流量為210th U型管式冷凝器的設(shè)計【過程裝備與控制工程類】【說明書+CAD】,過程裝備與控制工程類,說明書+CAD,流量為210th,U型管式冷凝器的設(shè)計【過程裝備與控制工程類】【說明書+CAD】,流量,th,型管式,冷凝器,設(shè)計,過程,進(jìn)程,裝備,設(shè)備,控制工程,說明書,仿單 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院 本科畢業(yè)論文 題 目： 流量為210t/h U型管式冷凝器 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 班 級： 過控1201 學(xué)生姓名： 許博庭 指導(dǎo)教師： 金 丹 論文提交日期： 2015 年 5 月30日 論文答辯日期： 2016 年 6 月 6 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 過程裝備與控制工程 專業(yè) 過控1201 班 學(xué)生：許博庭 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：流量為 210t/h U型管式冷凝器 畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容：有關(guān)換熱器綜述一篇； 設(shè)計說明書一份； 繪制施工圖折合 A1#圖紙4張。 翻譯英文文獻(xiàn)一片。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專題部分： U型管式冷凝器 起止時間：2016年3月16日—2016年6月4日 指導(dǎo)教師： 金 丹 2016年3月1日 摘要 換熱設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中的主要作用是能夠使熱量從溫度比較高的流體傳遞到溫度比較低的流體，從而使流體的溫度達(dá)到工藝過程中規(guī)定的指標(biāo)，滿足工藝過程的需要。換熱器中的管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱設(shè)備，已作為一種標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備[1]。這一種換熱器的特點是比較容易制造，生產(chǎn)成本相對較低，選用材料的范圍比較廣，換熱表面的清潔相對比較方便，適應(yīng)能力較強(qiáng)，處理問題的能力較大，在高溫和高壓的情況下也可以使用[1]。與其他的換熱器作比較，它的主要特點是在單位體積內(nèi)的傳熱面積較大而且傳熱效果比較好。除此之外，它的結(jié)構(gòu)簡單，操作的彈性也大，所以在高溫、高壓的情況下以及在大型裝備的應(yīng)用上更多的使用管殼式換熱器[1]。 本次設(shè)計的題目是“流量為210t/h U形管式冷凝器”，U型管式換熱器是管殼式換熱器的其中一種，它的結(jié)構(gòu)主要包括管板、殼體、管束等零部件，重量相對比較輕。它將換熱管彎成U形，并將換熱管的兩端固定在了同一塊管板上，故而密封面比較少，達(dá)到了更加節(jié)能的原則。換熱器的材料選用恰當(dāng)，主要結(jié)構(gòu)的尺寸也進(jìn)行了合理的選擇，均能夠滿足換熱器在強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及水壓試驗等校核方面的要求。本次U型管式換熱器設(shè)計的殼程介質(zhì)為水，管程介質(zhì)為水。流量為210t/h，殼程的工作溫度為95℃，管程的工作溫度為20℃，殼程的設(shè)計溫度為70℃，管程的設(shè)計溫度為60℃。在其結(jié)構(gòu)上安裝有八塊折流板，以增加流體的湍流速度。設(shè)計壓力為管程1.9MPa，殼程0.75MPa。依據(jù)給定的條件，查閱GB150-2011《鋼制壓力容器》，GB151-1999《管殼式換熱器》以及換熱器手冊等標(biāo)準(zhǔn)，通過試算法獲得總傳熱系數(shù)，所得傳熱面積為193.4m2.考慮到介質(zhì)特性，采用φ25×2×6000的Q345R的無縫鋼管，本設(shè)計采用412根換熱管可以滿足換熱量。接管法蘭我選取了板式平焊法蘭，并選用鞍式支座支撐。在本次畢業(yè)設(shè)計過程中我已經(jīng)完成了文獻(xiàn)綜述，設(shè)計說明書，一張總裝配圖和三張零件圖的繪制。 換熱器在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等許多的領(lǐng)域運用十分的廣泛，當(dāng)然在日常生活中和現(xiàn)實中的傳熱設(shè)備也隨處可以見到，是不可能缺少的工藝設(shè)備和單元之一。隨著研究的不斷深入，工業(yè)應(yīng)用也取得了顯著的成效。并且在許多化工單元操作的場合也作為一種十分重要的附屬設(shè)備進(jìn)行使用，所以在化工生產(chǎn)中換熱器也占有著非常非常重要的地位。 關(guān)鍵詞： 換熱器； 管殼式； U形管； 管板； Abstract Heat exchange equipment in industrial production, the main effect is to be able to make heat from high temperature fluid to the lower temperature of fluid, so that the temperature of the fluid can reach the indexes of the specified in the process, meet the needs of the process. In the heat exchanger tube and shell heat exchanger is the most widely used, a heat exchange equipment has as a standard heat exchange equipment. The characteristics of this kind of heat exchanger is relatively easy to manufacture, the production cost is relatively low, and the use of material range is wide, so the heat exchange surface cleaning is relatively simple, strong ability to adapt, ability to handle problems, in the case of high temperature and high pressure can also use. Compare to other heat exchanger, its main characteristic is in heat transfer area per unit volume is larger and the heat transfer effect is better. In addition, its structure is simple, the operation of the elasticity is big, so in the case of high temperature and high pressure, and the application of in large-scale equipment on the use of more tube and shell heat exchanger. The topic of this design is the \"flow of 210 t/h\" of u-tube heat exchanger, the U tube heat exchanger is one of the tube and shell heat exchanger, and its structure mainly includes the tube plate, shell and tube bundle components, relatively light in weight. It will be bent into a u-shaped heat exchange tube, and the two end of heat exchange tube fixed on the same piece of tube plate, sealing surface is less so, to the principle of more energy efficient. Heat exchanger of the proper material selection, the size of the main structure is a reasonable choice, all can satisfy the heat exchanger in strength, stiffness, stability, and water pressure test requirements. The shell side of the U tube heat exchanger design medium for water, in the medium for oil passes. The shell side of the flow rate of 210 t/h, the working temperature of 95 ℃, monitor the working temperature is 20 ℃, the design of the shell side temperature is 70 ℃, the design of tube side temperature is60 ℃. In eight pieces of baffle are installed on the structure, to increase the turbulence velocity of the fluid. The shell side of the design pressure for the coil 1.9 MPa, 0.75 MPa. According to the given conditions, consult the GB150-2011 \"steel pressure vessel\" and GB151-1999 \"tube shell heat exchanger and heat exchanger manual such as standard, through the test algorithm to obtain the total heat transfer coefficient, the heat transfer area of 193.4 m squared. Considering the medium characteristic, adopt the phi 25 x 2 x 6000 Q345R of seamless steel tube, the design adopts 412 heat exchange tube can meet the change of heat. Nozzle flange I selected the plate flat welding flange, and selects the saddle support. I have already finished in the process of the graduation design review, design specifications, three part drawing and the drawing of a general assembly drawing. Heat exchanger used in many fields such as industry, agriculture is very wide, heat transfer equipment in daily life and reality, of course, also can be seen everywhere, it is impossible to a lack of process equipment and one of the unit. With the deepening of the research, industrial application has made significant achievements. Occasions and in many chemical unit operations are also used as a kind of important auxiliary equipment, so the heat exchanger in chemical industry production also plays a very important position. Keywords: Heat exchanger; Shell and Tube; U-shaped tube; Tube plate. 目 錄 第一章、換熱器的綜述 1 引言 1 1.1 換熱器 1 1.2 換熱器的發(fā)展前景 2 1.3 換熱器的工作原理 3 1.4 管殼式換熱器類型 3 1.4.1 固定管板式換熱器 3 1.4.2?浮頭式換熱器? 4 1.4.3?Ｕ形管式換熱器 ? 5 1.4.4 填料函式換熱器 7 1.5結(jié)語 ............................................................................................. 8 參考文獻(xiàn) .......................................................................................... 9 第二章、設(shè)計說明書 10 2.1 原始數(shù)據(jù) 10 2.2 定性溫度及確定其物性參數(shù) 10 2.3傳熱量與水流量計算 11 2.4有效平均溫差計算 11 2.5管程換熱系數(shù)計算 12 2.6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計 12 2.7殼程換熱系數(shù)計算 13 2.8 傳熱系數(shù)計算 14 2.9 管壁溫度計算 14 2.10殼程壓力降計算 14 2.11 管程壓力降計算 15 第三章、U型管換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 17 3.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 17 3.2管子的排列方式 17 3.3筒體內(nèi)徑的確定 17 3.4筒體壁厚的確定 18 3.5 筒體水壓試驗 18 3.6 殼程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計算 19 3.7 管程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計算 20 3.8容器法蘭的選擇 21 3.8.1設(shè)備法蘭的選擇 21 3.8.2接管法蘭的選擇 23 3.9管板的設(shè)計 23 3.10管箱短節(jié)壁厚的計算 25 3.11 拉桿和定距管的確定 26 3.12折流板的選擇 26 3.13防沖板尺寸確定 27 3.14 接管及開孔補(bǔ)強(qiáng) 28 3.15 支座的選擇及應(yīng)力校核 32 3.15.1 支座的選擇 32 3.15.2 鞍座的應(yīng)力校核 33 致謝 37 附 錄 4.2英文翻譯 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第一章 換熱器的綜述 第一章?lián)Q熱器的綜述 引言 根據(jù)換熱器在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)中所起到的作用的不同和其地位的不同，使換熱器的種類也變得不盡相同，不一樣種類的換熱器也各有各的特點，性能也是各不相同。在進(jìn)行對換熱器設(shè)計時，第一點應(yīng)該是根據(jù)設(shè)計時的工藝要求從而選擇適合的換熱器種類，接下來是對換熱器所需要的傳熱面積進(jìn)行計算，進(jìn)一步確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。換熱器按照其作用和用途不同可分為以下幾類：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器、深冷器、過熱器等。? 對于換熱器組內(nèi)的傳熱，傳熱過程效果可以分以下為兩類:一類是為了對熱做功的轉(zhuǎn)換,而第二種類型的目的是使物體加熱或者冷卻。在相應(yīng)的過程中,傳熱的過程同樣包含著不同的優(yōu)化原理，這兩種優(yōu)化原理分別是：熵產(chǎn)最小和火積耗散極大。 通過對換熱器進(jìn)行組內(nèi)換熱過程的分析,?根據(jù)不同的原理和在生產(chǎn)需要中的不同需求，從而對換熱器組進(jìn)行了優(yōu)化,這個優(yōu)化主要是對其面積的分配。從而確定熵產(chǎn)最小原理，這個原理對換熱器設(shè)備進(jìn)行了更進(jìn)一步的優(yōu)化,這個原理對于包含在熱力循環(huán)中的換熱器同樣適用?；鸱e耗散極大原理，對只含有傳熱的換熱器優(yōu)化問題更加實用。? 在采用熵產(chǎn)最小原理優(yōu)化過的換熱器時,需要考慮冷端換熱器產(chǎn)生的熵產(chǎn)、熱端換熱器產(chǎn)生的熵產(chǎn)和乏汽釋放進(jìn)外界環(huán)境所產(chǎn)生的熵產(chǎn)。對換熱器進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)計出來的換熱器優(yōu)化合理、安全可靠是各種各樣的外界因素都會影響到的，這關(guān)系到設(shè)計出的換熱器能不能正常的工作和運行、高效率的工作、工作時損耗低、經(jīng)久耐用。? 1.1 換熱器 換熱器是讓冷、熱流體進(jìn)行熱量交換的設(shè)備，又稱熱交換器。同時它也是在化工、石油、動力、食品、輕工、能源、制藥、機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用及其廣泛的通用設(shè)備之一，在工業(yè)生產(chǎn)中起到相當(dāng)重要的作用。在不同的生產(chǎn)條件下可以起到加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等作用，而提高換熱器的工作效率和性能更是被認(rèn)為是提高能源利用的重要因素之一[1]。換熱器的作用是將能量高的流體傳遞給能量較低的流體，從而得到有預(yù)期溫度和熱量的流體。 換熱器還有其他的作用，其還能對預(yù)熱、廢熱和低品位熱能進(jìn)行回收。伴隨著時代的發(fā)展，換熱器也在飛速的發(fā)展，出現(xiàn)了各種種類的換熱器，新型結(jié)構(gòu)的換熱器、新材料的換熱器層出不窮。為了換熱器更好的發(fā)展，國家對換熱器中的一些種類設(shè)立了標(biāo)準(zhǔn)，讓它們擁有了完整的系列。換熱器在各個領(lǐng)域應(yīng)用是及其廣泛的，各種各樣的傳熱設(shè)備在我們身邊也是隨處可見的，已經(jīng)成了我們生產(chǎn)、生活中不可缺少的設(shè)備之一[6]。打個比方，老式的冰箱，空調(diào)，都是換熱器。 換熱器在各個工業(yè)部門是應(yīng)用相當(dāng)普遍的，像石油、化工、能源動力等。 據(jù)有效數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)代的化學(xué)工業(yè)中總設(shè)備的投資里有近30%的資金是投資在了換熱器上，而在石油方面對于換熱器的投資更是高達(dá)總投資的39%，而海水淡化的投資基本上都是投資于換熱器，因為這些裝置幾乎都是由換熱器組成的[2]。 在早些年因為沒有良好的工藝和較高的科學(xué)水平，所以換熱器也都比較簡陋，那時候的換熱器的結(jié)構(gòu)都比較簡單，不但傳熱的面積小而且體積很大，蛇管式換熱器就是典型的例子。而隨著時代的發(fā)展，現(xiàn)代工藝水平提高，出現(xiàn)了管殼式換熱器，相比于老式換熱器有了長足的進(jìn)步，各方面性能有明顯的提高，大量應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，成為了換熱器中的中流砥柱。 1.2 換熱器的發(fā)展前景 在換熱器的所有樣式中，管殼式換熱器無疑是數(shù)量最多的，而且它的種類也很多，在國防工業(yè)技術(shù)的日益進(jìn)步下，換熱器所需要的材料也變得越來越挑剔，需要更加滿足條件的材料，需要滿足耐磨、耐腐蝕、強(qiáng)度高等特點。近幾年來，我國在研究新材料方面的進(jìn)步各不相同，雖然都有進(jìn)步，但是進(jìn)步最大的還是含鈦的材料。氯、堿、醋酸的腐蝕性是比較強(qiáng)的，但是鈦面對這樣的腐蝕性表現(xiàn)出 來了很好的能力，要是對傳熱方面再進(jìn)一步改造，結(jié)果將會更加理想，目前為止這種對鈦材的加工技術(shù)已經(jīng)有很多公司掌握了。而一些國外研究成果比較高的技術(shù)我國也已經(jīng)引入國內(nèi)[3]。而鋁鎂合金這種材料不但抗腐蝕性好導(dǎo)熱性也相當(dāng)不錯，比鈦材更加的廉價，應(yīng)該多一些關(guān)注。最近幾年我國在節(jié)約能源、提高工作效率等方面進(jìn)行研究，取得了不俗的效果。比如：提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等[5]。在換熱器普及的同時也大大減少了能源的損耗。 1.3 換熱器的工作原理 換熱器是冷、熱流體互相傳遞能量的設(shè)備，就是一個大型的密閉容器，里面有管道，兩種不同的流體分別從管道和容器內(nèi)流過，一種是物料，另一種是介質(zhì)，介質(zhì)一般是水或者其他流體[4]。讓熱流體從管道流過，冷流體從容器內(nèi)流過，冷、熱流體之間存在溫差，由簡單的物理知識熱平衡可以知道，在流動的過程中熱流體會把熱量傳遞給冷流體，這樣冷熱流體之間的溫度就達(dá)到了交換的目的。換熱器又稱熱交換器。 1.4 管殼式換熱器類型 因為流經(jīng)管內(nèi)部和流經(jīng)管外部的流體的溫度不一樣，所以這時候換熱器的殼體和內(nèi)部管的溫度也不同。假設(shè)殼體和管束的溫差很大，那么換熱器內(nèi)部就會有相當(dāng)大的熱應(yīng)力，很大的熱應(yīng)力會使管子彎曲甚至是斷裂，從管板上面脫落也是有可能的。故當(dāng)換熱器的殼體和管束之間的溫差大于50°的時候，就需要及時采取補(bǔ)救措施，通過這些措施來減小熱應(yīng)力。從補(bǔ)償措施的不同來將管殼式換熱器分為以下幾種主要類型： 1.4.1 固定管板式換熱器 固定管板式換熱器如圖1所示： 1-折流擋板；2-管束；3-管殼；4-封頭；5-接管；6-管板 圖1 固定管板式換熱器 （1） 結(jié)構(gòu)特點：管板跟殼體之間的連接方式都是焊接，并且在其中加了膨脹節(jié)原件。? （2） 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊性強(qiáng)、抗壓能力強(qiáng)，節(jié)省經(jīng)費，管程易清潔，易維護(hù)。 （3） 缺點：殼程不易清潔 （4） 適用場合：適用于殼程內(nèi)流體清潔，管程與殼程之間溫度差不大或者溫差雖大但是殼程承受壓力不大的情況。? （5） 膨脹節(jié)的作用：因為兩塊管板和管殼之間是焊接固定的，膨脹節(jié)會減小熱應(yīng)力并且可以吸收膨脹差，從而改善殼體和換熱管在太熱、壓力太強(qiáng)情況下產(chǎn)生的形變[7]。 ?? 1.4.2 浮頭式換熱器? 浮頭式換熱器如圖2所示： 1-殼蓋；2-固定管板；3-隔板；4-浮頭勾圈法蘭；5-浮動管板；6-浮頭蓋 圖2 浮頭式換熱器 （1） 結(jié)構(gòu)特點：只有一塊管板，?第二塊是由浮頭勾圈法蘭連接在浮頭蓋上面的浮頭。 （2） 優(yōu)點：沒有熱應(yīng)力。 （3） 缺點：設(shè)備繁瑣，高投資，設(shè)備在運行時無法檢查。 （4） 適用場合：會導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)溫差大的情況下使用，非清潔介質(zhì)的情況下使用。 1.4.3 Ｕ形管式換熱器? Ｕ形管式換熱器如圖3、圖4所示： 1-中間擋板；2-U型管；3-內(nèi)導(dǎo)流筒 圖3 U型管換熱器 1-盤環(huán)形折流板管板；2-盤環(huán)形折流板盤板；3-縱向隔板；4-換熱管； 5-管箱；6-分程隔板；7-定距管；8-拉桿 圖4 雙殼程U型管式換熱器 （1） 結(jié)構(gòu)特點：只有一塊管板，其中管的部分是U形的。 （2） 優(yōu)點：簡單，廉價，性能好，沒有熱應(yīng)力。 （3） 缺點：不易維護(hù)。 （4） 適用場合：適合溫度高、腐蝕性強(qiáng)、壓力大的流體，因為不容易維護(hù)，所以物料應(yīng)盡可能為清潔物料。 1.4.4 填料函式換熱器 填料函式換熱器如圖5所示： 1-活動管板；2-填料壓蓋；3-填料；4-填料函；5-縱向隔板 圖5 填料函式換熱器 （1） 結(jié)構(gòu)特點：跟浮頭式換熱器有點相似，浮頭是在管殼外的，區(qū)別處是其中用填料函密封。 （2） 優(yōu)點：管束是相對自由的，可以在殼體軸向上自由的伸縮，這樣也有效地解決了熱應(yīng)力帶來的負(fù)面效果，從而不會因為產(chǎn)生熱應(yīng)力而發(fā)生形變。 從結(jié)構(gòu)上來說就沒有浮頭式換熱器那么繁瑣，相對簡單，制造起來就比較方便了，而且價格上比較便宜，節(jié)省經(jīng)費。由于自身結(jié)構(gòu)的特點，填料函式換熱器清潔起來也很方便，因為換熱管可以取出，便于清洗和維護(hù)[8]。 1.5結(jié)語 經(jīng)過此次畢業(yè)設(shè)計的研究，基本完成了210t/h U型管式冷凝器的設(shè)計任務(wù)。 成果： （1）通過設(shè)計過程對過去學(xué)到的專業(yè)知識進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧和學(xué)習(xí)； （2）較全面的了解和學(xué)習(xí)了U型管式換熱器設(shè)計的設(shè)計步驟和設(shè)計要求； （3）學(xué)習(xí)了換熱器設(shè)計中常用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)； （4）了解了焊接工藝常用的規(guī)范和技術(shù)要求； （5）懂得了獨立研究和思考問題的方法。 不足: （1） 對于管箱隔板的設(shè)計研究還不夠深入，設(shè)計部夠精準(zhǔn)； （2）接管的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計還需完善，以使結(jié)構(gòu)更加美觀和經(jīng)濟(jì)； （3）由于設(shè)計壓力較高有些結(jié)構(gòu)需要自行設(shè)計，設(shè)計經(jīng)驗少，研究不夠深入設(shè) 計的結(jié)構(gòu)還需完善和完美。 此次設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，受益匪淺，設(shè)計規(guī)范中一些細(xì)節(jié)之處可參考的資料較少，在設(shè)計過程中遇到的一些難以解決的問題?？嘤谧陨碇R結(jié)構(gòu)還不夠完善，缺乏深度，希望在以后的工作中不斷充實與完善自我知識。 10 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)： [1]《換熱器》秦叔經(jīng).葉文邦等,化學(xué)工業(yè)出版社（2003）? [2]《化工過程及設(shè)備設(shè)計》華南工學(xué)院化工原理教研室? [3]《化工原理》天津大學(xué)化工原理教研室編?天津:天津大學(xué)出版社.?（1999）? [4]《過程設(shè)備設(shè)計》（第二版）化學(xué)工業(yè)出版社?? [5]GB151-1999,管殼式換熱器? [6]黃偉昌，王玉.管殼式換熱器設(shè)計要點綜述[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2009，（06）.? [7]董寶春.管殼式換熱器的工藝設(shè)計[J].甘肅石油和化工，2009，（03）. [8]陳群.換熱器組傳熱性能的優(yōu)化原理比較? 11 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 設(shè)計說明書 第二章設(shè)計說明書 2.1 原始數(shù)據(jù) 殼程水的進(jìn)口溫度: 殼程水的出口溫度: 殼程水的工作壓力: 殼程水的流量: 管程水的入口溫度: 管程水的出口溫度: 管程水的工作壓力: 2.2 定性溫度及確定其物性參數(shù) 殼程： 殼程水定性溫度：ｔ１＝＝＝82.5℃ 殼程水密度查物性表得 r1 =989.3Kg /m3 殼程水比熱查物性表得 Cp1 =4.174KJ /(Kg × °C) 殼程煤油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得 l1 =0.644w/(m× °C) 殼程煤油粘度 m 1=0.58×10-3Pa·s 殼程煤油普朗特數(shù)查物性表得Pr1 =3.759 管程： 管程水定性溫度：t2===40℃ 管程水密度查物性表得： r2 =989.3Kg/m3 管程水比熱查物性表得： Cp2=4.174 KJ /(Kg × °C) 管程水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得： l2 =0.644 管程水粘度： m2 =0.58 ×10-3 Pa × s 管程水普朗特數(shù)查物性表得： Pr2 =3.759 2.3 傳熱量與水流量計算 取定換熱效率η=0.96 h 則設(shè)計傳熱量: Q0=G1×CP1×(t‘1-t”1)×1000/3600 =210000×4.174×(95-70)×1000/3600 =6087083 W 則管程水流量： G2== == =136718 Kg/h W 2.4 有效平均溫差計算 t＇1-t＂2=95-60=35℃ t＂1-t＇2=70-20=50℃ 由于=<2，所以逆流平均溫差采用算數(shù)平均溫差： ==42.5℃ 參數(shù)：P==≈0.533 參數(shù)：R===0.625 換熱器按單殼程雙管程設(shè)計則查《管殼式換熱器原理與設(shè)計》圖2-6(a)，得: 溫差校正系數(shù)=0.7f 有效平均溫差： 2.5 管程換熱系數(shù)計算 參考《管式換熱器原理與設(shè)計》表2-7，初選傳熱系數(shù)： K0=550w/m·k 初選傳熱面積為：F0===388 選用的無縫鋼管做換熱管 則： 管子外徑d0=25mm 管子內(nèi)徑=20mm 管子長度L=6000mm 則需要換熱管根數(shù)為：===823.77 可取直換熱管根數(shù)為824根，U形管的根數(shù)為==412根 管程流通面積：a2=·π·==0.129m2 管程流速：w2== =0.3m/s 管程雷諾數(shù)：Re2=ρ2w2di/μ2==10234 則管程的傳熱系數(shù)為： α2=0.023××Re0.8×Pr20.4 =0.023××102340.8×3.7590.4=2030.71 2.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計 查GB151-1999知管間距按1.25d0取 管間距：s=0.032m 管束中心排管數(shù)：=1.1=1.1×= 31.6根，取32根 則殼體的內(nèi)徑為：Di=s（Nc-1）+4d0=0.032×(32-1)+4×0.025= 1.092 m 圓整為：Di=1.1m 則長徑比為：==5.45 在4～6之間，合理 折流板選擇弓形折流板： 弓形折流板的弓高：h=0.2Di=0.2×1.1=2.2m 折流板間距：B=～=～=0.37～0.55m 取B=0.5m 折流板數(shù)量：= -1= -1= 11塊 折流板數(shù)量應(yīng)為偶數(shù) =10塊 2.7 殼程換熱系數(shù)計算 殼程流通面積： 殼程流速： 殼程當(dāng)量直徑： 殼程雷諾數(shù)： 切去弓形面積所占比例， 雷諾數(shù)Re1=28224 殼程傳熱因子由《管殼式換熱器原理與設(shè)計》圖2-12可查得：=40 假設(shè)管外壁溫度為70℃，壁溫下水的粘度為 粘度修正系數(shù)： 殼程換熱系數(shù)： 2.8 傳熱系數(shù)計算 查GB-1999第138頁可知 殼程水選用地下水，污垢熱阻為： 管程水選用地下水，污垢熱阻為： 由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計 =555.56 傳熱面積比為： (在1.0～1.05的范圍內(nèi)，值合理) 2.9 管壁溫度計算 管外壁熱流密度計算： 管外壁溫度： 誤差校核： 誤差不大 合理 2.10殼程壓力降計算 參考《換熱器設(shè)計手冊》1-3-75 由Re1=28224，查圖1-3-24得殼程壓強(qiáng)摩擦因子 其中 殼體內(nèi)徑 管子長度L=6m 折流板間距 殼程流速 流體密度 流體密度 管外流體壁溫66.6℃下粘度 則殼程壓強(qiáng) 符合壓強(qiáng)計算 2.11 管程壓力降計算 參考《換熱器設(shè)計手冊》公式1-3-47 管程壓強(qiáng) 其中 直管壓降 回彎壓降 管箱出口壓降 結(jié)構(gòu)校正系數(shù) 串聯(lián)殼程數(shù) 管程數(shù) 其中 則 所以 符合壓強(qiáng)條件。 27 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第三章 U型管換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 第三章U型管換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 3.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 表1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及結(jié)算公式 結(jié)果 1 換熱管特性 d0 mm GB151--1999《管殼式換熱器》 Ф25×2.5 2 管長 L mm 6000 3 傳熱面積 F0 m2 《管殼式換熱器設(shè)計原理》 388 4 換熱管根數(shù) 根 412 5 材料 GB151--1999《管殼式換熱器》 16MnR 3.2 管子的排列方式 表2 管子排列方式 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 正三角形 GB151--1999《管殼式換熱器》 圖11 2 換熱管中心距 S mm GB151--1999《管殼式換熱器》 32 3 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距 Sn mm GB151--1999《管殼式換熱器》 100 4 布管限定圓 mm GB151--1999《管殼式換熱器》 760 3.3 筒體內(nèi)徑的確定 表3 筒體內(nèi)徑的確定 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 換熱管中心距 S mm GB151--1999《管殼式換熱器》 32 2 換熱管根數(shù) 根 412 3 分程隔板厚 mm GB151--1999《管殼式換熱器》 14 4 管束中心排管數(shù) 根 GB151--1999《管殼式換熱器》 32 5 筒體直徑 mm 810 6 實取筒體公稱直徑 mm JB/T4737-1995 800 3.4 筒體壁厚的確定 表4 筒體壁厚的確定 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 工作壓力 P 給定 0.75 2 材料 GB150.2--2011《壓力容器》 16MnR 3 許用應(yīng)力 GB150.2--2011《壓力容器》 170 4 焊接接頭系數(shù) 《過程設(shè)備設(shè)計》 0.85 5 殼程設(shè)計壓力 0.825 6 筒體計算厚度 mm 3.68 7 設(shè)計厚度 mm 5.68 8 名義厚度 mm 9 9 鋼材負(fù)偏差 mm 《過程設(shè)備設(shè)計》 0.3 10 腐蝕裕量 mm 《過程設(shè)備設(shè)計》 2 11 有效厚度 mm 6.7 12 設(shè)計溫度下圓筒的計算應(yīng)力 79.46 13 校核 合格 14 設(shè)計溫度下圓筒的最大許用工作壓力 1.5 3.5 筒體水壓試驗 表5 筒體水壓試驗 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 試驗壓力 1.03 2 試驗壓力下圓筒的應(yīng)力 99.2 3 校核 ，合格 3.6 殼程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計算 表6 殼程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計算 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 設(shè)計壓力 0.825 2 材料 GB150--2011《壓力容器》 16MnR 3 材料許用應(yīng)力 GB150--2011《壓力容器》 170 4 焊接接頭系數(shù) 《過程設(shè)備設(shè)計》 0.85 5 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的計算厚度 mm 3.68 6 設(shè)計厚度 mm 5.68 7 名義厚度 mm 9 8 有效厚度 mm 6.7 9 計算溫度下封頭的計算應(yīng)力 79.46 10 校核 ，合格 11 設(shè)計溫度下封頭的最大工作許用工作壓力 1.5 12 ,合格 13 封頭曲面高度 h1 mm JB/T4731--95 350 封頭直邊高度 h2 mm JB/T4731--95 40 3.7 管程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計算 表7 管程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計算 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 設(shè)計壓力 2.09 2 材料 GB150--2011《壓力容器》 16MnR 3 材料許用應(yīng)力 GB150--2011《壓力容器》 170 4 焊接接頭系數(shù) 《過程設(shè)備設(shè)計》 0.85 5 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的計算厚度 mm 9.3 6 設(shè)計厚度 mm 11.3 7 名義厚度 mm 14.3 8 有效厚度 mm 10.3 9 設(shè)計溫度下封頭的計算應(yīng)力 131.3 10 校核 ,合格 11 設(shè)計溫度下封頭的最大工作許用工作壓力 2.31 12 ，合格 13 封頭曲面高度 h1 mm JB/T4731--95 350 封頭直邊高度 h2 mm JB/T4731--95 40 3.8 容器法蘭的選擇 3.8.1 設(shè)備法蘭的選擇 根據(jù)設(shè)計溫度，由《壓力容器法蘭》選擇PN=2.5MP凹凸面密封的長頸對焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下： 表8 設(shè)備法蘭的選擇 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 法蘭尺寸 《壓力容器法蘭》 1595 1540 1498 1478 1475 100 195 48 21 18 22 32 15 30 2 螺栓規(guī)格 《壓力容器法蘭》 M27 螺栓數(shù)量 個 60 3 對接筒體的最小厚度 16 4 非金屬軟墊片尺寸 《壓力容器法蘭》 非金屬軟墊片JB/T4704-2000 1477 1427 3 3.8.2 接管法蘭的選擇 （1）接管a、b的公稱直徑相同設(shè)為，設(shè)進(jìn)口流速為 則 則 公稱直徑 公稱壓力 由《剛管制法蘭，墊片，緊固件》選擇板式平焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下： 300 325 485 430 30 16 M27 34 31.9 （2） 接管c、e的公稱直徑相同設(shè)為，設(shè)進(jìn)口流速為 則 則 公稱直徑 公稱壓力 由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇板式平焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下： (理論質(zhì)量) 350 377 555 490 33 16 M30 38 48.5 3.9 管板的設(shè)計 表9 管板的設(shè)計 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 沿隔板槽一側(cè)排管數(shù) 個 32 2 換熱管中心距 GB151--1999《管殼式換熱器》 32 3 隔板槽兩側(cè)相鄰中心距 GB151--1999《管殼式換熱器》 100 4 布管區(qū)內(nèi)未能被管支撐的面積 87902 5 管板布管區(qū)面積 1130760 6 布管區(qū)當(dāng)量直徑 1200.19 7 墊片接觸外徑 JB/T4074--2000 1477 8 墊片基本密封寬度 12.5 9 有效密封寬度 8.95 10 中心圓直徑 1459.1 11 半徑 729.55 12 布管區(qū)當(dāng)量直徑與直徑的比 0.82 13 系數(shù) GB151--1999《管殼式換熱器》 0.2761 14 管板削弱系數(shù) GB151--1999《管殼式換熱器》 0.4 15 材料 GB150--2011《壓力容器》 16MnR 16 設(shè)計溫度下管板材料的許用應(yīng)力 GB150--2011《壓力容器》 170 17 殼程設(shè)計壓力 已知 0.825 18 管程設(shè)計壓力 已知 2.09 19 管板設(shè)計壓力 2.09 20 管板計算厚度 121.6 21 管程腐蝕裕量 《過程設(shè)備設(shè)計》 2 22 殼程腐蝕裕量 《過程設(shè)備設(shè)計》 2 23 實取名義厚度 GB151-1999《管殼式換熱器》 130 24 換熱管金屬的橫截面積 176.6 25 換熱管軸向應(yīng)力 1. 2. 3. -3.97 3.91 -0.06 26 換熱管最大軸向應(yīng)力 3.97 27 換熱管與管板焊角高度 GB151-1999《管殼式換熱器》 15 28 換熱管與管板焊角的拉脫力 1.48 29 許用拉脫力 85 30 校核 ，合格 3.10 管箱短節(jié)壁厚的計算 表10 管箱短節(jié)壁厚的計算 符號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 設(shè)計壓力 2.09 2 材料 GB150--2011《壓力容器》 16MnR 3 筒體的計算厚度 9.3 4 設(shè)計厚度 11.3 5 名義厚度 14.3 6 有效厚度 10.3 7 設(shè)計溫度下圓筒的計算應(yīng)力 131.3 8 校核 ，合格 9 設(shè)計溫度下圓筒的最大許用工作應(yīng)力 2.3 3.11 拉桿和定距管的確定 表11 拉桿和定距管的確定 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 拉桿直徑 GB151-1999《管殼式換熱器》 表43 16 2 拉桿數(shù)量 根 GB151-1999《管殼式換熱器》 表44 8 3 定距管規(guī)格 GB151-1999《管殼式換熱器》 4 拉桿在管板端螺紋長度 GB151-1999《管殼式換熱器》 表45 60 5 拉桿在折流板端螺紋長度 GB151-1999《管殼式換熱器》 表45 20 6 拉桿上倒角 GB151-1999《管殼式換熱器》 表45 2 3.12 折流板的選擇 表12 折流板的選擇 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 類型 GB151-1999《管殼式換熱器》 圖37 單弓形折流板 2 筒體內(nèi)徑 800 3 缺口弦弓高 GB151-1999《管殼式換熱器》取 280 4 換熱管無支撐跨距 GB151-1999《管殼式換熱器》表42 1850 5 折流板間距 330 6 折流板厚度 GB151-1999《管殼式換熱器》表34 16 7 折流板名義外徑 GB151-1999《管殼式換熱器》表41 8 管孔直徑 GB151-1999《管殼式換熱器》表35 3.13 防沖板尺寸確定 根據(jù)GB151---1999 殼程、管程均無需設(shè)置防沖板。 管程接管法蘭的公稱直徑 流體質(zhì)量流速G=136718Kg/h 無需設(shè)置防沖板 殼程接管法蘭的公稱直徑 流體質(zhì)量流速G=210000Kg/h 管程流體實際進(jìn)口流速 無需設(shè)置防沖板 3.14 接管及開孔補(bǔ)強(qiáng) 管箱接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計算見表13 表13 管箱接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 接管無需補(bǔ)強(qiáng)需同時滿足的條件 GB150--2011《壓力容器》 設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa兩相鄰開孔中心距應(yīng)不小于量孔直徑之和的兩倍：接管公稱直徑小于或等于89mm 接管最小壁厚滿足表8--1要求 2 判斷 需補(bǔ)強(qiáng) 3 接管名義厚度 14 4 接管外徑 已知 325 5 接管內(nèi)徑 305 6 厚度附加量 2.3 7 開孔直徑 309.6 8 管箱內(nèi)徑 1400 9 判斷 用等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng) 10 強(qiáng)度削弱系數(shù) 1.0 11 接管有效厚度 11.7 12 管箱短節(jié)開孔處的厚度 10.74 13 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 3271 14 有效寬度 取兩者最大 619.2 15 外側(cè)有效高度 取兩者最小 65.3 16 內(nèi)側(cè)有效高度 取兩者最小 0 17 管箱開孔處的有效厚度 14 18 殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積 993 19 接管處的設(shè)計壓力 2.09 20 設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 GB150--2011《壓力容器》 170 21 焊接接頭系數(shù) 《過程設(shè)備設(shè)計》 0.85 22 接管計算厚度 2.3 23 接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積 1227.64 24 焊角高度 8 25 接管區(qū)焊縫面積 64 26 有效補(bǔ)強(qiáng)面積 2284.64 27 所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積 986.36 28 補(bǔ)強(qiáng)圈類型 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng) 29 補(bǔ)強(qiáng)圈外徑 JB/T4736-2002《補(bǔ)強(qiáng)圈》 550 30 補(bǔ)強(qiáng)圈內(nèi)徑 330 31 補(bǔ)強(qiáng)圈厚度 4.32 32 補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度 考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，并考慮取材 8 殼體接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計算見表14 表14 殼體接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計算 序號 項目 符號 單位 數(shù)據(jù)來源及計算公式 結(jié)果 1 接管無需補(bǔ)強(qiáng)需同時滿足的條件 GB150--2011《壓力容器》 設(shè)計壓力小于或等于2.5MPa兩相鄰開孔中心距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍 接管攻城直徑小于或等于89mm 接管最小壁厚滿足表8--1 要求 2 判斷 需補(bǔ)強(qiáng) 3 接管名義厚度 10 4 接管外徑 已知 377 5 接管內(nèi)徑 357 6 厚度附加量 2 7 開孔直徑 354 8 管箱內(nèi)徑 1400 9 判斷 用等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng) 10 強(qiáng)度削弱系數(shù) 1.0 11 接管有效厚度 14 12 管箱短節(jié)開孔處的計算厚度 8.09 13 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積 2864 14 有效寬度 取兩者最大 708 15 外側(cè)有效高度 取兩者最小 80 16 內(nèi)側(cè)有效高度 取兩者最小 0 17 管箱開孔處的有效厚度 11.7 18 殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積 3739 19 接管處的設(shè)計壓力 0.825 20 設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 GB150--2011《壓力容器》 170 21 焊接接頭系數(shù) 《過程設(shè)備設(shè)計》 0.85 22 接管計算厚度 1.7 23 接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積 989.34 24 焊角高度 6 25 接管區(qū)焊縫面積 36 26