畢業(yè)設(shè)計（論文）horizontal water-cooledo e condensere design

1、<p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　Horizontal water-cooledo e condensere design</p><p>　　Heat exchanger is a transfer heat equipment transfer heat with different</p><p&g

2、t;　　temperature between in two or more fluid. It is a general-purpose equipment widely</p><p>　　used in the chemical, metallurgical, oil refining, power, food, light industry, atomic</p><p>　　en

3、ergy, pharmacy, machinery and many other industrial departments. In recent years,</p><p>　　people pay more attention to the energy crisis and environmental protection, and heat</p><p>　　exchange

4、r especially effective measures for energy conservation and environmental</p><p>　　protection heat exchanger is the key equipment. Therefore, whether from the above all</p><p>　　kinds of industr

5、ial development, or from efficient energy use and environmental</p><p>　　protection, heat exchanger type selection, reasonable design, manufacturing and</p><p>　　operation has the extremely vita

6、l significance.</p><p>　　This design is mainly around the fixed tube heat exchanger design, familiar with</p><p>　　heat exchangers and process of the petrochemical industry, familiar with the wo

7、rk</p><p>　　process. Through the condenser process design (type selection, the total heat transfer</p><p>　　coefficient, total heat exchanger area, condenser area allowance calculation, etc),<

8、;/p><p>　　structural design (the cylinder body size, tube plate size, takeover such as the diameter</p><p>　　of design), strength calculation (calculation of tube wall thickness, pipe opening</p

9、><p>　　reinforcement shell calculation and checking, etc.) heat transfer theory, improve the</p><p>　　practice ability.</p><p>　　Keywords: Heat exchanger, heat transfer, structure, and

10、 strength</p><p><b>　　摘 要：</b></p><p>　　臥式水冷冷凝器的設(shè)計</p><p>　　換熱器是在具有不同溫度的兩種或兩種以上流體之間傳遞熱量的設(shè)備。它是</p><p>　　化工、冶金、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部</p><p&

11、gt;　　門廣泛使用的一種通用設(shè)備。近年來，人們?nèi)找嬷匾暷茉次C(jī)和環(huán)境保護(hù)，而換</p><p>　　熱器特別是高效換熱器又是節(jié)能措施和環(huán)保中關(guān)鍵的設(shè)備。因此，無論是從上述</p><p>　　各種工業(yè)的發(fā)展，還是從能源的有效利用和環(huán)境的保護(hù)，換熱器的選型、合理設(shè)</p><p>　　計、制造和操作都有非常重要的意義。</p><p>　　本

12、設(shè)計主要是圍繞固定管板式換熱器的設(shè)計，熟悉石油化工行業(yè)中換熱裝置</p><p>　　及其工藝流程，熟悉工作原理。通過對冷凝器的工藝設(shè)計（型號的選擇、總傳熱</p><p>　　系數(shù)、總傳熱面積、冷凝器面積裕量等計算）、結(jié)構(gòu)設(shè)計（筒體內(nèi)徑、管板尺寸、</p><p>　　接管內(nèi)徑等設(shè)計）、強(qiáng)度計算（筒體壁厚計算、管殼程開孔補(bǔ)強(qiáng)及校核等的計算）</p>

13、<p>　　深刻了解了換熱器的傳熱原理，提高實踐環(huán)節(jié)的能力。</p><p>　　關(guān)鍵詞：換熱器，傳熱，結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　能源是當(dāng)前人類面臨的重要問題之一，能源開發(fā)及轉(zhuǎn)換利用已成為各國的重</p><p>　　要課題，而換熱器是能源利用過程中必不可少的

14、設(shè)備，是化工、冶金、煉油、動</p><p>　　力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用</p><p>　　設(shè)備。無論是從上述各種工業(yè)的發(fā)展，還是從能源的有效利用，換熱器的選型、</p><p>　　合理設(shè)計、制造和操作都有非常重要的意義。近年來，由于工藝要求、能源危機(jī)</p><p>　　和環(huán)境保護(hù)等諸多因

15、素，傳熱強(qiáng)化技術(shù)和換熱器的現(xiàn)代研究、設(shè)計方法獲得了飛</p><p>　　速發(fā)展，設(shè)計人員已經(jīng)開發(fā)了多種新型的換熱器，以滿足各行各業(yè)的要求。</p><p>　　1.1 換熱器的分類及其特點</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</p><p>　　式和結(jié)構(gòu)的換熱設(shè)備。</p>

16、<p>　　1.1.1 按作用原理或傳熱方式分類</p><p>　　按換熱器傳遞原理或傳熱方式進(jìn)行分類，可分為以下幾種主要形式。</p><p>　　1.1.1.1 直接接觸式換熱器</p><p>　　這類換熱器又稱混合式換熱器。它是利用冷流體、熱流體直接接觸，彼此混</p><p>　　合進(jìn)行換熱的換熱器。直接接觸式換熱器具有

17、傳熱效率高、單位容積提供的傳熱</p><p>　　面積大、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜等優(yōu)點，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合</p><p><b>　　的場合。</b></p><p>　　1.1.1.2 蓄熱式換熱器</p><p>　　這類換熱器又稱回?zé)崾綋Q熱器。它是借助于固體構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷</p&g

18、t;<p>　　流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。蓄式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、</p><p>　　價格便宜、單位體積傳熱面積大，固較適合用于氣-氣熱交換的場合。</p><p>　　1.1.1.3 間壁式換熱器</p><p>　　這類換熱器又稱表面式換熱器。它是利用間壁（固體表面）將進(jìn)行熱交換的</p><p>　　

19、冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量有熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。</p><p>　　間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣，如常見的</p><p>　　管殼式和板式換熱器都屬于間壁式換熱器。</p><p><b>　　1</b></p><p>　　1.1.1.4 中間載熱體式換熱器&l

20、t;/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</p><p>　　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</p><p>　　吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體。</p><p>　　1.1.2 間壁式換熱器</p><p>　　1.1

21、.2.1 管式換熱器</p><p>　　這類換熱器都是通過管子壁面進(jìn)行傳熱的換熱器。按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同</p><p>　　大致分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、纏繞式換熱器和管殼式換熱器。</p><p>　　1.1.2.2 板面式換熱器</p><p>　　這類換熱器都是通過板面進(jìn)行傳熱的換熱器。板面式換熱器按傳熱板面的結(jié)構(gòu)形<

22、/p><p>　　式可分為以下五種：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱</p><p><b>　　器和傘板式換熱器。</b></p><p>　　1.1.2.3 其他形式換熱器</p><p>　　這類換熱器是指一些具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器，一般是為滿足工藝特殊要求而</p><p>

23、　　設(shè)計的，如石墨換熱器、聚四氟乙烷換熱器和熱管換熱器等。</p><p>　　1.2 管殼式換熱器</p><p>　　管殼式換熱器具有可靠性強(qiáng)、適應(yīng)廣等優(yōu)點，在個工業(yè)領(lǐng)域中得到最為廣泛</p><p>　　的應(yīng)用。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促進(jìn)了其自身</p><p>　　的發(fā)展。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天

24、，管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位。</p><p>　　1.2.1 基本類型</p><p>　　根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，可分為固定管板式、浮頭式、U 形管式、填</p><p>　　料函式和斧式重沸器五類。</p><p>　　1.2.1.1 固定管板式換熱器</p><p>　　固定管板式換熱器的典型結(jié)構(gòu)是，管管束連

25、接在管板上，管板與殼體焊接。</p><p>　　其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損</p><p>　　壞時易于堵管或更換；缺點是當(dāng)管束與殼體的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大，</p><p><b>　　2</b></p><p>　　殼體和管束將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力。這種換熱器適用于

26、殼側(cè)介質(zhì)清潔且不易結(jié)垢并</p><p>　　能進(jìn)行清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不大或溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場合。</p><p>　　1.2.1.2 浮頭式換熱器</p><p>　　浮頭式換熱器的典型結(jié)構(gòu)是，兩端管板中只有一端與殼體固定，另一端可相</p><p>　　對殼體自由移動，稱為浮頭。浮頭式換熱器的特點是管間和管內(nèi)清洗方便，不會&l

27、t;/p><p>　　產(chǎn)生熱應(yīng)力；但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價比固定管板式換熱器，設(shè)備笨重，材料消耗量</p><p>　　大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，制造時對密封要求較高。適用于殼體和管</p><p>　　束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。</p><p>　　1.2.1.3U 形管式換熱器</p><p>　　U

28、形管式換熱器的典型結(jié)構(gòu)是，只有一塊管板，管束由多根 U 形管組成，管</p><p>　　的兩端固定在同一塊管板上，管子可以自由伸縮。U 形管式換熱器結(jié)構(gòu)簡單、價</p><p>　　格便宜，承受能力強(qiáng)，適用于管、殼壁溫差較大或殼程易結(jié)垢的需要清洗，又不</p><p>　　適宜采用浮頭式和固定管板式的場合。特別適用于管內(nèi)走清潔而不易結(jié)垢的高溫、</p>

29、<p>　　高壓、腐蝕性大的物料。</p><p>　　1.2.1.4 填料函式換熱器</p><p>　　填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)特點與浮頭式換熱器相類似，浮頭部分露在殼體以外，</p><p>　　在浮頭與殼體的滑動接觸面處采用填料函式密封結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)浮頭式換熱器簡單，</p><p>　　加工制造方便，節(jié)省材料，造價比較低廉，

30、且管束從殼體內(nèi)可以抽出，管內(nèi)、管</p><p>　　間都能進(jìn)行清洗，維修方便。因填料處易產(chǎn)生泄漏，填料函式換熱器一般適用于</p><p>　　4 以下的工作條件，且不適用與易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫</p><p>　　度也受填料的物性限制。填料函式換熱器現(xiàn)在已很少用。</p><p>　　1.2.1.5 斧式重沸器<

31、;/p><p>　　斧式重沸器的管束可以分為浮頭式、U 形管式和固定管板式結(jié)構(gòu)。所以它具</p><p>　　有浮頭式、U 形管式換熱器的特性。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上</p><p>　　部設(shè)置一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸汽品質(zhì)所決定。產(chǎn)</p><p>　　氣量大、蒸氣品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以小些。此

32、種換熱器與浮頭式、</p><p>　　U 形管式換熱器一樣，清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)垢的介質(zhì)，并能承受</p><p><b>　　高溫、高壓。</b></p><p>　　1.2.2 管殼式換熱器結(jié)構(gòu)</p><p>　　流體流經(jīng)換熱器管內(nèi)的通道及與其相貫通部分稱為管程；流體流經(jīng)換熱管外</p>

33、<p><b>　　3</b></p><p>　　的通道及與其相貫通的部分稱為殼程。</p><p>　　1.2.2.1 管程結(jié)構(gòu)</p><p>　　管程主要由換熱管、管板、管箱、等元件構(gòu)成。其中換熱管與管板的連接是</p><p>　　管程結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，也是管殼式換熱器設(shè)計、制造最關(guān)鍵的技術(shù)之一，是換熱器

34、事</p><p>　　故率最多的部位。所以換熱管與管板連接質(zhì)量的好壞，直接影響換熱器的使用壽</p><p><b>　　命。</b></p><p>　　1.2.2.2 殼程結(jié)構(gòu)</p><p>　　殼程主要有殼體、折流板或折流桿、支持板、縱向隔板、拉桿、防沖擋板、</p><p>　　防短路

35、結(jié)構(gòu)等原件組成。根據(jù)工藝設(shè)計要求，或為增大殼程流體傳熱系數(shù)，也可</p><p>　　將換熱器殼程分為多程的結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　4</b></p><p><b>　　2.1 基本參數(shù)</b></p><p>　　管程工作溫度：18°/34℃；</p><

36、;p>　　殼程溫度：65°/40℃</p><p><b>　　2 工藝設(shè)計</b></p><p>　　管程最高工作壓力：0.05MPa；</p><p>　　殼程最高工作壓力：1.0MPa</p><p><b>　　管程介質(zhì)：自來水；</b></p><p&

37、gt;<b>　　殼程介質(zhì)：R113</b></p><p>　　冷凝器換熱功率：1200kw</p><p>　　2.2 確定設(shè)計方案</p><p>　　2.2.1 選擇冷凝器的類型</p><p>　　兩流體溫度變化情況：熱流體進(jìn)口溫度為 65℃,出口溫度為 40℃；冷流體進(jìn)</p><p>

38、;　　口溫度為 18℃，出口溫度為 34℃；則該冷凝器的管壁溫和殼體壁溫之差不大，且</p><p>　　殼程流體有毒、無腐蝕性、有效的清潔劑，管殼程的工作壓力為低壓，因此初步</p><p>　　確定選用固定管板式換熱器。</p><p>　　2.2.2 流程安排</p><p>　　由設(shè)計條件知，考慮到循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，

39、所應(yīng)使冷卻</p><p>　　水走管程，R113（三氯三氟乙烷）走殼程。</p><p>　　2.3 確定物理數(shù)據(jù)</p><p>　　定性溫度：對于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫</p><p><b>　　度的平均值。</b></p><p>　　2.3.1 殼程流體的

40、定性溫度</p><p><b>　　固定性溫度為：</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　5</b></p><p>　　2.3.2 管程流體定性溫度</p><p><b>　　固定性溫度為：&

41、lt;/b></p><p>　　2.3.3殼程流體物理數(shù)據(jù)</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　考慮到殼程流體有氣體變成液體，且冷凝段有冷凝熱，要分段計算。為了簡</p><p>　　化計算，取殼程流體的定性溫度為冷凝后液體的溫度，則 R113（三氯三氟乙烷）</p>

42、<p>　　為液體在 40℃下的有關(guān)物理數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度：ρo= 1528kg/m3</p><p>　　定壓比熱容：Cpo = 0.9556KJ/(kg .℃)</p><p>　　熱導(dǎo)率：λo = 0.0825W/(m .℃)</p><p>　　粘度：ηo = 0.546×10-3Pa .s

43、 = 0.546mPa .s</p><p>　　2.3.4管程流體物理數(shù)據(jù)</p><p>　　循環(huán)冷卻水在 26℃下的無理數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　密度：ρi = 996.7kg/m3</p><p>　　定壓比熱容：Cpi = 4.174KJ/(kg .K)</p><p>　　熱導(dǎo)率：λo = 0.61

44、4W/(m . K)</p><p>　　粘度：ηo = 0.8737×10-3Pa .s = 0.8737mPa .s</p><p>　　2.4 估算傳熱面積</p><p>　　2.4.1 熱流量用量</p><p>　　由于殼程介質(zhì)有氣體冷凝為液體，有相的變化，利用焓的變化計算</p><p><

45、;b>　?。?-3）</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　查《制冷工質(zhì)物理性質(zhì)表與圖》R113 在 65℃和 40℃下的焓值分別是：</p><p><b>　　6</b></p><p><b>　　則:</b><

46、;/p><p>　　2.4.2冷卻水用量</p><p>　　管程流體無相轉(zhuǎn)變，有:</p><p><b>　　則:</b></p><p>　　2.4.3 平均傳熱溫差</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　因為工程上多采用逆流

47、操作，先按純逆流計算</p><p>　　2.4.4 傳熱面積</p><p>　　由于殼程流體的工作壓力不高，固可選取較小的 k 的值，假設(shè)</p><p>　　利用傳熱速率方程，估算傳熱面積：</p><p><b>　　.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸</b></p><p>　　2.5.1 管徑和管內(nèi)流

48、速</p><p>　　選用φ19×2mm 較高級冷拔熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速</p><p><b>　　7</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　2.5.

49、2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)</p><p><b>　　單程傳熱管數(shù)：</b></p><p><b>　　傳熱管數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>

50、;　　則按單程管程計算，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)，根據(jù)本設(shè)計實際情況，</p><p>　　采用非標(biāo)設(shè)計，按國標(biāo)（GB150）取傳熱管長 l=7.5m，則該冷凝器的管程數(shù)為：</p><p><b>　　（2-9）</b></p><p><b>　　傳熱管總根數(shù)：</b></p><p>&l

51、t;b>　?。?-10）</b></p><p>　　2.5.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)</p><p>　　平均傳熱溫差校正系數(shù)：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　（2-12）</b></p><p>　　按

52、單殼程、雙管程結(jié)構(gòu)，查溫差校正系數(shù)圖得ξ.△t = 0.88</p><p><b>　　平均傳熱溫差：</b></p><p><b>　　（2-13）</b></p><p>　　由于傳熱溫差校正系數(shù)大于 0.8，同事殼程流體流量也相對較大，故取單殼程</p><p><b>　　合適

53、。</b></p><p><b>　　8</b></p><p>　　2.5.4傳傳熱管排列和分程方法</p><p>　　換熱管在管板上的排列方式有：正三角形，轉(zhuǎn)角三角形，正方形，轉(zhuǎn)角正方</p><p>　　形排列。如下圖 2-1 所示。</p><p>　　圖 2-1換熱管

54、在管板上的排列方式</p><p>　　正三角形排列使用最普遍，優(yōu)點在于在同一管板面積上，可以排列較多的傳</p><p>　　熱管：管外傳熱系數(shù)較高，流阻相對也較大。而本設(shè)計為多管程換熱器，采用組</p><p>　　合排列法，即每程內(nèi)按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用矩形排列。</p><p>　　取管心距 t=1.25do，則:</p

55、><p>　　因管心距過小，很難保證焊接質(zhì)量，取 t=25mm</p><p>　　本設(shè)計為多管程結(jié)構(gòu)，隔板占有管板部分面積，則隔板中心到離其最近一排</p><p><b>　　管中心距離為：</b></p><p>　　各程相鄰管的管心距為：</p><p>　　因為管子排列方式為正三角形錯列，橫

56、過管束中心線的管束 nc</p><p><b>　　（2-14）</b></p><p>　　每程各有傳熱管 86 根。</p><p>　　其前后管箱中隔板設(shè)置如圖 2-2 所示：</p><p><b>　　9</b></p><p>　　圖 2-2管箱隔板設(shè)置形式&

57、lt;/p><p>　　介質(zhì)流通順序如圖 2-3 所示：</p><p>　　圖 2-3介質(zhì)流通順序</p><p>　　2.5.5 殼體內(nèi)徑</p><p>　　采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.7，則殼體內(nèi)徑為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p&g

58、t;　　——傳熱管總根數(shù)，根；</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　按卷制殼體的進(jìn)級檔，考慮到安全系數(shù)和內(nèi)部件的裝配，取殼體內(nèi)徑：</p><p><b>　　2.5.6 折流板</b></p><p>　　采用弓形折流板，材料取 16，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)

59、徑的 20%，則</p><p><b>　　切去的圓缺高度為：</b></p><p>　　取折流板間距 B=0.3D,則</p><p>　　圓整后取 B=200mm.</p><p>　　折流板數(shù) NB 為：</p><p><b>　　10</b></p>

60、<p>　　查有關(guān)資料，取折流板的厚度σ=8mm,管孔 d=19.8mm</p><p>　　因本設(shè)計為臥式冷凝器，則折流板圓缺面為垂直裝配。</p><p><b>　　2.5.7 接管</b></p><p>　　2.5.7.1 殼程流體進(jìn)出口接管內(nèi)徑</p><p><b>　?。?-16）

61、</b></p><p>　　因殼程流體有相的轉(zhuǎn)變，所以進(jìn)出口的接管的介質(zhì)的流速是不一樣的。</p><p>　　取殼程流體接管內(nèi)進(jìn)口氣體流速為=10m/s，</p><p>　　65℃下的三氯三氟乙烷處于氣體狀態(tài)，蒸氣密度為</p><p><b>　　則接管內(nèi)徑為：</b></p><

62、p><b>　　（2-17a）</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)，取殼程流體進(jìn)口接管為φ15x2mm。</p><p>　　取殼程流體接管內(nèi)出口液體流速為=2.5m/s，此時流體溫度為40℃，則三氯</p><p>　　三氟乙烷處于液體，液體密度為</p><p><b>　　則接管內(nèi)徑為：<

63、/b></p><p><b>　?。?-17b）</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)取殼程流體出口接管為φ80x3mm.</p><p>　　2.5.7.2 管程流體進(jìn)出口接管內(nèi)徑</p><p>　　取接管內(nèi)液體流速為=2m/s，則接管內(nèi)徑為：</p><p><b>　?。?

64、-17c）</b></p><p>　　查標(biāo)準(zhǔn)，取管程流體的進(jìn)出口接管為φ125x4mm</p><p>　　2.5.8 其他附件</p><p>　　2.5.8.1 防沖擋板</p><p>　　為防止殼程進(jìn)口出流體直接沖擊傳熱管，產(chǎn)生沖蝕必要時應(yīng)在殼程物料進(jìn)口</p><p>　　處設(shè)置防蟲擋板。而本設(shè)

65、計為冷凝器，殼程入口流體為氣體，且流體對金屬無腐</p><p>　　蝕性，則無需設(shè)置防沖擋板。假如要設(shè)置的話，根據(jù)殼體公稱直徑為500mm,設(shè)</p><p><b>　　11</b></p><p><b>　　置一對防沖擋板。</b></p><p>　　2.5.8.2 拉桿</p&g

66、t;<p>　　拉桿數(shù)量與直徑根據(jù)冷凝器的換熱管的直徑選取，由《化工單元過程及設(shè)備</p><p>　　課程設(shè)計》第 101 頁的表 4-7 拉桿直徑、表 4-8 拉桿數(shù)量選?。?lt;/p><p><b>　　拉桿直徑：</b></p><p><b>　　拉桿數(shù)量：</b></p><p&

67、gt;　　2.6 換熱器的核算</p><p>　　2.6.1 熱流量的核算</p><p>　　2.6.1.1 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　本設(shè)計殼程為蒸汽冷凝，且為臥式冷凝器，即是水平管束冷凝。</p><p><b>　?。?-18）</b></p><p><b>　　

68、式中:</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p><b>　?。?-20）</b></p><p><b>　　當(dāng)量管數(shù)：</b></p><p><b>　?。?-21）</b></p><

69、p><b>　　則雷諾系數(shù)為：</b></p><p><b>　　將數(shù)據(jù)代入求得：</b></p><p>　　2.6.1.2 管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)</p><p>　　管內(nèi)流體無相變換，則有：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><

70、;p>　　管程流體流通界面積：</p><p><b>　　（2-23）</b></p><p><b>　　12</b></p><p><b>　　管程流體流速：</b></p><p><b>　　雷諾系數(shù)為：</b></p>&

71、lt;p><b>　　普朗特數(shù)：</b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　　2.6.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　?。?-25）</b></p

72、><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計條件，由《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》第 56 頁的表 3-10，?。?lt;/p><p><b>　　管外側(cè)污垢熱阻：</b></p><p><b>　　管內(nèi)側(cè)污垢熱阻:</b></p><

73、p>　　查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》第56 頁的表 3-11，碳鋼在該條件下的</p><p>　　熱導(dǎo)率λw = 50 W/(m.k)</p><p><b>　　則管壁熱阻：</b></p><p><b>　　（2-27）</b></p><p>　　2.6.1.4 傳熱系數(shù)<

74、;/p><p><b>　?。?-28）</b></p><p>　　2.6.1.5 傳熱面積裕度</p><p><b>　　傳熱面積：</b></p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　該冷凝器的實際傳熱面積 A:</p

75、><p><b>　?。?-30）</b></p><p>　　因δ較小,l 較大，A 可近似為：</p><p><b>　　13</b></p><p><b>　　（2-31）</b></p><p><b>　?。?-32）</b&g

76、t;</p><p>　　為保證換熱器操作的可靠性，一般應(yīng)使換熱器的面積裕度大于 15%至 20%，</p><p>　　可知傳熱面積裕度合適，該冷凝器能夠完成任務(wù)。</p><p>　　2.6.2 壁溫核算</p><p>　　因管壁很薄，且管壁熱阻很小，固管壁溫度可按下式計算：</p><p><b>　

77、?。?-33）</b></p><p>　　由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時，循環(huán)水的進(jìn)口溫度將會降低。為</p><p>　　確?？煽浚⊙h(huán)冷卻水進(jìn)口溫度為 15℃，出口溫度為 34℃計算傳熱管壁溫。另</p><p>　　外，由于傳熱管內(nèi)測污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管</p><p>　　壁溫之差

78、。但在操作初期，污垢熱阻小，殼體和傳熱管壁溫差可能較大。計算中，</p><p>　　應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫。于是，</p><p>　　按下 2-33 式有：</p><p><b>　?。?-34）</b></p><p>　　式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別：<

79、/p><p><b>　　（2-35）</b></p><p><b>　?。?-36）</b></p><p><b>　　傳熱管平均壁溫：</b></p><p>　　殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即</p><p>　　殼體壁溫和傳熱管壁溫之

80、差為：</p><p><b>　?。?-37）</b></p><p><b>　　14</b></p><p>　　可知該溫差較小，故無需設(shè)溫度補(bǔ)償裝置，由于該冷凝器的工作壓力不高，</p><p>　　因此，選用固定管板式冷凝器較為適宜。</p><p>　　2.6.3

81、 換熱器內(nèi)流體的流動阻力</p><p>　　2.6.3.1 管程流體阻力</p><p>　　管程無相變換，可根據(jù)下式計算，有：</p><p><b>　?。?-38）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　因直管磨擦阻力引起的壓降，Pa

82、；</p><p><b>　　Δp ——1</b></p><p>　　因回彎阻力引起的壓降，Pa；</p><p><b>　　Δp ——2</b></p><p>　　——管程結(jié)垢校正系數(shù)，無因次，對φ19×2mm 的管子可近似??；</p><p><b

83、>　　管程數(shù)；</b></p><p><b>　　Np——</b></p><p><b>　　殼程數(shù)。</b></p><p><b>　　N ——s</b></p><p><b>　　（2-39）</b></p>&

84、lt;p><b>　　（2-40）</b></p><p>　　由=20568，傳熱管的相對粗糙度；</p><p>　　查莫狄圖得，而，；則：</p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　管程流體阻力在允許范圍內(nèi)。</p><p>　　2.6.3.

85、2 殼程阻力</p><p>　　由于殼程阻力發(fā)生相變，氣體進(jìn)入殼程后先充滿冷凝器上部，經(jīng)過循環(huán)；冷</p><p>　　卻水冷卻，冷凝為液體，所以殼程阻力可以忽略不計。也可粗略計算。本設(shè)計選</p><p>　　取弓形折流板缺口為 20%的圓缺形折流板，可按下式計算：</p><p><b>　?。?-41）</b>&

86、lt;/p><p><b>　　15</b></p><p><b>　　式中:</b></p><p>　　——?dú)んw長度（可約取為管子的長度），m;</p><p>　　——?dú)こ塘黧w為也液體時的流速，m/s;</p><p><b>　　又:</b><

87、;/p><p><b>　　而殼程流通面積：</b></p><p><b>　　所以：</b></p><p>　　則殼程流體的阻力也適宜。</p><p>　　2.7 冷凝器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果</p><p>　　主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果如下表 2-1 所示：</p&

88、gt;<p>　　表 2-1冷凝器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果</p><p><b>　?。?-42）</b></p><p><b>　　參數(shù)</b></p><p><b>　　流量（kg/h）</b></p><p><b>　　進(jìn)/出口溫度/℃&l

89、t;/b></p><p><b>　　壓力/MPa</b></p><p><b>　　定性溫度/℃</b></p><p>　　密度/(kg/m3)</p><p><b>　　管程</b></p><p><b>　　64686.1

90、5</b></p><p><b>　　34/18</b></p><p><b>　　0.05</b></p><p><b>　　26</b></p><p><b>　　996.7</b></p><p><

91、b>　　16</b></p><p><b>　　殼程</b></p><p><b>　　27165.35</b></p><p><b>　　65/40</b></p><p><b>　　1.0</b></p><

92、;p><b>　　52.5</b></p><p><b>　　1528</b></p><p><b>　　物</b></p><p><b>　　性</b></p><p><b>　　設(shè)</b></p>&l

93、t;p><b>　　備</b></p><p><b>　　結(jié)</b></p><p><b>　　構(gòu)</b></p><p><b>　　參</b></p><p><b>　　數(shù)</b></p><p&g

94、t;<b>　　粘度/Pa.S</b></p><p>　　熱導(dǎo)率/[W/(m.k)]</p><p><b>　　普朗特數(shù)</b></p><p><b>　　形式</b></p><p><b>　　殼體內(nèi)徑/mm</b></p><

95、;p><b>　　管徑/mm</b></p><p><b>　　管長/mm</b></p><p><b>　　管數(shù)目/根</b></p><p><b>　　傳熱面積/m2</b></p><p><b>　　0.0008737<

96、/b></p><p><b>　　0.614</b></p><p><b>　　5.974</b></p><p><b>　　固定管板式</b></p><p><b>　　500</b></p><p><b&g

97、t;　　φ19×2</b></p><p><b>　　7500</b></p><p><b>　　170</b></p><p><b>　　76.07</b></p><p><b>　　臺數(shù)</b></p>&l

98、t;p><b>　　殼程數(shù)</b></p><p><b>　　管心距/mm</b></p><p><b>　　管子排列</b></p><p><b>　　折流板數(shù)</b></p><p><b>　　折流板間距/mm</b>

99、;</p><p><b>　　0.000546</b></p><p><b>　　0.0825</b></p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　25&

100、lt;/b></p><p><b>　　△</b></p><p><b>　　36</b></p><p><b>　　200</b></p><p><b>　　管程數(shù)</b></p><p><b>　　主要

101、計算結(jié)果</b></p><p><b>　　流速/(m/s)</b></p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　管程</b></p><p><b>　　1.202</b></p><p>&

102、lt;b>　　材質(zhì)</b></p><p><b>　　殼程</b></p><p><b>　　碳鋼</b></p><p>　　表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[W/(m.k)]</p><p>　　污垢熱阻/(m2.k/w)</p><p><b>　　阻力/

103、MPa</b></p><p><b>　　熱流量/kw</b></p><p><b>　　傳熱溫差/k</b></p><p>　　傳熱系數(shù)/[w/ m2.k]</p><p><b>　　裕度/%</b></p><p><b&g

104、t;　　5399</b></p><p><b>　　0.0006</b></p><p><b>　　54001</b></p><p><b>　　17</b></p><p><b>　　1200</b></p><p

105、><b>　　3.8</b></p><p><b>　　818</b></p><p><b>　　19.38</b></p><p><b>　　34615.96</b></p><p><b>　　0.000176</b>

106、</p><p>　　3.1 筒體內(nèi)徑確定</p><p><b>　　3 結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　由工藝設(shè)計給定筒體內(nèi)徑為500mm，考慮原取管板利用率 η=0.7，因為本設(shè)</p><p>　　計的冷凝器的直徑較小，固管板利用率合適，且實際計算值為 409mm，決定取筒</p><

107、p>　　體內(nèi)徑為 500mm 做排管圖，認(rèn)定取Di=500mm 是合適的。同時工藝設(shè)計的有關(guān)</p><p>　　參數(shù)計算無需做修改。</p><p>　　3.2 固定管板兼作法蘭的尺寸確定</p><p>　　本設(shè)計為固定管板式的冷凝器，則管板應(yīng)選取固定管板兼作法蘭的管板，材</p><p>　　料取16MnR。根據(jù)殼體內(nèi)徑、設(shè)計壓

108、力，查《化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計》第</p><p>　　109 頁的表 4-14 固定管板式換熱器管板尺寸,本設(shè)計的固定管板式冷凝器選取管板</p><p>　　的尺寸如下表 3-1 所示。</p><p>　　表 3-1固定管板式換熱器管板尺寸/mm</p><p><b>　　公</b></p>

109、<p><b>　　稱</b></p><p><b>　　直</b></p><p><b>　　徑</b></p><p><b>　　DN</b></p><p>　　DD1D2D3D4D5</p><p>

110、;<b>　　=</b></p><p><b>　　D6</b></p><p><b>　　b</b></p><p><b>　　c</b></p><p><b>　　d螺栓</b></p><p>

111、<b>　　孔數(shù)</b></p><p><b>　　n</b></p><p><b>　　重量/kg</b></p><p><b>　　單二</b></p><p><b>　　管管</b></p><p

112、><b>　　數(shù)程</b></p><p><b>　　四</b></p><p><b>　　管</b></p><p><b>　　程</b></p><p><b>　　再</b></p><p>

113、;<b>　　沸</b></p><p><b>　　器</b></p><p>　　500630590390498543500331023</p><p>　　3.3 換熱管與管板連接</p><p><b>　　28</b></p><

114、p><b>　　99</b></p><p>　　換熱管和管板的連接是管殼式換熱器設(shè)計、制造最關(guān)鍵的技術(shù)之一，是換熱</p><p>　　器事故率最多的部位。所以換熱管與管板的連接質(zhì)量的好壞，直接影響換熱器的</p><p>　　使用壽命。管子與管板連接結(jié)構(gòu)形式主要有三種：強(qiáng)度脹接；強(qiáng)度焊接；爆炸脹</p><p>

115、;　　接；強(qiáng)度脹接和強(qiáng)度焊接混合結(jié)構(gòu)。任何連接形式，都要滿足以下兩個條件：連</p><p>　　接處保證截止無泄露的充分氣密性；承受介質(zhì)壓力的充分結(jié)合力。焊接目前采用</p><p><b>　　18</b></p><p>　　較廣泛，管孔不需要開槽，管孔粗糙度要求不高，管子端部不需要退火和磨光，</p><p>　

116、　因此加工較方便；同時焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下能保證連接</p><p>　　處的緊密性和抗拉脫能力。所以在管子與管板連接時，由于管內(nèi)流體存在嚴(yán)重的</p><p>　　腐蝕性，所以在檢修清理時，可以利用專門刀具方便劃掉焊縫，減少更換管子所</p><p><b>　　用時間。</b></p><p>　

117、　為了保證嚴(yán)密性，減小蠕變造成的脹接殘余應(yīng)力，本次設(shè)計選擇焊接。如下</p><p><b>　　圖 3-1 所示。</b></p><p>　　圖 3-1換熱管與管板的連接方式</p><p>　　3.4 管箱法蘭設(shè)計</p><p>　　依工藝條件、管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力中的高值以及設(shè)計溫度和公稱直徑</p>

118、;<p>　?。é?00mm）,按 JB/T 4701-2000 板式平焊鋼制管法蘭選取，并確定各結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p>　　表 3-2甲型平焊法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸</p><p><b>　　公稱</b></p><p><b>　　直徑</b></p><p><b>　

119、　DN,mm</b></p><p><b>　　法蘭，mm</b></p><p><b>　　DD1</b></p><p><b>　　D2</b></p><p><b>　　D3</b></p><p>&l

120、t;b>　　D4</b></p><p><b>　　δ</b></p><p><b>　　d</b></p><p><b>　　螺柱</b></p><p><b>　　規(guī)格</b></p><p><

121、b>　　數(shù)量</b></p><p><b>　　500</b></p><p><b>　　630</b></p><p><b>　　590</b></p><p><b>　　555</b></p><p>

122、<b>　　PN=1.0MPa</b></p><p><b>　　545542</b></p><p><b>　　19</b></p><p><b>　　34</b></p><p><b>　　23</b></p>

123、;<p><b>　　M20</b></p><p><b>　　28</b></p><p>　　3.5管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　3.5.1 管箱的選型和長度</p><p>　　管箱的作用是把由管道來的管程流體均勻分布到個傳熱管和把管內(nèi)流體匯集</p>&l

124、t;p>　　在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用。無論</p><p>　　哪種管箱，其管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)當(dāng)滿足這樣的要求：使連接雙程間的流體流</p><p>　　動的橫截面至少大于或等于單管程通過的截面。</p><p>　　管箱主要結(jié)構(gòu)形式有：A 型（平蓋管箱）、B 型（封頭管箱）、C 型 N 型管箱、</p>

125、<p>　　多管程換熱器的介質(zhì)返回管箱、單管程換熱器管箱。B 型（封頭管箱）用于單管</p><p>　　程或多管程管箱，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，適于高壓、清潔介質(zhì)，可省掉一</p><p>　　塊造價高的盲板、法蘭和幾十對螺栓，且橢圓型封頭受力情況要比平端蓋好得多。</p><p>　　因此本設(shè)計選用 B 型封頭管箱，材料取。冷凝器直徑較小，且為二管

126、程，其管箱</p><p>　　最小長度可不按流通面積計算，只考慮相鄰焊縫間距離計算。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　取管箱的長度為 700mm。</p><p>　　3.5.2 管箱內(nèi)的分程隔板</p><p>　　在換熱器中，不論是管外還是管內(nèi)的流體，要提

127、高他們的給熱系數(shù)，通常是</p><p>　　采用設(shè)置隔板的方法來增加程數(shù)以提高流體流速實現(xiàn)其目的。</p><p>　　管箱內(nèi)的分程隔板是用來將管內(nèi)流體分程，“一個管程”意味著流體在管內(nèi)走</p><p>　　一次，根據(jù)所需分的程數(shù)的不同而有不同的組合，但無論怎樣分，都應(yīng)盡量是各</p><p>　　程管子數(shù)目大致相等，隔板形式要簡單，焊縫

128、盡量少，密封長度要短，程與程之</p><p>　　間面積之差不宜過大，溫差以不超過 28℃左右為宜。為使制造、維修和操作方便、</p><p>　　一般采用偶數(shù)管程。隔板的最小厚度如下表 3-3 所示。分程隔板材料應(yīng)與管板材</p><p><b>　　料一致，材料取。</b></p><p><b>　　2

129、0</b></p><p><b>　　公稱直徑 DN</b></p><p>　　表 3-3分程隔板的最小厚度</p><p>　　隔板的最小厚度 mm</p><p>　　碳素鋼及低合金鋼高合金鋼</p><p><b>　　≤600</b></p&

130、gt;<p>　　＞600～≤1200</p><p><b>　?。?200</b></p><p><b>　　8</b></p><p><b>　　10</b></p><p><b>　　14</b></p><

131、p><b>　　6</b></p><p><b>　　8</b></p><p><b>　　10</b></p><p>　　由上表數(shù)字，根據(jù)分程隔板的材料，隔板的厚度選為 8mm。管程隔板與管板</p><p>　　的連接形式如下圖 3-2 所示。</p>

132、;<p>　　圖 3-2管箱隔板與管板的連接形式</p><p><b>　　3.6 墊片的選擇</b></p><p>　　3.6.1 管箱墊片</p><p>　　根據(jù)管程操作條件（循環(huán)水壓力 0.05MPa,溫度 26℃），墊片選用 JB/T4701-2000</p><p>　　的甲型平焊法蘭的石

133、棉橡膠墊。結(jié)構(gòu)尺寸如下圖 3-3 展示，D=554mm，d=510mm。</p><p><b>　　21</b></p><p>　　3.6.2 接管法蘭墊片</p><p>　　圖 3-3墊片結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　管殼程的工作壓力不一樣，根據(jù)管殼程的工作壓力的最高值，墊片選用鋼制</p>&l

134、t;p>　　管法蘭非金屬平墊片 HG20606-1977 全平面墊片。結(jié)構(gòu)尺寸如下表 3-4 所示。</p><p>　　表 3-4接管法蘭尺寸</p><p><b>　　名稱</b></p><p><b>　　管程進(jìn)</b></p><p><b>　　出接管</b&g

135、t;</p><p><b>　　殼程進(jìn)</b></p><p><b>　　口接管</b></p><p><b>　　殼程出</b></p><p><b>　　口接管</b></p><p><b>　　公稱<

136、/b></p><p><b>　　直徑</b></p><p><b>　　DN</b></p><p><b>　　125</b></p><p><b>　　15</b></p><p><b>　　80<

137、;/b></p><p><b>　　墊片</b></p><p><b>　　內(nèi)徑</b></p><p><b>　　D1</b></p><p><b>　　141</b></p><p><b>　　22&l

138、t;/b></p><p><b>　　89</b></p><p><b>　　墊片</b></p><p><b>　　外徑</b></p><p><b>　　D2</b></p><p><b>　　250&

139、lt;/b></p><p><b>　　95</b></p><p><b>　　200</b></p><p><b>　　螺栓</b></p><p><b>　　孔數(shù)</b></p><p><b>　　量

140、n</b></p><p><b>　　8</b></p><p><b>　　4</b></p><p><b>　　8</b></p><p><b>　　22</b></p><p><b>　　螺栓&l

141、t;/b></p><p><b>　　孔直</b></p><p><b>　　徑 L</b></p><p><b>　　18</b></p><p><b>　　14</b></p><p><b>　　18&

142、lt;/b></p><p><b>　　螺栓孔</b></p><p><b>　　中心圓</b></p><p><b>　　直徑 K</b></p><p><b>　　210</b></p><p><b>

143、　　65</b></p><p><b>　　160</b></p><p><b>　　1.5</b></p><p>　　3.7 鞍座選用及安裝位置確定</p><p>　　鞍式支座分為輕型（A 型）、重型(B 型)兩種。根據(jù)工作壓力和筒體的內(nèi)徑，</p><p&

144、gt;　　本設(shè)計鞍座選用 JB/T4712 鞍座重型（B 型）鞍式支座。安裝尺寸如下圖 3-4 所示，</p><p>　　其中 L=7500mm，LB=0.6L=4500mm，lc = lc‘=1500mm</p><p>　　圖 3-4臥式支座位置尺寸</p><p>　　3.8 折流板的布置</p><p>　　3.8.1 折流板結(jié)構(gòu)

145、尺寸</p><p>　　由工藝尺寸知折流板的厚度為：σ=8mm，則外徑</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　3.8.2 折流板距前后管板的最小距離</p><p>　　3.8.2.1 折流板距前管板的距離</p><p>　　殼體物料入口接管中心距管板內(nèi)側(cè)的距離：

146、</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　前端折流板距管板的距離至少為：315+150=465（mm）結(jié)構(gòu)調(diào)整為 500（mm）</p><p>　　3.8.2.2 折流板距后端管板的距離</p><p><b>　　23</b></p><p>