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【正文】 XXXVI 致謝 XXXVIIVII 吉林化工學院本科畢業設計說明書一次稱為一個殼程。為提高管內流體的速度,可在兩端封頭內設置適當隔板,將全部管子平均分隔成若干組。這樣,流體可每次只通過部分管子而往返管束多次,稱為多管程。同樣,為提高管外流速,可在殼體內安裝縱向檔板使流體多次通過殼體空間,稱多殼程。在管殼式換熱器內,由于管內外流體溫度不同,殼體和管束的溫度也不同。如兩者溫差很大, 換熱器內部將出現很大的熱應力,可能使管子彎曲,斷裂或從管板上松脫。因此,當管束和殼體溫度差超過50℃時,應采取適當的溫差補償措施,消除或減小熱應力。二十世紀20年代出現板式換熱器，并應用于食品工業。以板代管制成的換熱器，結構緊湊，傳熱效果好，因此陸續發展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的III 吉林化工學院本科畢業設計說明書在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減小；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節省設備費，后者可節省操作費，故在設計或生產使用中應盡量采用逆流換熱。當冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設計時應在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協調。為了降低污垢的熱阻，可設法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。IIIVI 吉林化工學院本科畢業設計說明書有效厚度：de=dnC1C2=122=10mm 壓力實驗時應力校核 壓力試驗類型：液壓試驗 試驗壓力值：PT=[s]170=180。180。= [s]t170壓力試驗允許通過的應力水平[s]T:[s]T163。=180。180。275= 試驗壓力下圓筒的應力：sT=PT(Di+de)180。(800+10)==2de2180。10應為sT163。[s]T所以校核結果合格 壓力及應力計算2de[s]tf2180。10180。147180。== 最大允許工作壓力：[PW]=(Di+de)(800+10)t設計溫度下 計算應力：s=Pc(Di+de)180。(800+10)==2de2180。10[s]tf=147180。=應為[s]tf179。st 結論：,合格 前端管箱封頭計算 計算條件計算壓力：Pc=VII 吉林化工學院本科畢業設計說明書設計溫度：t=176。C 內徑：Di= 曲面高度：hi= 材料：Q345R板材實驗溫度許用應力[s]= 設計溫度許用應力[s]= 鋼板負偏差C1= 腐蝕余量C2= 焊接接頭系數：f= 厚度及重量計算t1233。230。Di246。247。形狀系數：k=234。2+231。231。6234。232。2hi247。248。235。計算厚度：d=2249。1233。230。800246。2249。=234。2+231。247。=6234。235。232。2180。400248。kP1180。180。800cDi== t2[s]180。189180。180。 名義厚度：dn=C1+C2+d=，可取名義厚度為有效厚度：de=dnC1C2== 結論：此厚度滿足最小厚度要求 壓力計算2[s]tfde2180。189180。180。]=== 最大允許工作壓力：[PWkDi+180。800+180。：合格 殼程筒體計算 計算條件 計算壓力：Pc=VIIX 吉林化工學院本科畢業設計說明書接管腐蝕裕量：1mm 接管厚度負偏差：Clt= 接管材料許用應力：[s]= 開孔補強計算 殼體計算厚度：d=180。800==2[s]tfPc2180。140180。180。18== t2[s]fPc2180。140180。：dt=[s]t140==1 接管材料強度消弱系數：fr=r[s]140開孔直徑：d=di+2C=18+2180。3=24mmd=123A=dd+2ddet(1fr)=24180。+0=殼體多余金屬面積：A1=(Bd)(ded)2det(ded)(1fr)=(5524)180。()0=接管多余金屬面積：XI 吉林化工學院本科畢業設計說明書A2=2h1(detdt)fr+2h2(detC2)fr=2180。180。()180。1+0= 補強區焊縫面積（）1A3=2180。180。7180。7=49mm22由于A1+A2+A3=＞Ａ＝ 所以不需要另加補強。接管：B f45180。4 接管實際外伸長度：156mm 接管實際內伸度：0mm 接管焊接接頭系數：1 接管厚度負偏差：Clt=1mm 接管材料許用應力：[s]= 開孔補強計算 殼體計算厚度：d=180。800== t2[s]fPc2180。140180。180。37==2[s]tfPc2180。140180。：dt=[s]t140==1 接管材料強度消弱系數：fr=[s]r140開孔直徑：d=di+2C=37+6=43mm 補強區有效寬度：B=2d=2180。43=86mm 接管有效外伸長度：h1=ddnt=43180。4= 接管有效內伸長度：h2=0mm 開孔消弱所需的補強面積：XIXIV 吉林化工學院本科畢業設計說明書所以不需要另加補強。 延長部分兼作法蘭固定管板式管板 設計計算條件 ：設計壓力：PS= 設計溫度：TS=1500C平均金屬溫度：ts=150oC 裝配溫度：t0=15OC 材料名稱：Q345R 設計溫度下許用應力：[s]=140MPat平均金屬溫度下彈性模量：ES=180。105MPa平均金屬溫度下熱膨脹系數：as=180。105MPa 殼程圓筒內直徑：Di=800mm 殼程圓筒名義厚度：ds=12mm 殼程圓筒有效厚度：dse=殼體法蘭設計溫度下彈性模量：E39。f=180。105MPa殼程圓筒內直徑橫截積：A==180。180。8002=180。104mm2 殼程圓筒金屬橫截面積：AS=pdS(Di+ds)=180。12180。(800+12)=180。105mm2：XV 吉林化工學院本科畢業設計說明書設計壓力：Pt= 設計溫度：TS=110OC 材料名稱：16Mn 設計溫度下彈性模量：En=180。105MPa 殼程圓筒名義厚度：dh=12mm 殼程圓筒有效厚度：dhe=10mm管箱法蘭設計溫度下彈性模量：E39。“f=180。105MPa ：材料名稱：20（GBT8163）管子平均溫度：tt=110OC設計溫度下管子材料許用應力：[s]tt=132MPa 設計溫度下管子材料屈服應力：sst=245MPa 設計溫度下管子材料彈性模量：bn=180。105MPa平均金屬溫度下管子材料彈性模量：Et=180。105MPa平均金屬溫度下管子材料熱膨脹系數：at=180。105mm/mm0C 管子外徑：d=25 mm 管子壁厚：dt= 管子根數：n=453 換熱管中心距：S=32mm 一根管子金屬橫截面積：a=pdt(ddt)=180。180。()= 換熱管長度：L=3000mm 管子有效長度：L=3000mm 管束模數：Ke=7680MPa管子回轉半徑：i=+(d2dt)2=+(252180。)2=XVXVIII 吉林化工學院本科畢業設計說明書”1233。2Efbf“kf=234。12234。Di+bf235。230。2d”231。f231。D232。i3249。246。“247。+Ehw247。248。3249。1233。2180。180。105180。32230。2180。14246。5=234。231。247。+180。10180。 12234。800+32800232。248。235。=： 材料名稱：20II 管箱法蘭厚度：d39。f=20mm 法蘭外徑：Df=240mm法蘭寬度：bf=(DfDi)/2=(24020)/2=110mm 比值：ds/Di=5/800= 比值：d39。f/Di=20/800=系數C39。:按ds/Di，d39。f/Di，查GB1511999圖25得C”= 系數w“：按ds/Di，d39。f/Di，查GB1511999圖26得w”= 旋轉剛度：233。2E“b1ffk”f=234。12234。Di+bf235。230。2d“231。f231。D232。i3249。246。”247。+Ehw247。248。3249。1233。2180。180。105180。110230。2180。20246。5=234。231。247。+180。10180。 12234。800+110800232。248。235。=6MPaXIX 吉林化工學院本科畢業設計說明書：法蘭外徑與內徑之比：K=DfDi39。=240/135=殼體法蘭應力系數Y:按k查GB1501998表95得k=~180。6== 選擇剛度無量綱參數：kf=4kt4180。7680~管板第一彎矩系數：按k, kf查GB1511999圖27得m1== 系數：f=~1=180。,kf查GB1511998圖29得G2= 換熱管束與不帶膨脹節殼剛度之比：180。105180。453180。===180。105180。180。104管板第二彎矩系數：按K,Q查GB1511999圖28（a）得m2=4 系數：M1===2k(Q+G2)2180。180。(+)系數：按K,Q查圖30得G3= 法蘭力矩折減系數：x=~== ~(kf+G3)+180。~~法蘭力矩變化系數：DMf=DMkf/k“f==10~DM=其中11== 39。6kx+”+：管板開孔后面積：A1== 180。180。453180。180。252=180。105mm2 管板布管區面積：At=ns2+Ad=453180。322+180。105=180。105mm2XIXXXII 吉林化工學院本科畢業設計說明書1(1+V)G11(1+)180。~== 不計溫差應力時：sr=4(Q+G2)4(+)~=1(1+V)G1=1()180。= 計溫差應力時 ：sr4(Q+G2)4(+)：~39。=不計溫差應力時：sr3(1+V)m3(1+)180。==4(Q+G2)k4(+)180。~39。=3(1+V)m=3()180。= 計溫差應力時 ：sr4(Q+G2)k4(+)180。：~=不計溫差應力時：tp1(1+V)11+==4(Q+G2)+~=1(1+V)== 計溫差應力時 ：tp4(Q+G2)+：不計溫差應力時： ~~Mws=xMmDMfM1=180。180。= ()計溫差應力時： ~~Mws=xMmDMfM1=180。()180。= ()： 不計溫差應力時：~Pl230。計算值：sr=s=180。180。180。231。231。247。247。= ：[s]tr=180。189=22XXIII 吉林化工學院本科畢業設計說明書計溫差應力時：~Pl230。sr=s=180。()180。180。231。231。247。247。= ：3[s]tr=3180。189=567MPa ： 不計溫差應力時： 計算值：249。Palt39。230。Di246。233。kk239。sr=sr231。247。234。1+(2m)180。=180。180。231。247。=+180。()許用值：[s]tr=180。189= 計溫差應力時： 計算值：Plt230。D246。sr39。=asr39。231。i247。m232。d248。2233。kk2249。1+(2m)234。235。m2m2()180。=180。()180。231。247。=+180。()(249。2+)許用值：3[s]tr=3180。189=567MPa ： 計算值：tp=Pal~180。=180。180。= ：[s]tr=180。189= 計算值：tp=XXIII Pal~180。=180。180。= XXVI 吉林化工學院本科畢業設計說明書許用值：3[q]=3180。=（焊接） 僅有殼程壓力作用Pt下的危險組合工況（Ps=0）： 不計溫差應力時： 計溫差應力時：r=at(ttt0)as(tst0)=180。105(11815)180。105180。(13815)=：不計溫差應力時：Pc=Pt(1+b)=(1+)= 計溫差應力時：Pc=Pt(1+b)=(1+)= ： 不計溫差應力時：Pa=229。tpt+bgEt=180。+180。0180。180。105=計溫差應力時 ：Pa=229。tpt+bgEt=180。+180。()180。180。105=：4Mm4180。180。107== 不計溫差應力時：Mp=180。180。800180。180。180。107== 計溫差應力時 ：Mp=180。180。8003180。：~~不計溫差應力時：M=Mp=XXVII 吉林化工學院本科畢業設計說明書~~計溫差應力時 ：M=Mp=：~不計溫差應力時：V=fM=180。= ~計溫差應力時 ：V=fM=180。=： 不計溫差應力時：m=m1++4180。==1+V1+ ：m=m1++4180。==1+V1+0時G1e=3mm/k：不計溫差應力時：G1e=3mm/k=3180。180。：G1e=3mm/k=3180。180。0時,（b）得: 不計溫差應力時：m0時,G1= 計溫差應力時 ：m0時, G1= ：1(1+V)G11(1+)180。~== 不計溫差應力時：sr=4(Q+G2)+~=1(1+V)G1=1(1+)180。= 計溫差應力時 ：sr4(Q+G2)+：~39。=不計溫差應力時：sr3(1+V)m3(1+)180。==4(Q+G2)k4(+)180。~39。=3(1+V)m=3(1+)180。= 計溫差應力時 ：sr4(Q+G2)k4(+)180。：XXVIIXXX 吉林化工學院本科畢業設計說明書230。Dip~39。sf=UMwsPal231。231。d39。4232。f246。247。247。=180。180。180。180。180。231。247。 4232。20248。=：[s]tr=180。132=198MPa 計溫差應力時： 計算值：230。Dip~39。sf=UMwsPal231。231。d39。4232。f246。247。247。=180。180。()180。180。180。231。247。 420232。248。=116MPa2許用值：3[s]tr=3180。132=396MPa ： 不計溫差應力時： 計算值：sr=G2QV249。1233。PPa cb234。Q+180。180。+==許用值：[s]tr=132MPa [s]cr= 計溫差應力時：XXXI 吉林化工學院本科畢業設計說明書G2QV249。1233。Pa 計算值：sr=234。Pcb235。Q+180。180。 +==許用值：3180。[s]tr=396MPa [s]cr= ： 不計溫差應力時： 計算值：Asc=As233。l(1+V)180。105Pa=234。Pt+(Q+G2)180。180。(1+)+180。=+：f[s]tl=1180。132=132MPa 計溫差應力時： 計算值：Asc=As233。l(1+V)180。105Pa=234。Pt+4(Q+G)180。180。(1+)+180。= +：3[s]tr=396MPa ： 不計溫差應力時：180。180。109== 計算值：q=dlp25180。3000180。：[q]=180。180。109== 計溫差應力時：q=dlp25180。3000180。：3[q]=3180。=（焊接）XXXIXXXIV 吉林化工學院本科畢業設計說明書地角螺栓兩側均有墊鐵，設備招平后，斜墊鐵，可與設備支座底板悍牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。墊鐵的安裝不應妨礙換熱器的熱膨脹。試車前應查閱圖紙有無特殊要求和說明。名牌有無特殊標志。試車前應清洗整個系統，并在入口接管處設置過濾網，系統中如無旁路，試車時應增設臨時旁路。試車開始后，開啟放氣門，使流體充滿設備，此設備的物料為蒸汽，開車前應排空殘液，以免形成水擊，因為此設備的介質有腐蝕性，停車后應降參與介質排凈，開車和停車過程中，應逐漸升溫和降溫，以免造成壓差過大和熱沖擊。換熱器不得在超過銘牌規定的條件下進行，要經常對管殼程介質的溫度和壓降進行監督，分析換熱器的泄露和結構情況。在壓降增大和傳熱系數降低超過一定數值時，應根據介質和換熱器的結構，選擇有效地方法進行清洗，應經常監視管束的震動情況。XXXV 吉林化工學院本科畢業設計說明書結論近年來，隨著我國石化、鋼鐵等行業的快速發展，換熱器的需求水平大幅上漲，但國內企業的供給能力有限，導致換熱器行業呈現供不應求的市場狀態，巨大的供給缺口需要進口來彌補。換熱器是一種高效緊湊的換熱設備，它的應用幾乎涉及到所有的工業領域，而且其類型、結構和使用范圍還在不斷發展。再沸器作為換熱器的一種，在工業生產中的作用也越來越重要，其發展和改進必定引起工業生產效率的大幅度提高。XXXVXXXVIII 吉林化工學院本科畢業設計說明書為以后走上工作的崗位奠定良好的基礎。在最后，我要感謝我的指導教師王海波在畢業設計這段時間里，給我的指導和幫助，讓我少走了很多彎路，學會了許多知識，掌握了新的技能。