1、換熱器設(shè)計說明書第一節(jié)設(shè)計依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計全書換熱器2003-5石油化工設(shè)備選型手冊換熱器2009-1固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程TSG 21-2015鋼制壓力容器GB150-2011管殼式換熱器GB151-2011管徑選擇HG/T 20570.6-95化工配管用無縫及焊接尺寸選用系列HG 20553-93石油化工企業(yè)尺寸系列SH 3405-96容器支座JB/T 4712第二節(jié)換熱器類型簡介2.1 換熱器分類換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的 40%左右，占總投資的

2、30%45%。今年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟效益。目前，在換熱設(shè)備中，使用量最大的是管殼式換熱器。主要通過傳熱原理、傳熱種類和結(jié)構(gòu)進行分類。1按作用原理和實現(xiàn)傳熱的方式分類(1)混合式換熱器；(2)蓄熱式換熱器；（3）間壁式換熱器2. 其中間壁式換熱器按傳熱面的形狀和結(jié)構(gòu)分類：(1)管殼式：固定管板式、浮頭式、填料函式、U 型管式(2)板式：板翅式、平板式、螺旋板式(3)管式：空冷器、套管式、噴淋管式、箱管式(4)液膜式：升降膜式、括板薄膜式、離心薄膜式(5)其他型式：板殼式、熱管3按換熱器服務(wù)類型分類：(1)交換器(Exchang

3、er):在兩側(cè)流體間傳遞熱量。(2)冷卻器(Chiller)：用制冷劑冷卻流體。制冷劑有氨(Ammonia)、乙烯、丙烯、冷卻水(Chilled water)或鹽水(brine)。(3)冷凝器(Condenser)：在此單元中，制程蒸汽被全部或部分的轉(zhuǎn)化成液體。(4)冷卻器(Cooler)：用水或空氣冷卻，不發(fā)生相變化及熱的再利用。(5)加熱器(Heater)：增加熱函，通常沒有相變化，用如 Dowtherm 或熱油作為熱媒加熱流體。(6)過熱器(Superheater)：高于蒸汽的飽和蒸汽壓進行加熱。(7)再沸器(Reboiler)：提供蒸餾潛熱至分流塔的底部。(8)蒸汽發(fā)生器(genera

4、tor)（廢熱鍋爐(waste heat boiler)）：用產(chǎn)生的蒸汽帶走熱流體中的熱量。通常為滿足制程需要后多余的熱量。(9)蒸餾器(Vaporizer)：是一種將液體轉(zhuǎn)化為蒸汽的交換器，通常限于除水以外的液體。(10)脫水器(Evaporator)：將水蒸氣濃縮為水溶液通過蒸發(fā)部分水分以濃縮水溶液。表 2.1-1 換熱器的結(jié)構(gòu)分類換熱器型式換熱器特點管殼式固定管板式剛性結(jié)構(gòu)：用于管殼溫差較小的情況(一般50C)，管間不能帶膨脹節(jié)：有一定的溫度補償能力，殼程只能承受較低壓力浮頭式管內(nèi)外均能承受高壓，可用于高溫高壓場合U 型管式管內(nèi)外均能承受高壓，管內(nèi)及檢修表 2.1-2管殼式換熱器優(yōu)缺點對

5、比種類優(yōu)點缺點浮頭式換熱器管束可以抽出，方便；介質(zhì)溫度不受限制；可在高溫高壓下工作，一般溫度450，壓力6.4Mpa;可用于結(jié)垢比較嚴重的場合；可用于管腐蝕場合。小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏； 金屬材料耗量大，成本高20%；結(jié)構(gòu)復(fù)雜填料函式外填料函：管間容易漏泄，不宜處理易揮發(fā)、易爆易燃及壓力較高的介質(zhì)內(nèi)填料函：密封性能差，只能用于壓差較小的場合釜式殼體上都有個蒸發(fā)空間，用于蒸汽與液相分離套管式雙套管式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要用于高溫高壓場合，或固定床反應(yīng)器中套管式能逆流操作，用于傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱器螺旋浸沒式用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝，或者管外流體的加熱盤管式噴淋式只用于管內(nèi)流體的冷卻或冷凝板式拆

6、洗方便，傳熱面能調(diào)整，主要用于粘性較大的液體間換熱螺旋板可進行嚴格的逆流操作，有自潔作用，可回收低溫?zé)崮軅惆迨絺阈蝹鳠岚褰Y(jié)構(gòu)緊湊，拆洗方便，通道較小，易堵，要求流體干凈板殼式板束類似于管束，可抽出檢修，壓力不能太高板翅式結(jié)構(gòu)十分緊湊，傳熱效率高，流體阻力大管翅式適用于氣體和液體之間傳熱，傳熱效率高，用于化工、動力、空調(diào)、制冷工業(yè)回旋式盤式傳熱效率高，用于高溫?zé)煔饫鋮s等鼓式用于空氣預(yù)熱器等固定格緊湊式適用于低溫到高溫的各種條件非緊湊式可用于高溫及腐蝕性氣體場合固定管板式換熱器傳熱面積比浮頭式換熱器大20%30%；旁路漏流較小；鍛件使用較少，成本低 20%以上；沒有內(nèi)漏。殼體和管子壁溫差一般宜小于

7、等于 50，大于 50時應(yīng)在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；殼程無法機械；管子腐蝕后造成連同殼體報 廢、殼體部件決定于管子，故設(shè)備相對較低；不適用易結(jié)垢場合；U 形管式換熱器管束可抽出來機械； 殼體與管壁不受溫差限制；可在高溫、高壓下工作，一般適用于溫度500，壓力10MPa； 可用結(jié)構(gòu)結(jié)垢比較嚴重的場合；可用于管腐蝕場合。在管子的U 形處沖蝕，應(yīng)控制管內(nèi)流速；管程不適用于結(jié)垢較重的場合；單管程換熱器不適用； 不適用于內(nèi)導(dǎo)流筒，故死區(qū)較大。填料函式換熱器管束可抽出機械；介質(zhì)間溫差不受限制；可用于結(jié)構(gòu)比較嚴重的場合；可用于管程腐蝕較重的場合；金屬耗量較浮頭低 10%左右；

8、適用溫度可達 200，壓力可達 2.5MPa密封處易漏；不適用于、易燃、易爆、易揮發(fā)及貴重介質(zhì)場合。雙殼程換熱器傳熱面積可減少 10%30%；減少設(shè)備數(shù)量和金屬耗量；傳熱效率提高；適用于大型化裝置； 適用于串聯(lián)臺數(shù)較多； 適用于高溫、高壓場合；殼程壓降約提高 4 倍；分程隔板與殼體密封片處易泄露；殼體直徑圓度要求較高；外導(dǎo)流筒換熱器壓降降低 90%以上； 處死區(qū)，旁路漏流減小，可提高傳熱有效面積 7%以上；在 DN3251800 范圍內(nèi)，可增加 5%16%傳熱面積；總傳熱效率相應(yīng)提高 12%23%；金屬耗量增加 10%（按相同直徑比較）；制造難度加大，外導(dǎo)流筒處焊縫要求 100%射線探傷；2.

9、2 換熱器選型原則換熱器的類型很多，每種型式都有特定的應(yīng)用范圍。在某一種場合下性能很好的換熱器，如果換到另一種場合可能傳熱效果和性能會有很大的改變。因此，針對具體情況正確地選擇換熱器的類型，是很重要的。換熱器選型時需要考慮的是多方面的，主要有:a.熱負荷及流量大小b.流體的性質(zhì)c. 溫度、壓力及允許壓降的范圍折流桿換熱器不易發(fā)生誘導(dǎo)振動損失；傳熱死區(qū)小，傳熱效率提高 20%以上；壓降??；抗垢性能良好；適用于換熱器大型化，特別是核電換熱應(yīng)用；在低雷諾數(shù) Re6000（液相）、Re10000（氣相）熱效率較低；造價提高 3%5%。新結(jié)構(gòu)高效換熱器液相傳熱 Re600，氣相傳熱 Re3000，傳熱效

10、率提高 25%以上；壓降比折流板式換熱器小 1 倍以 上；適用于帶固體顆粒的場合；抗垢性能優(yōu)良；適用于低溫位冷卻場合；不適用于有相變傳熱； 壓降比折流桿式換熱器大。高效重沸器有自清潔作用；給熱系數(shù)比光管提高 3.310 倍以上；總傳熱系數(shù)提高 40%以上；節(jié)約設(shè)備重量 25%以上；適用重沸器、側(cè)線虹吸式重沸器；適用于化工、制冷系統(tǒng)重沸器或再沸器；抗腐蝕性能良好；在重油設(shè)備上，如渣油、原油設(shè)備無應(yīng)用歷史；造價上升 10%15%；不適用于有濕硫化氫場合。d.對、維修的要求e. 設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料、尺寸、重量f. 價格、使用安全性和在換熱器選型中，除考慮上述外，還應(yīng)對結(jié)構(gòu)強度、材料來源、加工條件、密封性

11、、安全性等方面加以考慮。所有這些又常常是相互制約、相互影響的，通過設(shè)計的優(yōu)化加以解決。針對不同的工藝條件及操作工況，有時使用特殊型式的換熱器或特殊的換熱管，以實現(xiàn)降低成本的目的。因此，應(yīng)綜合考慮工藝條件和機械設(shè)計的要求，正確選擇合適的換熱器型式來有效地減少工藝過程的能量消耗。對工程技術(shù)而言，在設(shè)計換熱器時，對于型式的合理選擇、經(jīng)濟運行和降低成本等方面應(yīng)有足夠的重視，必要時，還得通過計算來進行技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)分析、投資和操作費用對比，從而使設(shè)計達到該具體條件下的最佳設(shè)計。2.2.1 管殼式換熱器主要應(yīng)用的有浮頭式和固定管板式兩種，工藝條件允許時，優(yōu)先選用固定管板式，但下列條件下使用浮頭式：a.殼體和

12、管子的溫度差超過30 度，或者冷流體進口和熱流體進口溫度差超過110 度；b.容易使管子腐蝕或者在殼容易結(jié)垢的介質(zhì)。2.2.2 換熱器型號表示方法：本法來自于 GB151，適用于臥式和立式換熱器。示例說明：型號：AES500-1.6-54-6/25-4 其中：A表示前端管箱形式為平蓋管箱；E表示殼體形式為單進單出冷凝器殼體；S表示后端結(jié)構(gòu)型式為浮頭式；500表示公稱直徑為 500mm；1.6表示公稱壓力 1.6MPa；54表示公稱換熱面積為 54m2；6表示公稱長度為 6m；25表示換熱管外徑為 25mm；4表示管程數(shù)為 4；I表示管束為 I級，采用較高級冷拔這個型號代表平蓋管箱，公稱直徑 5

13、00mm，管程和殼稱換熱面積 54m ，碳素鋼較高級冷拔換熱管外徑 25mm，浮頭式換熱器，計壓力均為 1.6MPa，公6m，4 管程，單殼程的2.2.3 工藝條件選擇（1）溫度冷卻水的溫度不宜高于 60，以免結(jié)垢嚴重；高溫端的溫差不應(yīng)小于 20，低溫端不應(yīng)小于 5；當(dāng)兩工藝流體之間進行熱交換時，低溫端的溫差不應(yīng)小于 20；當(dāng)采用多管程、單殼程的管殼式換熱器，并用水作為冷卻劑時，冷卻劑的出口溫度不應(yīng)高于工藝流體的出口溫度。在冷卻或冷凝工藝流體時，冷卻劑的溫度應(yīng)高于工藝流體中易結(jié)凍組分的冰點，一般應(yīng)高于 5；當(dāng)冷凝帶有惰性氣體的工藝流體時，冷卻劑的出口溫度應(yīng)該低于工藝，一般低于 5；在冷卻反應(yīng)物

14、時，為了控制反應(yīng)，應(yīng)維持反應(yīng)流體和冷卻流體的劑之間的溫差不小于 10。（2）壓力管殼式換熱器工作時，增加工藝流體的流速，可相應(yīng)增加傳熱膜系數(shù)，從而提高總的傳熱系數(shù)，使換熱器結(jié)構(gòu)更緊湊。但流速增加后將相應(yīng)增大換熱器的壓力降，從而加劇換熱器的磨蝕和振動破壞等；同時，壓力降的增大也使得換熱器運行過的動力消耗增大。因此，一般應(yīng)限制管殼式換熱器的最大壓力降，具體限制如下表所示：表 2.2.3-1 換熱器壓力降允許范圍（3）流體空間的選擇a.高溫物流，一般走管程，除此有時為了節(jié)省保溫層和減少殼體厚度，也可以使高溫物流走殼程。b.較高壓的物流應(yīng)走殼程，在殼程可以得到較高的傳熱系數(shù)。c.較粘的物流應(yīng)走殼程，在

15、殼程可以得到較高的傳熱系數(shù)。d.腐蝕性較強的物流應(yīng)位于管程。e.對壓力降有特定要求的工藝物流，應(yīng)位于管程，因管程的傳熱系數(shù)和壓降計算誤差小。f.較臟和易結(jié)垢的物流應(yīng)走管程，以便和控制結(jié)垢。若必須走殼程，則應(yīng)采用正方形管子排列，并可用可拆式（浮頭式、填料函式、U 形管式）換熱器。g.流量較少的物流應(yīng)走殼程，因為在殼使物流成為湍流狀態(tài)，從而增加傳熱系數(shù)。h.給熱系數(shù)較小的物流，像氣體，應(yīng)走殼于提高給熱系數(shù)。（4）流體流速的選擇水和相類似的液體流速一般取 1-2.5m/s；氣體和蒸汽的流速可在 8-30m/s 的范圍內(nèi)選取。一般流體流速選取如下：表 2.2.3-2 換熱器流速范圍表流體類型管型流速m

16、/s管程殼程液體直管0.5-30.2-1.5盤管0.3-0.8氣體直管5-302-15盤管3-10工藝流體的壓力/Pa允許的壓力降P/Pa16.71041.05.030殼程0.21.50.53.015第三節(jié) 換熱器設(shè)計計算3.1 換熱目標(biāo)設(shè)計一臺冷凝器，使三氧化硫反應(yīng)器出口的混合氣與冷卻劑換熱。對于無相變的傳熱，考慮到混合氣體需要被冷卻，因此初步定為管程為冷卻劑，殼程為被冷卻氣體，有利于能量的利用。表 3.1-1設(shè)計條件換熱器類型：綜合考慮本次設(shè)計任務(wù)及制造、經(jīng)濟等個方面，本次設(shè)計結(jié)構(gòu)上主要采用管殼式換熱器。殼程T1180T230.43P0.1Mpa0.02510.000011.7211.56

17、介質(zhì)冷卻水管程t120t223.98P0.1Mpa0.5940.00095544.193998.6介質(zhì)二氧化硫（8%）空氣（92%）3.2 殼型及封頭選擇3.2.1 前段管箱平蓋管箱在換熱管內(nèi)時，僅將平蓋拆下，不必拆除連接管道，易和檢查，目前采用較多，缺點是用材較多；封頭管箱適用于較清潔的介質(zhì)工況，因檢查換熱管內(nèi)及換熱管內(nèi)時，必須將連接管道一起拆下，很不方便。根據(jù)介質(zhì)工作特點，選取封頭管箱。（2） 殼體型式選取具有縱向隔板的雙程殼體。（3） 后端結(jié)構(gòu)形式管殼式換熱器后端結(jié)構(gòu)主要有L、M 型，L 型與前官箱平蓋管箱類似，M 型與前官箱封頭官箱類似。根據(jù)介質(zhì)工作特點，選取M 型后封頭。表 3.2.

18、1-1 TEMA 端部形式的選取污垢系數(shù)(m2.C/W)管 束方 法(1)前端固定式管箱 (2)尾端封頭類型管側(cè)殼側(cè)型 式管 側(cè)殼 側(cè)0.00018所有U 型管A 或 B(3)0.00035所有U 型管CA 或 B(3)M(4)A可抽式CCA 或 B(3)S 或 T(5,6)MCAS 或 T(5,7)CMA 或 B(3)S 或 T(5)MMAS 或 T(5)0.000350.00035固 定式CCA,B 或C(8)L,M 或N(9,10)MCAL0.00035所有U型管可抽式M(4)ACAS 或 T(5)MAS 或 T(5)備注：(1)C：化學(xué)；M：機械，包壓水力噴射。(2)A：當(dāng)管側(cè)或殼側(cè)腐

19、蝕為 3.0mm 時，首選封頭型式。(3)B：常用的、較為經(jīng)濟的封頭型式。(4)只用于管內(nèi)側(cè)可用高壓水噴射的冷卻水系統(tǒng)。(5)一般使用S 形型頭，除非有特殊要求時選T 型封頭。(6)當(dāng)殼側(cè)污垢系數(shù)0.00035 時,可以使用不可拆端蓋。(7)當(dāng)殼側(cè)污垢系數(shù)0.00035 并且管側(cè)可用高壓水噴射拆端蓋。時，T 型封頭可使用不可(8)B 或C：常用型式，比 A 型經(jīng)濟。(9)M 或N：常用型式，比L 型經(jīng)濟。(10)L：當(dāng)管側(cè)腐蝕為 3.0mm 時，首選封頭型式。3.2.2 換熱管規(guī)格選擇（1） 管徑管子的尺寸和形狀對傳熱有很大影響。采用小管徑時，換熱器體積的換熱面積較大，設(shè)備較緊湊，傳熱面積的金

20、屬消耗量少，傳熱系數(shù)也高。據(jù)估算，將同直徑換熱器中的換熱管由25mm 改為19mm，其傳熱面積可增加 40%左右，節(jié)約 20%金屬以上；但增加了制造難度，且小管子容易結(jié)垢，不易。直徑小的管子可以承受更大的壓力，而管壁較薄，有利傳熱；相同的殼徑，可以排較多的小管子，使傳熱面積增大，傳熱面積的金屬耗量降低。所以，在管程結(jié)垢不是很嚴重，又允許壓力降較高的情況下，采用 19mm2mm 的管子是合理的。表 3.2.2-1 國內(nèi)常用換熱管規(guī)格材料標(biāo)準外徑厚度mm碳鋼GB8163-8710 x 1.514 x 20.000350.00035固定式CAL（2） 排列形式換熱管在管板上的排列方式主要有正三角形、

21、正方形和轉(zhuǎn)角正三角形、轉(zhuǎn)角正方形。正三角形排列形式使用最為普遍，由于管距都相等，可以在同樣的管板面積上排列最多的管數(shù)。但因管外不易，其使用場合收到限制，主要適用介質(zhì)污垢少，且不需要進行機械的場合。而采用正方形和轉(zhuǎn)角正方形排列的管束，能夠使管間小橋形成一條直線通道，便于管外機械正三角形排列形式。，因為殼程是中壓蒸汽，較潔凈，因此選用最佳的（3） 管間中心距換熱管中心要保證管子與管板連接時，管橋有足夠的強度和剛度。管間需要時的通道。換熱管中心距一般不小于 1.25 倍的換熱管外徑，常用的換還要留有進行熱管中心距如下表所示：表 3.2.2-2 常用換熱管中心距換熱管外徑/mm24952857換熱管中

22、心距/mm6952087219 x 225 x 225 x 2.532 x 338 x 345 x 357 x 3.5不銹鋼GB2270-8010 x 1.514 x 219 x 225 x 232 x 238 x 2.545 x 2.557 x 2.5的選取是受到兩方面限制的，一個是材料費用，另一個是可用性。長一點的管子(12.2m 的碳，21.3m 的銅合金管)通常只在可以得到。但是 6m 長的換熱管則是很普遍的。無相變換熱時，管子較長則傳熱系數(shù)也增加，在相同傳熱面時，采用長管較好，一是可減少管程數(shù)，二是可減少壓力降，三是每平方米傳熱面的比價低。但，因此，一般選用 46m 的換熱管。對于大

23、面積或無相變的。在冷凝器中選用長管子的一個缺點是會增大設(shè)備放置平是管子過長給制造帶來換熱器可以選用 89m 的臺的鋼結(jié)構(gòu)，增加費用。另外，長管束也需要有較大的管子抽出空間，因此需要增加設(shè)備的占地面積。在滿足換熱面積和設(shè)計要求的條件下，盡量選用較短的管子，以降低壓降。系列標(biāo)準長度有：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9 和 12m。（5）管程數(shù)管程數(shù)增加，管內(nèi)流速增加，傳熱系數(shù)增加，但不選用過高的管程數(shù)，以免壓力降過大，一般選在 12。（6）換熱面積有些物流所需的換熱面積大，采用多個換熱器并聯(lián)，而不采用串聯(lián)，避免壓力降過高，影響傳熱系數(shù)。（7）折流板折流板可以改變殼

24、程流體的方向，使其垂直于管束，增加流體速度，以增強傳熱；同時起支撐管束、防止管束振動和管子彎曲的作用。1）折流板型式折流板的型式有圓缺形、環(huán)盤形和孔流性等。通常為圓缺形折流板，并可分為單圓缺形、雙圓缺形和三圓缺形。在要求壓降小的情況下，也可選用環(huán)盤形折流板，但傳熱較差，應(yīng)用較少?？琢餍握哿靼迨沽黧w穿過折流板孔和管子之間的縫隙，壓降大，僅適用于清潔流體，應(yīng)用更少。2）折流桿折流桿換熱器是由許多折流桿在不同位置支撐管子的結(jié)構(gòu)。桿子之間用圓環(huán)相連，四個圓環(huán)組成一組，因而能牢固地將管自支撐住，有效地防止管束的振動。同時又起到了強化傳熱、防止污垢沉積和減小阻力的作用，其應(yīng)用正在不斷增加。3）折流板圓置水

25、平放置的折流板適用于無相變的對流傳熱，防止殼程流體平行于管束，減少殼程底部液體沉積。而在帶有懸浮物或結(jié)垢嚴重的流體所使用的臥式冷凝器、換熱器中，一般采用垂直型折流板。4）折流板圓缺高度單圓缺型折流板的開口高度為直徑的 10 45，雙圓缺型折流板的開口高度為直徑的 15 25。5）折流板間距折流板的間距影響到殼程物流的流向和流速，從而影響到傳熱效率。最小的折流板間距為殼體直徑的 1/5 并大于 50mm。然而，對特殊的設(shè)計考慮可以取較小的間距。由于折流板有支撐管子的作用，所以，通常最大折流板間距為殼體直徑的TEMA 規(guī)定的最大無支撐直管跨距的 0.8 倍。1/2并不大于3.2.3 殼程換熱器殼體

26、直徑以 400mm 為基數(shù)，以 100mm 為一檔。3.2.4 工藝尺寸概算（1）計算平均傳熱溫差(1 2) (2 1) = 53.821 2ln 2 1（2）熱負荷Q所通過的熱流量為Q = (1 2) = 175.47（3）假定總傳熱系數(shù)K 為 39W/(2)（4）計算所需傳熱面積= 83.63A =（5）L = 6m；管程數(shù)為 1；正三角形排布，選定25 2.5作為傳熱管，管心距l(xiāng) = 1.250 = 0.0312，圓整取管心距為 0.032m。管數(shù) = 1770管束中心一排的管數(shù)： = 1.10.5=15殼體內(nèi)徑： = ( 1) + 0 + = 0.522(e 取 0.06）所以殼體內(nèi)徑

27、D=520mm（6）折流板數(shù)采用弓形折流版，取折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，切去的圓缺高度為:h = 25%D = 130mm取折流板間距為：B = 0.5 = 3000 = 1500折流板數(shù)為：傳熱6000 = 1 = 3折流板間距1500折流板數(shù) = 3塊，折流板圓缺面水平放置（7）傳熱系數(shù)的校核1、殼程表面的傳熱系數(shù)0由克恩法計算：0.140.551/30 = 0.36 0( )其中：-殼程流體的熱導(dǎo)率，W/(mK)-當(dāng)量直徑，m；Re0-管外雷諾數(shù)；Pr-流體在定性溫度下的數(shù)；-流體在定性溫度下的粘度，Pas；-流體在壁溫下的粘度，Pas。管子為正三角形排列的當(dāng)量直徑為：3224

28、 ( )024 = 20.20(1)殼程流通面積為0 = (1 ) = 0.29420殼程流量24540.681= 3600 =則殼程流體的雷諾數(shù)0為：00 = 4680 2000符合公式（1）要求數(shù)Pr 為Pr = 0.686粘度矯正0.14( )= 10.1441.210.550 = 0.36 03 ( )=22、管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)管程為冷物流，無相變傳熱，則管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 = 0.0230.8(2)此公式的適用范圍是： 100000.6 Pr 50管程流體被加熱，n=0.4管程流體的流通截面積Si 為:22 = 0.0564管程流量為10.51 = ) =( 21管程流體流速為： =

29、= 0.189/ 管程流體的雷諾數(shù) Re 為： = 39500 10000適用于公式（2）。數(shù)Pr 為：Pr = 6.74以上個物性數(shù)據(jù)符合公式（2）的適用范圍，可用于計算管程表面的傳熱系數(shù)。則管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) = 0.0230.8 = 11003、污垢熱阻和管壁熱阻管外側(cè)污垢熱阻：0 = 0.000092/管內(nèi)側(cè)污垢熱阻： = 0.000092/此換熱器管程選用較高級冷拔碳鋼傳熱材料，其熱導(dǎo)率約為50W/（2)，則管壁熱阻為：0.025= 5.0 1052/504、總傳質(zhì)系數(shù)Kc 的確定：1= 39.0 W/(2) = 0 1 00 + + 0 + 0經(jīng)計算得到的與假設(shè)的 K=39W/(2)

30、一致，所選用的換熱器可以達到換熱要求。3.3 換熱器計算結(jié)果及校核3.3.1 E0602 固定管板換熱器計算結(jié)果及校核表 3.3.1-1 E0602 設(shè)計結(jié)果表圖 3.3.1-1 E0602 設(shè)備圖設(shè)計壓力固定管板換熱器設(shè)計計算計算單位中航一航空動力控制系統(tǒng)設(shè) 計 計 算 條 件殼程管程計算厚度 =設(shè)計溫度許用應(yīng)力t87.60MPa試驗溫度下屈服點 s345.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 0.85厚度及重量計算= 1.25p試驗壓力值前端管箱封頭計算計算中航一航空動力控制系統(tǒng)計算所依據(jù)的標(biāo)準GB 150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力

31、pc0.90MPa設(shè)計溫度 t430.00C內(nèi)徑 Di1200.00mm曲面深度 hi300.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力t87.60MPa試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 0.85壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型試驗計算厚度 =后端管箱筒體計算計算中航一航空動力控制系統(tǒng)計算所依據(jù)的標(biāo)準GB 150.3-2011計算條件筒體簡圖計算壓力 pc0.30MPa設(shè)計溫度 t430.00C內(nèi)徑 Di1200.00mm材料Q345R( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力t87.60MPa試驗溫度下

32、屈服點 s345.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 0.85厚度及重量計算= 1.25p試驗壓力值后端管箱封頭計算計算中航一航空動力控制系統(tǒng)計算所依據(jù)的標(biāo)準GB 150.3-2011計算條件橢圓封頭簡圖計算壓力 pc0.90MPa設(shè)計溫度 t430.00C內(nèi)徑 Di1200.00mm曲面深度 hi300.00mm材料Q345R(板材)設(shè)計溫度許用應(yīng)力t87.60MPa試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 0.85壓力試驗時應(yīng)力校核壓力試驗類型試驗計算厚度 =殼程圓筒計算計算中航一航空動力

33、控制系統(tǒng)計算所依據(jù)的標(biāo)準GB 150.3-2011計算條件筒體簡圖計算壓力 pc0.90MPa設(shè)計溫度 t55.00C內(nèi)徑 Di1200.00mm材料Q345R( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力t189.00MPa試驗溫度下屈服點 s345.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 0.85厚度及重量計算開孔補強計算計算中航一航空動力控制系統(tǒng)接 管:N1, 465計算方法: GB150.3-2011 等面積補強法，單孔設(shè)計條件簡圖計算壓力 pc0.55MPa設(shè)計溫度430殼體型式圓形筒體殼體材料 名稱及類型Q345R板材殼體開孔處

34、焊接接頭系數(shù)1殼體內(nèi)直徑 Di1200mm殼體開孔處名義厚度n15mm殼體厚度負偏差 C1mm殼體腐蝕裕量 C22mm殼體材料許用應(yīng)力tMPa接管軸線與筒體表面法線的夾角()0凸形封頭上接管軸線與封頭軸線的夾角()接管實際外伸長度300mm接管連接型式接管實際內(nèi)伸長度0mm接管材料16Mn接管焊接接頭系數(shù)1名稱及類型管材接管腐蝕裕量2mm補強圈材料名稱凸形封頭開孔中心至封頭軸線的距離mm補強圈外徑mm補強圈厚度mm接管厚度負偏差 C1tmm補強圈厚度負偏差 C1rmm接管材料許用應(yīng)力tMPa補強圈許用應(yīng)力tMPa開孔補強計算非圓形開孔長直徑41mm開孔長徑與短徑之比1殼體計算厚度mm接管計算厚

35、度tmm補強圈強度削弱系數(shù)frr接管材料強度削弱系數(shù)fr開孔補強計算直徑 d41mm補強區(qū)有效寬度 Bmm接管有效外伸長度 h1mm接管有效內(nèi)伸長度 h2mm開孔削弱所需的補強面積 Amm2殼體多余金屬面積 A1mm2接管多余金屬面積 A2mm2補強區(qū)內(nèi)的焊縫面積A3mm2A1+A2+A3=mm2補強圈面積 A4mm2A-(A1+A2+A3)mm2結(jié)論: 根據(jù) GB150 第 6.1.3 節(jié)的規(guī)定,本開孔可不另行補強。腐蝕后不帶法蘭固定式管板(b)計算設(shè)計單位中航一航空動力控制系統(tǒng)設(shè) 計 計 算 條 件簡圖管子回轉(zhuǎn)半徑換熱管管箱圓筒抗彎剛度換熱器各部件邊沿內(nèi)力換熱器各部件最大應(yīng)力(MPa)殼程

36、圓筒端部殼程圓筒端部應(yīng)力滿足要求管箱圓筒管箱圓筒軸向應(yīng)力滿足要求管箱圓筒端部管箱圓筒端部應(yīng)力滿足要求換熱管內(nèi)壓計算計算中航一航空動力控制系統(tǒng)計算條件換熱管簡圖計算壓力 Pc0.30M Pa設(shè)計溫度 t430.00C外徑 Do19.00m m材料16Mn( 管材 )試驗溫度許用應(yīng)力181.00M Pa設(shè)計溫度許用應(yīng)力t87.60M Pa鋼板負偏差 C10.00m m腐蝕裕量 C20.00m m計算厚度 =焊接接頭系數(shù)1.00厚度及重量計算當(dāng)許用外壓力換熱管外壓計算計算中航一航空動力控制系統(tǒng)計算條件換熱管簡圖計算壓力 Pc-0.30M Pa設(shè)計溫度 t430.00C外徑 D19.00m m材料名稱

37、16Mn(管材)試驗溫度許用應(yīng)力 181.00M Pa設(shè)計溫度許用應(yīng)力 t87.60M Pa鋼板負偏差 C10.00m m腐蝕裕量 C20.00m m焊接接頭系數(shù) 1.00厚度及重量計算計算厚度 = 3.07mm有效厚度e =n - C1- C2= 2.00mm名義厚度n = 2.00mm外壓計算長度 LL= 6000.00mm外徑 DoDo= 19.00mmL/Do315.79Do/e9.50A 值A(chǔ)= 0.0138925B 值B= 1.00MPa重量5.03kg壓力計算設(shè)計中航一航空動力控制系統(tǒng)所腐蝕前不帶法蘭固定式管板(b)計算設(shè) 計 計 算 條 件簡圖管子回轉(zhuǎn)半徑換熱管膨脹節(jié)總體軸向剛

38、度管板和管子連接型式脹接，開槽管板和管子脹接(焊接)高度3mm脹接許用拉脫應(yīng)力q焊接許用拉脫應(yīng)力q43.8MPa 3E管箱圓筒抗彎剛度 D h he (管箱圓筒材料h12(1 )2h換熱器各部件最大應(yīng)力(MPa)管板名義厚度 =計算厚度U形管式換熱器筒體計算結(jié)果計算中航一航空動力控制系統(tǒng)計算所依據(jù)的標(biāo)準GB 150.3-2011計算條件筒體簡圖計算壓力 pc0.90MPa設(shè)計溫度 t70.00C外徑 Do1024.00mm材料Q345R( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力t189.00MPa試驗溫度下屈服點 s345.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 0.85厚度及重量計算 =計算厚度前端管箱筒體計算結(jié)果計算中航一航空動力控制系統(tǒng)計算所依據(jù)的標(biāo)準GB 150.3-2011計算條件筒體簡圖計算壓力 pc0.30MPa設(shè)計溫度 t430.00C外徑 Do1024.00mm材料Q345R( 板材 )試驗溫度許用應(yīng)力189.00MPa設(shè)計溫度許用應(yīng)力t87.60MPa試驗溫度下屈服點 s345.00MPa鋼板負偏差 C10.30mm腐蝕裕量 C22.00mm焊接接頭系數(shù) 0.85厚度及重量計算= 1.25p試驗壓