管壳式换热器的设计化工机械课程设计

管壳式换热器的设计化工机械课程设计北京理工大学珠海学院课程设计任务书的设计n头选择，容器及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等计算及其强度、稳定性校核 (1)根据设计压力初定壁厚； (2)确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力； (3)计算是否安装膨胀节； (4)确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。力校核构设计及强度校核包括：裙座体(采用裙座)、基础环、地脚螺栓书一份 (1)气体工作压力 (2)壳、管壁温差50℃，t＞tts0-420℃。 (4)壳体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数，接管及其他数据根据表 (5)壳体与支座对接焊接，塔体焊接接头系数Φ= (6)图纸：参考图7-52，注意：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。时间安排：从第7周(2012年3月31日)至第10周(2012年4月20日)1容23456机械设计；班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔； (1)设计条件； (2)设计依据； (3)设备结构形式概述。 (1)选择材料的原则； (2)确定各零、部件的材质； (3)确定焊接材料。图 (1)换热器装配图 (2)确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示； (3)标注形位尺寸。 (4)写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等 (1)筒体、封头及支座壁厚设计； (2)焊接接头设计； (3)压力试验验算；.标准化零、部件选择及补强计算： 号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途)。补强计算。 (2)人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 (3)其它标准件选择。，经验与收获。标准件均要写明标记或代号；2.计算过程及说明应清楚；册。册刁与玮王立业编着；5.《化工设备机械基础》参考资料；管壳式换热器的结构设计摘要课程设计理论是学生理论联系实际的一次很好的机会，本次实验就管壳式换热器进握并了解在工业生产中节能、高效、环保等概念。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所要(得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等)。Abstract导作用，主要有壳体、管等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流使管束和壳体的温度也不相同，因此它必须考虑这种热膨胀的影响。热器中，冷、热流体相互接触，相互，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和。换热器是借助于热容量较大的固体体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷式换热器可以分为管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他以在各工程中仍得到普遍使用。管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要 (得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等)。为了满足电厂对在较高压力下运行的大型换热器(如冷凝器和供水加热器)的需馏分和有关的有机流体的冷凝条件下运行，流体常常不干净而且又要求高温和高压，因壳管式换热器发展的早期阶段，出现的最大量的严重问题，不是在传热方面(这个污垢热阻起很大的作用，壳侧流动的粘性流是一个困难的问题，而条件下性能预计的精度要求越来相很大的设计和使用条业国家热回收。随着工业装置的大型化热器开发等形成了一个高技术体系[1]。运用可靠性良好的一类换热条途径,即改变传热面的形状和在2300<Re<105范围内,提高传热效率~倍,当200<Re<1500时,提高传热效mmMPa不仅强化了管内外的给热,还由于温差作用易脱落,因此具有较强的防垢和自动除垢能力。其传流体传热行之有效的方法之一。目前管内插入物、螺旋片和静态混合器等。最近,英国CalGarinLtdHitranMatrixElements式插入物[6],它是一种金属(Wire2FinTubeInserts),能增强湍流。中国石化北京设计院与华数能力的措施流平均温差最小,在实际换热器设计中,冷、热流体多采用交热器对于壳程安装折流板的换热器来说,Re>100时,壳程介质即达湍因壁面温度与换热系数大的介质温度接近,为减小管束与壳体的的介质走壳程更加合理,而冷、热介质温差小,两介质换热系数相用强化传热的措施来提高换热器的传热能力。强化传热的管管束能增加换热面具有良好的自洁作用,能够有效防止管束外壁的结垢,减小换热器壳程热阻,条件下,采用Φ19mm管束比采用Φ25mm管束能提高传同心圆排列等,对于壳程介质不易结垢或可的介质,采用三角形排列可使换热器的外径减小15%;对于需要机太长(对卧式换热器管长比壳径换热介质的流速。因为决定管程介质的流态的雷诺数Rei热系数hi,可采用管程分程的办法提高管程力,且不使换热管太长,壳程利用横向折流可增加对壳程换热介质的扰动,使壳程换热介质流速增径在考虑管程压降允许的条件下,通过计热器管程的底部和顶部。器的使用寿命影响较大,特别是壳程换热介质流速较高或介质中含有固体颗热器的使用性能,可在壳程入口加装防冲板,对介质冲刷起到缓冲的作用,为避免壳程入口流速过高,壳程介质流速有一定的限制:ρω2<2固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，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，管束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。图1-1固定管板式换热器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。壳程清洗困难，对于较脏或有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缺点是，壳体和管壁的温差较大，易产生温差力，壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合。2、浮头式换热器：其两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端课相对于壳体作某些移动，该端称之为浮头。此种换热器的管束不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因为膨胀量的不同而检修时，仅将管束从壳体中抽出即可。图1-2浮头式换热器特点：该种换热器结构复杂、笨重，造价比固定管板式要高出约20％，材料的消耗量较大，浮头的端盖在操作中无法检查，所以安装时要特别注意其密封，以免发生内漏，且管束和壳体间隙较大，设计时避免短路。该种换热器比较适合管壳壁间温差较大，或易于腐蚀和易于结垢的场合。仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上。图1-3U型管式换热器这类换热器的特点是：管束可以自由伸缩，不会因为管壳之间的温差而产生热应宜。但是管内清洗不变，管束中间分布的管子难以更换，管板中心部分布管不紧凑，管子数目不能太多。仅适用于管壳壁温相差较大，或壳程截止易于结垢而管程介质不易结垢，高温高压腐蚀性强的情形。此类换热器的管板也仅有一端与壳体固定，另一端采用填料函密封。膨胀，所以管壳间不会产生热应力，且管程与壳程都能消耗较少。填料密封处于泄露，故壳程压力不能的、换热介质物性等因素的不同,决定了管式。固定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低,每根换热管可以在外形尺寸相同的条件下,与浮头式和U形管式换热器相比,换热面换热器的壳程清洗困难和适应热膨胀能力差,决定了固定管板式清洁,壳程压力不高,换热介质温差不大的场合。浮头式换热器壳体的约束,而且可拆卸抽出管束,检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便,因此,浮头式换热器应用最广泛,在油田储运集输系统中,60%~70%，浮头便于拆卸、清洗，且半水煤气走壳程也方便散热，与产生温差应力产生管道变形。综上所述，换热器选择浮头接3、压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，其中冷却介质循环水操作压力高，宜走管4、饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关6、需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。7、粘度大的液体或流量较小的流体，宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。8、若两流体的温度差较大，传热膜系数较大的流体宜走壳程，因为壁温接近传热膜系数较大的流体温度，以减小管壁和壳壁的温度差。综合考虑以上标准，确定半水煤气应走壳程，变换气走管程。流速的选择循环水新鲜水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体流速流流~~~~~>>~~~~s大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但多。故拟取变换气流速为20m/s。管壳式换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。管程结构换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。(a)正方形直列(b)正方形错列(c)三角形直列 (d)三角形错列(e)同心圆排列，常采用组了便于安装隔板，采用正方来。管板2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用φ19mm×2mm直径的管子更为合理。如果管程走的是易结垢的流体，则应常用较大直径的管子。标准管子的长度常用的有1500mm，2000mm，2500mm，mmmmm均n均niii及校核cppD0mm;0=;[住]t=92Mpa(设壳壁温度为350°C)cci将数值代入上述厚度计算公式，可以得知：21nn1eG5MpasTs2、强度校核t2625.55et最大允许工作压力[P]=2[]t06e=2920.95.55=1.02Mpa(2-7)wD+6900+5.55ie3换热器封头的选择及校核JBTDN00×7，查pie所以，封头的尺寸如下图：5管板体等连接外，还是换热器中的一个重要的受压器件。查(《化工单元设备设计》P25-27)得固定管板式换热器的管板的主要尺寸：Db螺栓孔cd数9001060101596696358442724外径d/mm03d/40：3接头系数，无量纲；F——换热面积，㎡；b形对角线上的管子数，个；Ln——换热管长度，mm； DN——直径(公称)，mm；△t——管壳壁温度，°C; [q]——许用拉脱力，MPa;a——线膨胀系数，1／°C;ttqt——温差应力，MPa；qp——在操作压力下，每平方米胀接周边受到的力，MPa； [1]匡国柱史启才：《化工单元过程与设