換熱器的分析及運(yùn)用畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 T=(82+80)/2=81（℃） T’=(80+76)=78（℃） 管程流體的定性溫度為t=（ 51+71） /2=61（℃）苯在 79℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度 ρ=’=879kg/ m 3定壓比熱容 cp =（kg.℃）c p ’=（kg .℃）導(dǎo)熱系數(shù) λ=（m. ℃） λ’=（m. ℃）粘度 μ o=汽化熱 △H=394kj／kg流量 )/(350hkgm?循環(huán)冷卻水在 61℃下的物性數(shù)據(jù)：密度 ρ i =983kg/m3定壓比熱容 c pi =(kg.℃)導(dǎo)熱系數(shù) λ i=(m.℃)粘度 μ i=本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 換熱器傳熱面積與換熱器規(guī)格： 流動(dòng)空間的確定選擇被冷卻的苯品走殼程，冷卻介質(zhì)水走管程。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。 初算換熱器傳熱面積 39。A 傳熱計(jì)算（熱負(fù)荷計(jì)算）熱負(fù)荷：Q c=mo△ H+mocpto+mocpt1=3500394﹢ 3500(8280) ﹢3500(8076)=106kj/h= ?冷卻水用量： 14071520kg/????=（ ）△ （ 5） 有效平均溫差 的計(jì)算39。mA選取逆流流向，這是因?yàn)槟媪鞅炔⒘鞯膫鳠嵝矢?。采用平均溫度差?t12m==△ △ （ 80） （ 15）△ （ ℃ ） △△ 7t39。 △ △ （ 6） （ ）△ （ ℃ ） △△ 15)(, Cmtt ????總 按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 =300W/（ ㎡﹒℃） ；K估 初算出所需的傳熱面積 39。A；390782A39。=.??（ ）△ 總考慮到所用傳熱計(jì)算式的準(zhǔn)確程度及其他未可預(yù)料的因素，應(yīng)使所選用的換熱器具有換熱面積 留有裕度 10%25%，故有0A，根據(jù) 查選型手冊(cè)，可選換熱器的型式為：39。 21..*7348??本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8，且為達(dá)到所需換熱面積，應(yīng)采用三臺(tái)同類換熱器串聯(lián)。Ⅱ所選浮頭式換熱器的規(guī)格參數(shù)以及其工藝計(jì)算常用參數(shù)可參考表 23 與表 24（附第二章后） 。 傳熱管數(shù)及管程的確定選用 Φ20x2 的傳熱管（碳鋼）l=(m),取管內(nèi)流速 ui= 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)s 22i150/(9836)n7().7..4Vdu????根按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長(zhǎng)度為 (m)? p7694()l5N?管 程傳熱管總根數(shù) N=72x4=288 (根) 管心距的計(jì)算 采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正方形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距 t=，則 T= 20=25（mm）?橫過(guò)管束中心線的管數(shù) nc= = 取 19（根）28 換熱器型號(hào)、參數(shù)的確定將選型計(jì)算所得換熱器管管子數(shù)與布管總數(shù)相比較，如果換熱器管管子數(shù)大于布管總數(shù)，則需更換公稱直徑 DN,然后重新計(jì)算布管總數(shù)；如果換熱管管子數(shù)小于布管總數(shù)，則可最終確定換熱器型號(hào)，并將換熱器的型號(hào)參數(shù)輸出。換熱器型號(hào)參數(shù)有：公稱直徑 DN、公稱壓力 PN、換熱管長(zhǎng)度 LN、換熱器管程 NP、換熱器外徑 d、公稱換熱面積 A、管箱型式（A/B） 、殼體型式等。 殼體內(nèi)徑計(jì)算采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=，則殼體內(nèi)徑為本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9D= = 25 =556（mm）取 600mm/N??286/圓整可取 D=600mm式中：T—管心距 N—傳熱管總根數(shù) η—管板利用率圓缺高度計(jì)算：采用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=600=150mm?取折流板間距 B=,則B= 600=300mm，可取 B 為 300mm 折流板的計(jì)算 折流板一般都比較薄，為了盡量避免加工偏差，便于管束裝配，全部折流板應(yīng)疊在一起同時(shí)進(jìn)行鉆孔為好，待鉆孔工序完成后再按對(duì)稱方向根據(jù)需要的形狀進(jìn)行邊緣加工。弓形折流板 大部分換熱器采用弓形折流板，其缺口高 h 數(shù)值，一般為— 倍的圓筒內(nèi)直徑。折流板的缺口一般在排管中心以下或切于兩排管孔的小橋中間。折流板數(shù) 450113BN???傳 熱 管 長(zhǎng) （ 塊 ）折 流 板 間 距對(duì)于折流板的間距，沒有嚴(yán)格規(guī)定一般按工藝要求而定。一般采用等距分布。折流板的最小間距，一般不小于殼體內(nèi)直徑的五分之一，且不小于 50mm，特殊情況可取小間距。折流板的最大間距與管徑及殼體直徑有關(guān)。 換熱器核算管程流體進(jìn)出口接管的直徑：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u=，則接管內(nèi)徑為41520/.???（ 698）=（ ）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為：65mm殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)氣體苯品流速為 u=15m/s，液體苯品流速本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10為 u=,則接管內(nèi)徑為 進(jìn)口內(nèi)徑: 取 200mm4350/????（ 6） 出口內(nèi)徑： /?（ ） （ ）取標(biāo)準(zhǔn)管徑為：100mm 傳熱系數(shù)核算殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)圓缺形折流板，可采用克恩公式 o?????????當(dāng)量直徑，由正方形排列得 ??= .0m31????????????（ ）殼體流通截面積 o 2o 5???????????????S（ ）殼體流體流速及其雷諾系數(shù)分別為氣體苯： o35/??（ ） （ /） 15e=.2?R液體苯：o35/??（ ） （ /）普蘭特準(zhǔn)數(shù)氣體苯： .??液體苯： 3..???本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11粘度校正 1????????W/(m2. ℃)???? W/(m2. ℃)./.139.’=（1／3﹢1922／3）2= W/(m 2. ℃)o（2）管程對(duì)流傳熱系數(shù) RePrd.??管程流通截面積 ??（ ）管程流體流速 ie3/????（ ） （ /）R=普蘭特準(zhǔn)數(shù) ??????（3）總傳熱系數(shù) K污垢熱阻 Rsi=.℃/W Rso= m2.℃/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù) λ=70W/(m.℃)=osisoim1db+aR???K=W/.??????本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12（m 2℃）（4）傳熱面積 S S= =mQKt?.??（ ）該換熱器的實(shí)際傳熱面積 Sp此管采用 D=600mm B=420mm 管長(zhǎng) l=4m 管程為 4 管程的規(guī)格，查國(guó)標(biāo)可得：傳熱管總管數(shù)為：288 根換熱器的實(shí)際傳熱面積 Sp= () (28819)=75??2m該換熱器的面積裕度為 ?????H=傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2．3．2 換熱器的流體阻力（1）管程流動(dòng)阻力 i tspP???12（ +） FNNs=1，Np=4，F(xiàn)t=????1=，由 Re=10061，傳熱管相對(duì)粗糙度 ，查莫狄圖得=℃ ，流速 ui=， =994kg/m3，所以i? . ????（ P） 22u.??==.7（ ）〈 105Pai aP????（ +.7） 14956.（ ）管程流動(dòng)阻力在允許的范圍之內(nèi)。（2）殼程阻力 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 ∑ΔPo=(ΔP′1+ΔP′2)FtNs Ns＝l，F(xiàn)t＝ 流體流經(jīng)管束的阻力 2022 39。(1).45316272cBuPFfnN pa????????,63c,?39。(.5/)/(.51)?????????流體流過(guò)折流板缺口的阻力 總阻力∑ΔPo＝27＋＝(Pa)＜42 kPa殼程流動(dòng)阻力也比較適宜。 換熱器的選型表 23 所選浮頭式換熱器規(guī)格DNmmPNMpa管長(zhǎng)m管程數(shù)換熱管規(guī)格計(jì)算傳熱面積㎡規(guī)格型號(hào) 管程出入口公稱直徑，㎜殼程出入口公稱直徑，㎜ 4 75 65 155表 24 工藝計(jì)算常用參數(shù)公稱直徑ＤＮ（mm） 管程Ｎ 中心排管數(shù) 換熱管數(shù)管程平均通道面積（c㎡）弓形折流板缺口弓高（㎜）600 4 19 288 15020???本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14第三章 換熱器的結(jié)構(gòu)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算 在確定換熱器的換熱面積后，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、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（如管箱、殼體、折流板等）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 換熱器的殼體設(shè)計(jì)采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 η=，則殼體內(nèi)徑為D= = 25 =556（mm）取 600mm/N??286/圓整可取 D=600mm式中：T—管心距 N—傳熱管總根數(shù) η—管板利用率 筒體材料及壁厚由于換熱器為內(nèi)壓容器，故可以采用內(nèi)壓容器的設(shè)計(jì)方法來(lái)確定其壁厚，根據(jù)內(nèi)壓薄壁容器“彈性失效”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，殼壁計(jì)算壁厚計(jì)算公式為：設(shè)計(jì)壓力 PC=（ C1 ~）Pw殼程：PC==管程：PC== 采用雙面對(duì)接焊，局部無(wú)損探傷，取焊縫系數(shù)為 ??壓力容器的用鋼種類很多，主要有 Q235—A,Q235—B,16MnR 等等，這里采用的是 16MnR。材料的許用應(yīng)力 ??Mpat170??取鋼板的厚度負(fù)偏差 C1 =，腐蝕裕量 C2=2mm。則 C= C1+ C2=+2=﹤[]?????????cid=根據(jù)國(guó)家規(guī)定選 6mm但查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 162，對(duì)于公稱直徑 Dg=400 ~700mm 的合金本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15鋼圓筒的最小厚壁應(yīng)該為 8mm，所以本設(shè)計(jì) δmin =8mm。綜上所述，取管體的名義壁厚 δn =10mm 封頭的材料及壁厚上下兩封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的壁厚與筒體的厚度基本相同，兩者可以等厚，則 。根據(jù) JB/T47372022 標(biāo)準(zhǔn)，封頭為：mhf10??。如圖所示，材料選用 ,5,6021DN?直 邊 高 度曲 面 高 度鋼。下封頭常與裙座焊接，h2=50mm，材料選用 16MnR 鋼。 管箱材料的選擇及壁厚的計(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)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故 ，且同上 ，則封頭1??。Cm?計(jì)算厚度為：；???????????? 設(shè)計(jì)厚度 ；????但查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 162，對(duì)于公稱直徑 Dg=400 ~700mm 的合金鋼封頭的最小厚度應(yīng)該為 8mm， =10mm。 經(jīng)檢查， 沒有變化，故dh???t?合適查 JB/T4746—2022《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下：本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16表 31 DN600 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(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）600 175 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 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 700mm，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1??。Cm?為：；??39。 ????????設(shè)計(jì)厚度 ；39。 ?????名義厚度 （ 為向上圓整量） ；39。39。9n mAA經(jīng)檢查， 沒有變化，故合適。??t查 JB/T4746—2022《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的型號(hào)參數(shù)如下：表 32 DN700 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(㎡) 容積(m3) 封頭質(zhì)量（㎏）700 200 短節(jié)部分的厚度同封頭處厚度，為 10mm。 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 在該臺(tái)浮頭式換熱器上，殼程流體的進(jìn)出管口在殼體上，管程流體則從前端管箱進(jìn)入，而后端管箱上則有排污口和排氣口，因此不可避免地要在換熱器上開孔。開孔之后，出削弱器壁的強(qiáng)度外，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，會(huì)