浮頭式換熱器設(shè)計（含外文翻譯）

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　學(xué)院：車輛與能源學(xué)院 系級教學(xué)單位：熱能與動力工程系</p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　換熱設(shè)備是煉油廠的典型設(shè)備，

2、主要用于原有和油品等的換熱或冷卻。換熱器種類很多，根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分三大類即：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應(yīng)用最多，管殼式換熱器是間壁式換熱器的主要類型。本次我的設(shè)計題目是減二中/原油冷卻器，換熱器形式選用管殼式換熱器中的浮頭式。</p><p>　　首先是根據(jù)給定的工藝參數(shù)進行前期的工藝計算，這部分的主要目的是確定浮頭式換熱器的具體型號，以及一些對接下來的結(jié)構(gòu)設(shè)

3、計有影響的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。工藝計算的大體內(nèi)容為傳熱面積計算、初步選型、傳熱系數(shù)校核、有效平均溫度差、校核傳熱面積、流體助力計算、壁溫計算。其中初步選型后要對初選的傳熱系數(shù)進行校核，如果不合格要要重新選型、反復(fù)試算。在流體阻力校核部分要考慮操作成本與制造成本的平衡關(guān)系。</p><p>　　其次是結(jié)構(gòu)計算。這部分是對管板、接管、法蘭等具體零件的設(shè)計和選用。材料選用方面：對于主要承壓元件選用Q345R為材料。由于介質(zhì)腐蝕性

4、不高，所以選用20鋼為換熱管的材料。材料的選用與制造成本緊密相連，所以應(yīng)該在保證設(shè)計要求的前提下盡量降低成本。</p><p>　　關(guān)鍵詞 浮頭式換熱器；換熱管；選材</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Heat exchanger is a typical refinery equipment, mai

5、nly for the original and the heat transfer oil, etc., or cooling. Many types of heat exchangers, according to the cold, the thermal fluid heat exchange principles and methods are basically divided into three main categor

6、ies namely: partitions type, hybrid and regenerative. In the three types of heat exchangers, the partitions heat exchangers most widely used. Shell and tube heat exchanger is the partitions of the main types of heat exch

7、angers. T</p><p>　　Keywords Floating Head Heat Exchanger Design Check目 錄</p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractⅡ</p><p><b>　　第一章 緒論1</b>

8、</p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 研究的目的和意義7</p><p>　　1.3 本次設(shè)計簡介7</p><p>　　第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點9</p><p>　　2.1 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展9</p><p>　　2.2 換熱器的分類及

9、特點10</p><p>　　第三章 換熱器設(shè)計方案確定13</p><p>　　3.1 本次的設(shè)計要求13</p><p>　　3.2 確定設(shè)計方案13</p><p>　　3.3 完成設(shè)計所具備的工作條件及解決辦法13</p><p>　　3.4 本章小結(jié)14</p><p>　

10、　第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(chǎn)品的確定15</p><p>　　4.1 原始數(shù)據(jù)15</p><p>　　4.2 流體的物性參數(shù)15</p><p>　　4.3 傳熱量及平均溫差15</p><p>　　4.4 估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)16</p><p>　　4.5 管程計算19</p>

11、<p>　　4.6 殼程結(jié)構(gòu)及殼程計算19</p><p>　　4.7 需用傳熱面積22</p><p>　　4.8 阻力計算23</p><p>　　4.9 封頭、殼體和固定管板的尺寸確定23</p><p>　　4.10 浮頭箱和浮頭的尺寸確定24</p><p>　　4.11 殼體法蘭和支座的

12、確定26</p><p>　　4.12 本章小結(jié)30</p><p><b>　　結(jié)論31</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p>　　附錄1 開題報告35<

13、;/p><p>　　附錄2 文獻綜述40</p><p><b>　　附錄3 譯文44</b></p><p>　　附錄4 譯文原文52</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b><

14、/p><p>　?。?）我國換熱器發(fā)展前景</p><p>　　換熱器（熱交換器）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式（混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器）、蓄熱式（蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進行熱量交換的換熱器）和間壁式（隨間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，

15、并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣）三類。</p><p>　　在我國換熱器的制造技術(shù)遠落后于外國，由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 </p>

16、<p>　　在我國隨著經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標準，形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計或選型時應(yīng)滿足以下基本要求：</p><p>　　合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)安全可靠；</b></p><

17、p>　　便于制造、安裝、操作和維修；</p><p><b>　　經(jīng)濟上合理。</b></p><p>　　70年代的世界能源危機，有力促進了換熱強化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能將耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效換熱設(shè)備。所以這些年來，換熱器的開發(fā)和研究成了人們關(guān)注的課題。當今換熱器技術(shù)的發(fā)展以CFD（計算流體力學(xué)技術(shù)）、模型化技術(shù)、強化傳

18、熱技術(shù)等形成一個高技術(shù)體系。所謂提高換熱器性能，就是提高其傳熱性能。狹義的強化傳熱系數(shù)指提高流體和傳熱之間的傳熱系數(shù)。其主要方法歸結(jié)為下述兩個原理：溫度邊界層減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。</p><p>　　因此最近十幾年來，強化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，凝結(jié)是工業(yè)中普遍遇到的另一種相變換熱過程，凝結(jié)換熱系數(shù)很高，但經(jīng)過強化措施還可以進一步提升換熱效率。</p><

19、p><b>　　管外凝結(jié)換熱的強化</b></p><p>　　對冷卻表面的特殊處理，主要是為了在冷卻表面上產(chǎn)生珠狀凝結(jié)。珠狀凝結(jié)的換熱系數(shù)可比通常的膜狀凝結(jié)高5~10倍，由于水和有機液體能潤濕大部分的金屬壁面，所以應(yīng)采用特殊的表面處理方法（化學(xué)覆蓋法、聚合物涂層法和電鍍法等），使冷凝液不能潤濕壁面，從而形成珠狀凝結(jié)。用電鍍法在表面涂一層貴金屬，如金、鉑、鈀等效果很好，缺點是價格昂貴。

20、</p><p><b>　　冷卻表面的粗糙化</b></p><p>　　粗糙表面可增加凝結(jié)液膜的湍流度，亦可強化凝結(jié)換熱。實驗證明，當粗糙高度為0.5mm時，水蒸氣的凝結(jié)換熱系數(shù)可提高90%。值得注意的是，當凝結(jié)液膜增厚到可將粗糙壁面淹沒時，粗糙度對增強凝結(jié)換熱不起作用。有時當液膜流速較低時，粗糙壁面還會滯留液膜，對換熱反而不利。</p><p

21、><b>　　采用擴展表面</b></p><p>　　在管外膜狀凝結(jié)中常常采用低肋管，低肋管不但增加換熱面積，而且由于冷凝流體的表面張力，肋片上形成的液膜較薄，因此其凝結(jié)換熱系數(shù)可比光管高75%~100%。</p><p>　　應(yīng)用螺旋槽管和管外加螺旋線圈。螺旋槽管，管子內(nèi)外壁均有螺紋槽，既可強化冷凝換熱，又可強化冷卻側(cè)的單相對流換熱，與光管相比其凝結(jié)強度可提

22、高35~50%。在管外加螺旋線圈，由于表面張力使凝結(jié)液流到金屬螺旋線圈的底部而排出，上部及四周液膜變薄，從而凝結(jié)換熱系數(shù)有時甚至可提高2倍。</p><p><b>　　管內(nèi)凝結(jié)換熱的強化</b></p><p><b>　　擴展表面法</b></p><p>　　采用內(nèi)肋管是強化管內(nèi)凝結(jié)的最有效的方法，試驗表明，其換熱系

23、數(shù)比光管高20~40%。按光面計算則換熱系數(shù)可高1~2倍。</p><p><b>　　采用流體旋轉(zhuǎn)法</b></p><p>　　采用螺旋槽管等流體旋轉(zhuǎn)法可以強化凝結(jié)換熱。換熱效率同比提升30%，但此時流動阻力也會增加。</p><p><b>　　改變傳熱面形狀</b></p><p>　　改變

24、傳熱面形狀的方法有多種，其中用于無相變強化傳熱的有橫波紋管、螺旋螺紋管和縮放管，還有螺旋扁管和偏置折邊翅片管。都是高效換熱元件。</p><p>　　值得注意的是，在強化凝結(jié)換熱之前，應(yīng)首先保證凝結(jié)過程的正常進行。例如，排除不凝氣體的影響，順利地排除冷凝液等。改變實踐證明，在降低流體在殼程的阻力并保證流體在湍流狀態(tài)下流動，這樣才能充分的提高介質(zhì)的換熱系數(shù)，內(nèi)翅片管、橫螺紋管、螺旋螺紋管都一樣，不但可用于單相對流傳

25、熱，也可以有效的用于管內(nèi)流動沸騰傳熱（螺紋管在湍流時可使對流傳熱系數(shù)增加一倍多）。當然現(xiàn)在各式換熱器的設(shè)計各有新穎之處，結(jié)構(gòu)上各具特色。原有的換熱器廠家最近也研制出一種新型Hybrid換熱器，他克服了板式因密封問題而受到限制的弱點，很有發(fā)展前途。 </p><p>　　近年來，隨著制造技術(shù)的進步，強化換熱元件的開發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與工況設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器

26、，也取得了較大的經(jīng)濟效益。故我們在選擇換熱設(shè)備時一定要根據(jù)不同的工藝、工況要求選擇。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。在即定的流體之間，在一定時間內(nèi)交換一定數(shù)量的熱量；也可以是以回收熱量為目的，用于余熱利用；也可以是以保證安全為目的，即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設(shè)備被破壞。換熱器的作用不同，其設(shè)計、選型、運行工況也各不相同。對換熱器的基本要求是換熱器要滿足換熱要求，即達到需求的換熱量和熱媒溫度;換熱器的熱損失要少，換熱效率要高

27、;流動阻力要小;要有足夠的機械強度，抗腐蝕和抗損壞能力要強，維護工作量要少;結(jié)構(gòu)要合理，工作要安全可靠，即零部件之間因為溫升而產(chǎn)生的熱應(yīng)力不會導(dǎo)致?lián)Q熱器破裂;要便于制造、安裝和檢修;經(jīng)濟上要合理，設(shè)奮全壽命期的總投資要少（總投資包括設(shè)備及附屬裝置初投資費用和運行維護管理費用）;生活熱水系統(tǒng)的換熱器應(yīng)易于清除水垢，以上要求常常相互制約，難于同時滿定，因此應(yīng)視具體情況，在換熱器的選型和設(shè)計中有所側(cè)重，滿足工程對換熱</p>&

28、lt;p>　　未來，國內(nèi)市場需求將呈現(xiàn)以下特點：對產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點；要求產(chǎn)品性價比提高；對產(chǎn)品的個性化、多樣化的需求趨勢強烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團產(chǎn)品。</p><p>　　國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展帶來的良好機遇，以及進口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。同時，行業(yè)發(fā)展必須要注重高端產(chǎn)品的研發(fā)。</p>

29、;<p>　　（2）國外換熱器發(fā)展前景</p><p>　　在國外二十世紀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。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

30、題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。 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，這一類換熱器不但是從材料上有了較大的突破，而且采用新穎的理念，增加強化傳熱。70年代中期，為了

31、進一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，人們更是采用各種科學(xué)的辦法來增強換熱器內(nèi)的傳熱。</p><p>　　對國外換熱器市場的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展?，F(xiàn)就幾種新型換熱器的特點

32、簡介如下：</p><p>　　一、氣動噴涂翅片管換熱器</p><p>　　俄羅斯提出了一種先進方法，即氣動噴涂法，來提高翅片化表面的性能。其實質(zhì)是采用高速的冷的或稍微加溫的含微粒的流體給翅片表面噴鍍粉末粒子。用該方法不僅可噴涂金屬還能噴涂合金和陶瓷（金屬陶瓷混合物），從而得到各種不同性能的表面。</p><p>　　通常在實踐中翅片底面的接觸阻力是限制管子加裝翅

33、片的因素之一。為了評估翅片管換熱器元件進行了試驗研究。試驗是采用在翅片表面噴涂ac－鋁，并添加了 24a白色電爐氧化鋁。將試驗所得數(shù)據(jù)加以整理，便可評估翅片底面的接觸阻力。</p><p>　　將研究的翅片的效率與計算數(shù)據(jù)進行比較，得出的結(jié)論是：氣動噴涂翅片的底面的接觸阻力對效率無實質(zhì)性影響。為了證實這一點，又對基部（管子）與表面（翅片）的過渡區(qū)進行了金相結(jié)構(gòu)分析。</p><p>　　對

34、過渡區(qū)試片的分析表明，連接邊界的整個長度上無不嚴密性的微裂紋。所以，氣動噴涂法促進表面與基本相互作用的分支邊界的形成，能促進粉末粒子向基體的滲透，這就說明了附著強度高，有物理接觸和金屬鏈形成。</p><p>　　因而氣動噴涂法不但可用于成型，還可用來將按普通方法制造的翅片固定在換熱器管子的表面上，也可用來對普通翅片的底面進行補充加固?？梢灶A(yù)計，氣動噴涂法在緊湊高效換熱器的生產(chǎn)中，將會得到廣泛應(yīng)用。</p&

35、gt;<p>　　二、螺旋折流板換熱器</p><p>　　在管殼式換熱器中，殼程通常是一個薄弱環(huán)節(jié)。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系統(tǒng)（z字形流道），這樣會導(dǎo)致較大的死角和相對高的返混。而這些死角又能造成殼程結(jié)垢加劇，對傳熱效率不利。返混也能使平均溫差失真和縮小。其后果是，與活塞流相比，弓形折流板會降低凈傳熱。優(yōu)越弓形折流板管殼式換熱器很難滿足高熱效率的要求，故常為其他型式的換熱器所取代（如

36、緊湊型板式換熱器）。</p><p>　　對普通折流板幾何形狀的改進，是發(fā)展殼程的第一步。雖然引進了密封條和附加諸如偏轉(zhuǎn)折流板及采取其他措施來改進換熱器的性能，但普通折流板設(shè)計的主要缺點依然存在。</p><p>　　為此，美國提出了一種新方案，即建議采用螺旋狀折流板。這種設(shè)計的先進性已為流體動力學(xué)研究和傳熱試驗結(jié)果所證實，此設(shè)計已獲得專利權(quán)。此種結(jié)構(gòu)克服了普通折流板的主要缺點。</

37、p><p>　　螺旋折流板的設(shè)計原理很簡單：將圓截面的特制板安裝在“擬螺旋折流系統(tǒng)” 中，每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一，其傾角朝向換熱器的軸線，即與換熱器軸線保持一傾斜度。相鄰折流板的周邊相接，與外圓處成連續(xù)螺旋狀。折流板的軸向重疊，如欲縮小支持管子的跨度，也可得到雙螺旋設(shè)計。</p><p>　　螺旋折流板結(jié)構(gòu)可滿足相對寬的工藝條件。此種設(shè)計具有很大的靈活性，可針對不同操作條件，

38、選取最佳的螺旋角；可分別情況選用重疊折流板或是雙螺旋折流板結(jié)構(gòu)。</p><p>　　三、新型麻花管換熱器</p><p>　　Alares公司開發(fā)了一種扁管換熱器，通常稱為麻花管換熱器。美國休斯頓的布朗公司做了改進。螺旋扁管的制造過程包括了“壓扁”與“熱扭”兩個工序。改進后的麻花管換熱器同傳統(tǒng)的管殼式換熱器一樣簡單，但有許多激動人心的進步，它獲得了如下的技術(shù)經(jīng)濟效益：改進了傳熱，減少了結(jié)

39、垢，真正的逆流，降低了成本，無振動，節(jié)省了空間，無折流元件。</p><p>　　由于管子結(jié)構(gòu)獨特使管程與殼程同時處于螺旋運動，促進了湍流程度。該換熱器總傳熱系數(shù)較常規(guī)換熱器高40%，而壓力降幾乎相等。組裝換熱器時也可采用螺旋扁管與光管混合方式。</p><p>　　該換熱器嚴格按照ASME標準制造。凡是用管殼式換熱器和傳統(tǒng)裝置之處均可用此種換熱器取代。它能獲得普通管殼式換熱器和板框式傳熱

40、設(shè)備所獲得的最佳值。估計在化工、石油化工行業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　四、非釬焊繞絲筋管螺旋管式換熱器</p><p>　　在管子上纏繞金屬絲作為筋條（翅片）的螺旋管式換熱器，一般都是采用焊接方法將金屬絲固定在管子上。但這種方法對整個設(shè)備的質(zhì)量有一系列的影響，因為釬焊法必將從換熱中“扣除”很大一部分管子和金屬絲的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎會造成機器和設(shè)備堵塞

41、，隨之提前報損。</p><p>　　俄羅斯推薦一種新方法制造繞絲筋管，即借助在管子上纏繞和拉緊金屬絲時產(chǎn)生的機械接觸來固定筋條。采用此法能促進得到釬焊時的連續(xù)特性（即將金屬絲可靠地固定在管子上，而管子的截面又不過分壓緊），故對于金屬絲僅用做隔斷時，可以認為是較釬焊更受歡迎的方法。但若利用金屬絲作為筋條（翅片）以增加換熱面積時，只有當非釬焊筋條的有效傳熱面不小于釬焊連接時，才應(yīng)更偏重于此方法。</p>

42、<p>　　試驗表明，當金屬絲與管子為線性接觸時，有效傳熱面最大，但此時金屬絲會沿管子滑動。所以關(guān)鍵是要選取最佳的接觸寬度，也就是繞絲時管子變形留下的痕跡的寬度。這樣，非釬焊時的有效傳熱面要比釬焊時大。該換熱器推薦用于氦技術(shù)和冷卻工藝。</p><p>　　1.2 研究的目的和意義</p><p>　　換熱器是國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備 ，隨著現(xiàn)代新工

43、藝、 新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴重 ，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用 ，有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已達 96% 。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的30% 左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，約70% 。其余30% 為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄

44、熱器等設(shè)備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時，促進換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性 ，產(chǎn)品系列化、標準化和專業(yè)化，并朝大型化的方向研究發(fā)展。</p><p>　　1.3 本次設(shè)計簡介</p><p>　　浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，管殼式換熱器以其對溫度、壓力、介質(zhì)的適應(yīng)性，耐用性及經(jīng)濟性，在換熱設(shè)備中始終占有約70%的主導(dǎo)地位。因此

45、管殼式換熱器的標準化工作為世界各工業(yè)發(fā)達國家所重視，也為ISO國際標準化組織的所重視。因此出現(xiàn)了TEMA、API660、JISB8249等一批管殼式換熱器標準，ISO目前也正在與API聯(lián)手并會同有關(guān)國家編ISO管殼式換熱器標準?？偟膩碚f管殼式換熱器主要由換熱管束、殼體、管箱、分程隔板、支座等組成。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅

46、片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分程隔板可將管程及殼程介質(zhì)分成多程，以滿足工藝需要。管殼式換熱器主要有固定管板式，U型管式和浮頭式換熱器。</p><p>　　針對固定管板式與U型管式的缺陷，浮頭式作了結(jié)構(gòu)上的改進，兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換

47、熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力。浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于方便拆卸，清洗方便，對于管子和殼體間溫差大、殼程介質(zhì)腐蝕性強、易結(jié)垢的情況很能適應(yīng)。其缺點在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、填塞式滑動面處在高壓時易泄露，這使其應(yīng)用受到限制，適用壓力為：1.0Mpa～6.4Mpa。 </p><p>　　按照設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，為了增大溫差校正系數(shù)，采用了1-2型，即殼側(cè)一程管側(cè)二程。首先，通過

48、換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標準進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及便于拆卸等等。由于時間和資料有限，本人的認識也不夠全面，在設(shè)計過程中可能還存在許多問題，望老師們給予批評和指正。</p><p>　　第二章 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展和分類特點</p><p>　　2.1 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展

49、</p><p>　　它是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械及其它許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%～20%；在煉油廠中，約占總投資的35%～40%。</p><p>　　例如，如煙道氣（約200～300℃）、高爐爐氣（約1500℃）、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣（300～1000℃）等的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供熱、供

50、氣、發(fā)電和動力的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益。</p><p>　　由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。</p><p>　　二十

51、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。</p><p>　　30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。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。</p>

52、<p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　近二三十年來，化工、

53、石油、輕工等過程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。能源緊缺已成為世界性重大問題之一，各工業(yè)部分都在大力發(fā)展大容量、高性能設(shè)備，以減少設(shè)備的投資和運轉(zhuǎn)費用。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大的換熱設(shè)備。特別是20世紀70年代的世界能源危機，加速了當代先進換熱技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。世界各國十分重視傳熱強化和熱能回收利用的研究和開發(fā)工作，開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備來提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益，并取得了豐碩成果。到目前為止，已研究和開發(fā)出多種

54、新的強化傳熱技術(shù)和高效傳熱元件。為了強化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。</p><p>　　2.2 換熱器的分類及特點</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了各種不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱設(shè)備。</p><p>　　按作用原理或傳熱方式分類：</p><p>　　按換熱設(shè)備熱傳遞原理或傳熱方式

55、進行分類，可分為以下幾種主要形式。</p><p>　?、?直接接觸式換熱器</p><p>　　這類換熱器又稱混合式換熱器，它是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器。如冷卻塔、冷卻冷凝器等。為增加兩流體的接觸面積，以達到充分換熱，在設(shè)備中常放置填料和柵板，通常采用塔狀結(jié)構(gòu)。直接接觸式換熱器具有傳熱效率高、單位容積提供的傳熱面積大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等優(yōu)點，但僅適用于工藝

56、上允許兩種流體混合的場所。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。</p><p><b>　?、?蓄熱式換熱器</b></p><

57、p>　　這類換熱器又稱回?zé)崾綋Q熱器。它是借助于由固體(如固體調(diào)料或多孔性格子磚等)構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。在換熱器內(nèi)首先由熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后由冷流體通過，由蓄熱體把熱量釋放給冷流體。由于兩種流體交替與蓄熱體接觸，因此不可避免地會使兩種流體少量混合。若兩種流體不允許混合，則不能采用蓄熱式換熱器。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜、單體體積傳熱面積大，故較適合用于氣-氣

58、熱交換的場合。如煉焦爐下方預(yù)熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設(shè)備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。</p><p><b>　?、?間壁式換熱器</b></p><p>　　這種換熱器又稱表面式換熱器。它是利用間壁（固體壁面）將進行熱交換的冷、熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。間壁式換熱

59、器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣。</p><p>　?、?中間載熱體式換熱器</p><p>　　這類換熱器是把兩個間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來的換熱器。載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器。</p><p><b>　　間壁式換熱

60、器分類：</b></p><p>　　間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結(jié)構(gòu)不同可分為管式、板面式和其他型式。</p><p><b>　?。?）管式換熱器</b></p><p>　　這類換熱器都是通過管子壁面進行傳熱的換熱器。按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同大致可以分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、管殼式換熱器和纏繞管式換熱器等。</p>

61、<p><b>　?。?）板面式換熱器</b></p><p>　　此類換熱器都是以板面作為傳熱面，按傳熱板面的結(jié)構(gòu)形式可分分為以下五種：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器。</p><p>　　板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于其結(jié)構(gòu)上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態(tài)，從而強化了傳熱。板面式換熱器

62、采用板材制造，在大規(guī)模組織成產(chǎn)時，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。</p><p>　　（3）其他型式換熱器</p><p>　　這類換熱器是指一些具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器，一般是為滿足某些工藝特殊要求而設(shè)計的，如石墨換熱器、聚四氟乙烯換熱器和熱管換熱器等。</p><p>　　第三章 換熱器設(shè)計方案確定</p><p>　　3.1

63、本次的設(shè)計要求</p><p>　　設(shè)計一種換熱器，要求將15t/h的T-1煤油由150℃冷卻到50℃。本次設(shè)計需要進行：</p><p><b>　　總體參數(shù)設(shè)計計算</b></p><p><b>　　傳熱學(xué)計算</b></p><p><b>　　結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計</b>&

64、lt;/p><p>　　換熱器的工程圖設(shè)計：總裝配圖一張；零件圖3張</p><p>　　3.2 確定設(shè)計方案</p><p><b>　　冷卻劑的選用</b></p><p>　　因為水是最容易獲得，并且廉價，所以本次設(shè)計中選用的冷卻劑為水。</p><p><b>　　流程安排</

65、b></p><p>　　本設(shè)計中的兩流體均不發(fā)生相變的傳熱過程，因水的對流傳熱系數(shù)一般較大，冷卻水一般為循環(huán)水，而循環(huán)水易結(jié)垢，為便于清洗，應(yīng)采用冷卻水走換熱器的管程，煤油走殼程。</p><p><b>　　換熱器的類型設(shè)計</b></p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度：150℃，出口溫度50℃，冷流體進口溫度29℃

66、，出口溫度39℃。由于該換熱器的管壁溫度和殼體溫度有較大溫差，大于50℃，因此需要考慮熱補償，設(shè)煤油壓力1MPa，冷卻水壓力也為1MPa。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時，其進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步選用浮頭式換熱器（Ⅱ型）。</p><p>　　3.3 完成設(shè)計所具備的工作條件及解決辦法</p><p>　　為完成本畢業(yè)設(shè)計，將運

67、用在校學(xué)習(xí)的工程制圖，力學(xué)，材料學(xué)，過程裝備設(shè)計及計算機等相關(guān)知識，結(jié)合在生產(chǎn)實習(xí)等實踐教學(xué)中，學(xué)習(xí)的換熱器及零部件的加工制造和裝配知識，以及學(xué)習(xí)的有關(guān)換熱器的設(shè)計知識，通過對各種技術(shù)資料的收集調(diào)研，分析計算，設(shè)計繪圖的實踐，學(xué)習(xí)掌握由原理方案的設(shè)想，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路及設(shè)計方法。熟練掌握各方面的知識。</p><p>　　計算機輔助設(shè)計軟件：</p><p>　　SW6-1998 v6

68、.0 、AutoCAD2004 、Solid works 、ANSYS、MS office等軟件。</p><p><b>　　工具書：</b></p><p>　　化工英漢詞典、化工設(shè)計手冊</p><p>　　GB 150-1998鋼制壓力容器、GB 151-1999管殼式換熱器</p><p><b>　

69、　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　初步確定本次設(shè)計為浮頭式換熱器（Ⅱ型），循環(huán)冷卻水走管程，煤油走殼程。</p><p>　　第四章 研究步驟、方法及設(shè)計產(chǎn)品的確定</p><p><b>　　4.1 原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　水進口溫度：=29℃</p><p&

70、gt;　　水出口溫度：=39℃</p><p>　　水工作壓力：P2=1MPa</p><p>　　煤油進口溫度：=150℃</p><p>　　煤油出口溫度：=50℃</p><p>　　油工作壓力：P1=1MPa</p><p>　　煤油流量：15t/h</p><p>　　4.2 流體的物

71、性參數(shù)</p><p><b>　　查物性表得：</b></p><p><b>　　煤油的定性溫度：℃</b></p><p><b>　　煤油的密度：</b></p><p><b>　　煤油的比熱：</b></p><p>&

72、lt;b>　　煤油的導(dǎo)熱系數(shù)：</b></p><p><b>　　煤油的粘度:</b></p><p><b>　　煤油的普蘭德數(shù)：</b></p><p><b>　　水的定性溫度：</b></p><p><b>　　水的密度：</b&g

73、t;</p><p><b>　　水的比熱:</b></p><p><b>　　水的導(dǎo)熱系數(shù)：</b></p><p><b>　　水的粘度：</b></p><p><b>　　水的普蘭德數(shù)：</b></p><p>　　4.3

74、 傳熱量及平均溫差</p><p><b>　　傳熱量</b></p><p><b>　　確定熱損失系數(shù)</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　冷卻水用量</b></p><p>&l

75、t;b>　?。?-2）</b></p><p>　　逆流時的對數(shù)平均溫差</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　參數(shù)P及R</b></p><p><b>　　（4-4）</b></p><p>&

76、lt;b>　　（4-5）</b></p><p><b>　　有效平均溫差</b></p><p>　　確定溫差修正系數(shù)ψ：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　則有效平均溫差</b></p><p&

77、gt;　　4.4 估算傳熱面積及傳熱面結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　估算傳熱面積</b></p><p>　　查參考資料初選傳熱系數(shù)</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　管子材料、規(guī)格及管內(nèi)水的流速選擇</p><p>　　管子材料及規(guī)格選

78、用碳Φ25*2.5的碳鋼無縫鋼管。</p><p>　　因為所選擇的流速要使流體呈湍流狀態(tài)，所以保證設(shè)備在較大的傳熱系數(shù)下進行熱交換，所以選用管程內(nèi)水的流速。</p><p><b>　　管程所需流通截面</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　　

79、每程管數(shù)</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b>　　每根管長</b></p><p><b>　　（4-10）</b></p><p><b>　　現(xiàn)取每根管長為6m</b></p>&l

80、t;p>　　則 （4-11）</p><p>　　所以選用兩臺<1-2>型浮頭式換熱器</p><p><b>　　管子排列</b></p><p>　　管子的排列方式常用友：等邊三角形排列法（或稱正六角形排列）、同心圓排列

81、法和正方形排列法，本次管子排列方式選為等邊三角形。</p><p>　　按等邊三角形排列時，流體流動方向與三角形的一條邊垂直，最內(nèi)側(cè)六邊形的邊長等于S，通常在管板周邊與六邊形的邊之間的六個弓形部分內(nèi)部排列管子，但當層數(shù)a>6時，則在這些弓形部分也應(yīng)排列管子，這時最外層管子的中心不應(yīng)超出最大六邊形的外接圓周。</p><p>　　由《熱交換器原理與設(shè)計》中表2.3可知管中心距s=32m

82、m</p><p>　　分程隔板槽處管中心距=44mm</p><p>　　平行于流向的管距mm</p><p>　　垂直于流向的管距mm</p><p>　　由《熱交換器原理與設(shè)計》中的2.1.5節(jié)得出拉桿直徑為16mm</p><p>　　作管子排列草圖,如圖4-1所示。</p><p>　

83、　圖4-1 管子排列草圖</p><p><b>　　由草圖可知</b></p><p><b>　　六邊形層數(shù)a=6。</b></p><p><b>　　一臺管子數(shù)。</b></p><p>　　估計殼體直徑在400~700mm之間，所以由《熱交換器原理與設(shè)計》的表2.7可

84、知一臺拉桿數(shù)為4。</p><p><b>　　一臺傳熱面積：</b></p><p><b>　　兩臺傳熱面積：</b></p><p>　　管束中心至最外層管中心距離：0.226m</p><p><b>　　管束外緣直徑</b></p><p>&

85、lt;b>　　殼體內(nèi)徑</b></p><p><b>　　（4-12）</b></p><p><b>　　且，故</b></p><p><b>　　（4-13）</b></p><p>　　按GB151-1999規(guī)定，取標準直徑DN=0.6m 63016

86、mm的無縫鋼管作為殼體。</p><p><b>　　長徑比：</b></p><p><b>　　合理</b></p><p><b>　　4.5 管程計算</b></p><p><b>　　管程接管直徑</b></p><p>

87、;<b>　?。?-14）</b></p><p>　　取標準無縫鋼管 mm</p><p><b>　　管程雷諾數(shù)</b></p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　管程換熱系數(shù)</b></p><

88、p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　4.6 殼程結(jié)構(gòu)及殼程計算</p><p><b>　　折流板形式選為弓形</b></p><p><b>　　折流板缺口高度：</b></p><p>　　折流板的圓心角為120°</p>

89、<p><b>　　折流板間距：</b></p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　取0.3m</b></p><p><b>　　折流板數(shù)目：</b></p><p><b>　　（4-18）&l

90、t;/b></p><p>　　折流板上管孔數(shù)：146個</p><p>　　折流板上管孔直徑由GB151-1999查得為0.0254m</p><p>　　通過折流板上管子數(shù)為136個</p><p>　　折流板缺口處管子數(shù)為8根</p><p>　　折流板直徑由GB151-1999規(guī)定為：</p>

91、<p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　　折流板缺口面積：</b></p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　錯流區(qū)內(nèi)管數(shù)占總管數(shù)的百分數(shù)：</p><p><b>　?。?-21）</b&g

92、t;</p><p>　　缺口處管子所占面積：</p><p><b>　　（4-22）</b></p><p>　　流體在缺口處流通面積：</p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　流體在兩折流板間錯流流通截面積：</p><

93、p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　殼程流通截面積：</b></p><p><b>　?。?-25）</b></p><p><b>　　殼程接管直徑：</b></p><p><b>　　（4-26） &

94、lt;/b></p><p>　　取煤油的流速為1m/s</p><p>　　取標準無縫鋼管為88</p><p>　　錯流區(qū)管排數(shù)由草圖可知</p><p>　　每一缺口內(nèi)的有效錯流管排數(shù)：</p><p><b>　?。?-27）</b></p><p><

95、b>　　旁流通道數(shù)</b></p><p><b>　　旁路擋板數(shù)選3對</b></p><p>　　錯流面積中旁流面積所占分數(shù)：</p><p><b>　　（4-28）</b></p><p>　　一塊折流板上管子和管孔間泄露面積：</p><p>&l

96、t;b>　　（4-29）</b></p><p>　　折流板外緣與殼體內(nèi)壁之間泄露面積：</p><p><b>　?。?-30）</b></p><p><b>　　殼程雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-31）</b></p>

97、<p>　　理想管束傳熱因子由《熱交換器原理與設(shè)計》中圖2.28得：</p><p>　　折流板缺口校正因子由《熱交換器原理與設(shè)計》中圖2.29得：</p><p>　　折流板泄露校正因子：</p><p><b>　?。?-32）</b></p><p><b>　?。?-33）</b>

98、;</p><p><b>　　查圖2.30得：</b></p><p><b>　　旁通校正因子：</b></p><p><b>　?。?-34）</b></p><p><b>　　及</b></p><p>　　查《熱交換器

99、原理與設(shè)計》圖2.31得：</p><p><b>　　殼程傳熱因子：</b></p><p><b>　?。?-35）</b></p><p><b>　　殼程質(zhì)量流速：</b></p><p><b>　?。?-36）</b></p>&

100、lt;p>　　殼側(cè)壁面溫度假定為40℃</p><p>　　壁溫下煤油粘度經(jīng)查物性表得：</p><p><b>　　殼側(cè)換熱系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-37）</b></p><p>　　4.7 需用傳熱面積</p><p><b>　

101、　水垢熱阻：</b></p><p><b>　　煤油污垢熱阻：</b></p><p><b>　　傳熱系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-38）</b></p><p><b>　　傳熱面積：</b></p>&

102、lt;p><b>　?。?-40）</b></p><p><b>　　傳熱面積之比：</b></p><p><b>　　（4-41）</b></p><p><b>　　檢查殼側(cè)壁溫：</b></p><p><b>　?。?-42）&

103、lt;/b></p><p><b>　　4.8 阻力計算</b></p><p>　　管內(nèi)摩擦系數(shù)查《熱交換器原理與設(shè)計》圖2.35得：0.0065</p><p>　　管側(cè)壁溫假定為40℃</p><p><b>　　壁溫下水的粘度：</b></p><p>　　兩

104、臺換熱器沿程阻力：</p><p><b>　?。?-43）</b></p><p>　　兩臺換熱器回彎阻力：</p><p><b>　?。?-44）</b></p><p><b>　　進口連接管阻力：</b></p><p><b>　　

105、（4-45）</b></p><p><b>　　兩臺管程阻力：</b></p><p><b>　?。?-46）</b></p><p>　　煤油穿過《熱交換器原理與設(shè)計》中表2.10的規(guī)定，所以此設(shè)計方案可行。</p><p>　　4.9 封頭、殼體和固定管板的尺寸確定</p&

106、gt;<p>　　根據(jù)壓力容器設(shè)計規(guī)范采用材質(zhì)為20Ⅱ的標準橢圓封頭，在滿足強度要求的情況下，已知管程設(shè)計溫度為46.8℃，則<46.8℃，根據(jù)碳鋼板需用應(yīng)力查表得，P=1.2MPa所以其壁厚可用以下公式計算：</p><p><b>　　（4-47）</b></p><p><b>　　實取8mm</b></p>

107、<p><b>　　曲面高度：</b></p><p><b>　?。?-48）</b></p><p><b>　　D—封頭的平均直徑</b></p><p>　　封頭箱的也取公稱直徑為600mm的標準無縫鋼管，厚度為8mm，長度為530mm。</p><p>

108、　　殼體和固定管板的尺寸確定</p><p>　　前面已經(jīng)初步確定使用公稱直徑為600mm的630*8mm的標準無縫鋼管作為殼體。</p><p><b>　　殼體厚度：</b></p><p><b>　?。?-49）</b></p><p>　　<8mm，所以初步確定的殼體可以使用。<

109、;/p><p>　　內(nèi)徑,長度取5768mm</p><p><b>　　固定管板的尺寸確定</b></p><p><b>　　外徑：</b></p><p><b>　　板厚：</b></p><p>　　管板上開孔數(shù)與孔間距與管的排列一致。管板材料選用

110、A3鋼。</p><p>　　管子與管板的連接必須牢固、不泄漏，不產(chǎn)生大的應(yīng)力變形，最常見的連接方法為脹接，脹接只能用于工作壓力低與4MPa和溫度低于300℃的場合；對于高溫、高壓、易燃、易爆的運行條件多采用焊接，但采用焊接容易產(chǎn)生熱應(yīng)力且間隙中流體不流動很容易造成間隙腐蝕，采用脹焊并用的方法可以避免。</p><p>　　由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子的

111、連接采用脹接。換熱管在管板內(nèi)的脹接長度L=38mm。</p><p>　　4.10 浮頭箱和浮頭的尺寸確定</p><p><b>　　外頭蓋公稱直徑：</b></p><p><b>　　（4-50）</b></p><p>　　外頭蓋同樣采用材質(zhì)為20Ⅱ的標準橢圓形封頭，δ=8mm，箱體長為43

112、0mm</p><p><b>　　曲面高度：</b></p><p><b>　?。?-51）</b></p><p>　　如圖示為浮頭端的裝配圖，包括碟形蓋，鉤圈法蘭和浮動管板，由于浮動管板要與管子脹接后從殼體一端伸到另一端，因此管板的外直徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑，其主要尺寸如圖4-2所示。</p><p&

113、gt;<b>　　圖4-2 浮頭結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　浮動管板外直徑：</b></p><p><b>　　浮動管板厚：</b></p><p><b>　　浮頭法蘭外徑：</b></p><p><b>　　（4-52）&l

114、t;/b></p><p><b>　　浮頭法蘭內(nèi)直徑：</b></p><p><b>　　（4-53）</b></p><p><b>　　蝶形蓋內(nèi)半徑：</b></p><p><b>　?。?-54）</b></p><p

115、><b>　　厚度取15mm</b></p><p>　　鉤圈的型式查GB151可知選為B型鉤圈，具體尺寸按規(guī)定來取</p><p>　　由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。</p><p>　　查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，槽寬為12mm，且分程隔板的最小厚度為8mm，厚度選為10mm。</p>&l

116、t;p>　　4.11 殼體法蘭和支座的確定</p><p>　　壓力容器和管道法蘭聯(lián)接中，常用的密封面型式有以下三種。</p><p><b>　?。?）平面型密封面</b></p><p>　　密封表面是一個突出的光滑平面（又稱突平面）。這種密封面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于進行防腐襯里。但螺栓上緊后，墊圈材料容易往兩側(cè)伸展，不易壓緊，用于

117、所需壓緊力不高且介質(zhì)無毒的場合。</p><p><b>　?。?）凹凸型密封面</b></p><p>　　它是由一個凸面和一個凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時，由于凹面的外側(cè)有擋臺，墊圈不會擠出來。</p><p><b>　?。?）榫槽型密封面</b></p><p>　　密封面是由一個榫

118、和一個槽所組成，在墊圈放在槽內(nèi)。這種密封面規(guī)定不用非金屬軟墊圈，可采用纏繞式金屬包墊圈，易獲得良好的密封效果。它適用于密封易燃、易爆、有毒介質(zhì)。密封面的凸面部分容易破壞，運輸與裝拆時都應(yīng)注意。</p><p>　　在選取密封面時綜合考慮介質(zhì)因素和裝拆的因素，殼體法蘭均采用凹凸面型密封面，管箱接管法蘭采用平面型密封面，殼體接管法蘭采用凹凸型密封面。</p><p>　　根據(jù)前面算出的此次設(shè)計

119、的換熱器殼體、封頭的公稱直徑為600mm，浮頭箱的公稱直徑為700mm，管程接管為80mm，殼程接管為128mm，為了便于工人們的生產(chǎn)、節(jié)省成本，故在法蘭選擇的方面上也選擇JB/T4703-2000標準對焊法蘭，如圖4-3~4-7所示，管口的具體尺寸如表4-1所示。</p><p>　　圖4-3 殼體與封頭連接法蘭（兩個）</p><p>　　圖4-4 殼體與浮頭箱連接法蘭（殼體側(cè)）<

120、;/p><p>　　圖4-5 殼體與浮頭箱連接法蘭（浮頭箱側(cè)）</p><p>　　圖4-6 殼程接管法蘭</p><p>　　圖4-7 管程接管法蘭</p><p><b>　　表4-1 管口表</b></p><p>　　臥式設(shè)備一般采用兩個鞍座。這是因為基礎(chǔ)水平高度有可能不一致，如果使用多個支座

121、，將會造成支座反力分布不均勻，從而引起設(shè)備的局部應(yīng)力增大，因此采用兩個支座。</p><p>　　采用雙支座時，一個鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個鞍座為活動支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個螺母，第一個螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個螺母鎖緊。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。</p><p><b>　　如圖4-8所示</b></p>&

122、lt;p><b>　　圖4-8 鞍式支座</b></p><p>　　本換熱器為臥室內(nèi)壓容器，應(yīng)該選用鞍式支座，依照JB/T4712-92雙鞍式支座標準，選用B1型鞍式支座，具體尺寸如表4-2所示。</p><p><b>　　表4-2 鞍座尺寸</b></p><p>　　鞍式支座在換熱器上的布置應(yīng)該按照下列原則確

123、定：</p><p><b>　　當；</b></p><p><b>　　當；</b></p><p>　　盡量使和相近，如圖4-9所示。</p><p>　　圖4-9 鞍式支座轉(zhuǎn)配尺寸</p><p>　　在本換熱器設(shè)計中，。</p><p>&l

124、t;b>　　4.12 本章小結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過前面的傳熱計算、結(jié)構(gòu)計算、阻力計算和工程計算得出此次浮頭式（Ⅱ型）換熱器的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸，具體詳細的裝配尺寸和零件尺寸會在四張工程制圖里表現(xiàn)出來。換熱器的主要數(shù)據(jù)如表4-3所示。</p><p>　　表4-3 換熱器的主要數(shù)據(jù)</p><p><b>　　結(jié)論</b&

125、gt;</p><p>　　通過六個月的辛苦努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于圓滿完成。雖然做的過程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作為大學(xué)四年的最后一道大作業(yè)——畢業(yè)設(shè)計，使我在各個方面都有了很大的提高，收獲很大。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：通過在設(shè)計中經(jīng)常查資料提高了我們檢索和查閱資料的能力；進一步扎實了所學(xué)的理論知識，對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識進行了一次綜合應(yīng)用和系統(tǒng)復(fù)習(xí)；思維方式和設(shè)計思想更加全面化和系統(tǒng)化。養(yǎng)成