'idi其中：管程流通截面積S=應(yīng)_23.140.02126=0.0198m2管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為Vi6439.14/(360011.36)Ui=-=-=7.95m/sSi0.0198PiUidi=11.36黑7.95父0.022.1710，_4=8.3236910普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=-510092.1710=0.6910.0317因此，管程空氣的

14、傳熱膜系數(shù)hi為=281.74W/(m2C)hi=0.023X83236.90.8乂0.6910.3乂0.03170.02基于管內(nèi)表面積的總傳熱系數(shù)K查閱化工原理(上)P365,附錄22,得冷卻水側(cè)的熱阻Ro=0.000172m.熱空氣側(cè)的熱阻R=0.000344#C鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入=45W-m1C-1公式3-21因此，依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P71,hi,dmhodo十Rs0dLdo=+0,000344+Q-0025Q-02+幽281.74450.02256408.10.025+0,000172X-0：020.0252解得：宿=237.80W/(mC)此計(jì)算值與前面的初設(shè)值K=200W/(

15、m2C)的關(guān)系:&二2"80=1,189Ki200、.一'.一一-，.一滿足換熱器設(shè)計(jì)所要求的K"Ki=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:Q=KjStm得：XI.J,i1/：/S=Q/(KiAtm)=191300/(237.80X51,26)=15.69m2該換熱器的實(shí)際傳熱面積&2Sp=ndiln=3.14X0.02X3X126=23.74m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I_.IISp-Si23.74-15.69H:100%=100%=22

16、.74%§15.69傳熱面積裕度超出要求的15%-20%勺范圍，故需減少管數(shù)，取管數(shù)n=100,則實(shí)際傳熱面積WrI2SP="diln=3.14X0.02X3X100=18.84m面積裕度為H=Sp一§100%=18.8415.69100%=17.84%§15.69處于要求的15%-20%勺范圍內(nèi)，該換熱器符合實(shí)際生產(chǎn)要求。4.3.2壁溫核算因管壁很薄，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25C,出口溫度為33c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

17、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=0.4義33+0.6義25=28.2CTm=0.5X(148+42)=95C2-hc=ho=6408.10W/(m-C)hh=hi=281.74W/(m2C)傳熱管平均壁溫95/6408.1028.2/281.74=31.0C1/6408.101/281.74即T=28.2C殼體壁溫，可近

18、似取為殼程流體的平均溫度,殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為t=31.028.2=2.8C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)管內(nèi)流體:Re=83236.9<10P78,公式53-473-49可得由柏拉休斯公式:0.31640.3164Re0.2583236.9125-0.0186I,直管部分的壓降:Pi='i2Uidi2一27.952：i=0.0186-12.51=735.32Pa0.022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，=0.5+1+0.5+1=3彎管回路中的壓降：.u2

19、一7952p2=；Ui-Pi=3-X11.36=1076.97Pa22總壓降：EAp=(P+p2)FtNNp=(735.32+1076.97)X1.5X1X2=5436.87Pa<9800Pa(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;N為串聯(lián)殼程數(shù)，取1;N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：人，PcUc2p1=Ffonc(NB+1)u°-2其中：F=0.5fo=5.0X(9532.73)°228=0.619nc=10NB=12uo=0.389m/sPi=0.5X0.619X10X(1

20、2+1)X(996.0X0.3892)/2=3032.02Pacc、2P2=N(3.5在)-u0-=12X(3.5-2X0.15)X(996.0X0.3892)/2=3164.36Pa0.45總壓降：EApo=(p1+Ap2)FsNs=(3032.02+3164.36)X1.15XI=6671.03Pa<9810Pa(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D=450mm查閱結(jié)構(gòu)與零部件(上)P123,表1-1-86的無(wú)縫鋼管制

21、作筒體時(shí)容器的公稱直徑，本次采用公稱直徑為DN=450m由8mmi勺殼體,則DO=466mmD二450mm5.1.2 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=7850kgm3由R=0.3MPa,Di=500mm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)1=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：0t=113MPa,(rs=235MPaPoDi2t-PO0.30.4521130.9-0.3=0.66(mm)查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P127,表9

22、-10鋼板厚度負(fù)偏差，取G=0.8mmG=1mm圓整后：6n=0.66+0.8+1+=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：=18.15MPa而0.9小6s=0.9X0.9X235=190.35MPa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=7850X2.914X3.14X(0.46620.4502)/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

23、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Da/mm450管板外徑D/mm565管板厚度ba/mm38.二螺栓孔直徑d2/mm18螺栓規(guī)格M16X80螺栓數(shù)量n2/個(gè)12二螺栓孔高度bf/mm28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D4/mm487管孔直徑d1/mmij.QX19管孔數(shù)/個(gè)100換熱管外伸長(zhǎng)度/mmn5管板體積/m30.00591管板質(zhì)量/kg46.39注：管板體積V=匕2-d；n2bf0.006D：0.004D；-d12ban1=3；40.5652-0.01821240.0280

24、.0060.48720.0040.452-0.01920.038100=0.00591m3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5mm5.3拉桿拉桿螺紋公稱直徑：dn=16mm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和表4-8得：拉桿長(zhǎng)：L1=2.930mL2=2.780m前螺紋長(zhǎng)La=20mm后螺紋長(zhǎng)Lb=60mm拉桿數(shù)：

25、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=785(X(2X2.930+2X2.780)X3.14X0.0162/4=18.02kg、一、一一、-一一、''拉桿外套有止距官，規(guī)格與換熱官一樣，長(zhǎng)度：Li=2.77m,L2=2.67m。粗略計(jì)算定距管質(zhì)量m'=7850X(2X2.77+2X2.67)X3.14X(0.0252-0.022)/4=15.09kg5.4 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<60Q對(duì)于碳鋼，得隔板厚度為：b=10mm。分程隔板長(zhǎng)L=260+25+112+5+32-10

26、=424mmM中10mnft管箱嵌入法蘭深度,5mm%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=0.450X0.424X0.010X|:7850=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。如右圖所小。前面第四章第四節(jié)已算出：折流板數(shù)nb=19塊vxxzxzzv圓缺高度h=110mm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Da=(4503.50.5)mm=446mm折流板厚度C=5mm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)

27、算：圓缺部分面積：Af=0.20738XD；=0.20738X0.4462=0.0413m2折流板體積V=,f-Da?-Af-djnjdz?n?JC3.1423.14=0.446-0.0413-匕4.4114八44力一23.142父0.02542M100+X0.0162M41X0.0054=0.000316m3折流板質(zhì)量：m=19<0.000316X7850=47.13kg5.6 封頭及管箱查閱材料與零部件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R=450mm（以外徑為公稱直徑），曲面高度hi=112mm直邊高度h2=25mm厚度

28、=8mm重量=16.6kg。一個(gè)焊接于管箱，一個(gè)焊接于法蘭。5.6.1 管箱管箱長(zhǎng)L=260mm管箱外徑=450mm（按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)），壁厚=8mm管箱質(zhì)量：m=3.14X0.450乂0.260乂0.008乂7850=23.07kg。5.6.2 封頭法蘭及管箱法蘭查閱材料與零部件（上）P386,表2-2-22,采用凹法蘭，在公稱壓力1.01.6MPa范圍內(nèi)，選取白法蘭參數(shù)為D=565mm公稱直徑二450mm孔間距D=510mmD2=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

29、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.；',1；I,II，一|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4Vi420620/（3600996.0D1i=0.12m二5.3.140.51取標(biāo)準(zhǔn)管徑為125mm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

30、件P380,表2-2-19,取法蘭直徑=235mm厚度b=10mm螺栓孔間距D=200mmD2=178mm孔直徑=18mm法蘭重量：凹法蘭=1.54kg,凸法蘭=2.42kg,螺栓規(guī)格：M16螺栓數(shù)量為4。由于piUi2=996.0X0.512=259.06<2200kg/（m.s2）,故不需防沖板。管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)空氣的流速為Uo=10m/s,則接管內(nèi)徑為匹已旦39.36007=0.142m:二uo3.1410取標(biāo)準(zhǔn)管徑為150mm查表材料與零部件P132無(wú)縫鋼管（YB231-70）,取管白外徑=159mm管厚=4.5mm,查閱材料與零部件（上P655表2-8-1,伸出高度

31、=150mm接管質(zhì)量=3.14義0.1545義0.0045X0.15X7850=2.57kg進(jìn)氣口采用凹法蘭，出氣口采用凸法蘭。查閱材料與零件P380,表2-2-19,法蘭的直徑=260mm厚度b=12mm螺栓孔間距D=225mmD2=202mm孔直徑=18mm法蘭重量：凹法蘭=2.18kg,凸法蘭=2.75kg,螺栓規(guī)格：M16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=7850X3.14X0.045乂0.0035乂0.08=0.29kg。查閱材料與零部件P384,表2-2-23,配套法

32、蘭：選用凸法蘭，dH=45mm厚度b=20mmD=145mmD=110mmD=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)公稱直徑二450mm寸,b1=160mm,L=420mm,B=120mm,b=90mmm=200mm質(zhì)量=13.6kg,A=0.2X3=0.6m,支座間距=30002X5-2X600=1790mm6.3.2 支座承載能力校核(1)換熱器的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)于下表：1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3.0

33、8/凸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1.22.344.689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11L'127.6815.09L'227.4115折流板192.4847.1316管箱123.0723.0717管箱法蘭1P17.8017.8018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：V2=3.14X(

34、0.025/2)2X2.914X104=0.149m3殼體體積為：V1=3.14X(0.450/2)2X2.914=0.463m3忽略隔板體積，水充滿整個(gè)換熱器時(shí)的總重為：M總=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：-qxx-AQ(x)=愕一qx(A-和M(x).-qx2(x_A)2qL-qxL-A三x£Lgx2生xqALxx2222q2.qLxLqx一22(A<x<L-A)(L-A<x<L)換熱器的受力可簡(jiǎn)化為如圖:彎矩圖為:L=1.790m,M總=1(A8.1k

35、g,g=9.81N7kgAM巧校正為1020kgH取A=0.34L=0.3,X1.79000.6086(m),止匕時(shí).MmaxqL2LqA=0.025M總gL=0.025X1020X9.81X1.790=705.94Nm抗彎截面模量:WZ=二(Do4R4)=二(0，4664一0，4504)=0.0013m332D。320,466二maxM-max=705.94/0.0013=0.543MPa<二t=133MPaWz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:質(zhì)量流量/(kg/h)6439.14進(jìn)/出口溫度/C25/33148/42操作壓力

36、/MPa1.10.3物性參數(shù)定性溫度/C95293督'度/(kg/m)11.36996.0定壓比熱熔/kJ/(kgK)1.0094.175粘度/(Pas)2.17X10-58.21X10-4熱導(dǎo)率/W/(m-K)0.03170.601普朗特準(zhǔn)數(shù)0.69157.03工藝流速/(m/s)7.950.389污垢熱阻/m2K/0.0003440.000172主要計(jì)算結(jié)果W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/C51.26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推薦使用材料碳鋼碳鋼換熱器型式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm450傳熱回積/m15.69管徑/mm25X2.5折流板型式上下管數(shù)/根100折流板數(shù)/個(gè)19管