基于SW6软件的固定管板式换热器设计.doc

1题目：基于SW6软件的固定管板式换热器设计基于SW6软件的固定管板式换热器设计摘要在科技日新月异的今天，石化工业也在不断地创新，换热器在其中起到的作用也越来越显著。而本次设计中的固定管板式换热器就属于换热器中较为常见的一种。它是利用间壁式换热达到冷流体与热流体的热量转换从而实现物料间的热量传递。本次设计：说明部分，计算部分，绘图部分。说明部分简述了固定管板式换热器在生产过程中的工艺流程及在石化工业中起到的重要作用，换热器在国内外的现状和未来的发展前景，同时介绍了换热器的结构设计和主要零部件结构的设计及其容器常用材料等。也介绍了各个部件之间的链接如法兰连接。最后则介绍了换热器主要零件压力容器的检验和验收。计算部分则介绍了因工作要求和物料等因素给出的基本数值，再通过它求出换热面积和筒体、管箱、封头、管板、法兰、膨胀节及其他零件的加工数值，在满足了换热器对材料，厚度，应力，强度要求等设计要求的同时，以节省的原则对各部件也进行了优化。并对管板兼做法兰的危险工况分别进行了校核，使其能在满足在高温高压的工作条件下进行正常工作。在绘图部分则通过CAD软件把本次设计的固定管板式换热器以绘图的方式直观的表现出来。其中有许多部分的设计借鉴了其他的一些先进理论和方法，不但节省了原料，更使换热器的质量得到了技术保证。以节省能耗与提高使用性能为设计原则，最终满足设计的目的，即低能耗、低成本、高质量。关键词：固定管板式换热器；应力；校核；SW6计算软件11绪论.12设计概述.22.1热量传递的意义及概念.22.2换热器的概念及意义.32.3固定管板式换热器简介.33.换热器的分类及其工作原理.43.1换热器的分类及其工作原理.43.2换热器的材料.73.2.1换热器常用钢.73.2.2有色金属.83.2.3非金属.83.3换热器研究现状及发展趋势.93.3.1换热器的发展历程.93.3.2发展现状.93.3.3换热器的研究及发展动向.104.换热器设备各部分的设计说明.104.1换热器设备各部分的材料选择.104.2设备制造工艺过程.114.2.1筒体.114.2.2管箱.124.2.3管板.124.2.4换热管.124.2.5折流板及支撑板.124.2.6管束组装.134.3换热设备中换热管与管板的连接.134.3.1胀接.134.3.2焊接.134.2.3胀焊连接.144.2.4换热管与管板连接方式的选择.154.4.1无损检测.1524.4.2焊后热处理.164.4.3压力测验.164.4.4换热管与管板连接接头的密封性能检验.164.5换热设备的日常检测与维修.174.5.1日常检查.174.5.2换热器腐蚀的防护.174.5.3换热器的检修.184.6换热器各部分结构的选择.184.6.1筒体的选择.194.6.2封头的选择.194.6.3管箱的选择.194.6.4管板的选择.195SW6计算书.206结论.43谢词.44参考文献.451基于SW6软件的固定管板式换热器设计1绪论固定管板式换热器因其结构简单，造价低廉，无内漏，旁路渗流较小等因素，成为现今换热器中主要产品。成为现今许多行业的宠儿。固定式管板式换热器其结构主要由两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀，从而减小热应力。同是在本次设计中运用到SW软件。SW6包括有十个设备计算程序（分别为卧式容器、塔器、固定管板换热器、浮头式换热器、填函式换热器、U形管换热器、带夹套立式容器、球形储罐、高压容器及非圆形容器等），以及零部件计算程序和用户材料数据库管理程序的。它便于用户对图纸和计算结果进行校核，并符合压力容器管理制度原始数据存档的要求。允许用户分多次输入同一台设备的原始数据、在同一台设备中对不同零部件原始数据的输入次序不作限制、输入原始数据时还可借助于示意图或帮助按钮给出提示等，极大地方便用户使用。一个设备中各个零部件的计算次序，既可由用户自行决定，也可由程序来决定，十分灵活。固定管板式换热器的换热效率高设计科学，结构紧凑，占地面积小维修方便选用的材料范围广，管程清洗方便等优异的条件使其倍受亲爱，而能承受较高的操作压力和温度，管子损坏时易于堵管或更换等优点，在高温、高压和大型换热器中，管壳式换热器占有绝对优势，研究与开发此类新型的换热器，对工业发展与经济增长具有重大意义。22设计概述2.1热量传递的意义及概念A.热量传递的概念热量传递是指由于温度差引起的能量转移，简称传热。由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。B.化学工业与热传递的关系化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学士热力学的扩展。C.传热的基本方式根据载热介质的不同，热传递有三种基本方式：（1）热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差。3（2）热对流（简称对流）流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中，产生原因有二：一是因流体中各处温度不同而引起密度的差别，使流体质点产生相对位移的自然对流；二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动的强制对流。此外，流体流过固体表面时发生的对流和热传导联合作用的传热过程，即是热由流体传到固体表面（或反之）的过程，通常称为对流传热。（3）热辐射因热的原因而产生的电磁波在空间的传递称为热辐射。热辐射的特点是：不仅有能量的传递，而且还有能量的转移。2.2换热器的概念及意义在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。这种设备统称为换热器。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。2.3固定管板式换热器简介固定管板式换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。固定管板式换热器主要特点固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由4管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。3.换热器的分类及其工作原理3.1换热器的分类及其工作原理·换热器：用来实现热冷流体相互交换热量的设备·分类：工程上的换热器种类很多，但按工作原理可分为混热式、蓄热式（回热式）和间壁式（表面式）换热器三类。一、按工作原理分类1.蓄热式换热器（1）工作原理：蓄热式换热器又称为再生式换热器或回热式换热器，其工作原理式利用换热面的蓄热作用，热、冷流体交替流过换热面，使其周期性加热和冷却，从而实现热量周期性由热流体传给冷流体，达到换热的目的。（2）特点：·换热面被冷、热流体周期性的加热和冷却；传热过程不是稳定的。·单位容器内布置的换热面积较大结构紧凑，节省金属，传热效率高，通常用于换热系数不大的气体间的换热。·但设备体积大，冷、热流体间存在一定程度的混合。它常用于气体的余热和冷量的回收利用。·由于有转动部件对密封性要求较高2.混热式换热器（1）工作原理：冷、热流体直接接触，彼此混合实现热量交换，在热交换同时存在质量的混合。