浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)

張濤 閆紹峰 傘慧洋 韓家金

摘 要：本文介紹了浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)過程，主要包括設(shè)計(jì)方案的選擇、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果利用Auto-CAD繪制了裝配圖和零部件圖。

關(guān)鍵詞：浮頭式換熱器;工藝設(shè)計(jì);強(qiáng)度設(shè)計(jì);Auto-CAD

1 設(shè)計(jì)方案的選擇

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

1.2 設(shè)計(jì)方案的選擇

浮頭式換熱器管束可從殼體內(nèi)抽出，便于清洗，不產(chǎn)生熱應(yīng)力。適用于管殼程溫差應(yīng)力比較大的情況，介質(zhì)不易清潔的場合。本次設(shè)計(jì)的介質(zhì)是石油液化氣和水。其中石油液化氣的入口溫度是120℃，出口溫度是89℃，流量為500kg/s，工作壓力是0.69MPa;水的入口溫度是70℃，出口溫度是95℃;工作壓力是0.4MPa。由于兩種介質(zhì)的溫差較大，會(huì)產(chǎn)生很大的溫差應(yīng)力，而且石油液化氣是清洗介質(zhì)，水是容易結(jié)垢的介質(zhì)，所以選用浮頭式換熱器，一可以消除溫差應(yīng)力，二便于清洗。再者，考慮工藝要求，該設(shè)計(jì)的主要目的是冷卻石油液化氣，故選擇石油液化氣走殼程，可以更好的散熱;水走管，可以起到更好的冷卻效果。

2 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 計(jì)算傳熱面積

熱負(fù)荷

Q=WcCpc（t2-t1）=1.84×106W

根據(jù)兩流體的情況，設(shè)：

K=150W/（m2·℃）Δtm=0.9× 43.7=39.3℃

2.2 計(jì)算換熱管數(shù)

選φ19×2mm無縫鋼管，材質(zhì)10號鋼，管長6m。

拉桿數(shù)為10，因此實(shí)際換熱管數(shù)為1826個(gè)。

2.3 殼體直徑的確定

Di=a（b-1）+2l=25（52-1）+2×38=1351mm

取Di=1400mm

2.4 核算壓強(qiáng)降

管程壓強(qiáng)降

ΣΔPi=（ΔP1+ΔP2）FtNP=8175.4+2180.1=10355.5Pa

殼程壓強(qiáng)降

ΣΔP0=（ΔP1+ΔP2）FsNs=（1.7×105+1.63×105）×1.115×1=3.83×105Pa

換熱器的壓強(qiáng)降在10×100kPa范圍內(nèi)，滿足工藝要求，從上面計(jì)算可知，該換熱器管程與殼程的壓強(qiáng)降均滿足題設(shè)要求，故所設(shè)計(jì)換熱器工藝參數(shù)合理。

3 強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 筒體壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)壓力

P=0.15×1.1=0.165MPa

對于16MnR鋼，最小壁厚δemin=3+2.19=5.19mm，根據(jù)

鋼材規(guī)格取δn=10mm。

3.2 封頭壁厚的設(shè)計(jì)計(jì)算

同理：

為了使筒體與封頭受力均勻，通常將封頭壁取與筒體壁厚相等，即δn=10mm。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.2浮頭和右封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.3焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.4爆破片結(jié)構(gòu)

反拱型爆破片的厚度是正拱形爆破片的幾倍，厚度偏差對爆破壓力的影響相對較小，故制造精度較高。正常操作直至失穩(wěn)時(shí)，反拱型爆破片工作時(shí)的應(yīng)力均在彈性范圍內(nèi)，抗疲勞性能好。適用于中低壓、承受背壓或脈動(dòng)載和的工況（見圖5）。

5 小結(jié)

本設(shè)備設(shè)計(jì)按照國家目前最新標(biāo)準(zhǔn)GB150-2011《壓力容器》和GB151-2014《熱交換熱器》的規(guī)定，設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)完全模擬錦州某公司的在役設(shè)備，設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際基本一致;圖紙結(jié)構(gòu)合理，表達(dá)清楚。通過本次設(shè)計(jì)，設(shè)備結(jié)構(gòu)有所改進(jìn)，傳熱效果明顯提高，流體阻力比原設(shè)備大大下降，達(dá)到了高效節(jié)能的目的。本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、緊湊;管子清洗方便，易于更換;主要應(yīng)用于管、殼程溫差較大的場合。

參考文獻(xiàn)：

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[6]化工機(jī)械手冊編輯委員會(huì).化工機(jī)械手冊[M].天津：天津大學(xué)出版社，1991.

作者簡介：

張濤（1995- ），男，漢族，寧夏回族自治區(qū)固原市人，本科學(xué)歷，過程裝備與控制工程專業(yè)。

閆紹峰（1963- ），男，漢族，遼寧興城人，碩士學(xué)歷，遼寧工業(yè)大學(xué)副教授，研究方向：過程裝備與控制工程專業(yè)教學(xué)與設(shè)計(jì)。

傘慧洋（1996- ），男，滿族，遼寧葫蘆島興城人，本科學(xué)歷，過程裝備與控制工程專業(yè)。

韓家金（1998- ），男，漢族，遼寧沈陽人，本科學(xué)歷，過程裝備與控制工程專業(yè)。