毕业设计（论文）-流量250th双管程固定管板式换热器设计（全套图纸）

摘要摘要 这篇论文主要介绍的是换热器机械计算等相关的设计过程。换热器 是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。换热器在石油、化工等许 多工业生产中占有重要地位，其中固定管板式换热器最为常见。固定管 板式换热器是由两端管板和壳体构成的，由于其结构简单，因此运用比 较广泛。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 换热器在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作 把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷 凝成液体。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等； 也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化 工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设 备的 20%有的甚至高达 30%，占有非常重要的地位。列管式换热器又叫 做管壳式换热器，是一种通用的标准换热器。它具有结构简单、坚固耐 用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，在化工生产中 应用最为广泛。冷热流体分别流经管程、壳程，由于温度不同，热膨胀 程度有所不同，当温度大于 50时，导致设备弯曲、变形，甚至破裂， 此时应考虑热膨胀因数，并设法加以补偿，根据热补偿的方式不同可分 为固定管板式换热器、浮头式换热器、U 型管式换热器、填料函式换热 器、釜式换热器等 1 。20 世纪 20 年代出现板式换热器，并在食品工业中 使用。与代管制成，结构紧凑，传热效果好，从而逐渐发展成为各种形 式的板式换热器。 30 年代初，瑞典首次成螺旋板式换热器。那么英国的 法律体系营造钎焊铜及铜合金由冷却飞机发动机的板翅式换热器制造。 30 年代后期，瑞典创造了纸浆厂第一壳式换热器。在此期间，为了解决 强腐蚀性介质的散热问题，人们的新材料开始关注到热交换器。管壳式 换热器是现如今应用最广的换热设备，它具有较高的可靠性和简单容易 操作性，特别是在较高参数的工作条件下，管壳式换热器更显示了它独 有的长处。在换热器的热流分析中,引入计算机技术,对换热器中介质的复 杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前基于计算机技术的热流分析已经 用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真,以及对 辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。综上所述，随着强 化传热理论的研究，加强管壳式换热器的改进，将高效传热管与壳程强 化传热的支撑结构相结合是今后换热器发展的一个重要方向。综合考虑 各方面因素，生产高质量、低成本的换热器，在推动生产发展的同时， 也会获得较高的经济效益 2 。 本文引用一部分相关参考文献以及各项技术标准，对固定管板式换 热器的结构、强度等进行了系统性的阐述。本设计采用单壳程、双管程， 通过合理的计算，确定它的各项工艺参数，并正确的选择材料，确保它 的安全运行，提高设备的生产效率，降低设备的制造成本。最终完成图 纸的设计任务。 关键词关键词： 换热器; 管板; 壳体; 管箱; 封头 Abstract This writing paper mainly introduces the calculation of heat exchange is mechanical related design process. Heat exchange is parts of the thermal fluid heat transfer to the cold fluid equipment. Heat exchange in the petroleum, chemical industry and many other industrial productions occupies on important position, the fixed tube pate heat exchange is the most common. It is composed of tube sheet and shell on both ends, due to its simple structure, so use more widely. Heat ex changer in the oil industry, chemical industry, light industry, pharmaceuticals, energy and other industrial production, often used as a low temperature fluid heating or cooling high temperature fluid, the liquid into steam or the steam condensed liquid. Heat ex changer can be either a unit equipment, such as heater, cooler and condenser,etc. It can also be a part of the industrial equipment, such as ammonia synthetic towers heat ex changer. Heat ex changer is important in the chemical production unit equipment, according to statistics, the tonnage of heat ex changer accounted for about 20 of the entire process equipment, some even as high as 30, occupies very important position.Shell and tube heat ex changer, also known as tube heat ex changer heat ex changer is a kind of universal standards. It has simple structure, strong and durable, low cost, convenient material widely, cleaning, and the advantages of strong adaptability, the most widely used in chemical production.Cold and hot fluid flows through the tube side and shell side respectively, owing to the different temperature, thermal expansion degree is different, when the temperature is greater than 50 , the lead to equipment bending and deformation, even burst, thermal expansion factor should be considered at this time, and try to compensate, according to the different thermal compensation can be divided into fixed tube plate heat ex changer, floating head heat ex changer, the U tube heat ex changer, the stuffing box type heat ex changer, heat ex changer, etc. In the 1920 s a plate heat ex changer, and used in the food industry. With escrow, compact structure, good heat transfer effect, and gradually developed into various forms of plate heat ex changer. The early 30 s, Swedish into spiral plate heat ex changer for the first time. Britains legal system construction brazing of copper and copper alloy made by the aircraft engine cooling fin heat ex changer. Late 30 s, the Swedish created the pulp mill first heat ex changer. In the meantime, in order to solve the problem of strong corrosive medium heat, people begin to pay close attention to the new material to heat ex changer. Tube and shell heat ex changer is now the most widely used heat exchange equipment, it has high reliability and easy probability, especially under the condition of high parameter of work, tube and shell heat ex changer and more shows its unique advantages. In the heat ex changer heat flow analysis, the introduction of computer technology, the process of the complex flow heat ex changer mediation qualitative to quantitative simulation. The heat flow analysis based on computer technology has been used in natural convection, stripping flow, vibration direct simulation of flow and turbulence heat conduction, and radiation heat transfer, the mechanism of multipurpose flow and viscous flow simulation, etc. To sum up, along with the research achievements on enhancement of heat transfer theory, strengthen the improvement of tube and shell heat ex changer, would transmit the efficient heat pipe heat transfer enhancement and the shell side of the combined support structure is an important direction of the development of the heat ex changer in the future. Considering the factors, the production of high quality and low cost of heat ex changer, in promoting the development of production at the same time, also can obtain higher economic benefits. Part of this paper reference relevant references and technical standard, the structure of fixed tube plate heat exchange, such as strength are systematically described. Through the calculation of aggregate, determine its various process parameters, and the right choice of materials, to ensure its safe operation, improve equipment production efficiency, and reduce the manufacturing cost of the equipment. It is the final drawings of design tasks. Key words: Heat exchange； tube sheet； shell； tube box； head 目 录 第一章 绪论 . 1 1.1 引言 1 1.2 换热器的结构 2 1.3 换热器的类型 3 1.4 换热器强化传热 4 1.5 换热器的发展前景 5 第二章 换热器的工业设计 . 7 2.1 工艺计算 7 2.1.1 设计任务与条件 . 7 2.1.2 换热器类型的确定 . 7 2.1.3 确定物性参数 . 7 2.1.4 传热量与煤油流量计算 . 8 2.1.5 有效平均温差计算 . 8 2.2 计算尺寸 9 2.2.1 管程换热系数计算 . 9 2.2.2 结构的初步设计 . 10 2.2.3 壳程换热系数计算 . 10 2.2.4 传热系数计算 . 11 2.2.5 管壁温度计算 . 11 第三章 换热器零部件的工业结构设计 . 13 3.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定 13 3.2 布管方式的选择 13 3.3 筒体内径的确定 13 3.4 筒体壁厚的确定 14 3.5 封头形式的确定 14 3.6 管箱短节壁厚计算 15 3.7 容器法兰的选择 15 第四章 换热器的强度设计及校核 . 16 4.1 筒体的计算 16 4.2 对于延长部分兼作法兰的管板的计算 17 4.3 假定管板厚度的计算 19 4.4 2 G值的计算 . 20 4.5 法兰厚度的计算 21 4.6 法兰力矩的组合 21 4.6.1 只有壳程设计压力PS,而管程设计压力Pt=0,不计膨胀节变形 差（即 r=0） 21 4.6.2 只有壳程设计压力，而管程设计压力 Pt=0，并且计入膨胀变 形差 . 23 4.6.3 只有管程设计压力 Pt,而壳程设计压力 PS=0，不计膨胀节变 形差 . 24 4.6.4 只有管程设计压力 Pt,而壳程设计压力 PS=0，同时计入膨胀 变形差 . 25 4.6.5 由管板计算厚度来确定管板的实际厚度 . 26 4.7 是否安装膨胀节的确定 26 4.8 折流板尺寸的确定 27 4.9 各管控接管及其法兰的确定 27 4.10 设备法兰的选择 29 4.11 拉杆和定距管的确定 30 4.12 开孔补强计算 31 4.13 筒体管箱耐压试验的应力校核的计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.14 支座的选择及应力校核 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.14.1 支座的选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.14.2 鞍座的应力校核 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 引言引言 换热器又叫做热交换器， 简单来说是具有不同温度的两种或两种以上流体之间传 递热量的设备。在工业生产中，它的主要作用是进行着各种不同的热交换过程，使流 体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。化工生产中所用的换热 器的类型有很多，按热量的传递方式可分为间壁式换热器、直接接触式换热器和蓄热 式换热器，其中间壁式换热器最为常见，而固定管板式换热器就属于间壁式换热器的 一种。 换热器是一种在不同温度下的两个或两个以上的流体之间的热传递材料节能设 备，高温热液转移到低温液体，液体流量调节温度指标，满足使用条件，而且提高了 能源利用的主要是热的；压力容器；水处理设备、化工、石油、近 30 多个行业，共 同构成的产业链 3 。 在化工生产中，所使用的换热器类型很多，可以按照不同的方法分类： 1.按照用途分类：换热器按照用途不同可分为加热器、预热器、冷却器、蒸发器、 再沸器、冷凝器等； 2.按照热量的传递方式分类：换热器按照热量的传递方式不同可分为间壁式换热 器、直接接触式换热器、蓄热式换热器等； 3.按照换热器传热面积的形状和结构分类：换热器按照它的传热面积的形状和结 构可分为管式换热器、板式换热器。其中管式换热器又可分为套管式换热器、蛇管式 换热器、列管式换热器、翅片式换热器；而板式换热器又包括夹套式换热器、平板式 换热器、螺旋板式换热器板翅式换热器、热板式换热器； 热交换器在石油、化工、轻工、医药、能源等工业生产中常用的致冷剂加热或高 温流体冷却，液体汽化的蒸汽或蒸汽凝结。热交换器是化工生产中重要的单元设备热 交换器。根据统计，约占吨整个工程设备 20 %，有的甚至高生产销售 30%占有很重 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 2 要的位置 4 。 目前，发达国家的工业热回收率已达 96 %，热交换器，炼石油设备厂中的全部 工艺设备投资大约 35%至 40%。 该管壳式热交换器仍占绝对优势， 约 70%。 其余 30% 各种高效紧凑式热交换器，新型热管及蓄热器等设备中的曲调，板翅式热管及各种高 效传热元件发展很快。 制造技术和科学水平， 因为一个简单的结构初始热量， 传热面积小， 体积大， 重， 如果蛇管热交换器的限制。制造工艺的发展而逐渐形成的管壳式热交换器，它不仅比 大单位体积的传热面积，传热效果好，很长时间以来，工业生产中热典型变化了。 20 世纪 20 年代出现的板式对于热设备及食品工业中使用。来制造，结构紧凑，传热 效果好，太阳逐渐发展，各种形式的板式对于热器。30 年代初，瑞典首次性螺旋式 板对于热器。英国法律体系造成焊了九里九里合金 by 冷却飞机的引擎和板翅式热交 换器。30 年代后期，瑞典制造纸浆厂第一壳式热交换器。这期间，强腐蚀性介质热 解决问题，人们开始关注新材料到热交换器 5 。 1.2 换热器的结构换热器的结构 换热器一般由壳体、管板、管束、封头、折流挡板等结构组成，其结构简图如下： 固定管道式板对于热器结构特点是壳体中设置有管束， 管束两端焊接或胀方法不 能管固定管的两端管板上直接焊接在外壳壳体材料进出口管理直接焊在壳体上板外 部原州凸缘螺钉与封头，封头材料进出口管理直接焊在 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 3 管内管长度随热交换器，桌子，设置若干块折流板。这种热交换器管有一定的间 隔距离。 多圆柱壳体和内部管束， 管束两端管板上固定在管道中的流动两热和冷的热交换 流体的管道流体；其他一流管出现了机侧流体，流体导热系数的管理。安装在所述壳 体一般几板流体的外壳。 快门速度提高了流体中射束的各种风景， 增强流体湍流程度。 辖管的折流板设置等边三角形或正方形布置的更加紧凑，管外流体的湍流，传热系数 高等边三角形；不管外，容易清洁，方便的时候方应用流体 6 。 1.3 换热器的类型换热器的类型 列管式换热器又叫做管壳式换热器， 是一种通用的标准换热器。 它具有结构简单、 坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，在化工生产中应用最 为广泛。 冷热流体分别流经管程、壳程，由于温度不同，热膨胀程度有所不同，当温度大 于 50时，导致设备弯曲、变形，甚至破裂，此时应考虑热膨胀因数，并设法加以 补偿，根据热补偿的方式不同可分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U 型管式换 热器、填料函式换热器、釜式换热器等。 1.固定管板换热器的管板和壳体的两端成一体，结构简单，但只适用于冷热流体 和壳式换热器温差小操作，无机械清洗时间。当外壳与压力之间的温度差不稍微高， 弹性补偿环安装在壳体，以减少热应力上。 2.浮头式换热器的换热管在管板的一端可以是自由浮动的，完全消除了热应力; 并且整个束可从壳体中移除，以促进机械清洁和保养。广泛使用式换热器，但结构较 复杂，成本较高。 3.U 型管换热器管是每个弯曲成 U 形管两端分别固定于下两个领域相同的电路 板，由舱壁成进出口商会内管的手段。这样的热交换器被完全消除应力，浮动磁头结 构较简单，容易清洗。 4.填料函式换热器的结构特点是管板只有一端与壳体固定，另一端采用填料函密 封。管束可以自由伸缩，不会产生温差应力。该换热器的优点是结构较浮头式简单， 造价低，管束可以从壳体内抽出，管、壳均能清洗。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 4 5.釜式换热器的结构特点是壳体上部设置蒸发空间。管束可以为固定管板式、浮 头式或 U 型管式。釜式换热器清洗方便，并能承受高压、高温，适用于液体沸腾汽 的场合 7 。 1.4 换热器强化传热换热器强化传热 热的腐蚀性化学品生产流体，需要使用陶瓷，玻璃，聚四氟乙烯，石墨和管壳式 换热器的其它非金属材料制成。这类换热器的性能差，仅对于低压力，振动，温度低 的应用程序。 热和冷的热交换流体，根据以下原则来选择通道：不洁应该去易结垢流体管，因为 管清洗更方便; 腐蚀性流体宜走管，使管束与壳体而腐蚀; 高流体压力管应该去， 以避免在压力下的情况; 应的饱和蒸汽， 蒸汽冷凝传热系数的壳由于流速是独立的， 且易于冷凝液排出; 如果两种流体大的固定管板式换热器的选择，之间的温差应使 流体的传热系数去大壳，以减少热应力。 那墙两端自热系数大时（热交换器之间的液体，气体黏度小）尽量减少低热阻侧 的传热系数。如果在热管系数很小，雄性可以使用。（低翅片管）流体，传热面积， 流管外侧增加，降低了热阻。如果管导热系数小的设置是铁，螺旋线圈及其他添加剂 中管，内管扰动，强化传热，当然，还有那流体流动电阻增大。 换热器传热强化通常使用的手段包括三类：扩展传热面积（F）；加大传热温差t； 提高传热系数（K）。 扩展传热面积 F 扩展传热面积是增加传热效果使用最多、最简单的一种方法。在扩展换热器传热 面积的过程中， 如果简单的通过单一地扩大设备体积来增加传热面积或增加设备台数 来增强传热量，不光需要增加设备投资，设备占地面积大、同时，对传热效果的增强 作用也不明显，这种方法现在已经淘汰。现在使用最多的是通过合理地提高设备单位 体积的传热面积来达到增强传热效果的目的， 如在换热器上大量使用单位体积传热面 积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等材料，通过这些材料的使用，单台设备的 单位体积的传热面积会明显提高，充分达到换热设备高效、紧凑的目的。 加大传热温差t 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 5 加大换热器传热温差t是加强换热器换热效果常用的措施之一。在换热器使用 过程中，提高辐射采暖板管内蒸汽的压力，提高热水采暖的热水温度，冷凝器冷却水 用温度较低的深井水代替自来水，空气冷却器中降低冷却水的温度等，都可以直接增 加换热器传热温差t。但是，增加换热器传热温差t是有一定限度的，我们不能把 它作为增强换热器传热效果最主要的手段， 使用过程中我们应该考虑到实际工艺或设 备条件上是否允许。例如，我们在提高辐射采暖板的蒸汽温度过程中，不能超过辐射 采暖允许的辐射强度，辐射采暖板蒸汽温度的增加实际上是一种受限制的增加，依靠 增加换热器传热温差t只能有限度的提高换热器换热效果；同时，我们应该认识到， 传热温差的增大将使整个热力系统的不可逆性增加， 降低了热力系统的可用性。 所以， 不能一味追求传热温差的增加，而应兼顾整个热力系统的能量合理使用。 3.提高传热系数 K 增强换热器传热效果最积极的措施就是设法提高设备的传热系数（K）。 换热器传热系数（K）的大小实际上是由传热过程总热阻的大小来决定，换热器传热 过程中的总热阻越大，换热器传热系数（K）值也就越低；换热器传热系数（K）值 越低，换热器传热效果也就越差。换热器在使用过程中，其总热阻是各项分热阻的叠 加，所以要改变传热系数就必须分析传热过程的每一项分热阻。如何控制换热器传热 过程的每一项分热阻是决定换热器传热系数的关键。 上述三方面增强传热效果的方法 在换热器都或多或少的获得了使用， 但是由于扩展传热面积及加大传热温差常常受到 场地、设备、资金、效果的限制，不可能无限制的增强，所以，当前换热器强化传热 的研究主要方向就是：如何通过控制换热器传热系数（K）值来提高换热器强化传热 的效果。我们现在使用最多的提高换热器传热系数（K）值的技术就是：在换热器换 热管中加扰流子添加物，通过扰流子添加物的作用，使换热器传热过程的分热阻大大 的降低，并且最终来达到提高换热器传热系数（K）值的目的 8 。 1.5 换热器的发展前景换热器的发展前景 管壳式换热器是现如今应用最广的换热设备， 它具有较高的可靠性和简单容易操作 性，特别是在较高参数的工作条件下，管壳式换热器更显示了它独有的长处。在换热 器的热流分析中,引入计算机技术,对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 绪论 6 真。目前基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传 导等的直接模拟仿真,以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在 此基础上,在换热器的模型设计和设计开发中,利用 CFD 的分析结果和相对应的模型 实验数据,使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计。 因此，根据传热理论研究、管壳式热交换器的改善强化管和高效地将自热壳加强自热 支撑结构相结合的热交换器向前发展的重要方向。 综合各方面因素考虑， 生产高质量、 低成本的热交换器生产发展同时也推动的经济利益 9 。 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器的工业设计 7 第二章 换热器的工业设计 2.1 工艺计算工艺计算 2.1.1 设计任务与条件设计任务与条件 换热器的设计条件如表 2- 1 所示。 表 2- 1 设计条件 2.1.2 换热器类型的确定换热器类型的确定 管程水定性温度: t=（170+100）=135 壳程煤油定性温度： T=（20+80）=50 两种流体的定性温度差： T- t=135- 50=85 由以上条件可知，管程与壳程流体的定性温度差大于 50，可能会引起很大的 内应力，需要在壳体上设置膨胀节，因此首先考虑选用固定管板式换热器。另外，由 于固定管板式换热器结构简单、紧凑，造价低廉，适应性强，管内便于清洗等诸多优 点，使它成为不二选择。 2.1.3 确定物性参数确定物性参数 查物性表可得： 50时 水的密度： 1 =9.881 / 3 m 流量 Kg/h 温度 压力(MP) 程数 进口 出口 管程 250000 20 80 1.7 2 壳程 170 100 2.1 1 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器的工业设计 8 水的比热： 1p C =4.174 KJ/（kg.k) 水的导热系数： 1 =0.647 W/(m.k) 水的粘度： 1=5.49410 4- Pa.s 水的普朗特数： Pr1=3.54 135时 煤油的密度： 2 =0.736 kg/ 3 m 煤油的比热： 2 Cp=2.58 KJ/(kg.k) 煤油的导热系数： 2 =0.0965 W/(m.k) 煤油的粘度： 2=0.390 Pa.s 2.1.4 传热量与煤油流量计算传热量与煤油流量计算 传热量： 取定换热效率： 98 . 0 = 设计传热量： Q=）（ 2111 CGtt p =2500004.174（80- 20） =1.704383333 7 10 W （2- 1） 由 =）（ 2122 T-TCGQ p 导出煤油流量 2 G ，得 = ）（ 212 2 T-TC Q G p = 98 . 0 100-17058 . 2 10704383333 . 1 7 ）（ =96299.37246 kg/h 2.1.5 有效平均温差计算有效平均温差计算 有效平均温度： ）（ ）（）（ 12 21 1221 ln - Tt Tt TtTt tN = ）（ ）（）（ 170-80 100-20 ln 170-80-100-20 =84.9 （2- 2） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器的工业设计 9 参数 P： P= 11 12 tT tt = 20-170 20-80 =0.4 （2- 3） 参数 R： R= 12 21 tt TT = 20-80 100-170 =1.167 （2- 4） 换热器按单壳程双管程设计，查图表 10 得： 温差校正系数： =0.75 有效平均温差： m t= N t=0.7584.9=63.675 （2- 5） 2.2 计算尺寸计算尺寸 2.2.1 管程换热系数计算管程换热系数计算 查图表 11 可得： 初选传热系数： 0 K =600 W/m. 则初选传热面积为： mn n tK Q =F= 675.63600 10704383333 . 1 7 =446.12 （2- 6） 选用5 . 225不锈钢的无缝钢管做换热管，则 管子外径： 0 d =0.025 m 管子内径： i d =0.02 m 管子长度： l=6 m 则所需换热器根数： t N = l 0 0 d F = 6025 . 0 14 . 3 12.446 =947.18=948 （2- 7） 可取换热管根数为： 948 根 则管程流通面积为： 1 a = 2 22 i t d N = 2 02 . 0 4 14 . 3 2 948 =0.149 （2- 8） 管程流速： 1 w = 3600 11 1 a G = 3600149 . 0 996.987 250000 =0.472 m/s （2- 9） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器的工业设计 10 管程雷诺数： 1 Re = 1 11 i dw = 3- 105465 . 0 02 . 0 472 . 0 996.987 =17066 （2- 10） 管程传热系： 1 = 4 . 0 8 . 0 1 100 015 . 0 13605 ）（ ）（ i d wt + =2620 （2- 11） 2.2.2 结构的初步设计结构的初步设计 查 GB- 1999 知管间距按 1.25 0 d 取 管间距： s=0.032 m 管束中心排管数： c N =1.1 t N =1.1948=33根 （2- 12） 则壳体内径： i D =）（1N c s+ 0 4d =0.032 （33- 1） +40.025=1.124 m （2- 13） 取整为： i D =1.1 m 则长径比： i D l = 1 . 1 6 =5.45 合理 折流板选择弓形折流板 弓形折流板的弓高： h=0.2 i D =0.21.1=0.22 m （2- 14） 折流板间距： B= 3 Di =0.367 m （2- 15） 折流板数为： B n = B l - 1= 367 . 0 6 - 1=15 块 （2- 16） 2.2.3 壳程换热系数计算壳程换热系数计算 壳程流通面积： 2 f =）（ s d i 0 -1DB=）（ 032 . 0 025 . 0 -11 . 1367 . 0 =0.0883 （2- 17） 壳程流速为： 2 = 22 2 G f = 36000883 . 0 736 37.96299 =0.412 m/s （2- 18） 壳程质量流量为： 2 W = 22 =7360.412=303.232 kg/sm 2 （2- 19） 壳程当量直径为：de= 0 2 0 2 1 -D dN dN t t = 025 . 0 948 025 . 0 948-1 . 1 22 =0.026 m （2- 20） 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器的工业设计 11 壳程雷诺数： 2 Re = 2 22 e d = 3- 1039 . 0 026 . 0 412 . 0 736 =20215 （2- 21） 切去弓形面积所占比例按 i D h = 1 . 1 22 . 0 =0.2 壳程传热因子： e d l = 026 . 0 6 =230.76 得 s J =125 （2- 22） 管外壁温度假定值： 1w t=40 壁温下水的粘度： w =0.62 3- 10 sPa 粘度修正系数： 2 = 14. 0 2 ）（ = 14 . 0 62 . 0 39 . 0 ）（=0.937 （2- 23） 壳程换热系数为： 2 = 2 3 1 2 P s e J d r =937 . 0 125 026 . 0 1 . 160965 . 0 3 1 =1097 （2- 24） 2.2.4 传热系数计算传热系数计算 查 GB- 1999 可知 管程水污垢热阻： 1 r =0.000176 w/ 2 m 壳程油侧污垢热阻： 2 r =0.000172 w/ 2 m 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可忽略不计 可以算出总传热系数： i k = ii d d d d rr + 1 00 12 2 1 1 =665.6 （2- 25） 则传热面积比为： 0 k ki = 600 6 . 665 =1.109 合理 2.2.5 管壁温度计算管壁温度计算 管外壁热流密度计算： 2 q = ld t 0 0 N Q 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器的工业设计 12 = 6025 . 0 14 . 3 948 17043833 =38165 w/ 2 m （2- 26） 管外壁温度： 2w t=t-）（ 2 2 2 1 rq+ =39.4 （2- 27） 误差校核： 2w t- 2w t=39.4- 40= - 0.6 误差不大，合适 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器零部件的工业结构设计 13 第三章 换热器零部件的工业结构设计 3.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定换热管材料及规格的选择和根数的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 换热管材料 20# 2 换热管规格 mm 252.56000 3 传热面积 A m 2 A=Q/ m Kt 446 4 换热管根数 N 根 N=A/3.14dL 948 3.2 布管方式的选择布管方式的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和数据计算 数值 1 转角正三角 形 GB151-1999 图 11 2 换热管中心 距 S mm GB151-1999 表 12 32 3 隔板槽两侧 相邻管中心 距 Sn mm GB151-1999 表 12 44 3.3 筒体内径的确定筒体内径的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 换热管中心 距 S mm GB151-1999 表 12 32 2 换热管根数 t N 根 t N=A/3.14dL 948 3 管束中心排 管根数 c N 根 c N=1.1Nt 33 4 换热管外径 0 d mm 25 5 到壳体内壁 最短距离 3 b mm 3 b=0.25 0 d 6.25 6 布管限定圆 直径 L d mm L d= i d-2 3 b 1143.5 7 筒体内径 i d mm i d=s（ c N-1）+4 e d 1128 8 实取筒体公 称直径 D mm JB/T4737-95 1200 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器零部件的工艺结构设计 14 3.4 筒体壁厚的确定筒体壁厚的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 c P MPa c P=1.1 2 P 2.31 2 筒体内径 i d mm 见三-8 1200 3 筒体材料 20R 4 设计温度下 筒体材料的 许用应力 t MPa GB150-98 150 5 焊接接头系 数 0.85 6 筒体设计厚 度 mm = c t ic P D 2 P 10.1 7 腐蚀裕量 C2 mm 2 8 负偏差 C1 mm 0 9 设计厚度 d mm d =+ C2 12.1 10 名义厚度 n mm GB151-1999 项目 5.3.2 14 3.5 封头形式的确定封头形式的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 封头内径 Di mm 1200 2 计算压力 c P MPa c P=1.1 1 P 1.87 3 焊接接头系 数 0.85 4 设计温度下 许用压力 t MPa GB151-1999 项目 5.3.2 150 5 标准椭圆封 头计算厚度 mm = c t ic P DP 5 . 02 10 6 腐蚀裕量 C2 mm 2 7 负偏差 C1 mm 0 8 设计厚度 d mm d =+C2 12 9 名义厚度 n mm GB151-1999 项目 5.3.2 14 10 直边高度 h mm JB/T4737-95 40 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器零部件的工艺结构设计 15 3.6 管箱短节壁厚计算管箱短节壁厚计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 c P MPa c P=1.1 2 P 2.31 2 管箱内径 i d mm 1200 3 管箱材料 20R 4 设计温度下 许用应力 t MPa GB150-98 150 5 管箱计算厚 度 mm = c t ic P dP 2 11 6 焊接接头系 数 mm 0.85 7 腐蚀裕量 C2 mm 2 8 负偏差 C1 mm 0 9 设计厚度 d mm d =+ C2 13 10 名义厚度 n GB151-1999 项目 5.3.2 14 3.7 容器法兰的选择容器法兰的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 法兰类型 长颈对焊法兰 JB/T4703-2000 PN=2.5MPa 2 法兰外径 0 d mm JB/T4703-2000 1395 3 螺栓中心圆 直径 i d mm JB/T4703-2000 1340 4 法兰公称直 径 n d mm JB/T4703-2000 1200 5 法兰材料 16MnR 6 垫片类型 JB/T4703-2000 PN=2.5MPa 7 垫片材料 GB/T3985-1995 8 垫片公称直 径 n d mm JB/T4704-2000 1200 9 垫片外径 0 D mm JB/T4704-2000 1275 10 垫片内径 D mm JB/T4704-2000 1225 11 法兰厚度 mm JB/T4704-2000 85 12 垫片厚度 1 mm JB/T4704-2000 3 13 螺栓规格及 数量 248M27 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 致谢 16 第四章 换热器的强度设计及校核 4.1 筒体的计算筒体的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 筒体内径 i d mm 1200 2 筒体内径横截面 积 A mm 2 A= 4 2 i D 949850 3 筒体厚度 s mm 14 4 圆筒内壳壁金属 截面积 s A mm 2 s A=）（ sis D+ 48971.44 5 管子金属总截面 积 a n mm 2 a n=）（ tt dn 156315 6 换热管根数 N 948 7 换热管外径 D mm 25 8 换热管壁厚 t mm 2.5 9 换热管材料的弹 性模量 t E MPa GB150-1998 表 F5 182000 10 换热管有效长度 L mm 5