戊烷冷卻器的設(shè)計(jì)

閆紹峰，佟志遠(yuǎn)，付一航，朱海明

(遼寧工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

1 引 言

換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，又稱熱交換器。換熱設(shè)備是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型工藝設(shè)備，用來實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞，使熱量由高溫流體傳遞給低溫流體。換熱器還廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)。它的主要功能是使流體溫度達(dá)到工藝過程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝過程上的需要，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展需要，我國(guó)對(duì)某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。

2 設(shè)計(jì)主要參數(shù)與要求

2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 設(shè)計(jì)要求

對(duì)于管殼式換熱器，確定其設(shè)計(jì)方案應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：選擇換熱器類型；工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；選擇流體流速；選擇加熱劑和冷卻劑；確定流體進(jìn)出口溫度；選擇材質(zhì)；確定管程數(shù)和殼程數(shù)。此外，在設(shè)計(jì)之前先對(duì)換熱器的類型、流體流動(dòng)空間等進(jìn)行說明。

工藝設(shè)計(jì)計(jì)算：計(jì)算流體流量；確定換熱系數(shù)；確定換熱管管數(shù)；核算管程與殼程的壓力降；核算總換熱系數(shù)等。

機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算：筒體設(shè)計(jì)；封頭設(shè)計(jì)；管箱設(shè)計(jì)；法蘭選擇；開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。

3 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

(1) 確定換熱管管數(shù)。

該設(shè)計(jì)選用φ19 mm×2 mm的碳鋼管，材質(zhì)為10,管長(zhǎng)為600mm，得

管子排列方式：轉(zhuǎn)正方形。取換熱管中心距為25 mm。

(2)換熱器筒體直徑校核。

筒體直徑可由下式計(jì)算

式中：η—管板利用率，由于本次設(shè)計(jì)的浮頭式換熱器為單殼程，多管程結(jié)構(gòu)，因此取 0.8；t—換熱管中心距，由上知t=25 mm；N—換熱面積；最終圓整取殼體內(nèi)徑為600 mm。

3.2 強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算

該設(shè)計(jì)選用Q345R作為殼體與封頭的材料。

3.3 SW6-2014對(duì)封頭強(qiáng)度計(jì)算的校核

為驗(yàn)證該設(shè)計(jì)的強(qiáng)度是否合格，采用工業(yè)生產(chǎn)中常用的壓力容器強(qiáng)度校核軟件SW6-2014對(duì)其進(jìn)行計(jì)算校核，部分結(jié)果如表2所示。

表2 SW6-2011管箱封頭強(qiáng)度校核

經(jīng)過計(jì)算校核，結(jié)果顯示該設(shè)計(jì)的各項(xiàng)強(qiáng)度都滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)論為合格。

4 結(jié)論

本次設(shè)計(jì)的戊烷冷卻器，采用浮頭式換熱器的形式，拆裝維修方便，殼層便于清洗，無溫差、無應(yīng)力，能廣泛應(yīng)用于管、殼層流體介質(zhì)溫差較大的場(chǎng)合，能很好地完成介質(zhì)之間的熱量轉(zhuǎn)換工作，經(jīng)SW-6過程設(shè)備強(qiáng)度校核軟件進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)果顯示合格。