浮頭式換熱器設計（全套CAD圖+說明書+開題報告+翻譯）,頭式,換熱器,設計,全套,cad,說明書,仿單,開題,報告,講演,呈文,翻譯 XX大學 畢業(yè)設計(論文) 題 目 滑油系統(tǒng)浮頭式換熱器設計 學院名稱 機械工程學院 指導教師 職 稱 班 級 學 號 學生姓名 20 年 5月 31日 XX大 學 畢業(yè)設計（論文）任務書 學 院： 機械工程學院 題 目 滑油系統(tǒng)浮頭式換熱器設計 論文 (設計) 內(nèi)容及要求： 一、畢業(yè)設計（論文）原始依據(jù) 裝置參數(shù)： 滑油流量50 /h，進口溫度45，出口溫度40，冷卻水流量54/h，進口溫度33，管程殼程操作壓力為0.435MPa。 冷凝器類型 浮頭式 二、畢業(yè)設計（論文）主要內(nèi)容 設計圖紙折合0#圖3張以上（其中手工繪圖不少于1張1#圖）。設計說明書12000字以上，并有2000～3000字的外文文獻翻譯和300字左右中英文摘要。 三、畢業(yè)設計（論文）基本要求 設計符合最新國家標準及行業(yè)標準。設計圖樣達到工程設計施工圖水平。 四、畢業(yè)設計（論文）進度安排 2013.1.7---2013.1.14 文獻查閱 2013.1.14----2013.16 開題報告 2013.3.1----2013.4.1 總體設計 2013.4.2---2013.5.1 強度校核 213.5.1----2013.6.1 畫圖及編寫說明書 五、主要參考文獻 《 化工設備設計全書（換熱器）》 GB150-1998《鋼制壓力容器》 GB151-1999《管殼式換熱器》 指導老師： （簽 名） 年 月 日 本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 滑油系統(tǒng)浮頭式換熱器設計 設計（論文）題目來源 自選課題 設計（論文）題目類型　 工程設計類 起止時間 一、 設計（論文）依據(jù)及研究意義： 本設計為浮頭式換熱器設計；設計參考的前提是常減壓裝置中的工藝條件，根據(jù)裝置工藝條件選擇具體的流量、溫度、壓力等參數(shù)。 換熱器是國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)領域中應用十分廣泛的熱量交換設備，它的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要乃至決定性的作用。然而隨著能源問題的日趨嚴重，石油化工的深度加工和能源的綜合利用顯得愈加重要。對浮頭式換熱器的研究，不僅能帶來傳熱理論和裝備水平的提高,還能更好地促進工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展,在節(jié)約能源和保護環(huán)境方面也會產(chǎn)生無法估量的意義。 二、 設計（論文）主要研究的內(nèi)容、預期目標：（技術方案、路線） 主要研究的內(nèi)容： 1、工藝計算 2、結構設計 3、換熱器核算 4、筒體和封頭計算 5、換熱器零部件結構設計（包括鉤圈、分層隔板、折柳板、拉桿、定距桿、防沖板、接管等） 6、換熱器機械機構設計（包括管板、管箱、法蘭、墊片、支座等） 7、強度校核 預期目標：（技術方案、路線） 浮頭式換熱器是由管箱、筒體、管板、封頭、折流板、換熱管等零部件組成，根據(jù)換熱管材料、尺寸、管數(shù)、管程壓力、管壁溫度、管程數(shù)以及殼體材料、內(nèi)徑、厚度、殼程壓力、溫度等條件下確定管板的厚度、折流板的形狀、尺寸與數(shù)量、折流板的布置情況和確定換熱器的結構尺寸。 工藝設計——蒸發(fā)、換熱器的結構和強度設計——施工圖繪制——使用說明書制訂 三、設計（論文）的研究重點及難點： 研究重點是結構設計以及筒體和封頭的計算，這不僅要求我們對換熱器有一定了解，而且要有嚴密的計算能力。 研究的難點在于換熱器零部件結構設計，以及換熱器機械機構設計，這要求我們熟悉換熱器的設計制造要求，同時也考量了對整個專業(yè)知識的運用。 四、 設計（論文）研究方法及步驟（進度安排）： 研究方法： 首先閱讀大量相關文獻資料,教材及新聞背景資料,包括換熱器制造的原理及方法，質(zhì)量管理應用換熱器現(xiàn)有技術水準,國際水平探討方面的書籍,報刊.以了解可靠性的內(nèi)容,質(zhì)量管理的概況和換熱器領域的基本知識體系.然后通過調(diào)研,進一步了解企業(yè)現(xiàn)狀及需求.接下來進行分析與設計.確定數(shù)據(jù)來源的真實準確.再進行系統(tǒng)設計 步驟：（進度安排） １、準備階段（1月10號～2月10號）．搜集有關資料，準備參考資料 2、完成開題報告及論文大綱交老師批閱（2月11日～2月25日） 3、按所給設計參數(shù)完成浮頭式換熱器的結構尺寸計算、強度計算校核（2月26號～4月26號）； 4、繪制設計圖紙總計3張零號以上，其中要求手工繪圖1張壹號以上（4月27號～5月10號）； 5、設計說明書字數(shù)不少于1.5萬字，并要求統(tǒng)一用A4紙打?。?月11號～5月20號）； 6、翻譯3千左右漢字量的與畢業(yè)設計有關的英文資料；（5月21號～5月25號） 7、撰寫相當于3百漢字的英文摘要（5月26號～5月30號）。 五、 進行設計（論文）所需條件： 1、要有充分的資料（在圖書館查閱與浮頭式換熱器相關的書籍，進行篩選，選出有用的信息）。 2、具備手工和電腦繪圖的能力以及相應的壓力容器理論知識，同時還要有老師的指導。 六、 指導教師意見： 簽 名： 年 月 日 XX 大 學 畢業(yè)設計(論文)綜述報告 題 目 滑油系統(tǒng)浮頭式換熱器設計 學院名稱 機械工程學院 指導教師 職 稱 班 級 學 號 學生姓名 20 年 3 月 24 日 1. 研究的目的和意義 在化工、煉油、制藥等工業(yè)生產(chǎn)中，絕大部分的工藝過程都有加熱、冷卻和冷凝的過程，這些被總稱為換熱過程，而使這些換熱過程得以實現(xiàn)的設備稱為換熱設備。 據(jù)統(tǒng)計，在化工廠，換熱設備的投資約占總投資的10%～20%；在煉油廠中，約占總投資的35%～40%?？梢钥闯鲈谔岣邆鳠嵝实耐瑫r，促進換熱設備的結構緊湊性以及產(chǎn)品的系列化、標準化與專業(yè)化不僅可以對現(xiàn)有生產(chǎn)技術進行提高，還能節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本。 2.國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 上個世紀70年代初發(fā)生世界性能源危機，有力地促進了傳熱強化技術的發(fā)展。當今換熱器技術的發(fā)展以CFD（計算流體力學技術）、模型化技術、強化傳熱技術等形成一個高技術體系。最近十幾年，強化傳熱技術受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，國內(nèi)外先后推出了板式、螺旋板式、板翅式等高效的傳熱設備。 近年來，國內(nèi)的換熱器制造技術已經(jīng)有了長足的發(fā)展，但與國外有不小的差距，特別是在新型高效換熱器領域。 現(xiàn)如今，雖然板式換熱器發(fā)展迅速，市場競爭力不斷上升，但管殼式換熱器仍占住著主導地位。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，換熱設備也漸漸向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。 3.本次設計研究的主要內(nèi)容 本次設計的是浮頭式換熱器，是管殼式換熱器的一種，具有高度的可靠性和廣泛的適應性，在現(xiàn)如今的各種換熱器中占住著主導地位。 該換熱器設計參考的前提是常減壓裝置中的工藝條件，根據(jù)裝置工藝條件選擇具體的流量、溫度、壓力等參數(shù)。浮頭式換熱器的主要優(yōu)點是管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；介質(zhì)間溫差不受限制；可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450°，壓力小于等于6.4MPa；可用于結垢比較嚴重的場合；可用于管程易腐蝕場合。但結構復雜，成本高，制造安裝要求高。 浮頭式換熱器是由管箱、筒體、管板、封頭、折流板、換熱管等零部件組成，根據(jù)換熱管材料、尺寸、管數(shù)、管程壓力、管壁溫度、管程數(shù)以及殼體材料、內(nèi)徑、厚度、殼程壓力、溫度等條件下確定管板的厚度、折流板的形狀、尺寸與數(shù)量、折流板的布置情況和確定換熱器的結構尺寸。根據(jù)已知的工作狀況，選定換熱器所在的化工工藝過程，從而根據(jù)工藝條件，以確定換熱器內(nèi)介質(zhì)的物性參數(shù)；根據(jù)工藝結構尺寸結合已知條件，進一步計算換熱器結構參數(shù)；最后進行換熱器核算。 4. 閱讀的主要參考文獻及資料名稱 [1] 鄭津洋、董其伍、桑芝富.過程設備設計.化工工業(yè)出版社.2010 [2] GB150-1998.鋼制壓力容器.中國標準出版社.2003 [3] GB151-1999.管殼式換熱器.中國標準出版社.2004 [4] 錢頌文.換熱器設計手冊.化工工業(yè)出版社.2002 [5] 王志魁.化工原理.化學工業(yè)出版社.2000 [6] 賀匡國主編.壓力容器分析設計基礎.機械工業(yè)出版社. 1995 [7] 朱聘冠. 換熱器原理及計算.清華大學出版社.1987 [8] 石油和化學工業(yè)設備設計手冊-標準零部件.全國化工設備設計技術中心站.2003 [9] 阮黎祥、曹文輝、林杰編纂.標準零部件.全國化工設備設計技術中心站.2003 [10] 秦叔經(jīng)、葉文邦主編.化工設備設計全書-換熱器.化學工業(yè)出版社.2003 [11] 匡國柱、史啟才主編.化工單元過程及設備課程設計.化學工業(yè)出版社.2002 浮頭式換熱器設計 摘要： 本次設計的題目是浮頭式換熱器。浮頭式換熱器是管殼式換熱器的換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只是一端與外殼固定，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭式。浮頭由浮動管板鉤圈和浮頭端蓋組成。它不會因為管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱效應，同時還具有拆卸方便、易清洗的優(yōu)點，另外與其他類型的管殼式換熱器一樣，能在高溫、高壓下工作，所以在化工工業(yè)方面應用廣泛。本設計中的浮頭式換熱器主要參照GB151在給定的設計條件下進行工藝設計，然后對筒體、管束、浮頭端進行詳細的機械結構設計、計算和校核，對于換熱器的一些零部件則根據(jù)設計參數(shù)查找標準。對于具體的設計步驟與準則在設計說明書中有詳細的說明。 關鍵字:換熱器；浮頭；管板；鉤圈 The design of floating-head heat exchanger Abstract: The topic of my study is the design of floating-head heat exchanger. The floating-head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating head. One of its tube sheet is fixed， while another can float in the shell， so called floating head. The floating head floating tube sheet hook and loop and floating head cover. It is not because of the differential expansion between the tubes and the temperature difference between the thermal effects, but also has to facilitate the demolition, the advantages of easy to clean, but in addition it can work in high temperature and high pressure same as the other tube and shell heat exchanger, so widely used in the chemical industry. The design of the floating head heat exchanger major reference GB151,first make process design in a given design conditions, and then on the cylinder, tube, floating head end, a detailed mechanical structural design, calculation and check, for some of the heat exchanger components according to the design parameters. The specific design steps and design criterion is described in design specification. Keywords: heat exchanger; floating head; tube plate; hook and loop 目 錄 前言……………………………………………………………………………………1 1. 概述……………………………………………………………………………… 2 1.1 研究的目的和意義……………………………………………………………………… 2 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢……………………………………………………… 2 1.3本次設計研究的主要內(nèi)容……………………………………………………………… 3 2. 換熱器工藝設計………………………………………………………………… 4 2.1 設計參數(shù)………………………………………………………………………… 4 2.2設計方案 ……………………………………………………………………………… 4 2.3物性參數(shù)的確定 …………………………………………………………………… 4 2.4 估算傳熱面積………………………………………………………………………… 5 2.5 確定工藝結構尺寸……………………………………………………………………… 6 2.5.1傳熱管的選擇 ……………………………………………………………………… 6 2.5.2傳熱管數(shù)與管程數(shù) ………………………………………………………………… 6 2.5.3平均傳熱溫差的校正以及殼程數(shù) ………………………………………………… 6 2.5.4傳熱管的排列以及分程 …………………………………………………………… 8 2.5.5殼體內(nèi)徑 ……………………………………………………………………… 9 2.6 換熱器的核算…………………………………………………………………………… 9 2.6.1 熱流量的核算……………………………………………………………………… 9 2.6.2 壁溫的核算………………………………………………………………………… 13 2.6.3 換熱器內(nèi)流體流動阻力的核算……………………………………………………15 3. 換熱器機械設計……………………………………………………………… 19 3.1 結構設計 ……………………………………………………………………………… 19 3.2 管箱與圓筒 …………………………………………………………………………… 20 3.3 分程隔板……………………………………………………………………………… 22 3.3.1分程隔板厚度……………………………………………………………………… 22 3.3.2分程隔板槽………………………………………………………………………… 22 3.4 換熱管 ………………………………………………………………………………… 22 3.5 接管…………………………………………………………………………………… 23 3.6 浮頭管板與鉤圈法蘭的結構設計………………………………………………………24 3.7 管法蘭………………………………………………………………………………… 26 3.8 布管限定圓…………………………………………………………………………… 27 3.9 拉桿的尺寸、數(shù)量以及布置………………………………………………………… 28 3.10 折流板與支承板……………………………………………………………………… 30 3.10.1折流板…………………………………………………………………………… 30 3.10.2支撐板…………………………………………………………………………… 33 3.11 防沖板與導流筒……………………………………………………………………… 33 3.12 支座…………………………………………………………………………………… 33 3.13 外頭蓋側(cè)法蘭………………………………………………………………………… 35 3.14 管箱法蘭以及管箱側(cè)殼體法蘭……………………………………………………… 36 3.15 固定端管板 ………………………………………………………………………… 37 3.16 排氣管與排液管……………………………………………………………………… 37 3.17 防短路結構………………………………………………………………………… 38 3.17.1旁路擋板………………………………………………………………………… 38 3.17.2擋管…………………………………………………………………………………39 3.18 連接…………………………………………………………………………………… 39 4. 換熱器的強度校核…………………………………………………………… 41 4.1 筒體的壁厚校核…………………………………………………………………… 41 4.2 外頭蓋短節(jié)與封頭厚度校核 ……………………………………………………………41 4.3 管箱短節(jié)與封頭厚度校核……………………………………………………………… 43 4.4 管箱短節(jié)開孔補強的校核 ………………………………………………………………44 4.5 殼體接管開孔補強校核 …………………………………………………………………45 4.6 固定管板的校核…………………………………………………………………………46 4.7 浮頭管板以及鉤圈的校核 …………………………………………………………… 49 4.8 無折邊球封頭的計算 ………………………………………………………………… 51 4.9 浮頭法蘭計算 ……………………………………………………………………… 52 參考文獻………………………………………………………………………… 55 外文翻譯………………………………………………………………………… 56 謝辭……………………………………………………………………………… 73 v 浮頭式換熱器設計 摘要： 本次設計的題目是浮頭式換熱器。浮頭式換熱器是管殼式換熱器的換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只是一端與外殼固定，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭式。浮頭由浮動管板鉤圈和浮頭端蓋組成。它不會因為管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱效應，同時還具有拆卸方便、易清洗的優(yōu)點，另外與其他類型的管殼式換熱器一樣，能在高溫、高壓下工作，所以在化工工業(yè)方面應用廣泛。本設計中的浮頭式換熱器主要參照GB151在給定的設計條件下進行工藝設計，然后對筒體、管束、浮頭端進行詳細的機械結構設計、計算和校核，對于換熱器的一些零部件則根據(jù)設計參數(shù)查找標準。對于具體的設計步驟與準則在設計說明書中有詳細的說明。 關鍵字:換熱器；浮頭；管板；鉤圈 The design of floating-head heat exchanger Abstract: The topic of my study is the design of floating-head heat exchanger. The floating-head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating head. One of its tube sheet is fixed， while another can float in the shell， so called floating head. The floating head floating tube sheet hook and loop and floating head cover. It is not because of the differential expansion between the tubes and the temperature difference between the thermal effects, but also has to facilitate the demolition, the advantages of easy to clean, but in addition it can work in high temperature and high pressure same as the other tube and shell heat exchanger, so widely used in the chemical industry. The design of the floating head heat exchanger major reference GB151,first make process design in a given design conditions, and then on the cylinder, tube, floating head end, a detailed mechanical structural design, calculation and check, for some of the heat exchanger components according to the design parameters. The specific design steps and design criterion is described in design specification. Keywords: heat exchanger; floating head; tube plate; hook and loop 目 錄 前言……………………………………………………………………………………1 1. 概述……………………………………………………………………………… 2 1.1 研究的目的和意義……………………………………………………………………… 2 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢……………………………………………………… 2 1.3本次設計研究的主要內(nèi)容……………………………………………………………… 3 2. 換熱器工藝設計………………………………………………………………… 4 2.1 設計參數(shù)………………………………………………………………………… 4 2.2設計方案 ……………………………………………………………………………… 4 2.3物性參數(shù)的確定 …………………………………………………………………… 4 2.4 估算傳熱面積………………………………………………………………………… 5 2.5 確定工藝結構尺寸……………………………………………………………………… 6 2.5.1傳熱管的選擇 ……………………………………………………………………… 6 2.5.2傳熱管數(shù)與管程數(shù) ………………………………………………………………… 6 2.5.3平均傳熱溫差的校正以及殼程數(shù) ………………………………………………… 6 2.5.4傳熱管的排列以及分程 …………………………………………………………… 8 2.5.5殼體內(nèi)徑 ……………………………………………………………………… 9 2.6 換熱器的核算…………………………………………………………………………… 9 2.6.1 熱流量的核算……………………………………………………………………… 9 2.6.2 壁溫的核算………………………………………………………………………… 13 2.6.3 換熱器內(nèi)流體流動阻力的核算……………………………………………………15 3. 換熱器機械設計……………………………………………………………… 19 3.1 結構設計 ……………………………………………………………………………… 19 3.2 管箱與圓筒 …………………………………………………………………………… 20 3.3 分程隔板……………………………………………………………………………… 22 3.3.1分程隔板厚度……………………………………………………………………… 22 3.3.2分程隔板槽………………………………………………………………………… 22 3.4 換熱管 ………………………………………………………………………………… 22 3.5 接管…………………………………………………………………………………… 23 3.6 浮頭管板與鉤圈法蘭的結構設計………………………………………………………24 3.7 管法蘭………………………………………………………………………………… 26 3.8 布管限定圓…………………………………………………………………………… 27 3.9 拉桿的尺寸、數(shù)量以及布置………………………………………………………… 28 3.10 折流板與支承板……………………………………………………………………… 30 3.10.1折流板…………………………………………………………………………… 30 3.10.2支撐板…………………………………………………………………………… 33 3.11 防沖板與導流筒……………………………………………………………………… 33 3.12 支座…………………………………………………………………………………… 33 3.13 外頭蓋側(cè)法蘭………………………………………………………………………… 35 3.14 管箱法蘭以及管箱側(cè)殼體法蘭……………………………………………………… 36 3.15 固定端管板 ………………………………………………………………………… 37 3.16 排氣管與排液管……………………………………………………………………… 37 3.17 防短路結構………………………………………………………………………… 38 3.17.1旁路擋板………………………………………………………………………… 38 3.17.2擋管…………………………………………………………………………………39 3.18 連接…………………………………………………………………………………… 39 4. 換熱器的強度校核…………………………………………………………… 41 4.1 筒體的壁厚校核…………………………………………………………………… 41 4.2 外頭蓋短節(jié)與封頭厚度校核 ……………………………………………………………41 4.3 管箱短節(jié)與封頭厚度校核……………………………………………………………… 43 4.4 管箱短節(jié)開孔補強的校核 ………………………………………………………………44 4.5 殼體接管開孔補強校核 …………………………………………………………………45 4.6 固定管板的校核…………………………………………………………………………46 4.7 浮頭管板以及鉤圈的校核 …………………………………………………………… 49 4.8 無折邊球封頭的計算 ………………………………………………………………… 51 4.9 浮頭法蘭計算 ……………………………………………………………………… 52 參考文獻………………………………………………………………………… 55 外文翻譯………………………………………………………………………… 56 謝辭……………………………………………………………………………… 73 第 73 頁 共 78 頁 前 言 換熱器是實現(xiàn)熱量傳遞的一種設備，在工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用，在各個化工相關領域得到了廣泛的應用。 在工業(yè)生產(chǎn)中，人們通過換熱器來將熱量從一溫度較高的物料傳遞到另一溫度較低的物料。例如，在合成氨的生產(chǎn)中，通過廢熱鍋爐來降溫以實現(xiàn)控制溫度的目的；在精餾塔結構中設置冷凝器；用換熱器來實現(xiàn)飛機發(fā)動機的散熱等等。這都是換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。 換熱器按結構形式分成好幾種，其中管殼式換熱器應用最為廣泛。本次設計的是浮頭式換熱器，是管殼式換熱器的一種，和其他管殼式換熱器一樣，能適應高溫、高壓的工作環(huán)境，同時，還容易清潔，但造價比較貴。在設計的過程中，我根據(jù)設計說明書，翻閱了相關資料，查了相關的國家標準，從工藝計算、結構設計以及強度校核等方面設計出了符合條件的浮頭式換熱器，并繪制了圖紙。 本次設計是對我大學四年學習成果的檢驗，但因為本人水平有限、知識比較匱乏，設計中難免有錯誤以及不當之處，希望各位老師、同學能給予指正。 1. 概述 1.1 研究的目的和意義 在化工、煉油、制藥等工業(yè)生產(chǎn)中，絕大部分的工藝過程都有加熱、冷卻和冷凝的過程，這些被總稱為換熱過程，而使這些換熱過程得以實現(xiàn)的設備稱為換熱設備,作為通用工藝設備被廣泛應用于化工、煉油、動力、原子能和其他許多工業(yè)部門。 據(jù)統(tǒng)計，在化工廠，換熱設備的投資約占總投資的10%～20%；在石油煉廠中，約占全部工藝設備投資的35%～40%?？梢钥闯鲈谔岣邆鳠嵝实耐瑫r，促進換熱設備的結構緊湊性以及產(chǎn)品的系列化、標準化與專業(yè)化不僅可以對現(xiàn)有生產(chǎn)技術進行提高，還能節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本。 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢 上個世紀70年代初發(fā)生世界性能源危機，有力地促進了傳熱強化技術的發(fā)展。當今換熱器技術的發(fā)展以CFD（計算流體力學技術）、模型化技術、強化傳熱技術等形成一個高技術體系。最近十幾年，強化傳熱技術受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，國內(nèi)外先后推出了板式、螺旋板式、板翅式等高效的傳熱設備。 早期，我國換熱器的制造技術遠遠落后于國外，由于工藝以及技術的限制，當時的換熱器只能采用簡單的結構，不但傳熱面積小，而且體積大、笨重。近年來，借著國內(nèi)經(jīng)濟迅猛發(fā)展良好機遇，的國內(nèi)的換熱器制造技術已經(jīng)有了長足的發(fā)展，各種類型和種類的換熱器發(fā)展猛烈，使用新結構、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)，但與國外有不小的差距，特別是在新型高效換熱器領域。 未來，國內(nèi)市場需求將會有以下特點：產(chǎn)品質(zhì)量水平應有更高的要求，特別是在環(huán)保與節(jié)能方面，更是發(fā)展的重點方向；產(chǎn)品的性價比應該更高；產(chǎn)品的多樣化與系列化；產(chǎn)品品牌的需求；生產(chǎn)廠家的大型化與集團化。 在國外二十世紀20年代出現(xiàn)了板式換熱器，一出現(xiàn)就應用在了食品行業(yè)。板式換熱器的結構緊湊、傳熱效果好，后來被發(fā)展出了多種結構形式。30年代初，瑞典制成了螺旋板換熱器，接著英國用釬焊法制成了由銅及其合金材料制造的板翅式換熱器，并應用于飛機發(fā)動機散熱。30年代末，瑞典又首次制成了板殼式換熱器，并應用于紙漿工廠。同時，腐蝕問題漸漸被人們重視，越來越多的人注意到了新材料的應用。到了60年代，隨著制造工藝的進一步完善，緊湊型板面式換熱器得到了蓬勃的發(fā)展和廣泛的應用，同時為了滿足在高溫、高壓條件下的工藝要求，典型管殼式換熱器也得到了進一步發(fā)展，增加了強化傳熱。70年代，逐漸向體積減小、重量減小、消耗減少、適應性增強方面發(fā)展。 在國外市場，現(xiàn)如今，雖然板式換熱器發(fā)展迅速，市場競爭力不斷上升，但管殼式換熱器仍占住著主導地位。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，換熱設備也漸漸向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。 1.3本次設計研究的主要內(nèi)容 本次設計的是浮頭式換熱器，是管殼式換熱器的一種，具有高度的可靠性和廣泛的適應性，在現(xiàn)如今的各種換熱器中占住著主導地位。 該換熱器設計參考的前提是常減壓裝置中的工藝條件，根據(jù)裝置工藝條件選擇具體的流量、溫度、壓力等參數(shù)。浮頭式換熱器的主要優(yōu)點是管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；介質(zhì)間溫差不受限制；可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450°，壓力小于等于6.4MPa；可用于結垢比較嚴重的場合；可用于管程易腐蝕場合。但結構復雜，成本高，制造安裝要求高。 浮頭式換熱器是由管箱、筒體、管板、封頭、折流板、換熱管等零部件組成，根據(jù)換熱管材料、尺寸、管數(shù)、管程壓力、管壁溫度、管程數(shù)以及殼體材料、內(nèi)徑、厚度、殼程壓力、溫度等條件下確定管板的厚度、折流板的形狀、尺寸與數(shù)量、折流板的布置情況和確定換熱器的結構尺寸。根據(jù)已知的工作狀況，選定換熱器所在的化工工藝過程，從而根據(jù)工藝條件，以確定換熱器內(nèi)介質(zhì)的物性參數(shù)；根據(jù)工藝結構尺寸結合已知條件，進一步計算換熱器結構參數(shù)；最后進行換熱器核算。 2. 換熱器工藝設計 2.1設計參數(shù) 滑油流量50m3/h， 進口溫度45℃,出口溫度40℃,冷卻水流量54m3/h,進口溫度33℃，管程殼程操作壓力為0.435MPa。 2.2設計方案 換熱器按設計要求選擇浮頭式換熱器。 如下圖所示，循環(huán)冷卻水容易結垢，而且，當流速慢的時候，結垢的速度還會增長，從而導致?lián)Q熱器的流量下降。綜合考慮，水走管程，滑油走殼程，選擇逆流。 圖2.1 并、逆流示意圖 2.3物性參數(shù)的確定 對于一般滑油和水，粘度低，定性溫度可以取進出口溫度的平均值，則滑油的定性溫度為： T==42.5℃ 查取滑油在42.5℃下的物性參數(shù)有： 密度 ＝876 kg/ 定壓比熱容 =1.955 kJ/(kg·K) 熱導率 =0.144 W/(m·K) 粘度 =0.21 pa·s 則熱流量為： =qv△=1.955×50×876×(45-40)=428145kJ/h 即==119 kw 其中，qv——體積流量 /h 假設冷卻水的出口溫度為35℃ 則水的定性溫度為： T==34℃ 查物性表可得水在34℃下的物性參數(shù)為： 密度 ＝994.3 kg/ 定壓比熱容 =4.174 kJ/(kg·K) 熱導率 =0.624 W/(m·K) 粘度 =0.742× Pa·s 由熱流量得冷卻水的溫差： △=/（qv）=428145/(4.174×54×994.3)=1.9℃ 故假設比較合理。 則總傳熱系數(shù)K取經(jīng)驗值為： K=510 W/(㎡·K) 2.4估算傳熱面積 按純流體計算，由于 =(45-35)/(40-33)=1.4<2 所以 △tm==(10+7)/2=8.5 K 可求換熱面積為： =/(K·△)=119/(510×8.5)=27.5 ㎡ 2.5確定工藝結構尺寸 2.5.1傳熱管的選擇 小管徑的結構緊湊，單位體積傳熱面積大，成本少，故選19×2較高級冷拔換熱管(材質(zhì)為碳鋼)，取管內(nèi)流速為u=1.3m/s。 2.5.2傳熱管數(shù)與管程數(shù) 單程傳熱管數(shù)為： ＝V/(u)=＝65.3根 則傳熱管長度為： L＝/＝27.5/（3.14×0.015×65）= 8.98 m 一般按四管程設計會使傳熱管長度適中，則取管長為： L=2.25 m 則傳熱管總根數(shù)為： =65×4＝260 根 2.5.3平均傳熱溫差的校正以及殼程數(shù) 換熱器采用的是多殼程，則流體的流動形式不是純粹的并流與逆流，使得平均溫差的計算變得復雜。對于錯流或復雜流動的流體的平均溫差，查設計手冊知，常用圖算法，過程如下： R= (-)/(-)=(45-40)/(35-33)=2.5 P= (-)/(- )=(35-33)/(45-33)=0.167 其中 R——熱流體的溫降/冷流體的溫升 P——冷流體的升溫/兩流體最初溫差 、——熱流體進、出口溫度 ℃ 　　　 、——冷流體進、出口溫度 ℃ 按單殼程、四管程結構，查圓筒和管子幾何參數(shù)計算圖有： 圖2.2 單殼程管子參數(shù)圖 圖2.3 四殼程管子參數(shù)圖 則平均傳熱溫差校正系數(shù)為： ＝0.96＞0.8，故單殼程合適 求得平均傳熱溫差為： =·Δtm=0.96×8.5=8.16℃ 2.5.4傳熱管的排列以及分程 換熱管排列方式主要有正三角形、正方形和轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形。正三角形排列可以在同樣的管板面積上排更多的管子，但是管外不易清理，故采用組合排列法。即管程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)用正方形排列，如下圖所示。 圖2.4 傳熱管排列方式 換熱管中心距宜不小于1.25倍的換熱器外徑，根據(jù)常用的換熱器中心距表有： 表2.1 換熱器中心距 換熱器中心距為： S=25 mm 分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距為： Sn=38 mm 結構如圖所示： 圖2.5 分程隔板槽結構 2.5.5殼體內(nèi)徑 殼體內(nèi)徑為： D= 1.05t 其中， t —管心距 mm N —傳熱管的總根數(shù) ——傳熱管外徑 mm η ——管板利用率 換熱器采用多管程結構，取η=0.6，則 D=1.05×25=546.4 mm 圓整可取 D=600 mm 2.6換熱器的核算 2.6.1 熱流量的核算 當量直徑為： =4[(/2)×-0.785×]/(3.14×0.019)=0.017 m 殼程流通截面積為： =BD(1-/t)=0.18×0.6(1-0.019/0.025)=0.0259 ㎡ 殼程流體流速為： =/=(50/3600)/0.0259=0.54 m/s 則雷諾數(shù)為： =/=0.015×0.54×876/0.21=33.79＜2300，層流 普蘭特數(shù)為： ＝/＝1955×0.21/0.144= 2851 又因為 ＝2851×33.79×0.015/2.25=642.2﹥10 努塞特數(shù)公式為 Nu=.d/ 其中 ——傳熱系數(shù) d ——流體特征常數(shù) ——熱導率 則傳熱系數(shù)為： 其中，粘度校正≈1 所以 =1.86×(2851×33.79×0.015/2.25×=154W/(㎡·K) 對管內(nèi)，假設冷卻水為湍流流動，則 Nu=0.023 得 = 根據(jù)化工原理可知： 自來水被加熱時，n=0.4 所以，管程流體流通截面積為： =(π/4)·d2·ns=0.785××=0.012㎡ 求得管程流體流速為： ==1.25 m/s 可得雷諾數(shù)為： Re= d2/==25125.5＞100000 所以，假設成立，即冷卻水為湍流 普蘭特數(shù)為： ＝/==4.96 代入公式可得： =0.023××(25125.5×=6013 W/(㎡·K) 查《GB151-1999管殼式換熱器》F7.1表F1有： 管外側(cè)污垢熱阻 =0.000176㎡·℃/W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 =0.0006㎡·℃/W 又查表F3得 碳鋼在給定設計條件下的熱導率約為51.8 W/(m·℃) 則管壁熱阻為： ===0.00004 ㎡·℃/W 其中 b――傳熱管厚度 m； ――管壁熱導率 W/(m·℃) 由公式得 傳熱系數(shù)為： K= =514 w/m2·K 由公式得： =＝28.4㎡ 又換熱器的實際換熱面積為： ＝＝3.14×0.019×2.25×260=34.9㎡ 所以換熱器的面積裕度為： H===22.9％＞20％ 所以傳熱面積裕度合適，能夠完成生產(chǎn)任務。 2.6.2 壁溫的核算 該換熱器的管壁比較薄，而且管壁熱阻非常小，所以管壁溫度公式為： 又因為該換熱器用循環(huán)水冷卻，在冬季工作時，循環(huán)水的進出口溫度會比較低。取循環(huán)冷卻水進口溫度15℃、出口溫度39℃來計算傳熱管壁溫。 同時，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻比較大，這會使得傳熱管壁溫升高，從而降低了傳熱管與殼體之間的壁溫差。但是，在操作初期，傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻比較小，則傳熱管與殼體之間壁溫差會比較大。計算時，應該按最不利的操作條件來考慮，故，取兩側(cè)的污垢熱阻為零來計算傳熱管壁溫。 所以，公式可以寫為： 其中 ――熱流體的平均溫度，℃ ——冷流體的平均溫度，℃ ——熱流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(㎡·K) ——冷流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(㎡·K) 液體的平均溫度為： ==34℃ =42.5℃ 其中 ——熱流體進口溫度，℃ ——熱流體出口溫度，℃ ——冷流體進口溫度，℃ ——冷流體出口溫度，℃ 所以傳熱管的平均壁溫為： =34.2℃ 殼體壁溫可以近似的取殼程流體的平均溫度為： T=42.5℃ 所以，殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為： △ t=42.5-34.2=8.3℃ 該溫差較小，實際上可以不使用浮頭式，但是按設計要求選用浮頭式。 2.6.3 換熱器內(nèi)流體流動阻力的核算 管程流體總阻力為： 其中 ——單程直管阻力； ——局部阻力； ——殼程數(shù)； ——管程數(shù) ——管程結構校正系數(shù)，可近似的取值為1.5 由前面可得 =1 ， =4 又=25125，則傳熱管的相對粗糙度為： ==0.013 查化工原理摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)以及相對粗糙度的關聯(lián)圖可得： =0.04 又流體速度u=1.25 m/s,=994.3 kg/ ,局部阻力系數(shù)=3.0 所以 ==4661 Pa ==2330 Pa =(4661+2330)141.5=41946 Pa 管程流體總阻力在允許范圍內(nèi)（小于50KPa）。 對殼程，總阻力按公式計算 由前面有 Ns=1 , Fs=1.15 管束采用正三角形，則 F=0.5 Re=33.79 =0.224 NT =260（傳熱管的總根數(shù)） NTC=1.1NT0.5=1.1×2600.5=17.7 =11 （折流板數(shù)） ＝0.54m/s 故流體流經(jīng)管束的阻力為： = =3038 Pa 對折流板有 B=0.18 m ， D=0.6 m 則流體流過折流板缺口的阻力為： =4074 Pa 所以總阻力為： ==8178.8 Pa 故殼程流體的總阻力在允許范圍內(nèi)。 小結 換熱器主要結構尺寸和計算結果如下表所示： 表2.2 換熱器結構尺寸數(shù)據(jù) 參數(shù) 管程 殼程 流量/（/h） 54 50 進/出口溫度/℃ 33℃/35℃ 45℃/ 40℃ 壓力/MPa 0.5 0.5 定性溫度/℃ 34 42.5 密度/(kg/) 994.3 876 定壓比熱容/[kj/(kg·k) ] 4.174 1.955 粘度/(pa·s) 0.742 0.21 導熱率/[W/(m·k)] 0.624 0.144 普蘭特數(shù) 4.96 2851 形 式 浮頭式 臺數(shù) 1 殼體內(nèi)徑/mm 600 殼程數(shù) 1 管徑/mm 19 管子排列/mm △ 管長/mm 2250 折流板/個 11 管數(shù)目/根 260 折流板間距 180 傳熱面積/㎡ 34.9 材質(zhì) 碳鋼 管程數(shù) 4 管心距/mm 25 主要計算結果 管程 殼程 流速/(m/s) 1.3 0.54 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/(㎡·K)] 154 6013 污垢熱阻/(㎡·K/W) 0.0006 0.000176 阻力/MPa 0.041946 0.0081788 熱流量/KW 119 傳熱溫差/K 8.3 傳熱系數(shù)/[W/(㎡·K)] 417.9 裕度/％ 22.9 3. 換熱器機械設計 3.1結構設計 換熱器的設計壓力為P=0.435MPa ≤1.6MPa，操作時溫度小于350℃，所以封頭材料選用Q235-B，封頭的結構形式采用最常用的橢圓封頭。查標準JB/4737-95有，橢圓封頭厚度與圓筒厚度相等，再查《GB151-1999管殼式換熱器》5.3.2表8有： 表3.1 封頭厚度 則取厚度為=8 mm 封頭結構形式如下： 圖3.1 封頭結構圖 其尺寸為： 表3.2 封頭尺寸1 公稱直徑 DN/mm 曲面高度 h1/mm 直邊高度 h2/mm 碳鋼厚度 δ/mm 內(nèi)表面積 A/m2 容積 V/m3 600 150 25 8 0.4374 0.0353 凸形封頭尺寸為： 表3.3 封頭尺寸2 公稱直徑 DN/mm 曲面高度 h1/mm 直邊高度 h2/mm 碳鋼厚度 δ/mm 內(nèi)表面積 A/m2 容積 V/m3 700 175 25 8 0.548 0.0442 3.2管箱與圓筒 用前面可知，筒體直徑D=600mm,則500mm＜＜800mm,因此選用封頭管箱。 查《GB151-1999管殼式換熱器》可知，管箱圓筒(短節(jié))的最小厚度與圓筒最小厚度相同，即為8mm。 管箱的最小長度為：（按B形管箱的流通面積計算） 其中 －封頭厚度，mm －封頭直邊段高度，mm －各程平均管數(shù)，根 E－各相鄰管程間分程處物料流通的最小寬度，mm 查得E=600mm,代入公式有： =52 mm 接著按相鄰焊縫間的距離計算最小距離為： 其中 －接管位置尺寸，mm 且(無接管補強時4S，且50) －接管至殼體與封頭連接焊縫距離，mm －封頭高度，mm －接管內(nèi)徑，mm 代入公式得到： 387 mm 對與之間取較大值 則管箱最小長度為=387 mm 3.3分程隔板 3.3.1分程隔板厚度 對分程隔板厚度，查《GB151-1999管殼式換熱器》有： 表3.4 分程隔板厚度 則，取分程隔板的最小厚度為：=8 mm 3.3.2分程隔板槽 分程隔板槽槽深不小于4mm 又因為所用材料為碳鋼，所以取分程隔板槽的寬度為12mm, 隔板槽拐角處倒角為45°，倒角寬度b可以看作近似等于分程墊片的圓角半徑R，結構圖如下： 圖3.2 分程墊片 3.4換熱管 所選換熱管的尺寸及偏差為： 表3.5 換熱管尺寸 材料 鋼管標準 外徑壁厚 /mmmm 外徑偏差 /mm 壁厚偏差 /mm 碳鋼 GB/T8163 192 0.20 +12% 3.5接管 本次設計中接管的基本要求有： 1) 接管與殼體內(nèi)表面平齊 2) 接管應該盡量的沿換熱器的徑向或軸向設置 對于接管的尺寸，殼程流體的流速為0.54m/s,則： ==188 mm 管程流體的流速為1.3m/s,則： ==117 mm 按管高度來確定，查取標準得到=200mm 則殼程接管位置的最小尺寸如下圖所示： 圖3.3 殼程接管位置 且，==185.5 mm 管箱接管位置的最小尺寸如下圖所示： 圖3.4 管箱接管位置 且，==209 mm 上面兩幅圖中 C≥4S，且C≥30mm DH— 補強圈外徑 , mm dh — 接管外徑 , mm S — 壁厚 ，mm b — 管板厚度 , mm 3.6 浮頭管板與鉤圈法蘭的結構設計 因為換熱器的內(nèi)徑已經(jīng)確定下來，所以浮頭管排列外徑以及結構尺寸均采用標準內(nèi)徑來決定。查《GB151-1999管殼式換熱器》表14、表15、圖13有： 圖3.5 浮頭管板結構圖及尺寸 取b=3mm , =3mm , =12mm 則其結構尺寸如下： 浮頭管板外徑為： =600-23=594 mm 浮頭管板外徑與殼體內(nèi)徑間隙為： =3mm 墊片寬度為： =12mm 浮頭管板密封面寬度為： =12+1.5=13.5 mm 浮頭法蘭與鉤圈外直徑為： =680 mm 浮頭法蘭與鉤圈內(nèi)直徑為： =570 mm 外頭蓋的內(nèi)徑為: =700 mm 螺栓中心圓直徑為： ==637 mm 其浮頭管板與鉤圈法蘭結構如下圖：（選擇B型鉤圈） 圖3.6 鉤圈結構圖 3.7 管法蘭 按照標準GB/T9113.1-2000得到尺寸如下表： 表3.6 管法蘭尺寸 滑油進出口 循環(huán)水進出口 管子直徑/mm 219 108 法蘭內(nèi)徑/mm 221 110 螺栓孔中心圓直徑/mm 280 170 公稱直徑/mm 200 100 螺栓孔直徑/mm 22 22 螺栓孔數(shù)量n/個 8 8 法蘭外徑/mm 340 210 法蘭厚度/mm 24 18 密封面d/mm 254 144 密封面f/mm 2 2 螺紋規(guī)格 M16 M16 其結構圖如下: 圖3.7 管法蘭結構圖 3.8 布管限定圓 其尺寸按《GB151-1999管殼式換熱器》表13有： 表3.7 布管限定圓尺寸 則=561 mm 其結構如下： 圖3.9 布管限定圓結構 3.9拉桿的尺寸、數(shù)量以及布置 因為換熱管的直徑為19mm,所以采用的拉桿定距管結構形式如下圖所示： 圖3.10 拉桿結構圖 因為換熱器殼體內(nèi)徑為600mm,選拉桿直徑為12mm,數(shù)量為4根，選定的拉桿尺寸如下：（螺紋連接） 圖3.11 拉桿尺寸標注圖 表3.8 拉桿尺寸 拉桿螺紋公稱直徑/mm 數(shù)量 基本尺寸 拉桿直徑d/mm /mm /mm /mm 12 4 12 15 ≥50 2.0 因為是螺紋連接，需求螺紋深度為： =18 mm 其結構如下： 圖3.12 拉桿孔結構圖 拉桿應該盡可能的均勻布置在管束的外邊緣。而且對于大直徑的換熱器，應該在布管區(qū)內(nèi)或者靠近折流板缺口處布置適當數(shù)量的拉桿，并且任何折流板均應不少于3個支承點。 3.10 折流板與支承板 3.10.1折流板 折流板常用形式有弓形和圓盤-圓環(huán)形，弓形又分單弓形、雙弓形與三弓形，該換熱器采用單弓形折流板。折流板的流動方式與結構形式如下： 圖3.13 折流板流動圖 圖3.14 折流板結構圖 弓形折流板缺口高度應使流體通過缺口時與橫向流過管束的流速相近，缺口大小用切去的弓形弦高占殼體內(nèi)直徑的百分比來確定。單弓形折流板常用的是0.25倍殼體內(nèi)直徑，則： h=0.25600=150 mm 因為折流板間距B的最小距離為殼體內(nèi)直徑的—，且不小于50mm,在這里取B=0.3，則： B=0.3600=180 mm 折流板數(shù)為： =-1==11.5≈11塊 因為殼體的公稱直徑=600mm，所以選取換熱管無支撐跨距300mm，查《換熱器設計手冊》表1-6-26有： 折流板或支撐板的最小厚度為4mm，這里取折流板的厚度為6mm。 折流板名義外直徑為： D=-4.5=595.5 mm，允許偏差為 因換熱器的殼程流體為單相潔凈流體，所以折流板缺口應水平上下布置,折流板圓缺面水平裝配數(shù)量應不少于4個，缺口分布如下所示： 圖3.15 折流板缺口 管束兩端的折流板應該盡可能靠近殼程進、出口接管，而其余折流板應等距布置，其中，靠近管板的折流板與管板的距離為： 其中 = —接管外徑 ， mm c=4S，且mm S —壁厚 , mm 取c=50mm,當無防沖板時，取防沖板長度==219 mm 則代入公式得： +50=191.5 mm =269 mm 折流板切口尺寸為： h=0.2600=120 mm 靠近管板的折流板與管板的距離如圖： 圖3.16 折流板與管板間距圖 3.10.2支撐板 對支撐板，當換熱器無支撐跨距小于最大跨距時，無需設置支撐板，但是浮頭式換熱器需要設置支承板，可選用加厚的環(huán)板來作為支承板。 3.11 防沖板與導流筒 管程內(nèi)水的流速小于3.0m/s,而對滑油有： =255.4＜2230 kg/(m·) 所以，管程和殼程都不需要設防沖板與導流筒。 3.12支座 鞍座所用材料是Q235-B，查標準JB/T4712-2007，選取B型鞍式支座，支座結構如下圖： 圖3.17 支座結構圖1 圖3.18支座結構圖2 具體尺寸如下表： 表3.9 支座的尺寸 公稱直DN/mm 允許載荷Q/KN 鞍座高度h/mm 底板/mm 腹板δ2/mm 600 165 200 550 150 10 8 筋板/mm 墊板/mm 螺栓間距 弧長 e 300 120 8 710 200 6 36 400 3.13 外頭蓋側(cè)法蘭 公稱直徑為=700mm,參照工藝條件、殼側(cè)壓力以及操作溫度，按照JB4703-92長頸法蘭標準來選取，選定法蘭結構尺寸如下： 圖3.19 法蘭結構圖 表3.10 法蘭尺寸 mm 公稱直徑DN D 700 840 800 765 755 752 50 105 25 螺栓規(guī)格 螺栓數(shù)量 M20 32 17 14 12 22 12 23 3.14 管箱法蘭以及管箱側(cè)殼體法蘭 公稱直徑為=600mm,參照工藝條件、管側(cè)壓力、操作溫度以及殼側(cè)壓力的最大值，按照JB4703-92長頸法蘭標準來選取，其各部分尺寸與結構如下： 表3.11 管箱法蘭尺寸 mm 公稱直徑DN D 600 740 700 665 655 652 44 105 25 螺栓規(guī)格 螺栓數(shù)量 M20 28 17 14 12 22 12 23 圖3.20 管箱法蘭位置 3.15 固定端管板 根據(jù)上面所選用的管法蘭以及管箱側(cè)法蘭的結構尺寸，確定了固定端最大外徑為：D=638mm。 3.16 排氣管與排液管 排氣口與排液口直徑應該不小于15mm,位置應該分別設置在殼體中的最高點和最低點。 由于換熱器采用了四管程結構，則設置的位置應該有一定的偏離，但排氣（液）管的端部必須與殼體或者接管內(nèi)壁平齊。 圖3.21 排氣（液）口 3.17防短路結構 3.17.1旁路擋板 在浮頭式換熱器中，為了防止殼程流體流動在某些區(qū)域時發(fā)生短路，從而降低傳熱效率，需要使用防短路結構。常用的防短路結構有旁路擋板和擋管。 對旁路擋板，當殼體公稱直徑為500mm＜＜1000mm時，需要增設兩對擋板，擋板厚度與折流板的厚度相等，其結構如下： 圖3.22 旁路擋板示意圖 3.17.2擋管 對擋管，擋管就是兩端被堵死的換熱管，與換熱管的規(guī)格相同，但布置在分程隔板槽背面的兩管板之間，可與折流板點焊固定，也可以用拉桿(帶定距管或不帶定距管)來代替。 擋管應每隔3-4排換熱管就設置一根，但不設置在折流板缺口處，如圖所示。 擋管伸出第一塊和最后一塊折流板或者支持板的長度應不大于50mm，且應與任意一塊折流板焊接固定。 圖3.23 擋管示意圖 3.18 連接 對于換熱管與管板之間的連接，因為沒有較大的振動以及間隙腐蝕，所以可采用強度焊接，且焊接時，管板的最小厚度應在滿足結構設計和制造的要求下，不小于12mm。如圖所示: 表3.12 換熱管的連接 換熱管規(guī)格 外徑壁厚/mm 換熱管最小伸長量/mm 最小坡口深度 /mm 192 1.5 2 圖3.24 焊接示意圖 對于管板與殼體、管箱之間的連接如下圖所示： 圖3.25 管板與殼體、管箱之間的連接示意圖 其中，=28mm 4. 換熱器的強度校核 4.1筒體的壁厚校核 取設計溫度為55℃，設計壓力為0.435MPa,取壓力為0.5MPa，筒體選用低合金鋼板Q235-B卷制。材料在55℃下的允許應力=113MPa，取焊接系數(shù)φ=1.0，腐蝕裕量=2mm，鋼材的厚度負偏差=0.3mm,則有： 計算厚度為 ==1.33 mm 設計厚度為 ==1.33+2=3.33 mm 名義厚度為 ==3.33+0.3=3.63 mm,因為低合金鋼不包括腐蝕裕量的最小厚度應不小于3mm,加上2mm的腐蝕裕量，名義厚度至少應該取5mm,由鋼材標準規(guī)格，取名義厚度為6mm。 有效厚度為 ==6-0.3-2=3.7 mm 水壓實驗應力為： ==0.625 MPa 所選材料的屈服應力=235MPa 水壓實驗校核： ==51 MPa 因為0.9=0.93251=292.5MPa ,又=51MPa＜292.5MPa 所以水壓強度滿足要求。 又因為換熱器介質(zhì)為非易燃物，毒性程度為非極度且允許微量泄露，所以不需要進行氣密性實驗。 4.2外頭蓋短節(jié)與封頭厚度校核 外蓋頭內(nèi)徑為=700mm，其余條件、參數(shù)與筒體同。 短節(jié)壁計算厚度為 ＝=1.32 mm 短節(jié)壁設計厚度為 ＝1.32+2=3.32 mm 短節(jié)壁名義厚度為 =3.32+0.3=3.52 mm,同上，應該取名義厚度為6mm。 短節(jié)壁有效厚度為 =6-0.3-2=3.7 mm 壓力實驗壓力為： ==0.625 MPa 壓力實驗的應力校核： ==59.4 MPa 因為0.9=0.93251=292.5MPa，又=59.4MPa＜292.5MPa 所以，壓力實驗滿足強度要求。 由前面可知:外頭蓋封頭用的是標準橢圓封頭 封頭計算厚度為 S=＝=1.55mm 封頭設計厚度為 ＝1.55+2=3.55 mm 封頭名義厚度為 =3.55+0.3=3.85 mm,由前面知，取名義厚度為=8mm，符合計算結果。 則封頭有效厚度為 =8-2-0.3=5.7 mm 壓力實驗的應力校核： ==38.7 MPa＜292.5MPa 故，壓力實驗滿足強度要求。 4.3管箱短節(jié)與封頭厚度校核 取工藝設計溫度為45℃，設計壓力取0.5MPa,選用Q235-B鋼板，材料的許用應力為=113 MPa，屈服強度為=235 MPa,取焊縫系數(shù)=0.85，鋼材的負偏差=0.3mm,腐蝕裕度=2mm。 計算厚度為 ==1.55 mm 設計厚度為 =1.55+2=3.55 mm 名義厚度為 =3.55+0.3=3.85 mm，綜合考慮開孔補強、國家標準規(guī)定以及結構需要，取名義厚度為=8mm 則有效厚度為 =8-0.3-2=5.7 mm 計算過程同上，則壓力實驗在該條件下一定能滿足強度條件。 4.4管箱短節(jié)開孔補強的校核 開孔補強采用等面積補強法，因為接管規(guī)格為φ108 ×5mm，同時考慮到實際情況，選用20號熱軋?zhí)妓劁摴?，其材料許用應力=130MPa,腐蝕裕量=1mm，鋼材負偏差=0.3mm。 接管計算厚度為 ＝=0.21 mm 接管設計厚度為 =0.21+1=1.21 mm 接管有效厚度為 ＝5-1-0.3=3.7 mm 接管的開孔直徑為 d==108-2×5+2×2=102 mm 則，接管的有效補強寬度為： B=2d=2×102=204 mm 接管外側(cè)的有效補強高度為： ==22.6 mm 需要補強面積為： A=d·S=102×1.55=158.1 其中，S為管箱厚度 可以作為補強的面積的大小為： =(B-d)·（)=(204-102)×(5-1.55)=351.9 mm2 =2×22.6×(3.7-0.21)×=120.6 mm2 其中，A1—殼體多余金屬面積 A2—接管多余金屬面積 則，+=351.9+120.6=472.5 mm2＞A 所以，該接管補強的強度足夠，不需要設置補強圈。 4.5殼體接管開孔補強校核 開孔補強采用等面積補強法，因為接管規(guī)格為φ219×10mm，考慮實際情況，選取20號熱軋鋼管，材許用應力=137MPa,腐蝕裕量=1mm，取鋼材負偏差C1=1.5mm。 接管計算壁厚為 ==0.4 mm 接管有效厚度為 ==10-1-1.5=7.5 mm 接管的開孔直徑為: d=+2C=219-10×2+2(1+1.5)=204 mm 接管的有效補強寬度為： B=2d=2×204=408mm 接管外側(cè)的有效補強高度為： ==45.1mm 需要的補強面積為： A=d·S=204×1.33=271.32 其中，S為殼體厚度 可以作為補強的面積大小為： =(B-d)·( )=(408-204)×(2-1.33)=136.7mm2 =2×45.1×(7.5-0.4)×=489.7mm2 其中，A1—殼體多余的金屬面積 A2—接管多余的金屬面積 則+=136.7+489.7=626.4 mm2＞A 所以，該接管補強的強度足夠，不需要設置補強圈。 4.6固定管板的校核 使用BS法來對固定管板的厚度進行計算： 假設管板厚度為 b=30mm 總換熱