列管換熱器的設(shè)計(jì)

1、 化工原理課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目： 列管式換熱器 一、設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)（一） 設(shè)計(jì)題目：列管換熱器的設(shè)計(jì)（二） 設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件某生產(chǎn)過(guò)程中，需用循環(huán)冷卻水將有機(jī)料液從102冷卻至40。已知有機(jī)料液的流量為2.17104 kg/h，循環(huán)冷卻水入口溫度為30，出口溫度為40，并要求管程壓降與殼程壓降均不大于60kpa，試設(shè)計(jì)一臺(tái)列管換熱器，完成該生產(chǎn)任務(wù)。（3） 選擇適宜的列管式換熱器并進(jìn)行核算3.1 傳熱計(jì)算3.2 管、殼程流體阻力計(jì)算3.3管板厚度計(jì)算3.4 u形膨脹節(jié)計(jì)算3.5 管束振動(dòng)3.6 管殼式換熱器零部件結(jié)構(gòu)（四）繪制換熱器裝配圖（a3圖紙） 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)包括：封面、目錄、設(shè)

2、計(jì)任務(wù)書(shū)、設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)、設(shè)計(jì)結(jié)果匯總表、參考文獻(xiàn)及設(shè)計(jì)自評(píng)表、換熱器裝配圖等。（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及圖紙均須計(jì)算機(jī)打印完成）目 錄一、設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) .-1-二、概 述 .-3- 2.1 列管式換熱器的分類(lèi)簡(jiǎn)介 .-3-2.2 列管式換熱器的選用與設(shè)計(jì)原則 .-4- 三、換熱器的選型 .-5- 3.1 確定物性參數(shù) .-5- 3.2 計(jì)算熱負(fù)荷和平均溫度差 .-7- 3.3 平均傳熱溫差校正 .-7- 3.4 管徑與管內(nèi)流速 .-9- 3.5 管程數(shù)和傳熱管數(shù) .-9- 3.6 殼體內(nèi)徑 .-11- 3.7 折流板 .-11- 3.8 接管、拉桿與定距管的選定 .-12- 四、換熱器核算 .-12-

3、 4.1、熱量核算 .-12- 4.2、傳熱面積核算 .-13- 4.3、流動(dòng)阻力核算 .-14- 4.4、壁溫核算 .-15- 五、換熱器選型 .-16- 六、設(shè)計(jì)結(jié)果 .-17- 七、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . .-19- 八、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算.-20- 九、參 考 文 獻(xiàn) .-27- 十、課程設(shè)計(jì)心得 .-28- 十一、主要符號(hào)說(shuō)明 .-29-二、概述 在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱(chēng)為熱交換器，簡(jiǎn)稱(chēng)為換熱器。它是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱(chēng)熱交換器。 換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。 一般換熱器都用金屬材料制成

4、，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開(kāi)始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。換熱器按用途不同可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過(guò)熱器等。 換熱器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，按照傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為管殼式換熱器、板面式換熱器和擴(kuò)展表面式換熱器（板翅式、管翅式等）在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10%20%，在煉油廠約占總費(fèi)用35%40%。

5、換熱器在其他部門(mén)如動(dòng)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(jì)和選擇得到使用、高效的換熱器對(duì)降低設(shè)備的造價(jià)和操作費(fèi)用具有十分重要的作用。2.1列管式換熱器的分類(lèi)簡(jiǎn)介換熱器的類(lèi)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，如表2-1所示。表2-1 換熱器的結(jié)構(gòu)分類(lèi)類(lèi)型特點(diǎn)間壁式管殼式列管式固定管式剛性結(jié)構(gòu)用于管殼溫差較小的情況（一般50），管間不能清洗帶膨脹節(jié)有一定的溫度補(bǔ)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(chǎng)合u型管式管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)清洗及檢修困難填料函式外填料函管間容易泄露，不宜處理易揮發(fā)、易爆

6、炸及壓力較高的介質(zhì)內(nèi)填料函密封性能差，只能用于壓差較小的場(chǎng)合釜式殼體上部有個(gè)蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場(chǎng)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)熱器螺旋管式沉浸式用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱噴淋式只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝板面式板式拆洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱螺旋板式可進(jìn)行嚴(yán)格的逆流操作，有自潔的作用，可用做回收低溫?zé)崮軅惆迨浇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(lèi)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(guò)程分階段交替進(jìn)行，適用于

7、從高溫爐氣中回收熱能的場(chǎng)合因設(shè)計(jì)需要，下面簡(jiǎn)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(jiǎn)單造價(jià)低廉的優(yōu)點(diǎn)。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)兩流體的溫度差較大時(shí)，應(yīng)考慮熱補(bǔ)償。有具有補(bǔ)償圈（或稱(chēng)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(gè)補(bǔ)償圈，當(dāng)外殼和管束的熱膨脹程度不同時(shí)，補(bǔ)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(bǔ)償方法簡(jiǎn)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(qiáng)過(guò)高（一般不高于600kpa）的場(chǎng)合。1-擋板 2-補(bǔ)償圈 3-放氣嘴圖2.2.1.固定管板式

8、換熱器的示意圖2.2列管式換熱器的選用與設(shè)計(jì)原則換熱器的設(shè)計(jì)即是通過(guò)傳熱過(guò)程計(jì)算確定經(jīng)濟(jì)合理的傳熱面積以及換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸，以完成生產(chǎn)工藝中所要求的傳熱任務(wù)。換熱器的選用也是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算所需的傳熱面積，選擇合適的換熱器。由于參與換熱流體特性的不同，換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的差異，因此為了適應(yīng)生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)或選用換熱器時(shí)需要考慮多方面的因素，進(jìn)行一系列的選擇，并通過(guò)比較才能設(shè)計(jì)或選用出經(jīng)濟(jì)上合理和技術(shù)上可行的換熱器。2.2.1、 流體通道的選擇流體通道的選擇可參考以下原則進(jìn)行：1 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，以便于清洗管子；2 腐蝕性流體宜走管程，以免管束和殼體同時(shí)受腐蝕，管內(nèi)也便于檢

9、修和清洗；3 高壓流體宜走管程，以免殼體受壓，并且可節(jié)省殼體金屬的消耗量；4 飽和蒸汽宜走殼程，以便于及時(shí)排出冷凝液，且蒸汽較潔凈，不易污染殼程；5 被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體散熱，增強(qiáng)冷卻效果；6 有毒流體宜走管程，以減少流體泄漏；7 粘度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流體流向和流速不斷改變，在很低的雷諾數(shù)（re10.5氣體530315表3-3.不同粘度液體的流速（以普通鋼壁為例）液體粘度/mpas15001500500500100100353511最大流速/（m/s）0.60.751.11.51.82.4由上表，我們初步選用252.5的碳鋼管，管內(nèi)流

10、速取ui =1.0m/s。定性溫度：取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼程油的定性溫度為： 管程流體的定性溫度為：根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。物性流體 密度 kg/m3 粘度pas 比熱容cpkj/（kg） 導(dǎo)熱系數(shù)w/（m）有機(jī)化合液 986 0.5410-34.190.662水 9940.72810-34.1740.6263.2計(jì)算熱負(fù)荷和平均溫度差1. 熱流量2.平均溫度差暫時(shí)按單殼程、多管程計(jì)算。逆流時(shí)，我們有煤油：10240水： 4030 得：3.冷卻水用量 3.3 平均傳熱溫差校正平均傳熱溫差校正系數(shù):按單殼程，雙管程結(jié)構(gòu)，查閱相關(guān)溫差校正系數(shù)圖得，由此可知，是合理

11、的。如果溫度校正系數(shù)低于0.8，則應(yīng)該采用多殼程結(jié)構(gòu)或其他流動(dòng)方式。所以修正后的傳熱溫差為：3.3.1 總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值見(jiàn)表3-4，有關(guān)手冊(cè)中也列有其他情況下的總傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。選擇時(shí)，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(lèi)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0.91.5m/s）水冷水冷水冷水鹽水有機(jī)溶劑輕有機(jī)物0.5mpas中有機(jī)物=0.51mpas重有機(jī)物1mpas水（流速為1m/s）水水溶液2mpas水溶液2mpas有機(jī)物0.5mpas有機(jī)物=0.51mpas有機(jī)物1mpas水水水水水水水水水（流速為0.91.5

12、m/s）水（流速較高時(shí)）輕有機(jī)物0.5mpas中有機(jī)物=0.51mpas重有機(jī)物1mpas輕有機(jī)物0.5mpas有機(jī)溶劑=0.30.55mpas輕有機(jī)物0.5mpas中有機(jī)物=0.51mpas重有機(jī)物1mpas水蒸氣（有壓力）冷凝水蒸氣（常壓或負(fù)壓）冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝水蒸氣冷凝有機(jī)物蒸氣及水蒸氣冷凝重有機(jī)物蒸氣（常壓）冷凝重有機(jī)物蒸氣（負(fù)壓）冷凝飽和有機(jī)溶劑蒸氣（常壓）冷凝含飽和水蒸氣的氯氣（50）so2冷凝nh3冷凝氟里昂冷凝58269881411634678142906981164672335821982332334651163495823323264652174

13、534891163107158229085821193291582114349582116311634958174582116317434981411636989307561）.管程傳熱系數(shù)： 2）.殼程傳熱系數(shù)：假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)是： 污垢熱阻： 管壁的導(dǎo)熱系數(shù)： 管壁厚度： 內(nèi)外平均厚度： 在下面的公式中，代入以上數(shù)據(jù)，可得 3.3.2計(jì)算傳熱面積由以上的計(jì)算數(shù)據(jù)，代入下面的公式，計(jì)算傳熱面積：考慮15%的面積裕度，則：3.4管徑和管內(nèi)流速換熱器中最常用的管徑有19mm2mm和25mm2.5mm。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較??；同時(shí)，對(duì)于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位

14、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?chē)?yán)重以及允許壓力降較高的情況下，采用19mm2mm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(biāo)準(zhǔn)管子的長(zhǎng)度常用的有1500mm，2000mm，3000mm，6000mm等。當(dāng)選用其他尺寸的管長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)管長(zhǎng)的規(guī)格，合理裁用，避免材料的浪費(fèi)。選用252.5的碳鋼管，管長(zhǎng)6m，管內(nèi)流速取ui=1.0m/s。3.5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)：按單程計(jì)算，所需傳熱管的長(zhǎng)度是：若按單程管計(jì)算，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。工業(yè)上常采用以下幾種換熱管：1500，2000，30

15、00，4500，6000，9000mm?，F(xiàn)取l=6000mm，則該傳熱管程數(shù)為：則傳熱管的總根數(shù)為：換熱管標(biāo)準(zhǔn)排列形式有以下幾種：本設(shè)計(jì)中采用正三角形排列.在上述幾種排列中，a、d排列更為合理，因?yàn)樵谙嗤哿靼彘g距條件下，其流通截面比其他兩種要大，有利于提高流速。故本換熱器采用混合排列，即在隔板附近采用正方形排列，在其他部分采用正三角形排列。管間距為t=1.25do32mm, 則橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)：3.6殼體內(nèi)徑對(duì)于多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑采用下式計(jì)算:其中為管板利用率，對(duì)于正三角形排列：兩管程，0.7-0.85，大于四管程，0.6-0.8；對(duì)于正方形排列：兩管程，0.55-0.7，大于四管程

16、，0.45-0.65。由于本設(shè)計(jì)采用混合排列，多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率為=0.7，則殼體內(nèi)徑為： 圓整后取d=900mm。3.7 折流板 常用的折流板有弓形和圓盤(pán)-圓環(huán)形兩種。弓形折流板又分為單弓形、雙弓形和三弓形三種。各種折流板具體形狀見(jiàn)右圖：本換熱器采用弓形折流板，取弓形折流板的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去圓缺高度為： 折流板的間距在允許的壓力降范圍內(nèi)希望盡可能的小，一般推薦折流板間距最小值為殼體內(nèi)徑的0.2倍（或不小于50mm),最大值取決于支持管所必須的最大間隔。本設(shè)計(jì)取折流板間距為0.5d,則，由于在系列標(biāo)準(zhǔn)中只有以下幾種折流板間距：150，200，300，450，600（對(duì)于

17、d=900mm,l=6000mm)故取b=450mm則折流板數(shù)為：據(jù)常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)p34，表格1-13，選取折流板與殼體間的間隙為3 . 5mm, 因此折流板直徑dc = 500 - 2 3 . 5 = 493mm折流板厚度參照由萬(wàn)利國(guó)、董新法編著化工制圖autocad實(shí)戰(zhàn)教程與開(kāi)發(fā)143頁(yè)表5-4得折流板厚度為5mm。3.8接管、拉桿與定距管的選定殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)有機(jī)料液流速為u=1.5m/s則接管內(nèi)徑為：由無(wú)縫鋼管( gb8163-87) 得， 故殼程流體（即煤油）進(jìn)出口接管直徑取標(biāo)準(zhǔn)管徑100mm；管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速為u=1.8m/s,同理得接管內(nèi)徑

18、為：由無(wú)縫鋼管( gb8163-87) 得，取標(biāo)準(zhǔn)管徑為260mm。拉桿的直徑和數(shù)量與定距管的選定根據(jù)常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)p35，表格1-17，選用12mm 鋼拉桿, 數(shù)量6 條。定距管采用與換熱管相同的管子, 即25mm2 . 5mm 鋼管。 四、換熱器核算換熱器主要傳熱參數(shù)核算4.1熱量核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)于圓缺式折流板，可采用克恩公式：流體流通管間最大截面積為：則殼程流速為：其中，de為當(dāng)量直徑：則殼程雷諾數(shù)為：普蘭特準(zhǔn)數(shù)為：則管程對(duì)流傳熱系數(shù)，取粘度校正系數(shù)管程對(duì)流傳熱系數(shù)流通截面積：管程流體流速：雷諾數(shù)為：普蘭特準(zhǔn)數(shù)為：則其對(duì)流傳熱系數(shù)為：污垢熱阻管程與殼程的污垢熱阻分別為: 管壁

19、導(dǎo)熱系數(shù)為：代入數(shù)據(jù)，總傳熱系數(shù)為： 介于1.12至1.25之間符合要求。4.2 傳熱面積核算換熱面積s按核算后所得的總傳熱系數(shù)計(jì)算。則傳熱面積該換熱器的實(shí)際傳熱面積為：則該換熱器的面積裕度為：傳熱面積裕度合適，故該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。43 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力核算 4.3.1管程流動(dòng)阻力管程為壓力降：其中，ft=1.4,ns=1,np=2傳熱管的相對(duì)粗糙度為：查莫狄圖得則由于流體與管壁摩擦產(chǎn)生的壓降為：則管程壓力降為：4.3.2殼程流動(dòng)阻力由此可知本換熱器符合要求。注： nb折流板數(shù)目；b折流板間距, m；di 殼體內(nèi)徑, m；f管子排列方式對(duì)壓力降的校正因數(shù), 對(duì)于正三角形排列, f

20、 = 0 . 5對(duì)于正方形斜轉(zhuǎn)45, f = 0 . 4；f0殼程流體的摩擦系數(shù)。nc橫過(guò)管束中心線的管數(shù),管子按正三角形排列: nc = 1 . 1 n ；管子按正方形排列: nc = 1 . 19 ；u0 殼程流體橫過(guò)管束的最小流速, m /s ,4.4 壁溫核算 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按式（3-42）計(jì)算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時(shí)，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會(huì)降低。為確?？煽?，取循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為16，出口溫度為40計(jì)算傳熱管壁溫。另外，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，降低了殼程和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管壁溫差肯能較

21、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。于是有： 式中液體的平均溫度tm=和氣體的平均溫度分別按式（3-44）和式（3-45）計(jì)算為： 傳熱管平均壁溫 殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即 。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為 該溫差較小，故不需設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。 五、換熱器選型 根據(jù)以上計(jì)算，通過(guò)查標(biāo)準(zhǔn)jb/t 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù)的對(duì)照可以發(fā)現(xiàn)，在dn=600mm范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)所得換熱器與標(biāo)準(zhǔn)相差較小，與設(shè)計(jì)結(jié)果比較接近。故暫且選定該換熱器，其相關(guān)尺寸規(guī)格如下：dn(mm)900管程數(shù)n2殼程數(shù)1管子根數(shù)n240中心排管數(shù)17管程流通面

22、積m20.038換熱面積m2106.5換熱管長(zhǎng)度mm6000管子規(guī)格主要零件封頭上下兩封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)jb/t4737-2002標(biāo)準(zhǔn)，封頭為：。如圖所示支座 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雙鞍式支座為準(zhǔn)，選用dn=900mm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：墊片換熱器墊片通過(guò)以上設(shè)計(jì)，按照gb/t539,選定耐油石棉橡膠板作為墊片。 六、設(shè)計(jì)結(jié)果參數(shù)管程（循環(huán)水）殼程（有機(jī)料液）流量（kg/h/出口溫度/30/40102/40壓降/kpa6060物性定性溫度/3571密度/（kg/m3）994

23、986定壓比熱容/kj/（kg）4.1744.19粘度/（pas）0.7280.54熱導(dǎo)率（w/m） 0.6260.662普朗特?cái)?shù)4.853.4設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式管程數(shù)2殼體內(nèi)徑/900殼程數(shù)1管徑/252.5管心距/32管長(zhǎng)/6000管子排列管數(shù)目/根240折流板數(shù)/個(gè)19傳熱面積/106.5折流板間距/450管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/（m/s）0.9840.069表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/w/（k）47311333污垢熱阻/（k/w）0.0003440.000172阻力/ pa9185.12317.4熱流量/kw1551.5傳熱溫差/k36傳熱系數(shù)/w/（k）580k/ko1.

24、135七、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、固定管板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 由于換熱器的內(nèi)徑已確定，采用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑?jīng)Q定固定管板外徑及各結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸為： 固定管板外徑： 固定管板外徑與殼體內(nèi)徑間隙：取 墊片寬度：按化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）:表4-16： 取 固定管板密封面寬度： 外頭蓋內(nèi)徑： 2、管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭設(shè)計(jì)： 依工藝條件：管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力中的高值，以及設(shè)計(jì)溫度和公稱(chēng)直徑700，按jb4703-92長(zhǎng)頸對(duì)焊法標(biāo)準(zhǔn)選取。并確定各結(jié)構(gòu)尺寸，見(jiàn)化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）。3、管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 選用b型封頭管箱，因換熱器直徑較大，且為二管程，其管箱最小長(zhǎng)度可不按流道面積計(jì)算

25、，只考慮相鄰焊縫間距離計(jì)算： 取管箱長(zhǎng)為1000mm，管道分程隔板厚度取7mm。4、固定端管板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 依據(jù)選定的管箱法蘭，管箱側(cè)法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸，確定固定端管板最大外徑為：d=806mm。5、外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭設(shè)計(jì)： 依工藝條件，殼側(cè)壓力、溫度及公稱(chēng)直徑；按jb4703-93長(zhǎng)頸法蘭標(biāo)準(zhǔn)選取并確定尺寸。（4） 外頭蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 外頭蓋軸向尺寸由固定管板、法蘭及強(qiáng)度計(jì)算確定厚度后決定。7、墊片選擇： a.管箱墊片： 根據(jù)管程操作條件（循環(huán)水壓力，溫度35）選石棉橡膠墊。結(jié)構(gòu)尺寸如化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版）：圖4-39（b）所示： b.外頭蓋墊片： 根據(jù)殼程操作條件（

26、有機(jī)料液，壓力，溫度71），選纏繞式墊片，墊片：（jb4705-92） 纏繞式墊片。8、折流板布置： 折流板尺寸： 外徑：；厚度取10mm 前端折流板距管板的距離至少為450mm；結(jié)構(gòu)調(diào)整為500mm；見(jiàn)化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社出版） 后端折流板距浮動(dòng)管板的距離至少為950mm； 實(shí)際折流板間距b=250mm，計(jì)算折流板數(shù)為15塊。9、說(shuō)明: 在設(shè)計(jì)中由于給定壓力等數(shù)及公稱(chēng)直徑超出jb4730-92，長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭標(biāo)準(zhǔn)范圍，對(duì)殼體及外頭蓋法蘭無(wú)法直接選取標(biāo)準(zhǔn)值，只能進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算。八、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 1、筒體壁厚計(jì)算：由工藝設(shè)計(jì)給定設(shè)計(jì)溫度71，設(shè)計(jì)壓力等于工作壓力為600

27、00，選低合金結(jié)構(gòu)鋼板16卷制，查得材料71時(shí)許用應(yīng)力。取焊縫系數(shù)=0.85，腐蝕裕度=1mm；對(duì)16鋼板的負(fù)偏差=0內(nèi)壓圓筒計(jì)算厚度公式： = 從而：計(jì)算厚度：=mm設(shè)計(jì)厚度：mm名義厚度： 圓整取有效厚度：水壓試驗(yàn)壓力：所選材料的屈服應(yīng)力水式實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核：水壓強(qiáng)度滿(mǎn)足試驗(yàn)壓力： 2、外頭蓋短節(jié)、封頭厚度計(jì)算： 外頭蓋內(nèi)徑=800mm，其余參數(shù)同筒體： 短節(jié)計(jì)算壁厚： s= 短節(jié)設(shè)計(jì)壁厚： 短節(jié)名義厚度： 圓整取=22mm 有效厚度： 壓力試驗(yàn)應(yīng)力校核： 壓力試驗(yàn)滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。 外頭蓋封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭： 封頭計(jì)算壁厚： s= 封頭名義厚度： 取名義厚度與短節(jié)等厚： 3、管箱短節(jié)、封頭厚度

28、計(jì)算：由工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)為：設(shè)計(jì)溫度為35，設(shè)計(jì)壓力為18.786m，選用16mnr鋼板，材料許用應(yīng)力，屈服強(qiáng)度，取焊縫系數(shù)=0.85，腐蝕裕度=1mm 計(jì)算厚度： s= 設(shè)計(jì)厚度： 名義厚度： 結(jié)合考慮開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)及結(jié)構(gòu)需要取 有效厚度： 壓力試驗(yàn)強(qiáng)度在這種情況下一定滿(mǎn)足。管箱封頭取用厚度與短節(jié)相同，取4、 管箱短節(jié)開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法，接管尺寸為，考慮實(shí)際情況選20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴埽?1mm 接管計(jì)算壁厚： mm 接管有效壁厚： 開(kāi)孔直徑： 接管有效補(bǔ)強(qiáng)高度： b=2d=2363.7=727.4mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度： 需補(bǔ)強(qiáng)面積：a=ds=363.71.94=705.

29、6 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積： 該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需另設(shè)補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。5、殼體接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)校核： 開(kāi)孔校核采用等面積補(bǔ)強(qiáng)法。選取20號(hào)熱軋?zhí)妓劁摴?鋼管許用應(yīng)力：， =1mm 接管計(jì)算壁厚： 接管有效壁厚： 開(kāi)孔直徑： 接管有效補(bǔ)強(qiáng)厚度： b=2d=2306.6=613.2mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度： 需要補(bǔ)強(qiáng)面積： a=d=306.635.75=10960.95 可以作為補(bǔ)強(qiáng)的面積為： 尚需另加補(bǔ)強(qiáng)的面積為： 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度： 實(shí)際補(bǔ)強(qiáng)圈與筒體等厚： ； 則另行補(bǔ)強(qiáng)面積： 同時(shí)計(jì)算焊縫面積后，該開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度的足夠。6、固定管板計(jì)算： 固定管板厚度設(shè)計(jì)采用bs法。假設(shè)管板厚度b=100mm。 總換熱

30、管數(shù)量 n=256； 一根管壁金屬橫截面積為： 開(kāi)孔溫度削弱系數(shù)（雙程）： 兩管板間換熱管有效長(zhǎng)度(除掉兩管板厚)l取6850mm 計(jì)算系數(shù)k： k=3.256 接管板筒支考慮，依k值查化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)化學(xué)工業(yè)出版社：圖4-45， 圖4-46，圖4-47得： 管板最大應(yīng)力: 或 筒體內(nèi)徑截面積： 管板上管孔所占的總截面積： 系數(shù) 系數(shù) 殼程壓力： 管程壓力: 當(dāng)量壓差： 管板采用16mn鍛： 換熱管采用10號(hào)碳系鋼： 管板管子程度校核： 管板計(jì)算厚度滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。九、參 考 文 獻(xiàn)【1】夏清,陳常貴主編. 化工原理（上冊(cè)）m. 天津：天津大學(xué)出版社. 2005【2】董大勤. 化工設(shè)備

31、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)m. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社,1999【3】蘭州石油機(jī)械研究所. 換熱器m. 北京：烴加工出版社，1986【4】化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)編寫(xiě)組編. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第三冊(cè)）.北京： 石油化學(xué)工業(yè)出版社，1978【5】 刁玉瑋,王立業(yè)編著. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第四版）m. 大連：大連理工大學(xué)出版社. 2003【6】華南理工大學(xué)化工原理教研組. 化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)m. 廣州：華南理工大學(xué)出版社，1986【7】賈紹義,柴誠(chéng)敬主編. 化工原理課程設(shè)計(jì)m. 天津：天津大學(xué)出版社.2002 【8】 錢(qián)頌文主編. 換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)m. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 2002【9】jb/t 4715-92 固定管板式換熱器與基本參數(shù)【10】gb 151-1999管殼式換熱器【11】王靜康. 化工設(shè)計(jì)m. 北京：化學(xué)工業(yè)出版，1998【12】傅啟民. 化工設(shè)計(jì)m. 合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2000【13】趙慧清,蔡紀(jì)寧主編. 化工制圖m. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社200