壓力容器畢業(yè)設(shè)計(jì)--固定管板式換熱器

1、<p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的設(shè)備，在不同工作條件下對(duì)換熱器性能要求不同，它是冷熱流體間傳遞熱量的設(shè)備。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)為固定管板式換熱器，固定管板式換熱器主要由管箱、管板、殼體、換熱管、折流板、拉桿、定距管、封頭等組成。固定管板式換熱器由兩端管板和殼體構(gòu)成。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)用比較廣泛。固

2、定管板式換熱器管程和殼程中，流過不同溫度的流體，通過熱交換完成換熱。當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，為了避免較高的溫差應(yīng)力，通常在殼程的適當(dāng)位置上，增加一個(gè)補(bǔ)償圈（膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。</p><p>　　在傳熱計(jì)算工藝中，包括傳熱面積計(jì)算，傳熱量、傳熱系數(shù)的確定和換熱器內(nèi)徑及換熱管型號(hào)的選擇，以及傳熱系數(shù)、壓降及壁溫的驗(yàn)算等問題。在強(qiáng)度計(jì)算中主要討論

3、的是筒體、管箱、封頭、管板厚度計(jì)算以及折流板、法蘭、墊片和接管、支座、等零部件的設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行一些強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)是按照GB151《管殼式換熱器》和GB150《鋼制壓力容器》設(shè)計(jì)的。</p><p>　　換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，在日常生活中傳熱設(shè)備也隨處見，是不可缺少的工藝設(shè)備之一。隨著研究的深入，工業(yè)應(yīng)用取得了令人矚目的成果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：換熱器；設(shè)計(jì)；校

4、核；固定管板式</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Heat exchanger is the most commonly used equipment in industrial production, the requirements of different heat exchanger performance under

5、different working conditions, it is the equipment of heat transfer between cold and hot fluids.</p><p>　　The design for the fixed tube plate heat exchanger, fixed tube plate heat exchanger is mainly composed

6、 of a tube box, tube plate, shell, heat pipe, baffle plate, rod, tube, head distance etc.. Fixed tube plate heat exchanger by the two ends of tube plate and the shell. Because of its simple structure, more extensive use

7、of. Fixed tube plate heat exchanger tube side and shell, through the fluid of different temperature, through the heat exchange heat. When the two fluid temperature difference is </p><p>　　In the calculation

8、of the heat transfer process, including heat transfer area calculation, heat transfer, the determination of heat transfer coefficient and the heat exchanger tube diameter and the choice of models of the heat exchange, an

9、d the heat transfer coefficient, pressure drop and wall temperature calculation etc.. Discussion on the calculation of strength is the design of cylinder, tube box, head, tube plate thickness calculation and the baffle p

10、late, flange, gasket and takeover, suppor</p><p>　　The heat exchanger is very extensive applications in various fields of industry, agriculture, in the daily life of heat transfer equipment also can see, is

11、one of the indispensable process equipment. With the in-depth research, industrial application has achieved the results attract people's attention.</p><p>　　Keywords: heat exchanger; design; check; fixed

12、 tube plate</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述1</b></p><p>　　二、傳熱工藝計(jì)算7</p><p>　　2.1 原始數(shù)據(jù)7</p><p>　　2.2 定性溫度及確定其物性參數(shù)7</p>

13、;<p>　　2.3 傳熱量與水蒸汽流量計(jì)算8</p><p>　　2.4 有效平均溫差計(jì)算9</p><p>　　2.5 管程換熱系數(shù)計(jì)算10</p><p>　　2.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)12</p><p>　　2.7 殼程換熱系數(shù)計(jì)算12</p><p>　　2.8 總傳熱系數(shù)計(jì)算14&l

14、t;/p><p>　　2.9 管壁溫度計(jì)算15</p><p>　　2.10 管程壓力降計(jì)算16</p><p>　　2.11 殼程壓力降計(jì)算17</p><p>　　3.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定21</p><p>　　3.2 布管方式的選擇21</p><p>　　3.3

15、 筒體內(nèi)徑的確定22</p><p>　　3.4 筒體壁厚的確定22</p><p>　　3.5 筒體水壓試驗(yàn)23</p><p>　　3.6 封頭厚度的確定24</p><p>　　3.7管箱短節(jié)壁厚計(jì)算25</p><p>　　3.8管箱水壓試驗(yàn)26</p><p>　　3.9管

16、箱法蘭的選擇26</p><p>　　3.10管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算27</p><p>　　3.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定：42</p><p>　　3.12 防沖板尺寸的確定：42</p><p>　　3.13 折流板尺寸的確定：42</p><p>　　3.14、各管孔接管及其法蘭的選擇：43<

17、;/p><p>　　3.15 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：46</p><p>　　3.16、支座的選擇及應(yīng)力校核49</p><p>　　3.16.1 支座選擇49</p><p>　　3.16.2 耳座的應(yīng)力校核50</p><p><b>　　致謝53</b></p><p>

18、;<b>　　參考文獻(xiàn)54</b></p><p>　　第十屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)青年專家研討會(huì)</p><p>　　摘要：在大型火力發(fā)電廠空氣冷凝支撐設(shè)備是一個(gè)新的特殊產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。這是一種典型的鋼混泥土垂直混合設(shè)備。通過CFD軟件直觀的模擬出這種設(shè)備的表面風(fēng)載荷分布情況。研究了“A”類支撐設(shè)備的風(fēng)壓，研究了不同形式下的防風(fēng)墻風(fēng)壓，研究了不同方向角下的風(fēng)壓。分析了在不同防風(fēng)墻形

19、式下“A”類支撐設(shè)備頂部氣流方向。獲得了防風(fēng)墻和在不同方向下“A”類支撐設(shè)備的任一截面形狀系數(shù)。通過對(duì)結(jié)果的分析，獲得了防風(fēng)墻和最合理的防風(fēng)墻形式下“A”類形狀設(shè)備的形狀系數(shù)?；诮Y(jié)果的分析提出一些建議。</p><p>　　關(guān)鍵詞：空氣冷凝器；鋼混泥土垂直混合設(shè)備，防風(fēng)墻，風(fēng)動(dòng)數(shù)值模擬。</p><p><b>　　1介紹</b></p><p&

20、gt;　　在設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)是非常重要的。強(qiáng)烈的颶風(fēng)往往會(huì)使結(jié)構(gòu)主體出現(xiàn)斷裂裂紋。長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性風(fēng)的搖擺振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、支承結(jié)構(gòu)、其它部件的疲勞破壞，這些都對(duì)使安全性構(gòu)成威脅。隨著新的技術(shù)和工藝的應(yīng)用，建筑物變得更加復(fù)雜，它們對(duì)風(fēng)更具高靈敏性。</p><p>　　在大的火力發(fā)電廠空氣冷凝器支撐設(shè)備是一種新的特殊的工業(yè)結(jié)構(gòu)。由于生產(chǎn)的需要，它的體型很特別，它的表面風(fēng)壓分布很復(fù)雜，在其垂直方向上它的質(zhì)量和硬度是

21、不均勻分布的，這是一種典型的鋼筋混凝土垂直結(jié)構(gòu)﹙如圖1﹚。由于工藝需要，防風(fēng)墻和“A”類支撐設(shè)備需要安裝在結(jié)構(gòu)頂部。防風(fēng)墻的形式會(huì)對(duì)“A”類支撐設(shè)備的頂部氣流方向和冷卻空氣利用率產(chǎn)生一定影響。在中國(guó)結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范中沒有關(guān)于空氣冷卻支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)參數(shù)的數(shù)據(jù)。目前為止在結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中風(fēng)的很多參數(shù)依舊不得而知，需要對(duì)防風(fēng)墻結(jié)構(gòu)形式作更深入的研究。因此研究空氣冷卻支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)載荷和防風(fēng)墻結(jié)構(gòu)形式非常重要。</p><p>　　經(jīng)

22、過四十多年的發(fā)展風(fēng)工程理論已經(jīng)相當(dāng)成熟。風(fēng)洞試驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)（CFD）數(shù)值模擬能夠很好的研究建筑物表面風(fēng)載荷。盡管在國(guó)內(nèi)外有很多關(guān)于其它建筑物風(fēng)載荷的詳細(xì)數(shù)據(jù)，但是關(guān)于空氣冷卻設(shè)備風(fēng)載荷的數(shù)據(jù)卻很少。垂直防風(fēng)墻上空氣冷卻設(shè)備風(fēng)壓力分布依舊處于研究階段。</p><p>　　在本文中用大型CFD軟件分析不同防風(fēng)墻結(jié)構(gòu)形式下1000MW空氣冷卻結(jié)構(gòu)的風(fēng)動(dòng)數(shù)值模擬，防風(fēng)墻的風(fēng)壓分布和不同防風(fēng)墻形式下“A”類結(jié)構(gòu)依舊還

23、需要研究。</p><p><b>　　2 風(fēng)動(dòng)數(shù)值模擬</b></p><p><b>　　2.1 結(jié)構(gòu)原型</b></p><p>　　1000MW空氣冷凝支撐設(shè)備是一種典型的鋼筋混凝土垂直混合設(shè)備（見圖2）。它由7.2米高的立體桁架和二十根47.8米高的管子構(gòu)成。它的中間跨度是22.62米，邊間跨度是11.31米。防

24、風(fēng)墻，“A”類支撐設(shè)備和直徑80米的風(fēng)扇安裝在鋼桁架的頂端?！癆”類支撐設(shè)備的高度是14米，風(fēng)扇半徑是4.75米。</p><p>　　要對(duì)垂直防風(fēng)墻，彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻，彎曲其高度二分之一的防風(fēng)墻分別進(jìn)行研究。“A”類支撐設(shè)備從左到右依次為M1到M20﹙見圖3﹚。在逆時(shí)針方向上垂直防風(fēng)墻被標(biāo)注為A,B,C,D和彎曲防風(fēng)墻被標(biāo)注為A，B1，B2，C，D1,D2。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，在逆時(shí)針方向上風(fēng)方向角分別為0

25、°,45°和90°，角度間隔為45°﹙見圖4﹚。根據(jù)三種不同的防風(fēng)墻形式和和三種不同的風(fēng)方向角得到九種模擬條件﹙見表1﹚。</p><p><b>　　2.2 模型排列</b></p><p>　　2．3模型和計(jì)算理論</p><p>　　2．3．1機(jī)構(gòu)模型

26、 整個(gè)1000MW空氣冷凝設(shè)備的維度模擬是用流暢軟件建立的，這個(gè)圓筒是通過模擬1．9米半徑和47．8米高的圓柱得到的。通過相同的通風(fēng)率，桁架是為了獲得良好的網(wǎng)格而被簡(jiǎn)化。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它被模擬成一個(gè)有孔的長(zhǎng)方體，它的X，Y，Z尺寸分別為116．1米，95．8米，1米。由于風(fēng)扇葉片的阻力，風(fēng)扇做成3．5米的半徑圓。典型的支撐結(jié)構(gòu)被模擬成1

27、米厚的長(zhǎng)方體和它的頂部被模擬成1．8米的半徑缸。根據(jù)40%通風(fēng)率和由于其空隙很窄，空氣冷凝片常被模擬成有一些狹長(zhǎng)孔的長(zhǎng)方體。垂直防風(fēng)墻被模擬成一個(gè)長(zhǎng)方體和彎曲防風(fēng)墻被模擬成兩個(gè)長(zhǎng)方體。 2.3．2計(jì)算字段和網(wǎng)格

28、 根據(jù)幾何模型，其計(jì)算字段被模擬成一個(gè)</p><p><b>　　3結(jié)果分析</b></p><p>　　3．1防風(fēng)墻形狀系數(shù)和分布特性</p><p>　　在圖7中畫出了所有情況下防風(fēng)墻的形狀系數(shù)。根據(jù)分析的結(jié)果，在所有情況下防風(fēng)墻迎風(fēng)面的壓力系數(shù)是正的，數(shù)值是非常大的。它的側(cè)風(fēng)和背風(fēng)面壓力系數(shù)可能是正的也有可能是負(fù)的，數(shù)

29、值接近0。彎曲其高度的三分之一或一半的防風(fēng)墻其形狀系數(shù)比垂直的防風(fēng)墻形狀系數(shù)稍微小一點(diǎn)。</p><p>　　在圖8中描繪了垂直防風(fēng)墻迎風(fēng)面壓力系數(shù)和在0°風(fēng)方向角處彎曲其高度的三分之一的防風(fēng)墻情況。通過圖8，垂直防風(fēng)墻和彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻的迎風(fēng)面壓力系數(shù)分別是0.9998和0.9668，結(jié)果表明，彎曲防風(fēng)墻的形狀系數(shù)比垂直防風(fēng)墻的形狀系數(shù)稍微小一點(diǎn)。</p><p>　

30、　3.2“A”類結(jié)構(gòu)形狀和分布特征</p><p>　　圖9中顯示的是在不同方向下“A”類支撐結(jié)構(gòu)的形狀系數(shù)。根據(jù)分析結(jié)果，在0°風(fēng)方向角下的“A”類支撐結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布具有良好比例分部，“A”類支撐結(jié)構(gòu)的每個(gè)截面形狀系數(shù)幾乎是完全相同的。在45°風(fēng)方向角下靠近風(fēng)一側(cè)的這類支撐結(jié)構(gòu)末端的負(fù)壓和中心截面的負(fù)壓一直在下降，之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象原因是45°是一個(gè)斜角度，防風(fēng)墻和“A”類支撐結(jié)構(gòu)

31、能阻止一些氣流，環(huán)繞在這類支撐結(jié)構(gòu)的氣流流向遠(yuǎn)離風(fēng)的末端。在90°風(fēng)方向角下靠近風(fēng)一側(cè)的結(jié)構(gòu)末端的負(fù)壓是比較大的，這是因?yàn)閹缀跛械臍饬魇潜环里L(fēng)墻和“A”類支撐結(jié)構(gòu)阻擋，在靠近風(fēng)的一側(cè)隨著距離越來越遠(yuǎn)負(fù)壓下降的也越來越快。</p><p>　　圖10中顯示的是在90度風(fēng)方向角和彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻下“A”型支撐結(jié)構(gòu)風(fēng)壓力分布情況。根據(jù)圖1 0，從靠近風(fēng)的一端到遠(yuǎn)離風(fēng)的一端其顏色由綠色變化到黃色，這

32、表明靠近風(fēng)的負(fù)壓比遠(yuǎn)離風(fēng)的負(fù)壓大。</p><p>　　3.3不同防風(fēng)墻的對(duì)比分墻</p><p>　　3．3．1我的形狀系數(shù)的對(duì)比分析</p><p>　　根據(jù)圖7，彎曲防風(fēng)墻的形狀系數(shù)比垂直防風(fēng)墻的形狀系數(shù)稍微小些，那些降低值與不同的彎曲形式是不同的。作為一個(gè)整體，彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻形狀系數(shù)比彎曲其高度一半的防風(fēng)墻形狀系數(shù)稍微小一些。</p>

33、<p>　　表2中表示的是在不同防風(fēng)墻和90度風(fēng)向角下防風(fēng)墻迎風(fēng)面形狀系數(shù)。通過表2，彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻頂部形狀系數(shù)比彎曲其高度一半的防風(fēng)墻頂部形狀系數(shù)稍微小一些。彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻底部形狀系數(shù)比彎曲其高度一半的防風(fēng)墻底部形狀系數(shù)稍微大一些。</p><p>　　繪圖人員通過“A”類支撐結(jié)構(gòu)支撐彎曲防風(fēng)墻，由于防風(fēng)墻位置較高因此內(nèi)里很大。就穩(wěn)定性能而言彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻更合理

34、。</p><p>　　3．3．2 “A”類結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析</p><p>　　(1)考慮到設(shè)備的需要</p><p>　　通過圖9，三種防風(fēng)墻分別在0°，45°風(fēng)方向角下的形狀系數(shù)是幾乎完全相同的，這表明防風(fēng)墻形式對(duì)“A”類支撐設(shè)備幾乎沒有影響。通過對(duì)結(jié)果的分析，在彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻下“A”類支撐結(jié)構(gòu)的形狀系數(shù)比在垂直防風(fēng)墻和彎曲其高度

35、二分之一防風(fēng)墻的形狀系數(shù)小。這表明彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻更加合理。</p><p>　　(2）考慮到藝術(shù)和工藝的需要</p><p>　　直接空氣冷凝技術(shù)是用冷空氣直接冷卻輪船排放的廢氣，冷空氣由大功率風(fēng)機(jī)產(chǎn)生，所以充分利用冷空氣是非常重要的。</p><p>　　由于防風(fēng)墻和吹風(fēng)器產(chǎn)生的空氣動(dòng)力的影響，冷凝空氣的利用率通常是通過負(fù)壓直接影響的，這使得“A”類支

36、撐結(jié)構(gòu)的表面負(fù)壓為負(fù)。如果負(fù)壓值比較大空氣冷凝器的利用率是很高的。所以防風(fēng)墻與空氣冷凝器的利用率直接相關(guān)。根據(jù)結(jié)果分析，安裝在垂直防風(fēng)墻上的“A”類支撐設(shè)備的形狀系數(shù)比彎曲防風(fēng)墻的形狀系數(shù)稍微大一些，最明顯的不同是90度風(fēng)方向角。因此垂直防風(fēng)墻比較合理。</p><p><b>　　4總結(jié)</b></p><p>　　在大的火力發(fā)電廠作用在空氣冷凝器上的表面風(fēng)載荷是被

37、模擬的。得出以下結(jié)</p><p>　?。?）我們能夠得到安裝在垂直防風(fēng)墻，彎曲其高度三分之一防風(fēng)墻，彎曲其高度一半防風(fēng)墻和在0°,45°,90°風(fēng)方向角下的“A”類支撐設(shè)備的形狀系數(shù)。彎曲其高度三分之一和彎曲其高度一半防風(fēng)墻的形狀系數(shù)比垂直防風(fēng)墻的形狀系數(shù)稍微小一些。</p><p>　?。?）“A”類支撐設(shè)備在0°風(fēng)方向角下的風(fēng)壓分布是非常合理的

38、。在45°風(fēng)方向角下靠近風(fēng)一側(cè)的負(fù)壓是很大的，遠(yuǎn)離風(fēng)一側(cè)的負(fù)壓呈逐漸下降趨勢(shì)。在90°風(fēng)方向角下靠近風(fēng)一側(cè)的負(fù)壓式很大的，遠(yuǎn)離風(fēng)一側(cè)的負(fù)壓呈逐漸下降趨勢(shì)。</p><p>　?。?）考慮到結(jié)構(gòu)的需要，彎曲其高度三分之一的防風(fēng)墻比彎曲其高度一半防風(fēng)墻和垂直防風(fēng)墻更加合理。考慮到藝術(shù)和工藝需要，垂直防風(fēng)墻更加合理。</p><p>　?。?）考慮到結(jié)構(gòu)性能，需要優(yōu)先考慮空氣

39、冷卻藝術(shù)和工藝需要。應(yīng)該采用垂直防風(fēng)墻以提高冷凝空氣的系數(shù)利用率。</p><p><b>　　二、傳熱工藝計(jì)算</b></p><p><b>　　2.1 原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　管程水的進(jìn)口溫度t1’=21℃</p><p>　　管程水的出口溫度t1”=93℃</p>

40、<p>　　管程水的工作壓力P1 =1.1MPa</p><p>　　管程水的流量G1=195000 Kg / h</p><p>　　殼程水蒸汽的入口溫度t2’ =170.4℃</p><p>　　殼程水蒸汽的出口溫度t2” =96℃</p><p>　　殼程水蒸汽的工作壓力P2 =0.8 MPa</p><

41、p>　　2.2 定性溫度及確定其物性參數(shù)</p><p><b>　　①管程：</b></p><p>　　管程水定性溫度 t1===57℃</p><p>　　管程水密度查物性表得ρ1=984.67Kg/m3</p><p>　　管程水比熱查物性表得CP1 =4.1775KJ /(Kg·℃)</p

42、><p>　　管程水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得λ1=0.6441w /(m·℃)</p><p>　　管程水粘度μ1=4.9375×10-4 Pa·s</p><p>　　管程水普朗特?cái)?shù)查物性表得Pr1=3.848</p><p><b>　?、跉こ蹋?lt;/b></p><p>　

43、　殼程水蒸汽定性溫度：</p><p>　　殼程水蒸汽冷凝點(diǎn): ti=t2’=170.4℃</p><p><b>　　冷卻段：t2=℃</b></p><p><b>　　冷凝段： ℃</b></p><p>　　殼程水蒸汽密度查物性表得：</p><p>　　冷卻段:ρ2

44、=932.016Kg/m3</p><p>　　冷凝段: =4.154 Kg/m3</p><p>　　殼程水蒸汽比熱查物性表得：</p><p>　　冷卻段:Cp2=4.273KJ /(Kg·℃)</p><p>　　冷凝段: =2.588 KJ /(Kg·℃)</p><p>　　殼程水蒸汽導(dǎo)熱

45、系數(shù)查物性表得：</p><p>　　冷卻段:λ2=0.6857w/(m·℃)</p><p>　　冷凝段：=0.03134w /(m·℃)</p><p><b>　　殼程水蒸汽粘度：</b></p><p>　　冷卻段:μ2= 212.456×10-6Pa·s ? </p

46、><p>　　冷凝段：= 14.7257×10-6 Pa·s</p><p>　　殼程水蒸汽普朗特?cái)?shù)查物性表得：</p><p>　　冷卻段:Pr2 =1.328</p><p>　　冷凝段: =1.2106</p><p>　　2.3 傳熱量與水蒸汽流量計(jì)算</p><p>　

47、　取定換熱效率η=0.98</p><p><b>　　則設(shè)計(jì)傳熱量:</b></p><p>　　Q0=G1×Cp1×（t1”－t1’）×1000／3600</p><p>　　=195000×4.1775×（93-21）×1000/3600</p><p>

48、　　=1.629×107W</p><p>　　由Q0=G2［r+Cp2（t2’－t2”）］·η導(dǎo)出水蒸汽流量G2，r為t2’時(shí)的汽化潛熱r=2052.612KJ/Kg</p><p><b>　　水蒸汽流量：</b></p><p>　　G2==7.012㎏／s</p><p><b>　

49、　冷卻段傳熱量:</b></p><p>　　Q2=G2×Cp2×(ti-t2”)</p><p>　　=7.012×4.273×103×(170.4-96)</p><p>　　=2229193.3W</p><p><b>　　冷凝段傳熱量:</b><

50、;/p><p>　　=G2×r=7.012×2052.612×103=14392915.34W</p><p>　　設(shè)冷凝段和冷卻段分界處的溫度為t3</p><p><b>　　根據(jù)熱量衡算：</b></p><p><b>　　==83.33℃</b></p>

51、;<p>　　2.4 有效平均溫差計(jì)算</p><p>　　逆流冷卻段平均溫差:</p><p>　　逆流冷凝段平均溫差:</p><p>　　由于是單殼程，單管程換熱器不用溫差校正系數(shù)</p><p><b>　　故冷卻段：</b></p><p><b>　　有效平均溫

52、差：℃</b></p><p><b>　　冷凝段：</b></p><p>　　有效平均溫差：114.4℃</p><p>　　2.5 管程換熱系數(shù)計(jì)算</p><p>　　初選冷卻段傳熱系數(shù): </p><p>　　= 900w／（m·k）</p><

53、p>　　初選冷凝段傳熱系數(shù): </p><p>　　則初選冷卻段傳熱面積為:</p><p><b>　　m2</b></p><p>　　初選冷凝段傳熱面積為: </p><p>　　選用25×2.5的無縫鋼管做換熱管</p><p>　　則: 管子外徑d0 =25 mm<

54、/p><p>　　管子內(nèi)徑di=20 mm</p><p>　　管子長(zhǎng)度L=4500 ㎜</p><p><b>　　則需要換熱管根數(shù):</b></p><p><b>　　根</b></p><p>　　可取換熱管根數(shù)為478 根</p><p>　　管

55、程流通面積:a1=Nt×× ? ?</p><p><b>　　管程流速:w1=</b></p><p><b>　　管程雷諾數(shù): </b></p><p>　　管程冷卻段的定性溫度:</p><p><b>　　℃</b></p><

56、p>　　管程冷卻段傳熱系數(shù): </p><p>　　管程冷凝段的定性溫度: ℃</p><p>　　管程冷凝段傳熱系數(shù): </p><p>　　2.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　查GB151-1999 知管間距按1.25 d0取</p><p>　　管間距:s=0.032 m</p>&l

57、t;p>　　管束中心排管數(shù): 根，取24根</p><p><b>　　則殼體內(nèi)徑: m</b></p><p>　　圓整為: Di =900 ㎜</p><p>　　則長(zhǎng)徑比: (合理)</p><p>　　折流板選擇弓形折流板:</p><p>　　弓形折流板的弓高: h=0.2Di

58、=0.2×0.9=0.18 m</p><p>　　折流板間距: m 取B=300mm</p><p>　　折流板數(shù)量: 塊 取14塊?</p><p>　　2.7 殼程換熱系數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　殼程流通面積: </b></p><p><b>　　殼程流速:&

59、lt;/b></p><p><b>　　冷卻段: m/s</b></p><p><b>　　冷凝段: m/s</b></p><p><b>　　殼程當(dāng)量直徑: m</b></p><p>　　冷凝段管外壁溫度假定值: ℃</p><p>&l

60、t;b>　　膜溫: ℃</b></p><p>　　膜溫下液膜的粘度: ? ?</p><p>　　膜溫下液膜的密度: </p><p>　　膜溫下液膜的導(dǎo)熱系數(shù)為: </p><p><b>　　正三角形排列</b></p><p><b>　　冷凝負(fù)荷: </

61、b></p><p>　　殼程冷凝段雷諾數(shù): </p><p>　　殼程冷凝段傳熱系數(shù):</p><p>　　冷卻段管外壁溫假定值:</p><p><b>　　tw2=96℃</b></p><p><b>　　冷卻段雷諾數(shù):</b></p><p

62、><b>　　壁溫下水粘度:</b></p><p><b>　　粘度修正系數(shù): </b></p><p>　　殼程傳熱因子查圖2-12得: </p><p><b>　　Js=110? </b></p><p>　　冷卻段殼程換熱系數(shù):</p><p

63、>　　2.8 總傳熱系數(shù)計(jì)算</p><p>　　查GB-1999 第138 頁(yè)可知</p><p>　　水蒸汽的側(cè)污垢熱阻:</p><p><b>　　﹙m2·℃／w﹚</b></p><p>　　管程水選用地下水，污垢熱阻為: (m2·℃/w) </p><p>　

64、　由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計(jì)</p><p><b>　　冷卻段總傳熱系數(shù):</b></p><p><b>　　傳熱面積比為:</b></p><p><b>　　(合理)</b></p><p><b>　　冷凝段總傳熱系數(shù):</b>&

65、lt;/p><p><b>　　傳熱面積比為:</b></p><p><b>　?。ê侠恚?lt;/b></p><p>　　2.9 管壁溫度計(jì)算</p><p>　　設(shè)定冷凝段的長(zhǎng)度: L"=3.4555米?</p><p><b>　　冷卻段的長(zhǎng)度: ?<

66、;/b></p><p>　　冷卻段管外壁熱流密度計(jì)算: w／﹙m2﹒℃﹚</p><p><b>　　冷卻段管外壁溫度：</b></p><p><b>　　℃</b></p><p><b>　　誤差校核:</b></p><p><b&

67、gt;　　℃誤差不大</b></p><p>　　冷凝段管外壁熱流密度計(jì)算:</p><p><b>　　w∕（m2·℃）</b></p><p><b>　　冷凝段管外壁溫度:</b></p><p><b>　　℃</b></p><

68、;p><b>　　誤差校核:</b></p><p><b>　　℃誤差不大</b></p><p>　　2.10 管程壓力降計(jì)算</p><p><b>　　管程水的流速:</b></p><p><b>　　m∕s</b></p>

69、<p><b>　　管程雷諾準(zhǔn)數(shù)：</b></p><p><b>　　管程摩擦系數(shù): </b></p><p><b>　　壓降結(jié)垢校正系數(shù):</b></p><p><b>　　沿程壓降:</b></p><p><b>　　管程數(shù)

70、: </b></p><p>　　管程回彎次數(shù): n=0</p><p><b>　　回彎壓降: </b></p><p>　　取管程出入口接管內(nèi)徑:</p><p><b>　　管程出入口流速:</b></p><p><b>　　局部壓降:</

71、b></p><p><b>　　管程總壓降:</b></p><p><b>　　管程允許壓降: </b></p><p><b>　　符合壓降要求。</b></p><p>　　2.11 殼程壓力降計(jì)算</p><p><b>　　殼

72、程當(dāng)量直徑:</b></p><p><b>　　殼程流通面積:</b></p><p><b>　　m2</b></p><p><b>　　殼程流速: </b></p><p><b>　　冷卻段: </b></p><

73、p><b>　　冷凝段: </b></p><p><b>　　殼程雷諾數(shù):</b></p><p>　　殼程冷卻段雷諾數(shù): </p><p>　　殼程冷凝段雷諾數(shù): </p><p><b>　　查表殼程摩擦系數(shù):</b></p><p>&l

74、t;b>　　冷卻段: </b></p><p><b>　　冷凝段: </b></p><p><b>　　殼程粘度修正系數(shù):</b></p><p><b>　　冷卻段: </b></p><p><b>　　冷凝段: </b><

75、/p><p><b>　　管束周邊壓降:</b></p><p>　　冷卻段管束周邊壓降:</p><p>　　冷凝段管束周邊壓降:</p><p>　　導(dǎo)流板壓降: （無導(dǎo)流板）</p><p>　　查表取殼程壓降結(jié)垢系數(shù):</p><p><b>　　冷卻段:

76、</b></p><p><b>　　冷凝段: </b></p><p>　　取殼程進(jìn)口接管內(nèi)徑: </p><p>　　殼程出口接管內(nèi)徑: </p><p><b>　　殼程出口流速: </b></p><p><b>　　殼程進(jìn)口流速: </b

77、></p><p><b>　　局部壓降:</b></p><p><b>　　冷卻段: </b></p><p><b>　　冷凝段: </b></p><p>　　冷卻段殼程總壓降: </p><p>　　冷凝段殼程總壓降: </p>

78、;<p><b>　　殼程允許壓降: </b></p><p><b>　　壓降符合要求</b></p><p><b>　　壓降符合要求</b></p><p>　　三、固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算（管程設(shè)計(jì)溫度:100℃ 殼程設(shè)溫度:200℃）</p><p>

79、;　　3.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定</p><p>　　3.2 布管方式的選擇</p><p>　　3.3 筒體內(nèi)徑的確定</p><p>　　3.4 筒體壁厚的確定</p><p>　　3.5 筒體水壓試驗(yàn)</p><p>　　3.6 封頭厚度的確定</p><p>　　3.7管

80、箱短節(jié)壁厚計(jì)算</p><p><b>　　3.8管箱水壓試驗(yàn)</b></p><p>　　3.9管箱法蘭的選擇</p><p>　　3.10管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)為管板延長(zhǎng)部分兼作法蘭的形式，即GB151—1999項(xiàng)目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板，材料為20MnMo的鍛件。<

81、;/p><p>　　確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板的布管方式；以上的項(xiàng)目確定見項(xiàng)目一至九。</p><p><b>　　計(jì)算；</b></p><p>　　C．對(duì)于延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板，計(jì)算Mm和Mp</p><p>　　D．假如管板的計(jì)算厚度為，然后按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度，計(jì)算K，k，&

82、lt;/p><p>　　E.由GB151-1999 P51 圖27 按照K 和查m1，并計(jì)算值，由圖29 按照K 和查G2值</p><p>　　F、計(jì)算M1，由GB151-1999 圖30 按照K 和Q 查G3，計(jì)算? 。 </p><p>　　G、按課程設(shè)計(jì)壓力 Ps ，而管程設(shè)計(jì)壓力 ?Pt=0，膨脹變形差? ，法蘭力矩的危險(xiǎn)組合（GB151-1999 項(xiàng)目5.7

83、.3.2 分別討論）</p><p>　　a、只有殼程設(shè)計(jì)壓力Ps= Pc=0.88 MPa ，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差（=0）。</p><p>　　b、只有殼程設(shè)計(jì)壓力Ps= Pc=0.88 MPa，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，并且計(jì)入膨脹變</p><p><b>　　形差。</b></p><p>　

84、　c、只有管程設(shè)計(jì)壓力 ， 而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0 ，不計(jì)膨脹節(jié)變形差(=0)時(shí)：</p><p>　　d、只有管程設(shè)計(jì)壓力 ， 而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0 ，同時(shí)計(jì)入膨脹節(jié)變形差(≠0)時(shí)：</p><p>　　H.由管板計(jì)算厚度來確定管板的實(shí)際厚度：</p><p>　　3.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定：</p><p>　　由G.a、b、c、

85、d 計(jì)算結(jié)果可以看出：四組危險(xiǎn)組合工況下，換熱管與管板的</p><p>　　連接拉托力均沒超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，并且各項(xiàng)應(yīng)力均沒超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。所以，</p><p><b>　　不需要安裝膨脹節(jié)。</b></p><p>　　3.12 防沖板尺寸的確定：</p><p>　　根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》項(xiàng)目

86、5.11.4 確定防沖板的長(zhǎng)為500mm,寬為427mm,厚度為8mm，防沖板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離為100mm。</p><p>　　3.13 折流板尺寸的確定：</p><p>　　1.根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》圖39（c）選擇單弓形折流板，且由于換熱介質(zhì)為氣液共存，折流板缺口應(yīng)垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口。</p><p>　　2.換熱

87、管無支撐跨距或折流板間距</p><p>　　由GB151-1999 表42 知，當(dāng)換熱管為外徑25 的鋼管時(shí)，換熱管的最大無支撐跨距為L(zhǎng)=1850mm,且折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑的五分之一且不小于50mm,取折流板間距B=300mm.</p><p><b>　　3.折流板管孔</b></p><p>　　有GB151-1999 表

88、36 查得管孔直徑為25.8m, </p><p><b>　　其主要尺寸如下表：</b></p><p><b>　　4、拉桿的選擇</b></p><p>　　3.14、各管孔接管及其法蘭的選擇：</p><p>　　接管a、b選擇相同型號(hào)法蘭，設(shè)水的流速根據(jù)公式取設(shè)計(jì)壓力為2.09MPa。由《

89、鋼制法蘭、墊片、緊固件》選擇帶頸對(duì)焊法蘭，公稱壓力為2.5MPa.相關(guān)尺寸如下：</p><p>　　a、b 進(jìn)出水口接管法蘭的選擇：</p><p>　　c、蒸汽入口接管法蘭的選擇，設(shè)水蒸汽的流速，則根據(jù)公式，取d=250mm設(shè)計(jì)壓力為0.88MPa。由《鋼制法蘭、墊片、緊固件》選擇帶頸對(duì)焊法蘭，公稱壓力為10MPa.相關(guān)尺寸如下：</p><p>　　f、冷凝

90、水出口接管法蘭的選擇</p><p>　　設(shè)水蒸汽全部冷凝成水，且設(shè)出口速度，則取d=100m，設(shè)計(jì)壓力為0.88MPa。由《鋼制法蘭、墊片、緊固件》選擇帶頸對(duì)焊法蘭，公稱壓力為10MPa.相關(guān)尺寸如下：</p><p>　　d、安全閥口、g、放凈口接管法蘭的選擇：</p><p>　　e、排氣孔接管法蘭的選擇：</p><p>　　3.15

91、 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：</p><p>　　(1)a、b 孔DN=450mm（GB150-1998 項(xiàng)目8.1）</p><p>　　所以a、b孔需要補(bǔ)強(qiáng)圈</p><p>　　根據(jù)公稱內(nèi)徑 DN=250，選取補(bǔ)強(qiáng)圈參照 JB/T4736 取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，內(nèi)徑，B=504mm,補(bǔ)強(qiáng)圈在有效范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為，考慮鋼板負(fù)偏差并圓整取補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為4mm，為了便于制造，材料補(bǔ)強(qiáng)

92、圈的名義厚度取封頭厚度即8mm。</p><p>　　（2）c 孔DN=300</p><p>　　因?yàn)?，所以c孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　同理：其它各孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　3.16、支座的選擇及應(yīng)力校核</p><p>　　3.16.1 支座選擇</p><p>　　根據(jù)

93、JB/T4712-92 耳式支座，AN型（表7）當(dāng)DN=900mm 時(shí)，取耳式支座的相關(guān)尺寸如下：</p><p>　　3.16.2 耳座的應(yīng)力校核</p><p>　　a 、各部件重量及總重量</p><p><b>　　b、原始數(shù)據(jù)表</b></p><p><b>　　c、校核計(jì)算</b>&l

94、t;/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　四年的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧四年的學(xué)習(xí)生活，感受頗深，收獲豐厚。在畢業(yè)之際我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，寫作過程中，有很多困難，無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料查四詢、開題、研究和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無不得到*老師的悉心指導(dǎo)和幫助。在這個(gè)過程中老師多次詢問設(shè)計(jì)進(jìn)程，加以修改，幫我開拓研究思路，使我在設(shè)計(jì)的速度

95、與準(zhǔn)確方面都有所提高。這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是所有指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)和一直關(guān)心支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！ </p><p>　　再次感謝我的指導(dǎo)老師——**老師沒有您們的悉心指導(dǎo)就沒有這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成。感謝所有教授過我課程的沈陽(yáng)化工大學(xué)的老師們，是你們誨人不倦才有了現(xiàn)在的我。 </p><p>　

96、　感謝我的父母，沒有你們，就沒有我的今天，你們的支持與鼓勵(lì)，永遠(yuǎn)是支撐我前進(jìn)的最大動(dòng)力。 感謝身邊所有的朋友與同學(xué)，謝謝你們四年來的關(guān)照與寬容，與你們一起走過的繽紛時(shí)代，將會(huì)是我一生最珍貴的回憶。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1].GB151-1999 《管殼式換熱器》。</p><p>　　

97、[2].GB150-1998 《鋼制壓力容器》。</p><p>　　[3].HG 20592-20635-97《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》。</p><p>　　[4].JB/T 4712-92 《耳式支座》. </p><p>　　[5].鄭熾主編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）、（下冊(cè)）.上海: 醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院</p><p>　　

98、[6].《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》邊寫組.材料與零部件（上冊(cè)）.上海：人民出版社，1973.</p><p>　　[7].鄭津洋，董其伍，桑芝富主編. 《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[8].鄒廣華，劉強(qiáng)編著. 《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003. </p><p>　　[9].JB/T 4700-4707-2000

99、《壓力容器法蘭》</p><p>　　[10]. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組,《金屬設(shè)備》.上海：上海人民出版社,1975； </p><p>　　[11]. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組,《材料與零部件》.上海：上海人民出版社,1975；</p><p>　　[12]. 王者相，李慶炎,《鋼制壓力容器》GB150-98.北京：國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局, 1998； </p&