50万吨年对二甲苯项目苯产品冷凝器设备设计

北方民族大学 2015 届本科生毕业论文北方民族大学学士学位论文论文题目:50 万吨/ 年对二甲苯项目苯产品冷凝器设备设计院(部)名 称: 化学与化学工程学院 学 生 姓 名: 吴 笃 专 业:过程装备与控制工程学 号:20113850指导教师姓名: 康亚明 论文提交时间: 论文答辩时间: 学位授予时间: 北方民族大学教务处制北方民族大学 2015 届本科生毕业论文摘 要目前管壳式换热器当中的固定管板式换热器应用特别广泛。固定管板换热器的特点具体有结构非常简单、紧凑性好、可靠性高、适应范围广,并且固定管板换热器的生产成本相比其他类型的换热器比较低、而且它选材料范围大、对换热表面进行清洗也相对方便。我这次设计选用的就是固定管板换热。本次设计的题目是 50 万吨/年对二甲苯项目苯产品冷凝器设备设计，第一步进行工艺计算、接着进行设备的选型、冷凝器工艺计算以及初选设备的尺寸和轮廓、设备结构设计、进行强度的校核、无损检测、水压试验等，最后在此设计的基础之上完成对苯产品冷凝器装配图和部分零件图的绘制。关键词：冷凝器，结构，强度，换热北方民族大学 2015 届本科生毕业论文ABSTRACTThe current fixed tube plate heat exchanger of tube and shell heat exchanger especially widely.The characteristics of a specific fixed tubesheet high reliability, wide adaptation, and the production cost of the fixed tube sheet heat exchanger is lower than other types of heat exchanger, and it select the large range of materials, heat exchange surface cleaning is relatively convenient.This design I choose is the fixed tube sheet heat exchanger.The topic of this design is 500000 tons/year of p-xylene benzene product condenser equipment design, the first step in the process calculation, equipment selection, condenser process of then and the size of the primary equipment, equipment structure and contour design, strength check, nondestructive testing, hydrostatic test, etc., finally completed in the basis of this design to the benzene product condenser assembly drawing and parts drawing.KEY WORDS：condenser，structure， strength，heat transfer北方民族大学 2015 届本科生毕业论文目 录前 言 .1第一章 概述 .21.1 换热器的用途 .21.2 换热器的分类 .21.3 换热器的发展趋势 .31.4 换热器的主要组合部件 .41.5 固定管板式换热器 .51.5.1 结构原理 .51.5.2 固定管板式换热器的构成 .51.5.3 固定管板式换热器的特点 .6第二章 固定管板式换热器的工艺计算 .72.1 工艺流程 .72.2 设计条件 .72.2.1 换热器类型的选择 .82.2.2 工艺条件的选择 .82.2.3 选择换热器的类型 .92.2.4 流程安排 .92.2.5 确定物性数据 .92.2.6 传热面积 .102.3 工艺结构尺寸 .102.3.1 管径和管内流速 .102.3.2 管程数和传热管数 .102.3.3 平均传热温差校正及壳程数 .112.3.4 传热管排列和分程方法 .112.3.5 壳体内径 .112.3.6 折流板 .112.3.7 其他附件 .122.3.8 接管 .122.4 换热器核算 .132.4.1 热流量核算 .132.4.2 壁温核算 .152.4.3 换热器内流体的流动阻力 .16第三章 换热器零部件的工艺结构设计 .193.1 分程隔板 .193.1.1 分程隔板结构 .193.1.2 分程隔板的厚度及有关尺寸 .203.2 折流板或支承板 .213.3 拉杆、定距管 .213.4 防冲挡板 .22北方民族大学 2015 届本科生毕业论文3.5 接管 .223.5.1 接管的一般要求 .223.5.2 接管高度（伸出长度）确定 .233.5.3 接管安装位置最小尺寸的确定 .243.6 管板结构尺寸 .253.7 管箱结构布置 .253.7.1 管箱类型选用 .253.7.2 管箱结构尺寸确定 .26第四章 强度计算 .274.1 筒体壁厚计算与实验 .274.2 封头厚度计算与实验 .274.3 固定管板计算与校核 .284.3.1 管板计算 .284.3.2 管板、换热管强度校核 .29第五章 法兰与封头的选取 .315.1 筒体法兰 .315.1.1 法兰结构 .315.1.2 法兰材料 .315.1.3 筒体密封垫片 .315.2 接管法兰 .325.3 封头 .34第六章 开孔补强计算 .35第七章 鞍座选用与安装 .377.1 鞍座质量估算 .377.2 鞍座的选用 .387.3 鞍座的形式与安装位置的确定 .387.3.1 鞍座的形式 .387.3.2 鞍座安装位置的确定 .39主要符号说明 .40参考文献 .43致谢 .45北方民族大学 2015 届本科生毕业论文0前 言人们把用来完成换热任务的装置称它为热交换器，也可以简称它为换热器。化工生产企业当中使用最为广泛的设备就有换热器，可见换热器有多么重要。现在换热器在能量的回收、节能方面的应用，以及新能源利用方面的重要性日益增加，在热污染、空气污染和废物处理等方面。 现在在制冷、热量回收、运输、空调等领域当中换热器应用广泛，而且换热器目前也是市场上非常多工业产品的主要部件。其实换热器主要应用在化工生产当中，这些年来在炼油、化工装置当中换热器的投资额占总设备总设备投资额的 35%左右，总投资的35%46%.随着科技的发展伴随着节能技术进步，换热器的应用范围不断扩大。这次毕业设计 50 万吨/年对二甲苯项目苯产品冷凝器设备设计的主要内容为冷凝器的工艺，结构和精度设计等。并且对冷凝器的制造、使用、检修，腐蚀、焊接工艺等也作了相应的介绍。最新的国家标准设计时应尽量采用，设计时应综合考虑实际生产的需求，对换热器的结构进行优化，降低换热器的成本，以此来适应市场的激烈竞争。在这次毕业设计之前我参阅了许多与换热器相关的书籍、国家设计规范和相关的英文文献，在此基础上我完成了一篇关于换热器的英文文献翻译，给这次毕业设计能够顺利的完成做了很好的铺垫。我大学所学专业（过程装备与控制工程）与这次换热器设计有着非常紧密的联系。这次换热器的设计贯通我大学所学的专业基础知识和专业理论知识，培养我在设计换热器的过程当中对理论结合实际的实践能力，将我在大学四年所学的有关理论知识进行综合应用分析，真正的做到理论联系实际。这次毕业设计的完成对本人在大学的学习上是一个综合全面的总结和考察。北方民族大学 2015 届本科生毕业论文1第一章 概述1.1 换热器的用途换热器人们又称它为热交换器，冷却器（换热器）利用存在温度差的流体进行热交换。其应用特别广泛，不管是日常生活当中还是工业生产当中基本上都用到了换热器。例如冬天我们家里取暖用的散热片，神舟号飞船上的冷却器等，他们都属于换热器。换热器它还在化工、石油等工业部门应用特别广泛。工业生产当中决大多数都需要实现热量的传递，换热器工作不能缺少。换热器它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的温度，以此来提高能源的利用率。节能技术改革当中换热器具有的作用主要表现在现在看来有以下两个方面：（1）在生产工艺流程的过程当中换热器显然可以减少对我们对能源的消耗；（2）工业生产产生的余热可以用换热器来进行回收，可以节约资源。1.2换热器的分类换热器的种类划分方法有很多，方法也各不相同。目前按照换热器的用途：人们将换热器分为 1.冷凝器 2.加热器 3.再沸器 4.蒸发器 5.冷却器，这 5 个类别。按照换热器传热方式的不同和它的作用原理：人们又将换热器分为：1.间壁式换热器 2.蓄热式换热器 3.混合式换热器这 3 类。这里的间壁式换热器是应用最为广泛的换热器。换热器按传热面的形状分为 1.管式换热器 2.板面式换热器 3.扩展表面换热器等 3 类。这里面当中管壳式换热器是应用最为广泛的换热器，它利用换热管的管壁进行传热。1.结构简单牢固 2.制造简便 3.使用材料范围广 4.可靠程度高是管壳式换热器具有的 4 个最大优点，是目前工业生产当中应用最为广泛的一种换热器类型 5。根据它的结构的不同，人们又可以把管壳式换热器分为 1.釜式重沸器 2.U形管式换热器 3.固定管板式换热器 4.浮头式换热器 5.填料函式换热器等这 5个类别。北方民族大学 2015 届本科生毕业论文21.3 换热器的发展趋势换 热 器 对 产 品 质 量 以 及 能 量 利 用 率 在 国 民 经 济 领 域 和 化 工 生 产 中 有 着重 要 的 作 用 ,这 些 年 来 ,高 效 换 热 器 的 开 发 一 直 是 我 们 关 注 的 热 点 ,各 国 也都 推 出 了 一 系 列 的 新 的 型 具 有 高 效 节 能 的 换 热 器 ,现 在 换 热 器 的 前 景 非 常一 片 光 明 ,非 常 值 得 人 们 去 探 索 研 发 。由 每 个 部 门 的 人 员 分 别 自 己 负 责 的 的 部 分 进 行 设 计 研 发 ， 然 后 通 过 设计 说 明 书 的 相 互 联 系 来 完 成 ， 这 是 传 统 的 整 体 装 置 设 计 。 随 着 社 会 经 济 的快 速 发 展 ,科 学 技 术 全 面 的 应 用 于 工 业 生 产 ,数 据 库 技 术 是 最 近 为 整 厂 设 计开 发 的 ,该 技 术 的 应 用 可 使 繁 重 的 任 务 变 得 更 加 容 易 。 对 数 据 库 系 统 的 应 用 ，不 同 类 型 的 设 计 应 用 软 件 可 以 有 效 的 形 成 一 个 整 体 ， 各 种 软 件 可 以 相 互 利用 ， 设 计 人 员 只 需 要 掌 握 使 用 这 个 系 统 ， 然 后 通 过 数 据 库 操 作 系 统 向 应 用软 件 中 输 入 所 要 求 的 参 数 ， 然 后 就 可 以 得 到 有 用 的 关 于 设 计 任 务 的 数 据 。AUTOCAD 软 件 包 和 数 据 库 技 术 迅 猛 普 及 发 张 ， 它 在 不 久 的 将 来 一 定 会 全 面 替代 手 工 计 算 的 设 计 方 法 从 而 大 大 的 提 高 效 率 。 热 流 分 析 是 换 热 器 设 计 的 主 要 参 考 方 面 ， 在 引 入 计 算 机 技 术 后 ， 通 过对 计 算 机 技 术 的 应 用 ， 对 其 中 介 质 的 复 杂 流 动 过 程 用 计 算 机 技 术 进 行 定 量的 模 拟 仿 真 。 热 流 分 析 基 于 计 算 机 技 术 已 经 用 于 自 然 对 流 、 脱 流 ,振 动 流 和湍 流 的 直 接 模 拟 导 热 、 辐 射 传 热 ,多 相 流 和 粘 性 流 的 机 理 模 拟 ,在 此 基 础 上 ,冷凝 器 模 型 设 计 和 设 计 开 发 ,利 用 CFD 分 析 结 果 和 相 应 的 模 型 试 验 数 据 ,通 过计 算 机 技 术 对 换 热 器 的 设 计 更 准 确 。 由 传 热 物 流 条 件 的 不 同 情 况 ， 分 析 得 出 ： 壳 程 传 热 的 探 索 肯 定 要 和 强化 传 热 管 的 优 化 组 合 有 着 密 切 关 联 。 为 加 强 和 改 进 换 热 器 的 结 构 传 热 增 强传 热 的 组 件 技 术 是 一 种 节 能 技 术 可 以 显 著 提 高 换 热 器 的 性 能 。当 前 世 界 的 理 论 研 究 在 热 交 换 器 ,新 技 术 和 新 产 品 开 发 在 高 水 平 的 探 索阶 段 ,涉 及 领 域 很 广 ,获 得 新