化工原理課程設(shè)計(jì)__換熱器

1、空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)1一、設(shè)計(jì)任務(wù)1.空氣壓縮機(jī)后冷卻器設(shè)計(jì)操作參數(shù);（1）空氣處理量: 14m3/min；操作壓強(qiáng)：1.45MPa（絕對(duì)壓）?？諝膺M(jìn)口溫度 160，終溫：50（2）冷卻劑：常溫下的水初溫：25°；終溫：30；溫升t=5（3）冷卻器壓降：壓降 t=52.設(shè)計(jì)項(xiàng)目（1）確定設(shè)計(jì)方案，確定冷卻器型式，流體流向和流速選擇，冷卻器的安裝方式等。（2）工藝設(shè)計(jì)：冷卻器的工藝設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，確定冷卻劑用量，傳熱系數(shù)，傳熱面積，換人管長(zhǎng)，管數(shù)，管間距，校對(duì)壓力等。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：管子在管板上的固定方式，管程分布和管子排列，分程隔板的連接，管板和殼體的連

2、接，折流擋板等。（4）機(jī)械設(shè)計(jì)：確定殼體，管板壁的厚度尺寸，選擇冷卻器的封頭、法蘭、接管法蘭、支座等。（5）附屬設(shè)備選型3.設(shè)計(jì)分量（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份；（2）冷卻器裝配圖；（3）冷卻器工藝流程圖；（4冷卻器的強(qiáng)度及支座等的估算一、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(lèi)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(mǎn)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，

3、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，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

4、。（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530 m·s-1；冷卻水的流速范圍為0.21.5 m·s-1。本設(shè)計(jì)中，假設(shè)熱空氣的流速為8 m·s-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?？諝饪諝馑?、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：數(shù)參類(lèi)型體積流量（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)）15148 42

5、1.11.2冷卻水（管外）2533 0.30.4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。管程氣體的定性溫度為 殼程水的定性溫度為 3.2.2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 ）,可得殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)?？諝庠?5，1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：物性密度i（kg/m3）定壓比熱容cpi kJ/

6、(kg)粘度i（Pa·s）導(dǎo)熱系數(shù)i（W·m-1·-1）空氣 11.361.0092.17×10-5 0.0317 水在29的物性數(shù)據(jù)如下：物性密度o（kg/m3）定壓比熱容cpo kJ/(kg)粘度o（Pa·s）導(dǎo)熱系數(shù)o（W·m-1·-1）水996.0 4.1758.21×10-40.0601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。空氣密度校正，由化工原理實(shí)驗(yàn)P31，公式2-36得：i1.2931.293×(1.2MPa/101.33kPa)×273/(273+95)11.3

7、6 kg·m-3四、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 m i = 60 Vi Ai(0,1atm)=60×83×1.293=6439.14 kg/h根據(jù)流體力學(xué)（上）P177，公式（4-109），熱流量為 Q i = mi Cpi (T1T2) =6439.14×1.009×（14842）=6.887×105 kJ/h = 1.913×105 W 4.1.2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，= = Ai(0,1atm)=51.264.1.3傳熱面積由于管程氣體壓力較

8、高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。初步設(shè)定設(shè)Ki=200 W·m-2·-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 m24.1.4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1-8mo = kg/h4.2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25×2.5mm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(mài)i8m/s，用u i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)(根)按單程管計(jì)

9、算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為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)。現(xiàn)取傳熱管長(zhǎng) l= 3 m ，則該換熱器管程數(shù)為Np=L / l=4.72/32（管程）傳熱管總根數(shù) N = 63×2= 126 （根）。單根傳熱管質(zhì)量7850×3×3.14×0.0225×0.0025=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)R13.25P0.065 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××0.931依傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P16

10、，公式3-14，平均傳熱溫差校正為tm=×tm =51.26×0.931=47.72( )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(xiàn)的管數(shù)為=1.1×13根由化工單元過(guò)

11、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=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=0.7，由流體力學(xué)與傳熱P206，公式4-115，得殼體內(nèi)徑為Di =1.05t=1.05×32×=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=0.25×450=112.5 mm ，故可取h=110 mm。取折流板間距B=0.4Di

12、，則B=0.4×450=180 mm。取板間距H150mm，則：折流板數(shù) NB=1=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ho = 其中：當(dāng)水做冷卻劑時(shí)，粘度校正為=1.05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de0.0202 m殼程流通截面積，由流體力學(xué)與傳熱P164，公式4-62，得So = BD(1)=0.15×0.45×（1）0.0148 m2殼程冷卻水的流速

13、及其雷諾數(shù)分別為uo =0.389 m/sReo9532.73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）Pr =57.03因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為ho = =6408.1 W/(m2·)(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 = 0.023Re0.8Pr0.3其中：管程流通截面積Si =0.0198 m2管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為ui =7.95 m/sRe8.32369104普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr =0.691因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為hi=0.023×83236.90.8×0.69

14、10.3×=281.74 W/(m2·)(3)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l 冷卻水側(cè)的熱阻Rso0.000172m2··W-1l 熱空氣側(cè)的熱阻Rsi0.000344m2··W-1l 鋼的導(dǎo)熱系數(shù)45W·m-1·-1因此，依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P71，公式3-21 Rsi 0.0003440.000172×解得：237.80 W/ (m2·)此計(jì)算值與前面的初設(shè)值Ki=200 W/ (m2·)的關(guān)系： =1.189滿(mǎn)足換熱器設(shè)計(jì)所要求的

15、/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：QiSitm得：SiQi/(tm)191300/（237.80×51.26）15.69 m2該換熱器的實(shí)際傳熱面積SpSp=3.14×0.02×3×126=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=22.74%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=3.14×0.02×3×10018.84m2面積裕度為=17.84

16、%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t

17、m=0.4×33+0.6×25=28.2Tm=0.5×（148+42）=95 hc = ho = 6408.10 W/ (m2·) hh = hi = 281.74W/ (m2·)傳熱管平均壁溫=31.0 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=31.028.2 =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 <105由柏拉休斯公式：i=0.0

18、186直管部分的壓降：p1= = 735.32 Pa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+13 彎管回路中的壓降：p2=1076.97 Pa 總壓降：pi（p1+p2）Ft Ns Np（735.32+1076.97）×1.5×1×25436.87Pa < 9800 Pa（符合設(shè)計(jì)要求） 其中， Ft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：p1=Ffonc(NB+1)其中：F=0.5fo=5.

19、0×（9532.73）-0.228=0.619nc=10NB=12uo=0.389 m/sp1=0.5×0.619×10×(12+1)×(996.0×0.3892)/2 3032.02 Pap2NB（3.5）12×（3.5）×(996.0×0.3892)/23164.36Pa總壓降：po（p1p2）Fs Ns（3032.023164.36）×1.15×16671.03Pa < 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)

20、，取1。五、主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型5.1一、設(shè)計(jì)任務(wù)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Di450 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(chēng)直徑，本次采用公稱(chēng)直徑為DN450mm×8mm的殼體，則Do466mm，Di450 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Po0.3 MPa， Di500mm，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

21、.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 ，s235MPa0.66 (mm)查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P127，表9-10鋼板厚度負(fù)偏差，取C10.8mm， C21mm。圓整后： n=0.66+0.8+18(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： 18.15 MPa 而0.9s=0.9×0.9×235=190.35 MPa因?yàn)?lt;0.9s，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=7850×2.914×3.14×

22、（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(chēng)參數(shù)值管板直徑Da/mm450管板外徑D/mm565管板厚度ba/mm38螺栓孔直徑d2/mm18螺栓規(guī)格M16×80螺栓數(shù)量n2/個(gè)12螺栓孔高度bf/mm28管板螺栓孔間距D1/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/mm19管孔

23、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=0.00591單塊管板質(zhì)量：m=0.00591×785046.39kg5.2.2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和表4-8得：拉桿螺紋公稱(chēng)直徑：=16mm拉桿長(zhǎng)：L1=2.930m L2=2.780m前螺紋長(zhǎng)La=20

24、mm后螺紋長(zhǎng)Lb=60mm拉桿數(shù)：4根左視圖拉桿位置如左圖的圓圈位置所示。拉桿質(zhì)量：m=7850×（2×2.930+2×2.780）×3.14×0.0162/4=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，L2=2.67m。粗略計(jì)算定距管質(zhì)量 m=7850×（2×2.77+2×2.67）×3.14×(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(chēng)直徑Di=450mm<60

25、0 ，對(duì)于碳鋼，得隔板厚度為：b10mm 。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=0.450×0.424×0.010×7850=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。如右圖所示。前面第四章第四節(jié)已算出：折流板數(shù) NB=19 塊圓缺高度 h110 mm板間距 B150mm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 C5 mm

26、。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：=0.20738×=0.20738×0.44620.0413折流板體積 C=×0.005=0.000316 折流板質(zhì)量：m=19×0.000316×7850=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(chēng)直徑Dg450mm（以外徑為公稱(chēng)直徑），曲面高度h1112mm，直邊高度h225mm，厚度8mm,重量

27、=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=450mm（按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)），壁厚=8mm管箱質(zhì)量：m=3.14×0.450×0.260×0.008×7850=23.07 kg。5.6.3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(chēng)壓力1.01.6MPa范圍內(nèi)，選取的法蘭參數(shù)為D=565mm，公稱(chēng)直徑=450mm，孔間距D1=510mm，D2=482mm?？字睆?5mm，厚度b=32mm ，法蘭重量=17.80kg 。所用螺栓規(guī)格M22×90mm，螺栓數(shù)目：

28、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=0.12 m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=3.14×0.129×0.004×0.15×7850=1.91kg進(jìn)水口采用凸法蘭，出水口采用凹法蘭，查閱材料

29、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D1200mm，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：M16，螺栓數(shù)量為4。由于iui2=996.0×0.512=259.06<2200 kg/(ms2)，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= 10 m/s，則接管內(nèi)徑為=0.142 m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150

30、mm。接管質(zhì)量=3.14×0.1545×0.0045×0.15×7850=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D1225mm，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：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=7850×3.14×0.045×0.0035

31、15;0.08=0.29kg。查閱材料與零部件P384，表2-2-23，配套法蘭：選用凸法蘭，dH=45mm，厚度b=20mm，D=145mm，D1=110mm，D2=88mm，質(zhì)量m2.34kg。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(chēng)直徑450mm時(shí)，b1=160mm , L=420mm , B=120mm， b=90mm，m=200mm，質(zhì)量=13.6kg，A0.2×3=0.6m，支座間距30002×52×600=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

32、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L127.6815.09L227.4115折流板192.4847.1316管箱123.0723.0

33、717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： V23.14×（0.025/2）2×2.914×104=0.149m3 殼體體積為： V13.14×（0.450/2）2×2.9140.463m3 忽略隔板體積，水充滿(mǎn)整個(gè)換熱器時(shí)的總重為： = 1018.1+（0.463-0.149）×996.01330.84kg。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： 和 換熱器的受力可簡(jiǎn)化為如圖：AAL 彎矩圖為：L=1.790m，=1018.1

34、kg，g=9.81N/kg。校正為1020kg。取A=0.34L=0.34×1.7900.6086(m)，此時(shí)=0.025gL=0.025×1020×9.81×1.790=705.94Nm抗彎截面模量：=0.0013=705.94/0.0013=0.543MPa<t=133MPa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：工藝參數(shù)管程殼程質(zhì)量流量/(kg/h)6439.14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

35、.0定壓比熱熔/kJ/(kg·K)1.0094.175粘度/(Pa·s)2.17×10-58.21×10-4熱導(dǎo)率/W/(m·K)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/m2·K/ 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傳熱面積/m215.69管 徑/mm25×2.5折流板型式上下管 數(shù)/根100折流板數(shù)/個(gè)19管 長(zhǎng)/mm3000折流板間距/mm150管子排列方式切口高度/mm110管間距/mm32封頭×2個(gè)Do=450mm封頭法蘭dH=450mm隔板b=10mm拉桿×4根d=16mm支座(