1、固定管板式換熱器中文摘要換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的設(shè)備，在不同工作條件下對換熱器 性能要求不同，它是冷熱流體間傳遞熱量的設(shè)備。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、圭寸頭等組成。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)簡單，運(yùn)用比較廣泛。 固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。在傳熱計(jì)算工藝中，包括傳熱面積

2、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。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。關(guān)鍵詞：換熱器；設(shè)計(jì)；校核；固定管板式AbstractHeat excha nger is the most com mon ly used equi

3、pme nt in in dustrial producti on, the requireme nts of differe nt heat excha nger performa nee un der differe nt work ing con diti on s, it is the equipme nt of heat tra nsfer betwee n cold and hot fluids.The desig n for the fixed tube plate heat excha nger, fixed tube plate heat excha nger is main

4、ly composed of a tube box, tube plate, shell, heat pipe, baffle plate, rod, tube, head dista nee etc. Fixed tube plate heat excha nger by the two ends of tube plate and the shell. Because of its simple structure, more exte nsive use of. Fixed tube plate heat excha nger tube side and shell, through t

5、he fluid of different temperature, through the heat exchange heat. When the two fluid temperature difference is larger, in order to avoid high temperature stress, usually in the shell in the appropriate locati on, addi ng a compe nsati on coil (expa nsion). Whe n the shell and tube heat expansion co

6、mpensation ring is not at the same time, the slow elastic deformati on to compe nsate for the thermal stress caused by thermal.In the calculation of the heat transfer process, including heat transfer area calculati on, heat tran sfer, the determ in ati on of heat tran sfer coefficie nt and the heat

7、excha nger tube diameter and the choice of models of the heat excha nge, and the heat tra nsfer coefficie nt, pressure drop and wall temperature calculati on etc. Discussi on on the calculati on of strength is the design of cylinder, tube box, head, tube plate thickness calculation and the baffle pl

8、ate, flange, gasket and takeover, support, etc, but also some strength check. This design is in accordance with the design of GB151shell and tube type heat exchangand GB150steel pressure vesselThe heat excha nger is very exte nsive applicati ons in various fields of industry, agriculture, in the dai

9、ly life of heat transfer equipment also can see, is one of the indispensable process equipment. With the in-depth research, in dustrial applicati on has achieved the results attract peoples atte nti on.Keywords: heat excha nger; desig n; check; fixed tube plate文獻(xiàn)綜述 錯(cuò)誤！未定義書簽、傳熱工藝計(jì)算錯(cuò)誤！未定義書簽錯(cuò)誤！未定義書簽 錯(cuò)誤

10、！未定義書簽 錯(cuò)誤！未定義書簽 錯(cuò)誤！未定義書簽 錯(cuò)誤！未定義書簽 錯(cuò)誤！未定義書簽 錯(cuò)誤！未定義書簽 錯(cuò)誤！未定義書簽2.1原始數(shù)據(jù)錯(cuò)誤！未定義書簽。2.2定性溫度及確定其物性參數(shù)錯(cuò)誤！未定義書簽2.3傳熱量與水蒸汽流量計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4有效平均溫差計(jì)算2.5管程換熱系數(shù)計(jì)算2.6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì).2.7殼程換熱系數(shù)計(jì)算2.8總傳熱系數(shù)計(jì)算.2.9管壁溫度計(jì)算.2.10管程壓力降計(jì)算2.11殼程壓力降計(jì)算3.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 錯(cuò)誤！未定義書簽3.2布管方式的選擇.錯(cuò)誤！未定義書簽。3.3筒體內(nèi)徑的確定錯(cuò)誤！未定義書簽。3.4筒體壁厚的確定.錯(cuò)誤！未定義書簽。3.

11、5筒體水壓試驗(yàn) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.6封頭厚度的確定.錯(cuò)誤！未定義書簽。3.7管箱短節(jié)壁厚計(jì)算. 錯(cuò)誤！未定義書簽3.8管箱水壓試驗(yàn) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.9管箱法蘭的選擇 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.10管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.11是否安裝膨脹節(jié)的判定：錯(cuò)誤！未定義書簽。3.12防沖板尺寸的確定：.錯(cuò)誤！未定義書簽。3.13折流板尺寸的確定：.錯(cuò)誤！未定義書簽。3.14、各管孔接管及其法蘭的選擇： 錯(cuò)誤！未定義書簽3.15開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算：. 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.16、支座的選擇及應(yīng)力校核 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.16.1支座選擇. 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.16.2耳座的應(yīng)力校

12、核 錯(cuò)誤！未定義書簽。致謝 23參考文獻(xiàn) 錯(cuò)誤！未定義書簽。第十屆結(jié)構(gòu)工程學(xué)青年專家研討會(huì) 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)。基于結(jié)果的分析提出一些建議。關(guān)鍵詞：空氣冷凝器；鋼混泥土垂直

13、混合設(shè)備，防風(fēng)墻，風(fēng)動(dòng)數(shù)值模擬。1介紹在設(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，它們對風(fēng)更具高靈敏性。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“A”類支撐設(shè)備的頂部氣流方向和冷

14、卻空氣利用率產(chǎn)生一定影響。在中國 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。經(jīng)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。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1000MV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

15、和不同防風(fēng)墻形式下“ A”類結(jié)構(gòu)依舊還需 要研究。2風(fēng)動(dòng)數(shù)值模擬2.1結(jié)構(gòu)原型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。“ A”類支撐設(shè)備的高度是14米，風(fēng)扇半徑是4.75米。要對垂直防風(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,

16、 B1, B2, C, D1,D2。由于結(jié)構(gòu)對稱，在逆時(shí)針方向上風(fēng)方向角分別為0 ,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）。2.2 模型排列2. 3模型和計(jì)算理論2. 3. 1機(jī)構(gòu)模型整個(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)格而被簡化。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它被模擬成一個(gè)有孔的長方體，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

17、的支撐結(jié)構(gòu)被模擬成 1米厚的長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 擬成有一些狹長孔的長方體。垂直防風(fēng)墻被模擬成一個(gè)長方體和彎曲防風(fēng)墻被模 擬成兩個(gè)長方體。2.3 . 2計(jì)算字段和網(wǎng)格根據(jù)幾何模型，其計(jì)算字段被模擬成一個(gè)長方形平行六面體，它在X, Y, Z軸的數(shù)值分別為1300米，1800米和420米。該模型被放置在流動(dòng)方向三分之一處， 其最大堵塞率為2.9 %到3%它滿足圓周運(yùn)動(dòng)場需求。該模型分為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格技術(shù)，它的表面和流場的邊面接口被分散成若干三角單 位，網(wǎng)格尺寸從最小按照增加率由最近到最遠(yuǎn)距離依次增加，其表面網(wǎng)格密度最低。最小網(wǎng)

18、格尺寸是1. 5米。網(wǎng)格垂直偏轉(zhuǎn)度是0.82。所有網(wǎng)格數(shù)有十萬之多。 在圖5和圖6中分別表示的是在0方向角和防風(fēng)墻彎曲三分之一高度及計(jì)算網(wǎng) 格下的模型。2. 3. 3邊界條件入口邊界條件就是計(jì)算字段。計(jì)算字段的氣流入口表面被認(rèn)為是用來模擬大氣邊 界層速度剖面的速度入口。速度隨著高度而發(fā)生變化，變化函數(shù)如下Z和U的參考高度為10米，平均風(fēng)速為25.9米每秒。Z是隨機(jī)的高度，Uz是平 均風(fēng)速。一個(gè)是地球表面的粗糙系數(shù)，它隨著地貌的改變而改變。出口邊界條件采用壓力出口邊界條件，計(jì)算模型的表面和周圍的流場采用墻表面 非滑動(dòng)墻邊界條件。2. 3. 4參考點(diǎn)參考點(diǎn)的選擇需要根據(jù)后面的計(jì)算結(jié)果而確定。盡管不

19、同地貌風(fēng)高的梯度不同， 為了在實(shí)踐中方便使用，依據(jù)風(fēng)速梯度的平等原則往往把風(fēng)高梯度看作參考點(diǎn)高 度。按“ B型風(fēng)場，它的梯度風(fēng)高為350米。參考點(diǎn)的X和Z坐標(biāo)分別為0和 350,這非常接近計(jì)算領(lǐng)域的風(fēng)速入口，它的價(jià)值是穩(wěn)定的，而且它并不受計(jì)算 風(fēng)場模擬的影響。3結(jié)果分析3. 1防風(fēng)墻形狀系數(shù)和分布特性在圖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)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)。在圖8中描繪了垂直防風(fēng)墻迎風(fēng)面壓

20、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)。3.2 “A”類結(jié)構(gòu)形狀和分布特征圖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)能阻止

21、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。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，這表明靠近風(fēng)的負(fù)壓比遠(yuǎn)離風(fēng)的負(fù)壓大。3.3不同防風(fēng)墻的對比分墻3. 3. 1我的形狀系數(shù)的對比分析根據(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，

22、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。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。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。3. 3. 2“A”類結(jié)構(gòu)的對比分析(1)考慮到設(shè)備的需要通過圖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

23、防風(fēng)墻形式對“ A”類支撐設(shè)備幾乎沒有影響。通過對結(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。(2 )考慮到藝術(shù)和工藝的需要直接空氣冷凝技術(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。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

24、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。4總結(jié)在大的火力發(fā)電廠作用在空氣冷凝器上的表面風(fēng)載荷是被模擬的。得出以下結(jié)(1) 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。（2） “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。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。 在 90

25、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。（3）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。（4）考慮到結(jié)構(gòu)性能，需要優(yōu)先考慮空氣冷卻藝術(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。二、傳熱工藝計(jì)算2.1原始數(shù)據(jù)管程水的進(jìn)口溫度11 =21 C管程水的出口溫度ti” =93C管程水的工作壓力Pi =1.1 MPa管程水的流量 G=195000 Kg / h殼程水蒸汽的入口溫度t2=170.4 C殼程水蒸汽的出口溫度t2”=96 C殼程水蒸汽的工作壓力 P2 =0.8

26、 MPa2.2定性溫度及確定其物性參數(shù)管程：管程水定性溫度t 1 = tLLtL = 2V 93 =57C2 2管程水密度查物性表得 p 1=984.67Kg/m 3管程水比熱查物性表得 6 =4.1775 KJ /( Kg -C )管程水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得入1=0.6441w /( m-C)管程水粘度 卩1=4.9375 x 10-4 Pa - s管程水普朗特?cái)?shù)查物性表得P1=3.848殼程：殼程水蒸汽定性溫度：殼程水蒸汽冷凝點(diǎn)：t i=t2 =170.4 C冷卻段：t2=ti t2 J70.4 96 =133.2。2 2冷凝段：匸2 ti J7。.417。4. 170.4 c2 2殼程水蒸

27、汽密度查物性表得：冷卻段:p 2=932.016 Kg/m冷凝段:打=4.154 Kg/m殼程水蒸汽比熱查物性表得：冷去卩段：Cp2=4.273 KJ /( Kg-C) 冷凝段:CP2=2.588 KJ /( KgC) 殼程水蒸汽導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得： 冷卻段:入 2=0.6857w/( m- C) 冷凝段：=0.03134w /( m-C ) 殼程水蒸汽粘度：冷卻段：卩 2= 212.456 x 10-6Pas 冷凝段：T= 14.7257 x 10-6 Pa - s殼程水蒸汽普朗特?cái)?shù)查物性表得： 冷卻段:Pr 2 =1.328冷凝段：P2 =1.21062.3傳熱量與水蒸汽流量計(jì)算取定換熱效

28、率n =0.98則設(shè)計(jì)傳熱量：Q=Gx Cpx( t/ t1)x 1000/3600=195000 X 4.1775 X( 93-21 )X 1000/3600=1.629 X 107WG, r=7.01由Q=G2 : r+Cp2 (t2一 t2”)n導(dǎo)出水蒸汽流量為t2時(shí)的汽化潛熱r=2052.612 KJ/Kg水蒸汽流量：Q。1.629 107G2=33ir+Cp2(tj-t2)訥i 吃052.612燈03 +4.27303%170.4-96)卜 0.982 kg/s冷卻段傳熱量：Q2=G X Cp2 X (t i -t 2” )=7.012 X 4.273 X 103X (170.4-9

29、6)=2229193.3W冷凝段傳熱量：3q2 =G2X r=7.012 X 2052.612 X 10 =14392915.34W設(shè)冷凝段和冷卻段分界處的溫度為t 3根據(jù)熱量衡算：q2 *二G Cp1 ts-t；t3G1CP1Q2 G1 Cp1t1=1439291534 98 3600195000 4.1775 10321=83.33C2.4有效平均溫差計(jì)算逆流冷卻段平均溫差：逆流冷凝段平均溫差：由于是單殼程，單管程換熱器不用溫差校正系數(shù)故冷卻段：有效平均溫差：Atm=)tn=35.76C冷凝段：有效平均溫差：tm=：tn= 114.4 C2.5管程換熱系數(shù)計(jì)算初選冷卻段傳熱系數(shù)：k0= 9

30、00w/( m- k)初選冷凝段傳熱系數(shù)：Ko=122Ow mk則初選冷卻段傳熱面積為：Fo = Q= 22291933 0.98=67.88m2Ko .-：tm900 35.76初選冷凝段傳熱面積為：F= Q2 小=14392915.340.98=101 1 0 K0 ：tm1220 114.4.選用25 X 2.5的無縫鋼管做換熱管則：管子外徑d =25 mm管子內(nèi)徑di =20 mm管子長度L=4500 mm則需要換熱管根數(shù)：F0 F0 = 67.88 101.1 =478.4 根 二d0L3.14 0.025 4.5可取換熱管根數(shù)為478根=0.15管程流通面積：a仁Nt X -：x蘭

31、44管程流速:Wi =Gi1950003600 ：:1a13600 984.67 0.15=0.367管程雷諾數(shù)：Re1 =A wi 4= 984.67。367a02 =14637.9 山4.9375 10一管程冷卻段的定性溫度t；=U = 83.33 93 =88.165 C2 2管程冷卻段傳熱系數(shù)36051+0.015t1 w0.8(100dj )360510.015 88.1650.36708100 0.02-3268.8管程冷凝段的定性溫度t12t3 t183.33 212 一 2= 52.165 C2 0 8360510.015t1 w(100dj )管程冷凝段傳熱系數(shù)0 8二 25

32、08.7360510.015 52.1650.367 .100 0.022.6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)查GB151 -1999知管間距按1.25 d 0取管間距:s=0.032 m管束中心排管數(shù)：nc=1.1N1.1 、478=24.05根，取24根則殼體內(nèi)徑：D廣sNc-1 4d0=O.O3224-14 0.025 = 0.836m圓整為：D =900 mm則長徑比：5(合理)Di 0.9折流板選擇弓形折流板：弓形折流板的弓高：h=0.2D =0.2 X 0.9=0.18 m折流板間距：B=D=0.3m 取 B=300mm33折流板數(shù)量：Nb = L -1 =5 -1 =14塊取14塊B 0.32.7

33、殼程換熱系數(shù)計(jì)算殼程流通面積：f2卜半卜53卜鴛滬059殼程流速:冷卻段：G27.012c北w20.1275 m/s/932.016 0.059冷凝段：G27.012W228.61 m/sP2f24.154x0.059殼程當(dāng)量直徑：囂心寫霊Jgm冷凝段管外壁溫度假定值：tW 10 C膜溫：tm 二口辱空=140.2 C2 2膜溫下液膜的粘度：幕=201 10“Pas膜溫下液膜的密度：；m二926.1Kg/m3膜溫下液膜的導(dǎo)熱系數(shù)為： m = 0.685w/(m C)正三角形排列 ns =2.08 Nt0.495 = 2.08 4780.495 = 44.09冷凝負(fù)荷：2 二7.。12=0.03

34、5Lns 4.5 44.09殼程冷凝段雷諾數(shù)：臥二44 0.03； =696.5打 201如0（殼程冷凝段傳熱系數(shù)：m 莖 g、330.6853 926.12 9.81?35:2 =1.87 （夢）3 （Re3 =1.873 696.53=3.12 10V（ 201 10 ）2冷卻段管外壁溫假定值：tw2=96C冷卻段雷諾數(shù)：Re=咗W2de 二 932.016 顯 0.1433 x 0.0324212.456 106.壁溫下水粘度：6口=295.3 10 Pas6粘度修正系數(shù)：1= （土 ）叫（212.456叫 嚴(yán)4=0.955%2295310殼程傳熱因子查圖2-12得：Js=110冷卻段殼

35、程換熱系數(shù)：_ 1：2 =丄 pr2 詁 Js=06857 1.3283 0.955 110=2590.9 de0.0322.8總傳熱系數(shù)計(jì)算查GB-1999第138頁可知水蒸汽的側(cè)污垢熱阻：一 52r2=8.8 10（ mC/ w）管程水選用地下水，污垢熱阻為：r1=17.6 10 5(m2 C / W)由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計(jì)冷卻段總傳熱系數(shù)Kj= 1 十+Jd0 + 1 腫0 厶，/.2di 、心 di 2590 9rX：11550 025-8.8 10- 17.6 100.023268.80.0210.025=929 36X：傳熱面積比為K。900冷凝段總傳熱系數(shù)”

36、1K -=J 十戶 + 1 亦d0 1z:-2di ：1 di3 12 10=1235.88.8 10-17.6計(jì)陛5 .亠遊0.022508.70.02傳熱面積比為0 =妙=1.013 （合理）K012202.9管壁溫度計(jì)算設(shè)定冷凝段的長度L=3.4555 米冷卻段的長度：L =1.0445冷卻段管外壁熱流密度計(jì)算q2=q2Nt 二 d0 L2229193.3 0.98478 3.14 0.025 1.0445=55740.1w/（ m C）冷卻段管外壁溫度：卜卜11ctw=t2 -q2& =133.28.8 10=101.2 Ca22590.9誤差校核：e=tw2 -tw =96-101.

37、2= - 5.2 C誤差不大冷凝段管外壁熱流密度計(jì)算rrq2=Q=14392915.34 0.98=168784.3w/(mbC)Nt 二 d0 L 478 3.14 0.025 3.4555冷凝段管外壁溫度：11ctw=tm -q2r2 =140.25 8.8 10=119.74 Ca23.12 漢 10誤差校核：t =t w tw =110-二J = -：*, c誤差不大2.10管程壓力降計(jì)算管程水的流速：w1 =G13600 G a1195000=0.367 m/ s3600 984.67 0.15管程雷諾準(zhǔn)數(shù):r Rxw1xdi 984.67 x 0.367匯0.02Re1 一 -=4

38、937TW= 14637.9管程摩擦系數(shù)0.31640.3164Re0.2514637.9025=0.029壓降結(jié)垢校正系數(shù) 叫=1.5沿程壓降:亠上注上=O.29 984.67 O.3672 4.5 1.5 =649.03pa 2di2 0.02管程數(shù)：nt=1管程回彎次數(shù)：n=0回彎壓降：迅=0取管程出入口接管內(nèi)徑：d1 =250mm管程出入口流速：= 1.12m s4G14 95000Wl = 3600 二 di2 二1=3600 3.14 0.252 984.67局部壓降：卜22曲=恥 W1 乂( 1 +0.5)= 984.67S.12 沢(1+0.5) =926 4pg3 2 2 管

39、程總壓降：AP=AR +腿 + AR=649.03 + 0 +926.4 = 1575陶 Pa管程允許壓降：LP = PaP I.-P 1符合壓降要求。2.11殼程壓力降計(jì)算殼程當(dāng)量直徑：De=D2 -Nd2Di Nt d2= 0.92 -47890252=0.9 478 0.025=0.039m0.0250.032=0.059 m2殼程流通面積-Jf2=B Di 1 - 0 =0.3 0.91s殼程流速:冷卻段 ：w2二 G2 二 7.012=0.1275m s932.016 漢 0.059冷凝段：W2=7.012=28.61m sP2xf24.154 漢 0.059殼程雷諾數(shù)：殼程冷卻段雷

40、諾數(shù)：Re=；2 w2 de = 932.16 O.1275 0.39=21813.69 込212.456x10殼程冷凝段雷諾數(shù)：忑=乞=土衛(wèi)0| =696.5% 20110查表殼程摩擦系數(shù)：冷卻段：=0 32冷凝段：=0 . 2殼程粘度修正系數(shù)：冷卻段:d =0.95冷凝段：d =0.95管束周邊壓降：冷卻段管束周邊壓降：占Pa= g Xw2 況 Dj % n= 932.O16XO.12752 x 0.9貿(mào) 14+1 產(chǎn)0衛(wèi)2=2 De d =2 0.039 0.95冷凝段管束周邊壓降 2=384069.18Pa屆- E W2 xd/（ n b +1 產(chǎn)匕=4.154 匯 28.612 江

41、0.9 % 14+1）匯 0.62 =2 Ded=2 0.039 0.95導(dǎo)流板壓降：厶Pb=0 （無導(dǎo)流板）查表取殼程壓降結(jié)垢系數(shù)：冷卻段：d0=1.34冷凝段：匚do=1.18取殼程進(jìn)口接管內(nèi)徑：d2=250mm殼程出口流速殼程出口接管內(nèi)徑：d2=100mm= =0.96m s二2 二 d2932.016 3.14 0.1殼程進(jìn)口流速4 7.0124.154 3.14 0.252=34.41m s局部壓降：巳2冷卻段：曲=3上05)= 932.167.96 耳1+.5 )=644 2Pa c 2 222冷凝段：仏=土出二4*154 34.411 0.5 =368&9Pa2 2冷卻段殼程總壓

42、降：p=巳 d0PbPC =992.36 1.34 0 644.2=1973.96Pa冷凝段殼程總壓降：P= Pa d0Pbpc=13417.98 1.18 0 ：腫；=19522.12Pa殼程允許壓降 :I P I- 250000PaP - 11壓降符合要求“P ： L2.I 壓降符合要求三、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 c殼程設(shè)溫度:200 C）3.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來源及計(jì) 算公式數(shù)值1換熱管材料#202換熱管規(guī)格25x2.5x45003傳熱面積Am2Q2xnF。二一，一KAtmQxn F“*K5mA=F。十 F0168.984

43、換熱管根數(shù)Nt根MANt =d0 XL4785拉桿直徑dnmmGB151 1999 管殼式換熱器表43166拉桿數(shù)量根GB151 1999 管殼式換熱器表4463.2布管方式的選擇序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來源和數(shù) 據(jù)計(jì)算數(shù)值1正三角形GB151 1999 圖112換熱管中心 距SmmGB151 1999 表12323隔板槽兩側(cè) 相鄰管中心 距SnmmGB151 199 表12443.3筒體內(nèi)徑的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1換熱管中心距SmmGB1511999 表 12322換熱管根數(shù)Nt根MANt =jix d0x L4783管束中心排管 根數(shù)Nc根Nc=1.仆何244換熱管外徑d

44、。mm255到殼體內(nèi)壁最短距離dmmb3=0.25x d0 3 886筒體內(nèi)徑DimmDi =S( Nc 1)+4漢408367實(shí)取筒體公稱直徑DimmTEMA標(biāo)準(zhǔn) R 3.139008布管限定圓直 徑DlmmDl=D)-gx8843.4筒體壁厚的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公 式數(shù)值1計(jì)算壓力PCMPaPc =1.W p0.882筒體內(nèi)徑Dimm見 3.3 79003筒體材料Q245R4設(shè)計(jì)溫度下 筒體材料的 許用應(yīng)力MtMPaGB150- 1998 表 4 1鋼板許用應(yīng)力1235焊接接頭系 數(shù)換熱器設(shè)計(jì)手冊0.856筒體計(jì)算厚 度5mm“PcP2江【0? “ 巳3.417腐蝕裕量C2

45、mm28負(fù)偏差Gmm09設(shè)計(jì)厚度mm現(xiàn)=6十C?5.4110名義厚度mmGB151 1999 項(xiàng)目5.3.2 表 8811有效厚度mme = n - C1 - C2612設(shè)計(jì)厚度下 筒體aMPa_P(Di+6e)2億66.4413校核a HM =1377.85 = 116.45合格14設(shè)計(jì)溫度下 筒體的最大 許用工作壓 力Pw】MPaP2。嚴(yán) I(Di +$ )1.543.5筒體水壓試驗(yàn)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位根據(jù)來源及計(jì)算公式數(shù)值1實(shí)驗(yàn)壓力PtMPaa 1.25xpx&l PT=mP=IPw室溫下材料的許用應(yīng)力14=1331.322圓筒薄膜應(yīng)力%MPa卞=P存(Di+d) kJ a日2乞141.23

46、校核貯日0.9漢s=0.9匯0.85漢 245=187.4MPa合格;牡=245MPa3.6封頭厚度的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1封頭內(nèi)徑Dimm9002計(jì)算壓力PcMPaPC =1.M P1.213焊接接頭系數(shù)0.854封頭材料Q3455設(shè)計(jì)溫度下許用 應(yīng)力MtMPaGB151 1999 項(xiàng)目5.3.2 表 4 11706標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭計(jì) 算厚度8mm靈一巳漢Di2江cr七軸_0.馭巳6.787腐蝕裕量C2mm28負(fù)偏差Gmm09設(shè)計(jì)厚度觀mm吊 d =3 + C28.7810名義厚度mmGB151999 項(xiàng)目 5.3.2911實(shí)取名義厚度%mm1012有效厚度&mm&e-C1 - C2813曲面咼度mmJBFT4737 -95續(xù)表 125014直邊高度h2mmJBFT4737 -95續(xù)表 12515內(nèi)表面積A2 mJBFT4737 -95續(xù)表 10.948716容積V3 mJBFT4737 -95續(xù)表 10.111317質(zhì)量mkgJBFT4737 -95續(xù)表 174.13.7管箱短節(jié)壁厚計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式數(shù)值1計(jì)算壓力PCMPaR =1.1 漢 P1.212管箱內(nèi)徑Dimm9003管箱材料Q