買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 固定管板式換熱器是管殼式換熱器的一種典型結(jié)構(gòu)，也是目前應(yīng)用比較廣泛的一種換熱器。這類換熱器具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、可靠性高、適應(yīng)性廣的特點 ,并且生產(chǎn)成本低、選用的材料范圍廣、換熱表面的清洗比較方便。固定管板式換熱器能承受較高的操作壓力和溫度，因此在高溫高壓和大型換熱器中，其占有絕對優(yōu)勢。 本次設(shè)計的題目是乙二醇塔底進料換熱器的設(shè)計，課題預(yù)期達到的目標(biāo)為： 換熱器面積的計算（實際換熱面積： 管程殼程壓力降的計算（小于等于 工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算：管程數(shù)（ 1 管程），換熱管的確 定（內(nèi)徑： 19量： 500 根），殼體內(nèi)徑（ 600殼程數(shù)（ 1殼程）的計算，折流板的選型（形式：弓形折流板，數(shù)量： 13）等。 換熱器的強度計算：對筒體、管箱厚度的計算和校核，對殼體及管箱各處開孔補強，對延長部分兼做法蘭的計算及強度核算。經(jīng)水壓試驗、壓力校核后顯示結(jié)果全部合格。 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計：折流板、法蘭（甲型平焊法蘭）、換熱管、支座（鞍式支座）、墊片（石棉橡膠板墊片）的規(guī)格及選型。 完善設(shè)計圖紙及設(shè)計說明書。 關(guān)鍵詞：換熱器；工藝；結(jié)構(gòu)；強度 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 is a of a of of of a of of of so it in of is of of of 9mm,00),of 000 of of 3)he of of on so in he of he of 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錄 摘 要 . I . 1 章 引言 . 1 熱器的用途 . 1 熱器的分類 . 1 熱器的發(fā)展趨勢 . 1 第 2 章 固定管板式換熱器的工藝計算 . 3 算換熱面積 . 3 擇換熱器的類型 . 3 程安排 . 3 定物性數(shù)據(jù) . 3 算傳熱面積 . 4 藝結(jié)構(gòu)尺寸 . 5 徑和管內(nèi)流速 . 5 程數(shù)和傳熱管數(shù) . 5 熱管排列和分程方法 . 6 體內(nèi)徑 . 7 流板 . 8 他附件 . 8 管 . 9 熱器核算 . 9 流量核算 . 9 溫核算 . 13 熱器內(nèi)流體的流動阻力 . 14 熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 . 16 第 3 章 強度計算 . 19 體壁厚計算 . 19 箱短節(jié)、封頭厚度的計算 . 20 箱短節(jié)厚度的計算 . 20 頭厚度的計算 . 20 箱短節(jié)開孔補強的校核 . 21 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 體接管開孔補強校核 . 22 板設(shè)計及校核 . 23 板計算的有關(guān)參數(shù)的確定 . 23 算法蘭力矩 . 27 板的計 算的相關(guān)參數(shù) . 28 定 和 2G . 29 于其延長部分兼作法蘭的管板計算 . 29 計條件不同的組合工況 . 30 第 4 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 36 流擋板 . 36 蘭 . 36 熱管 . 37 座 . 37 力容器選材原則 . 38 片 . 39 第 5 章 結(jié)論 . 40 參 考 文 獻 . 41 致 謝 . 43 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 引言 熱器的用途 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門 1。它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一 2。換熱器在節(jié)能技術(shù)改革中具有的作用表現(xiàn)在兩個方面：一是在生產(chǎn)工藝流程中使用著大量 的換熱器的效率顯然可以減少能源的消耗；另一方面，用換熱器來回收工業(yè)余熱，可以顯著提高設(shè)備的熱效率 3。 熱器的分類 換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。 按其用途：可將換熱器分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器 45。 按其傳熱方式和作用原理：可分為混合式換熱器、蓄熱式換熱器、間壁式換熱器等。其中間壁式換熱器為工業(yè)應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。它按傳熱面形狀可分為管式換熱器、板面式換熱器、擴展表面換熱器等。這其中又以管殼式換熱器應(yīng)用最為廣泛，它通過換熱管的管壁進行傳熱。具有結(jié)構(gòu)簡單牢固 、制造簡便、使用材料范圍廣、可靠程度高等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器 5。 管 殼式換熱器的形式：管殼式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可以分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、 U 形管式換熱器、填料函式換熱器、釜式重沸器等 68。 熱器的發(fā)展趨勢 二十世紀 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器 912。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。 30 年代末，瑞典又制造出第一臺板買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意 13。 60 年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自 60 年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展。 70 年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管 式換熱器 14。 當(dāng)前換熱器發(fā)展的基本趨勢是：繼續(xù)提高設(shè)備的傳熱效率，促進設(shè)備結(jié)構(gòu)的緊湊性，加強生產(chǎn)制造成本的標(biāo)準(zhǔn)系列化，并在廣泛的范圍內(nèi)繼續(xù)向大型化發(fā)展，并 型化技術(shù)、強化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成一個高技術(shù)體系 1516。 板翅式換熱器（冷箱）主要用于乙烯裂解，空氣分離和天然氣液化等。我國杭州制氧機集團有限公司（杭氧）在引進美國 大型真空釬焊爐基礎(chǔ)上，生產(chǎn)制造出的乙烯冷箱，設(shè)計水平和制造能力已基本達到 國際先進水平，并在燕山，揚子，上海，天津，廣州及齊魯?shù)纫蚁└脑祉椖恐械玫綉?yīng)用。板翅式換熱器流道多達 15股，單體外形尺寸達 6m 高設(shè)計壓力達 管殼式換熱器具有結(jié)構(gòu)堅固、彈性大和使用范圍廣等獨特優(yōu)點，一直被廣泛應(yīng)用。尤其在高溫高壓和大型化的場合下，以及制造工藝上的進一步自動化和機械化，管殼式換熱器今后將在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)得到繼續(xù)發(fā)展17。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 第 2 章 固定管板式換熱器的工藝計算 算換熱面積 擇換熱器的類型 兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度 170 ，出口溫度 140；冷流體進口溫度 70，出口溫度 90，因此初步確定選用固定管板式換熱器。 程安排 從兩物流的操作壓力來看，應(yīng)使溫度低的走管程，溫度高的走殼程。 定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值。 故殼程流體的定性溫度為： 1 7 0 1 4 0 1 5 5 ( )2T 管程流體 的定性溫度為： 7 0 9 0 8 0 ( )2t 根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。 255下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： 密度 1=3m 定壓比熱容 1 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 熱導(dǎo)率 =m 粘度 =310 s 0下的物性數(shù)據(jù)： 密度 =3m 定壓比熱容 2 熱導(dǎo)率 =m 粘度 =310 s 算傳熱面積 1 1 1 1pQ m c t=D（ 2 33 4 7 6 0 0 / 3 6 0 0 () 1212 （ 2 ( 1 7 0 7 0 ) ( 1 4 0 9 0 ) （ 170（ 140)K 由于殼程的壓力較高，故可以選取較大的 K 值。假設(shè) K=20W/（ 估買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 算的面積 為： 21 3 0 0 6 . 7 4 1 0 1 0 1 . 6 ( ) （ 2 藝結(jié)構(gòu)尺寸 徑和管內(nèi)流速 換熱管的規(guī)格包括管徑和管長，換熱管直徑越小，換熱器單位體積的換熱面積越大。因此，對于潔凈的流體管徑可取小些，但對于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞。 本設(shè)計選用 25 2較高級冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速s 程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) 19： 224 1 . 3 8 / 8 6 . 9 2 2 4 . 5 ( )0 . 7 8 5 0 . 0 1 5 1 0 . 84 根（ 2 按單程管計算，所需的傳熱管長度為： 01 0 6 . 1 2 . 7 ( )3 . 1 4 0 . 0 1 9 2 5 0p （ 2 按單程管設(shè)計傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。 我國生產(chǎn)的鋼管系列標(biāo)準(zhǔn)中管長有 m,3m,m 和 9m,根據(jù)選定的管徑和流速，現(xiàn)取傳熱管長 3。 則該換熱器的管程數(shù)為： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 2 . 7 1 ( )3p LN l 管 程 （ 2 傳熱管總根數(shù)： 2 2 4 . 5 2 4 4 9 （ 根 ） 平均溫差校正系數(shù)： 12211 7 0 1 4 0 1 . 59 0 7 0 21119 0 7 0 0 . 21 7 0 7 0t 按單殼程，兩管程結(jié)構(gòu)， 查得： 平均傳熱溫差： = 0 . 9 9 2 4 . 6 6 2 4 . 4mt 逆（） （ 2 由于平均溫差校正系數(shù)大于 時殼程流體流量較大，故取單殼程合適。 熱管排列和分程方法 管子的排列方式有等邊三角形，正方形，轉(zhuǎn)角正方形三種。與正方形相比，等邊三角形排列比較僅湊，管外流體湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大。正方形排列雖然比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗比較方便，對易結(jié)垢 流體更為適用。買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 若將正方形排列的管束斜轉(zhuǎn) 45安裝，可在一定程度上提高對流傳熱系數(shù) 12。 圖 2熱管排列方式 綜合本設(shè)計結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)考慮采用正三角形排列方法。 取管心距 焊接時），則 25t （ （ 2 隔板中心到力氣最近一排管中心距離： 25 6 1 8 . 5 ( )2S m m （ 2 體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 ，則殼體內(nèi)徑為： 1 /D t N 1 . 0 5 2 5 2 5 0 / 0 . 7 6 6 6 6 （ （ 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 按卷制殼體的進級檔，可取 6666D 流板 安裝折流擋板的目的是為了提高管外對流傳熱系數(shù)，為取得良好效果，擋板的形狀和間距必須適當(dāng)，本設(shè)計采用弓形折流板，弓形缺口太大或太小都會產(chǎn)生死區(qū)，太大不利于傳熱，太小又增加流體阻力 12。 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： 0 . 2 5 6 6 6 6 1 6 6 5h （ 故可取 h=1665（ 取折流板間距 ，則： 0 . 3 6 6 6 6 2 0 0 0B （ 故可取 B=200（ 折流板數(shù) - 1 = - 1 = 22000 傳 熱 管 長 4000 （ 塊 ）折 流 板 間 距（ 2 他附件 根據(jù)本換熱器殼體的內(nèi)徑，故按標(biāo)準(zhǔn)取拉桿直徑為 16 ，拉桿數(shù)量 4根。 殼程入口處應(yīng)設(shè)防沖擋板 19。如下表所得： 表 2桿直徑表 換熱管外徑 d 拉桿直徑 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 10 d 14 10 14 d 25 12 25 d 57 16 管 殼程流體進出口接管：取接管內(nèi)20 /u m s，則接管內(nèi)徑為 : 114 4 3 4 7 6 0 0 / ( 3 6 0 0 8 6 . 9 ) 3 5 5 . 6 ( )3 . 1 4 2 0VD m （ 2 圓整后可取內(nèi)徑為 360 管程流體進出口接管：取接管內(nèi)液體流速2 1 0 u m s，則接管內(nèi)徑為： 24 1 4 8 9 7 1 / ( 3 6 0 0 8 6 . 9 ) 4 0 6 . 4 ( )3 . 1 4 1 0 . 8D m m（ 2 圓整后取管內(nèi)徑為 410 熱器核算 流量核算 （ 1）殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 1819 用克恩法計算， 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1010 . 5 5 0 . 1 41 3000 . 3 6 R e P r ( ) 2 當(dāng)量直徑： 2234 0 . 0 2 5 0 . 7 8 5 0 . 0 1 9 2 0 . 0 1 7 ( )3 . 1 4 0 . 0 1 9 （ 2 殼程流通截面積： 200 19( 1 ) 0 . 3 0 . 6 0 . 6 ( 1 ) 0 . 0 2 5 ( )25 D （ 2 殼體流體流速及雷諾數(shù)分別為： 0003 4 7 6 0 0 / ( 3 6 0 0 1 6 8 . 3 7 ) ) 1 6 . 8 7 ( / )0 . 0 3 4Vu m （ 2 00 30 . 0 1 7 1 6 . 8 7 1 6 8 . 3 7R e 2 4 1 4 3 40 . 2 1 0 （ 2 普朗特數(shù)： 330001 . 0 3 8 1 0 0 . 2 1 0P r 40 . 0 5 1 （ 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11粘度校正： ) 1 則： 0 . 5 5 1 / 3 0 . 1 40 2 20 . 3 6 ( ) 0 . 5 5 1 / 3 20 0 . 0 5 10 . 3 6 2 4 1 4 3 4 4 1 5 6 5 / ( ) 0 . 0 1 7 W m K (2) 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 0 . 8 0 . 40 . 0 2 3 R e P （ 2 管程流體流通截面積： 2 2 25000 . 7 8 5 0 . 0 1 5 0 . 0 4 4 ( )42d （ 2 管程流體流速： 1 4 8 9 7 1 / ( 3 6 0 0 8 6 . 9 ) 1 0 . 8 ( / )0 . 0 4 4ii m 30 . 0 1 5 1 0 . 8 8 6 . 9R e 6 1 2 0 70 . 2 3 1 0i i ii 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12普朗特數(shù)： 331 . 0 3 8 1 0 0 . 2 3 1 0P r 4 . 4 20 . 0 5 4 （ 2 0 . 8 0 . 4 20 . 6 2 60 . 0 2 3 6 1 2 0 7 4 . 4 2 7 6 3 7 / ( ) 0 . 0 1 5i W m k （ 3）污垢熱阻和管壁熱阻 管外側(cè)污垢熱阻： 20 0 . 0 0 0 1 7 6 ( ) /R m K W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻： 20 . 0 0 0 2 ( ) /iR m K W 碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為 5 0 / 管壁熱阻為： 20 . 0 0 2 0 . 0 0 0 0 4 ( ) /50wR m K W (4) 傳熱系數(shù) 0 0 0 001 1()C i i mK d d Rd d d （ 2 11 9 0 . 0 0 0 2 1 9 0 . 0 0 0 0 4 1 9 10 . 0 0 0 1 7 67 6 3 7 1 5 1 5 1 7 1 5 6 5 27 8 3 / ( ) W m K （ 5）傳熱面積裕度 計算的傳熱面積為： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1321 3006740 7 8 . 6 ( )7 8 3 2 4 . 6 6 （ 2 該換熱器的實際傳熱面積為： 20 3 . 1 4 0 . 0 1 9 6 5 0 0 9 2 . 6 ( )d l N m （ 2 該換熱器的面積裕度為： 9 2 . 6 7 8 . 6 1 7 . 9 ( )7 8 . 6 （ 2 傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 溫核算 由于換熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，減低了傳熱管和 殼體的壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫 19。 /1 / 1 /m c m hw （ 2 式中液體的平均溫度 12 7 0 9 0 8022m （） （ 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1412 1 7 0 1 4 0 15522m （） （ 2 27 6 3 7 W / ( m K ) 20 1 5 6 5 W / ( m K )h 傳熱管平均壁溫： 1 5 5 / 7 6 3 7 8 0 / 1 5 6 5 9 2 . 71 / 7 6 3 7 1 / 1 5 6 5t 殼體壁溫可近似取為殼程流體的平均溫度，即 155T 。 殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為： 1 5 5 9 2 . 7 6 2 . 3t 由于換熱器殼程流體的溫差不大，殼程壓力不高，因此，選用固定管板式換熱器 較為適宜。 熱器內(nèi)流體的流動阻力 （ 1）管程流體阻力 12()t s p tp p p N N F （ 2 1, 2 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1524 （ 2 1207 傳熱管對粗糙度 0 20d ，查圖得 流速 u m s ，38 6 kg m 216 1 0 . 8 8 6 . 90 . 0 4 8 1 0 8 8 . 10 . 0 1 5 2p （ 2228 6 . 9 1 0 . 83 3 1 5 2 0 4 . 0 2 （ （ 2 ( 8 1 0 8 8 . 1 1 5 2 0 4 . 0 2 ) 1 2 1 . 5 2 8 8 8 7 6 (管程流體阻力在允許范圍之內(nèi) 19。 （ 2）殼程阻力 12()s s sp p p F N （ 2 1, . 2 010 ( 1 ) 2 f N N （ 2 0 . 2 2 8 0 . 2 2 80 5 . 0 R e 5 2 4 1 4 3 4 0 . 2 9 6f 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 160 . 5 0 . 51 . 1 1 . 1 5 0 0 2 4 . 5 （ 2 19 0 m/s 201 6 8 . 3 7 0 . 4 7 80 . 5 0 . 2 9 6 2 4 . 5 ( 1 9 1 ) 1 3 9 2 . 32p (流體流過折流板缺口的阻力： 2 02( 3 . 5 )2iB （ 2 m, 1D m 222 0 . 2 1 6 8 . 3 7 0 . 5 41 9 ( 3 . 5 ) 1 3 2 1 . 70 . 6 2p （ 總阻力： 0 ( 1 3 9 2 . 3 1 3 2 1 . 7 ) 1 1 . 1 5 3 1 2 1 （ 由于該換熱器殼程流 體的操作壓力較高，所以殼程流體的阻力也比較適宜。 熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果 表 2性參數(shù)表 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 17參數(shù) 管程 殼程 流率 /（ Kg/h） 148971 347600 進 /出溫度 / 70/90 170/140 壓力 / 定性溫度 / 80 155 密度 /（ Kg/ 壓比熱容 / 度 / 導(dǎo)率 /W/(m. ) 朗特數(shù) 4 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)：殼體內(nèi)徑 /800 ， 殼程數(shù)： 1 ， 管徑 /25 2， 材質(zhì)：碳鋼， 管心距 / 25 ， 管數(shù)目 /根： 449， 折流板數(shù) /個： 2 ， 傳熱面積 /： 176，