1、第二章 基礎計算2.1 物性數(shù)據(jù)的選擇和計算淡水日產(chǎn)80噸，熱水進入溫度為8090，取=90。流入淡化機的冷海水溫度在1520，取為18。熱水流出淡化機的水溫取為=70。在-0.09MPa下查得飽和溫度下的為44。海水的定性溫度為： （2.1）冷海水的定性溫度為： （2.2）熱流體在80下的物理性質(zhì)有：冷流體在31下的物理性質(zhì)有：表2.1 物理性質(zhì)總結物質(zhì)物性熱海水（80）冷海水（31）密度 971.8995.35比熱 4.1954.174導熱系數(shù) 0.6750.6196普蘭特準數(shù)2.115.309粘度 2.2 估算熱管的工作溫度：已知：，則熱管工作的平均溫度為： （2.3）2.3 推動力的計

2、算： (2.4)2.4 熱負荷的計算：取海水的蒸發(fā)量為，= （2.5） 則有： /0.9 =取2.5 確定冷海水質(zhì)量流量，熱海水質(zhì)量流量熱海水進口質(zhì)量流速為：可得： 冷海水進口質(zhì)量流速為： 熱海水進口流量為： 冷海水進口流量為： 2.6 傳熱面積的計算前面可知： 設熱管蒸發(fā)段長度為 冷凝段的長度為 （2.6）2.7 傳熱管數(shù)目的計算 （2.7）按正三角形排列 管子查表取標準為613根，六角形層數(shù)為13層。2.8 每根熱管的傳熱能力 （2.8）2.9 筒體內(nèi)徑的計算由于管間距離為：t=(1.251.5)d0 ,取t=1.45d0筒體內(nèi)徑為：所以：取標準，則更改為28，板間距離，按等間距布置。表2

3、.2階段數(shù)據(jù)總結總熱量Q（KJ）管間距離 t (mm)熱管總數(shù)N單根熱管傳熱量q(kw)筒體內(nèi)徑(mm)270046 613 4.41300管子到管壁最近距離mm熱管外徑mm蒸發(fā)段長度m冷凝段長度m系數(shù)k280.0321.81.124002.10 總傳熱系數(shù)的驗算熱流體側(cè)傳熱系數(shù)的計算對于常用的管式換熱器，由于殼體是一個圓筒，故各排的管數(shù)不同，而且大多都裝有折流板，由于流向和流速的不斷變化，當時可用下式： （2.9）式中：雷諾數(shù) 當量直徑、 普蘭特常數(shù)當量直徑： = =41mm本設計取為： 折流板數(shù)目： =冷流體側(cè)管外傳熱系數(shù)的計算： 由于液體有相變化沸騰傳熱，所以通常用下面的公式： （2.1

4、0）式中各符號表示如下：取決于加熱表面液體組合情況的經(jīng)驗常數(shù)。飽和液體的定壓比熱，飽和液的普蘭特準數(shù)。熱量通量，飽和液體的粘度，分別為飽和液體和蒸汽密度，液體-蒸汽界面的表面張力，系數(shù)，對水S=1.0，對其它S=1.7重力加速度，蒸發(fā)潛熱，查水在44時的物性把各數(shù)據(jù)代入公式則有：蒸發(fā)段換熱系數(shù)的計算：查兩相閉式熱虹吸傳熱過程及具非線性特征研究中可知：蒸發(fā)段管內(nèi)換熱系數(shù)： （2.11）在考慮熱損失的情況下：在前面可知： 查兩相閉式熱虹吸傳熱過程及具非線性特征研究中式3.7可知：由上式有：由3.8式可以知道：蒸發(fā)段管內(nèi)換熱系數(shù)為：冷凝段管內(nèi)換熱系數(shù)的計算：查兩相閉式熱虹吸傳熱過程及具非線性特征研究

5、中可知：冷凝段管內(nèi)換熱系數(shù)： （2.12）查兩相閉式熱虹吸傳熱過程及具非線性特征研究中式3.10可以知道：冷凝段管內(nèi)換熱系數(shù)： = 總傳熱系數(shù)K的計算： （2.13）蒸發(fā)段管外放熱系數(shù)； 冷凝段管外放熱系數(shù)； 蒸發(fā)段管內(nèi)換熱系數(shù)； 冷凝段管內(nèi)換熱系數(shù)； 熱管外徑； 熱管內(nèi)徑； 材料導熱系數(shù)；+0.00009 則有： 2.11 K值的比較=4.1所得的值與假設的K=2150相近，以上的計算是以光管為基準的，本設計在蒸發(fā)段采用折流板可以增加傳熱系數(shù)，所以實際系數(shù)K應該比以光管計算的大就不需要重新計算K的值。所以K為2150是合適的。2.12折流板數(shù)目的確定為了加大殼程流體的湍動程度，提高傳熱系數(shù)，

6、可在殼程設置折流板，折流板還可以起到支撐管子的作用，故可以代替支撐板，折流板通常有圓缺形和圓盤形兩種。 該設計采用： 折流板數(shù)目為：塊 第三章 熱管的設計3.1 熱管工作平均溫度的計算：已知道熱管的基本尺寸有：因為，則熱管工作的平均溫度： （3.1）3.2熱管工質(zhì)的選擇：熱管具有三個基本元素，即工質(zhì)、管芯和管殼，在設計中要把三個基本元素有機地組合在一起。在工質(zhì)的選擇中，確定一種合適工質(zhì)的原則是蒸汽的運行溫度范圍。如欲確定最適用的工質(zhì)，必須考察其各種特性，主要要求是：(l)與管芯及管殼材料的相容性; (2)良好的熱穩(wěn)定性，(3)對管芯和管殼材料的可濕性; (4)在工作溫度范圍內(nèi)蒸汽壓力不致過高或

7、過低; 5)汽化潛熱高; (6)導熱率好; (7)在液相或氣相下粘度低; (8)表面張力大；（9）冰點或凝固點合適；（10）經(jīng)濟和安全方面的考慮等。根據(jù)以上的原則可以選用廉價的水作為工質(zhì)，水作為工質(zhì)在55.5下的物性數(shù)據(jù)為： 3.3管殼材料的選擇由熱管與熱管換熱器設計基礎表1-3得，選熱管材料為紫銅，設計采用無芯重力熱管。紫銅的應力 取根據(jù)材料許用應力公式有： （3.2）因為 其中 紫銅抗拉強度系數(shù)為：材料許用應力熱管最大容許工作壓力的計算： （3.3）管子的厚度 熱管外徑則有水在55.5時的飽和壓力為：，因為小于，故選用壁厚為0.002m的紫銅作為材料，熱管工作是安全的。3.4 熱管封頭的設

8、計計算：由于熱管的直徑很小，所以采用平板形封頭，根據(jù)熱管在熱能工程中的應用中公式3.5可知： （3.4） 式中 為封頭厚度； 與封頭連接處管子的內(nèi)直徑； P 為熱管最大工作壓力Pa；材料許用應力 k與端蓋形式有關的系數(shù)，有孔取0.45。無孔取0.4。3.5熱管長度比的校核 熱管的長度比主要有流通長度比、經(jīng)濟長度比和安全長度比。熱管的長度比是冷凝段與蒸發(fā)段的比。由于三種長度比的植不同，它的要求是要流通長度比和經(jīng)濟長度比小于安全長度比，本設計主要用經(jīng)濟長度比和安全長度比來校核熱管的長度比： 經(jīng)濟長度比： （3.5） 安全長度比： （3.6） 由前面可以知道熱管長度比為： 由于，熱管的長度比在經(jīng)濟長

9、度比和安全長度比之間，因此熱管工作的安全經(jīng)濟性是可靠合理的。3.6 熱管傳熱極限的計算 熱管的傳熱能力雖然很大，但是也不可能無限地加大熱負荷。實際上，熱管的工作能力總是受到若干因素控制的。如果我們以熱管的工作溫度為分析依據(jù)，熱管的工作特性如圖3-1所示： 圖3-1 熱管的傳熱極限圖中1-2是代表粘性極限，它意味著熱管中蒸汽流動的粘滯阻力限制了熱管的最大傳熱能力；2-3代表聲速極限，即由于熱管內(nèi)蒸汽流速在某一點達到了當?shù)芈曀俣拗屏藷峁艿膫鳠崮芰Γ?-4代表攜帶極限，這是由于熱管內(nèi)部蒸汽流速過高，將逆向回流的冷凝液體部分地從汽-液交界面上“撕落”下來，攜帶往熱管的冷凝段，從而破壞了熱管的正常工作

10、并達到的傳熱極限；4-5代表熱管的毛細極限，所謂毛細極限是指熱管在工作條件下，內(nèi)部的汽、液循環(huán)流動所產(chǎn)生的壓力降和重力場對管內(nèi)流體的影響，由此而帶來的壓力損失恰好與熱管內(nèi)吸液芯所能產(chǎn)生的最大毛細壓頭相平衡，此時所達到的熱管傳熱極限稱為毛細極限；5-6代表沸騰極限，它是熱管加熱段吸液芯中的液體受熱沸騰所產(chǎn)生的氣泡阻礙了正常液體的回流，或由于徑向熱流密度過大，從而形成膜態(tài)沸騰，使得壁面干涸所產(chǎn)生的傳熱極限。盡管熱管具有極好的傳熱性能，但也受到一定限制，即工質(zhì)流動過程的限制。達到某些極限后，工質(zhì)不能連續(xù)流動，例如介質(zhì)冷凝后的回流量不能滿足蒸發(fā)段的蒸發(fā)量時，就會造成循環(huán)障礙，即使溫差加大，熱流壁也增加

11、甚微，甚至不會增加。當工作介質(zhì)的循環(huán)中斷，蒸發(fā)段液體耗盡時就形成干涸點，熱管發(fā)生干涸后，如果熱源溫度向上浮動，管殼溫度會急劇上升并可能燒毀;如果熱源溫度穩(wěn)定而不過高，熱管達到干涸點后，就簡單地停止工作而失效，這時的失效熱管只能像一支普通的金屬管(棒)一樣導熱，其傳遞的熱量大大低于正常仁作的熱管。Busse對熱管內(nèi)部傳熱極限的描述，有助于人們對傳熱極限概念的進一步理解。它以熱管橫截面上軸向平均熱流密度為縱坐標，熱管兩端的溫差為為橫坐標，概念性地對熱管傳熱極限作了分類。如圖3-2所示，當熱管兩端溫差為零時，沒有熱量傳送，熱管內(nèi)具有均勻的溫度。如熱管的一端冷卻到，而熱管的另一端仍保持不變，則熱流隨著

12、的增大而快速增加，圖中0-1段的斜率很大，說明熱管有很大的熱導率，它可能比相同尺寸的銅棒大上幾個數(shù)量級。當熱流到達1點時，熱導率突然下降為零。各種熱管在不同的工作狀態(tài)下，可能出現(xiàn)和限制其傳熱能力的極限不盡相同。在上述的熱管傳熱極限中，毛細極限、聲速極限、攜帶極限和沸騰極限是熱管運行中最普遍遇到的。 圖3-2 熱管傳熱極限的示意圖 簡單的重力熱管工作限制可能有:音速限、攜帶限、沸騰限和干涸限等。由于熱流量增加，液膜蒸發(fā)加快.下降液膜蒸發(fā)量過大時，可能在到達液池前就已干涸，見圖3.3（b）這時局部壁溫土升，但熱管尚能運行，下降液膜厚度為零時對應的熱流量即為干涸限。充液量過小時，熱流稍有增加.工質(zhì)循

13、環(huán)量加大，蒸發(fā)段底部就可能干涸而不能工作，見圖3.3（c）。圖3.3 簡單重力熱管不同的工作狀態(tài)3.6.1重力熱管攜帶傳熱極限的計算 由熱管與熱管換熱器中公式338可以知道： （3.7）式中為加工表面溫度，取。 為臨界深度，等于。 為與蒸汽速度圖形有關的系數(shù)，對于層流可以取。 汽化潛熱，取。由此可以得到：由于，攜帶極限大于每根管的傳熱能力，因此攜帶極限是符合的。3.6.2聲速傳熱極限的計算由熱管與熱管換熱器中公式325可以知道： （3.8）式中是蒸汽比熱容比，單原子蒸汽等于5/3，雙原子蒸汽為7/5，多原子蒸汽為4/3。是蒸汽的氣體常數(shù)，等于通用氣體常數(shù)除以蒸汽的分子量。即： （）汽化潛熱，2

14、387.56 由于，所以聲速傳熱極限合適。3.6.3 沸騰傳熱極限的計算由熱管與熱管換熱器中公式396可以知道： （3.9）式中氣泡生成的臨界半徑，的取值在之間，對于一般熱管，作為保守計算，可以取。汽化潛熱，2387.56 。整風端的導熱系數(shù)，在95下取。 因為，所以沸騰傳熱合適。3.6.4 干涸傳熱極限的計算由熱管中公式310可以知道： （3.10）式中是汽化潛熱，2387.56 。 重力加速度，。 由于，所以干涸傳熱極限是合適的。從以上的計算可以知道熱管工作安全，所以設計的熱管是合理的。3.7 熱管充裝量的計算重力熱管最小充裝量的計算：由熱管中公式311可以得： （3.11） 因為熱管的充

15、裝量必須要大于這個最小充裝量，經(jīng)過查找相關的資料可以知道一般熱管的充裝量在，本設計取為來計算充裝量：由得 （3.12） 顯然大于最小充裝量，所以熱管是安全的。本次設計的充裝量合理。第四章 蒸發(fā)器結構設計4.1 筒體厚度的計算一般筒體在外壓為溫度為室溫下工作，根據(jù)機械工程材料知道16MnR是應用最廣，用量最大的低合金強度結構鋼。其綜合性能較好，廣泛用在石油化工設備，船舶，橋梁等大型鋼。介于它的這些優(yōu)點，本設計筒體的材料采用16MnR。根據(jù)GB150-98規(guī)定介紹外壓圓筒圖算法步驟如下：1 假設名義厚度 本設計取為： 令 厚度負偏差 腐蝕裕量根據(jù)GB6654壓力容器用鋼板和GB3531低溫壓力容器

16、低合金鋼板規(guī)定壓力容器用鋼板的厚度負偏差不大于0.25mm。當使用標準鋼板(20R,16MnR,16MnDR)等時.腐蝕速度大小,還要考慮是單向腐蝕還是雙向腐蝕等因素,本設計根據(jù)前人設計經(jīng)驗取C2=1.5mm.。2.由 查化工機械手冊圖4-3-3求A值，若的值大于50，則用查取A。若的值小于0.05，則用查圖。 圖 4.1 外壓或軸向受外壓圓筒和管子幾何參數(shù)計算圖在工程中根據(jù)的大小，將外壓圓筒劃分為厚圓筒與薄圓筒，薄圓筒的計算只考慮失穩(wěn)問題，而圓筒則要考慮失穩(wěn)問題，而圓筒則要考慮失穩(wěn)和強度失效，關于兩者的劃分界線GB150按=20劃分，當小于20時為厚圓筒，大于20為薄圓筒，本設計的=130，

17、所以為薄圓筒設計，只要進行穩(wěn)定性校核即可。對于已經(jīng)知道的D和的圓筒，又可以按某臨界長度區(qū)分為長圓筒和短圓筒，這個臨界長度用公式表示，當圓筒的計算長度大于臨界長度時為長圓筒，當小于臨界長度時為短圓筒。本設計的臨界長度為： （4.1）根據(jù) 查表取A值為：A=0.00026式：計算。在右方用公式：計算。本設計在左方用公式：來計算。 （4.2） 圖4.3 圖算法求解過程蒸發(fā)器工作的外壓為。因為，所以假設的名義厚度合理，取假設值。查化工機械手冊表4-1-3有： 表4.1 標準筒體的參數(shù)公稱直徑mm1m高的容積 1m高容積表面積壁厚度mm 質(zhì)量/m 1300 1.327 4.09 10 3234.2 封頭

18、設計4.2.1假設名義厚度假設，令 C按筒體的設計步驟取為、4.2.2 A值的計算 由鋼制壓力容器公式6-5則有： （4.3） 查鋼制壓力容器圖6-5有4.2.3 計算許用p 查鋼制壓力容器圖6-5有 （4.4）封頭工作外壓力為： 可以知道所以封頭厚度足夠、封頭安全。以內(nèi)徑為公稱直徑的標準橢圓封頭參數(shù)查化工機械手冊表4-1-4則有：表4.2 標準封頭的參數(shù)公稱直徑 Dg mm曲面高度H1 mm直邊高度H2 mm厚度S mm內(nèi)表面積F mm容積質(zhì)量G 1300 325 40 10 2.000 0.341 1594.3 接管與法蘭的設計選取4.3.1 熱海水進出水管與進水法蘭的設計 （4.5）式中

19、 Q為介質(zhì)容積流量； V 為介質(zhì)流速 ； 管路內(nèi)徑； 介質(zhì)平均速度由前面知道為，設計取為選取標準管子為：的冷撥無縫綱管。標準號為：YB231-704.3.2 熱海水進出水法蘭的選取由于所用的介質(zhì)是海水，蒸發(fā)器溫度不算高直徑不算大，壓力不高，再根據(jù)法蘭制造的難易程度與經(jīng)濟性，本設計采用平焊法蘭。在化工設備機械基礎中表10-22可得，標準號為：HG5010-58 配用螺栓GB5780-86，螺母GB41-86。如表4.3表4.3熱海水進出法蘭表 公稱壓力公稱直徑管子 法蘭螺栓 橡膠石棉墊片Db重量kg數(shù)量直徑長度外徑內(nèi)徑厚度100108215170148103.594M165514810824.3

20、.3 冷海水進口法蘭的選取 （4.6）式中 Q為介質(zhì)容積流量 ； V 為介質(zhì)流速 ； 管路內(nèi)徑 ；介質(zhì)的平均速度由前面知道為4.04 選用標準管子為的冷撥無縫鋼管，查化工工藝設計手冊中表5412得，標準號為：HG5010-58 配用螺栓GB5780-86，螺母GB41-86，表5-398標準如表4.4：表4.4 冷海水入口法蘭表 公稱壓力 公稱直徑管子 法蘭螺栓 橡膠石棉墊片Db重量kg數(shù)量直徑長度外徑內(nèi)徑厚度2532110756080.374M104060321.54.3.4 蒸汽出口管徑的設計 （4.7）式中 Q為介質(zhì)容積流量 ； V 為介質(zhì)流速 ； 管路內(nèi)徑 ；假設進口冷海水全部蒸發(fā)，即

21、，查化工工藝設計手冊中表9-1得飽和蒸汽流速一般為，在本是合計中取為20。 選用標準管子為的冷撥無縫鋼管。4.3.5 蒸汽法蘭的選取 考慮蒸汽外的流速過大，要求密封性好選用凸凹型平焊法蘭。查化工工藝設計手冊中表5412得，標準號為：HG5010-58 配用螺栓GB5780-86，螺母GB41-86。選用標準法蘭與附件參數(shù)如表4.5所示：表4.5 蒸汽法蘭表 公稱壓力 公稱直徑管子 法蘭螺栓 橡膠石棉墊片Db重量kg數(shù)量直徑長度外徑內(nèi)徑厚度1014906040160.644M125040141.54.4 人手孔的設計作為壓力容器的出入口或檢查口的人孔、手孔，結構型式很多，根據(jù)JB255579，碳

22、素鋼、低合金鋼的人孔和手孔的類型和規(guī)格范圍。在設計人孔、手孔時一般按下列方式開設人孔、手孔的裝設與選用原則：1.在化工容器中為了便于檢查和清洗，一般是在化工容器中設計人孔或者是手孔。（1） 設備內(nèi)徑在,一般不考慮開設人孔,可開設1-2個手孔.(成年人的手長一般為650-700mm)。（2） 設備內(nèi)徑在以上,應該開設人孔。 （3） 設備內(nèi)徑大于時,頂蓋與筒體上最少開設一個人孔。 2.能夠開設人、手孔的場合，應盡可能不采用可拆御大蓋。3.直徑較小，壓力較高的室內(nèi)設備，一般可選用DN400mm人孔。4.設備運行中，需要經(jīng)常打開人、手孔蓋時，運用快開式人孔。5.對于受壓設備，人孔蓋較重，一般均采用吊蓋

23、式或回轉(zhuǎn)蓋式。6.人手孔的裝設位置，應便于檢查、清理、取出內(nèi)件和進出設備。7.當封頭上開孔很多時，手孔可以考慮放在人孔上。本設計筒體內(nèi)徑為，所以選擇開設人孔，在開設人孔的時候削弱了容器的強度，同時也增加了泄漏的機會。所以在開設人孔的時候尺寸要盡量的小，但是必須考慮成年人能夠進出。圓形人孔的直徑為、和。橢圓形人孔的最小尺寸為。橢圓形人孔用在位置緊湊的場合。查化工設備設計全書化工容器中表101得：表4.6 人孔的標準名稱公稱壓力公稱直徑密封形式標準號回轉(zhuǎn)蓋人孔0.6450突面（RF）HG21516-954.5 開孔補強由于接管的外徑大于89，所以需要開孔補強。在本設計中采用補強圈補強，在殼體上補強

24、的范圍是：（1）圓筒當其內(nèi)徑，開孔最大直徑，且；當其內(nèi)徑，開孔最大直徑，且。（2）凸形封頭或球殼的開孔最大直徑。（3）錐形封頭的開孔最大直徑，D為開孔中心處的錐體內(nèi)徑。由以上可以知道：加熱室和蒸發(fā)室連接處開孔的地方需要補強，蒸發(fā)室蒸汽出口處需要補強。由于開孔補強在中低壓容器中應用最多，補請圈帖焊在殼體與接管連接處。由標準鋼制壓力容器P76可以知道外壓容器所需的最小面積為： （4.8）式中按外壓計算時圓筒和球殼開孔處的計算厚度。 接管內(nèi)徑加2倍厚度附加量。 接管的有效厚度。 （4.9） 強度削弱系數(shù)，取為1。A最小補強面積。蒸發(fā)室于加熱室連接管子處開孔補強所需的最小面積：A 根據(jù)連接處管子的公稱

25、直徑為94選擇補強圈，參照補強圈的的標準：JB120773取補強圈外徑D為200，內(nèi)徑為=112。補強厚度公式為： （4.10） 取補強厚度為2蒸發(fā)室出口接管處補強圈補強，所需的最小補強面積：A 取蒸發(fā)室的計算厚度即為4 根據(jù)蒸汽管子的公稱直徑為108選擇補強圈，根據(jù)補強圈的標準：JB120773取補強圈外徑為200，內(nèi)徑。補強厚度為：取補強厚度為3。4.6 液壓試驗假設設計的溫度為：25。由鋼制壓力容器國家標準可知，耐壓實驗壓力為： （4.11）式中P 設計壓力； 試驗溫度下殼體材料的許用應力，；PT 實驗壓力； t 設計溫度下殼體材料的許用應力，；實驗前的應力校核： （4.12）式中實驗壓

26、力下圓筒的應力，。有效厚度，。圓筒內(nèi)徑，。試驗壓力下圓筒的應力為： 在進行液壓實驗時，要求滿足以下條件： 圓筒材料在實驗溫度下的屈服極限MP。從以上的計算結果表明：所以符號要求，強度足夠。4.7 管板的設計計算 4.7.1管板厚度的計算管板是換熱器中的主要部件，而在設計中管板的設計是否合理對確保換熱器的安全運行、節(jié)約材料和降低成本是至關重要的。目前，世界上各國管板的計算方法都不一樣，采用簡化的方法也是各不相同的。所以導致同樣的管板設計條件，由于采用不同的公式，計算的結果也是相差很大的，直到現(xiàn)在都還沒有找到統(tǒng)一的方法來計算。在本設計中采用TEMA管式換熱器管板的計算公式，來對換熱器管板進行計算。

27、它的公式為： （4.13）式中 T-管板有效厚度。S-管板材料在設計溫度下的許用應力。P-設計有效壓力。G-直徑mm。-管子排列系數(shù)。 F-一般0.81.25之間，本設計取最大1.25。 G-取為殼體內(nèi)徑。在設計中用正三角形排列，所以 （4.14）式中t-管子間距離mm. -管子外徑mm.蒸發(fā)器的受力情況如圖4.4：圖4.4 管板受力簡圖管板受軸向力為： 取蒸發(fā)器的設計壓力為根據(jù)管板與海水接觸環(huán)境考慮，選擇管板材料為。則有： 又管板最小厚度的規(guī)定：1用于石油及要求嚴格的工藝過程的換熱器，在脹接管子的區(qū)域，任何管板的總厚度減去腐蝕余量后決不應小于管子的直徑，且包括腐蝕裕量在內(nèi)的管板總厚度不能小于

28、19.1mm.2用于工業(yè)及一般中等程度的工藝過程的換熱器，在脹接管子的區(qū)域，任何管板的總厚度減去腐蝕余量后，對于外徑為25.4mm和更小外徑的管子不得小于管子外徑的3/4。對于外徑31.8mm的管子，不得小于22.2mm。對于外徑38.1mm的管子不得小于25.4mm。對于外徑50.8mm的管子不得小于31.8mm.3用于化工過程的換熱器，除符合上面要求外還應該在不包括腐蝕裕量在內(nèi)，管板總厚度不得小于19.1mm.根據(jù)以上原則：選擇管板厚度為25。4.7.2 管孔加工 現(xiàn)在我國最普遍的管孔加工方法是下料、校平、平面外圓及壓緊面車削完畢后進行畫線、鉆孔倒角等工藝。為了保證上下管板的同心度，可以將

29、管板疊起來一起鉆孔，在加工的時候要滿足下列的要求：（1） 保證孔的位置及尺寸精度。（2） 對大厚度的管板必須保證孔與管板平面垂直。（3） 在組裝狀態(tài)的情況下，管板折流板的同一位置的管孔和拉桿用孔應該在同一直線上。4.7.3 管孔直徑的確定當管子外徑為32時，管孔直徑為32.5，偏差為.02。管板上用材料為銅，在管子與管板的連接時用焊接的方法。4.7.4 管板與殼體的連接 我們所用的大多數(shù)的管板都是圓形的平板，而且鉆有很多的孔。在管板與管箱、殼體的連接中，它的形式有整體焊接、法蘭連接，或者兩種一起使用。在本設計中的蒸發(fā)器采用雙管板密封技術，所以在焊接的時候不可以用雙面焊接，只有采用與殼體法蘭連接

30、整體焊接。4.7.5 管板與熱管的密封 熱管隔板密封是熱管式換熱器冷熱流體通道的密封裝置，其密封效果對換熱器性能及可靠性有重要的影響。對于隔板密封，國內(nèi)外都進行過大量的研究，提出了許多密封形式，如:卡環(huán)密封、筒式密封，套筒密封、澆注隔板密封等。但均不同程度存在著密封不嚴、拆裝不便、造價高及需要專用模具等問題，這在一定程度上影響了熱管式換熱器的更廣泛應用。 圖4.5所示的密封結構。帶有螺紋的套環(huán)直接焊接在熱管上，0形圈套在螺紋套環(huán)上，當套環(huán)擰緊時，套環(huán)壓緊0形圈實現(xiàn)密封。這種密封結構的突出優(yōu)點是密封可靠、熱管可以得到很好的固定。但它要求的熱管間距相對較大些，而且套環(huán)的制作較麻煩，因此需要對這種結

31、構進行改進。 本設計采用的熱管管板密封結構如圖4.6所示。這種結構允許熱管單面帶翅片，需要使用雙管板.下管板的上面開有凹槽，槽內(nèi)放置丁晴橡膠0形圈(32x3. 35mm)。安裝時，分別使上下管板將所有熱管周圍的0形圈壓住，再用螺栓將上下管板拉緊。這樣，管板壓緊0形圈即可實現(xiàn)良好的密封。套環(huán)直接焊接在熱管上，它可以承受熱管的重量。上、下管板分別厚25mm外徑1300mm。圖4.5 熱管與管板密封結構1圖4.6熱管與管板密封結構2 這種密封結構很簡單、方便，而且其最大的優(yōu)點是能夠?qū)峁艿呐挪奸g距縮減到很小，使熱管的排列非常緊湊。4.8 蒸汽冷凝器的選擇 熱管式真空蒸發(fā)器的工藝過程需要將蒸汽進行冷凝

32、，冷凝是一個放熱過程，蒸汽在冷凝過程中會放出大量的熱量。為了能提高熱量的利用率，充分利用蒸汽冷凝過程放出的熱量，本設計選擇使用的冷凝設備是螺旋板式換熱器。（用冷海水作為冷凝介質(zhì)，當冷海水吸收熱量溫度升高后再進入蒸發(fā)器蒸發(fā)，從而提高蒸發(fā)效率與燃料利用效率）。螺旋板式換熱器是由兩相互平行的薄鋼板在螺旋板專用成型卷床上卷制而成的。兩鋼板間形成兩個相互平行的矩形螺旋流道供流體通過。兩螺旋狀薄鋼板的內(nèi)端被焊在中心隔板上，隔板隔開流道。端蓋在兩旁蓋住流道系統(tǒng)。應用定矩撐及墊片使螺旋片互相保持一定的距離。螺旋板式換熱器的組成是由傳熱板、定距柱、中心隔板或中心管、頂蓋、外殼、進出口接管和支座等組成。螺旋板式換

33、熱器的傳熱面是由間隔一定距離的兩張金屬板卷成螺旋形而構成的。兩金屬板的內(nèi)端頭焊在同一隔板上，外端頭經(jīng)連接板與外殼焊接，兩端再加以密封，就形成了兩個螺旋形的流道。為了保證螺旋通道的間隙固定，在通道內(nèi)還設有許多定距柱（或鼓泡），事先焊接（或沖壓）在特卷的鋼板上。 根據(jù)通道布置的不同和使用的條件 螺旋板式換熱器分為三種形式：型、型和型。（1） 型 它的特點是螺旋通道的兩端全部墊入密封條后焊接密封，為不可以拆結構。兩流體顯螺旋流動，冷流體從外周流向中心排出，熱流體由中心進入沿螺旋流向外周排出。它主要用于液液流體傳熱。受通道斷面的限制，只能用在流量不大的場合，目前使用的在公稱壓力在2.5 以下。（2）

34、型 它的特點是螺旋通道兩端面交錯焊死，采用頂蓋加墊片密封兩端面，可分別從兩端對螺旋體進行機械清洗，為可拆式結構。主要用于氣液熱交換使用壓力在1.6以下。（3） 型 一個通道的兩端全部焊死，另一通道的兩端全部敞開。一種流體在全部焊死的通道內(nèi)由周邊轉(zhuǎn)到中心，然后再轉(zhuǎn)到另一周邊流出，另只作軸向流動。這種結構主要用于蒸汽冷凝。蒸汽由頂部端蓋進入，作軸向流動而冷凝，冷凝液由底部流出。這種換熱器適用于兩流體流量較大的情況，使用公稱壓力為1.6。由以上可以知道型和型主要用于液-液換熱及小流量氣體抽象熱。型換熱器適用于兩換熱流體流量相差很大的情況，如氣-液換熱。本文所使用的螺旋板式換熱器即為型，冷卻水沿寬度為

35、8mm的螺旋形流道流動；水蒸氣由裝置頂部進入，在向下流動的過程中被快速冷凝。 螺旋板式換熱器的主要特點是：（1）傳熱效率高。因為液體在螺旋通道內(nèi)能達到較高的流速，所以具有較高的傳熱系數(shù)，最高可以達到2500。 （2）流道不易阻塞。由于流速比較高，有自沖刷作用，所以污垢沉積速度約為管殼式換熱器的十分之一。并且清洗方便。 （3）能利用低溫熱源，并能準確控制出口溫度。由于流體在螺旋通道內(nèi)采取全逆流操作，其對數(shù)平均溫差較大，有利于傳熱。這種換熱器允許的最小溫差最低，兩流體溫差3情況下仍可進行熱交換，因此，常用來回收低溫熱源。此外，這種換熱器有兩個較長的均勻螺旋通道，介質(zhì)在通道內(nèi)可以均勻加熱和冷卻，所以

36、能準確控制其出口溫度。 （4）結構較緊湊，體積小。 （5）制造簡單，成本低。 （6）承受壓力受限制。由于螺旋板直徑較大，厚度較小，鋼度差，每一圈均受壓力，當兩通道間壓差較大時有可能喪失穩(wěn)定性。其最高工作壓力為4。 雖然螺旋板式換熱器有以上的優(yōu)點，但是螺旋板式換熱器也存在著一些應用限制，如操作壓力不能過高、不宜經(jīng)常檢修等，但其優(yōu)點是顯著的，因此受到了日益廣泛的應用，本設計就因為它的諸多優(yōu)點也選用它作冷凝設備。第五章 附件的選取5.1 視鏡的選擇壓力容器視鏡是工業(yè)設備的窺視裝置，其型式為視鏡和帶頸視鏡，標準JB59359564適用壓力為0.6 ，HGJ50150286最高使用壓力為2.5 ，它們允

37、許的介質(zhì)溫度均為0200。視鏡玻璃材質(zhì)為鋼化硼硅玻璃，耐熱急變溫差為180。查化工機械手冊中表455和表456可知，根據(jù)本設計的情況，我選用的是不帶頸的視鏡如表5.1表5.2所示： 表5.1 視鏡的標準參數(shù)公稱直徑公稱壓力 D螺拄質(zhì)量標準圖號數(shù)量直徑材料碳素鋼 80 251601301003628968,M124.7HGJ501-86-6表5.2 視鏡的材料與相關附件件號名稱數(shù)量材料(碳素鋼)1視鏡玻璃1鋼化硼硅玻璃(HGJ501-86-0)2襯墊2石綿橡膠(GB3985-83)3接緣1A34壓緊環(huán)1A35螺柱nA3(GB897-76)6螺母1nA3(GB52-76)5.2 液面計的選擇 液面

38、計是化工,石油工業(yè)設備的液面裝置.按現(xiàn)有標準分為玻璃板式液面計(HG5-1363-80至HG5-1370-80),玻璃液面計(HG5-227-80)以及用于低溫的防霜液面計(HG5-1442-81)。查化工機械手冊中表459本設計選用標準的透光式玻璃板式液面計.如表5.3表5.4所示：表5.3 液面計的標準參數(shù)名稱型號公稱壓力介質(zhì)溫度結構特征標準號透光式玻璃板式液面計T25結構形式材料0250普通形碳鋼HG5-1364-80表5.4玻璃板式液面計節(jié)數(shù)與尺寸液面計節(jié)數(shù)公稱長度透光尺寸透光總長度質(zhì)量kg型式311002621686239.5普通型5.3 溫度儀表的選擇任何一個化工過程，無論從收率、

39、產(chǎn)量和質(zhì)量，還是從節(jié)能、生產(chǎn)安全等方面考慮，都要求對溫度進行測量。按溫度測量方式可把測溫分為接觸式和非接觸式兩類，一般多采用接觸式測溫的方法。在具體選用哪種溫度測量儀表時，必須依測介質(zhì)的性質(zhì)、環(huán)境條件、測量精度、響應時間及對溫度控制的要求而定。溫度測量儀表量程的選用：1 單個溫度測量儀表最高測量值一般為儀表滿量程的90。 2 多個溫度測量儀表公用一臺顯示儀表時，其使用范圍一般為儀表總量程的20-30。 3 壓力式溫度計正常的使用示值范圍為滿量程的。 雙金屬溫度計是一種適合測量中、低溫的現(xiàn)場檢測儀表，可用老直接測量氣體、液體和蒸汽的溫度。與玻璃水銀溫度計比較，具有易讀數(shù)、堅固耐用等優(yōu)點，可代替工

40、業(yè)玻璃水銀溫度計，廣泛用于工業(yè)和科研等部門。防護型工業(yè)雙金屬溫度的外殼，具有防水性能，耐工業(yè)大氣腐蝕，具有較好的耐振性，所以本設計選用雙金屬溫度計，查化工工業(yè)設計手冊中表104可得表5.5和表5.6如下：表5.5雙金屬溫度計的參數(shù)防水型號表殼公稱直徑型式測量范圍分度值保護管時間常數(shù)S接頭螺母插入長度直徑mm尺寸型式WSS-401-S108軸向0-150220010移動螺紋選用溫度計的外形尺寸如下：單位（）表5.6 雙金屬溫度計的尺寸型式DABCTdd1軸向型81265.4 壓力儀表選擇選用壓力測量儀表時，要考慮其量程、精度，及介質(zhì)性質(zhì)和使用條件等因素，它的基本原則如下：量程：（1）穩(wěn)定壓力時-

41、（）量程上限。 （2）交變壓力時-不大于量程上限。 （3）真空-全部量程。 精度：（1）工業(yè)用-1.5級2.5級 （2）實驗室-0.4級及2.5級以上介質(zhì)性質(zhì)及使用條件：腐蝕性介質(zhì)要用防腐型壓力計或加防腐隔離裝置；粘性、結晶與易堵介質(zhì)要用膜片式壓力計或加隔離裝置；防爆的要用防爆式哦壓力計；高溫蒸汽的要用加隔熱裝置。根據(jù)以上的原則，本設計的蒸發(fā)器用于船上海水淡化，是屬于真空蒸發(fā)，所以選用真空壓力表，它適合在振動、顛覆、灰塵、滴濺和海洋地帶濕熱熱條件下，測量對鋼和銅合金不起腐蝕作用、無爆炸危險的液、氣體和蒸汽的壓力和真空。查化工工藝設計手冊表1070可得表5.7如下：表5.7 壓力儀表參數(shù)名稱型號

42、結構特征測量范圍精度系數(shù)表殼直徑mm船用壓力真空表YZC-100徑向無邊-1-51.51005.5 流量測量儀表的選擇在化工過程中須經(jīng)常對物料進行流量和總量的測量，流量指的是單位時間內(nèi)通過的物料量，總量是指一段時間間隔內(nèi)通過的物料兩累計量。轉(zhuǎn)子流量計用來測量液體，氣體介質(zhì)的流量，特別適用與中小管徑、較低的雷諾數(shù)的中小流量?？潭葹榫€性，壓力損失下且恒定，使用維護簡便等優(yōu)點，所以本設計選擇用轉(zhuǎn)子流量計測量進水量，查化工工藝設計手冊中表1079可得表5.8如下：表5.8 轉(zhuǎn)子流量計參數(shù)名稱被測介質(zhì)測量范圍管徑mm工作壓力工作溫度精度等級量程比安裝要求應用場合金屬管轉(zhuǎn)子流量液體15-16016-40-

43、1501.510：1垂直安裝就地指示測量5.6 支座設計在化工廠中大部分的設備都是通過支座來固定的。而立式容器支座通?？梢苑譃槎街С惺?、腿式和裙式支座。中小型直立設備采用前三種，高大的塔設備則采用裙式支座。由于本設計的蒸發(fā)體積小、高度低。承受載荷不大，所以本設計采用支承式支座。支承式支座可分為數(shù)塊鋼板焊制的A型支座和由鋼管與鋼板焊制的B型支座。支承式支座結構簡單輕便，不需要專門的框架，鋼梁來支承設備?？芍苯影演d荷傳到較低的基礎上。不管是A型或是B型均帶墊板。B型支座適用于DN在8004000 的容器。容器高度與直徑之比不得大于5，且總高不得大于10 。本蒸發(fā)器總高為4.66 。直徑為1300

44、 （即DN=1300 ）得：，所以選用B型支座合理。在設計的時候為了充分考慮支座的受力強度將筒體高度按5 高進行設計，船上風壓力?？紤]船上顛簸情況將地震等級設為7級，設計壓力設為0.3Mp，設計溫度為常溫。第一步：根據(jù)DN=1300mm，選用B2型支座。墊板按標準取為8mm，支座數(shù)目暫定為3個，由化工設備機械基礎表13-10，表13-12知道每個支座容許的載荷為：。第二步：按化工設備機械基礎書中公式131可計算Q （5.1）式中：-設備總質(zhì)量（包括附件與介質(zhì)）kg.g-重力加速度，取.k-不均勻系數(shù)，安裝3個支座時，k=1，安裝3個以上支座時k=0.83.-偏心載荷，N。h-水平力作用點至支座

45、底板之間的距離，mm.-偏心距，mm.-螺栓分布圓直徑。 （5.2） P-水平力，取水平地震力和水平風載二者中的大值。 （5.3） （5.4）上兩式中：-地震系數(shù)，對7，8，9度地震分別取0.23，0.45，0.9。 -風壓高度變化系數(shù)，按下表5.9?。罕?.9風壓高度變化系數(shù)距地面高度/mABC51.170.800.54101.381.000.71 -10m高度處的基本風壓值，-容器外徑，mm。-容器高度，mm?？傎|(zhì)量的計算： 因為設計所用的材料為16MnR 厚度為10mm 內(nèi)徑為1300mm 的筒體由前面筒體的設計知道質(zhì)量為323。所以：。封頭材料為16MnR 厚度為10 mm，封頭的質(zhì)量

46、由前面設計知道為 =2159=318kg.假設介質(zhì)水充滿整個容器：附件質(zhì)量相對較小設：=400kg。取來進行計算：假設最大偏心的載荷為，偏心距離。上表知高度為5米不超過10米時=0.8于是： = 取查化工設備機械手冊中表1312得，安裝高度為662，質(zhì)心位置距離地面高度為： 查化工設備機械手冊中表1310中得。將以上數(shù)據(jù)帶入公式5.1有： ，所以3個B2支座能夠滿足自身承載的載荷要求。第三步：查封頭的允許垂直載荷根據(jù)前面封頭的設計可以知道，封頭的有效厚度 從以上可知：，所以3個B2支座能滿足封頭的允許垂直載荷要求。第四步：支座的標記 支座B3 材料： 支座的標準如表5.10所示：表5.10支座尺寸表支座號支座本體允許載荷Q/KN公稱直徑高度h底板鋼管墊板螺栓(孔)支座質(zhì)量kg增加1