原油預(yù)熱換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書是關(guān)于PN2.5DN1000浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行了換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的前半部分是工藝計(jì)算部分，主要是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件估算換熱面積，從而進(jìn)行換熱器的選型，校核傳熱系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算。設(shè)計(jì)的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件（如接管、折流板、定距管、鉤圈、管箱等）的設(shè)計(jì)，包括：材料的選擇、具體尺寸確定、確定具體位

2、置、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過(guò)5張圖表現(xiàn)出來(lái)。按照GB150-98鋼制壓力容器、GB5151-99鋼制管殼式換熱器對(duì)該容器進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收，結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行設(shè)備相符。關(guān)于浮頭式換熱器設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書中都有詳細(xì)的說(shuō)明。關(guān)鍵詞：管殼式換熱器 浮頭式換熱器 管板 浮頭蓋 浮頭法蘭IAbstractHeat exchanger is parts of the thermal fluid heat transfer to the cold fluid equipment. The heat exchanger is chemical,

3、 petroleum, power, food and many other common equipment in the industrial sector, plays an important role in production. The design manual is about the PN 2.5，DN 1000 floating head heat exchanger, which included technology calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger.Th

4、e first part of design is the technology calculation process. Mainly, the process of technology calculate is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area, and then, select a suitable heat exchanger to check heat transfer coefficient ,just for the actual heat transfer

5、area .Meanwhile the process above still include the pressure drop and wall temperature calculation . The second half of the design is about the structure and intensity of the design. This part is just on the selected type of heat exchanger to design the heat exchangers components and parts ,such as

6、vesting ,baffled plates, the distance control tube, circle hook, tube boxes. This part of design mainly include：the choice of materials，identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the thickness calculation of floating head planting and floating head f

7、lange, the opening reinforcement calculation etc. In the end, the final design results through five maps to display.After the design、manufacture、testing and checking according to the GB150-98 and GB5151-99,We get the result, which corresponds with the practical equipment.The each aspects of the floa

8、ting head heat exchanger has detailed instructions in the design manual.Key words: Shell-Tube heat exchanger, floating head heat exchanger, tube sheet, floating head planting, floating head flange.II目 錄前言1第1章 換熱器概述21.1 換熱器的應(yīng)用21.2 換熱器的主要分類21.2.1 換熱器的分類及特點(diǎn)21.2.2 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn)31.3 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu)71.4 換熱管簡(jiǎn)介8第

9、2章 工藝計(jì)算92.1設(shè)計(jì)條件92.2初算換熱器傳熱面積92.2.1流動(dòng)空間的確定92.2.2估算換熱器傳熱面積102.2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸102.2.4總傳熱系數(shù)K的校驗(yàn)112.2.5校核平均溫差132.2.6校核換熱面積142.3壓力降的計(jì)算142.3.1管程壓力降142.3.2殼程的壓力降152.4換熱器壁溫計(jì)算162.4.1換熱管壁溫計(jì)算162.4.2圓筒壁溫的計(jì)算16第3章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算173.1殼體與管箱厚度的確定173.1.1殼體和管箱材料的選擇173.1.2管箱厚度計(jì)算173.2開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算193.2.1殼體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)193.2.2前端管箱開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)213.2.3

10、后端管箱開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)223.3 水壓試驗(yàn)243.4 換熱管243.4.1 換熱管的排列方式243.4.2 布管限定圓253.4.3 排管253.4.4 換熱管束的分程263.4.5 換熱管與管板的連接273.5 管板設(shè)計(jì)273.5.1 管板與殼體的連接273.5.2 管板計(jì)算273.6 折流板323.6.1 折流板的型式和尺寸323.6.2 折流板排列333.6.3 折流板的布置333.7 拉桿與定距管333.7.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式333.7.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置343.7.3 定距管343.8 防沖板343.9 保溫層353.10法蘭與墊片353.10.1固定端的殼體法蘭、管箱法蘭與管

11、箱墊片353.10.2外頭蓋側(cè)法蘭、外頭蓋法蘭與外頭蓋墊片363.10.3 接管法蘭型式與尺寸373.11 鉤圈式浮頭383.11.1 浮頭蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算383.11.2 鉤圈433.12 分程隔板433.13 鞍座433.13.1 支反力計(jì)算如下：433.13.2 鞍座的型號(hào)及尺寸453.14 接管的最小位置453.14.1殼程接管位置的最小尺寸453.14.2 管箱接管位置的最小尺寸45第4章 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn)474.1 換熱器的腐蝕474.1.1 換熱管腐蝕474.1.2 管子與管板、折流板連接處的腐蝕474.1.3 殼體腐蝕474.2 換熱器的制造與檢驗(yàn)474.2.1 總體制造工

12、藝474.2.2 換熱器質(zhì)量檢驗(yàn)474.2.3 管箱、殼體、頭蓋的制造與檢驗(yàn)484.2.4 換熱管的制造與檢驗(yàn)484.2.5 管板與折流板的制造與檢驗(yàn)484.2.6 換熱管與管板的連接494.2.7 管束的組裝494.2.8 管箱、浮頭蓋的熱處理494.2.9 換熱器水壓試驗(yàn)49第5章 焊接工藝評(píng)定515.1 殼體焊接工藝515.1.1 殼體焊接順序515.1.2 殼體的縱環(huán)焊縫515.2 換熱管與管板的焊接515.2.1 焊接工藝515.2.2 焊接缺陷515.3 法蘭與筒體的焊接52第6章 換熱器的安裝、試車與維護(hù)536.1 安裝536.1.1 場(chǎng)地和基礎(chǔ)536.1.2 安裝前的準(zhǔn)備536

13、.1.3 地腳螺栓和墊鐵536.1.4 其他要求536.2 試車536.3 維護(hù)54總結(jié)55參考文獻(xiàn)56致謝57附錄58VI前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是教學(xué)計(jì)劃的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，也是最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)之一，是學(xué)生獲得學(xué)士學(xué)位的必要條件。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)受到一次綜合運(yùn)用所學(xué)理論和技能的訓(xùn)練。設(shè)計(jì)主要達(dá)到以下的目的：了解課題內(nèi)容及意義，通過(guò)對(duì)換熱器的設(shè)計(jì)掌握過(guò)程裝備的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，加深對(duì)化工原理、工程熱力學(xué)、過(guò)程裝備設(shè)計(jì)等專業(yè)課程知識(shí)的理解，使理論聯(lián)系實(shí)際。對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)組成、工作過(guò)程、制造及驗(yàn)收等有明確認(rèn)識(shí)，掌握換熱器工藝設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容，并能用AutoCAD軟件繪制裝配圖和零部件

14、圖，提高查閱文獻(xiàn)和文獻(xiàn)檢索的能力。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、科學(xué)的工作態(tài)度和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是原油換熱器設(shè)計(jì)。浮頭式換熱器是過(guò)程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的典型設(shè)備，主要用于原油和油品等的換熱，并且設(shè)計(jì)的原始資料及數(shù)據(jù)均來(lái)源于工廠中正在運(yùn)行的設(shè)備。這次設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容為換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中，工藝計(jì)算主要是確定換熱器的換熱面積、換熱器的選型、壓降計(jì)算、壁溫計(jì)算等；而結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)則主要包括：管板厚度計(jì)算、換熱管的分布、折流板的選型、浮頭蓋及浮頭法蘭的計(jì)算、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以及各種零部件的材料選擇等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我盡量采用較新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，做到既滿足設(shè)計(jì)要求，又使結(jié)構(gòu)優(yōu)化，

15、降低成本，以提高經(jīng)濟(jì)效益為主，力爭(zhēng)使產(chǎn)品符合生產(chǎn)實(shí)際需要，適合市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)為了使本次設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行順利，我在設(shè)計(jì)前參閱了許多有關(guān)書籍和英文文獻(xiàn)，并做了一定的摘要。因?yàn)閾Q熱器設(shè)計(jì)是屬于壓力容器設(shè)計(jì)范疇，與我所學(xué)的課程有緊密的聯(lián)系，所以這次設(shè)計(jì)對(duì)我的設(shè)計(jì)能力有了很大的提高。它不僅使我貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)理論知識(shí)，還培養(yǎng)和提高我們?nèi)后w合作、相互配合的工作能力。換熱器在設(shè)計(jì)過(guò)程中為技術(shù)分析與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)可以為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)廣闊的思維想象空間，還能激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新意識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以很好地將所學(xué)的知識(shí)加以應(yīng)用，在自己的腦海中鞏固，這是我選擇這個(gè)課題的初衷，而事實(shí)上我也達(dá)到了預(yù)期

16、的目的。由于水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中一定存在許多疏漏和不夠合理之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。特此致謝！71第1章 換熱器概述換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)的熱量交換設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動(dòng)力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。換熱器種類很多，但根據(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。1.1 換熱器的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳

17、遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，高爐爐氣（約1500）的余熱，通過(guò)余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。1.2 換熱器的主要分類在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。1.2.1 換熱器的分類及特點(diǎn)按照傳

18、熱方式的不同，換熱器可分為三類：1.直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器，它是利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。這類換熱器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。2.蓄熱式換熱器在這類換熱器中，熱量傳遞是通過(guò)格子磚或填料等蓄熱體來(lái)完成的。首先讓熱流體通過(guò)，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過(guò)，把熱量帶走。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣-氣熱交換的場(chǎng)合。3.間壁式換熱器這是工業(yè)中最為廣泛使用的一類換熱器。冷、熱流體被

19、一固體壁面隔開(kāi)，通過(guò)壁面進(jìn)行傳熱。按照傳熱面的形狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)它又可分為：管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等；板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等；擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱管等。1.2.2 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn)由于設(shè)計(jì)題目是浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，而浮頭式又屬于管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流板和管箱等部件組成，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流

20、體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，稱為殼程流體。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。流體每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次就稱為一個(gè)殼程，而圖0所示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程；同樣。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可以配合使用。這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價(jià)不高，可選用多種

21、結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。因此，當(dāng)管束與殼體溫度差超過(guò)50時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類型：圖0 管殼式換熱器固定管板式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖1所示。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，當(dāng)殼體

22、直徑相同時(shí)，可安排更多的管子，也便于分程，同時(shí)制造成本較低。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于進(jìn)行堵管或換管，但無(wú)法在管子的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。更主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來(lái)降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。浮頭式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖2所示。浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)，殼體和管束對(duì)膨脹是自由的，故當(dāng)兩張介質(zhì)的

23、溫差較大時(shí)，管束和殼體之間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易的插入或抽出殼體。（也可設(shè)計(jì)成不可拆的）。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且浮動(dòng)端小蓋在操作時(shí)無(wú)法知道泄露情況。因此在安裝時(shí)要特別注意其密封。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)：（1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；（2）介質(zhì)間溫差不受限制；（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450度，壓力小于等于6.4兆帕；（4）可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場(chǎng)合；（5）可用于管程易腐蝕場(chǎng)合。浮頭式換熱器的缺點(diǎn)：（1）小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏；（2）金屬材料耗量大，成本高20%；（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。U型管式換熱器：其結(jié)構(gòu)可參見(jiàn)圖3。一束管子

24、被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個(gè)管箱。因?yàn)楣苁c殼體是分離的，在受熱膨脹時(shí)，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過(guò)。由于彎管的外側(cè)管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故U型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點(diǎn)。雙重管式換熱器：將一組管子插入另一組相應(yīng)的管子中而構(gòu)成的換熱器，其結(jié)構(gòu)可以參看圖4。管程流體（B流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過(guò)內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過(guò)內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。其特

25、點(diǎn)是內(nèi)插管與外套管之間沒(méi)有約束，可自由伸縮。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。填料函式換熱器：圖5為填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，造價(jià)也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過(guò)大。1.3 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu)包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高

26、的工作效率。雙殼程結(jié)構(gòu)：在換熱器管束中間設(shè)置縱向隔板，隔板與殼體內(nèi)壁用密封片阻擋物流內(nèi)漏，形成雙殼程結(jié)構(gòu)。適用場(chǎng)合：管程流量大殼程流量小時(shí)，采用此結(jié)構(gòu)流速可提高一倍，給熱系數(shù)提高11.2倍；冷熱流體溫度交叉時(shí)，但殼程換熱器需要兩臺(tái)以上才能實(shí)現(xiàn)傳熱，用一臺(tái)雙殼程換熱器不僅可以實(shí)現(xiàn)傳熱，而且可以得到較大的傳熱溫差。螺旋折流板式換熱器：螺旋折流板可以防止死區(qū)和返混，壓降較小。物流通過(guò)這種結(jié)構(gòu)換熱器時(shí)存在明顯的徑向變化，故不適用于有高熱效率要求的場(chǎng)合。雙管板結(jié)構(gòu)：在普通結(jié)構(gòu)的管板處增加一個(gè)管板，形成的雙管板結(jié)構(gòu)用于收集泄漏介質(zhì)，防止兩程介質(zhì)混合。1.4 換熱管簡(jiǎn)介換熱管是管殼式換熱器的傳熱元件，采用高

27、效傳熱元件是改進(jìn)換熱器傳熱性能最直接有效的方法。國(guó)內(nèi)已使用的新效的換熱管有以下幾種：螺紋管：又稱低翅片管，用光管軋制而成，適用于管外熱阻為管內(nèi)熱阻1.5倍以上的單相流及渣油、蠟油等粘度大、腐蝕易結(jié)垢物料的換熱。T形翅片管：用于管外沸騰時(shí)，可有效降低物料泡核點(diǎn)，沸騰給熱系數(shù)提高1.63.3倍，是蒸發(fā)器、重沸器的理想用管。表面多孔管：該管為光管表面形成一層多孔性金屬敷層，該敷層上密布的小孔能形成許多汽化中心，強(qiáng)化沸騰傳熱。螺旋槽紋管：可強(qiáng)化管內(nèi)物流間的傳熱，物料在管內(nèi)靠近管壁部分流體順槽旋流，另一部分流體呈軸向渦流，前一種流動(dòng)有利于減薄邊界層，后一種流動(dòng)分離邊界層并增強(qiáng)流體擾動(dòng)，傳熱系數(shù)提高1.3

28、1.7倍，但阻力降增加1.72.5倍。波紋管：為擠壓成型的不銹鋼薄壁波紋管，管內(nèi)、管外都有強(qiáng)化傳熱的作用，但波紋管換熱器承壓能力不高，管心距大而排管少，殼程短而不易控制。管殼式換熱器的應(yīng)用已經(jīng)有悠久的歷史，而且管殼式換熱器被當(dāng)作一中傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用。尤其在化工、石油、能源設(shè)備等部門所使用的換熱設(shè)備中，管殼式換熱器仍處于主導(dǎo)地位，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)特針對(duì)這類換熱器中的浮頭式換熱器的工藝設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。第2章 工藝計(jì)算在換熱器設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)根據(jù)工藝要求選擇適用的類型，然后計(jì)算換熱所需要的傳熱面積。工藝設(shè)計(jì)中包括了熱力設(shè)計(jì)以及流動(dòng)設(shè)計(jì)，其具體運(yùn)算如下所述：2.1設(shè)

29、計(jì)條件表2-1煤油與原油的操作參數(shù)原 油煤 油設(shè)計(jì)壓力（Mpa）進(jìn)口溫度（°C）出口溫度（°C）流 量（kg/h）進(jìn)口溫度（°C）出口溫度（°C）流 量（kg/h）6910195400300100231842.5定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)、出口溫度的平均值。；表2-2煤油與原油的物性參數(shù)名稱平均溫度（）比熱kJ/kg·導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·）密度kg/ m3粘度（×10-3）Pa·S熱阻（×10-3）m2·K/w原油853.170.1408058.100.52煤油2

30、002.890.0896850.2620.522.2初算換熱器傳熱面積2.2.1流動(dòng)空間的確定選擇被冷卻的煤油走殼程，被加熱的原油走管程。這是因?yàn)椋罕焕鋮s的流體走殼程可便于散熱，而傳熱系數(shù)大的流體應(yīng)走管程，這樣可降低管壁的溫差，減少熱應(yīng)力，同時(shí)對(duì)于浮頭式換熱器，一般是將易結(jié)垢流體流經(jīng)管程。2.2.2估算換熱器傳熱面積（1）傳熱計(jì)算（熱負(fù)荷計(jì)算）熱負(fù)荷：式中：mc，mh冷熱流體的質(zhì)量流量，kg/s；cpc，cph冷熱流體的定壓比熱，J/(kg·k)；ti，to冷流體的進(jìn)、出口溫度，k；Ti，To熱流體的進(jìn)、出口溫度，k。理論上，=，實(shí)際上由于熱量損失，通常熱負(fù)荷應(yīng)該取max（，）。；

31、；故。（2）有效平均溫差的計(jì)算選取逆流流向，這是因?yàn)槟媪鞅炔⒘鞯膫鳠嵝矢?。；?）按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù)查表選得=180W/（）；（4）初算出所需的傳熱面積；2.2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速選用25mm×2.5mm較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速ui=1.2m/s。（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù)可依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)；按單管程計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為；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)。根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，取傳熱管長(zhǎng)l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為；傳熱管總根數(shù)n=88×6=528（3）殼體直徑采用多管程結(jié)構(gòu)，換熱管采用正方形排列

32、法，查GB151-1999可知管心距Pt=32，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為44mm。殼體直徑按下式估算。取管板利用率=0.6，則殼體直徑為；取D=1000mm。（4）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=0.25×1000=250mm；故取h=250mm。取折流板間距B=0.2D，則B=0.2×1000=200mm；取B=200mm折流板數(shù)目NB；2.2.4總傳熱系數(shù)K的校驗(yàn)管殼式換熱換熱器面積是以傳熱管外表面為基準(zhǔn)，則在利用關(guān)聯(lián)式計(jì)算總傳熱系數(shù)也應(yīng)以管外表面積為基準(zhǔn)，因此總傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式如下： ；式中：K總傳熱系數(shù)，

33、W/（m2K）；、分別為管程和殼程流體的傳熱膜系數(shù)，W/（m2K）；、分別為管程和殼程的污垢熱阻，m2·K/w；、分別是傳熱管內(nèi)徑、外徑及平均直徑，m；傳熱管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m2K）；b傳熱管壁厚，m。（1）管程流體傳熱膜系數(shù)管程流體流通截面積：si=0.785×0.022×88=0.0276m2；管程流速：；雷諾數(shù)：；可知流體處于過(guò)渡流狀態(tài)；當(dāng)流體在管內(nèi)流動(dòng)為過(guò)渡流的時(shí)候，對(duì)流傳熱系數(shù)可先按湍流的公式計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果乘以校正系數(shù)f，即可得到過(guò)渡流下的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。；而湍流情況下的計(jì)算如下：由于，故原油為高黏度的流體，故應(yīng)用Sieder-Tate關(guān)聯(lián)式

34、：；工程上，當(dāng)液體被加熱時(shí)，取，當(dāng)液體被冷卻時(shí)，取，而管程流體原油是被加熱的，則有 W/（m2K）；故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)為：W/（m2K）；（2）殼程流體傳熱膜系數(shù)：管程流體流通截面積：；管程流速：；當(dāng)換熱管正方形排列時(shí)，其當(dāng)量直徑為；雷諾數(shù)：；故可用Kern法求，即： ；與都已經(jīng)算出，而，同時(shí)查鋼管壁熱導(dǎo)率為，則有；故，合適。2.2.5校核平均溫差與平均溫差有關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下： ； ；根據(jù)R、P值，按單殼程、6管程，查溫度校正系數(shù)圖可得溫度校正系數(shù)，因此，有效平均溫度差為： ；，采用單殼程合適。2.2.6校核換熱面積實(shí)際傳熱面積：；面積裕度：；由上可知所選換熱器傳熱面積滿足要求。2.3壓力降

35、的計(jì)算流體流經(jīng)換熱器因流動(dòng)引起的壓力降，可按管程壓降和殼程壓降分別計(jì)算。2.3.1管程壓力降管程壓力降有三部分組成，可按下式進(jìn)行計(jì)算：；式中：結(jié)構(gòu)校正因數(shù)，對(duì)的管子，取Ft=1.4；對(duì)的管子，取Ft=1.5；管程數(shù)；串聯(lián)的殼程數(shù)。由Re=2365，傳熱管相對(duì)粗糙度0.1，查-Re雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖得=0.04；經(jīng)查，管程壓力降在允許的范圍內(nèi)。2.3.2殼程的壓力降當(dāng)殼程裝上折流板后，流體在管外流動(dòng)為平行流和錯(cuò)流的耦合。盡管管束為直管，但流動(dòng)卻變得復(fù)雜化。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會(huì)產(chǎn)生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動(dòng)變得更加復(fù)雜。由于流動(dòng)的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地分析影響這

36、種復(fù)雜流動(dòng)的各種因素，精確地計(jì)算壓力降是相當(dāng)?shù)睦щy。下面通過(guò)埃索法來(lái)計(jì)算：；式中：流體橫過(guò)管束的壓力降，Pa；流體通過(guò)折流板缺口的壓力降，Pa；殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，對(duì)液體可取1.15；對(duì)氣體可取1.0。；式中：管子排列方法對(duì)壓力降的修正系數(shù)，對(duì)三角形排列。對(duì)正方形排列，對(duì)轉(zhuǎn)置正方形排列；殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng)時(shí)，；橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)，對(duì)三角形排列；對(duì)正方形排列；則有： Pa； Pa；經(jīng)查，殼程壓力降在允許的范圍內(nèi)。2.4換熱器壁溫計(jì)算2.4.1換熱管壁溫計(jì)算符號(hào)說(shuō)明：以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的總傳熱系數(shù)， W/（m·）；污垢熱阻m2·/w；分別為熱、冷流體的的平均

37、溫度，；分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，；分別為冷流體的進(jìn)、出口溫度，；流體的有效平均溫差，；以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的給熱系數(shù)， W/（m·）。熱流體側(cè)的壁溫： ；冷流體側(cè)的壁溫： ； 。2.4.2圓筒壁溫的計(jì)算由于換熱器殼體外部具有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度：。到此換熱器的工藝計(jì)算告一段落。其中工藝計(jì)算的主要目的是計(jì)算出其換熱器的傳熱面積和工藝結(jié)構(gòu)尺寸。第3章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算在確定換熱器的傳熱面積和工藝結(jié)構(gòu)尺寸后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、材料的選擇、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

38、計(jì)算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（如管箱、殼體、折流板、拉桿等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等），具體計(jì)算如下。3.1殼體與管箱厚度的確定根據(jù)給定的流體的進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計(jì)溫度為350；設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa。3.1.1殼體和管箱材料的選擇由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇Q345R為殼體與管箱的材料。Q345R是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時(shí)采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。焊接方

39、式：選為雙面焊對(duì)接接頭，100%無(wú)損探傷，故焊接系數(shù)。根據(jù)GB6654壓力容器用鋼板和GB3531低溫壓力容器用低合金鋼板規(guī)定可知對(duì)Q345R鋼板其。假設(shè)材料的許用應(yīng)力MPa（厚度為616mm時(shí)），殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為：；設(shè)計(jì)厚度；名義厚度（其中為向上圓整量）；查其最小厚度為12mm，則此時(shí)厚度滿足要求，且經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適。3.1.2管箱厚度計(jì)算管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭；且由于前端管箱與后端管箱的形式不同，故此時(shí)將前端管箱和后端管箱的厚度計(jì)算分開(kāi)計(jì)算。（1）前端管箱厚度計(jì)算前端管箱為橢圓形管箱，這是因?yàn)闄E圓形封頭的應(yīng)力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。此時(shí)

40、選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且同上，則封頭計(jì)算厚度為：；設(shè)計(jì)厚度；名義厚度（為向上圓整量）；經(jīng)檢查，沒(méi)有變化，故合適查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下：表3-1 DN1000標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A(m2)容積V(m3) 封頭質(zhì)量（kg）10002751.16250.1505109.1短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為12mm。（2）后端管箱厚度計(jì)算由于是浮頭式換熱器設(shè)計(jì)，因此其后端管箱是浮頭管箱，又可稱外頭蓋。外頭蓋的內(nèi)直徑為1100mm，這可在“浮頭蓋計(jì)算”部分看到。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故，且同上，則計(jì)算厚度為：；設(shè)計(jì)厚度；名義厚度（

41、為向上圓整量）；查，沒(méi)有變化，故合適。查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下：表3-2 DN1100標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)內(nèi)表面積A(m2)容積V(m3) 封頭質(zhì)量（kg）11003001.39800.1980153.3短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為14mm。3.2開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的浮頭式換熱器，殼程流體的進(jìn)出管口安排在殼體上，管程流體的進(jìn)出管口安排在前端管箱上，而排氣口和排液口安排在后端管箱上，因此不可避免地要在換熱器上開(kāi)孔。開(kāi)孔不但削弱了換熱器壁的強(qiáng)度，而且在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給換熱器

42、的安全操作帶來(lái)隱患。因此，需要對(duì)結(jié)構(gòu)開(kāi)孔部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，以保證換熱器的正常運(yùn)行。3.2.1殼體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)殼程出入口公稱直徑均為350mm，按照無(wú)縫鋼管厚度系列，可選接管的規(guī)格為mm，外伸高度為200mm，接管為20號(hào)碳鋼管。（1）補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別：補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150表8-1，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本開(kāi)孔接管外徑是377mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。開(kāi)孔直徑：；滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。（2）開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：強(qiáng)度削弱系數(shù)：； 接管有效厚度：；開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：；（3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：有效寬度B：；有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：

43、；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為：；（4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積：殼體有效厚度：；殼體多余的金屬面積：； 接管計(jì)算厚度：；接管多余金屬面積：；接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：；有效補(bǔ)強(qiáng)面積：；（5）另需補(bǔ)強(qiáng)面積：；采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，根據(jù)接管公稱直徑DN350，參照J(rèn)B/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)，選取D型坡口的補(bǔ)強(qiáng)圈，其外徑，內(nèi)徑。因?yàn)?，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度： ；圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列，。3.2.2前端管箱開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)管程出入口公稱直徑均為250mm，按照無(wú)縫鋼管厚度系列，可選接管的規(guī)格為mm，外伸高度為200mm，接管為20號(hào)碳鋼管。（1）補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別：補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150表8-1，允許

44、不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本開(kāi)孔接管外徑是273mm，因此需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。開(kāi)孔直徑：；滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。（2）開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：強(qiáng)度削弱系數(shù)：； 接管有效厚度：；開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：；（3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：有效寬度B：；有效高度：（a）外側(cè)有效高度為：；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為：；（4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積：殼體有效厚度：；殼體多余的金屬面積：； 接管計(jì)算厚度：；接管多余金屬面積：；接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：；有效補(bǔ)強(qiáng)面積：；（5）另需補(bǔ)強(qiáng)面積：；采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，根據(jù)接管公稱直徑DN250，參照J(rèn)B/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)，選取D型坡

45、口的補(bǔ)強(qiáng)圈，其外徑，內(nèi)徑。因?yàn)?，則補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度： ；圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列，。3.2.3后端管箱開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)排氣口和排液口公稱直徑均為40mm，按照無(wú)縫鋼管厚度系列，可選接管的規(guī)格為mm，外伸高度為150mm，接管為20號(hào)碳鋼管。（1）補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別：補(bǔ)強(qiáng)判別：根據(jù)GB150表8-1，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是，本開(kāi)孔接管外徑是45mm，因此可不另行考慮補(bǔ)強(qiáng)。開(kāi)孔直徑：；滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。（2）開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算：強(qiáng)度削弱系數(shù)：； 接管有效厚度：；開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：；（3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：有效寬度B：；有效高度：（a）外

46、側(cè)有效高度為：；（b）內(nèi)側(cè)有效高度為：；（4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積：殼體有效厚度：；殼體多余的金屬面積：； 接管計(jì)算厚度：；接管多余金屬面積：；接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）：；有效補(bǔ)強(qiáng)面積：；此時(shí)，說(shuō)明已達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)目的，因此無(wú)需另行補(bǔ)強(qiáng)。3.3 水壓試驗(yàn)設(shè)試驗(yàn)溫度為常溫，則有；則校核水壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜壓力：。3.4 換熱管選用mm的換熱管，材料選為20號(hào)鋼。3.4.1 換熱管的排列方式換熱管在管板上的排列形式主要有正三角形排列、正方形排列、轉(zhuǎn)角三角形排列和轉(zhuǎn)角正方形排列。正三角形排列形式可以在同樣的管板面積上排列最多的管數(shù)，故用的最普遍，但管外不易清洗。為便于管外清洗，可以采用正方形排列或轉(zhuǎn)角正方

47、形排列的管數(shù)。圖6、換熱管排列形式在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進(jìn)行機(jī)械清洗。查GB151-1999可知，換熱管的中心距Pt=32mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為44mm；同時(shí)，由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗，故相鄰兩管間的凈空距離（S-d）不宜小于6mm。3.4.2 布管限定圓布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑，其由下式確定：；查GB151-1999可知，b=5，b1=5，bn=13.5，故b2= bn+1.5=15，則。3.4.3 排管排管時(shí)須注意：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，在靠近折流板缺邊位置處布置拉桿，其間距小于或等于700mm。拉桿中心至折流板缺邊的距離

48、應(yīng)盡量控制在換熱管中心距的（0.51.5）范圍內(nèi)。多管程換熱器其各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)控制在10%以內(nèi)，最大不能超過(guò)20%。相對(duì)誤差計(jì)算：； 式中：各程的平均管數(shù)；各程中最小或最大的管數(shù)。 實(shí)際排管如下所示：圖6、換熱管排列形式由上圖可知，經(jīng)過(guò)實(shí)際排管后發(fā)現(xiàn)，每個(gè)管程的布管數(shù)目分別是106，94，94，94，94,106，而各管程的平均管數(shù)為98，因此，各程管數(shù)的相對(duì)誤差是：；因此，這樣排管合適。3.4.4 換熱管束的分程在這里首先要先提到管箱。管箱作用是把從管道輸送來(lái)的流體均勻地分布到換熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中管箱還起改變流體流向的作用。由于所選擇的換

49、熱器是6管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。而對(duì)于換熱管束的分程，為了接管方便，采用平行分法較合適，且平行分法亦可使管箱內(nèi)殘液放盡。3.4.5 換熱管與管板的連接換熱管與管板的連接方法主要有強(qiáng)度焊、強(qiáng)度脹接和脹焊并用。強(qiáng)度脹接主要適用于設(shè)計(jì)壓力4.0MPa；設(shè)計(jì)溫度300；操作中無(wú)劇烈振動(dòng)、無(wú)過(guò)大的溫度波動(dòng)及無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕等場(chǎng)合。除了有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，只要材料可焊性好，強(qiáng)度焊可用于其它任何場(chǎng)合。管子與薄板的連接應(yīng)采用焊接方法。脹焊并用主要用于密封性能要求較高；承受振動(dòng)和疲勞載荷；有縫隙腐蝕；需采用復(fù)合管板等的場(chǎng)合。在此，根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度及操作狀況選擇換熱管與管板的連接方式為

50、強(qiáng)度焊。這是因?yàn)閺?qiáng)度焊加工簡(jiǎn)單、焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，抗拉脫力強(qiáng)，在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。3.5 管板設(shè)計(jì)管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來(lái)排布換熱管，將管程和殼程的流體分隔開(kāi)來(lái)，避免冷、熱流體混合，并同時(shí)受管程、殼程壓力和溫度的作用。由于流體只具有輕微的腐蝕性，故采用工程上常用的16MnR整體管板。3.5.1 管板與殼體的連接由于浮頭式換熱器要求管束能夠方便地從殼體中抽出進(jìn)行清洗和維修，因而換熱器固定端的管板采用可拆式連接方式，即把管板利用墊片夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間。3.5.2 管板計(jì)算符號(hào)說(shuō)明：在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支

51、承的面積，對(duì)正方形排列，；隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)；換熱管中心距；隔板槽兩側(cè)鄰管的中心距；管板布管區(qū)面積，；對(duì)多管程正方形排列換熱器，；管板布管區(qū)內(nèi)開(kāi)孔后的面積，；一根換熱管管壁金屬的橫截面積，；固定端管板墊，且選擇其壓緊面型式為GB150表9-1的1a；管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，；換熱管外徑，；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的彈性模量，MPa；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的彈性模量，MPa；系數(shù)，按和查GB151圖24；管束模數(shù)，MPa； 管束無(wú)量綱剛度，MPa；L換熱管有效長(zhǎng)度（兩管板內(nèi)側(cè)間距），；l換熱管與管板脹接長(zhǎng)度或焊腳高度，；n換熱管根數(shù)；無(wú)量綱壓力， ；Pc當(dāng)量壓力組合；MPa；Pd管板設(shè)計(jì)壓力，MPa；

52、Ps殼程設(shè)計(jì)壓力，MPa；Pt管程設(shè)計(jì)壓力，MPa；q換熱管與管板連接拉脫力，MPa；許用拉脫力，查GB151，MPa；系數(shù)，；管板計(jì)算厚度，；換熱管管壁厚度，；管板剛度削弱系數(shù)，一般可取值；管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，按GB1511999??；系數(shù)，；換熱管軸向應(yīng)力，MPa；換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力，MPa；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的許用應(yīng)力，=117MPa；設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的許用應(yīng)力，=98MPa；（1）管板名義厚度計(jì)算：管板外圓直徑取1087mm（按JB47031992，A10002.5中D4選?。?；密封面寬度：；則mm，mm；mm2； mm2； ； mm2； ；，； L為換熱管有效長(zhǎng)度，等于兩管板內(nèi)

53、側(cè)的長(zhǎng)度，設(shè)管板名義厚度（包括結(jié)構(gòu)尺寸），則：。查GB150可知，；則：； ；查GB1511999圖23（b），得C=0.41，查GB1501998表F2,，。；根據(jù)GB1511999圖32查算：；查GB1511999附錄J，i=8.004mm；管板計(jì)算厚度為：；管板的名義厚度為計(jì)算厚度加結(jié)構(gòu)尺寸及腐蝕裕量；管側(cè)：結(jié)構(gòu)開(kāi)槽5mm，C2=3mm（小于開(kāi)槽深度，不計(jì)入）；殼側(cè)：結(jié)構(gòu)尺寸為零，C2=3mm。；取=85mm。原設(shè)=100mm，計(jì)算值為=85mm；重新假設(shè)=85mm，重復(fù)以上步驟進(jìn)行計(jì)算：；重查C，得，則：，；故取=85mm是合適的。（2）換熱管的軸向應(yīng)力校核：換熱管的軸向應(yīng)力在一般情況下，應(yīng)按下列三種工況分別計(jì)算：a） 管程設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力：；查GB1511999圖24（b）得；，校核通過(guò)。b） 殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力：；查GB1511999圖24（b）得；，校核通過(guò)。c） 殼程設(shè)計(jì)壓力與管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用：；，校核通過(guò)。由以上三種工況校核換熱管的軸向應(yīng)力可知，換熱管的軸向應(yīng)力符合要求。（3）換熱管與管板連接的拉脫力校核：取換熱管軸向應(yīng)力三種工況的絕對(duì)值最大值，故換熱管最小伸出長(zhǎng)度，查GB151-1999可知 ；最小坡口深度，；許用拉脫力：；，校