關于pn25dn600浮頭式換熱器的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 999 得 32tp mm? 。 20 . 0 2 50 . 3 0 . 6 (1 ) 0 . 0 3 9 30 . 0 3 2SAm? ? ? ? ?； 6 . 4 4 0 . 1 7 8 /9 1 8 0 . 0 3 9 3hohsmu m sA?? ? ??； 當換熱管 呈正方形排列時，其當量直徑 ed 為2 21 . 2 7 1 . 2 7 0 . 0 3 2 0 . 0 2 5 0 . 0 2 70 . 0 2 5teoo pddd ?? ? ? ? ?； 同時： 30 .0 2 7 0 .1 7 8 9 1 8R e 4 8 0 00 .9 2 1 0e o oodu ?? ???? ? ??； 332 .5 8 7 1 0 0 .9 2 1 0Pr 2 0 .90 .1 1 4pooc ???? ? ?? ? ?； 故可用 Kern 法求 o? ，即： 0. 55 1 / 3 0. 140. 55 1 / 3 R e P r ( / ) 4800 W / m Koo i wed?? ? ??? ? ? ? ?? ； i? 與 o? 都已經算出，而 2 0 2 5 2 2 . 522iom ddd m m? ?? ? ?， mm? ， 320 .5 2 1 0 m /si soR R K W?? ? ?，同時查鋼管壁熱導率為 46. 9 /w W m K? ? ，則有 600iD mm? 25od mm? 32tp mm? ? /ou m s? ? Re 4800? Pr ? ? ? W/（㎡﹒ K） mm? mm? 10siR ???m2178。 K/W 10soR ??? m2178。 K/W ? ? W/m178。 K 15 00331111 10 10 775 /oso sio w m i i iKbd d dRRd d dW m K? ? ????? ? ? ???? ? ? ? ? ? ????故 6180KK ??估，合適。 校核平均溫差 與平均溫差有關參數的計算如下： 3 0 0 1 0 0 6 . 2 5 。1 0 1 6 9h i h oc o c iTTR TT? ?? ? ? ???熱 流 體 的 溫 降冷 流 體 的 溫 升 1 0 1 6 9 0 . 1 3 93 0 0 6 9c o c ih i c iTTP TT? ?? ? ? ???冷 流 體 的 溫 升兩 流 體 最 初 溫 差； 根據 R、 P 值，查溫度校正系數圖可得溫度校正系數 ? ? ? ，因此有效平均溫度差為： 39。 0. 86 91 .4 78 .6mmtt? ? ? ? ?℃ 。 校核換熱面積： 實際傳熱面積： 39。20 3 3 3 2 . 1 2 1 6 . 21 9 1 . 6 7 8 . 6mQAmKt? ? ??； 校核： 39。039。0 8 5 3 2 1 6 . 2 1 0 0 % 1 8 % ( 1 5 % 2 5 % )2 1 6 . 2AAA? ??? ? ? ?； 為了保證換熱器的可靠性，一般應使換熱器的面積裕度大于或等于 15%25%，由上可知所選換熱器面積滿足要求。 壓力降的計算 流體流經換熱器因流動引起的壓力降，可按管程壓降和 ? W/m178。 K ?估 ? ? ?? ℃ ? 39。20 ? 39。039。0 18%AAA? ? 16 殼程壓降分別計算。 管程壓力降 ip 管程壓力降有三部分組成，可按下式進行計算： ()i L r t p s n sp p p F N N p N? ? ? 其中： Lp —— 流體流過直管因摩擦阻力引起的壓力降，Pa； rp —— 流體流經回彎管中因摩擦阻 力引起的壓力降， Pa； np —— 流體流經管箱進出口的壓力降， Pa； tF —— 結構校正因數，無因次，對 25 ?? 的管子，取為 ；對 19 2mm?? 的管子，取為 ； pN —— 管程數； sN —— 串聯的殼程數。 其 中， Lp 、 rp 、 np 的計算式如下： 2()2i i iLiilup d ???； 23( )2iir up ??； ( )2iin up ??； 式中： iu —— 管內流速， /ms； id —— 管內徑， m ；l —— 管長， m ； i? —— 摩擦系數，無量綱，可由下式求取； i? —— 管內流體密度， 3/kgm 。 由于 Re 4413? ，在 36R e 3 10 3 10? ? ?范圍內，故可采用下面公式求取： 0 . 3 8 0 . 3 80 . 7 5 4 3 0 . 7 5 4 30 . 0 1 2 2 7 0 . 0 1 2 2 7 0 . 0 4 3 4R e 4 4 1 3i? ? ? ? ? ? 所以 26 8 0 5 2 . 2 20 . 0 4 3 4 ( ) 0 . 0 2 5 80 . 0 2 2Lp ?? ? ? ? Mpa； ? ? 8MpaLp ? 17 28 0 5 2 . 2 23 ( ) 0 . 0 0 5 9 52rp ?? ? ? Mpa； 28 0 5 2 .2 21 .5 ( ) 0 .0 0 2 9 82np ?? ? ? Mpa； ( 0 .0 2 5 8 0 .0 0 5 9 5 ) 1 .4 4 3 0 .0 0 2 9 8 30 .5 4 2 M p aip ? ? ? ? ? ? ?? ； 經 查 ， 可 知 每 臺 換 熱 器 合 理 的 壓 力 降 為 10? Pa，由此可知上述壓力降符合 要求。 殼程的壓力降 當殼程裝上折流板后，流體在管外流動為平行流和錯流的耦合。盡管管束為直管，但流動卻變得復雜化。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會產生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動變得更加復雜。由于流動的復雜性，要準確地分析影響這種復雜流動的各種因素，精確地計算壓力降是相當的困難。 下面通過埃索法來計算： 39。39。12()o s sp p p F N?? 式中： 39。1p —— 流體橫過管束的壓力降， Pa； 39。2p —— 流體通過折流板缺口的壓力降， Pa； sF —— 殼程壓力降的結垢修正系數，無因次，對液體可取 ；對氣體可取 。 其中： 239。10 ( 1) 2 ocb up F f n N ???； 239。2 2(3 .5 ) 2bob ilupN D ???； 式中： F —— 管子排列方法對壓力降的修正系數，對三角形排列 ? 。對正方形排列 ? ，對轉置正方形排列? ； of —— 殼程流體摩擦系數，當 Re 500? 時， 95rp Mpa? 298 M panp ? 2 M paip ? ? ? 18 Reof ?? ； —— 橫過管束中心線的管子數，對三角形 排列? ；對正方形排列 ? ； ou —— 按殼程流通截面 oA 計算的流速， /ms； bN —— 折流板的數量。 其中： 2( ) ( 1. 19 )0. 3 ( 0. 6 1. 19 18 8 0. 02 5 )o b i c o b i t oA l D n d l D N dm? ? ? ?? ? ? ??； 因此 6 . 4 4 0 . 1 2 1 /9 1 8 0 . 0 5 7 8ho homu m sA?? ? ??； 0. 22 48 00 24of ?? ? ?； 1 .1 9 1 .1 9 1 8 8 1 6 .3ctnN? ? ? ?； 0 .1 6 0 .11 1 1 8 .60 .3b blN l??? ? ? ? ?，取整為 19。 則有： 239。1 9 1 8 0 . 1 2 10 . 3 0 . 7 2 4 1 6 . 3 2 0 4 7 5 . 82p ?? ? ? ? ? ? Pa， 239。2 2 0 . 3 9 1 8 0 . 1 2 13 8 ( 3 . 5 ) 6 3 8 . 40 . 6 2p ??? ? ? ? ? Pa； ( 475 .8 638 .4) 5 3 038 Mp aop ? ? ? ? ?； 可知此時的壓力降在合 理范圍之類。 換熱器 壁溫計算 換熱管壁溫 t 計算 符號說明： ? —— 以換熱管外表面積為基準計算的總傳熱系數， W/（ m178。℃）； ? /ou m s? ? ? 19bN? 39。1 Pa? 39。2 Pa? 8 Mpaop ? 19 dr —— 污垢熱阻，㎡178。℃ /w； ,mmTt—— 分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃； ,ioTT—— 分別為熱流體的進、出口溫度，℃； ,iott—— 分別為冷流體的進、出口溫度，℃； mt —— 流體的有效平均溫差，℃； ? —— 以換熱管外表面積為基準計算的給熱系數， W/（ m178。℃） 。 熱流體側的壁溫： 31()1200 ( 10 ) th m dh mhot T r tC??? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ； 冷流體側的壁溫： 31()185 ( 10 ) 775tc m dc mcot t r tC??? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ； 所以 1 5 6 .4 1 1 2 .3 1 3 4 .322th tct ttt ? ?? ? ?℃。 圓筒壁溫 st 的計算 由于圓筒外部有良好的保溫層，故殼體壁溫取殼程流體的平均溫度： 200st ? ℃。 ? ? ? 200st ? ℃ 到此換熱器的工藝計算告一段落，其中工藝計算的主要目的是計算出其換熱面積，選出相應的換熱器型式，因此，接下來應該是進行換熱器的結構設計以及強度計算。 表 23 與表 24 附 于下 面 ： 20 表 23 所選浮頭式換熱器規格 DN PN 管長 管程數 換熱管規格 計算傳熱面積㎡ 規格型號 管程出入口公稱直徑，㎜ 殼程出入口公稱直徑，㎜ 設備凈 重 充水水 重 mm Mpa m ㎏ ㎏ 600 6 4 150 150 4327 1980 表 24 工藝計算常用參數 公稱直徑ＤＮ（ mm） 管程Ｎ 中心排管數 換熱管數 管程平均通道面積（ c㎡） 弓形折流板缺口弓高（㎜） 600 4 10 188 148 150 25 ??B E S 2 .5 8 5 6 /2 5 4 ?? 21 第三章 換熱器結構設計與強度計算 在確定換熱器的換熱面積后，應進行換熱器主體結構以及零部件的設計和強度計算，主要包括殼體和封頭的厚度計算、 材料的選擇、管板厚度的計算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強計算 ，還有主要構件的設計（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），具體計算如下。 殼體與管箱厚度的確定 根據給定的流體的進出口溫度，選擇設計溫度為 400℃； 設計壓力為 。 殼體和管箱材料的選擇 由于所設計的換熱器屬于常規容器，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