戍烯己烯再沸器设计-设计说明书

1、戍烯己烯再沸器设计设计说明书吉林化工学院课程设计摘 要这次设计的主耍冃的是针対给定的戍烯己烯再沸器固定管板式换热 器的设计要求，通过查阅资料、分析设计条件，以及换热器的壁厚计算和 强度校核等设计，确定固定管板式换热器的基本结构。通过分析固定管板式换热器的设计条件，确定设计步骤。首先，对固 定管板式换热器筒体、封头、管板等部件的材料进行选择、计算其壁厚并 进行强度校核；其次，对固定管板式换热器前端管箱、后端管箱、换热管 和管板等结构进行设计，并对换热器进行开孔补强校核。最后绘制岀符合 要求的固定管板式换热器的cad图，给出相关的技术要求。在固定管板式换热器的结构设计过程中，要参考相关的标准进行设

2、计, 比如gb250、gb151等，使设计能够符合标准，同吋要使设计的结构满足 生产的需要，达到安全生产的要求。关键词：固定管板；换热器；设计；强度1戍烯己烯再沸器设计abstractthe main purpose of this design is to determine the basic structure of the fixed tube plate heat exchanger according to the given fixed tube heat exchanger design requirements，by referring to information, ana

3、lyzing design con ditions, and by calculati ng wall thick ness and st re ngth check.i determine the design steps by analyzing the fixed tube sheet heat exchanger design conditions to. firstly, select materials of tube, head, tube plate and other parts of the fixed tube heat exchanger, calculate thei

4、r wall thick ness and st re ngth check；sec on dly, design the structures of tubefrontend boxes, the back-end chamber, heat transfer tube and tube plate of the fixed tube heat excha nger; and check ope ning rein force me nt on the heat exchanger； lastly, draw cad pictures that meet the design require

5、ments of the fixed tube sheet heat excha nger; giving the re leva nt tech nical requireme nts.in the structural design process of fixed tube sheet heat exchanger; i should refer to the re leva nt desig n sta ndards, such as gb150, gb 151 and so on. the structure has to be designed to meet the needs

6、of production to achieve the safety requirements.key words： heat exchanger； fixed tube sheet； design； intensityll吉林化工学院课程设计目 录abstractii第1章前11.1换热器简述11.2换热器的选材21.3 固定管板式换热器3第2章前端管箱筒体计算2.1计算条件 4 2.2厚度及重量计算错误！未定义书签。2.3压力试验应力校核52.4压力及应力计算5第3章前端管箱封头设计 63.1封头材料的选择63.2计算条件 6 3.3厚度及重量计算73.4应力计算 7第4章壳程圆筒计4.

7、1计算条件 8 4.2厚度及重量计算8 4.3压力试验应力校核94.4压力及应力计算10第5章开孔补强计算105.1接管a 105.1.1设计条件错误！未定义书签。5.1.2开孔补强计错误！未定义书签。第6章延长部分兼作法兰固定式管126.1壳程圆筒设计计算条件错误！未定义书签。6.2管箱圆筒设计计算条件错误！未定义书签。6.3换热管及管板 错误！未定义书签。6.4管箱壳体法xl 错误！未定义书签。6.5系数计算错误！未定义书签。111戍烯己烯再沸器设计6.6仅有壳程压力ps作用下的危险组合工况（pt二0） 错误！未定义书签。6.7仅有管程压力pt作用下的危险组合工况（ps =0)错误！未定义

8、书签。第7章管箱法兰计算错误！未定义书签。7.1设计条件错误！未定义书签。7.2计算错误！未定义书签。第8章壳程结构24 8.1折流板248.1.1折流板外258.1.2折流板的主要几何参数8.1.3折流板的管孔26 8.1.4折流板材料的选収268.2防冲挡板268.3拉杆、定距管268.3.1拉杆的结构形式268.3.2拉杆的直径和数量278.3.3拉杆的尺8.3.4拉杆的布置278.3.5定距管27第9章换热器的安装、试车和维护及检修289.1安装289.2试车289.3维护及检修9.3.1 维护299.3.2 检修29结论 30参考文士ji献 31-iv-吉林化工学院课程设计第1章前言

9、1.1换热器简述能源是当今人类面临的重要问题之一，能源开发与转换利用已成为各 国的重要课题，而换热器是能源利用中必不可少的设备，几乎一切工业领 域中都要使用，尤其在化工、冶金、动力、航空航天等部门应用更为广泛。 由于生产的规模、物料的性质、传热的耍求等各不相同，故换热器的类型 也是多种多样的，按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器和汽化器等, 按其传热特征可分为直接接触式、蓄热式和间壁式三类换热器。国内各研究机构、高等院校对传热理论及高效换热器的研究一直非常 重视，走过了从引进、消化、吸收、发展到自主开发的历程。从20世纪 50-60年代的照搬发展到70年代的消化和吸收，进入80年代以来国内又

10、出现了自主开发传热技术的新趋势，大量的强化传热元件被推向市场，形 成了第一次传热开发浪潮。到90年代屮期，大量的强化传热技术应用于 工业装置中，带来了良好的社会效益和经济效益。国内80年代传热技术 高潮时期的代表作有折流板换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高 效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸发式空冷器等一批优良 的换热器。热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备，被广泛应用于各个工业 部门，尤其在石油、化工牛产中应用更为广泛。换热器分类方式多样，按 照其工作原理可分为：直接接触式换热器、许能式换热器和间壁式换热器 三大类，英中间壁式换热器用量最大，据统计，这类换热器占用量的99%

11、o 也可以按它完成的功能命名，如冷凝器、加热器、再沸器、蒸发器、过热 器等。同样，也可以按其结构特点进行分类。间壁式换热器又可分为管壳 式和板壳式换热器两类，其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适 应性，在长期的操作过程中积累了丰富的经验，其设计资料比较齐全，在 许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热 器的挑战，但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应 用广泛等优点，管壳式换热器冃前仍是化工、石油和石化行业屮使用的主 要类型换热器，尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。管壳式换热器乂称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为 传热面的间

12、壁式换热器。这种换热器结构简单，操作可靠，可用各种结构 材料（主耍是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是冃前应用最广 的类型。管壳式换热器结构由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）、管箱 等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。 进行换热的冷热的两种流体，一种在管内流动，称为管程流体：令一种在 管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体-1-戍烯己烯再沸器设计的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速 度，迫使流体按规定路程横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管 板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍 流程度高，传热分系数

13、大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的 流体。1.2换热器的选材在进行换热器的设计时，选用换热器各种零部件的材料，应根据设备 的操作压力、操作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的 要求来选择，当然最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备的 操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度來考虑，是比较容易 达到的，但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。由于 在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响材料的使用寿命，而且也大大 提高了设备的成本。至于材料的制造工艺性能，它是与换热器的具体结构有着密切关系的。换热器用材料，可分为金属材料和非金属材料，而金属材料又是可

14、分 为黑色金属和有色金属。换热器的任何不见或整体都可以用碳钢、合金钢、 铜及其合金、钛、铝、钩或其他特殊合金。有时，非金属材料，如玻璃、 聚四氟乙烯、石墨或复合材料也可使用。换热器选材应考虑的因素如下1在设计温度、压力和流速条件下材料与管侧和壳侧流体的适应性；2. 壳体、管箱和封头材料对外界环境的适应性；3 壳体与管子材料相互的适应性；4 以最低的成本满足功能耍求并达到预期寿命5 无缝或焊接钢管；6 镀层或合金板7 腐蚀余量；8.较高级的合金可以使管子壁厚较薄，空腔横截面积较大，这样可以减 轻重量和减少通过管子的压力降；9 如果材料是非标准的，需有标准委员会进行费时的特殊情形标定；10 有长期

15、高温工作造成的蠕变； 抗拉轻度、剪切强度、疲劳强度、弹性极限、屈服点、耐磨性、高 温性能、可靠性；12热传导性、热容量、密度和热膨胀系数；吉林化工学院课程设计13可扎性、可铸性、可锻性、机加工性能、可焊性，对于焊的适应性 能等，视条件而定；14设计的制约，制造方法和关于材料性能热处理的影响；15 .安装和保养要求；16如果材料供应受影星，耍注意设备的供日期。1.3固定管板式换热器固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石 油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工 艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资 的30%45%。近年来

16、随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热 器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以 分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳 程清洗怵i难，对于较脏或冇腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时, 可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。固定管板式换热器的特点是：1、旁路渗流较小2、锻件使用较少，造价低；3、无内漏；4、传热面积比浮头式换热器大20%30%。固定管板式换热器的缺点是：1、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差tw50°c,当t±50°c时必

17、须在壳体上设置膨胀节；2、易产生温差力，管板与管头z间易产生温差应力而损坏;3、壳程无法机械清洗；4、管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低。固定管板式换热器的结构特点是在壳体屮设置有管束,管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起,壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管 程的进出口管直接和封头焊在一起，管朿内根据换热管的长度设置了若干 块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。对于完成某一任务的换热器，往往有多个选择，如何确定最佳的换热 器，是换热器优化的问题，即采用优化方法使设计的换热器满足最优化的 目标函数-3-戍烯己烯再沸器

18、设计和约束条件。在换热器设计中，最优目标是指包括设备费用和操作费 用在内的总费用最小。第2章前端管箱筒体计算2.1计算条件2.2厚度及重量计算4吉林化工学院课程设计2.3压力试验应力校核除材料本身的缺陷外，容器在制造（特别是焊接过程）和使用中会产 生各种缺陷，为考核缺陷对压力容器安全性的影响，压力容器制造完毕后 或定期检查时，都要进行压力试验，在液压试验时，为防止材料发生低应 力脆性破坏，液压温度不得低于容器壳体材料的韧脆转变温度。压力试验 类型为液压试验2.4压力及应力计算5戍烯己烯再沸器设计第3章前端管箱封头设计3.1封头材料的选择封头材料与筒体材料一致，为s30408 （板材），因为各种

19、工作条件、 环境和筒体的一样，并且材料一致时，可以减少应力集中，以及它的局限 性，故选择与筒体相同的材料。3.2计算条件6吉林化工学院课程设计3.3厚度及重量计算3.4应力计算7戍烯己烯再沸器设计第4章壳程圆筒计算4.1计算条件8吉林化工学院课程设计4.2厚度及重量计算4.3压力试验应力校核9戍烯己烯再沸器设计4.4压力及应力计算第5章开孔补强计算5.1接管b-10-吉林化工学院课程设计1：l戍烯己烯再沸器设计第6章延长部分兼作法兰固定式管板6.1壳程圆筒设计计算条件12吉林化工学院课程设计6.2管箱圆筒设计计算条件6.3换热管及管板-13 -戍烯己烯再沸器设计吉林化工学院课程设计6.4管箱壳

20、体法兰15戍烯己烯再沸器设计6.5系数计算16吉林化工学院课程设计6.6仅有壳程压力ps作用下的危险组合工况（pt二0）17戍烯己烯再沸器设计18吉林化工学院课程设计6.7仅有管程压力pt作用下的危险组合工况（ps二0）19戍烯己烯再沸器设计20吉林化工学院课程设计第7章 管箱法兰计算7.1设计条件-21-戍烯己烯再沸器设计7.2计算-22 -吉林化工学院课程设计23戍烯己烯再沸器设计第8章壳程结构壳程主要由壳体、折流板、防冲挡板、拉杆等元件组成。由于各种换 热器的工艺性能、使用场合不同，壳程内各种元件的位置亦不同，以满足 设计要求。8.1折流板设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍

21、动程度，并使 壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减 少结垢。常用的折流板的形式冇弓形和圆盘一圆环形两种。弓形折流板冇单弓 形、双弓形和三弓形三种，各种形式的折流板见下图。24吉林化工学院课程设计8.1.1折流板外径折流板外周与壳体内径的间隙越小，壳程流体介质在此处的泄漏越小, 使传热效率提高，但间隙越小，给制造、安装带来困难，选取折流板名义 外径直径d二37720二3578.1.2折流板的主要几何参数折流板的结构设计，要根据工艺过程及要求來确定，它主要为了增加 管间流速以提高传热效果。选弓形折流板，其缺口弦高h值，一般为 0.20-0.45倍的圆筒内直径。圆筒内直径

22、di二357mm,故h二90mm。25戍烯己烯再沸器设计折流板的缺口一般在排管中心线以下或切于两排管孔的小桥之间。折 流板间距折流板最小间距一般不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于 50mm；特殊情况下也可取较小的间距。根据实际情况，取折流板间距为 370mm。折流板既有改变流体方向、提高传热效果的作用，又有作为支撑板来 支撑管束的作用，其厚度取决于支撑的重量及工作条件。gb 151-1999标 准中表34给出了固定管板式换热器的折流板和支持板的最小厚度，折流 板厚度与壳体直径有关，英厚度根据参考选取为4mm。8.1.3折流板的管孔根据gb151-1999规定，i级管束换热管折流板管孔直径d+

23、0.7=25+0.7=25.7mm,及+0.3允许上偏差为0.3,所以d=25.70mmo折流板上管孔中心距（包括分程隔板处的管孔中心距）t=32mmo折流板上管孔加工后两端倒角必须为0.5?45?o8.1.4折流板材料的选取根据gb150-1998,折流板的材料选取q235-a钢板。8.2防冲挡板当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过3m/s时，应设置 挡板，以减少流体的不均匀分布和对换热器管端的冲蚀。另外，为了防止 壳程物料进口处流体对换热管表面的直接冲刷，引起侵蚀及振动，应在流 体入口处装置防冲板，以保护换热管。根据gb151-1999规定，防冲挡板的固定形式有：a）防冲挡板的 两

24、侧焊在定距管或拉杆上，也可同时焊在靠近管板的第一块折流板上；b） 防冲挡板焊在圆筒上；c）用u形螺栓将防冲挡板固定在换热器上。本设 计中采用防冲挡板焊在圆筒上。由于设计中为防止流体冲击管板，所以需设置防冲挡板。防冲板的最 小厚度为4.5mm （碳钢），为提高防冲板的强度取8 =6mm,防冲板外表面 到圆筒内壁的距离，应不小于接管外径的四分之一；防冲板的直径或边长, 应大于接管外径50mm。本设计中挡板材料为0crl8ni9o8.3拉杆、定距管8.3.1拉杆的结构形式常用拉杆的形式有两种，见所画零件图1）拉杆定距管结构，适用于换热管外径大于或等于19mm的管束，i2>la;26吉林

25、化工学院课程设计2）拉杆于折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于14mm的3) 当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。8.3.2拉杆的直径和数量拉杆的直径和数量可以按gb151-1999表43和表44选用。由于定距 管外径为d二25,故取拉杆直径dn=16mm,数量为6根。在保证大于或等 于表44所给定的拉杆总面积的前提下，拉杆直径和数量可以变动，但其直径不得小于10mm,数量不 小于4根。8.3.3拉杆的尺寸拉杆的连接尺寸按gb151-1999图42和表45确定查得la二20mm, lb =100mm, b=2mm,拉杆的长度分别为l=1510mm,l=1745mm。8.3.4拉杆的布置

26、拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。对于大直径的换热器，在布管 区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不小于3 个支撑点，本设计折流板的支撑点多余3个，满足要求。8.3.5定距管拉杆定距管结构见装配图所画，定距管的长度由实际需要确定，根据 需要选定距管为<1)25?2.5的20号钢，英长度有263mm>498mm> 229mm、 464mm四种规格。27戍烯己烯再沸器设计 第9章 换热器的安装、试车和维护及检修9.1安装安装换热器的基础必须是使换热器不发生下沉。在安装换热器z前应 严格地进行基础质量的检查和验收工作，主要有二基础概况；基础标高、 平面位置、形状

27、和主要尺寸以及预留孔是否符合要求；地脚螺栓的位置是 否正确；螺纹情况是良好；螺帽和垫圈是否齐全；放置垫片的基础是否平 整等。应根据换热器的结构形式，在换热器的两端留有足够的空间来满足拆 装维修的需要。安装前的准备：（1）可抽管束换热器安装前应抽芯检查、清扫。（2）安装前一般应进行压力试验。9.2试车（1）试车前应检阅图纸有无特殊要求和说明，铭牌有无特殊标志， 如管板是否按压差设计，对试压，试车程序冇无特殊要求等。（2）试车前应清洗整个系统，并在入口接管处设置过滤网。（3）系统中如无旁路，试车时应增设临时旁路。（4）开启放气口，使流体充满设备。28吉林化工学院课程设计（5）当介质为蒸汽时，开车前

28、应排空残液，以免形成水击；有腐蚀 性的介质，停车后应将残存介质排净。（6）开车或停车过程中，应缓慢升温，避免造成压差过大和热冲击。9.3维护及检修为了保证换热器长久正常运行，提高生产率，必须对设备进行维护与 检修，使用中，应常对管、壳程介质的温度及压降进行监督，分析换热器 的泄漏和结垢情况，还应定期对换热器进行清洗，來改善换热器的性能。 由于清洗的困难程度是随着垢层厚度或沉积物的增加而增大的，所以清洗 间隔时间不宜过长，应根据热介质的性质、腐蚀速度及运行周期等情况定 期进行检查、修理及清洗。9.3.1维护（1）换热器不得在超过铭牌规定的条件下运行。（2）应经常对管壳程介质的温度及压差进行监督，分析换热器的泄 流和结垢情况（3）应经常监视管束的振动情况。9.3.2检修（1）换热管由于外界因素而减薄或穿孔，当出现泄漏吋，必须更换 管子。更换管子一般可采用钻削或铳削的方法进行，注意不能损坏管孔。（2）由于温度变化产生膨胀、收缩，换热管入口端的介质的涡流磨 损及由于管束振动等原因使管子与管板连接处松弛而泄漏，此时必须对泄 漏处进行补焊。29戍烯己烯再沸器设计结论 在这次设计过程中，我通过自己的努力并在指导老师的