合成氨装置-中温加压变换第一热交换器设计【浮头式换热器原创含11张CAD图带外文翻译】
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合成氨
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合成氨装置-中温加压变换第一热交换器设计【浮头式换热器含11张CAD图带外文翻译】
【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】图纸预览详情如下：
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充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609I合成氨装置-中温加压第一热交换器摘 要：本设计需要设计一台适用于合成氨变化工段的浮头式换热器，要求是满足中温加压变化工艺。本换热器传热系数为 17W/m2. ，换热面积为 682.5m2，传热面积裕度 36%，公称直径为 DN=1500mm，换热器总长约为 11300mm，设备净重 26383kg，充满水时设备最大重量为 38083kg，换热面积为 682.5m2，属于第类压力容器。半水煤气与变换气危害程度是中度，属于第一组介质。换热管选用规格为 252.5mm 的标准无缝钢管，长度 9m，排列方式转角正方形。半水煤气走壳程，变换气走管程，壳程的设计压力 2.31Mpa，设计温度是 170；管程设计压力是 1.98Mpa、设计温度是350。本换热器是单壳程双管程。壳体壁厚 20mm，材料是 Q345R，前管箱封头是EHA150020-Q345R,，后管箱 EHA160020-Q345R，球冠形封头是SDH150024(19.7)-Q345R；管板材料是 16Mn锻件，固定管板厚度 128mm，浮动管板厚度 110mm。容器法兰为长颈对焊法兰，除浮动管箱的法兰为 DN1600mm，其余三个法兰均为 DN1500mm，浮头法兰厚度计算得 120mm。折流板计算时取 18 块，实际绘图时为 16 块折流板，间距 450mm，上下布置。管程需要设置防冲板，接管均选取外径 530mm，管程接管壁厚是 48mm，壳程接管壁厚 42mm。最后选取固定端管箱用 Solid works 三维建模，并进行有限元进行分析。 关键词：浮头式换热器；工艺计算；结构计算；有限元分析充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609IISynthetic ammonia plant - medium temperature pressurized first heat exchangerAbstract： This design requires the design of a floating head heat exchanger suitable for the ammonia synthesis section. The requirement is to meet the medium temperature pressure change process. The nominal diameter of the heat exchanger is DN=1500mm, the total length of the heat exchanger is approximately 11300mm, the net weight of the equipment is 26383kg, the maximum weight of the equipment when water is full is 38083kg, and the heat exchange area is 682.5m2, which belongs to the pressure vessel of the second type. Half-water gas and shift gas damage is moderate, belonging to the first group of media. The heat exchange tubes are made of standard seamless steel tubes with a size of 252.5mm, with a length of 9m and an arrangement of square corners. The half-water gas goes through the shell process, shifts the gas to go through the tube process, the design pressure of the shell process is 2.31Mpa, the design temperature is 170C; the design pressure of the tube process is 1.98Mpa, and the design temperature is 350C. The heat exchanger is a single-shell dual-tube process. The shell thickness is 20mm, the material is Q345R, the front tube box head is EHA150020-Q345R, the rear tube box EHA160020-Q345R, the spherical head is SDH150024 (19.7)-Q345R; tube sheet material 16Mn II forgings, fixed tube plate thickness 128mm, floating tube plate thickness 110mm. The container flange is a long neck butt welding flange, except for the floating tube box flange DN1600mm, the remaining three flanges are DN1500mm, the floating head flange thickness is calculated as 120mm. The calculation of baffle plates takes 18 pieces and the actual drawing time is 16 pieces of baffles, with a spacing of 450 mm and arranged up and down. The tube process needs to set the anti-shunt plate. The outer diameter of the tube is 530mm, the wall thickness of the tube-receiving tube is 48mm, and the wall thickness of the tube shell is 42mm.Finally, the fixed-end tube box was selected for three-dimensional modeling with Solid works, and finite element analysis was performed.Key words: loating head heat exchanger； process calculation;；structural calculation；finite element analysis充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609III术 语 表 t 管 程 介 质 定 性 温 度 T 壳 程 介 质 定 性 温 度 i 管 程 介 质 密 度 3kg/m O 壳 程 介 质 密 度 3kg/m pc 管 程 介 质 定 压 比 热 容 J() poc 壳 程 介 质 定 压 比 热 容 J() i管 程 介 质 导 热 系 数 2W/ 壳 程 介 质 导 热 系 数 2W/ 管 程 介 质 粘 度 Pas 壳 程 介 质 粘 度 Pas K估 总 传 热 系 数 估 计 值 Q 换 热 量 k mt 对 数 平 均 温 差 oq 壳 程 介 质 粘 度 3/h S 换 热 面 积 3 u 管 程 介 质 流 速 值 ms sn单 程 换 热 管 数 L 换 热 管 长 度 N估 换 热 管 估 计 值 pN 管 程 数 a 管 心 距 cn 横 过 中 心 线 管 数 td 换 热 管 内 径 D 壳 体 内 径 管 板 利 用 率 .0d 换 热 管 外 径 h折 流 板 圆 缺 高 度 m B 折 流 板 间 距 m pN 折 流 板 数 i 布 管 圆 限 定 圆 直 径 o 壳 程 传 热 系 数 e 当 量 直 径 S 壳 程 流 通 截 面 积 2 ou 壳 程 介 质 实 际 流 速 /s Re 壳 程 雷 诺 数 Pr 壳 程 介 质 普 朗 特 数 i管 程 流 通 截 面 积 i 管 程 介 质 实 际 流 速 / 管 程 雷 诺 数 管 程 介 质 普 朗 特 数 i 管 程 传 热 系 数 2W/(m) siR 管 程 污 垢 热 阻 so 壳 程 污 垢 热 阻 K 实 际 总 传 热 系 数 值 2W/(m) pS 实 际 传 热 面 积 H 面 积 裕 度 i管 程 流 动 阻 力 Pa sF 结 构 矫 正 系 数 sN 壳 程 数 传 热 管 壁 相 对 粗 糙 度 o 壳 程 流 动 阻 力 ip 流 体 流 经 管 束 的 阻 力 Pa p 流 体 流 经 折 流 板 的 阻 力 of 壳 程 流 通 摩 擦 系 数 s 壳 程 设 计 压 力 MPa t 管 程 设 计 压 力 M l液 柱 静 压 力 计 算 厚 度 m it 管 程 设 计 温 度 o 壳 程 设 计 温 度 st 壳 程 设 计 温 度 下 许 用 应 力 t 管 程 设 计 温 度 下 许 用 应 力 Pa 1C 钢 板 负 偏 差 m 2C 腐 蚀 余 量 s 壳 程 焊 接 接 头 系 数 t 管 程 焊 接 接 头 系 数 t壳 体 压 力 Pa d 设 计 厚 度 n 名 义 厚 度 e 有 效 厚 度 m 充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609IV术 语 表 （ 续 ） et 接 管 有 效 厚 度 m h 接 管 外 伸 高 度 m 1A 封 头 多 余 金 属 面 积 2 2A 接 管 多 余 金 属 面 积 2 3 接 管 区 焊 缝 面 积 有 效 补 强 面 积 aL接 管 和 封 头 的 距 离 bL 接 管 和 封 头 的 距 离 c 接 管 与 封 头 的 距 离 1F 温 差 引 起 的 轴 向 力 N 2F 流 体 压 力 引 起 的 壳 壁 轴 向 N 3 流 体 压 力 引 起 的 管 壁 轴 向 力 tA 管 壁 总 截 面 积 2m sA 壳 壁 总 截 面 积 2m sT 管 壁 温 度 1 冷 流 体 对 流 传 热 系 W/() 2热 流 体 传 热 系 数2W/() tT 管 壁 温 度 tE 管 子 的 弹 性 模 量 MPa sE 壳 体 的 弹 性 模 量 MPa Q 内 压 产 生 的 总 轴 向 载 荷 N mQ 壳 程 流 体 作 用 在 管 板 上 的 力 N t 管 程 流 体 作 用 在 管 板 上 的 k 管 程 流 体 作 用 在 顶 盖 上 的 力 q换 热 管 拉 脱 力 l 焊 脚 高 度 m rC 系 数 i 换 热 管 回 转 半 径 cl 换 热 管 失 稳 当 量 长 度 换 热 管 失 稳 许 用 应 力 b 管 板 名 义 厚 度 m l 相 邻 折 流 板 间 距 f 壳 体 法 兰 厚 度 f 管 箱 法 兰 厚 度 aW预 紧 状 态 需 要 最 小 螺 栓 载 N GD 垫 片 压 紧 力 作 用 中 心 直 径 A 预 紧 状 态 需 要 最 小 螺 栓 2 pW 最 小 螺 栓 载 荷 N m 需 要 螺 栓 面 积 2 A 操 作 状 态 需 要 最 小 螺 栓 面 2m 1M 系 数 mM 基 本 法 兰 力 矩 r 管 板 径 向 应 力 Pa Y 系 数 ，管 板 布 管 区 周 边 处 径 向 Mpa tr 设 计 温 度 管 板 材 料 许 用 应 MPa ,f 壳 体 法 兰 应 力 p 布 管 区 周 边 剪 切 应 力 壳 体 法 兰 许 用 应 力 1 筒 体 质 量 kg 2m 管 箱 质 量 kg 3m 管 板 质 量 4 容 器 法 兰 质 量 5 封 头 质 量 6接 管 法 兰 质 量 7 折 流 板 质 量 8 管 束 质 量 9 分 程 隔 板 质 量 kg 10 介 质 质 量 kg 总 质 量 aR 圆 筒 平 均 半 径 ih 封 头 曲 面 深 度 m L 封 头 切 线 间 距 m 0F 封 头 质 量 反 力 N i封 头 质 量 弯 矩 N M 鞍 座 界 面 轴 向 弯 矩 A 鞍 座 外 伸 长 度 B 鞍 座 外 伸 长 度 0b 鞍 座 腹 板 厚 度 rb 鞍 座 垫 板 有 效 宽 度 充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609V目录摘 要 .IABSTRACT.II1 绪论 .71.1 生产合成氨的工艺介绍 .71.2 变换工段简介 .81.3 管壳式换热器的简介 .82 换热器的工艺计算 .92.1 换热器的工艺计算流程图 .92.2 原始数据给定与物料成分说明 .102.3 换热器类型、流动空间和流动方式初选 .112.4 物料定性温度与该温度下的物料参数确定查取 .112.5 换热器工艺数据计算 .122.6 计算工艺结构尺寸 .122.7 热力核算 .152.8 管壳间壁温差与接管尺寸 .172.9 换热器内流体的压强校核 .172.10 工艺计算数据表汇总 .183 热交换器的结构计算 .213.1 设计参数的选定 .213.2 壳体壁厚的计算与校核 .213.3 管箱尺寸的计算与校核 .223.3.1 固定端管箱厚度计算 .223.3.2 浮动管箱 .233.3.3 固定端管箱封头 .243.3.4 浮头管箱封头 .253.4 管板 .253.4.1 固定管板 .263.4.2 计算布管限定圆 .273.4.3 浮动管板计算 .273.4.4 钩圈式浮头的尺寸 .313.4.5 球冠形封头计算 .323.4.6 浮头法兰计算 .333.4.7 钩圈计算 .343.5 接管与管法兰以及开孔补强计算 .373.5.1 接管计算 .373.5.2 接管开孔补强计算 .38充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609VI3.5.3 接管最小安装位置计算 .413.5.4 管箱尺寸确定方法 .423.6 法兰 .423.6.1 固定管箱法兰 .423.6.2 外头盖法兰、外头盖侧法兰 .433.6.3 管法兰 .443.7 折流板的厚度及空间布置 .453.8 防冲板和导流筒的设置 .453.8.1 管程防冲结构 .453.8.2 壳程防冲结构 .463.9 拉杆的尺寸 .463.10 分程隔板 .473.11 换热器各部分质量计算 .473.12 鞍式支座的选取与校核 .503.13 管箱吊耳的选取 .503.14 标牌选取 .504 固定端管箱的有限元分析 .524.1 工程背景 .524.2 设计问题转为实验问题 .524.3 SOLIDWORKS 建模以及有限元分析报告 .534.4 材质属性 .554.5 负载和夹具 .554.5 网格信息 .564.6 合力信息 .574.7 算例结果 .574.8 结论 .595 经济核算 .606 总结 .61参 考 文 献 .62致 谢 .64充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 7 页 共 63 页1 绪论1.1 生产合成氨的工艺介绍（1）氨合成的主要化学反应方程如下： 2323(g)+g NHNQ:（ 高 温 、 高 压 与 催 化 剂 )（2）生产合成氨的工艺流程图见图 1.1 所示：图 1.1 氨厂的生产工艺流程图（3）原料气的制备方法制备半水煤气的主要原料可以分为固（煤炭） 、液（石油）和气（天燃气）三种。原料可以分别按照图 1.1 第一部分的工序进行原料气体的制备，三种制气方法各有长短。因为我国的资源分布呈现多煤炭、缺石油、少天燃气的结构特征，使用煤炭作为合成氨的主要生产原料必将成为中国合成氨产业未来发展的主要话题。因此本设计原料气选择使用煤炭制备，故半水煤气的物理性质大致与焦炉气类似，可能会带有煤灰进入变换工段进行反应。又由于无论哪种制气方法都会产生一氧化碳（含量为 12-30%） ，充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 8 页 共 63 页而一氧化碳不利于合成氨反应的进行，所以在压缩工段前设计一个变换工段，目的是为了尽可能减少原料气中一氧化碳含量和回收热量使得能源得到充分的利用。本设计为中温加压第一热交换器，是原料气进入变换工段后通过的第一台换热设备，需要考虑可能存在的煤灰结垢问题的处理。结合任务书要求，确定该换热器为管壳式换热器。1.2 变换工段简介变换工段：主要指半水煤气中的一氧化碳与水蒸气在催化剂存在的条件下进行变换反应生成二氧化碳和氢气的过程，为合成氨提供氢元素。该工段可以说是生产合成氨工序中的最重要工序。变换反应如下：CO+H 2O = CO2+H2+Q(催化剂) 。由于一氧化碳变换过程是强制放热过程，必须分段进行，便于热量回收和控制变换段出口的一氧化碳残余量。一般是先在高温下进行反应，使得大部分的一氧化碳完成转化；再在低温条件下将一氧化碳的含量降低到 0.3%左右。变换气残余的一氧化碳再通过其他的方式除去后进入压缩工段进行后续生产。1.3 管壳式换热器的简介管 壳 式 换 热 器 由 壳 体 、 传 热 管 束 、 管 板 、 折 流 板 和 管 箱 等 零 部 件 组 成 。表 1.1 四种管壳式换热器对比表换热器类型管板与壳体连接方式管板数优点 缺点 适用范围固定管板式两端管板均与壳体焊接固定两个结构紧凑；制造成本低；管内便于清洗壳程不易清洗；管壳程温差较大时，管与管板的接口脱开易发生泄露管壳程温差较小；壳程为清洁流体浮头式一端管板固定，另一端可自由浮动两个壳体与管束不产生热应力；管束可抽出，便于壳体检修和清洗结构复杂，造价高；内浮头盖连接处泄露无法发现；排管数目较少管壳间温差大；壳程介质腐蚀性强；易结构U 型管式管板与壳体固定一个结构简单，造价低；管束与壳体分离，消除热应力；壳程检修和清洗方便管束中央有空隙的，流体易走短路；管内清洗不方便；只有最外层管子可以更换高温高压；管内为清洁流体填料函式一端管板固定，另一端用填料函密封两个结构比浮头式简单；壳体与管束间无热应力；壳程检修和清洗方便填料函处易泄露 低压，小直径（700mm） ；无毒、非易燃易爆充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 9 页 共 63 页上述各种管壳式换热器均有其优缺点，在选型实际设计换热器时，选型要考虑各种条件和影响因素来综合进行分析判别。但是选无论哪种换热器都需要符合以下几点原则：符合工艺规定条件；强度足够、结构合理可靠；制造、安装和检修方便；经济环保。充值后即可下载含图纸源文件压缩包，需要其他课题加 Q-1459919609第 10 页 共 63 页2 换热器的工艺计算2.1 换热器的工艺计算流程图图 2.1 换热器的工艺计算流程图题目名称 合成氨装置-中温加压变换第一热交换器题目来源 国家、省（部）级 市、校级 企业（公司 ） 其他题目类型 工程设计 应用研究 基础研究 其他一、毕业设计（论文）概述1.1 氨性质与用途简介氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。合成氨指由氮与氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。世界上的氨，少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。氨的主要用途是农业生产，合成氨是我化肥工业的基础，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各种铵盐肥料，称之为“化肥氨” ，这部分均占70%的比例； 同时氨也是重要的无机化学和有机化学工业基础原料，用于生产铵、胺、染料、炸药、合成纤维、合成树脂的原料，约占 30%的比例，称之为“工业氨 ”。本课题研究重点是设计一台用于合成氨装置-中温加压变换第一热交换器，属于管壳式换热器，需要该换热器能够在一定的条件下提高单位传热面积的传热量，强化传热面积，提高传热系数，达到合理利用能源的目的1.2 中温加压第一热交换器的设计参数设计要求如下：半水煤气：进出口温度 35/260，流量 6000 m3/h，压力 2.1MPa；变换气：进出口温度 365/280，压力 1.8MPa。1.3 设计的大目标与内容1. 通过文献检索，掌握换热器的工作原理以及在石化行业中的应用，了解换热器的最新研究进展；2. 掌握换热器设计的相关标准和规范，包括 TSG 21-2016固定式压力容器安全技术监察规程 、GB/T 150-2011压力容器 、GB/T 151-2014热交换器等；3. 掌握换热设备的工艺计算流程；4. 掌握换热器结构设计方法，强度计算方法，并且具备按照压力容器以及换热器相关设计标准进行规范化设计的能力；5. 根据工艺计算结果以及结构设计结果，能够用规范的格式撰写设计说明书；6. 对热交换器中的典型结构进行有限元强度分析；7. 利用计算机绘图软件完成装配图、部件图和零件图。1.4 中温加压换热器设计步骤（1） 热交换器的工艺计算a. 确定设计条件和设计方案b. 确定物性数据c. 计算换热量d. 计算换热面积e. 计算工艺结构尺寸（包括换热管数目，管程数目，壳体内径等）f. 折流板和接管g. 热交换器的热力核算h. 压强核算（2） 热交换器的结构计算a. 设计参数的选定b. 筒体结构选型与设计c. 管箱设计d. 管箱封头设计e. 换热管的选取f. 防冲挡板及导流筒设计g. 管板设计h. 接管设计j. 折流板的设计k. 防短路结构l. 支座的设计（3）热交换器的校核计算a. 筒体计算b. 管箱、封头厚度计算c. 接管计算d. 膨胀节的设计e. 管板强度计算f. 总体质量计算g.支座的校核（4）CAD 制图a.热交换器总装配绘制b.热交换器零部件图绘制（5）对热交换器中某一部件进行有限元强度分析二、毕业设计（论文）整体安排及进度学期/周次工 作 内 容 检 查 方 式七/17 与导师见面、布置任务，查阅文 文献资料检查包括：中英文书献； 籍、标准、论文，翻译的原文审核；七/ 18-19 翻译文献，撰写文献综述； 翻译译文审核，文献综述审核（参考文献数量：中文15 篇，英文5 篇，参考文献格式规范），通过后上传文献综述；假期-八/ 1-2 确定设计方案，工艺设计计算；提交设计说明书工艺计算部分；八/ 3-4 换热器结构设计和强度计算； 提交设计说明书结构设计和强度计算部分；八/ 5-6 整理编写设计说明书，并对说明书进行修改完善； 提交设计说明书检查；八/7 毕业实习； 提交毕业实习报告；八/8-9 计算机绘制总装配图，中期检查； 提交总装配图检查，完成中期检查报告；八/10-11 计算机绘图部件图、零件图； 提交部件图、零件图检查；八/12 所有图纸汇总、校对、修改； 小组讨论检查，提交所有图纸检查；八/13 基于 Ansys 对热交换器中的一个零部件进行强度分析 Ansys 强度分析报告检查；八/14 整理毕业答辩材料，提交全部毕业设计材料； 按学校要求提交全部毕业设计相关材料；八/ 15-16答辩，根据答辩提出的问题进行修改完善。提交修改材料，毕业设计所有文件定稿。三、毕业设计（论文）已完成的研究部分（1）调查研究、查阅文献和搜集资料。（2）阅读和翻译与课题内容有关的外文资料（外文翻译不能少于 2 万印刷字符，约合 5000 汉字） 。（3）撰写文献综述。（4）根据设计要求确定换热器设计方案。（5）进行工艺计算a. 确定工艺计算的流程图b. 确定定性温度下物性数据表 3.1 定性温度下物料物性参数参数 半水煤气（壳程） 变换气（管程）定性温度 T（ ） 147.5 322.5粘度 （Pa.S） 18810-7 21810-7比热容 Cp（KJ/（Kg. ） ） 0.3506 0.4498导热系数 （W/m. ） 0.0728 0.1046平均压力 P（Mpa ） 2.1 1.8平均分子量M（Kg/Kmol）19.24 19.28c. 因半水煤气的条件已知，计算换热量 KW 159.8Q对数平均温差为 6mtd.因为两物料都是工业气体，初选传热系数 17W/m2.换热面积初步计算为 23.1pA换热管选取为 25计算得换热管数目为 1004 根，管程数为 2，管长 9m。之后确定换热器的内径为 1500mm，折流板 19 块，间距 450mm。表 3.2 换热器工艺计算结果壳径/ m管长/ 中心排管数单程管子数管程数 排列方法1500 9000 38 502 2 转角正方形传热面积 2539.6mQSKt实际传热面积 28.podlN该换热器面积裕度 ，面积裕度合适，合格。65%PSHe. 选取换热器的规格计算工艺结构尺寸得到结果如下f. 接管内径初计算g. 热交换器的热力核算，总传热系数计算得 ，合20.1w/(m)格h. 压强核算：管程压降 0.017Mpa、壳程压降 0.081Mpa，合格总体结果如下：表 3.3 工艺计算参数汇总热交换器型式 浮头式热交换器换热面积（ ）2m1667名称 管程 壳程物料名称 变换气 半水煤气操作压力， MPa1.8 2.1操作温度， 365/280 35/260流量， kg/h39752 69360流体密度， 3m7.01 11.56流速， /s9.99 11.29传热量， W1519.95总传热系数， 2/K 17对流传热系数， 52.29 39.72污垢系数， /0.0000172 0.000172阻力降， MPa0.017 0.08程数 2 1推荐使用材料 20 钢 20 钢管子规格 252.5管数 1004 管长 m9000管间距m32 排列方式 转角正方形折流板型式 弓形间距m450壳体内径1500初选管口表符号 尺寸 用途 连接型式a 45712mm半水煤气进气口 平面b 45712mm 半水煤气进气口 平面c 47312.5mm 变换气进气口 平面d 47312.5mm 变换气出气口 平面e 323mm 排气口与排液口 平面（6） 热交换器的结构计算a. 设计参数的选定，材料选择 Q345R。表 3.4 换热器设计参数表壳程 管程物料名称 半水煤气 变换气设计压力 MPa w=1.21.3tpw=1.81.9tp最大工作压力 2.1 1.8设计温度 147.5+22.5=170 322.5+27.5=350计算压力 Pc 2.31 1.98b. 壳体名义厚度为 18mm，计算厚度为 11.55mmc. 管箱名义厚度为 18mm，计算厚度 13.25mmd. 管箱封头名义厚度为 18mm，计算厚度 13.2mme. 固定管板参数选取壳程 ，管程 2.31MpasP1.98patPst表 3.5 固定管板尺寸表ps Pt D D1 D2 D34.0Mpa 2.5Mpa 1715mm 1655mm 1610mm 1500mm表 3.5（续）固定管板尺寸表D4 D5 d2 bf b 螺柱规格 螺柱数（根）1587mm 1500mm 33mm 114mm 128mm M30 60F 法兰设计：容器法兰选择肠镜对焊法兰标 NBT 47023，管法兰HGT 20580 板式平焊法兰 g. 浮动管板设计参照 GBT 151-2014热交换器释义与算例进行计算h. 接管布置位置参照换热器设计手册进行，是否需要开孔补强参考 GBT150.3 设计部分 j. 折流板的设计，重点是两端折流板到法兰距离的确定。k. 防短路结构（假管等设计）l. 支座的设计查取 JBT 4712.1-4712.4-2007 容器支座初选包角120 重型鞍座m初步计算设备总质量，验证鞍座选取是否合格n经济核算，此部分放在换热器出图以后，说明书修改完成以后计算（7）设计说明书电子版初稿撰写完成（8）装配图完成部分：最大布管图，管板实际布管图，换热器的外部结构简图。四、下一部分的工作安排（1）进一步完善修改设计说明书。（2）CAD 绘制换热器装配图。（3）CAD 绘制零件图（焊接形式、管板图等） 。（4）选取换热器的某一部件进行有限元分析（5）修改、完善设计资料，查重，再修改。（6）汇总所有设计资料，进行答辩，再修改。五、毕业设计（论文）工作中存在的问题（1）对知识点的熟悉及掌握程度上都还是有所欠缺的，特别是在一开始时对于做设计所需要的注意点甚至都模棱两可，有些时候找不到切入点。（2）对于设计换热器来说，某些关键点以及专业技术问题上我还不大清楚，导致本次设计在部分重要参数上出现了不确定，在和老师同学讨论以后进行了校正。（3）在时间的分配上有所欠缺，有些时候都没有按照最初敲定任务书时所规定的进度来进行。在之后的设计过程中，抓紧时间，尽早顺利完成设计。（4）现在发现由于自己的粗心将接管尺寸单位写错，导致开孔补强部分漏缺，以及换热器总质量出错，装配图上接管出错，正在修改。（5）工艺计算部分由于压力降与传热面积裕度校核不能满足要求，耗时很久，修改了任务书数据后已经解决。（6）由于粗心，设计说明书的撰写过程中犯了格式错误和数据单位错误问题。在后期的画图工作中，我将更加仔细认真，避免犯相同的错误。学生（签字）XXX 20XX 年 4 月 25 日 指导教师（签字） 年 月 日I合成氨装置-中温加压第一热交换器摘 要：本设计需要设计一台适用于合成氨变化工段的浮头式换热器，要求是满足中温加压变化工艺。本换热器传热系数为 17W/m2. ，换热面积为 682.5m2，传热面积裕度 36%，公称直径为 DN=1500mm，换热器总长约为 11300mm，设备净重 26383kg，充满水时设备最大重量为 38083kg，换热面积为 682.5m2，属于第类压力容器。半水煤气与变换气危害程度是中度，属于第一组介质。换热管选用规格为 252.5mm 的标准无缝钢管，长度 9m，排列方式转角正方形。半水煤气走壳程，变换气走管程，壳程的设计压力 2.31Mpa，设计温度是 170；管程设计压力是 1.98Mpa、设计温度是350。本换热器是单壳程双管程。壳体壁厚 20mm，材料是 Q345R，前管箱封头是EHA150020-Q345R,，后管箱 EHA160020-Q345R，球冠形封头是SDH150024(19.7)-Q345R；管板材料是 16Mn锻件，固定管板厚度 128mm，浮动管板厚度 110mm。容器法兰为长颈对焊法兰，除浮动管箱的法兰为 DN1600mm，其余三个法兰均为 DN1500mm，浮头法兰厚度计算得 120mm。折流板计算时取 18 块，实际绘图时为 16 块折流板，间距 450mm，上下布置。管程需要设置防冲板，接管均选取外径 530mm，管程接管壁厚是 48mm，壳程接管壁厚 42mm。最后选取固定端管箱用 Solid works 三维建模，并进行有限元进行分析。 关键词：浮头式换热器；工艺计算；结构计算；有限元分析IIIIISynthetic ammonia plant - medium temperature pressurized first heat exchangerAbstract： This design requires the design of a floating head heat exchanger suitable for the ammonia synthesis section. The requirement is to meet the medium temperature pressure change process. The nominal diameter of the heat exchanger is DN=1500mm, the total length of the heat exchanger is approximately 11300mm, the net weight of the equipment is 26383kg, the maximum weight of the equipment when water is full is 38083kg, and the heat exchange area is 682.5m2, which belongs to the pressure vessel of the second type. Half-water gas and shift gas damage is moderate, belonging to the first group of media. The heat exchange tubes are made of standard seamless steel tubes with a size of 252.5mm, with a length of 9m and an arrangement of square corners. The half-water gas goes through the shell process, shifts the gas to go through the tube process, the design pressure of the shell process is 2.31Mpa, the design temperature is 170C; the design pressure of the tube process is 1.98Mpa, and the design temperature is 350C. The heat exchanger is a single-shell dual-tube process. The shell thickness is 20mm, the material is Q345R, the front tube box head is EHA150020-Q345R, the rear tube box EHA160020-Q345R, the spherical head is SDH150024 (19.7)-Q345R; tube sheet material 16Mn II forgings, fixed tube plate thickness 128mm, floating tube plate thickness 110mm. The container flange is a long neck butt welding flange, except for the floating tube box flange DN1600mm, the remaining three flanges are DN1500mm, the floating head flange thickness is calculated as 120mm. The calculation of baffle plates takes 18 pieces and the actual drawing time is 16 pieces of baffles, with a spacing of 450 mm and arranged up and down. The tube process needs to set the anti-shunt plate. The outer diameter of the tube is 530mm, the wall thickness of the tube-receiving tube is 48mm, and the wall thickness of the tube shell is 42mm.Finally, the fixed-end tube box was selected for three-dimensional modeling with Solid works, and finite element analysis was performed.Key words: loating head heat exchanger； process calculation;；structural calculation；finite element analysisIV术 语 表 t 管 程 介 质 定 性 温 度 T 壳 程 介 质 定 性 温 度 i 管 程 介 质 密 度 3kg/m O 壳 程 介 质 密 度 3kg/m pc 管 程 介 质 定 压 比 热 容 J() poc 壳 程 介 质 定 压 比 热 容 J() i管 程 介 质 导 热 系 数 2W/ 壳 程 介 质 导 热 系 数 2W/ 管 程 介 质 粘 度 Pas 壳 程 介 质 粘 度 Pas K估 总 传 热 系 数 估 计 值 Q 换 热 量 k mt 对 数 平 均 温 差 oq 壳 程 介 质 粘 度 3/h S 换 热 面 积 3 u 管 程 介 质 流 速 值 ms sn单 程 换 热 管 数 L 换 热 管 长 度 N估 换 热 管 估 计 值 pN 管 程 数 a 管 心 距 cn 横 过 中 心 线 管 数 td 换 热 管 内 径 D 壳 体 内 径 管 板 利 用 率 .0d 换 热 管 外 径 h折 流 板 圆 缺 高 度 m B 折 流 板 间 距 m pN 折 流 板 数 i 布 管 圆 限 定 圆 直 径 o 壳 程 传 热 系 数 e 当 量 直 径 S 壳 程 流 通 截 面 积 2 ou 壳 程 介 质 实 际 流 速 /s Re 壳 程 雷 诺 数 Pr 壳 程 介 质 普 朗 特 数 i管 程 流 通 截 面 积 i 管 程 介 质 实 际 流 速 / 管 程 雷 诺 数 管 程 介 质 普 朗 特 数 i 管 程 传 热 系 数 2W/(m) siR 管 程 污 垢 热 阻 so 壳 程 污 垢 热 阻 K 实 际 总 传 热 系 数 值 2W/(m) pS 实 际 传 热 面 积 H 面 积 裕 度 i管 程 流 动 阻 力 Pa sF 结 构 矫 正 系 数 sN 壳 程 数 传 热 管 壁 相 对 粗 糙 度 o 壳 程 流 动 阻 力 ip 流 体 流 经 管 束 的 阻 力 Pa p 流 体 流 经 折 流 板 的 阻 力 of 壳 程 流 通 摩 擦 系 数 s 壳 程 设 计 压 力 MPa t 管 程 设 计 压 力 M l液 柱 静 压 力 计 算 厚 度 m it 管 程 设 计 温 度 o 壳 程 设 计 温 度 st 壳 程 设 计 温 度 下 许 用 应 力 t 管 程 设 计 温 度 下 许 用 应 力 Pa 1C 钢 板 负 偏 差 m 2C 腐 蚀 余 量 s 壳 程 焊 接 接 头 系 数 t 管 程 焊 接 接 头 系 数 t壳 体 压 力 Pa d 设 计 厚 度 n 名 义 厚 度 e 有 效 厚 度 m V术 语 表 （ 续 ） et 接 管 有 效 厚 度 m h 接 管 外 伸 高 度 m 1A 封 头 多 余 金 属 面 积 2 2A 接 管 多 余 金 属 面 积 2 3 接 管 区 焊 缝 面 积 有 效 补 强 面 积 aL接 管 和 封 头 的 距 离 bL 接 管 和 封 头 的 距 离 c 接 管 与 封 头 的 距 离 1F 温 差 引 起 的 轴 向 力 N 2F 流 体 压 力 引 起 的 壳 壁 轴 向 N 3 流 体 压 力 引 起 的 管 壁 轴 向 力 tA 管 壁 总 截 面 积 2m sA 壳 壁 总 截 面 积 2m sT 管 壁 温 度 1 冷 流 体 对 流 传 热 系 W/() 2热 流 体 传 热 系 数2W/() tT 管 壁 温 度 tE 管 子 的 弹 性 模 量 MPa sE 壳 体 的 弹 性 模 量 MPa Q 内 压 产 生 的 总 轴 向 载 荷 N mQ 壳 程 流 体 作 用 在 管 板 上 的 力 N t 管 程 流 体 作 用 在 管 板 上 的 k 管 程 流 体 作 用 在 顶 盖 上 的 力 q换 热 管 拉 脱 力 l 焊 脚 高 度 m rC 系 数 i 换 热 管 回 转 半 径 cl 换 热 管 失 稳 当 量 长 度 换 热 管 失 稳 许 用 应 力 b 管 板 名 义 厚 度 m l 相 邻 折 流 板 间 距 f 壳 体 法 兰 厚 度 f 管 箱 法 兰 厚 度 aW预 紧 状 态 需 要 最 小 螺 栓 载 N GD 垫 片 压 紧 力 作 用 中 心 直 径 A 预 紧 状 态 需 要 最 小 螺 栓 2 pW 最 小 螺 栓 载 荷 N m 需 要 螺 栓 面 积 2 A 操 作 状 态 需 要 最 小 螺 栓 面 2m 1M 系 数 mM 基 本 法 兰 力 矩 r 管 板 径 向 应 力 Pa Y 系 数 ，管 板 布 管 区 周 边 处 径 向 Mpa tr 设 计 温 度 管 板 材 料 许 用 应 MPa ,f 壳 体 法 兰 应 力 p 布 管 区 周 边 剪 切 应 力 壳 体 法 兰 许 用 应 力 1 筒 体 质 量 kg 2m 管 箱 质 量 kg 3m 管 板 质 量 4 容 器 法 兰 质 量 5 封 头 质 量 6接 管 法 兰 质 量 7 折 流 板 质 量 8 管 束 质 量 9 分 程 隔 板 质 量 kg 10 介 质 质 量 kg 总 质 量 aR 圆 筒 平 均 半 径 ih 封 头 曲 面 深 度 m L 封 头 切 线 间 距 m 0F 封 头 质 量 反 力 N i封 头 质 量 弯 矩 N M 鞍 座 界 面 轴 向 弯 矩 A 鞍 座 外 伸 长 度 B 鞍 座 外 伸 长 度 0b 鞍 座 腹 板 厚 度 rb 鞍 座 垫 板 有 效 宽 度 VI目录摘 要 .IABSTRACT.II1 绪论 .71.1 生产合成氨的工艺介绍 .71.2 变换工段简介 .81.3 管壳式换热器的简介 .82 换热器的工艺计算 .92.1 换热器的工艺计算流程图 .92.2 原始数据给定与物料成分说明 .102.3 换热器类型、流动空间和流动方式初选 .112.4 物料定性温度与该温度下的物料参数确定查取 .112.5 换热器工艺数据计算 .122.6 计算工艺结构尺寸 .122.7 热力核算 .
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