化畢業(yè)設(shè)計(jì)-----正戊烷冷凝器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　化工課程設(shè)計(jì)任務(wù)書........................................... 1</p><p>　　1 換熱器的工藝設(shè)計(jì)................................................. 2</p><p>　　1.

2、1 設(shè)計(jì)方案的論述................................................2</p><p>　　1.2 確定物性數(shù)據(jù)..................................................2</p><p>　　1.3 初選換熱器規(guī)格............................................

3、....3</p><p>　　1.3.1 計(jì)算平均溫差..............................................3</p><p>　　1.3.2 初選換熱器規(guī)格............................................3</p><p>　　1.4 換熱器核算....................

4、................................4</p><p>　　1.4.1 熱量核算..................................................4</p><p>　　1.4.2 阻力計(jì)算..................................................7</p><p&g

5、t;　　1.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸.................................................10</p><p>　　1.5.1 傳熱管排列和分成方法.....................................10</p><p>　　1.5.2 折流板（支撐板）........................................

6、.11</p><p>　　1.5.3 拉桿.....................................................11</p><p>　　1.5.4 接管.....................................................11</p><p>　　1.6 工藝設(shè)計(jì)匯總表...........

7、....................................12</p><p>　　2 換熱器的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)...........................................13</p><p>　　2.1 殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計(jì)...................................13</p><p>　　2

8、.1.1 殼體、管箱的設(shè)計(jì).........................................13</p><p>　　2.1.2 封頭的設(shè)計(jì)...............................................14</p><p>　　2.2 進(jìn)出口的設(shè)計(jì)................................................

9、.15</p><p>　　2.2.1 接管外伸長度.............................................15</p><p>　　2.2.2 接管最小位置.............................................15</p><p>　　2.3 管板的設(shè)計(jì).....................

10、..............................17</p><p>　　2.3.1 管板的結(jié)構(gòu)...............................................17</p><p>　　2.3.2 管板的尺寸...............................................18</p><p>　

11、　2.3.3 管板的強(qiáng)度計(jì)算...........................................19</p><p>　　2.3.4 管板與換熱管、殼體及管箱的連接............................21</p><p>　　2.4 管箱的設(shè)計(jì)...................................................22&l

12、t;/p><p>　　2.4.1 管箱的結(jié)構(gòu)形式...........................................22</p><p>　　2.4.2 管箱結(jié)構(gòu)尺寸確定.........................................22</p><p>　　2.5 換熱管設(shè)計(jì)............................

13、......................24</p><p>　　2.5.1 換熱管的規(guī)格和尺寸偏差...................................24</p><p>　　2.5.2 換熱管的排列形式.........................................24</p><p>　　2.5.3 換熱管中心距....

14、.........................................24</p><p>　　2.5.4 布管限定圓...............................................24</p><p>　　2.6 法蘭的選定..................................................25</p>

15、;<p>　　2.6.1 管板法蘭蓋的選定.........................................25</p><p>　　2.6.2 接管25</p><p>　　2.7 膨脹節(jié).......................................................26</p><p>　　2.8 折流

16、板.......................................................27</p><p>　　2.8.1 折流板的安裝.............................................27</p><p>　　2.8.2 折流板排列方式...........................................2

17、7</p><p>　　2.8.3 折流板與殼體的間隙.......................................27</p><p>　　2.8.4 折流板厚度...............................................27</p><p>　　2.8.5 折流板管孔.......................

18、........................27</p><p>　　2.9 拉桿、定距管................................................28</p><p>　　2.9.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式...........................................28</p><p>　　2.9.2

19、拉桿的尺寸...............................................28</p><p>　　2.9.2 拉桿的布置...............................................28</p><p>　　2.10 防沖擋板...................................................

20、.28</p><p>　　2.11 分程隔板....................................................28</p><p>　　2.11.1 分程隔板結(jié)構(gòu)............................................28</p><p>　　2.11.2 分程隔板厚度.............

21、...............................29</p><p>　　2.12 支座的設(shè)計(jì)..................................................29</p><p>　　2.12.1 結(jié)構(gòu)和選型..............................................29</p><p&g

22、t;　　2.12.2 支座設(shè)計(jì)計(jì)算............................................29</p><p>　　2.13 泵的選取....................................................31</p><p>　　2.14 主要零部件匯總表...................................

23、.........32</p><p>　　設(shè)計(jì)小結(jié)...........................................................33</p><p>　　參考文獻(xiàn)...........................................................34</p><p><b>　　化

24、工課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　正戊烷冷凝器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1 處理能力：24000噸/年</p><p&

25、gt;<b>　　2 操作條件：</b></p><p>　　入口溫度：清水：25℃</p><p>　　出口溫度：正戊烷冷凝溫度51.7℃</p><p>　　允許壓降：105Pa</p><p>　　清水流量：13000 kg/h</p><p>　　3 設(shè)備型式：立式列管式換熱器</p

26、><p><b>　　三、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　設(shè)計(jì)方案確定及流程說明</p><p><b>　　換熱器的工藝設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　換熱器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)<

27、/b></p><p><b>　　其他主要設(shè)備的選型</b></p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)說明書一份</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)圖紙：</b></p><p&g

28、t;　　精餾系統(tǒng)工藝流程圖一張（采用AutoCAD繪制）</p><p>　　再沸器總裝配圖一張（A1）</p><p><b>　　答辯</b></p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)完成時間</b></p><p>　　2007.9.3——2007.9.28</p><p>

29、;　　第一章 換熱器的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)方案的論述</p><p>　　本設(shè)計(jì)要求用清凈的江河水冷凝正戊烷蒸氣，由于流速對蒸氣冷凝熱系數(shù)的影響較小，并且為了使冷凝液易于排出，選擇正戊烷蒸氣在管外冷凝，水流經(jīng)管內(nèi)。并且設(shè)計(jì)已要求選用立式列管式換熱器。</p><p>　　1.2 確定物性數(shù)據(jù)</p><p>

30、　　正戊烷在51.7℃下冷凝，此時所對應(yīng)的壓強(qiáng)為174.8775kPa，正戊烷的蒸發(fā)潛熱r=347.5044kJ/kg。</p><p>　　一年按300天，一天按24小時工作計(jì)算，得熱流體的流量：</p><p>　　Wh= 3333.33kg/h</p><p>　　Q=Whr =3333.33347.5044 =1158348kJ/h</p>

31、;<p>　　設(shè)冷卻水的出口溫度為35℃，則tm=30℃</p><p>　　30℃時水的定壓比熱容Cp=4.174kJ/(kgK)</p><p>　　Q=WcCp(t2-t1) =130004.174(35-25) =542620kJ/h</p><p><b>　　所以此溫度不合適。</b></p&g

32、t;<p>　　另設(shè)冷卻水的出口溫度為75℃，則tm= 50℃</p><p>　　50℃時水的定壓比熱容Cp=4.174kJ/(kgK)</p><p>　　Q= WcCp(t2-t1)， =130004.174(75-25) =2713100kJ/h</p><p><b>　　所以此溫度仍不合適</b>&l

33、t;/p><p>　　因?yàn)樵?0℃和50℃范圍內(nèi)水的定壓比熱容均為4.174kJ/(kgK)，所以Q=WcCp(t2-t1)， 即1158348=130004.174(t2-25)</p><p>　　求得： t2=46.35℃</p><p>　　所以水的定性溫度為tm= 35.675℃</p><p>　　對于正戊烷的定性溫度，其蒸氣冷凝潛

34、熱取飽和溫度下的值，其余物性取液膜平均溫度下的植，假定平均膜溫為46℃，此溫度后需驗(yàn)證.在此溫度條件下冷熱流體物性見表1-1：</p><p>　　表1-1 冷熱流體物性數(shù)據(jù)表[1]</p><p>　　1.3 初選換熱器規(guī)格</p><p>　　1.3.1 計(jì)算平均溫差[9]</p><p>　　按逆流來算，△tm‘=13.3℃&

35、lt;/p><p>　　由于冷凝器中，冷凝溫度基本一致，故溫度差的校正系數(shù)為1，所以有效溫差和對數(shù)平均溫差一致，即△tm=13.3℃</p><p>　　設(shè)定該換熱器按單殼程，多管程計(jì)算。</p><p>　　1.3.2 初選換熱器規(guī)格[5]</p><p>　　根據(jù)管內(nèi)為冷卻水，管外為正戊烷飽和蒸氣，初選Ko=450w/(m2C)</

36、p><p>　　傳熱面積A’==53.76m2 </p><p>　　考慮15%的面積裕度:</p><p>　　A=1.15 A’=61.83 m2</p><p>　　根據(jù)面積大小，初選固定管板式換熱器規(guī)格尺寸如下：[8]</p><p>　　管子規(guī)格 mm（碳鋼）</p><p&

37、gt;　　公稱直徑DN 600mm</p><p>　　公稱壓力PN 0.60MPa</p><p>　　管程數(shù)N 6</p><p>　　管子根數(shù)n 360</p><p>　　中心排管數(shù) 20</p><p>　　管程流通面積 0

38、.0106m2</p><p>　　換熱管長度L 3000mm</p><p>　　計(jì)算換熱面積A 62.3m2</p><p>　　該換熱器的實(shí)際傳熱面積：</p><p>　　= =62.285 m2</p><p>　　故該換熱器要求的總傳熱系數(shù)為：</p><p>　　

39、Ko= = =388.4196 w/(m2C) </p><p>　　1.4 換熱器核算 </p><p>　　1.4.1 熱量核算</p><p>　　(1)、殼側(cè)傳熱膜系數(shù)o</p><p>　　假定平均膜溫為46℃，在此溫度下，正戊烷冷凝液的物性數(shù)據(jù)為：[1]</p><p>　　黏度=0.00

40、0187 Pas </p><p>　　導(dǎo)熱系數(shù)=0.093 w/(mC)</p><p>　　密度=600 kg/ m3</p><p>　　因?yàn)槭橇⑹搅泄軗Q熱器，殼程為蒸氣在垂直管束外的冷凝傳熱，選用下式計(jì)算o </p><p><b>　　o= [7]</b></p><p>　　式中:

41、Re=, M=</p><p><b>　　其中: </b></p><p>　　m——冷凝量,kg/s;</p><p>　　do——傳熱管外徑,m;</p><p>　　n——傳熱管總管數(shù)。</p><p>　　以上兩式均要求液膜沿管壁呈層流流動,即要求Re= 2100</p>

42、;<p>　　M= = =0.0431</p><p>　　Re= = =922.165<2100</p><p>　　所以可算得 o= </p><p>　　=836.22 w/(m2C) </p><p>　　(2)、管內(nèi)傳熱膜系數(shù) [7]</p>&l

43、t;p><b>　　=0.0106m2</b></p><p><b>　　管程流體流速:</b></p><p>　　=0.3427m/s</p><p>　　Re= =6999.18</p><p>　　Pr= =4.867</p><p>　　可算得：

44、 = </p><p>　　=2153.54 w/(m2C) </p><p>　　(3)、污垢熱阻和管壁熱阻 [7]</p><p>　　查表得： 管外污垢熱阻 Ro=0.000172 m2C/w </p><p>　　管內(nèi)污垢熱阻 Ri=0.00021 m2C/w </p><p>　　查表得碳鋼在該條件

45、下的導(dǎo)熱系數(shù)為50 w/(m2C) </p><p>　　Rw= =0.00004 m2C/w</p><p>　　(4)、總傳熱系數(shù)K [5]</p><p><b>　　=</b></p><p>　　=440.02 w/(m2C) </p><p>　　與原來假定的K=450 w/(m2

46、C)相差很少，基本正確。</p><p>　　（5）、冷凝液的液膜溫度核算</p><p>　　首先核算管壁溫度tw：</p><p><b>　　tw=T- [9]</b></p><p><b>　　=51.7-</b></p><p><b>　　=41.2℃

47、</b></p><p><b>　　故冷凝液膜溫為：</b></p><p>　　tm= =46.4℃</p><p>　　與假定的46℃相差甚微，計(jì)算結(jié)果正確。</p><p>　?。?）、傳熱面積核算 [8]</p><p>　　所需傳熱面積 =54.98 m2</p&

48、gt;<p><b>　　實(shí)際傳熱面積</b></p><p>　　=62.285 m2</p><p>　　該換熱器的面積裕度為：</p><p>　　H= =13.3%</p><p>　　傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。</p><p>　　1.4.2 阻

49、力計(jì)算</p><p>　?。?）、管程流動阻力</p><p>　　對于多程列管換熱器，管程流體的阻力等于流體流經(jīng)傳熱管直管阻力和傳熱管管程局部阻力之和 。 </p><p><b>　　即： [5]</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>

50、;　　——直管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa；</p><p>　　——回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa；</p><p><b>　　——?dú)こ虜?shù)；</b></p><p><b>　　——管程數(shù)；</b></p><p><b>　　——管程總阻力；</b></p&

51、gt;<p>　　——管程阻力結(jié)垢校正系數(shù)，無因次，mm的換熱管取1.4，mm的換熱管可近似取1.5。</p><p><b>　　[9]</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　——摩擦因子；</b></p><p>　　

52、——傳熱管長度，m；</p><p>　　——傳熱管內(nèi)徑，m；</p><p>　　——管內(nèi)流速，m/s；</p><p><b>　　——流體密度，；</b></p><p>　　——局部阻力系數(shù)，一般情況下取3 。</p><p>　　=1， Np=6, Ft=1.5</p&

53、gt;<p>　　由Re=6999.18,傳熱管相對粗糙度0.0067,查莫狄圖得=0.04 [9]</p><p>　　流速=0.3427m/s, =993.95kg/m3</p><p>　　所以 =466.93Pa</p><p><b>　　=175.1Pa</b></p><p>　　=

54、(466.93+175.1)1.56=5778.28Pa<Pa</p><p>　　管程流動阻力合適，在允許范圍內(nèi)。</p><p>　?。?）、殼程流動阻力[2]</p><p>　　當(dāng)殼程裝有弓形折流板時，計(jì)算方法有Bell法，Kern法，Esso法等。Bell法計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)一致性較好，但計(jì)算比較麻煩，而且對換熱器的結(jié)構(gòu)要求較詳細(xì)。工程計(jì)算中常采用E

55、sso法，該法的基本思路是認(rèn)為殼程的阻力，等于流體在折流板間流動的阻力與通過折流板弓形缺口平行于管束流動的阻力之和。該法計(jì)算公式如下：</p><p><b>　　其中： </b></p><p>　　——流體流過管束的阻力，Pa；</p><p>　　——流體流過折流板缺口的阻力，Pa；</p><p>　　——?dú)こ探Y(jié)

56、垢校正系數(shù)，對液體取1.15，對氣體取1.0；</p><p><b>　　——?dú)こ虜?shù)。</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　——折流板數(shù)目；</b></p><p>　　——折流板間距，m；</p><p>

57、　　F——管子排列方式對壓力降的校正系數(shù)，對三角形排列F=0.5，正方形直列F=0.3，正方形錯列F=0.4；</p><p>　　——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，（Re0>500）；</p><p>　　——橫過管束中心線的管數(shù)，對于三角形排列，；</p><p>　　D——?dú)んw直徑，m；</p><p>　　——按殼程流通面積So計(jì)算的流速

58、，m/s.</p><p><b>　　F=0.5</b></p><p><b>　　當(dāng)量直徑</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——換熱器殼體內(nèi)徑，m;</p><p>　　——換熱器外徑, m;</p&g

59、t;<p>　　Nt——換熱管管子數(shù)目.</p><p><b>　　=0.031m</b></p><p><b>　　F=0.5</b></p><p><b>　　m2 </b></p><p><b>　　m/s</b>&

60、lt;/p><p><b>　　NB=4</b></p><p><b>　　Pa</b></p><p>　　流體流過折流板缺口的阻力：</p><p><b>　　Pa</b></p><p><b>　　總阻力：</b></

61、p><p><b>　　=Pa</b></p><p>　　殼程阻力也比較適宜。</p><p>　　1.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸</p><p>　　1.5.1 傳熱管排列和分成方法 [7]</p><p>　　采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。</p>&

62、lt;p>　　取管心距t=1.25,則：t=23.75mm,但規(guī)定對于直徑較小的管子，管心距不能小于（+6）mm,即不能小于25mm,所以管心距t=25mm.</p><p>　　隔板中心到其最近一排管中心距離：</p><p>　　mm， 取S=19mm</p><p>　　各程相鄰管的管心距為：192=38mm</p><p>　

63、　1.5.2 折流板（支撐板）[7]</p><p>　　對立式換熱器設(shè)置折流板，能夠有效的防止傳熱管有破壞性振動。</p><p>　　采用弓形折流板，取折流板間距B=600mm</p><p><b>　　折流板數(shù)NB=</b></p><p>　　1.5.3 拉桿 [7]</p><p&

64、gt;　　拉桿數(shù)量與直徑可查表選取，本換熱器殼體內(nèi)徑為600mm,故拉桿直徑為mm，拉桿數(shù)量不得少于4個。</p><p>　　1.5.4 接管 [7]</p><p><b>　　a、管程接管</b></p><p>　　=3.61kg/s,設(shè)接管江河水的流速=0.5m/s</p><p><b>　　

65、m</b></p><p>　　選取公稱直徑為100mm,外徑108mm,公稱壁厚為4mm,內(nèi)孔截面積為78.54cm2,理論質(zhì)量為10.26kg/m的普通碳鋼管。[8]</p><p><b>　　b、殼程接管</b></p><p><b>　　i、殼程入口處接管</b></p><p&

66、gt;　　設(shè)管內(nèi)氣體流速為=20m/s</p><p><b>　　m</b></p><p>　　查表選公稱直徑為125mm,外徑為133mm, 公稱壁厚為4mm,內(nèi)孔截面積為122.72cm2,理論質(zhì)量12.72kg/m的普通碳鋼管。[8]</p><p>　　ii、殼程出口處接管</p><p>　　設(shè)接管內(nèi)流體流

67、速為=1m/s</p><p><b>　　m</b></p><p>　　查表選公稱直徑為50mm,外徑為57mm, 公稱壁厚3.5mm, 內(nèi)孔截面積為19.64cm2,理論質(zhì)量4.62kg/m的普通碳鋼管. [8]</p><p>　　1.6 工藝設(shè)計(jì)匯總表</p><p>　　表1-2 工藝設(shè)計(jì)匯總表<

68、;/p><p>　　第二章 換熱器的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.1 殼體、管箱的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）、 殼體、管箱殼體厚度的選定[5]</p><p>　　管殼式換熱器的殼體通常由管材或板材卷制而成，當(dāng)直徑400mm時，通常采用管

69、材作殼體和管材殼體，當(dāng)直徑400mm時，采用板材卷制殼體和管材殼體。當(dāng)直徑400mm時，采用鋼板卷制殼體和管箱殼體。本設(shè)計(jì)中，直徑為600mm，即采用鋼板卷制。其直徑系列應(yīng)與封頭、連續(xù)法蘭的系列相匹配，以便于法蘭、封頭的選型。一般情況下，當(dāng)直徑1000mm時，直徑相差100mm為一個系列。</p><p>　　當(dāng)公稱直徑為600mm，公稱壓力為0.6MPa,材料為Q-235A的碳素鋼，殼體的厚度為8 mm，質(zhì)量為

70、120kg/m;管箱的厚度為8 mm，質(zhì)量為120kg/m。</p><p>　?。?）、 殼體、管箱殼體的強(qiáng)度計(jì)算 [6]</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　——?dú)んw的計(jì)算厚度,mm；</p><p>　　——?dú)んw的設(shè)計(jì)內(nèi)壓，MPa；</p><p>　　——?dú)んw

71、內(nèi)徑,mm；</p><p>　　——鋼板在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力, MPa；</p><p><b>　　——焊縫系數(shù)。</b></p><p>　　查得Q—235A在小于100℃時的許用應(yīng)力為113 MPa [7]</p><p><b>　　雙面焊：。</b></p><p&

72、gt;<b>　　mm</b></p><p>　　鋼板負(fù)偏差：mm [7]</p><p>　　腐蝕余量： mm [7]</p><p><b>　　當(dāng)mm時，取mm</b></p><p>　　所以殼體符合強(qiáng)度要求。</p><p>　　2.1.2 封頭的設(shè)計(jì)<

73、;/p><p>　?。?）、封頭的選定 [5]</p><p>　　封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。</p><p>　　當(dāng)公稱直徑為600mm，材料為Q-235A的碳素鋼時，封頭的厚度為8mm.</p><p>　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢形封頭的尺寸與質(zhì)量，當(dāng)公稱直徑為600mm時，選定封頭的曲面高度為150mm，直邊高度為25mm，內(nèi)表面積F為0.436m2，容

74、積V為0.0352m3，厚度為8mm，質(zhì)量G為28.3kg。</p><p>　　(2)、封頭的強(qiáng)度計(jì)算 [7]</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　鋼板負(fù)偏差：mm </b></p><p><b>　　腐蝕余量： mm</b></p

75、><p><b>　　當(dāng)mm時，取mm</b></p><p>　　所以封頭符合強(qiáng)度要求。</p><p>　　2.2 進(jìn)出口的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 接管外伸長度</p><p>　　在工藝設(shè)計(jì)中，已經(jīng)得到：管程的接管尺寸為mm，殼程的入口接管為mm，殼程的出口接管為mm。&l

76、t;/p><p>　　查表得接管的外伸高度：管程接管為150mm,殼程入口接管為200mm,殼程出口接管為150mm。 [7]</p><p><b>　　接管最小位置</b></p><p>　　在換熱器設(shè)計(jì)中，為了使傳熱面積得以充分利用，殼程流體進(jìn)、出口接管應(yīng)盡量靠近兩端管板，而管箱進(jìn)、出口接管應(yīng)盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱殼體長度，減輕設(shè)備質(zhì)

77、量。然而，為了保證設(shè)備的制造、安裝、管口距地的距離也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。</p><p>　?。?）、殼程接管位置的最小尺寸</p><p>　　無補(bǔ)強(qiáng)圈時，殼程接管的最小尺寸（接管中心距離管板密封面的長度）為：</p><p><b>　　mm [4]</b></p><p><b>　　其中

78、：</b></p><p>　　——接管外徑,mm；</p><p>　　——管板厚度,mm；</p><p>　　——補(bǔ)強(qiáng)圈外壁至管板（或法蘭）與殼體連接焊縫之間的距離，取。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中殼程入口處接管=133 mm，出口處接管=57mm</p><p><b>　　查表得=40

79、 mm</b></p><p>　　S=8mm, Cmm, 本設(shè)計(jì)取mm</p><p><b>　　入口接管mm</b></p><p><b>　　出口接管mm</b></p><p>　　殼程入口接管的最小尺寸L1=202.5mm, 出口接管的最小尺寸L1=164.5mm&

80、lt;/p><p>　　本設(shè)計(jì)中取殼程入口接管中心距離管板密封面的距離為460mm, 出口接管中心距離管板密封面的距離為250mm。</p><p>　　(2)、管箱接管位置的最小尺寸</p><p>　　無補(bǔ)強(qiáng)圈時，管程接管的最小位置為：</p><p><b>　　mm [4]</b></p><p&

81、gt;　　其中：——法蘭厚度，mm</p><p><b>　　管程接管mm</b></p><p><b>　　mm</b></p><p>　?。?）、接管與殼體，管箱殼體的連接 [7]</p><p>　　接管與殼體、管箱殼體（包括封頭）連接的結(jié)構(gòu)形式，采用插入式焊接結(jié)構(gòu)。一般接管不得突出殼體

82、的內(nèi)表面。</p><p>　?。?）、接管處的強(qiáng)度校核 [6]</p><p>　　a、殼程入口處接管：</p><p><b>　　接管設(shè)計(jì)壁厚：mm</b></p><p><b>　　接管有效壁厚：mm</b></p><p><b>　　接管開孔直徑：mm

83、</b></p><p>　　有效補(bǔ)強(qiáng)寬度：mm </p><p>　　需要補(bǔ)強(qiáng)面積：mm2</p><p><b>　　可以做補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p><b>　　mm2</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p

84、><p>　　所以不需要補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　b、殼程出口處接管：</p><p>　　出口接管尺寸遠(yuǎn)小于入口，同理可以算出出口同樣不需要補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　c、管程進(jìn)出口接管：</p><p>　　接管設(shè)計(jì)壁厚： mm</p><p>　　接管有效壁厚： mm</p&g

85、t;<p>　　接管開孔直徑： mm</p><p>　　有效補(bǔ)強(qiáng)寬度： mm</p><p>　　需要補(bǔ)強(qiáng)面積： mm2</p><p><b>　　可以做補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p><b>　　mm2</b></p><p><b>　?。?/p>

86、</b></p><p>　　所以不需要補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2.3 管板的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 管板的結(jié)構(gòu) [7]</p><p>　　管板的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一臺列管式換熱器無論從設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和制造的成本，還是使用的可靠性來講都與管板的設(shè)計(jì)有關(guān)。在管板的設(shè)計(jì)中，主要是選定合適的結(jié)構(gòu)形式后進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺

87、寸和強(qiáng)度尺寸確定。</p><p>　　對于固定管板式換熱器，選用兼作法蘭的固定管板。管板與法蘭連接的密封面為凸面。分程隔板槽拐角處，倒角為。</p><p>　　碳鋼管板的隔板槽寬度為12mm，槽深一般不小于4mm。</p><p>　　2.3.2 管板的尺寸</p><p>　　（1）、 管板的最小厚度：[8]</p>&

88、lt;p>　　當(dāng)管板和換熱管采用脹接時，管板的最小厚度（不包括腐蝕裕度）應(yīng)滿足下表：</p><p>　　表2-1 不同換熱管外徑的管板最小厚度</p><p>　　（2）、 管板的尺寸：[7]</p><p>　　查表，得到殼程壓力大于管程壓力的碳鋼換熱管板尺寸如下：</p><p>　　當(dāng)殼程壓力不大于1.0MPa,管程壓力不

89、大于0.6MPa，公稱直徑DN為600mm時：</p><p>　　D=715mm,D1=680mm,D2=650mm,D3=597mm,D4=637mm,D5=600mm,C=12.5mm,d2=</p><p>　　18mm,=30mm,b=40mm,螺柱（栓）規(guī)格M16，數(shù)量24。</p><p>　　圖2-1 管板的結(jié)構(gòu)尺寸圖</p><

90、;p>　　2.3.3 管板的強(qiáng)度計(jì)算 [7]</p><p>　　管板厚mm，MPa，MPa</p><p>　　總換熱管數(shù) n=360</p><p>　　一根管壁金屬的橫截面積為：</p><p><b>　　mm2</b></p><p>　　開孔強(qiáng)度削弱系數(shù)(六管程)：0.6<

91、;/p><p>　　兩管板間換熱管有效長度（除掉兩管板厚）取mm</p><p><b>　　計(jì)算系數(shù)：</b></p><p><b>　　依值查圖得：</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　——筒體內(nèi)徑截面積，mm2；

92、</p><p>　　——管板上管孔所占的總截面積，mm2。</p><p><b>　　mm2</b></p><p><b>　　mm2</b></p><p><b>　　當(dāng)量壓差： </b></p><p><b>　　MPa <

93、/b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Q——管子與筒體的剛度比；</p><p>　　Et——管子材料的彈性模數(shù)，MPa；</p><p>　　Es——筒體材料的彈性模數(shù)，MPa；</p><p>　　B——筒體殼壁金屬的橫截面積，mm2。</p>

94、;<p>　　查表得Et=191.8MPa, Es=191.6MPa</p><p><b>　　mm2</b></p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　——最大壓差，MPa；</p><p>　　y——換熱管與殼體的總膨脹差；</p><

95、;p>　　——筒體的線膨脹系數(shù)，1/℃；</p><p>　　——管子的線膨脹系數(shù)，1/℃；</p><p><b>　　——?dú)け跍囟?，℃?lt;/b></p><p><b>　　——管壁溫度，℃；</b></p><p><b>　　——裝配溫度，℃。</b></p

96、><p>　　查表得：=11.121/℃ =11.021/℃</p><p>　　=51.7℃ =35.675℃ =25℃</p><p><b>　　=-1.80</b></p><p><b>　　-7.662</b></p><p>&l

97、t;b>　　管板的徑向應(yīng)力：</b></p><p><b>　　=MPa</b></p><p><b>　　管板的軸向應(yīng)力：</b></p><p><b>　　MPa</b></p><p>　　查得管板=113MPa，換熱管=113MPa [6]&l

98、t;/p><p>　　所以管板的強(qiáng)度校核：</p><p><b>　　MPa＜1.5</b></p><p><b>　　換熱管的強(qiáng)度校核：</b></p><p><b>　　MPa＜</b></p><p><b>　　所以強(qiáng)度符合要求。&l

99、t;/b></p><p>　　管板與換熱管、殼體及管箱的連接 </p><p>　　（1）、 管板與換熱管的連接 [5]</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，管子與管板的連接形式采用強(qiáng)度脹接。</p><p>　　強(qiáng)度脹接是指管板與換熱管連接處的密封性和拉脫強(qiáng)度均由脹接來保證</p><p>　　的連接。脹接結(jié)構(gòu)簡

100、單，管子修補(bǔ)容易。</p><p>　　管孔開槽的目的是提高拉脫力及增強(qiáng)密封性。</p><p>　　換熱管外伸長度查表得：</p><p>　　換熱管外徑為25mm時，伸出長度，槽深0.5。</p><p>　?。?）、 管板與殼體的連接 [7]</p><p>　　固定管板式換熱器采用延長部分兼作法蘭的管板，其管

101、板與殼體連接形式的使用壓力及場合主要依據(jù)焊縫是否焊透及焊透受力情況，可焊透結(jié)構(gòu)及對接焊縫使用壓力則可較高，反之則較低。本設(shè)計(jì)中采用角焊縫，殼程介質(zhì)無間隙腐蝕的作用，選擇帶有墊板的存在間隙的結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　?。?）、 管板與管箱的連接 [7]</p><p>　　固定管板式換熱器的管板與管箱法蘭的連接形式比較簡單，除了滿足工藝上要求選擇一定的密封面形式外，按壓力、溫度來選擇法蘭

102、的結(jié)構(gòu)形式。本設(shè)計(jì)中法蘭的結(jié)構(gòu)采用平面密封形式，該形式使用于管程操作壓力小于1.6,且對氣密性要求不高的情況下。</p><p><b>　　管箱的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　管箱的作用是把由管道來的管程流體均勻分布到各傳熱管和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱器。在各管程換熱器中，管箱還起到改變流體流向的作用。無論哪種管箱，其管箱的最小內(nèi)側(cè)深度應(yīng)當(dāng)滿足這樣的要求：使

103、連接雙程間流體流動的橫截面至少大于或等于單管程通過的截面。</p><p>　　2.4.1 管箱的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，采用B型封頭管箱，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，適于高壓、清潔介質(zhì)，可省掉一塊造價高的盲板，法蘭和幾十對螺栓，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好的多。</p><p><b>　　管箱結(jié)構(gòu)尺寸確定</b></

104、p><p>　?。?）、 管箱最小長度 [7]</p><p>　　對于B型管箱，按流通面積計(jì)算：</p><p><b>　　,mm</b></p><p>　　式中： ——換熱管內(nèi)徑，mm；</p><p><b>　　——各管平均管數(shù)；</b></p><

105、;p>　　E——各相鄰管程間分程處，物料流通的最小寬度，mm；</p><p>　　——封頭內(nèi)曲面高度，mm；</p><p>　　——封頭高度，mm。</p><p>　　=15mm =60 =150mm =8mm</p><p><b>　　查表得：E=146</b></p>&

106、lt;p><b>　　mm</b></p><p>　　按各相鄰焊縫間的距離計(jì)算，</p><p>　　式中：——法蘭厚度（對焊法蘭指法蘭的總高），mm；</p><p>　　——封頭高度，mm；</p><p>　　C——接管補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣（當(dāng)無補(bǔ)強(qiáng)圈時，是指接管外壁）至設(shè)備法蘭或管箱殼體連接焊縫間的距離，mm。&

107、lt;/p><p>　　=18mm C=100mm =150mm</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　所以有=268mm</b></p><p>　?。?）、管箱長度的確定</p><p><b>　　取mm。</b

108、></p><p><b>　　換熱管設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.5.1 換熱管的規(guī)格和尺寸偏差 [5]</p><p>　　表2-2 換熱管的規(guī)格和尺寸偏差</p><p>　　2.5.2 換熱管的排列形式 [7]</p><p>　　選用等邊三角形排列，因?yàn)榇伺帕蟹?/p>

109、法使用最普遍，管子間距相等，所以在同一管板面積上可排列最多的管子數(shù)，而且便于管板的劃線和鉆孔。但殼程不易清洗，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中，江河水走管程，所以可以選擇三角形排列。</p><p>　　2.5.3 換熱管中心距 [7]</p><p>　　換熱管中心距，最小應(yīng)為管子外徑1.25倍；多管程的分程隔板處的換熱管中心距，最小應(yīng)為換熱管中心距加隔板槽密封面的寬度，以保證管間小橋在脹接時有足夠強(qiáng)度。

110、</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，選擇換熱管心距S=25mm，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距=38mm。</p><p>　　2.5.4 布管限定圓 [7]</p><p>　　布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑。在管板式換熱器中，布管限定圓 ： </p><p><b>　　其中： </b></p>

111、<p>　　——換熱器筒體內(nèi)直徑，mm；</p><p>　　——固定管板換熱器管束最外層換熱管外表面至殼體內(nèi)壁的最短距離且不小于8mm。</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　2.6 法蘭的選定 [6]</p><p>　　2.6.1 管板法蘭蓋的選定</p>

112、<p>　　由于換熱器管板是管板法蘭一體式選擇，所以管板法蘭蓋選擇甲型平焊式法蘭。 </p><p>　　表2-3 PN=0.6MPa甲型平焊法蘭尺寸系列表</p><p>　　選用非金屬軟墊片（耐油石棉橡膠板），D=639mm,d=603mm,墊片厚度取3mm.</p><p>　　2.6.2 接管法蘭的選定</p><p&

113、gt;　　管程接管處法蘭：mm </p><p>　　表2-4 PN=0.6MPa管程接管法蘭尺寸系列表</p><p>　　殼程入口接管處法蘭： mm</p><p>　　表2-5 PN=0.6MPa殼程入口接管法蘭尺寸系列表</p><p>　　殼程出口接管處法蘭：mm </p><p>　　表2-6

114、 PN=0.6MPa殼程出口接管法蘭尺寸系列表</p><p>　　2.7 膨脹節(jié) [3]</p><p>　　所以該固定管板式換熱器不需要設(shè)置膨脹節(jié)。</p><p>　　2.8 折流板 [7]</p><p>　　本冷凝器選擇水平單弓形的弓形折流板。</p><p>　　2.8.1 折流板的安裝&

115、lt;/p><p>　　折流板的布置一般應(yīng)使靠近管板的第一塊或最后一塊折流板盡可能靠近殼程進(jìn)、出口接管，而其余間距按B植等距離布置。</p><p><b>　　mm</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　——?dú)こ倘肟诮庸芘缘谝粔K折流板距離管板非密封面的距離，mm；&l

116、t;/p><p>　　——?dú)こ探庸芪恢米钚〕叽纾琺m；</p><p>　　——防沖板長度，無防沖板時可?。ń庸軆?nèi)徑），mm。</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　2.8.2 折流板排列方式</p><p>　　選擇水平切口排列方式，這種方式造成流體激烈擾動，有利于增大傳熱

117、系數(shù)。</p><p>　　2.8.3 折流板與殼體的間隙</p><p>　　折流板與殼體的間隙依據(jù)制造安裝條件，在保證順利的裝入前提下，越小越好，以減小殼程中旁路損失。</p><p>　　當(dāng)公稱直徑DN為500～900mm時，折流板的名義外直徑為DN-4.5，折流板外徑允許偏差為-0.8。</p><p>　　2.8.4 折流板厚度

118、</p><p>　　折流板厚度與殼體直徑、換熱管無支撐長度有關(guān)。</p><p>　　當(dāng)殼體公稱直徑DN為400～700mm，換熱管無支撐長mm時，折流板的厚度取5mm。</p><p>　　2.8.5 折流板管孔</p><p>　　(1)、折流板的管孔直徑和公差</p><p>　　當(dāng)換熱管外徑d為19mm時，

119、折流板管孔直徑為19.6mm,允許偏差為+0.40mm。</p><p><b>　?。?）、管孔中心距</b></p><p>　　選擇管孔中心距為25mm，各程相鄰管的管心距為38mm,公差為相鄰兩空+0.30mm，任意兩孔為±1.00mm。、</p><p><b>　?。?）、管孔加工</b></p

120、><p>　　折流板上管孔加工后兩端必須倒角。</p><p>　　2.9 拉桿、定距管 [7]</p><p>　　2.9.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　拉桿一端用螺紋擰入管板，每兩塊折流板之間的間距用定距管固定，每</p><p>　　根拉桿上最后一塊折流板與拉桿焊接如設(shè)備圖。這種形式易于調(diào)節(jié)折流板

121、之間的松緊程度，在穿進(jìn)換熱管后，各折流板處于相對自由狀態(tài)。</p><p>　　2.9.2 拉桿的尺寸</p><p>　　選擇拉桿直徑為19mm，拉桿螺紋公稱直徑為12mm，為15mm,≥50mm，管板上拉桿孔深為18mm，拉桿數(shù)量為4。</p><p>　　2.9.3 拉桿的布置</p><p>　　拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊

122、緣。</p><p>　　2.10 防沖擋板 [3]</p><p>　　因殼程介質(zhì)為正戊烷蒸氣，較清潔，無腐蝕或磨蝕，故可不設(shè)置防沖擋板。</p><p>　　2.11 分程隔板 [5]</p><p>　　在換熱器中，不論是管外還是管內(nèi)的流體，要提高它們的給熱系數(shù)，通常是采用設(shè)置隔板的方法來增加程數(shù)以提高流體流速實(shí)現(xiàn)其目的。&

123、lt;/p><p>　　2.11.1 分程隔板結(jié)構(gòu)</p><p>　　分程隔板應(yīng)采用與封頭、管箱短節(jié)同等材料，除密封面（為可拆而設(shè)置）外，應(yīng)滿焊于管箱上。在設(shè)計(jì)時要求管箱隔板的密封面與管箱法蘭密封面，管板密封面與分程槽面必須處于同一基面。為了保證隔板與管箱法蘭的密封面位于同一基準(zhǔn)面，在制造上常將管箱法蘭加工成半成品（密封面不加工），待管箱短節(jié)、封頭、分程隔板與法蘭焊接后經(jīng)檢驗(yàn)合格以后，進(jìn)行

124、二次加工，保證法蘭密封面及隔板密封面同一基準(zhǔn)。在管板的分程隔板糟深度一般不少于4mm，槽寬為：碳鋼12mm,不銹鋼11mm。槽的拐角處的倒角45，倒角寬度為分程墊片圓角半徑加12mm。</p><p>　　2.11.2 分程隔板厚度</p><p>　　查表得，選擇分程隔板的厚度為8mm。</p><p>　　2.12 支座的設(shè)計(jì) [8]</p>

125、<p>　　2.12.1 結(jié)構(gòu)和選型</p><p>　　支座是化工設(shè)備的重要輔件，設(shè)計(jì)不當(dāng)會造成設(shè)備傾倒等嚴(yán)重事故。</p><p>　　支座型式的選定是根據(jù)設(shè)備的重量、結(jié)構(gòu)、承受的載荷以及操作和維修等要求來選定的。容器的支座應(yīng)能承受容器重量，并使容器固定在一定的位置上。在某些場合下，支座還要承受操作時的振動、風(fēng)載荷、地震載荷、管道推力等外力。</p>&

126、lt;p>　　本設(shè)計(jì)中選用腿式支座，腿式支座一般用于公稱直徑DN400DN1600mm,圓筒長度L與公稱直徑DN之比L/DN<5,且容器總高度H1<5000mm的立式容器。它的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單輕巧，制造安裝方便，并在容器下面留有較大空間，便于操作維修。</p><p>　　2.12.2 支座設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　(1)、 冷凝器運(yùn)行時的質(zhì)量估算</p>

127、;<p>　　查表得Q-235A的密度為2638.1kg/m3</p><p><b>　　殼體質(zhì)量：kg</b></p><p><b>　　管箱殼體：kg</b></p><p><b>　　封頭質(zhì)量：kg</b></p><p><b>　　管板質(zhì)

128、量： </b></p><p><b>　　kg</b></p><p><b>　　換熱管質(zhì)量： </b></p><p><b>　　kg</b></p><p><b>　　接管質(zhì)量：</b></p><p>　　

129、a、管程接管（mm）</p><p><b>　　kg</b></p><p>　　同理可得：殼程入口處接管（mm） kg</p><p>　　殼程出口處接管（mm） kg</p><p><b>　　管板法蘭蓋：</b></p><p><b>　　kg</

130、b></p><p>　　同理可得其他法蘭的質(zhì)量：</p><p><b>　　管程進(jìn)出口：kg</b></p><p><b>　　殼程進(jìn)口處：kg</b></p><p><b>　　殼程出口處：kg</b></p><p><b>

131、　　折流板質(zhì)量：</b></p><p><b>　　kg</b></p><p>　　流經(jīng)流體的最大質(zhì)量： kg</p><p>　　所以運(yùn)行時總質(zhì)量： kg</p><p>　　(2)、 腿式支座的選擇</p><p>　　選擇A型腿式2號支座，其結(jié)構(gòu)特征為角鋼支柱，帶墊板。