流量為200t-h雙管程固定管板式換熱器設計畢業論文

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1、 本科畢業設計 題 目： 流量為200t-h雙管程固定管板式換熱器 專 業： 過程裝備與控制工程 班 級： 學生姓名： 指導教師： 論文提交日期： 論文答辯日期：畢業設計（論文）任務書過程裝備與控制工程畢業設計（論文）題目：流量為200t/h雙管程固定管板式換熱器畢業設計（論文）內容： 有關換熱器綜述一篇； 計算書說明書一份； 繪制工程圖折合A1號圖四張以上； 畢業設計（論文）專題部分： 固定管板式換熱器起止時間：指導教師： 簽字 年 月 日 課題名稱流量為200t/h雙管程固定管板式換熱器設計者宋雅詩圖號GK3122020118-01設計參數管口表容器類別符號公稱尺寸用途或名稱參數名稱殼程管

2、程a450進油管工作壓力MPa1.62b450出油管設計壓力MPa1.652.5c200熱水出口工作溫度2590d設計溫度15095e20放氣口介質油水f20放氣口介質特性h200冷水進口推薦材料Q34520鋼g20排液口腐蝕余量mm20.3m20排液口焊接接頭系數0.850.85程數12傳熱面積465465換熱管推薦尺寸管子與管板連接方式強度焊接強度焊接設計參數： 殼程：殼程介質為熱油，由25加熱到70； 管程： 管程為水，入口溫度為160，出口溫度為90；流量為200t/h 結構為固定管板式換熱器內容摘要本設計為固定管板式換熱器，由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成。其結構較緊湊，排管較多

3、，在相同直徑情況下面積較大制造較簡單。本設計采用單殼程，雙管程。管程工作壓力2MPa，工作溫度90攝氏度，介質為水。殼程工作壓力1.6MPa，工作溫度70攝氏度，介質為油。固定管板式換熱器的設計包括：管子的規格和排列方式、圓筒、封頭、管板的材料選擇及厚度設計，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。因為三角形排列時，管板的強度高、流體短路機會少，且相同管程內可排列更多的管子。殼體厚度計算式是由圓筒薄膜應力準則推導出的。其最小壁厚應不小于封頭內徑的0.15%。管板是管殼式換熱器中最重要的部件之一，在選材時除力學性能外，還應考慮流

4、體的腐蝕性的影響。在計算厚度時，要在滿足強度要求的前提下，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徑的20%25%。關鍵字： 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 exchanger.Changing the hot machine is the in general use equipments of chemical e

5、ngineering, 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 machine, evaporate a machine and again Fei machine etc., apply more extensi

6、vely. 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 plank carrying can float in the hull freedom inside the body, hull body and cont

7、rol 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 dismantle structure, making to control can easily insert or draw out a hull body

8、.(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 while operating, consequently need to specially notice it to seal completel

9、y 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;Can under the heat, high pressure work, the general temperature is smaller th

10、an 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 for being small to float inside easy occurrence;Metal material consumes to ha

11、ve 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 really settle and change hot path inside the tube and change hot tube model numbe

12、r 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 and fold to flow plank, method orchid and mat a slice and connector and, box

13、 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.Its outside paths turn to should be smaller than path Di inside the hull body, generally recommend float mural the cleft in

14、side 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, clean.Float the cranium just can carry on assemble after controling to pack into, so shoul

15、d 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 design.Change the hot machine is in each realm of work, agriculture should carry very exte

16、nsively, 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 calculation;The strength school checks 目 錄第一章 綜述 11.1 引言 11.2結構 21.3類型 31.4非金屬材料換熱器 3 1.4.

17、1流道的選擇 3 1.4.2操作強化 41.5近期國內外開發研究的發展方向 4第二章 工藝計算說明書 921原始數據 922定性溫度及物性參數 923傳熱量與油流量1024有效平均溫差1025管程換熱系數1026結構的初步設計1127殼程換熱系數計算1128傳熱系數計算1229管壁溫度計算12第三章 結構設計說明書1231換熱管材料及規格的選擇和根數的確定1232布管方式的選擇1333筒體內徑的確定1335封頭形式的確定1436管箱短節壁厚計算1537容器法蘭的選擇15第四章 管板尺寸的確定及強度計算1741筒的計算1742對于延長部分兼作法蘭的管板的計算1843假定管板的厚度計算2144 G

18、2值的取得2445法蘭厚度的計算2446法蘭力矩的的危險組合25 461只有殼程設計壓力Ps，而管程設計壓力Pt=0，不計膨脹節變形差（即r=0）。25 4.6.2只有殼程設計壓力，而管程設計壓力Pt=0，并且計入膨脹變形差。26 4.6.3只有管程設計壓力Pt，而殼程設計壓力Ps=0，不計膨脹節變形差時：28 4.6.4只有管程設計壓力Pt，而殼程設計壓力Ps=0，同時計入膨脹變形差時29 4.6.5由管板計算厚度來確定管板的實際厚度304.7是否安裝膨脹節的判定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設備法蘭的選擇334.11拉桿和定距管的確定354.12開

19、孔補強計算：364.13筒體管箱耐壓試驗的應力校核計算384.14支座的選擇及應力校核39 4.14.1支座的選擇39 4.14.2鞍座的應力校核40參 考 文 獻44致謝45沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 綜述沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 綜述第一章 綜述1.1 引言換熱器的發展已經有近百年的歷史，被廣泛應用在石油、化 、冶金、電力、船舶、集中供熱、制冷空調、機械、食品、制藥等領域。進入80 年代以來，由于制造技術、材料科學技術的不斷進步和傳熱理論研究的不斷完善，有關換熱器的節能設計和應用越來越引起關注。按照用途來分：預熱器（或加熱器）、冷卻器、冷凝器、蒸發器等。按照制造熱交換

20、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：溫度工況穩定的熱交換器，熱流大小以及在指定熱交換區域內的溫度不隨時間而變；溫度工況不穩定的熱交換器，傳熱面上的熱流和溫度都隨時間改變。按照熱流體與冷流體的流動方向來分：順流式、逆流式、錯流式、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，這類換熱器應用最廣。目前在發達的工業國家熱回收率已達96 % ,換熱設備在石油煉廠中約占全部工藝設備投資的35 %40 %。其中管殼式換熱器仍然占絕對的優勢, 約70 %。

21、其余30 %為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管和蓄熱器等設備, 其中板式、板翅式、熱管及各類高效傳熱元件的發展十分迅速。隨著工業裝置的大型化和高效率化, 換熱器也趨于大型化, 并向低溫差設計和低壓力損失設計的方向發展。當今換熱器的發展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技術、強化傳熱技術及新型換熱器開發等形成了一個高技術體系。 換熱器是是傳熱流體與冷流體設備，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過程中必不可少的設備，廣泛應用于化工，制藥，電力，冶金，交通，制冷，輕工等行業。這取決于如何生產工藝和生產規模，設計投資，能耗低，傳熱效率

22、高的過程中，維護熱交換器，旨在提高技術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水平，早期的熱量只有一個簡單的結構，并且一個小的傳熱面積，體積龐大和笨重，如蛇管式換熱器的限制。隨著制造工藝的發展，逐漸形成一個管殼式換熱器，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，很長一段時間，成為在工業生產中的熱的典型變化。 20世紀20年代出現板式換熱器，并在食品工業中使用。與代管制成，結構緊湊，傳熱效果好，從而逐漸發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。那么英國的法律體系營造釬焊銅及銅合金由冷卻飛機發動機的板翅式換熱器制造。 30年代后期，瑞典

23、創造了紙漿廠第一殼式換熱器。在此期間，為了解決強腐蝕性介質的散熱問題，人們的新材料開始關注到熱交換器。1.2結構由殼體，換熱管，管板，由折流板（擋板）和管箱和其它部件。多圓柱形殼體，與內部的管束，管束兩端固定在管板上。在管道中流動的兩個熱和冷的熱交換流體，被稱為管流體;在另一流管，稱為殼側流體。以提高傳熱系數管流體，安裝于所述殼體通常是幾個擋板?？扉T速度可以提高流體的外殼，迫使流體從束所需的多個橫向，增強流體湍流程度。在管板管可設置在等邊三角形或正方形。安排在一個更加緊湊，管外流體的湍流，傳熱系數高度等邊三角形;外管易于清潔，方便適用流體結垢方安排。以提高在管中的流體的速度，該管可以在分離器室

24、的兩端被提供時，整個管道被分成幾組。僅通過該管，該束多次在來回，這就是所謂的多管的這種流體的一部分。同樣地，為了增加外管的流率，所述縱向擋板可以安裝在外殼中，從而迫使流體通過幾種已知的多殼的容納空間。多管殼，并且可以與多個應用程序中使用。通過管束每一次所謂的流體;每一次由殼稱為shell。圖示為最簡單的單殼單管式換熱器，換熱器簡稱為1-1。1.3類型因為流體，所述殼體和所述熱交換管束的隨之而來的溫度的類型的內管和外管的溫度是不同的。如果兩個溫度相差很大，就會有該熱交換器內的顯著熱應力，從而導致管的彎曲，斷裂，或從管板拉斷。因此，當管束與殼體溫 固定管板換熱器管的管板和殼體的兩端成一體，結構簡單

25、，但只適用于冷熱流體和殼式換熱器溫差小操作，無機械清洗時間。當外殼與壓力之間的溫度差不稍微高，彈性補償環安裝在殼體，以減少熱應力上。 式換熱器管在管板的一端可以是自由浮動的，完全消除了熱應力;并且整個束可從殼體中移除，以促進機械清潔和保養。廣泛使用式換熱器，但結構較復雜，成本較高。 U型管換熱器管是每個彎曲成U形管兩端分別固定于下兩個領域相同的電路板，由艙壁成進出口商會內管的手段。這樣的熱交換器被完全消除應力，浮動磁頭結構較簡單，容易清洗管。1.4非金屬材料換熱器熱的腐蝕性化學品生產流體，需要使用陶瓷，玻璃，聚四氟乙烯，石墨和管殼式換熱器的其它非金屬材料制成。這類換熱器的性能差，僅對于低壓力，

26、振動，溫度低的應用程序。1.4.1流道的選擇熱和冷的熱交換流體，根據以下原則來選擇通道：不潔應該去易結垢流體管，因為管清洗更方便; 腐蝕性流體宜走管，使管束與殼體而腐蝕; 高流體壓力管應該去，以避免在壓力下的情況; 應的飽和蒸汽，蒸汽冷凝傳熱系數的殼由于流速是獨立的，且易于冷凝液排出; 如果兩種流體大的固定管板式換熱器的選擇，之間的溫差應使流體的傳熱系數去大殼，以減少熱應力。1.4.2操作強化當壁傳熱的兩側系數相差很大時（換熱器，諸如之間的液體和氣體粘度?。?，應盡量減少對低熱阻側的傳熱系數。如果外熱管的系數很小，雄性，可以使用（低翅片管），流體，以增加傳熱面積和紊流管的外側，降低了熱阻。如果將

27、內管的傳熱系數小，可以設置捻鐵，螺旋線圈和其它添加劑中的管，以提高內管的擾動，強化傳熱，當然，然后該流體的流動阻力也將增加。預熱器預先加熱流體，為工序操作提供標準的工藝參數。 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。4、蒸發器蒸發器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發，一般有相的變化。三、按換熱器的結構分類可分為：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近期國內外開發研究的發展方向1.非金屬材料應用。非金屬材料在一定的范圍內具有金屬材料不可比擬的優點。石墨材料具有優良的導電、導熱性能,較高的化學穩定性和良好的機加工性,氟塑料具有特別優良的耐腐蝕

28、性。氟塑料耐腐蝕性能極強,并且與金屬材料相比還具有成本上的優勢。復合材料如搪瓷玻璃具有優良的耐腐蝕性能、良好的耐磨性、電絕緣性以及表面光滑不易粘附物料等優點,已經用于制作換熱產品。陶瓷材料因其優異的耐腐蝕性、耐高溫性能而引起工業界的高度重視,已經在換熱產品的制造中得到應用。2.計算流體力學和模型化設計的應用。在換熱器的熱流分析中,引入計算機技術,對換熱器中介質的復雜流動過程進行定量的模擬仿真。目前基于計算機技術的熱流分析已經用于自然對流、剝離流、振動流和湍流熱傳導等的直接模擬仿真,以及對輻射傳熱、多相流和稠液流的機理仿真模擬等方面。在此基礎上,在換熱器的模型設計和設計開發中,利用CFD的分析結

29、果和相對應的模型實驗數據,使用計算機對換熱器進行更為精確和細致的設計。3.加強實驗和理論研究。采用先進的測量儀器來精確測量換熱器的流場分布和溫度場分布,并結合分析計算,進一步摸清不同結構的強化傳熱機理。采用數值模擬方法對換熱器內流體流動和傳熱過程進行研究,預測各種結構對流場及傳熱過程的影響。4.有源技術研究。如利用振動、電場方法強化傳熱的機理研究、試驗研究,給出對比試驗數據,提出理論計算模型。5.強化結構組合研究。為達到管殼程同時強化的目的,強化結構組合研究將成為近期傳熱強化技術研究的發展方向。6.氣動噴涂7.俄羅斯提出了一種先進方法，即氣動噴涂法，來提高翅片化表面的性能。其實質是采用高速的冷

30、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行了試驗研究。試驗是采用在翅片表面噴涂ac鋁，并添加了24a白色電爐氧化鋁。將試驗所得數據加以整理，便可評估翅片底面的接觸阻力。將研究的翅片的效率與計算數據進行比較，得出的結論是：氣動噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實質性影響。為了證實這一點，又對基部(管子)與表面(翅片)的過渡區進行了金相結構分析。8.對過渡區試片的分析表明，連接邊界的整個長度上無不嚴密性的微裂紋。所以，

31、氣動噴涂法促進表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進粉末粒子向基體的滲透，這就說明了附著強度高，有物理接觸和金屬鏈形成。因而氣動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行補充加固?？梢灶A計，氣動噴涂法在緊湊高效換熱器的生產中，將會得到廣泛應用。9.螺旋折流10.在管殼式換熱器中，殼程通常是一個薄弱環節。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(z字形流道)，這樣會導致較大的死角和相對高的返混。而這些死角又能造成殼程結垢加劇，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，弓形折流板會降低凈傳熱。優越弓形折

32、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，是發展殼程的第一步。雖然引進了密封條和附加諸如偏轉折流板及采取其他措施來改進換熱器的性能，但普通折流板設計的主要缺點依然存在。11.為此，美國提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。這種設計的先進性已為流體動力學研究和傳熱試驗結果所證實，此設計已獲得專利權。此種結構克服了普通折流板的主要缺點。螺旋折流板的設計原理很簡單：將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統”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

33、接，與外圓處成連續螺旋狀。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設計。螺旋折流板結構可滿足相對寬的工藝條件。此種設計具有很大的靈活性，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構。12.麻花管13.瑞典alares公司開發了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。美國休斯頓的布朗公司做了改進。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個工序。改進后的麻花管換熱器同傳統的管殼式換熱器一樣簡單，但有許多激動人心的進步，它獲得了如下的技術經濟效益：改進了傳熱，減少了結垢，真正的逆流，降低了成本，無振動，節省了空間，無折流元件。14.由于管子結構

34、獨特使管程與殼程同時處于螺旋運動，促進了湍流程度。該換熱器總傳熱系數較常規換熱器高40%，而壓力降幾乎相等。組裝換熱器時也可采用螺旋扁管與光管混合方式。該換熱器嚴格按照asme標準制造。凡是用管殼式換熱器和傳統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備所獲得的最佳值。估計在化工、石油化工行業中具有廣闊的應用前景。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。但這種方法對整個設備的質量有一系列的影響，因為釬焊法必將從換熱中“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造成機

35、器和設備堵塞，隨之提前報損。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備，適用汽汽、汽液、液液，對液傳熱。它適用于化學、石油、溶劑、醫藥、食品、輕工、紡織、冶金、軋鋼、焦化等行業。按 結構形式可分為 不可拆式（型）螺旋板式及可拆式（型、型）螺旋 板式換熱器21.螺旋板式換熱器結構及性能22.本設備由兩張卷制而成，形成了兩個均勻的螺旋通道，兩種傳熱介質可進行全逆流流動，大大增強了換熱效果，即使兩種小溫差介質，也能達到理想的換熱效果。23.在殼體上的接管采用切向結構，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均勻的，液體在設備內流動沒有大的

36、轉向，總的阻力小，因而可提高設計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構原理與不可拆式換熱器基本相同，但其中一個通道可拆開清洗，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構原理與不可拆式換熱器基本相同，但其兩個通道可拆開清洗，適用范圍較廣。27.單臺設備不能滿足使用要求時，可以多臺組合使用，但組合時必須符合下列規定：并聯組合、串聯組合、設備和通道間距相同?；旌辖M合：一個通道并聯，一個通道串聯。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

37、汽水換熱的各個領域。由中國洛陽藍海實業有限公司自主研發。它以蒸汽為動力，通過汽水壓縮混合，使水溫瞬時升高，利用壓力激波技術達到無外力增壓的效果，顯著的節能和增壓特點大大降低了用戶使用成本，可取代傳統的熱交換器。30.變聲速增壓熱交換器是一種混合型汽水換熱設備，蒸汽經過絕熱膨脹技術處理以射流態引入混合腔與經過膜化處理的被加熱水在蒸汽沖擊力作用下均勻混合，形成具有一定計算容積比的汽水壓縮混合物，當其瞬間壓縮密度達到一定值時便形成了兩相流體場現象。在場態的激化下，該混合物的聲速值出現突破聲障臨界的過渡性轉變，同時爆發大量壓力激波，壓力激波單向傳導特性使瞬間達到設計溫度的熱水在不變截面管道中出現壓力升

38、高卻不回流現象。變聲速增壓熱交換技術是以兩相流體場的有序激化強制完成瞬時換熱+無外力增壓雙效應。45第二章 工藝計算說明書21原始數據 管程水的進口溫度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 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=4.24KJ/（Kg ） 管程水導熱系數查物性表1=0.685 管程水粘度1=0.2710-3Pas 管程水布朗特數查物性

39、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 殼程油導熱系數查物性表得2=0.13W/（m） 殼程油粘度2=0.9110-3Pas 殼程油布朗特數查物性表得Pr=16.1 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 工藝計算說明書23傳熱量與油流量 取定換熱效率=0.98 則設計傳熱量Q= G1Cp1（t1- t1）1000/3600 =2000004.24（90-20）0.981000/3600=1.616107W 由 Q=G2Cp2（t2- t2）導出油流量G2 得G2=66.456kg/s24

40、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：P=（t1-t2）/（ t1- t2）=（90-145）/（20-145）=0.44 參數：R=（t1- t1）/（t2- t2）=（20-90）/（90-145）=1.2727 換熱器按單殼程2管程設計則查得 管殼式換熱器原理與設計P21 溫差校正系數=0.78 有效平均溫差：=0.8862.2=48.51625管程換熱系數 初選傳熱系數K0=240（m2K） 則初選傳熱面積為：=5.369106/（24048.516）

41、=461.1m2 選用252.5的無縫鋼管做換熱管。 則：管子外徑d0=25mm 管子內徑di=20mm 管子長度L=6000mm 則需要換熱管根數：=461.1/（3.140.025（6-0.05-0.003）=988 可取換熱管根數為988根 則管程流通面積：=998/23.140.022/4=0.155m2 管程流速：=200000/（9450.1553600）=0.379m/s 管程雷諾數：9450.3790.02/（0.2710-3）=26530 管程傳熱系數（化工原理P248） 26結構的初步設計 查GB151-1999知管間距按1.25d0取 管間距s=0.032m 管束中心排管

42、數；Nc=1.1=1.1=34根 則殼體內徑：=0.032（34-1）+40.025=1.156m 筒內徑：Di=1.2m 則長徑比：L/Di=6/1.2=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 折流板數量Nb=L/B-1=6/0.4-1=14塊27殼程換熱系數計算 殼程流通面積： 殼程流速：=66.5/（8000.105）=0.791 殼程質量流速：=8000.791=632.8 殼程當量直徑： =（1.22-988 0.0252）/（9880.025）=0.03 殼程雷諾數=80

43、00.790.03/9110-5=20835 切去弓形面積所占比例按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=6210-5Pas 粘度修正系數=（91/62）0.14=1.05 殼程傳熱系數 Js =0.13/0.03* 16.11/3*1.05*56=64328傳熱系數計算 查GB-1999第138頁可知 油側污垢熱阻：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 可以計算出總傳熱系數 則傳熱面積比為Ki

44、/K0=262.6/240=1.09（合理）29管壁溫度計算 管外壁熱流密度計算=27.08106/（9883.140.0256）=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 結構設計說明書31換熱管材料及規格的選擇和根數的確定 序號項目符號單位數據來源及計算公式數值1換熱管材料20#2換熱管規格252.560003傳熱面積Am2A=Q/Ktm4654換熱管根數N根N=A/3.14dL988沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 綜述32布管方式的選擇序號項目符號單位數據來源和數據

45、計算數值1轉角正三角形GB151-1999圖112換熱管中心距SmmGB151-1999表12323隔板槽兩側相鄰管中心距SnmmGB151-1999表124433筒體內徑的確定序號項目符號單位數據來源和計算公式數值1換熱管中心距SmmGB151-1999表12322換熱管根數Nt根Nt=A/3.14dL9883管束中心排管根數Nc根Nc=1.1344換熱管外徑d0mm255到殼體內壁最短距離b3mmb3=0.25 d06.256布管限定圓直徑d1mmdL=di-2B31143.57筒體內徑dimmdi=s（Nc-1）+4d11568實取筒體公稱直徑DmmJB/T4737-95120034筒體

46、壁厚的確定沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 綜述序號項目符號單位數據來源和計算公式數值1計算壓力PcMPaPc=1.1P1.652筒體內徑dimm見三-812003筒體材料20R4設計溫度下筒體材料的許用應力tMPaGB150-981505焊接接頭系數0.856筒體設計厚度mm=PcDi/（2t-Pc）7.87腐蝕裕量C2mm28負偏差C1mm09設計厚度dmmd=+ C29.810名義厚度nmmGB151-1999項目5.3.21435封頭形式的確定序號項目符號單位數據來源和計算公式數值1封頭內徑Dimm12002計算壓力PcMPaPc=1.1P2.53焊接接頭系數0.854設計溫度下許用壓

47、力tMPaGB151-1999項目5.3.21505標準橢圓封頭計算厚度mm=PcDi/（2t-0.5Pc）11.86腐蝕裕量C2mm27負偏差C1mm08設計厚度dmmd=+C213.89名義厚度nmmGB151-1999項目5.3.21410直邊高度hmmJB/T4737-9540沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 綜述36管箱短節壁厚計算序號項目符號單位數據來源和計算公式數值1計算壓力PcMPa1.652管箱內徑dimm12003管箱材料20R4設計溫度下許用應力tMPaGB150-981505管箱計算厚度mm=Pcdi/（2t-Pc）7.86焊接接頭系數mm0.857腐蝕裕量C2mm28

48、負偏差C1mm09設計厚度dmmd=+ C29.810名義厚度nGB151-1999項目5.3.21437容器法蘭的選擇序號項目符號單位數據來源和計算公式數值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/T4704-2000

49、127510墊片內徑DmmJB/T4704-20001225沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 管板尺寸的確定及強度計算11法蘭厚度mmJB/T4704-20008512墊片厚度1mmJB/T4704-2000313螺栓規格及數量248M27第四章 管板尺寸的確定及強度計算本設計為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999項目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、換熱管等元件結構尺寸及管板的布管方式；以上項目的確定見項目一至七。41筒的計算序號項目符號單位數據來源和計算公式數值備注1筒體內徑dimm12002筒體內徑橫截面積Amm2113

50、04003筒體厚度smm144圓筒內殼壁金屬截面積Asmm253367.005管子金屬總截面積namm21563156換熱管根數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沿一側的排管數n 3012布管區內未能被管支撐的面積Admm21720013管板布管區面積Atmm280200314管板布管區當量直徑DtmmDt=1010.7715換熱管中心距SmmGB151-199932沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 綜述16隔板槽兩側相鄰管中心距SnmmGB151-19994417管板

51、布管內開孔后的面積A1mm2A1= At -nd2/480200218系數=A1/A0.7119殼體不帶膨脹節時換熱管束與圓筒剛度比QQ=Etna/EsAs2.7120殼程圓筒材料的彈性模量EsGB150-1998表F519600021系數=na/A10.1922系數ss=0.4+0.6（1+Q）/3.5423系數tt=0.4（1+）+（0.6+Q）/5.5424管板布管區當量直徑與殼程圓筒內徑比PtPt=Dt/Di0.8425管子受壓失穩當量長度LcrmmGB151-1999圖3226設計溫度下管子受屈服強度stMPaGB150-1998表F219642對于延長部分兼作法蘭的管板的計算序號項

52、目符號單位數據來源和計算公式數值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yMPaGB150-1998表9-2114墊片系數m2.05墊片有效密封寬度bMmB=2.5396墊片壓緊力dGMmdG= d0-2b1260沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 綜述7預緊狀態下需要的最小螺栓載荷WaNWa=3.14dGby391372.758操作狀態下需要的最小螺栓載荷WpNWp=0.78DG2Pc+6.28DGbmPc2578132.09常溫下螺栓材料的許用應力bMPaGB150-1998表F4272.510預緊狀態下需要的最小螺栓面積

53、Aamm2Aa=Wa/b1436.2511操作狀態下需要的最小螺栓面積Apmm2Ap= Wp/b119461.0312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=AmLGb1.0410816筒體厚度0Mm14沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 綜述17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）/27021作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力FDNFD=0.785di2Pc2113848沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 綜述22流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力差FTNFT=F-FDF=2719998.996606150.99623操作狀態下需要的最小墊片壓力FGNFG=6.28DGbmPc266133.463223法蘭操作力矩MpNmmMp=FDLD+FTLT+FGLG1.9110843假定管板