160㎡固定管板式换热装置设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘要 本设计是双管程固定管板式换热器，也是目前应用比较广泛的一种换热器主要完成的是水蒸气 类换热器具有结构简单、紧凑、可靠性高、适应性广的特点 ,并且生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便。固定管板式换热器能承受较高的操作压力和温度，因此在高温高压和大型换热器中，其占有绝对优势。 本次设计的题目是固定管板式换热装置的设计，课题预期达到的目标为： 换热器面积的计算（实际换热面积： 160管程壳程压力降的计算（小于等于 工艺结构尺寸的计算：管程数（ 2 管程），换热管的确定（内径： 19量： 450 根），壳体内径（ 600壳程数（ 1 壳程）的计算，折流板的选型（形式：弓形折流板，数量： 13）等。 换热器的强度计算：对筒体、管箱厚度的计算和校核，对壳体及管箱各处开孔补强，对延长部分兼做法兰的计算及强度核算。经水压试验、压力校核后显示结果全部合格。 换热器的结构设计：折流板、法兰（甲型平焊法兰）、换热管、支座（鞍式支座）、垫片（石棉橡胶板垫片）的规格及选型。 完善设计图纸及设计说明书。 关键词： 换热器； 工艺； 结构； 强度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a of a of of of a of of of so it in of is In of 60 ); of of 19900), of 000 of of 13) of of on so in of of a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章引言 . 1 热器的用途 . 1 热器的分类 . 1 热器的发展趋势 . 1 第二章固定管板式换热器的工艺计算 . 3 热量与冷水流量 . 3 择换热器的类型 . 3 程安排 . 3 定物性数据 . 3 算传热面积 . 4 艺结构尺寸 . 4 径和管内流速 . 4 程数和传热管数 . 4 热管排列和分程方法 . 5 体内径 . 6 流板 . 6 他附件 . 6 管 . 7 热器核算 . 7 流量核算 . 7 温核算 . 9 热器内流体的流动阻力 . 10 热器的主要结构尺寸和计算结果 . 11 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第三章强度计算 . 13 体壁厚计算 . 13 箱短节、封头厚度的计算 . 14 箱 短节厚度的计算 . 14 头厚度的计算 . 14 箱短节开孔补强的校核 . 15 体接管开孔补强校核 . 16 板设计及校核 . 17 板计算的有关参数的确定 . 17 算法兰力矩 . 19 板的计算的相关参数 . 19 定 和 2G . 21 于其延长部分 兼作法兰的管板计算 . 21 计条件不同的组合工况 . 21 第四章结构设计 . 26 流挡板 . 26 兰 . 26 热管 . 26 座 . 27 力容器选材原则 . 27 片 . 28 结论 . 29 参考文献 . 30 致谢 . 31 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第一章引言 热器的用途 换热器的作用是将热的流体的所具有的部分热量传递给冷的流体的转换设备。换热器在生产中和生活中应用广泛，例如楼体取暖的暖气散热片、汽轮机装置中的冷凝器等，都属于换热器。 1。换热器在节能技术改革中具有的作用表现在两个方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器的效率显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余 热，可以显著提高设备的热效率 2。 热器的分类 换热器的分类方法有很多种。 按其用途：可将换热器分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器 34。 按其传热方式和作用原理：可分为混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器等。在这其中，间壁式换热器在工业生产中的应用相对广泛。根据其换热面的形状可以分为板面式、管式、扩展表面等形式。在这其中管式换热器的应用较为广泛，管式管热气是通过换热的管壁传到热量的。管式换热器具有结构简单、制造简单、材料广泛等优点，应用较广泛 5。 管壳式换热器的形式：管壳式换 热器根据其结构的不同，可以分为固定管板式换热器、浮头式换热器、 料函式换热器、釜式重沸器等 68。 热器的发展趋势 上个世纪 20 年代诞生板式换热器，它主要应用在食品行业中。板式换热器具有结构紧凑、导热效果佳等优点因此衍生成为很多种形式，知道上个世纪 30 年代，瑞典人提出螺旋板换热器 912。到 1930左右，瑞典人既上一次又制造出一台板壳式换热器，主要应用与纸浆生产 13。 60 年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封 等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 14。 加强生产制造成本的标准系列化，促进设备结构的紧凑型，提高设备的传热效率是单签换热器发展的趋势。并在广泛的范围内继续向大型化发展，并 型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成一个高技术体系 1516。 板翅式换热器（冷箱）应用在乙烯裂解，天然气液化还有空气分离等。我国杭州制氧机集团有限公司（杭氧）在引进美国 司技术和关键加工设备 大型真空钎焊炉基础上，生产制造出的乙烯冷箱，设计水平和制造能力已基本达到国际先进水平，并在燕山，扬子，上海，天津，广州及齐鲁等乙烯改造项目中得到应用。板翅式换热器流道多达 15 股，单体外形尺寸达 6m 高设计压力达 管壳式换热器具有结构坚固、弹性大和使用范围广等独特优点，一直被广泛应用。尤其在高温高压和大型化的场合下，以及制造工艺上的进一步自动化和机 械化，管壳式换热器今后将在广泛的领域内得到继续发展 17。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 第二章固定管板式换热器的工艺计算 算换热面积 择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度 170，出口温度 140；冷流体进口温度 70，出口的温度为 90 ，所以初步确定为固定式管板式换热器。 程安排 从两物流的操作压力来看，应使温度低的走管程，温度高的走壳程。 定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程流体的定性温度为： 1 7 0 1 4 0 1 5 5 ( )2T 管程流体的定性温度为： 7 0 9 0 8 0 ( )2t 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。255下的有关物性数据如下： 密度 1=3m 定压比热容 1 热导率 =m 粘度 =310 s 0下的物性数据： 密度 =3m 定压比热容 2 热导率 =m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 粘度 =310 Pas 热量与冷水 流量 1 1 1 1pQ m c t=D（ 2 33 4 7 6 0 0 / 3 6 0 0 () 1212 （ 2 ( 1 7 0 7 0 ) ( 1 4 0 9 0 ) （ 170（ 140)K 艺结构尺寸 径和管内流速 换热管的规格就是管长还有管径，换热管的管径越大，换热器的单位体积换热面积 反之就小。对于干净的流体管径取值可以小一些，但是一些不是很洁净的流体管径，取值就应该大一些，避免发生堵塞现象。 在本次设计中选用 25 2较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速s 程数和传热管数 根据传热管内径和流速确定传热管数： 224 1 . 3 8 / 8 6 . 9 2 2 4 . 5 ( )0 . 7 8 5 0 . 0 1 5 1 0 . 84 根（ 2 传热管总根数 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 2 2 4 . 5 2 4 4 9 （ 根 ） 平均温差 校正系数： 12211 7 0 1 4 0 1 . 59 0 7 0 21119 0 7 0 0 . 21 7 0 7 0t 按单壳程，两管程结构，查得： 平均传热温差： = 0 . 9 9 2 4 . 6 6 2 4 . 4mt 逆 （） （ 2 由于平均温差校正系数大于 时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。 热管排列和分程方法 管道的排列方式通常可以分为三种：三角形、正方形、转 角正方形。通过比较，等边三角形排列是比较紧凑的，管道外部流体湍动程度较高，其表面的传热系数较大。正方形排列虽然比较松散传热较差，但是管道外部清洗比较方便，通常对于易长生污垢的流体更为适用。 图 换热管排列方式 综合本设计结构和工艺结构考虑采用正三角形排列方法。 取管心距 焊接时），则 25t （ （ 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 隔板中心到力气最近一排管中心距离： 25 6 1 8 . 5 ( )2S m m （ 2 体内径 采用多管程结构，取管板利用率 ，则壳体内径为： 1 /D t N =600( （ 2 按卷制壳体的进级档，可取 600 流板 折流板的安装是为了提高管道外部对流传热的系数，其挡板的间距与形状需要适当，本文所设计内容采用截面形状为弓形的折流板，弓形大小会增加流体的阻力，太小则不会利于传热。 取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的 25%，则切去的圆缺高度为： 0 . 2 5 6 6 6 6 1 6 6 5h （ 故可取 h=1665（ 取折流板间距 ，则： B （ 故可取 B=333（ 折流板数 （块）折流板间距 传热管长 111 34 0 0 01- （ 2 他附件 根据本换热器壳体的内径，故按标准取拉杆直径为 16 ，拉杆数量 4根。 壳程入口处应设防冲挡板 19。如下表所得： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 表 2拉杆直径表 换热管外径 d 拉杆 直径 0 d 14 10 14 d 25 12 25 d 57 16 管 壳程流体进出口接管：取接管内20 /u m s，则接管内径为 : 114 4 3 4 7 6 0 0 / ( 3 6 0 0 8 6 . 9 ) 3 5 5 . 6 ( )3 . 1 4 2 0VD m （ 2 圆整后可取内径为 360 管程流体进出口接管：取接管内液体流速2 1 0 u m s，则接管内径为： )(3 0 0 0/(1 4 8 9 7 142 （ 2 圆整后取管内径为 300 热器核算 流量核算 （ 1）壳程表面传热系数 用克恩法计算， 10 . 5 5 0 . 1 41 3000 . 3 6 R e P r ( ) 2 当量直径： 2234 0 . 0 2 5 0 . 7 8 5 0 . 0 1 9 2 0 . 0 1 7 ( )3 . 1 4 0 . 0 1 9 （ 2 壳程流通截面积： 200 19( 1 ) 0 . 3 0 . 6 0 . 6 ( 1 ) 0 . 0 2 5 ( )25 D （ 2 壳体流体流速及雷诺数分别为： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 0003 4 7 6 0 0 / ( 3 6 0 0 1 6 8 . 3 7 ) ) 1 6 . 8 7 ( / )0 . 0 3 4Vu m （ 2 00 30 . 0 1 7 1 6 . 8 7 1 6 8 . 3 7R e 2 4 1 4 3 40 . 2 1 0 （ 2 普朗特数： 330001 . 0 3 8 1 0 0 . 2 1 0P r 40 . 0 5 1 （ 2 粘度校正： ) 1 则： 0 . 5 5 1 / 3 0 . 1 40 2 20 . 3 6 ( ) 0 . 5 5 1 / 3 20 0 . 0 5 10 . 3 6 2 4 1 4 3 4 4 1 5 6 5 / ( ) 0 . 0 1 7 W m K （ 2）管内表面传热系数： 0 . 8 0 . 40 . 0 2 3 R e P （ 2 管程流体流通截面积： 2 2 25000 . 7 8 5 0 . 0 1 5 0 . 0 4 4 ( )42d （ 2 管程流体流速： 1 4 8 9 7 1 / ( 3 6 0 0 8 6 . 9 ) 1 0 . 8 ( / )0 . 0 4 4ii m 30 . 0 1 5 1 0 . 8 8 6 . 9R e 6 1 2 0 70 . 2 3 1 0i i ii 普朗特数： 331 . 0 3 8 1 0 0 . 2 3 1 0P r 4 . 4 20 . 0 5 4 （ 2 0 . 8 0 . 4 20 . 6 2 60 . 0 2 3 6 1 2 0 7 4 . 4 2 7 6 3 7 / ( ) 0 . 0 1 5i W m k （ 3）污垢热阻和管壁热阻 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 管外侧污垢热阻： 20 0 . 0 0 0 1 7 6 ( ) /R m K W 管内侧污垢热阻： 20 . 0 0 0 2 ( ) /iR m K W 碳 钢在该条件下的热导率为 5 0 / 管壁热阻为： 20 . 0 0 2 0 . 0 0 0 0 4 ( ) /50wR m K W （ 4）传热系数 0 0 0 001 1()C i i mK d d Rd d d （ 2 11 9 0 . 0 0 0 2 1 9 0 . 0 0 0 0 4 1 9 10 . 0 0 0 1 7 67 6 3 7 1 5 1 5 1 7 1 5 6 5 27 8 3 / ( ) W m K 温核算 取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温 /1 / 1 /m c m hw （ 2 式中液体的平均温度 12 7 0 9 0 8022m （） （ 2 12 1 7 0 1 4 0 15522m （） （ 2 27 6 3 7 W / ( m K ) 20 1 5 6 5 W / ( m K )h 传热管平均壁温： 1 5 5 / 7 6 3 7 8 0 / 1 5 6 5 9 2 . 71 / 7 6 3 7 1 / 1 5 6 5t 壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即 155T 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 壳体壁温和传热管壁温之差为： 1 5 5 9 2 . 7 6 2 . 3t 由于换热器壳程流体的温差不大，壳程压力不高，因此，选用固定管板式换热器较为适宜。 热器内流体的流动阻力 （ 1）管程流体阻力 12()t s p tp p p N N F （ 2 1, 2 24 （ 2 1207 传 热管对粗糙度 0 20d ，查图得 流速 u m s ，38 6 kg m 216 1 0 . 8 8 6 . 90 . 0 4 8 1 0 8 8 . 10 . 0 1 5 2p （ 2228 6 . 9 1 0 . 83 3 1 5 2 0 4 . 0 2 （ （ 2 ( 8 1 0 8 8 . 1 1 5 2 0 4 . 0 2 ) 1 2 1 . 5 2 8 8 8 7 6 (管程流体阻力在允许 范围之内 19。 （ 2）壳程阻力 12()s s sp p p F N （ 2 1, . 2 010 ( 1 ) 2 f N N （ 2 0 . 2 2 8 0 . 2 2 80 5 . 0 R e 5 2 4 1 4 3 4 0 . 2 9 6f 0 . 5 0 . 51 . 1 1 . 1 5 0 0 2 4 . 5 （ 2 19 0 m/s 201 6 8 . 3 7 0 . 4 7 80 . 5 0 . 2 9 6 2 4 . 5 ( 1 9 1 ) 1 3 9 2 . 32p (买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 流体流过折流板缺口的阻力： 2 02( 3 . 5 )2iB （ 2 m, 1D m 222 0 . 2 1 6 8 . 3 7 0 . 5 41 9 ( 3 . 5 ) 1 3 2 1 . 70 . 6 2p （ 总阻力： 0 ( 1 3 9 2 . 3 1 3 2 1 . 7 ) 1 1 . 1 5 3 1 2 1 （ 由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。 热器的主要结构尺寸和计算结果 表 2性参数表 参数 管程 壳程 流率 /（ Kg/h） 148971 347600 进 /出温度 / 110/60 29/39 压力 /性温度 / 80 155 密度 /（ Kg/ 压比热容 /度 /导率 /W/(m. ) 朗特数 设备结构参数：壳体内径 /600 ， 壳程数： 1 ， 管径 /25 2， 材质：碳钢， 管心距 / 25 ， 管数目 /根： 450， 折流板数 /个： 11 ， 传 热面积 /： 160， 折流板间距 / 2000，管程数： 2 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 表 2算结果表 主要计算结果 管程 壳程 流速 /（ m/s） 0 表面传热系数 /W/( . ) 7637 1565 污垢热阻 /（ / 力 /热温差 /K 面积裕度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 第三章强度计算 体壁厚计算 由工艺设计给定的设计温度 155，设计压力选低合金结构钢板 16材料 170时的许用应力 t =170设厚度为 61612取焊缝系数 =蚀裕度 计算厚度 0 . 0 0 9 9 6 0 0 0 . 1 0 22 1 7 0 0 . 8 5 0 . 0 0 9 92 ct （ 3 设计厚度 2 3 2 5d C m m （ 3 对于 16板负偏差 ，因而可取名义厚度 6n 。 有效厚度 12 6 0 2 4 C m m （ 3 水压试验压力 1701 . 2 5 1 . 2 5 0 . 1 1 0 . 0 4 1 3170Tc tp p M P a （ 3 所选材料的屈服应力 345s M 水压试验应力校核 0 . 0 4 1 3 ( 6 0 0 4 ) 3 . 1 1 82 2 4 P a （ 3 0 . 9 0 . 9 3 4 5 0 . 8 5 2 6 3 . 9 2 5 P a 水压强度满足要求 . 气密试验压力 0 . 0 4 9 5p M p a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 箱短节、封头厚度的计算 箱短节厚度的计算 由工艺设计给定 设计参数为 :设计温度 60 ,设计压力.1 p =选用 16板 ,材料许用应力 t =170服强度 330s M ,取焊缝系数 腐蚀裕度 计算厚度 0 . 0 4 9 5 6 0 0 0 . 1 7 12 1 7 0 0 . 8 5 0 . 0 4 9 52 ct （ 3 设计厚度 2 3 2 5d C m m （ 3 名义厚度 1 50 圆 整（ 3 综合考虑结构 ,补强 ,焊接的需要 ,取 6n 有效厚 度 12 6 0 2 4 C m m （ 3 头厚度的计算 壳体封头选用标准椭圆封头 计算厚度 0 . 0 4 9 5 6 0 0 2 . 2 92 1 7 0 0 . 8 5 0 . 0 4 9 52 ct （ 3 名义厚度 1 50 圆 整（ 3 为了便于选材壳体封头 厚度取与短节厚度相同 6n . 有效厚度 2 6 2 4 m m 压力试验应力校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 水压试验压力 1701 . 2 5 1 . 2 5 0 . 0 4 9 5 0 . 0 6 1170Tc tp p M p a （ 3 0 . 5 0 . 0 6 1 6 0 0 0 . 5 42 2 44 . 5 0 . 9 0 . 9 0 . 8 5 3 4 52 6 3 . 9 3p a （ 3 箱短节开孔补强的校核 开孔补强采用等面积补强法 ,由工艺设计给定的接管尺寸为 300 6 考虑实际情况选 20号热轧碳素钢管 , 30 ,腐蚀裕度2 2C 130 0 . 7 6 4 7170 （ 3 接管计算壁厚 0 . 0 4 9 5 3 0 0 0 . 5 72 1 3 0 1 0 . 0 4 9 52 t （ 3 接管有效壁厚 12 6 2 0 4e t n t C C m m （ 3 开孔直径 2 3 0 0 2 6 2 ( 0 2 ) 2 9 2id d C m m （ 3 接管有效补强宽度 2 2 2 9 2 5 8 4B d m m （ 3 接管外侧有效补强高度 1 2 9 2 6 4 1 . 8 6d m m （ 3 需要补强面积 22 9 2 0 . 1 7 1 4 9 . 9 3A d m m （ 3 可以作为补强的面积为 21 5 8 4 2 9 2 4 0 . 1 7 1 1 1 1 8 d m m （ 3 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 221 2 2 4 1 . 8 6 4 0 . 5 7 1 3 0 / 1 7 0 2 1 9 . 5e t t rA h f m m （ 3 212 1 1 1 8 2 1 9 . 5 1 3 3 7 . 5A A m m A （ 3 该接管补强的 强度足够，不需另设补强结构。 体接管开孔补强校核 开孔补强采用等面积补强。选取 20 号热轧碳素钢管 200 6 ，钢管的许用应力 ， 2 2C 接管计算壁厚 0 . 0 4 9 5 2 0 0 0 . 0 3 82 1 3 0 1 0 . 0 4 9 52 t （ 3 接管有效壁厚 12 6 2 6 0 4e t n t C C m m （ 3 开孔直径 2 2 0 0 2 6 2 2 1 9 2id d C m m （ 3 接管有效补强宽度 2 2 1 9 2 3 8 4B d m m （ 3 接管外侧有效补强高度 1 1 9 2 6 3 3 . 5 5d m m （ 3 需要补强面积 21 9 2 0 . 1 2 2 3 . 0 4A d m m （ 3 可以作为补强的面积为 21 5 8 4 1 9 2 4 0 . 1 2 1 5 2 0 . 9 6 d m m （ 3 221 2 2 4 1 . 8 6 4 0 . 0 3 8 1 3 0 / 1 7 0 2 5 3 . 6 5e t t rA h f m m （ 3 212 1 5 2 0 . 9 6 2 5 3 . 6 5 1 7 7 4 . 6 1A A m m （ 3 无需另设补强结构。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 板设计及校核 板计算的有关参数的确定 计算壳程圆筒内直径横截面积 22 2600 28260044DA m m （ 3 圆筒壳壁金属的横截面积 26 6 0 0 6 1 1 4 1 7s n （ 3 一根换热管管壁金属的横截面积 2 22 2 241 9 1 5 1 0