流量为140t每小时水_油浮头式换热器设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘 要 本设计说明书是关于浮头式换热器的设计，主要是进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。 换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。进二三十年来，化工、石油、轻工等过程工业得到了迅猛发展。因此，要求提供尺寸小，重量轻。换热能力大的换热设备。在设计过程中，我尽量采用较新的国家标准，做到既满足设计要求，又使结构优化，降低成本，以提高经济效益为主，力争使产品符合生产实际要求需要。适合市场激烈竞争。同时为了使本次设计能够进行顺利，我再设计前参阅了 许多有关书籍和英文文献，并做了一定量的外文翻译工作。 已知条件为： 设计压力为管程 程 作温度管程 1350 ，壳程 95 ，设计温度管程 ，壳程 ，管程介质为 油 ，壳程介质为 水。依据给定条件，查 1999书第138页，通过试算法获得总传热系数，所得 传热面积为 虑到介质特性、其他因素， 采用 25 不锈钢的 无缝钢管 作换热管 ， 本设计采用 300根换热管可 满足换热量。设定拉杆数量为 6，计算得到筒体直径为 00完成了压降计算、管壁温度 、传热系数计算等。强度设计中，依据 头强度设计及校核，依据流量进行入口接管、出口接管等管口直径的选择，依据等面积补强法进行开口补强计算。本设计选择 管板延长兼做法兰， 依据性支撑假设对管板进行设计和校核 ， 管板与换热管的连接方式为焊接 ，拉杆与管板为螺纹连接结构。同时，进行了卧式容器鞍座校核。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 设计的前半部分主要是对换热器的原理、结构进行的详细的描述，从而进行换热器的选型，结构设计分析。设计的后半部分则是关于结构的强度的设计，主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部 件的设计，如管板、折流板、定距管、钩圈、管厢等。包括：设计计算、材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算等。最后绘制一张装配图，三张零部件图。 关键词 ： 浮头式换热器；设计；校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he is of of in In or to a In I to a do to to in At in to be I to a of do a of 350 5 12.5 7.5 is of to 1999 38th by 5 x 2.5 as 00 of , of N=700of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 In to of on of to an of to do on on At is of of so as to of of is of is to of as of At an 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章 综述 . 1 引言 . 1 . 1 . 1 . 1 . 1 . 2 . 2 . 2 . 2 形管换热器 . 3 . 3 . 3 语 . 4 参考文献 . 5 第二章 传热工艺计算 . 6 . 6 . 6 . 7 . 7 . 8 . 9 . 9 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 10 . 10 . 11 第三章 结构设计及强度运算 . 12 . 12 . 12 . 13 . 14 . 15 . 15 . 17 . 18 . 18 . 19 . 20 . 22 压）作用下浮头盖的计算 . 23 压）作用下浮头盖的计算 . 23 . 24 . 26 . 28 . 28 . 29 . 29 . 29 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 . 29 . 30 . 30 . 31 . 32 . 33 . 33 . 33 参考文献 . 34 致谢 . 35 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章 综述 引 言 换热器在石油、化工、动力、能源、轻工、核能、食品等行业有着广泛的应用，其中管壳式换热器最为广泛。在化工生产的工艺过程中，各种传热单元，如：加热、蒸发、冷凝等。换热器是一种将热量从高温流体传递到低温流体的工艺设备。在化工厂中换热设备的投资约占总的投资的 10%20%，在炼油厂中约占总投资的 35%40%。 根据用途、工作条件和物料特性的不同，设计了不同形式和结构的换热器。本片论文中主要描述了浮头式换热器的工作流程以及设计过程。包括工艺计算和结构强度计算。 热器 按作用原理或传热方式分类 直接接触式换热器又名混合式换热器，它是的工作原理是让冷、热流体直接接触，冷热流体之间混合进行换热。在换热器中放置填料和栅板，通常采用塔的结构，这样的结构增大单位容积提供的传热面积，传热效率高。此外，直接接触式换热其结构简单，价格便宜。 蓄热式换热器也称回热式换热器，它的换热原理是：借助固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，热流体的热量传给冷流体，达到换热的目的。两种流体会有少量混合，所以这种换热器不适用于两种不可以混合的流体。这种换热器的 结构紧凑，成本低，单位传热面积大，所以较适用于两种气体的热交换。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 间壁式换热器又叫表面式换热器。它的工作原理是冷热流体的热量通过间壁面传递，冷热流体互不接触。这种换热器的形式多种多样，我们所熟悉的管壳式换热器和板式换热器都是间壁式换热器。 热管式换热器就是这种换热器的典型代表，它是把两个间壁式换热器在其中循环的载热体连接起来的换热器。 壳式换热器的分类 固定管板式换热器 图 9 6展示了其结构，主要 由折流挡板、管束、壳体、封头、接管、管板等组成。这种换热器的两块管板分别焊接在壳体的两端，管束的两端固定在管板上，这种构造使结构简单、紧凑。因为管内的清洗方便， 管束不能抽出，壳程不能进行机械清洗，所以这种换热器适用于壳程不结垢的流体。但是这种结构容易产生温差应力，当管程和壳程的温差大于 50，就会产生温差应力（又叫热应力），温差应力具有破坏性。这就需要在壳体上设置膨胀节，当这种补偿圈发生发生弹性变形，来适应壳体与管束间的不同热膨胀。 这种补偿结构一般适用于壳体与管束间的温度差低于 50，壳程压力小于 6种换热器具有结构比较简单、造价低廉的优点。 浮头式换热器的结构，包括壳盖、固定管板、隔板、浮头勾圈法兰、浮动管板、浮头盖等，这种换热器只有一端的管板与壳体固定连接，而另外一端的管板可以在壳体内沿轴向自由伸缩，这端叫浮头端。就是因为斧头这种结构，在浮头端管束和壳体无关，互不约束，所以，当换热管和壳体之间有温差的时候也不会产生温差应力，从而解决了热补偿问题。另外，由于 固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，所以管束买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 可以从壳体抽出，这就使管程和壳程清洗很方便，对流体的 限制就较少。但是因为设计结构复杂，金属量较多，所以制造成本高。 形管换热器 其他换热器不同的是 封面少，运行可靠，并且其 每根管子都弯成 管子两端固定在同一管板上。 因此管子可以自由伸缩， 当壳体与管子有温差时，不会产生温差应力 从而解决热补偿问题，管间的清洗较方便，管内的清洗较困难， 管束最内层管间距大，壳程易短路。所以，程温差较大或壳程介质是易结垢而管程介质不易结垢的场合。 填料函式换热器的结 构。主要有活动管板、填料压盖、填料、填料函、纵向隔板等，这种换热器的管板只有一端与壳体固定，而另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，这样就不会产生温差应力，同样省去了热不强，但是它的结构较浮头式换热器和 造成本较低；管束可以从壳体内抽出，管、壳程均能进行清洗。所以对流体没有限制。其缺点是填料耐压不高，一般小于 程介质可能通过填料函外漏。填料函式换热器适用于管、壳程温差较大或介质结垢需经常清洗且壳程压力不高的场合。 换热器的制造首先是通过给 定的相关参数，比如管板、传热管按压差及温差、材料要求、工作介质、焊缝要求、热处理要求等等。 设计换热器最终计算出流体的出口温度，核算我们所选用的换热管材料、数量及换热片数量，是否完全能够满足设计要求。换热器制造过程中的焊接过程：外壳体的焊接、筒壳与端盖的焊接和管箱的焊接。在换热器生产过程中存在着不能立即反映出来的问题。主要包括：生产换热器时造成其密封槽的底平面高于外圄平面，而管箱的隔板低于外圄密封面，这样造成配合时出现隔板垫片压实不紧甚至出现密封间隙；折流板的不规范；进行管子的截取时操作中误差太大 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 语 换热器的所有种类中，管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水氯碱醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率， 减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。 我们的发展前景还是在换热效率上做出更大的提高，提高装置的热强度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 参考文献 1 过程设备机械设计 潘红良，郝俊文主编 华东理工大学出版社出版 2 管壳式换热器的原理与设计金志浩主编 龚斌 金文 陈东初副主编 辽宁科学技术出版社 3 马晓驰 .国内外新型高效换热器 J2001(1):494 李安军 ,邢桂菊 ,周丽雯 .换热器强化技术的研究进展 J2008,27(1):505 朱跃钊 ,廖传华 ,史勇春 .传热过程与设备 M中国石化出版社 ,2008:51买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第二章 传热工艺计算 质原始数据 出入换热器流体的温度及流量如表 1所示： 表 2介质的温度及流量 机油（管程） 冷水（壳程） 流量（ /h） 40000 温度数据 进口温度 口温度 口温度 口温度 位（） 135 90 20 95 工作压力（ 2=质定性温度及确定 其物性数据 流体的平均温度 1 1 2 . 52 093512 21 m 7 . 552 95202 21 按介质的定性温度，查有关设计手册确定介质的物性数据。介质的定性温度及物性数据见 表 2质的定性温度及物性数据 公 式 符号 单位 2)/2 t1+2 介质 机油 冷水 定性温度 性数据 3kg/m ) 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 W/(m. ) 体的普朗特数： 管程机油： 116 壳程机油： 效平均温 差计算 逆流平均温度差可按1212ln = 参数 S： 参数 R： 换热器按照单壳程两管程设计，查化工工艺设计手册图 8a)得 温差修正系数： 效平均温差： 热量及物料衡算 设计传热量 (换热 效率为 73020893600 0001210 水流量由热量衡算得 1 0 4 9 6 0 2 0 8 93600100036002122 管程换热计算 参照化工原理 6 8，初选传热系数 300W/m. 则初选传热面积 0 07 3 0 2 0 8 9000 m 换热器选用 的无缝钢管做换热器管， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 管子外径 管子内径 初选换热管长度 l=3m 所需换热管根数 则取换热管根数 00根 管程流通面积 221 管程流速为： 0 0 0 0360011 11 管程雷诺准数 : 331111 6 ie 2 程结构初步设计 布管方式：采用正三角形排列 查 以管间距 s=程隔板两侧相邻管中心距 于该换热器用于蒸汽冷凝，为减少液膜在列管上的包角及液膜厚度，应偏转一定角度 管束中心排管数： c=20 故壳体内径： 0 取 径比 弓形折流板弓高： h=流板间距： i 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 折流板数量 : 1 程换热系数计算 壳程流通面积 202 壳程当量直径 20202 壳程流速 4 0 0 2222 壳程质量流速 壳程雷诺准数452222 ee 2515， 1 5 w 1131221 热系 数计算 查 138页可知， 管程机油垢热阻 . /w,壳程机油污垢热阻 . /w, 管壁热阻忽略。 101022 合理 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 壁温度计算 管壁外壁热流密度计算2001 3 4 3 6 外壁温度 误差校核： 15 = 误差不大，合适。 程压降计算 管内壁温度 iw 壁温下水的黏度 62 1014850黏度修正系数 w 查得管程摩擦系数 管程数 n=2 管内沿程压降 0 1 3222222 回弯压降 2 622222 取进出口处质量流速n 22 907进出口管处压降 22222 于 25 2钢管可取 d 管程压降 8 1 022 管程允许压降 =50000 2 即管程压降符合要求 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 程压降计算 壳程当量直径 20202 m 壳程雷诺数45111 109 3 2 6 1 1 ee 管束压降 111211 取进出口质量流速n 21 1 1进出口管压 181 取导流板阻力系数 5d ， 壳程结构修正系 数 05.1d壳程压降 6 6 5102 壳程允许压降 =50000 12 壳程压降符合要求 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 第三章 结构设计及强度运算 热管材料及规格的选择和根数的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 换热管材料 20# 2 换热管规格 253000 3 传热面积 A 2m 0 07 3 0 2 0 8 9000 70 4 换热管根数 N 根 300 5 拉杆直径 壳式换热器表 43 16 6 拉杆数量 根 壳式换热器表 44 6 管方式的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和数据计算 数值 1 正三角形 1 2 换热管中心距 S 2 32 3 隔板槽两侧相邻管中心距 2 44 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 体内径的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 换热管中心距 S 2 32 2 换热管根数 300 3 管束中心排管根数 N 21 4 换热管外径 0D 55 5 筒体内径 0 708 6 实取筒体公称直径 473700 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 体壁厚的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 aP c 筒体内径 见三 00 3 筒体材料 4 设计温度下筒体材料的许用应力 t 13 5 焊接接头系数 筒体计算厚度 32 7 0 腐蚀裕量 2C 1 8 负偏差 1C 设计厚度 d 0 名义厚度 n 取 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 11 有效厚度 e 2 设计厚度下圆筒 t P 3 校核 9 6 . 0 5 P a 合格 14 设计温度下圆筒的最大许用工作压力 体水压试验 序号 项目 符号 单位 根据来源及计算公式 数值 1 实验压力 圆筒薄膜应力 2 校核 M p T 合格 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 箱侧封头厚度的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 封头内径 700 2 计算压力 焊接接头系数 封 头材料 165 设计温度下许用压力 t 170 6 标准椭圆封头计算厚度 腐蚀裕量 2 1 8 负偏差 1 设计厚度 d 0 名义厚度 n 8 11 设计 压力下筒体的计算应力 t P2 校核 0 合格 管箱侧封头尺寸：公称直径 700面高度 175表面积 质量 边高度 40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 头侧封头厚度的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计 算公式 数值 1 封头内径 800 2 计算压力 焊接接头系数 封头材料 165 设计温度下许用压力 t 113 6 标准椭圆封头计算厚度 328 0 腐蚀裕量 2 1 8 负偏差 1 设计厚度 d 0 名义厚度 n 8 11 有效厚度 e mm 2 设计压力下筒体的计算应力 13 校核 M 3 t 合格 14 设计温度下筒体的最大许用工作压力 D 校核合格 浮头侧封头尺寸：公称直径 800深度 175边高度 40量 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 备法兰的选择 选用 47004707力容器法兰中的法兰可免除 箱侧法兰的选择 按尺寸条件 00计压力 量 压力容器法兰选择长颈对焊法兰，相关参数见表 7：单位（ 管箱侧法兰参数 D 3 H h 1 2 R d 螺柱规格 螺柱数量 860 815 776 763 50 120 35 16 32 12 27 8 由压力容器法兰选择相关垫片：选用非金属软垫片 其相关尺寸为： D=765d=715 =3 头侧法兰的选择 按尺寸条件 i+100=800计压力 计温度 180，重量力容器法兰选择长颈对焊法兰，相关参数见表 8：单位（ 浮头侧法兰参数 D 2 H 1 a d 格 数量 800 915 876 866 48 115 16 21 27 18 4 由压力容器法兰选择相关垫片：选用非金属软垫片 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985