⑤粘度大的流體（）走殼程以減少壓力降。綜上可知，我們可以初步選擇煤油走殼程，冷卻水走管程。2.5熱負(fù)荷的計(jì)算煤油流量對(duì)無相變的工藝物流，換熱器的熱負(fù)荷由下式確定：(2-1)水的流率2.6計(jì)算平均溫差所以根據(jù),《化工原理》圖4-19，查得2.7估算傳熱面積初選則估算傳熱面積為了強(qiáng)化傳熱，提高傳熱效率，我們選擇波紋管作為換熱管。參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T28713.2管殼式換熱器強(qiáng)化傳熱元件第二部分：不銹鋼波紋管》選用換熱管型號(hào)為：BGB32/24×20×0.6×3500×0Cr18Ni9-GB/T28713.2-2012表2.5接頭形式：漲接或漲焊并用波峰外徑：30管胚外徑：24波距：20壁厚1mm長度：5000mm此型號(hào)換熱管換熱面積。因此單根管單位換熱面積。則管子根數(shù)。選擇管子排列方式為正三角形。實(shí)際傳熱面積2.8殼體內(nèi)徑對(duì)于單管程換熱器(2.2)式中t為管心距，為換熱管外徑。b的取值和管子的排列方式有關(guān)對(duì)于正方形斜轉(zhuǎn)45度。管心距取標(biāo)準(zhǔn)殼體內(nèi)徑取。布管限定圓的計(jì)算(2-3)圖2.1限定圓結(jié)構(gòu)管內(nèi)流速2.9折流桿的設(shè)計(jì)折流桿換熱器中的折流組合元件稱為“折流柵”。折流柵由折流桿和圓環(huán)組成，一般折流桿由板條組成。目前所用的圓環(huán)主要由3種結(jié)構(gòu)：桿式、板式、帶式[24]。如下圖9所示。圖2.2折流柵圓環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖a型適用于換熱器外殼直徑列管長度的場(chǎng)合。b型適用于外殼直徑>400mm列管長度在1000-4000mm的場(chǎng)合。c型適用于外殼直徑<400mm列管長度大于1000mm的場(chǎng)合。因此根據(jù)設(shè)計(jì)條件我們選擇b型結(jié)構(gòu)的折流桿。圖2.3折流珊結(jié)構(gòu)示意圖具體相關(guān)參數(shù)計(jì)算為：圓環(huán)內(nèi)徑，外徑折流柵間距折流數(shù)圓環(huán)厚度2.10拉桿的選擇拉桿的數(shù)量和直徑按下表選取表2.6拉桿的直徑單位：mm換熱管外徑1014192532384557拉桿直徑1012121616161616表2.7拉桿的數(shù)目單位：根本換熱器換熱管外徑為32，因此選用拉桿直徑為16，拉桿數(shù)目為6。拉桿的結(jié)構(gòu)形式選取如下圖所示：圖2.4拉桿結(jié)構(gòu)示意圖2.11接管的選擇殼程流體接管取流速則取整管程流體接管取流速則取整3.換熱器的核算3.1殼程對(duì)流傳熱系數(shù)(3-1)其中當(dāng)量直徑，管子按正三角形排列由公式計(jì)算：殼程流通截面積，其中B為折流桿間距B=160mm，D為殼體內(nèi)徑D=800mm。殼程流體流速及雷諾數(shù)為：（流動(dòng)狀態(tài)為湍流）普朗特?cái)?shù)：殼程中煤油被冷卻卻，取因此3.23.2管程對(duì)流傳熱系數(shù)(3-2)（湍流）3.3污垢熱阻管內(nèi)熱阻參考下表表2.8水的污垢熱阻單位：加熱介質(zhì)溫度≤115℃116℃-205℃水溫≤52℃>52℃水的種類水速（m/s）水速（m/s）≤1>1≤1>1海水微咸水8.835.28.817.617.652.817.635.2冷卻塔和人工噴淋池處理過的補(bǔ)給水未處理補(bǔ)給水17.617.652.888.070.4自來水、地下水、湖水17.617.635.235.2河水最小值平均值35.252.817.635.252.888.035.270.4泥水52.835.270.452.8硬水52.852.888.088.0發(fā)動(dòng)機(jī)夾套水17.617.617.617.6蒸餾水8.8處理過的鍋爐給水17.68.817.617.6鍋爐排污水35.2注：加熱介質(zhì)溫度超過205℃且易結(jié)垢時(shí)，表中數(shù)據(jù)應(yīng)修改假設(shè)冷卻水來自地下水，水溫<50度。因此取。管外熱阻3.4總傳熱系數(shù)(3-3)由前面計(jì)算可知，預(yù)估傳熱系數(shù)為，計(jì)算出的傳熱系數(shù)為。考慮到波紋管加強(qiáng)湍流增強(qiáng)傳熱的影響滿足設(shè)計(jì)要求。4.阻力校核4.1管程壓降分析管內(nèi)流動(dòng)全部為液體，因此阻力損失為沿程阻力損失和局部阻力損失之和。(3-4)為沿程阻力損失，為局部阻力損失，為殼程數(shù)，為管程數(shù)，為管程結(jié)垢矯正系數(shù)，可近似取為1.5。(3-5)根據(jù)尼古拉斯經(jīng)驗(yàn)公式[25],為局部阻力系數(shù)取3滿足要求。4.2殼程壓降分析殼程壓降(4-1)流體流過管束的阻力，為流體流過折流桿時(shí)的阻力。殼程結(jié)構(gòu)矯正系數(shù)。殼程數(shù)，此次取1。(4-2)管子為正方形斜轉(zhuǎn)45度排列，因此F=0.4。因此計(jì)算表明壓力降滿足題設(shè)要求。5.強(qiáng)度設(shè)計(jì)和校核5.1筒體的計(jì)算根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》[26]中鋼板的使用條件，在此選擇Q345R鋼板作為制造筒體和封頭材料。殼體中流體最大靜壓頭(5-1)其中u取進(jìn)出口管流速，z取最大，取大氣壓。流體都為液體，因此可取設(shè)計(jì)壓力為液壓試驗(yàn)壓力。取設(shè)計(jì)溫度為流體最高工作溫度140°C。本次設(shè)計(jì)采用雙面焊對(duì)接接頭和相當(dāng)于雙面焊的全焊透對(duì)接接頭，100%無損檢測(cè)，所以取焊接接頭系數(shù)。參照《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》表D-1，3-16mm厚鋼板在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力。計(jì)算厚度，取腐蝕余量，(5-2)，在的鋼板標(biāo)準(zhǔn)下查《鋼板厚度的常用規(guī)格表》的負(fù)偏差，，因此取名義壁厚。根據(jù)GB151-2014,在此情況下圓筒的最小厚度為，因此取。5.2封頭的計(jì)算EHA標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度，根據(jù)其公式：取腐蝕裕量，。查得。。所取厚度為。封頭相關(guān)參數(shù)如下表所示表5.1封頭相關(guān)參數(shù)公稱直徑：總深度：直邊高度：內(nèi)表面積：容積：質(zhì)量：5.3管箱的設(shè)計(jì)5.3.1管板設(shè)計(jì)選用固定端兼做法蘭的管板。根據(jù)《化工單元及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》[27]表4-14確定管板尺寸如下表所示。圖5.1管板結(jié)構(gòu)示意圖表5.1管板尺寸：：：：：：：：續(xù)表5.1：：螺栓孔數(shù)：重量：5.3.2換熱管與管板的連接換熱管和管板采用強(qiáng)度脹加密封焊。強(qiáng)度脹是為了承受強(qiáng)度并保證密封性能，焊接是為輔助性防漏。其連接結(jié)構(gòu)如下圖所示K取值取0.5圖5.2換熱管和管板的連接5.3.3管板和殼體的連接該換熱器為固定管板式管熱器，因此用焊接方法連接。焊接結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。圖5.3換熱管和筒體的連接5.3.4管箱法蘭的選擇管箱法蘭是一種設(shè)備法蘭?？梢赃x用長頸法蘭和平焊法蘭，在此我們選用平焊法蘭。法蘭結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖所示:圖5.4管箱法蘭表5.2管箱法蘭尺寸：：：：：：：：續(xù)表5.2螺柱規(guī)格螺栓孔數(shù)：重量：5.3.5管箱尺寸管箱長度不宜過大但也不能太小，太大不利于傳熱，而且會(huì)造成額外的阻力損失，但如果太小可能會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度不足，也不利于傳熱。因?yàn)榍懊嬗?jì)算可知，管程接管為300mm，因此取接筒長。管箱整體長。5.4膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)由于.因此需增設(shè)膨脹節(jié)以補(bǔ)償溫差。在此我們選用ZD(臥式)膨脹節(jié)及其結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下所示。圖5.5膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖表5.3膨脹節(jié)主要尺寸公稱直徑：波高：圓弧半徑：膨脹節(jié)長度：壁厚：材料：5.5接管5.5.1尺寸的選擇液氯進(jìn)、出口接管和空氣進(jìn)、出口接管選用補(bǔ)強(qiáng)管。根據(jù)國標(biāo)150.3-2011得：表5.4接管尺寸表用途公稱直徑dN外徑壁厚補(bǔ)強(qiáng)管外伸或內(nèi)伸最小高度理論質(zhì)量煤油進(jìn)口256.25煤油出口冷卻水進(jìn)口253.15冷卻水進(jìn)口管口表及其連接標(biāo)準(zhǔn)表5.5管口表接管代號(hào)公稱尺寸連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)連接面形式用途或名稱aDN300HG20595-1997MFM煤油進(jìn)口管bDN200HG20595-1997MFM冷卻水進(jìn)口cDN300HG20595-1997MFM煤油出口管dDN200HG20595-1997MFM冷卻水出口5.5.3接管法蘭的選擇根據(jù)HG/T20595-2007選用帶頸凹凸面管法蘭其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。圖5.6接管法蘭結(jié)構(gòu)參照標(biāo)準(zhǔn)，選用法蘭尺寸如下表所示。表5.6接管法蘭尺寸表序號(hào)名稱公稱直徑DN鋼管外徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺栓法蘭厚度C法蘭頸法蘭高度H法蘭質(zhì)量(Kg)NSH1RBBa煤油進(jìn)口300325B4604102612M24283427.118107822.4b冷卻水進(jìn)口200219B3402952212M20242346.31886211.5d煤油出口300325B4604102612M24283427.116107822.4e冷卻水出口200219B3402952212M20242346.31686211.5接管法蘭標(biāo)記如下表：表5.7接管法蘭標(biāo)記名稱法蘭標(biāo)記煤油進(jìn)口管法蘭HG20595法蘭WN20-2.5MFMS=3.5mmQ345R煤油出口管法蘭冷卻水進(jìn)口管法蘭HG20595法蘭WN20-2.5MFMS=3.5mmQ345R冷卻水出口管法蘭5.5.4墊片的選用因?yàn)槭褂脡毫N=0.2MP，所以墊片選用石棉橡膠墊片，查HG/T20606-1997《鋼制管法蘭用非金屬平墊片》，結(jié)構(gòu)形式如下的墊片。圖5.7墊片結(jié)構(gòu)示意圖參照標(biāo)準(zhǔn)墊片尺寸如下表所示：表5.8接管法蘭墊片符號(hào)管口名稱墊片厚度公稱直徑內(nèi)徑D1外徑D2a煤油進(jìn)口1.5300324363b水進(jìn)口1.5200220259c煤油出口1.5300324363d水出口1.5200220259管箱墊片，參照GB151，根據(jù)GB/T29463-2012.選用材質(zhì)為XB200石棉橡膠板材質(zhì)的非金屬墊片。其結(jié)構(gòu)示意如下圖所示。圖5.8管箱墊片結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，其尺寸。5.5.5緊固件的選用查HG20613-2009《鋼制管法蘭用緊固件》得螺柱的長度和平墊圈尺寸：表5.9接管法蘭螺柱符號(hào)公稱直徑螺紋螺柱長緊固件用平墊圈mmha300M249025444b200M208021373c300M249025444續(xù)表5.9d200M208021373e800M20120213735.5.6補(bǔ)強(qiáng)圈的選用表5.10補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸表公稱直徑補(bǔ)強(qiáng)圈大徑補(bǔ)強(qiáng)圈小徑補(bǔ)強(qiáng)圈厚度300mm550mm316mm6mm200mm400mm216mm6mm5.6支座的設(shè)計(jì)該換熱器采用雙鞍式支座，材料選用Q345R。5.6.1估算鞍座的負(fù)荷：儲(chǔ)罐總質(zhì)量筒體質(zhì)量：—單個(gè)封頭的質(zhì)量：查標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》中表Ι.1（續(xù)）EHA橢圓形封頭質(zhì)量，可知，—充液質(zhì)量：—附件質(zhì)量其他接管質(zhì)量總和估100kg。綜上所述，G=mg=41.6kN,每個(gè)鞍座承受的重量為20.8kN由此查JB4712.1-2007容器支座，選取輕型，焊制為A,包角為120，有墊板的鞍座。查JB4712.1-2007得鞍座結(jié)構(gòu)尺寸如下表4：圖5.9鞍座結(jié)構(gòu)示意圖表5.11鞍式支座結(jié)構(gòu)尺寸單位：mm公稱直徑DN允許載荷Q/kN鞍座高度h底板腹板筋板l1b1l3b2b38002202007201501010400-12010續(xù)表5.11墊板螺栓配置鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量/kg弧長b4e間距l(xiāng)2螺孔d螺紋孔長l94026066553020M16253875.6.2鞍座位置的確定通常取尺寸A小于等于0.2L，中國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB4731《鋼制臥式容器》規(guī)定A≤0.2L=0.2（L+2h），A最大不超過0.25L.否則由于容器外伸端的作用將使支座截面處的應(yīng)力過大。綜上有：A=100mm。鞍座標(biāo)記為：。。5.8總體布局煤油進(jìn)出口管外伸度150mm，0mm。冷卻水進(jìn)出口管外伸高度150mm，內(nèi)伸高度0mm。煤油進(jìn)出口管距半箱500mm，冷卻水距管箱法蘭250mm。5.9焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊條的選擇本次設(shè)計(jì)的殼體A、B類焊接接頭應(yīng)為X型的如圖。而對(duì)于法蘭與殼體、接管連接的接頭，應(yīng)采用全焊透接頭。對(duì)于殼體的接頭選用，如圖圖5.10V型焊接接頭圖5.11接管與筒體的接頭表2.12焊條型號(hào)及牌號(hào)(JB/T4709-2007)6.換熱器振動(dòng)與防振管殼式換熱器的管束振動(dòng)分為縱向流誘振和橫向流誘振。橫向流誘振在正常的流速下會(huì)引起很大的振幅，使換熱器產(chǎn)生振動(dòng)而破壞。主要可以表現(xiàn)為以下特點(diǎn)：相鄰管子、管子與折流板或殼體之間發(fā)生撞擊、摩擦，使管和殼體受到磨損而變薄，甚至使管子破裂。使管子產(chǎn)生交變應(yīng)力，從而引起管子的疲勞，管子與管板連接處發(fā)生泄漏。殼程空間發(fā)生強(qiáng)烈的噪聲。增加殼程壓力降等。目前由于振動(dòng)的復(fù)雜性及技術(shù)條件的限制，對(duì)換熱器振動(dòng)尚無完善的方法。管殼式換熱器殼程流體橫流速度過高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、制造質(zhì)量差都會(huì)引起設(shè)備異常振動(dòng)[29]。一般認(rèn)為橫向流振動(dòng)主要原因?yàn)椋盒D(zhuǎn)脫落、流體彈性擾動(dòng)、湍流顫振、聲振動(dòng)、射流轉(zhuǎn)換等。對(duì)于可能發(fā)生振動(dòng)的換熱設(shè)備，我們應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┮苑涝斐纱蟮奈：?。一般情況主要從以下幾個(gè)方面考慮改變流體流速通過減少殼程流量來防止或消除振動(dòng)，但會(huì)因此而降低傳熱效率。如殼程流量不能改變，可以通過增加管間距來降低流速。改變管子固有頻率管子固有頻率與管子跨距平方成反比。因此可以可以通過增加跨距來降低固有頻率。其次也可以在管子之間插入管狀物來限制管子的運(yùn)動(dòng)。增設(shè)消聲板設(shè)置防沖板或?qū)Я魍?.軟件校核經(jīng)用sw6軟件校核，校核合格。校核報(bào)告見附件。結(jié)論隨著市場(chǎng)和需求的不斷擴(kuò)大，資源和能源的消耗也不斷擴(kuò)大。就我國目前來說，工業(yè)能耗在全國能耗的占比已經(jīng)大于70%，遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家的1/3；與此同時(shí)，我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗約為世界平均水平的2.8倍；重化工行業(yè)單位產(chǎn)品能耗也遠(yuǎn)高于世界先進(jìn)水平。其中，我國原油加工、乙烯、合成氨等產(chǎn)品的平均能耗與國際先進(jìn)水平存在5%～15%的差距[19]。為此，國家工信部提出到2015年我國單位工業(yè)增加值能耗要比2010年降低18%，節(jié)能工作依然任重道遠(yuǎn)。基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對(duì)換熱器穩(wěn)定的需求增長，我國換熱器行業(yè)在未來一段時(shí)期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長，2011年至2020年期間，我國換熱器產(chǎn)業(yè)將保持年均10-15%左右的速度增長，到2020年我國換熱器行業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1500億元