化工原理課程設(shè)計(jì)__換熱器

1、一、設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)二、確定設(shè)計(jì)方案2.1 選擇換熱器的類型本設(shè)計(jì)中空氣壓縮機(jī)的后冷卻器選用帶有折流擋板的固定管板式換熱器，這種 換熱器適用于下列情況：溫差不大；溫差較大但是殼程壓力較??；殼程不易 結(jié)構(gòu)或能化學(xué)清洗。本次設(shè)計(jì)條件滿足第種情況。另外，固定管板式換熱器具有 單位體積傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固，傳熱效果好，而且能用多種材料制造，適 用性較強(qiáng)，操作彈性大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，且適用于高溫、高壓的大型裝置中。采用折流擋板，可使作為冷卻劑的水容易形成湍流，可以提高對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯?數(shù)，提高傳熱效率。本設(shè)計(jì)中的固定管板式換熱器采用的材料為鋼管 (20R鋼)。2.2 流動(dòng)方向及流速的確定本冷卻

2、器的管程走壓縮后的熱空氣，殼程走冷卻水。熱空氣和冷卻水逆向流動(dòng)換熱。根據(jù)的原則有：(1)因?yàn)闊峥諝獾牟僮鲏毫_(dá)到I.IMpa,而冷卻水的操作壓力取0.3Mpa,如果熱 空氣走管內(nèi)可以避免殼體受壓，可節(jié)省殼程金屬消耗量；(2)對(duì)于剛性結(jié)構(gòu)的換熱器，若兩流體的的溫度差較大，對(duì)流傳熱系數(shù)較大者宜走 管間，因壁面溫度與對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大的流體溫度相近，可以減少熱應(yīng)力，防止 把管子壓彎或把管子從管板處拉脫。(3)熱空氣走管內(nèi)，可以提高熱空氣流速增大其對(duì)流傳熱系數(shù)，因?yàn)楣軆?nèi)截面積通 常比管間小，而且管束易于采用多管程以增大流速。查閱化工原理(上)P201表49可得至熱空氣的流速范圍為530ms-1; 冷卻

3、水的流速范圍為0.2 1.5m s-1。本設(shè)計(jì)中，假設(shè)熱空氣的流速為 8m s-1,然 后進(jìn)行計(jì)算校核。2.3 安裝方式冷卻器是小型冷卻器，采用臥式較適宜?？諝饪諝狻⒃O(shè)計(jì)條件及主要物性參數(shù)3.1 設(shè)計(jì)條件 由設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)可得設(shè)計(jì)條件如下表:體積流量進(jìn)口溫度出口溫操作壓設(shè)計(jì)壓（標(biāo)準(zhǔn)(C)度力力m3/min )(C)(Mp3(Mpa空氣（管內(nèi)）15148421.11.2冷卻水（管一25330.30.4外）注：要求設(shè)計(jì)的冷卻器在規(guī)定壓力下操作安全，必須使設(shè)計(jì)壓力比最大操作壓力略大，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)壓力比最大操作壓力大0.1MPa3.2 確定主要物性數(shù)據(jù)3.2.1 定性溫度的確定可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。

4、管程氣體的定性溫度為148 422=95 C殼程水的定性溫度為t =2532923.2.2 流體有關(guān)物性數(shù)據(jù)根據(jù)由上面兩個(gè)定性溫度數(shù)據(jù)，查閱化工原理(上)P243的附錄六：干空氣的物理性質(zhì)(101.33kPa)和P244的附錄七：水的物理性質(zhì)。運(yùn)用內(nèi)插法(公式 為V = Vb +(ya Tb)/(ta -tbKCavg -tb ),可得殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。空氣在95C, 1.2MPa下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下:密度p i，.，3、(kg/m)定壓比熱容CpikJ/( kgC)粘度陰(Pa- s)導(dǎo)熱系數(shù)入i-1一 -1 .(W- m - C )空氣 11.361.0092.17 X 10-

5、50.0317水在29c的物性數(shù)據(jù)如下:定壓比熱容密度P 0導(dǎo)熱系數(shù)入。Cpo(kg/m3)(Pa- s)(VW- m-1 C-1)kJ/( kgC)996.04.175一 一一-48.21 X 100.0601注：空氣的物性受壓力影響較大，而水的物性受壓力影響不大?？諝饷芏刃Ｕ?，由化工原理實(shí)驗(yàn)P31,公式2-36得:p i = 1.293 土73-= 1.293 x(1.2MPa/101.33kPa) x 273/(273+95) = 11.36kg m3 P 273 T四、傳熱過(guò)程工藝計(jì)算4.1 估算傳熱面積4.1.1 熱流量空氣的質(zhì)量流量為 m=60V' A(0 C ,1atm)

6、 =60X 83x 1.293=6439.14kg/h根據(jù)流體力學(xué)(上)P177,公式(4-109),熱流量為Q=mCpi(T1 T2)=6439.14 X 1.0 09 X ( 148 42)=6.887 X 105kJ/h=1.913 X105W4.1.2 平均傳熱溫差根據(jù)傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P15,公式1-11 ,tm = (T1 -t2)一(T2 -tl)=A(0 C,1atm)=51.26 Cm lnjT2 t14.1.3 傳熱面積由于管程氣體壓力較高，故可選較大的總傳熱系數(shù)。初步設(shè)定設(shè)K =200Wm2 - C 二根據(jù)傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P14,公式1-2,則估算的傳熱面積為Qi1

7、91300218.66 mKi."：tm200 51.264.1.4 冷卻水用量根據(jù)傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P15,公式1-8mo=Q6.887 105Cpo(t2-t1)4.175m(33-25=20620 kg/h4.2主體構(gòu)件的工藝結(jié)構(gòu)尺寸4.2.1 管徑和管內(nèi)流速選用0 25X 2.5mm的傳熱管(碳鋼管)；由傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P7表1 3得管殼式換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)，可設(shè)空氣流速u=8m/s,用Ui計(jì)算傳熱膜系數(shù)，然后進(jìn)行校核。4.2.2 管程數(shù)和傳熱管數(shù)依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P62,公式3-9可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)ns",2 一 di

8、 Ui6439.14/(11.36 360。0.785 0.0202 8= 63(根)按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為L(zhǎng)=金二 dm18.663.14 0.020 63=4.72 ml =3m則該換按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過(guò)長(zhǎng)，宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長(zhǎng) 熱器管程數(shù)為N=L/l =4.72/3 =2 (管程)傳熱管總根數(shù)N=63X 2=126 (根)。單根傳熱管質(zhì)量 m = P鋼即d06 =7850X 3X3.14 x 0.0225 X0.0025=4.16kg4.2.3 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P63,公式3-13a和3-13b ,平均傳熱溫差校正系數(shù)R= TLZ

9、TL= =13.25t2 -'3P=旦二kTi _ti33-25148-25= 0.065依傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P16,公式3-13 , 溫度校正系數(shù)為2ln -.riR_x 1 二 PRR -1 ln2-P(1+R-v'R2 +1)2 -P(1 R 、R2 1),2ln 1-0.065=53.252 +1 /.10.065x13.25=0.93113.25 -1ln 2 0.065(1 十 13.25 ，13.252 +1)2 -0.065(1 13.2513.252 1)依傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P16,公式3-14, 平均傳熱溫差校正為tm=cPaX/tm =51.26 X0

10、.931=47.72( C)由于平均傳熱溫差校正系數(shù)大于 0.8 ,同時(shí)殼程流體流量較大，故取單殼程合適4.2.4 傳熱管的排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。其 中，每程內(nèi)的正三角形排列，其優(yōu)點(diǎn)為管板強(qiáng)度高，流體走短路的機(jī)會(huì)少，且管外 流體擾動(dòng)較大，因而對(duì)流傳熱系數(shù)較高，相同的殼程內(nèi)可排列更多的管子。查熱 交換器原理與設(shè)計(jì)P46,表2-3管間距，取管間距：t =32mm由化工原理上冊(cè)P278,公式4-123,得橫過(guò)管束中心線的管數(shù)為由化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) P67,公式3-16,正三角形排列ne =1.1>/n =1.1 x %6 y 1

11、3 根隔板中心到離其最近一排管中心距離S=t/2+6=32/2+6=22 mm取各程相鄰管的管心距為44mm4.2.5 殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率刀=0.7,由流體力學(xué)與傳熱P206,公式4-115,得殼體內(nèi)徑為D=1.05t。而= 1.05 X 32x J126/0.7 =450.8 mm,查閱化工原理(上)P275,附錄二十三：熱交換器，取 D=450mm4.2.6 折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%則切去的圓缺高度為 h=0.25 X450=112.5mrm 故可取 h=110mm取折流板間距 B=0.4D,則 B=0.4X450=180 mm取板間距

12、H= 150mm則：+匚法1匕米Zr k, 傳熱管長(zhǎng) / 3000/ .c 44t折流板數(shù) N=sT= 1 = 19塊 折流板間距150折流板圓缺面水平裝配。4.3換熱器主要傳熱參數(shù)核算4.3.1 熱量核算(1)殼程對(duì)流傳熱系數(shù)對(duì)于圓缺形折流板，可采用克恩公式。由流體力學(xué)與傳熱P164,公式4-60、4-61 ,得ho=0.36 Re0.55 Pr1/3()0.14 d eM w其中：當(dāng)水做冷卻劑時(shí)，粘度校正為(人)0.14 = 1.05 M w當(dāng)量直徑，管子為正三角形排列時(shí)，依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P72, 公式3-22得4亭- N2)冗do4龍h0.0322 -X0.0252)=24=

13、 0.0202m3.14 0.025器)=0.0148 m2殼程流通截面積，由流體力學(xué)與傳熱P164,公式4-62,得So=BD（1-；）=0.15 X0.45 X （1 殼程冷卻水的流速及其雷諾數(shù)分別為uo= Vo = 20620/(3600 996-0) = 0.389 m/s So0.0148Re = PoUode = 996.0M0.389M0.0202 = 9532 73Mo0.000821普朗特準(zhǔn)數(shù)（ 傳熱傳質(zhì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P26,公式1-43）Pr = Cpo- = 4175 M 0.000821 =57 030.0601因此，殼程水的傳熱膜系數(shù)ho為,_0.601r rc0.55

14、 一 c c "30.14ho=0.369532.7357.031.050.0202=6408.1W/(m2 - C)（2）管程對(duì)流傳熱系數(shù)由流體力學(xué)與傳熱P158,公式4-52a、4-52b ,得hi=0.023Re°.8Pr0.3 di其中:管程流通截面積S=-i2n 3.14 0.022=x等=0.0198 m2管程空氣的流速及其雷諾數(shù)分別為Ui =至咨1”典11竺)=7.95 m/sSi0.0198r piuidi = 11.36父 7.9*02 = 8.32 3 69 x 104 山2.17x10普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr=* = 1009 2.17 上=0.691i0.03

15、172°=281.74W/(m - C)因此，管程空氣的傳熱膜系數(shù)hi為hi=0.023 x 83236.90.8 X 0.691 0.3 X °3170.02(3)基于管內(nèi)表面積的總傳熱系數(shù)K查閱化工原理(上)P365,附錄22,得冷卻水側(cè)的熱阻Ro = 0.000172m C - W熱空氣側(cè)的熱阻 R= 0.000344m2 C W鋼的導(dǎo)熱系數(shù)入=45W- m1 , C-1因此，依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P71,公式3-21=+ Rsi + -bd- + -d- + Rso 支Kihi' dmhododo=+ 0.000344 + 0.002*0.02 +02

16、281.7445 0.02256408.10.025+ 0.000172 x -02-0.025解得:Ki = 237.80W/(m2 C)此計(jì)算值與前面的初設(shè)值 K ' =200W/(m C )的關(guān)系：旦=空迪=1.189Ki 200 一 一一 、一 、一 一 、一 、一一 一一 、一 、 一一 一一 、一 、一 一 滿足換熱器設(shè)計(jì)所要求的Ki/Ki =1.151.25的范圍，初選的換熱器合適c傳熱面積依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P75,公式3-35: Q=KiStm得:S = Q/( Ki Atm) =191300/ (237.80X51.26) = 15.69 m2該換熱器的實(shí)際

17、傳熱面積Sp2Sp=ndjn =3.14 x 0.02 x 3X 126=23.74 m依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P76,公式3-36該換熱器的面積裕度為H = Sp - Si 100% = 23.74 -15.69 100% =22.74%Si15.69傳熱面積裕度超出要求的15%-20%勺范圍，故需減少管數(shù)，取管數(shù) n=100, 則實(shí)際傳熱面積 2Sp=ndiln =3.14 X 0.02 x 3X 100= 18.84m面積裕度為 Sp - Si c， 18.84 -15.69H = - 100%= 100% =17.84%Si15.69處于要求的15%-20%勺范圍內(nèi)，該換熱器符合實(shí)

18、際生產(chǎn)要求。4.3.2壁溫核算因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P77,公式3-42計(jì)算。該換熱器用自來(lái)水作為冷卻水，設(shè)定冷卻水進(jìn)口溫度為25 C,出口溫度為33c來(lái)計(jì)算傳熱管壁溫。由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會(huì)使傳熱管壁 溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作早期，污垢熱阻較小，殼體和傳 熱管間壁溫差可能較大。計(jì)算中，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(jì)算傳熱管壁溫。于是按式3-42有式中，液體的平均溫度tm和氣體的平均溫度Tm分別按化工單元過(guò)程及設(shè)備課 程設(shè)計(jì)P77,公式3-44、3-45計(jì)算t m=0.4 X 33+0.6 乂 2

19、5=28.2 CTm=0.5 X (148+42) =95 C 20 .hc=ho=6408.10W/(m C)2-hh=hi=281.74W/(m C)傳熱管平均壁溫t95/ 6408.10 +28.2/281.74 =310 qw-1/6408.10 1/ 281.74殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即 T=28.2 C殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為t= 31.0 28.2=2.8 C該溫差不大，故不需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。4.3.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力(壓降)(1)管程流動(dòng)阻力依化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P78,公式3-473-49可得管內(nèi)流體：Re=83236.9<105由柏拉

20、休斯公式：入0.31640.3164i =i0.250.25Re 83236.90.0186直管部分的壓降: p1二 1 i -L di2Uir27 952rc 、=0.0186 12.51 =735.32Pa0.022熱空氣在冷卻器內(nèi)流動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)兩次突然擴(kuò)大與兩次突然縮小，所以，=0.5+1+0.5+1 =3彎管回路中的壓降: P2= ,二2Ui7 952- 八八 一9 =3 x 75- x 11.36 =1076.97Pa2總壓降：EA pi =(A pi+Ap2)FtNSNP= (735.32+1076.97) X 1.5 X 1 X2= 5436.87Pa<9800Pa (符合設(shè)

21、計(jì)要求)其中，F(xiàn)t為結(jié)垢校正系數(shù)，取1.5;N為串聯(lián)殼程數(shù)，取1; M為管程數(shù)，取2。殼程阻力:由傳熱力學(xué)與傳熱P209,公式4-121、4-122,得:流體橫過(guò)管束的壓降：一 2 p尸F(xiàn)f°nc(NB+1)u2其中：F=0.5fo=5.0 X (9532.73) -0.228 =0.619nc=10N=12 uo=0.389 m/s pi=0.5 X0.619 x 10X (12+1) x (996.0 x 0.3892)/2 =3032.02Pa p2=NB (3.5 - 2B D= 12X(3.5竺015)x (996.0 x0.389 2)/2 =3164.36Pa0.45總

22、壓降：EAp o= ( 0 + p2)FsNs=(3032.02 + 3164.36) X 1.15 XI= 6671.03Pa<9810Pa (符合設(shè)計(jì)要求)其中，F(xiàn)s為殼程壓強(qiáng)降的校正系數(shù)，對(duì)于液體取1.15;Ns為串聯(lián)的殼程數(shù)，取1。五、主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)計(jì)算及選型5.1 殼體5.1.1 殼體直徑根據(jù)前面的工藝計(jì)算，本次設(shè)計(jì)采用的換熱器殼體內(nèi)徑D = 450mm查閱結(jié)構(gòu)與零部件(上)P123,表1-1-86的無(wú)縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱直徑，本次采用公稱直徑為 DN= 450m忻8mm勺殼體，則Do = 466mm D=450mm5.1.2 殼體壁厚查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P126,表9-

23、3,采用Q235-A.F鋼板(GB3274),其中 鋼密度=7850kg - m3由R=0.3MPa D = 500mm再查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) P124,表9-6,對(duì)殼體與管板采用單面焊，當(dāng)全部無(wú)損探傷時(shí)，焊接接頭系數(shù)4=0.9。查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P124,表9-4碳素鋼、普通低合金鋼板許用應(yīng)力,得：<T=113MPa (rs=235MPaPoDi2二:It -Po0.3 0.452 113 0.9 -0.3= 0.66(mm)查閱化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)P127,表9-10鋼板厚度負(fù)偏差，取 G = 0.8mm C2=1mm 圓整后：S n=0.66+0.8+1 +8(mm)5.1.3 水壓

24、校核由過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)P193,公式( 4-88) , (4-89),得:= 18.15MPa而 0.9 ©(rs=0.9 X0.9 X235=190.35MPa因?yàn)椤 <0.9 d皿，所以水壓試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度足夠。5.1.4 殼體質(zhì)量殼體長(zhǎng)度=2.914m質(zhì)量=7850X 2.914 X 3.14 X (0.4662 0.4502) /4=263.17kg注：個(gè)別數(shù)據(jù)來(lái)源于后續(xù)步驟。詳見(jiàn)附圖。5.2 管板5.2.1 管板參數(shù)根據(jù)殼體內(nèi)徑尺寸，查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P161,表1-6-9管板尺寸表，由于沒(méi)有適合本次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)管板，根據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)得管板相關(guān)參數(shù)。具體參數(shù)列于下表：管板參數(shù)(管

25、板按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì))參數(shù)名稱參數(shù)值管板直徑Da/mm450管板外徑D/mm管板厚度ba/mm螺栓孔直徑d2/mm螺栓規(guī)格螺栓數(shù)量nJ個(gè)螺栓孔高度bf/mm管板螺栓孔間距D/mm管板法蘭直徑D/mm管板螺栓內(nèi)側(cè)邊間距D4/mm管孔直徑di/mm管孔數(shù)/個(gè)換熱管外伸長(zhǎng)度/mm管板體積/m35653818M16X 8012285305654871910050.00591管板質(zhì)量/kg46.39注：管板體積 V = -D2 -d2n2 bf 0.006D2 - 0.004D2 -d2banj 4二答 卜:：0.5652 -0.0182 12 0.028 0.006 0.4872 0.004 0.452 -

26、0.0192 0.038 100=0.00591 m3單塊管板質(zhì)量：m=0.00591X 7850= 46.39kg5.2.2 管板與殼體的連接管板兼作法蘭，固定板與殼體采用不可拆焊接式，管板與封頭采用法蘭連接。5.2.3 管子在管板上的固定方式采用焊接法在管板上固定管子。根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P172,表1-6-20 ,管子伸出長(zhǎng)度約為5mm5.3 拉桿本換熱器殼體內(nèi)徑為450mm查閱化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì) P135,表4-7和表4-8得:拉桿螺紋公稱直徑：d n =16mm拉桿長(zhǎng)：L1=2.930mL2=2.780m前螺紋長(zhǎng)La=20mm后螺紋長(zhǎng)Lb=60mm拉桿數(shù)：4根拉桿位置如左圖的圓

27、圈位置所示。左視圖拉桿質(zhì)量：m=785(X (2X2.930+2 X2.780) X 3.14 x 0.0162/4=18.02kg拉桿外套有定距管，規(guī)格與換熱管一樣，長(zhǎng)度： Li =2.77m, L2 =2.67m。粗略計(jì)算定距管質(zhì)量rri =7850X (2X2.77+2 X2.67 ) x 3.14 x (0.025 20.02 2)/4=15.09 kg5.4分程隔板查閱化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)P127,表4-1 ,因本此設(shè)計(jì)換熱器的公稱直徑D=450mm<6Q0對(duì)于碳鋼，得隔板厚度為：b= 10mm分程隔板長(zhǎng)L=260+25+112+5+32- 10=424mm其中10mm管

28、箱嵌入法蘭深度，5mm為隔板嵌入管板深度。分程隔板質(zhì)量以長(zhǎng)方體板粗略估計(jì)：m=0.450X 0.424 X 0.010 x 7850=14.84kg5.5折流板5.5.1折流板選型本次設(shè)計(jì)的冷卻器采用弓形折流板。如右圖前面第四章第四節(jié)已算出:折流板數(shù)NB=19塊所示。圓缺高度h= 110mm板間距B= 150mm查閱換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P182,表1-6-26和表1-6-33 ,得：折流板直徑 口= （450 3.5 0.5）mm=446mm折流板厚度C= 5mm折流板的管孔，按GB151規(guī)定I級(jí)換熱器，管孔直徑=19+0.4=19.4mm查換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)P184公式計(jì)算：圓缺部分面積：Af =0.

29、20738 X D2 =0.20738 X 0.446 2= 0.0413 m2折流板體積 V =，土 Da2 一 Af j d12ni +d22n2 jC114） 04 力=Y314M0.4462 0.0413 i314x0.02542 M100+314M 0.0162x4 l11 X 0.005k 444=0.000316 m3折流板質(zhì)量：m=19< 0.000316 x 7850=47.13 kg5.6封頭及管箱5.6.1 封頭查閱材料與零部件P332,表2-1-9,本換熱器采用橢圓型封頭（JB115473） 兩個(gè)，材料采用高合金鋼，公稱直徑 Dg= 450mm（以外徑為公稱直彳5

30、）,曲面高度 =112mm 直邊高度 h2 = 25mim 厚度=8mm重量=16.6kg。一個(gè)焊接于管箱，一個(gè)焊接于法蘭。5.6.2 管箱管箱長(zhǎng)L=260mm管箱外徑=450mm（按非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)），壁厚=8mm管箱質(zhì)量：m=3.14X 0.450 X 0.260 X 0.008 x 7850=23.07kg。5.6.3 封頭法蘭及管箱法蘭查閱材料與零部件（上）P386,表2-2-22 ,采用凹法蘭，在公稱壓力1.01.6MPa 范圍內(nèi)，選取的法蘭參數(shù)為 D=565mm公稱直徑=450mm孔間距D=510mm D2=482mm 孔直徑=25mm厚度b=32mm法蘭重量=17.80kg。所用螺栓規(guī)

31、格 M22X 90mm螺栓 數(shù)目：12。一個(gè)法蘭焊接在管箱，再與前管板連接；另一個(gè)法蘭焊接在封頭，與后管板連接六、附屬件的計(jì)算及選型6.1 接管及其法蘭根據(jù)流體力學(xué)與傳熱P207,接管直徑公式，同時(shí)也考慮到接管內(nèi)的流體流速為相應(yīng)管、殼程流速的1.21.4倍。4 M 20620/(3600父996.0)3.14 0.51殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)水的流速為 u=0.51m/s,則接管內(nèi)徑為 =0.12 m取標(biāo)準(zhǔn)管徑為125mm查表材料與零部件（上） P655表2-8-1 ,取管的外徑=133mm管厚=4mm伸出高度=150mm接管質(zhì)量=3.14 X 0.129X0.004 X0.15 X785

32、0=1.91kg進(jìn)水口采用凸法蘭，出水口采用凹法蘭，查閱材料與零部件P380,表2-2-19 ,取法蘭直徑=235mm厚度b=10mm螺栓孔間距 D = 200mm D2=178mm孔直徑=18mm法蘭重量：凹法蘭=1.54kg,凸法蘭=2.42kg,螺栓規(guī)格：M16螺栓數(shù)量為4由于 p iUi2=996.0 X 0.51 2=259.06<2200kg/（m . s2）,故不需防沖板。D24 6439.14/(3600 11.36)3.14 10管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)空氣的流速為uo=10m/s,則接管內(nèi)徑為 =0.142 m取標(biāo)準(zhǔn)管徑為150mm查表材料與零部件P132無(wú)縫鋼管

33、（YB231-70）,取管白外徑=159mm管厚= 4.5mm 查閱材料與零部件（上P655表2-8-1 ,伸出高度=150mm接管質(zhì)量=3.14 X 0.1545 X 0.0045 X 0.15 X 7850=2.57kg進(jìn)氣口采用凹法蘭，出氣口采用凸法蘭。查閱材料與零件 P380,表2-2-19 , 法蘭的直徑=260mm厚度b=12mm螺栓孔間距 D = 225mm D2=202mm孔直徑=18mm 法蘭重量：凹法蘭=2.18kg,凸法蘭=2.75kg,螺栓規(guī)格：M16數(shù)量為8。6.2 排氣、排液管查表材料與零部件P123無(wú)縫鋼管（YB231-70）,取排氣液管：外徑=45mm管厚=3.

34、5mm 伸出高度=80mm質(zhì)量=7850X 3.14 X 0.045 X 0.0035 X0.08=0.29kg。查閱材料與零部件P384,表2-2-23 ,配套法蘭：選用凸法蘭，dH=45mm厚度 b=20mm D=145mm D=110mm D2=88mm 質(zhì)量 m= 2.34kg。6.3 支座設(shè)計(jì)6.3.1 支座的設(shè)計(jì)選型查材料與零部件（上）P627-628,表2-7-1鞍式支座尺寸，當(dāng)公稱直徑=450mm寸，bi=160mm,L=420mm,B=120mm=90mm m=200mm質(zhì)量=13.6kg ,A= 0.2X3=0.6m,支座間距=3000 2X 5-2X600=1790mm6

35、.3.2 支座承載能力校核（1）換熱器的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)于下表：1殼體(YB231-70)263.17263.172管板246.3992.783殼程接管21.913.824殼程接管法蘭2凹3.08/凸4.847.925管程接管22.575.146管程接管法蘭2凹4.36/凸5.59.867排氣液管20.290.588排氣液管法蘭22.344.689隔板114.8414.8410封頭216.6033.211封頭法蘭117.8017.8012傳熱管1004.1641613拉桿2/29.24/8.7818.0214定距管L' 127.6815.09L' 227.4115折流板192.4847

36、.1316管箱123.0723.0717管箱法蘭117.8017.8018支座213.627.2換熱器總重量/kg1018.1(2)傳熱管和拉桿所占的體積粗略為：%=3.14 X (0.025/2 ) 2X 2.914 x 104=0.149m3殼體體積為：V=3.14 X (0.450/2 ) 2X2.914 = 0.463m3忽略隔板體積，水充滿整個(gè)換熱器時(shí)的總重為：M總= 1018.1+ (0.463-0.149 ) X 996.0 = 1330.84kg。小于該鞍式支座的最大載荷14噸。(3)殼體剛度校核已知公式:Q(x)=-x2 (x < A)2M (x) = - x2 qL

37、x -qAL (A _ x _ L - A)222q x2 LLqx q (L-AWxL)l 22-qx (x w A)q q 一 qx(AWx£L - A )和qL - qx L - A - x - L彎矩圖為：L=1.790m,換熱器的受力可簡(jiǎn)化為如圖:M營(yíng)=1018.1kg,Lg=9.81N/kg幅 M總校正為 1020kg。2qL LqAMmax =取 A=0.34L=0.34 X 1.790 =0.6086(m),此時(shí) =0.025 M 總gL=0.025 X 1020X 9.81 X 1.790=705.94Nm抗彎截面模量:WZ =44、44n(D。-Di ) ”(0.

38、466 -0.450 ) =0 0013m332D。32 0,466-max =Mmax =705.94/0.0013=0.543MPa< ct=133MPa故此殼體適用。七、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表?yè)Q熱器的工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要結(jié)果和主要尺寸匯總于下表:質(zhì)量流量/(kg/h)6439.14進(jìn)/出口溫度/C25/33148/42操作壓力/MPa1.10.3物性參數(shù)定性溫度/ C95293雷度/(kg/m )11.36996.0定壓比熱熔/kJ/(kg K)1.0094.175粘度/(Pa s)52.17 x 10548.21 X104熱導(dǎo)率/W/(m K)0.03170.601普朗特準(zhǔn)數(shù)0.69157.03工 藝 主 要 計(jì) 算 結(jié) 果流速/(m/s)7.950.389污垢熱阻/m2 K/W0.0003440.000172阻力(壓降)/MPa5436.876671.03對(duì)流傳熱系數(shù)/W/(m 2 K)281.746408.1總傳熱系數(shù)/W/(m 2 K)237.80平均傳熱溫差/c51.26熱流量/kW191.3傳熱面積裕度/%17.84設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)程數(shù)21推薦使用材料碳鋼碳鋼換熱器型式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm450傳熱面積/m215.6