(六).管内给热系数 管截面积 A1?管内流速 u??4?di?2Nt?190??(20?10?3)2??0.01484m2 444Wi18.64??1.26(m/s) ??A1997?0.01484?i?4200(1.32?0.02t)?u0.8/di0.2?4200?(1.32?0.02?25)?1.260.8/200.2?5051.4(W/(m2?K))7.
(七).传热核算
取水的污垢热阻为Rsi=3.44×10-4 m2 K/W 煤油污垢热阻为Rso=1.72×10-4 m2 K/W 管壁导热系数为λ=45 K) 则
K?1dodb?do1?Rsio??Rso??i?didi??dm?o1假定K值相近，?3?325?10?3252.5?10?25?101?3.44?10?4???1.72?10?4??3?35051.4?20?102045?22.5?10948.1?508.（7W/(m2?K))?试差结束。
（八）.壳侧压力降 1）折流板计算
DS=Db+13=531+12=543mm 取DS=600mm
折流板选择为圆缺度为25%的圆缺型折流板。则圆缺高度为： H=0.25×600=150mm 取标准圆缺高度为150mm
折流板板间距为B=0.3DS=0.3×600=180mm 取折流板板间距为200mm
折流板数NB=L/B-1=3000/200-1=14 3)用Kern's法计算压降 管子横截面积 As?t?d032?25?Ds?B??600?200?10?6?0.0336(m2) t3212626.26M2则壳侧质量流速 则Gs?O?3600?104.4(kg/(s?m))
AS0.0336 壳侧流体流速 us?GS?O?104.4?0.13(m/s) 825
壳体当量直径 de?1.1021.102(t?0.917do)?(322?0.917?252)?19.8mm do25雷诺数Re?Gs?de?O104.4?19.8?10?3??2199 ?49.4?10查壳侧阻力因子图得jfo=6.1×10-
2D??uL?Ss取???w，忽略粘度得影响，应用进口流速，其压降为式?PS?8jfo????()?0.14的50%。而 deB2?wDSL??us2??0.14?PS?8jfo????()deB2?w6003825?0.132
?8?6.2?10???19.8200?10?32?1571.7Pa则壳压降为786Pa (九).管侧压降计算
?2雷诺数Re?uidi?i?i1.26?20?10?3?997??27015 ?49.3?10查壳侧阻力因子图得jfi=3.6×10-3 管压降
????u2L??m?Pt?NP?8jfi??()?2.5??di?w??23997?1.262 ?3?4?(8?3.6?10??2.5)??320?102?21590Pa?21.6kPa(十).裕度计算
Q778.62?103所需换热面积 F0???34.9m2
K?tm508.7?43.8?32实际换热器面积 F1??d0?L?(Nt?Nr)?3.14?25?10?(3?0.06)?(189?16)?39.9m
面积裕度H?F1?F039.9?34.9?100%??100%?14.3% F034.9传热面积裕度合适，该换热器能够生产任务。
Q4Q4?2.8?106水的温升温???9.00?C 23?32cp?mcp???ui?n?di4.174?10?997?1.26?189?3.14?(20?10)对数平均温差为夏季，水温由30°C 39°C，Δtm=33.4°C
对数平均温差为冬季，水温由10°C 19°C，Δtm=53.5°C
Q778.62?103夏天生产：需要换热面积F0???45.8m2
K?tm508.7?33.4Q778.62?103冬天生产：所需换热面积F0???24.3m2
K?tm508.7?63 面积裕度H?F1?F039.9?24.3?100%??100%?64.2% F024.3由此可知该换热器在夏天使用时若仍按平均流速来计算无法达到生产要求。为了使换热器能在夏天使用，
假定水的流速可以增加以降低水的Δt,并增加Δtm。计算如下： 煤油：140°C 40°C 水： 30 °C 35°C 平均传热温差
?t?C) m=(Δt1-Δt2 )/ ln(Δt1/Δt2) =[(140-35 ) -(40-30)]/ ln[(140-35 )/ (40-30 )] =40.4(°其中Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1。 平均温差R?T1?T2140?40==20 35?30t2?t1t2?t135?30==0.045 T1?t1140?30 P?选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程，查图11可得??t=0.96。
?=40.4×0.96=38.8°?tm???t??tmC
Q778.62?103F0???39.4m2
K?tm508.7?38.8此时管内水的流速为
ui?Qcp??t???n??4??d2i2.8?1063.144.174?10?5?997?189??(20?10?3)243?2.27(m/s)而冬季面积裕
度过大，可以通过降低管内水的流速以增大水的Δt,并减小Δtm。计算如下。 煤油：140°C 40°C 水： 10 °C 35°C 平均传热温差
?t?C) m=(Δt1-Δt2 )/ ln(Δt1/Δt2) =[(140-35 ) -(40-10)]/ ln[(140-35 )/ (40-10 )] =59.5(°其中Δt1=T1-t2，Δt2=T2-t1。 平均温差R?T1?T2140?40==4 35?10t2?t1
P?t2?t135?10==0.192 T1?t1140?10选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程，查图11可得??t=0.85。
?=59.5×0.85=50.9°?tm???t??tmC
Q778.62?103F0???30.1m2
K?tm508.7?50.9此时管内水的流速为
ui?Qcp??t???n??4??d2i2.8?1063.144.174?10?25?997?190??(20?10?3)243?0.45(m/s) 流体流动类
型
Re?uidi?i?i0.45?20?10?3?997??9648.4?4000 ?49.3?10流体仍为湍流。符合条件。
十二、壳程接管
取接管内流速为u=1m/s，则接管直径为
d?取标准接管为d=80mm。
4V??u4?12626.263600?825?0.074m?74mm 3.14?1 十三、管程接管
4V??u4?18.64997?0.154m?154mm 3.14?1取接管内流速为u=1m/s，则接管直径为d?取标准接管为150mm。
换热器工作压力：管程1.0MPa，壳程0.6MPa。 选取标准换热器
公称直径DN=600mm；
公称压力：管程1.0MPa，壳程0.6MPa； 管程数：4程； 总管数：222；
中心一行管数：17； 管长：3m；
管程流通面积：0.0174m2； 计算换热面积：50.5m2；
第四章 零件计算
第一节 壳体、管箱壳体和封头的设计
1、壁厚的确定
壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。管壳式换热器的壳体通常是由管材或板材卷制而成的。当直径小于400mm时，通常采用管材和管箱壳体。当直径不小于400mm时，采用板材卷制壳体和管箱壳体。其直径系列应与封头、连接法兰的系列匹配，以便于法兰和封头的选型。一般情况下，当直径小于1000mm时，直径相差100mm为一个系列；当直径大于1000mm时，直径相差200mm为一个系列，若采用旋压封头，其直径系列的间隔可取100mm。
表4-1-1 碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度
公称直径 浮头式 U型管式 固定管板式 DN,mm 600 材料 Q235-A/B/C 16MnR 400~≤700 8 8 6 >800~≤1000 10 10 8 >1100~≤1500 12 12 10 壳程或管程公称压力PN，MPa 0.6 8 8 1.0 8 8 1.6 2.5 厚度，mm 8 8 10 8 4.0 —— 12 6.4 —— 16 >1600~≤200 14 14 12 >2000~≤2600 16 16 14 表4-1-2 壳体、管箱壳体厚度 1Cr18Ni9Ti 5 5 6 8 12 18 由之前的计算知，壳体和管箱壳体外径为600mm。选用Q235-A碳素钢板材制壳体和管箱壳体，在9
t
0°C时[σ]=113MPa。下面确定其壁厚。
取工作压力等于设计压力，则pc=0.6MPa，提高到管程设计压力计算，焊接接头系数φ=0.85。
计算壁厚 S?pc?Do1?600??3.1mm t2[?]??pc2?113?0.85?0.1设计壁厚 由于煤油的腐蚀强度低，取腐蚀裕量C2=1mm。则 Sd?S?C2?3.1?1?4.1mm 此时负偏差为C1=0.5mm，则Sd+C1=4.6mm。
名义壁厚 Sn?Sd?C1???4.6??，可取名义壁厚为5mm。
而由上表知可取壳体和管箱壳体壁厚为6mm，但是考虑到公称压力和材料的选择，选取壳体和管箱壳体厚度为8mm。其单位长度质量为120kg，单位长度的容积为0.283m3。
2、封头：选择标准椭圆形封头JB/T4737-95
椭圆形封头是由长短半轴分别由a，b的半椭圆和高度为ho的短圆筒（通称为直边）两部分构成的。直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受到边缘应力的作用。
受内压（凹面受压）的椭圆形封头的计算壁厚为：