設計書系別：班級：姓名：學號：指導教師：職稱：

1.緒論1.1研究背景1.1.1烯烴產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀烯烴作為化工領域極為關鍵的基礎原料，在國民經濟發(fā)展中占據(jù)著核心地位。在現(xiàn)代工業(yè)體系里，乙烯、丙烯等烯烴廣泛應用于塑料、合成橡膠、化學纖維等眾多重要行業(yè)。近年來，全球烯烴市場規(guī)模持續(xù)擴張，需求呈現(xiàn)穩(wěn)步增長態(tài)勢。隨著新興經濟體的崛起以及制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對烯烴的需求更是與日俱增。在我國，化工產業(yè)不斷升級，眾多大型烯烴項目紛紛落地建設，30萬噸烯烴項目便是順應這一產業(yè)發(fā)展趨勢的重要實踐，其對推動區(qū)域經濟發(fā)展、完善化工產業(yè)鏈有著重大意義。1.1.2凈化工段在烯烴生產中的關鍵作用在烯烴生產流程中，無論是通過蒸汽裂解還是煤制烯烴等工藝獲取的原料氣，都不可避免地含有諸如水蒸氣、二氧化碳、硫化氫以及氨氣等多種雜質。這些雜質倘若不加以有效脫除，將會給后續(xù)的生產環(huán)節(jié)帶來諸多嚴重問題。凈化工段在整個烯烴生產過程中，肩負著凈化原料氣的關鍵使命。而預冷器作為凈化工段的核心設備，其重要性不言而喻。它通過對原料氣進行冷卻處理，一方面能夠顯著降低后續(xù)深冷分離單元的負荷，進而減少能耗，提升能源利用效率；另一方面，能夠有效避免雜質在低溫環(huán)境下結冰或者堵塞設備，保障生產裝置的穩(wěn)定、高效運行。同時，還能防止酸性氣體對設備造成腐蝕以及對催化劑產生中毒影響，延長設備使用壽命和保障催化劑活性。1.2研究目的與意義1.2.1研究目的本研究聚焦于30萬噸烯烴項目凈化工段預冷器，旨在通過深入的理論分析、模擬計算以及實驗研究，對預冷器的結構、材料以及運行控制等方面進行優(yōu)化設計。期望能夠開發(fā)出一款高效、穩(wěn)定且適應復雜工況的預冷器，以滿足30萬噸烯烴項目的實際生產需求，提升凈化工段的整體性能。1.2.2研究意義從經濟層面來看，優(yōu)化后的預冷器能夠降低能耗，減少設備維護成本，從而降低烯烴生產成本，提高項目的經濟效益。經初步估算，有望通過優(yōu)化設計實現(xiàn)10%-15%的節(jié)能效果。在環(huán)保方面，高效的預冷器能夠助力整個生產過程減少污染物排放，符合當下綠色化工發(fā)展的理念，對推動化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。從技術創(chuàng)新角度而言，開展對30萬噸烯烴項目凈化工段預冷器的研究，有助于突破國外在相關技術領域的壟斷，提升我國在化工裝備設計制造方面的自主創(chuàng)新能力，推動高端化工裝備的國產化進程。1.3國內外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究進展在國外，針對預冷器技術的研究一直處于前沿水平。在高效換熱技術方面，美國GE、德國BASF等企業(yè)取得了顯著成果。他們采用微通道、螺旋折流板等新型結構，大幅提升了預冷器的換熱效率。例如，微通道結構通過增加換熱面積和強化流體擾動，使得換熱效率較傳統(tǒng)結構提高了20%-30%。在材料研發(fā)領域，耐酸合金如哈氏合金以及納米涂層技術得到廣泛應用。這些先進材料能夠有效抵御酸性介質的腐蝕，延長設備使用壽命。在智能化控制方面，基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的實時監(jiān)測與預測性維護技術已投入實際應用，實現(xiàn)了對預冷器運行狀態(tài)的精準監(jiān)控和故障的提前預警，提高了設備運行的可靠性和穩(wěn)定性。1.3.2國內研究現(xiàn)狀國內在預冷器研究方面也取得了一定進展，但與國外先進水平相比仍存在差距。在換熱效率方面，目前傳統(tǒng)管殼式換熱器在國內應用較為廣泛，但在處理大流量、高含濕原料氣時，其性能與國外先進設備相比大約存在15%的差距。在材料應用上，主要以不銹鋼、銅鎳合金等為主，抗腐蝕能力相對較弱。在數(shù)字化設計方面，雖然CFD仿真與AspenHYSYS模擬技術已經開始應用，但在工程化實際應用過程中，還存在一些問題有待解決，如模擬結果與實際工況的匹配度不夠精準等。1.3.3現(xiàn)存問題分析盡管國內外在預冷器研究方面取得了諸多成果，但在面對30萬噸級大型烯烴項目的復雜需求時，仍存在一些亟待解決的問題。首先，對于大型預冷器的結構優(yōu)化與流動均勻性研究還不夠深入，導致在實際運行中容易出現(xiàn)局部過熱或過冷現(xiàn)象，影響整體換熱效率。其次，在復雜工況下，結垢與腐蝕的協(xié)同抑制機制尚未明確，缺乏有效的應對措施，使得設備維護成本增加，使用壽命縮短。此外，目前在智能化控制策略以及能效評估體系方面還不夠完善，難以實現(xiàn)對預冷器的精準控制和高效運行評估。

2.設計參數(shù)熱流體選用烯烴;冷流體選用水;熱流體工作表壓P1=0.1MPa;冷流體工作表壓P2=0.1MPa;熱流體進口溫度T1=100℃;熱流體出口溫度T2=40℃;冷流體進口溫度t1=25℃;冷流體出口溫度t2=45℃;操作時間:7200小時熱流體流量M1=30萬噸/年=11.5741Kg/s

3.傳熱量和流程確定可取流體進出口溫度的平均值。熱流體定性溫度為:t冷流體定性溫度為:t3.1流體的物性參數(shù)3.1.1熱流體物性參數(shù)表3-1熱流體物性參數(shù)熱流體溫度(℃)密度(Kg/m3)比熱容(KJ/(Kg·℃))粘度(Pa·s)熱導率(W/(m·℃))烯烴701.21.21.1×10^-50.023.1.2冷流體物性參數(shù)表3-2冷流體物性參數(shù)冷流體溫度(℃)密度(Kg/m3)比熱容(KJ/(Kg·℃))粘度(Pa·s)熱導率(W/(m·℃))水35993.954.170.0007270.633.2熱量計算熱損失系數(shù):ηL=0.98傳熱量為:Q3.3冷流體用量M

4.估算傳熱面積4.1平均傳熱溫差流體間溫差ΔtΔt對數(shù)平均溫差:因為流體的溫度沿傳熱面變化較大，所以平均溫差計算公式為:Δt暫時按單殼程考慮,則PR圖4-1P-R圖《化工單元過程及設備課程設計》[1]由無量綱數(shù)R、P查圖得:溫差校正系數(shù)φ=0.84,因φ>0.8,故可行。兩流體的平均溫差為:Δt4.2初選K值，估算換熱面積查《化工單元過程及設備課程設計》[1]表3-1,初選傳熱系數(shù)K=307.00W/m2·℃估算換熱面積:F′

5.主要構件的工藝設計5.1換熱管尺寸換熱管的材料選用10號鋼,此設計規(guī)格選用φ25×2.5mm。根據(jù)換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù),查《化工單元過程及設備課程設計》[1],可取管程內流體的流速ui=0.32m/s5.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)單程管子數(shù)：n每根換熱管長度為：L按單管程設計，傳熱管過長，則應采用多管程，根據(jù)本設計實際情況，現(xiàn)取每根管長取標準值：L=6m則管程數(shù)Z5.3管束相關參數(shù)5.3.1傳熱管排列和分程方法對于多程管式換熱器,采用組合排列方法,每一程內管子排列方式選用：等邊三角形排列，而在各程之間為了便于安排隔板,采用正方形排列方法。查《GB/T151-2014》[4]表6-2,查得標準管中心距S=32mm,兩側相鄰管中心距Sn=44mm。表5-1換熱管中心距do101214161920222530323538455055576889S1316192225262832384044485764707283112Sn283032353840424450525660687678809197根據(jù)《化工單元過程及設備課程設計》[1]平行于流向的管距:s垂直于流向的管距:s換熱管總根數(shù)為:n橫過管束中心線的管數(shù)為:b′5.4殼體內徑的確定D取殼體內徑標準值:DN=0.85m5.5折流板設計折流板的目的是為了提高殼程流速，增加湍流程度，并使管程流體垂直沖刷管束，改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時減少結構，在換熱器中還起到支撐管束作用。折流板常用形式為弓形和盤環(huán)形兩種，此設計中選用使用較廣泛的的弓形折流板，因為流體流動死角較小，結構簡單。弓形折流板在換熱器中的排列分為上下缺口和左右缺口排列，此處選用上下缺口排列,材料選用Q235R。圖5-1折流板開口方式5.5.1折流板選型折流板形式選擇，本換熱器選用弓形,流體流動的死角較小,結構較簡單，便于清洗。折流板缺口高度為:h折流板的圓心角:θ5.5.2折流板厚度折流板厚度，查GB151-2014表6-21，t=16mm;5.5.3折流板間距為保證設計的合理性，弓形折流板的間距一般不應小于殼體內徑的1/5，且不小于50mm，最大則不能超過殼體內徑；算得折流板間距范圍為(0.17~0.85)m。暫取折流板間距為0.6m。5.5.4折流板數(shù)目N但是考慮需為殼程進出口提供額外空間，兩端折流板管板距離通常大于中間一些折流板間距，但差值不宜過大,綜上考慮折流板個數(shù)取為:7塊算得折流板上管孔數(shù)為298;折流板上管子數(shù)為294;折流板缺口孔數(shù)為98;折流板上管孔直徑，由GB151-2014[4]，查得d0=25.5mm,折流板直徑Db=845.5mm,直徑允許偏差(0-0.8)mm;表5-2折流板外徑及允許偏差DN<400400～500500～900900～13001300～17001700～21002100～23002300～26002600～32003200～4000名義外徑DN-2.5DN-3.5DN-4.5DN-6DN-7DN-8.5DN-12DN-14DN-16DN-18允許偏差0-0.50-0.50-0.80-0.80-10-10-1.40-1.60-1.80-25.6接管根據(jù)熱流體殼程冷流體管程,殼程流量Mo=11.5741Kg/s。殼程流體進口接管:取接管內流體進口流速為u1=70m/s,則接管內徑計算值為D可取殼程接管直徑標準值《NB/T47027-2012》[8]為DN=450mm,則殼程接管尺寸為457×3.5mm殼程接管進出口為同種物質，故殼程出口與進口尺寸相同。根據(jù)熱流體殼程冷流體管程,管程流量Mi=9.7922Kg/s。管程流體進口接管:取接管內流體流速為u2=2m/s,則接管內徑計算值為D可取管程接管直徑標準值《NB/T47027-2012》[8]為DN=80mm,則管程接管尺寸為88.9×4.5mm管程接管進出口為同種物質，故管程出口與進口尺寸相同。

6.熱量核算6.1殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)傳熱管按等邊三角形排列,則其當量直徑得:d折流板間距l(xiāng)s=0.6m殼程流通截面積:A殼程流體最小流速:u雷諾數(shù):R普朗特數(shù)為:P黏度校正項:μ殼程換熱系數(shù)為:α6.2管程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)管程流通截面積:A管程流體最小流速:u雷諾數(shù):R普朗特數(shù)為:P黏度校正項:μ管程換熱系數(shù)為:α6.3總傳熱系數(shù)查相關資料水的污垢熱阻:0.000528(m2·℃/W)查相關資料烯烴的污垢熱阻:0.000174(m2·℃/W)所以根據(jù)熱流體殼程冷流體管程rr管壁熱阻10號鋼在該條件下的熱導率為51.96。換熱管壁厚b=0.0025mR管子的平均直徑為d總傳熱系數(shù)為:K6.4傳熱面積裕度(換熱面積之比)實際傳熱面積:A傳熱面積:F換熱器的面積裕度(換熱面積之比)為:H該換熱器的面積裕度合適，能夠完成任務。6.5壁溫核算因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁壁溫按下式計算。熱流體平均溫度計算為T冷流體平均溫度計算為t則傳熱管的平均壁溫為:t殼體壁溫,可近似取殼程流體的平均溫度，既:To=70℃殼體壁溫與傳熱管壁溫之差:Δ溫度較合適,所以選擇30萬噸烯烴項目凈化工段預冷器

7.換熱器內流體阻力核算7.1管程流體阻力管內摩擦系數(shù)查《熱交換器原理與設計》圖2.36為fi=0.028Δ單程直管阻力為:Δ局部阻力系數(shù)ξ=3:單程回彎阻力為:Δ管程總阻力為:Δ管程流體阻力在允許范圍之內。7.2殼程流體阻力Δ流體流過管束的阻力為:管子排列形式對阻力的影響,f=0.5殼程結構校正系數(shù),與流體狀態(tài)有關,Fs=1.15殼程流體摩擦因子:f流體流過管束的阻力為:Δ折流板間距l(xiāng)s=0.6m流體流過折流板缺口的阻力:Δ殼程總阻力:Δ殼程流體阻力在允許范圍之內。

8.結構設計和強度計算換熱器主體結構以及零部件的設計和強度計算，主要包括殼體厚度和材料的選擇、封頭厚度材料的選擇、接管、管板、法蘭尺寸的確定、開孔補強計算，還有主要構件的設計（管箱、殼體、折流板(支撐板)、拉桿等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的鏈接、殼體與管板的連接），具體計算如下:在下面結構設計中，殼側設計溫度為110℃(設計溫度應大于流體溫度)，殼側設計壓力取1.25倍的殼側壓力，殼側設計壓力為0.125MPa；管側設計溫度為55℃(設計溫度應大于流體溫度)，管側設計壓力取1.25倍的管側壓力，則管側壓力為0.125MPa8.1殼體8.1.1殼體材料的確定介質為烯烴，殼體材料選擇Q345R，因為他有良好的耐腐蝕性和冷加工性能，具有較高的強度和硬度。8.1.2殼體尺寸的確定1)殼體直徑在工藝設計時，殼體公稱直徑已確定為850mm。2)殼體厚度設計壓力0.125MPa,設計溫度為110℃；焊接方式：選為雙面焊對接接頭，100%無損傷，故焊接系數(shù)為1殼體厚度計算為:δ殼體厚度的負差值C1=1mm,在無特殊腐蝕條件下，腐蝕裕量C2≥1mm,取腐蝕裕量C2=2mm.設計厚度:δ名義厚度:δ考慮開孔補強及結構需要，名義厚度向上取整為δn=6mm有效厚度:δ殼體厚度最終取值為δn=6mm殼體內徑取值為850mm殼體外徑取值為862mm8.2管箱墊片墊片：查NB/T47020～47027-2012,選取金屬包覆墊不銹鋼墊片圖8-1管箱法蘭墊片表8-1法蘭墊片相關尺寸參數(shù)表公稱尺寸DN(mm)墊片內徑D1(mm)墊片外徑D2(mm)8509229548.3管箱法蘭根據(jù)國家標準，本次的管箱法蘭選取甲型平焊法蘭，密封面選擇凹凸密封面，材料取為Q345R?！禛B/T47020-2012》[10]其結構型式如下圖所示。圖8-2凹凸面法蘭之凸面尺寸圖8-3凹凸面法蘭之凹面尺寸當公稱直徑為850mm,查《GB/T47020-2012》[10]管箱法蘭數(shù)據(jù)表為:表8-2管箱法蘭參數(shù)公稱直徑DN公稱壓力PDD1D2D3D4δd螺栓thn8500.2510159809509409374018M16368.4管箱的設計8.4.1管箱材料管箱鋼制壓力容器封頭《GB/T150-2011》[5],換熱器的兩端管箱可由封頭和管箱圓筒（短節(jié)）構成。封頭的結構尺寸根據(jù)《GB/T150-2011》[5]和《GB/T151-2014》[4])的相關規(guī)定設計。管箱選用材料為Q345R，材料的許用應力為189MPa設計壓力0.125MPa,設計溫度為55℃；管箱厚度計算為:δ管箱厚度的負差值C1=1,在無特殊腐蝕條件下，腐蝕裕量C2≥1mm,取腐蝕裕量2.設計厚度:δ名義厚度:δ考慮殼體厚度，園整后名義厚度為δn=6mm有效厚度:δ8.4.2計算封頭的厚度選擇橢圓形封頭作為本設備的封頭，其形狀系數(shù)K=1.46，的封頭材料選擇Q345R，其結構如下圖所示。當封頭以內徑為公稱直徑時，橢圓形封頭的曲面深度：圖8-4橢圓形封頭h當DN≤2000時，橢圓形封頭直邊高度h0=25mm。取封頭焊縫系數(shù)φ=1，則封頭的計算厚度δ設計厚度：δ名義厚度：δ向上圓整,并考慮殼體厚度,即封頭名義厚度δn=6mm復驗δn×6%=6×6%=0.36<1mm,最后確定C1=0mm,則封頭厚度任為6mm封頭有效厚度：δ查GB_T25198-2010封頭參數(shù)表得;表8-3封頭參數(shù)公稱直徑(mm)Hhδ8502382568.5管板設計8.5.1管板尺寸固定管板選用管板兼法蘭的形式，管板材料為Q345R。圖8-5管板示意圖由殼體內徑，在依據(jù)確定的管箱法蘭的結構確定管板最大外徑、螺栓直徑、螺栓數(shù)量、螺栓位置等在依據(jù)《換熱器設計手冊》確定管板厚度等相關尺寸,整體管板數(shù)據(jù)如下表:表8-4管板參數(shù)表公稱直徑DNDD1D3D4D5d2螺栓thnbfb850101598085093785018M163640468.5.2管板上換熱管的管孔設計采用Ⅱ級管束,板管孔直徑查《GB/T151-2014》[4]標準取25.3mm,允許偏差(+0.10，-0.10)。8.5.3管孔表面粗糙度換熱管與管板焊接粗糙度Ra不大于35μm。8.5.4換熱管與管板的連接采用常用的電弧焊強度焊接的方式，焊接結構強度高，抗拉脫離強，且當焊接接頭有泄露、換熱管有裂紋或者堵塞時，其修補或者更換換熱管都比較容易。8.5.5管板與殼程圓筒、管箱圓筒連接方式（E型）管板與法蘭連接的結構尺寸按NB/T47015_2011的規(guī)定。采用E型（管板與殼體圓筒連為整體，其延長部分做法蘭，用螺柱、墊片與管箱連接)方法《GB/T151-2014》[4]標準。如圖所示:圖8-6管板E型示意圖8.6接管尺寸8.6.1殼程接管尺寸根據(jù)接管標準選擇板式平焊法蘭,材料為20號鋼表8-5殼程接管及法蘭進口尺寸參數(shù)名稱公稱尺寸DN公稱壓力PN鋼管外徑A法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)n螺栓Th法蘭厚度C法蘭內徑B殼程接管法蘭4500.25457595550221620304628.6.2殼程接管外伸高度查《換熱器設計手冊》[2]表1.66殼程接管外伸高度,當DN=450,δ=0～50,l=250mm8.6.3殼程接管位置圖8-7接管位置殼程接管位置的最小尺寸由下列公式計算得:L1式中C≥4S(S為殼體厚度)，且≥30;8.6.4殼程接管補強殼程接管選用457×3.5mm的20號鋼,材料的許用應力為145.6,取C2=2mm,采用等面積補償法校核。CC接管計算壁厚δ因接管壁厚不滿足要求,則取實際接管壁厚δt=4mm接管有效壁厚δ開孔直徑d接管有效補強寬度B=2×d=2×456.1=912.2mm接管外側有效補強高度h需要補強面積A強度削弱系數(shù)：fr=1可以作為補強的面積:A1=(δe-δ)×(B-d)=(3-0.28)×(912.2-456.1)=1240.59mm2AA1304.66mm2接管補強的強度足夠，不需另設補強結構。8.6.5管程接管尺寸根據(jù)接管標準選擇板式平焊法蘭,材料為20號鋼表8-6管程接管及法蘭尺寸參數(shù)名稱公稱尺寸DN公稱壓力PN鋼管外徑A法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)n螺栓Th法蘭厚度C法蘭內徑B管程接管法蘭800.2588.9190150184161890.58.6.6管程接管外伸高度查《換熱器設計手冊》[2]表1.66管程接管外伸高度,當DN=80,δ=0～50,l=150mm8.6.7管程接管位置圖8-8接管位置管程接管位置的最小尺寸由下列公式計算得:L2式中C≥4S(S為殼體厚度)，且≥30;8.6.8管程接管補強管程接管選用88.9×4.5mm的20號鋼,材料的許用應力為149.81,取C2=2mm,采用等面積補償法校核。CC接管計算壁厚δ接管有效壁厚δ開孔直徑d接管有效補強寬度B=2×d=2×86.7=173.4mm接管外側有效補強高度h需要補強面積A強度削弱系數(shù)：fr=1可以作為補強的面積:A1=(δe-δ)×(B-d)=(3-0.28)×(173.4-86.7)=235.82mm2AA279.67mm2接管補強的強度足夠，不需另設補強結構。8.6.9前端管箱短節(jié)長度管箱短接長度既要保證換熱器組裝尺寸的要求，又要免除使開孔不受影響，根據(jù)組裝尺寸和接管法蘭厚度，管箱短接長度Lg為:封頭焊縫到接管距離:L封頭高度:LL8.6.10分程隔板bl分程隔板材料為Q345R，查表厚度為10mm，寬度為840mm,長為553.45mm,一段為和封頭相同的橢圓，一段為平面，隔板槽深取為6mm,寬取為14mm,拐角處倒角為45°。管板與分程隔板的連接管板與分層隔板的連接可有單層隔板與管板之間的密封連接與雙層隔板與管板之間的密封連接兩種。隔板的密封面寬度最小為(s+2)mm。由于隔板另一端與封頭焊接連接，因此要求隔板材料應與封頭材料相同，雙層隔板具有隔熱空間可防止熱流短路。圖8-9分程隔板與管板連接8.7拉桿、定距管的設計8.7.1拉桿尺寸和數(shù)量因，換熱管直徑為：do=25mm，所以拉桿直徑dn為16mm一臺拉桿數(shù)為：4根8.7.2拉桿的結構型式常用拉桿形式有兩種：（1）.螺紋連接結構（拉桿定距管結構）：此型式適用于換熱管外徑大于或等于19的管束（2）.焊接連接結構：此型式適用于換熱管外徑小于或等于14的管束，焊接連接的拉桿直徑可直徑取換熱管的直徑，也可取拉桿標準值。根據(jù)國家標準[2]，由于換熱管外徑大于19mm，所以選擇螺紋連接結構。與管板連接端的拉桿螺紋長度:La=20mm,Lb=60mm。圖8-10拉桿結構形式根據(jù)結構La=20mm,Lb=60mm,b=2mm8.7.3拉桿布置材料選用10號鋼,選用φ16的拉桿,數(shù)量為4根,具體位置及裝配方式見裝配圖,一端與管板用螺紋連接,另一端用螺母固定在折流板上。圖8-11拉桿的連接形式8.7.4定距管進出口段附近折流板到管板的距離:L材料采用10號鋼,定距管直徑尺寸與換熱管一致d=φ25,兩端折流板管板之間的定距管的長度根據(jù)管長減去折流板間距為1146mm,個數(shù)為4;折流板間的定距管長度為600mm,個數(shù)為(7-1)×4=24個。圖8-12折流板固定8.8支座的選擇與布置選用鞍式支座,材料為Q235B,根據(jù)標準NB/T47065.1~5-2018,公稱直徑為850mm圖8-13鞍式支座示意圖安裝2個支座，均勻布置。鞍座直徑的距離LB=(0.5～0.7)×L=(0.5～0.7)×6000=3900mm表8-7鞍座支座參數(shù)尺寸公稱直徑DN鞍座高度h底板l1底板b1底板δ1腹板δ2筋板l3δ3筋板弧長筋板b4筋板b3筋板δ4筋板e螺栓間距l(xiāng)28502008101501010450101060260120665590

9.應力計算9.1熱交換器所受的應力壓力引起的軸向力:F殼側截面積:f管側截面積:f殼體彈性模量:E換熱管彈性模量:E殼體應力:σ管子應力:σ9.2溫差應力管的外壁溫度:t管的內壁溫度:t管子平均溫度:t殼側熱量:Q熱流密度q殼側內壁溫t殼體的平均溫度:殼體材料導熱系數(shù)為56W／(m·k),殼體厚度為6mmΔtt殼體材料的線膨脹系數(shù):a管子材料的線膨脹系數(shù):a管側的軸向力:σ殼側的軸向力:σ管子的自由伸長量:σ殼體的自由伸長量:σ由于殼體伸長量大于管子的伸長量，故殼體的軸向合成力:σ管子的軸向合成力:σ9.3拉脫力根據(jù)《化工單元過程及設備課程設計》[1]q應力計算采用焊接法,焊縫系數(shù)取1,殼體材料的許用應力為189MPa,換熱管的許用應力為119.8MPa。qσo=13.04<[σs]=189MPaσi=53.76<[σt]=119.8MPaq=11.74<[q]=119.8MPa強度應力校核符合要求，無需設計膨脹節(jié)。

10.換熱器主要結構尺寸和計算結果匯總10.1工藝參數(shù)匯總表10-1工藝參數(shù)匯總表參數(shù)管程殼程物質水烯烴流量(kg/s)9.792211.5741進口溫度(℃)25100出口溫度(℃)4540壓力(MPa)0.10.110.2物性參數(shù)匯總表10-2物性參數(shù)匯總表物性管程殼程定性溫度(℃)3570密度(kg/m3)993.951.2比熱容(KJ/(kg·℃))4.171.2黏度(Pa·s)7.271.1導熱系數(shù)(W/(m·℃))0.630.02雷諾數(shù)8750.04188632.36普朗特系數(shù)4.812050.6610.3主要結果匯總表10-3主要結果參數(shù)匯總表1物性管程殼程流速(m/s)270最小流速(m/s)0.3286.4565表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(W/(m2·℃))3482.18249.88污垢熱阻((m2·°C)/W)5.281.74阻力(Pa)3248.84217451.28表10-4主要結果參數(shù)匯總表2熱流量(kW)816.67傳熱溫差(℃)25.86傳熱系數(shù)(W/(m2·℃))190.54裕度(%)1010.4結構參數(shù)匯總表換熱器類型:G-850-0.125-181.65-6/2