换热器设计 毕业论文

1、河北化工医药职业技术学院毕业设计列管式换热器设计专业班级学号指导教师成绩列管式换热器设计摘要化工设备课程设计是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知 识去完成某一设备设计任务的一次训练。本次的设计的内容是水一CO2列管式固定管板换热器的设计。这方面的知识 虽然我们在大三上学期进行了理论课的学习，但是了解和掌握的东西仍然很有 限。在这次的课程设计，通过热量衡算，工艺计算，结构设计和校核等一系列工 作，我们基本上完成了设计任务，也让我明白了怎么应用所学的化工设备知识， 结合我们所掌握的其他相关学科的知识、计算机技术、参照相关的书籍文献等去 解决实际的设计问题。并且通过在设计过程中，不断的发

2、现问题解决问题，使我 们能够更加熟练的运用这些知识与技能。这些经验的积累是对课堂学习的巩固和 拓展，也是一次宝贵的经验积累。当然在整个设计过程种，也离不开老师的悉心指导和同组各位组员的同心 协力。在我们的实践过程中，通过小组各位组员的分工合作和相互配合，我们才 能比较顺利的完成各个时段的工作，在遇到问题时，我们能够一起参与讨论，通 过查阅资料、咨询老师等来解决。虽然在这个过程中，我们有发生过计算失误而 重头开始计算，有过发现画图过程中的设计缺陷而重新设计等等问题，但这不但 没有让我们知难而退，反而让我们更加深刻的认识到科学设计中所应该持有的严 谨务实的态度的重要性。这些宝贵经验的积累，对我们今

3、后的学习工作也一定会 有很大的帮助。关键词:结构设计，工艺计算目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第一章设计条件3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第二章换热器结构设计3 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 2.1管子数计算32.2排列方式确定3 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 2.3壳体直径确定4 HYPERLINK l bookmark36 o Current

4、 Document 2.4壳体壁厚计算5 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.5管板尺寸确定52.6封头尺寸确定6 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 2.7容器法兰选择62.8管子拉脱力计算62.9折流板计算82.10支座确定9 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 第三章换热器主要结构尺寸和计算结果列表9 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 参考文献 11 HYPERLINK l bookmark8

5、4 o Current Document 致谢12第一章设计条件1.1已知条件:(1)气体工作压力：管程：CO2压力1.5MPa，进口温度100。C ,出口温度60 C壳程：冷却水，压力1.0MPa，进口温度20。C ,出口温度50。C(2) Z = 100 - 50 = 50。C1At 2 = 60 - 20 = 40。CAt =1Atln1At2Af = 3 = 44。C50 ln40100 - 60 =1.33口 = 0.37550 - 20t t P = 1T -11 100 - 20经查得t = 0.91At =Ot xAt = 0.91x 44C = 40C m壳、管壁温差40.C

6、，t t。(3)由工艺计算求得换热面积为40m2。第二章结构设计2.1管子数n：选25 x 2.5的无缝钢管，材质2 0号钢，管长4.5mSn= 兀d均L n = M 400=126 根兀d均L 兀 x 0.0225 x 4.5其中因安排拉杆需增加6根，实际空数120个。2.2管子排列方式，管间距确定管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形错列，正方形直列和 正方形错列。a.正三角形错列b .正方形直列c.正方形列列正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热 效果好，但管外清洗较为困难。而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的 流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些

7、。以上排列方式中最常用的是正 三角形错列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉 的场合。本设计采用正三角形排列，经查得层数为13层。取管间距a=32mm，如图1-1图1-1排管图2.3换热器壳体直径的确定壳体内径为D = a (b -1) + 21式中D 换热器内径；b正六角形对角线上的管子数，查得b=13l最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取l=2d0.D = 32 x (13 -1) + 2 x 2 x 25 = 484取壳体内径D = 500mm。2.4换热器壳体壁厚的计算材料选用Q235，计算壁厚为跖=旧+C2bJ甲一P式中P设计压力，取P=1.25MPa;D =5

8、00mm中=0.85;In = 113MPa1.25 x 500 。仁6 n =+ 3.5x 113 x 0.85 -1.25=6.77mm圆整后实取6 n =7mm.2.5管板尺寸确定选用固定式换热器管板，并兼作法兰。由钢制列管式固定管板换热器结构设计手册4.11.7节，查得Pt=P = 16kgf /cm2（1.6MPa）（取管板的公称压力为16 kgf/cm 2）的碳钢管板尺寸。2.6换热器封头选择上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB1154-73标准，封头为DN500 x 8，曲面高度七=125mm，直边高度h2= 25mm,材料选用20钢2.7容器法兰的选择材料：16MnR根据JB

9、116。-82标准，选用DEgPMPa）的突面密封面甲型平焊法兰。法兰尺寸如图1-3所示。2.8管子拉脱力计算管子壳体材质20钢Q235a (1/oC)11.8 X 10 -611.8 X10 -6E(MPa)0.21 X 106尺寸4 25 x 2.5 x 45004 500 X 8管子数120根管间距32 mm管壳壁温差At = 40 oC管子与管板连接方式胀接胀接长度30mm在操作压力下，每平方胀接周边所产生的力qpq-p Fd 0/式中 f =0.866a2-Xd 240=0.866x 322 -x 2524=396mm2=3.96 x 10 -4 m2P=1.5MPal =30mm1

10、.5 x 3.96 x 10-4 x 106 q =p -X 0.025 X 0.03=0.25MPa2温差力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力_Q 2 d 2 ）% - 4d0i _ aE（t -t）C 1 + tAsA =兀 D S=兀 x 508 x 8=1.276 x 10-2 m2A = d 2 - d 21t 4 i=-x252 - 202 )x 1204=21800mm2=0.022m211.8 x 10-6 x 0.21 x 106 x 400.0220.0127=42.3MPa42.3 x 00252 - 0.022 q =t 4 x 0.025 x 0.03=3.17MPa由

11、已知条件可知：q与qt的作用方向相同，合拉脱力 q = q + q =3.42 =4.0MPa拉脱力在范围之内2.9折流板设计3折流板为弓形3 = -D =-x500 = 375mm，经查得折流板最小厚度为4mm;折流i 4板外径为496.5mm，材料为Q235A钢，。拉杆选用412，共6根，材料为Q235折流板数量M L 0.1 N = 1Bh04500 100 1N =一 1 =6.33B 600取整的NB=7块 实际折流板间距为：4500 100 h = 550mm7 +1折流板开孔直径由参考文献3表4-23查得为4 25.8 x 0.402.10支座设计采用鞍座查文献二314，315页

12、取DN500-A I M200型鞍式支座第三章换热器主要结构尺寸和计算结果列表项目结果单位换热器公称直径D500mm换热器管程数p1-换热器管子总数Nt120根换热器单管长度L4.5m换热器管子规格4 25 x 2.5mm换热器管子排列方式正三角形管心距，32mm管板厚度T30mm折流板间距B550mm折流板个数NB7根折流板外径496.5mm折流板厚度4mm壳体厚度5d7mm壳程流体进口接管规格4 65 x 6mm壳程流体出口接管规格4 65 x 4mm管程流体进出口接管规格4100 x 4mm封头厚度5d8mm封头内径500mm封头曲面高度125mm封头直径高度25mm参考文献国家质量技术

13、监督局.GB151-1999管壳式换热器.北京：中国标准出版社， 1999化工设备机械基础.刁玉玮.大连理工大学出版社1992.12中华人民共和国机械工业部，石油工业部，化学工业部钢制管壳式换热器 设计规定1983年，化学工业出版社化工原理.张宏丽.北京.化学工业出版社2008.2化工机械工程手册余国宗.化学工业出版社2003.1化工设备设计手册朱有庭.化学工业出版社2005.6化工设备与维修王灵果.孙爱萍2009.8化工设备制造技术庞春虎.化学工业出版社2009.5常用化工单元设备设计李庆样.华南理工大学出版社 2003.4化工设备设计全书编辑委员会.化工设备设计全书一一换热器.北京：化学 工业出版社，2003JB1154-73北京：中国标准出版社，JB1160-82北京：中国标准出版社，致谢在本次论文设计过程中，老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各