買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 摘要 換熱器又被叫熱量交換器，是一種進(jìn)行冷熱流體之間的熱量傳送的設(shè)備，它是完成化工等生產(chǎn)過(guò)程中交換熱量必須用到的設(shè)備，在工廠中意義非凡。換熱器可以是一種獨(dú)立的設(shè)備，例如加熱器、冷卻器和凝汽器等等。換熱器是兩種溫度不同的物料在一個(gè)設(shè)備內(nèi)相互交換熱量，最終達(dá)到將物料冷卻，或者將冷物料加熱為目的的設(shè)備。換熱器是化工生產(chǎn)中最最常用的一種機(jī)器，它的主要作用是進(jìn)行幾種介質(zhì)之間的熱量傳遞。常見的換熱器有：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函式換熱器、 管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、多套 管換熱器、外導(dǎo)流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動(dòng)管板式換熱器等 1。本換熱器是蒸汽換熱器在成產(chǎn)中是非常常見的設(shè)備，該換熱器有耐高壓的優(yōu)點(diǎn)、價(jià)格低廉、清洗方便不宜結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明書中所給定的條件是殼程介質(zhì)為二甲胺，溫度從一開始的 、 行冷凝冷凝，它的流量是 2500kg/h。管程中的介質(zhì)是水，冷卻水溫度從一開始的 33 升高到了 43 、成了壓降計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)、管箱短節(jié)壁厚計(jì)算等。在強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，依據(jù) 150行筒體、封頭強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核，依據(jù)流量進(jìn)行入口接管、出口接管等管口直徑的選擇，依據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行開口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。本設(shè)計(jì)選擇管板延長(zhǎng)兼做法蘭，依據(jù) 151的彈性支撐假設(shè)對(duì)管板進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，管板與換熱管的連接方式為焊接，拉桿與管板為螺紋連接結(jié)構(gòu)。同時(shí)，進(jìn)行了臥式容器鞍座校核。 本設(shè)計(jì)充分的利用材料，適用比較多的場(chǎng)合。在同樣的換熱器中此換熱器十分的廉價(jià)、安全。所以該換熱器在工廠中占有重要位置。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 關(guān)鍵字 : 固定管板； 換熱器； 不同物 料；熱交換； 補(bǔ)強(qiáng) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 it is a of it is a of be in of in be an as a so in a or of is by in of a is to of of . is is in of to is in of is of , Pa to 500 kg/h. of is 3 43 , in a In 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 to of of on of of do to of to At of is At in is So an in 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目 錄 第一章 固定管板式換熱器設(shè)計(jì)方案的選擇 . 1 的選定 . 1 . 2 . 3 . 3 第二章 工藝計(jì)算 . 4 計(jì)條件 . 4 熱器的工藝參數(shù) . 4 熱器的物性參數(shù) . 4 熱器的設(shè)計(jì)溫度 . 5 熱器的類型與流動(dòng)空間的確定 . 5 工藝尺寸計(jì)算 . 6 熱器核算 . 10 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 18 箱殼體和封頭的設(shè)計(jì) . 18 . 18 箱殼體壁厚的確定 . 19 準(zhǔn)橢圓封頭的設(shè)計(jì) . 19 板與換熱管設(shè)計(jì) . 20 板 . 20 熱管 . 21 出口設(shè)計(jì) . 22 . 22 管外伸長(zhǎng)度 . 22 氣、排液管 . 22 管最小位置 . 23 流板或支持板 . 24 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 流板尺寸 . 24 流板和折流板孔徑 . 24 . 24 流板的布置 . 25 流板質(zhì)量計(jì)算 . 25 沖擋板 . 25 桿與定距管 . 26 . 26 桿的位置 . 27 距管尺寸 . 27 座選用及安裝位置確定 . 27 第四章 強(qiáng)度計(jì)算 . 31 體、管箱殼體和封頭校核 . 27 體校核 . 27 箱殼體校核 . 27 圓封頭校核 . 28 管開孔補(bǔ)強(qiáng) . 28 汽進(jìn)出口開孔補(bǔ)強(qiáng) . 28 箱冷卻水接管補(bǔ)強(qiáng)的校核 . 30 脹節(jié) . 31 脹節(jié) . 31 脹節(jié)計(jì)算 . 31 板校核 . 33 構(gòu)尺寸參數(shù) . 33 元件材料及其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) . 34 子許用應(yīng)力 . 35 構(gòu)參數(shù)計(jì)算 . 35 蘭力矩 . 36 熱管與殼體圓筒的熱膨脹應(yīng)變形差 . 36 箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) . 36 子加強(qiáng)系數(shù) . 37 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù) . 37 計(jì)條件不同危險(xiǎn)組合土況的應(yīng)力計(jì)算 . 38 種危險(xiǎn)工況的各種應(yīng)力計(jì)算與校核 : . 39 計(jì)值總匯 . 40 第五章 安裝使用及維修 . 42 裝 . 42 . 43 第六章 結(jié)論 . 45 參考文獻(xiàn) . 46 致謝 . 47 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第一章 固定管板式換熱器設(shè)計(jì)方案的選擇 換熱器是化工生產(chǎn)中最為常用的一種機(jī)器，它的主要作用是進(jìn)行幾種介質(zhì)之間的熱量傳遞。常見的換熱器有：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、填料函式換熱器、U 型管式換熱器、蛇管式換熱器、雙殼程換熱器、單套管換熱器、多套管換熱器、外導(dǎo)流筒換熱器、折流桿式換熱器、熱管式換熱器、插管式換熱器、滑動(dòng)管板式換熱器等 2。 圖 1上圖為向上流動(dòng)的立式管程換熱器 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 圖 1上圖為立式殼程換熱器和水分配器 圖 1上圖為臥式殼程換熱器 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所選用的換熱器為四管程固定管板式換熱器。它的應(yīng)用十分之廣泛，且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，穩(wěn)定性高，適應(yīng)性廣，好制造，生產(chǎn)成本低廉。 因?yàn)閾Q熱器的選擇四個(gè)固定管板式換熱 器管的主要手段和多通道換熱器傳熱和流動(dòng)法、回流法、錯(cuò)流方法和平流方法 3。常用的方法在工業(yè)和流法和回流法。熱交換器的介質(zhì)是水和二甲胺 ， 蒸汽并不是很大 ， 和二甲胺是通過(guò)汽化潛熱傳熱 ， 傳熱能買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 力的各個(gè)方面的需求比較高 ， 所以你可以選擇回流的方法。循環(huán)冷卻水原 料 補(bǔ) 充吸 收 劑壓縮機(jī)反應(yīng)器換 熱 器分 離 殼程 :二甲胺，入口溫度為 、 凝，流量為 2500kg/h。 管程：冷卻水，冷卻水溫度從 33 升到 43 、壓力為 此冷熱流體之間的交換溫度為： 冷卻 水入口溫度： 33 ; 冷卻水出口溫度： 43 。 二甲胺入口溫度： ，汽相； 二甲胺出口溫度： ，液相； 二甲胺是一種劇毒物質(zhì)，還能和氧化劑發(fā)生猛烈的反應(yīng)。因?yàn)槎装纷邭こ蹋該Q熱器的殼體、管板、換熱管和折流板都要防腐蝕，可以選用 0銹鋼材料。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 第二章 工藝計(jì)算 工藝設(shè)計(jì)中包括了熱力設(shè)計(jì)以及流動(dòng)設(shè)計(jì)，其具體運(yùn)算如下所述 : 計(jì)條件 殼程介質(zhì)為 的二甲胺蒸汽，管程介質(zhì)為進(jìn)口溫度 33 ，出口溫度 43 的冷卻水；殼程設(shè) 計(jì)壓力 程設(shè)計(jì)壓力 甲胺處理量為 2500kg/h。 熱器的工藝參數(shù) 管程水的進(jìn)口溫度 =33 管程水的出口溫度 =43 管程水的工作壓力 =程水的定性溫度 382/4333t m ）（ 兩流體的溫度差 殼程二甲胺的流量 =2500kg/h 殼程二甲胺的入口溫度 = 汽相 殼程二甲胺的出口溫度 = 液相 殼程二甲胺的工作壓力 =程二甲胺汽化潛熱潛熱 7884 熱器的物性參數(shù) 兩種流體定性溫度下的物性參數(shù)如下表 1： 表 1 流體定性溫度下的物性參數(shù) 物性 流體 溫度 密度 kg/度 s 比熱容 ) 導(dǎo)熱系數(shù) W/(m ) 二甲胺蒸汽 卻水 38 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 熱器的設(shè)計(jì)溫度 一般情況下，我們所設(shè)計(jì)出的換熱器的設(shè)計(jì)溫度要比它的最大的使用溫度高出20 左右，所以殼體的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)該為 120 ；管程介質(zhì)是水，最大的使用溫度是43 ，則管程的設(shè)計(jì)溫度為 70 。 熱器的類型與流動(dòng)空間的確定 兩流體溫度變化情況，熱流體進(jìn)口溫度 ，出口溫度 ;冷流體進(jìn)口溫度 33 ，出口溫度 43 。該換熱器用水冷卻主要決定 ,考慮多種因素 ,如清潔固定管板式換熱器。選擇二甲胺蒸汽殼程、冷卻水管。這是因?yàn)椋簹こ痰睦鋮s液，便于散熱和流體管程傳熱系數(shù) 相匹配 ，因此可以減少管壁的溫度， 減少熱 應(yīng)力，同時(shí)換熱器 通常會(huì)容易 產(chǎn)生 規(guī)模流體流經(jīng)管程。 算傳熱面積 二甲胺蒸氣用量 由題目可知，二甲胺蒸汽流量： 500kg/h=s Q1=m1r=25007884/3600=03KJ/s （ 注： 蒸汽冷凝的質(zhì)量流量（ kg/s） r飽和蒸汽的冷凝熱（ kJ/ 熱負(fù)荷計(jì)算 熱負(fù)荷計(jì)算公式 : 2/式中： 冷熱流體的質(zhì)量流量（ kg/s） 冷熱流體的定壓比熱（ J/( )） 冷流體的進(jìn)、出口溫度（ ） 2/03 /(43= s=05kg/h。 計(jì)算有效平均溫度差 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 對(duì)于逆流，有效平均傳熱溫差： =( 逆流傳熱溫差： =(。 對(duì)于傳熱面積進(jìn)行計(jì)算 傳熱面積 : 式中： 估算的傳熱面積（ K 假設(shè)傳熱系數(shù)（ W/( )） 平均傳熱溫差（ ） 根據(jù)管程走循環(huán)水，殼程走二甲胺蒸氣，總傳熱系數(shù) K 現(xiàn)暫?。?K=650W/ 則估算換熱面積： =06/(650 選工藝尺寸計(jì)算 管徑和管內(nèi)流速 換熱器的傳熱 表面是由包管的大小規(guī)格，和對(duì)傳熱有很大的影響。對(duì)于徑管，要使用小直的，傳熱面積單位體積較大，單位金屬消費(fèi)和減少傳熱面積，傳熱系數(shù)較大，但在生產(chǎn)過(guò)程中更麻煩，過(guò)程清洗后容易粘滯，規(guī)模也更困難。通常應(yīng)該使用大直徑管在大或骯臟的流體的粘滯性，應(yīng)該使用小直徑管道的清潔液。 換熱管直接與兩種換熱流體接觸直接接觸兩種傳熱流體熱交換管，所以必須考慮兩個(gè)流體腐蝕工藝參數(shù)如溫度、壓力、介質(zhì)和加工性能和經(jīng)濟(jì)和規(guī)范選擇換熱管材料。前面已經(jīng)提到了，為了防止腐蝕二甲胺，應(yīng)當(dāng)采用不銹鋼 料 4。 根據(jù)流程，選定水的流 速為 u=s。選用 192縫光滑較高級(jí)冷拔傳熱管 (不銹鋼 )。 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) : (/4) （ 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 式中： 單程管子數(shù)目； V管程流體的體積流量（ m3/s） V=05kg/h/1000kg/h=s 傳熱管內(nèi)徑（ m， u管內(nèi)流體流速（ m/s。 u= 因此，單程傳熱管數(shù)為： (/4)99（根） 按單程管計(jì)算，傳熱管長(zhǎng)度為： L= （ 2 式中： L按單程計(jì)算的管子長(zhǎng)度， m； 管子外徑， m； 則所需的傳熱管長(zhǎng)度： L=474/99=0m 我國(guó)生產(chǎn)的系列中換熱管的無(wú)縫鋼管長(zhǎng)度分為 2, 3, 6 米等好幾種。 （ 2 式中： 管程數(shù)（整數(shù)）； L 按單程換熱器計(jì)算的管子長(zhǎng)度， m； l 選取的每程管子長(zhǎng)度， m； 傳熱管的長(zhǎng)度為 9m，根據(jù)實(shí)際計(jì)算，換熱器的管程數(shù)計(jì)算如下： ， 4 傳熱管總管數(shù)： （ 2 注： 傳熱管總管數(shù)； 994=396（根） 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 如果在選擇上選用雙管程換熱器，可加強(qiáng)管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，但同時(shí)也增加了換熱器的阻力，并損失部分傳熱溫差。 平均傳熱溫差計(jì)算公式： t （ 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 式中： 折流下的平均傳熱溫差， K； t=溫差矯正系數(shù) =(1(1 )(1/2)(2+2+1)(1/2)/2+R+()(1/2) 平均溫差校正系數(shù)有： R=熱流體的溫降 /冷流體的溫降 =(430 P=冷流體的溫降 /兩流體最初溫差 =(43( =(1(1和 )(1/2)(2+2+1)(1/2)/2+R+()(1/2) 平均傳熱溫差： )(1/2)(2+2+1)(1/2)/2+R+()(1/2)= (43(2/(2 = t= = 平均傳熱溫差系數(shù)大于 取單殼程合適。 管子排列 管安排方法常用的是三角形的數(shù)組，三角交錯(cuò)，交錯(cuò)數(shù)組廣場(chǎng)，廣場(chǎng)。等邊三角形布置更緊湊，一定直徑可以安排在殼管，和傳熱可以取得良好的成果，但在管外清洗是很困難的。廣場(chǎng)和安排，可以使管外的清潔更方便，適合在殼程流體容易擴(kuò)展，但在傳熱效果比普通三角形排列。上面的安排是一個(gè)三角形是最常用在交錯(cuò) ,方便殼程流體清潔，不容易，而后者殼一側(cè)的污垢可以合理的化 學(xué)治療方法 。采用正三角形排列時(shí)，管子排列面積是一個(gè)正六邊形，排在正六邊形內(nèi)的傳熱管數(shù)量為： a(a+1)+1 若設(shè) b 為正六邊形對(duì)角線上的管子數(shù)目，則： b=2a+1 注： 排列的管子數(shù)目； a 正六邊形的個(gè)數(shù)。 采用正三角排列，當(dāng)管子總數(shù)超過(guò) 127 根，即正六邊形的個(gè)數(shù) a6 時(shí)，最外層六邊形和殼體間的弓形部分空間較大，也應(yīng)配置傳熱管，可以排的管子數(shù)目見表格 1。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 表格 1 管子數(shù)目 正三角形和轉(zhuǎn)角正三角形排列有利于殼程物流的湍流，并且在管與管的間距距相等時(shí)，同一管板面積上可以排列最多的管數(shù)。雖然三角形排列的管間清 洗比較困難，但由于二甲胺粘性小，不易結(jié)垢，因此本設(shè)計(jì)選擇轉(zhuǎn)角正三角形排列 5。 管心距采用脹接法 固定時(shí)，管心距過(guò)小會(huì)造成脹接在擠壓作用下發(fā)生變形，失去管子與管板之間的連接力。故采用焊接法。根據(jù)布管常用的管心距，當(dāng)管子外徑為 19，管心距可取 25此本設(shè)計(jì)取單程中的管心距為 25程相鄰的管心距為 38 殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算： D=T/)1/2 （ 2 式中： 管板利用率。 的取值范圍如下：正三角形排列， 2 管程， = 管程以上， =算出殼體內(nèi)徑后，需圓整到標(biāo)準(zhǔn)尺寸。卷制殼體的內(nèi)徑 (公稱直徑 )以 400基數(shù)，以 100進(jìn)級(jí)檔。 取管板利用率 =體內(nèi)徑為 D=T/)1/2=2(1390/。 因此殼體內(nèi)徑初步計(jì)算圓整為 D=1400 則橫過(guò)管數(shù)中心線管的根數(shù)： )1/2=1390)1/2=2（根） 折流板 圓形狀的檔板安排在水平換熱器分為處處上下左右方向的方向種。上下方向安排正六邊 形數(shù)目a 正三角形排列 六邊形 對(duì)角線上 的管數(shù) b 六邊形內(nèi) 的管數(shù) 每個(gè)弓形部分的管數(shù) 第一列 第二列 第三列 弓形部分 的管數(shù) 管子總數(shù) 10 21 331 6 36 367 11 23 397 7 42 439 12 25 469 8 48 517 13 27 547 9 2 66 613 14 29 631 10 5 90 721 15 31 721 11 6 102 823 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的湍流，傳熱膜系數(shù)增加，通常是結(jié)構(gòu)使用。水平隔板，以防止流體短路，切斷了節(jié)段高度不應(yīng)大于殼內(nèi)徑的 35%。故選用圓缺上下方向排列取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 20%，則切去的圓缺高度為 h=400=280 對(duì)于臥式換熱器，折流板間最小間距為殼體內(nèi)徑的 35%，最大間距不宜大于 殼體內(nèi)徑的 2 倍折流板數(shù)，取折流板間距 B= B=400=490 B 為 500 熱管長(zhǎng) /折流板間距 000/5007（塊） 熱器核算 換熱器的核算內(nèi)容主要包括換熱器的熱流量、傳熱管壁溫和流體阻力。 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 工業(yè)上換熱器以采用水平管束和垂直管束居多，且管表面液膜多為層流。在該種情況下一般用德沃爾基于努塞爾的理論公式和實(shí)測(cè)值，提出層流時(shí)的冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)計(jì)算式如下。 水平管束冷凝： =0（ 2/21/3= （ 2 式中： 無(wú)量綱冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， W/( )； 0 冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)， W/( )； M=e=4M/ （ 2 式中： m冷凝液的質(zhì)量流量， kg/s； l 傳熱管長(zhǎng)度， m； 當(dāng)量管數(shù)。 當(dāng)量管數(shù) 傳熱管布置方式及總管數(shù)有關(guān)，傳熱管布置為三角形錯(cuò)列，則 可用下式求得： 95 （ 2 式中： 換熱器的傳熱管總數(shù)。 由公式求得當(dāng)量管數(shù) 通過(guò)公式，可得無(wú)量綱冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： =4)=491/， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 冷凝表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) : 0=()3/2/(21/3=(1/3=58773 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 管程為流體無(wú)相變傳熱，則在通常情況下可用下式計(jì)算其表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) : i=i/ :當(dāng)流體被加熱時(shí) n=流體被冷卻時(shí) n= 該式的適用條件是： 低粘度流體 (10000； 普朗特?cái)?shù) 160 之間 ; 管長(zhǎng)管徑之比 l/d 50; 定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均值 ; 特征尺寸取傳熱管內(nèi)徑 d。 雷諾數(shù) : Re= 可管程流體流通截面積 390/2=得管程流體流速s，求雷諾數(shù) 012388 普朗特?cái)?shù) Pr=(030i=12388)=2489W( 污垢熱阻和管壁熱阻 由于材料加工范圍廣泛的操作條件不同，所以產(chǎn)生規(guī)律的污 垢很難把握 ,結(jié)合人們的問題研究較少，所以目前主要由污垢熱阻的選擇測(cè)試數(shù)據(jù)。選擇污垢熱阻時(shí)應(yīng)該非常小心，尤其是容易擴(kuò)展的材料。因?yàn)樵谠谶@種情況下，污垢熱阻通常占據(jù)大部分的傳熱阻力，它的價(jià)值對(duì)傳熱系數(shù)的影響。 管外側(cè)污垢熱阻 /W 管壁熱阻取決于傳熱管壁厚和材料，其值為： Rw=b/w 注： b傳熱管壁厚， m； w管壁熱導(dǎo)率， m /W。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或