流量1750kg每小时固定管板式换热器设计【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 换热器 可 按照其结构形式 分类 ： 有 固定管板式换热器 ； 填料函式换热器 ； 浮头式换热器 ； U 形管换热器。 固定管板式换热器 类 属于管壳式换热器，是管壳式换热器的一种 标准 结构，也是目前应用比较广泛的一种换热器 1。 这 类 换热器拥有 许多 特点：结构简易，紧凑，适用面 很 广泛，安全系数 很 高，选料面 可以很广 ， 成本很低廉 ，换热表面 的 清洗 也 极 为方便。 因为 固定管板式换热器可以承受比较高的温度和比较高的操作压力，所以在大型换热器和高温高压换热器中，占首要地位。 固定管板式换热器有许多特点 ，最突出的 特点是 锻件 少 、 比较便宜 、 密封性能好 。由于 它 的 壳程无法机械清洗 ，所以 管子腐蚀后会和 壳体一起报废，设备的 寿命就会降低 2。 所以当所需流量不同时 ， 需要根据不同的流量设计不同的换热器 。 首先根据给出的设计温度和设计压力来确定设备的结构形式以及壳程和管程的材料，然后根据物料 的 性质和传热 的 面积来确定换热管的材料，尺寸 和 根数。根据换热管的根数确定换热管的排列，并根据换热管的排列和长度来确定筒体直径以及折流板的选择。通过对容器的内径和内外压的计算来确定壳体和封头的厚度并进行强度 的 校核。然后是对换热器各部件的零部件的强度设计，有法兰的选择和设计计算与校核，钩圈及 浮头法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算。 并且 还包括管板的结构设计、防冲挡板、滑道结构的设计以及支座设计。结构设计中的标准件可以 按照 国家标准根据设计条件直接选取 ， 非标准件，设计完结构后 必须 进行相应的应力校核。 通过查阅 制压力容器和 壳式换热器以及 标准以及查看设计要求，我对固定管板式换热器进行了结构设计和 行了标准件的选取，零件间连接结构的设计，零件材料的选择以及厚度的计算。其买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 中包括了筒 体壁厚 、封头壁厚、管板壁厚 和管箱壁厚的计算 ， 管子拉 脱力和稳定性校核 ， 接管、法兰、容器法兰、支座等的选择及开孔补强设计 ， 管板、折流板以及换热管之间的连接 的 结构设计， 壳体与管板 之间的 连接 处的 设计 。 随着经济的发展 ，现有的科技成果为我们的生活带来了很大的方便，换热器的设计技术也在不断地更新，以后的应用前景将会更加美好。根据设计要求，绘制了一张总装配图和两张零部件图。 关键词 ： 换热器； 结构； 计算； 校核 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 to be . is a of is a of is of so is to so in is is to so be . So is at to of to to of of to to of to of of to of to of to of to of of of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in of of of of of . of be to to of be By B B I AD of of of of of of of of of of of is in be to to a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章 绪论 . 1 热器概述 . 1 热器类型 . 1 式壳程换热器 . 1 式管程换热器 . 2 式壳程换热器 . 2 内向下流动的立式管程换热器 . 3 上流动的立式管程换热器 . 3 热器发展前景 . 4 定管板式换热器总体设计 . 4 文研究内容 . 5 第二章 工艺计算 . 6 计条件 . 6 定物性数 . 6 热器的类型与流动空间的确定 . 6 算传热面积 . 7 甲胺蒸气用量 . 7 负荷计算 . 7 算有效平均温度差 . 7 算传热面积 . 8 工艺尺寸计算 . 8 程数和传热管数 . 8 均传热温差的校正以及壳程数的选取 . 9 子排列 . 10 心距 . 11 体内径 . 11 流板 . 12 热器核算及壳程表面传热系数 . 12 内表面传热系数 . 13 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 垢热阻和管壁热阻 . 14 热系数 . 14 热面积裕度 . 15 热管和壳体壁温核算 . 15 降校核 . 16 程流体阻力 . 17 热器主要结构尺寸和计算结果 . 18 第三章 结构设计 . 19 体、管箱壳体和封头的设计 . 19 厚的确定 . 19 箱法兰和垫片确定 . 20 壳体壁厚的确定 . 20 准椭圆封头的厚度确定 . 20 板与换热管设计 . 21 出口的设计 . 22 管的设计 . 22 管外伸长度 . 22 气、排液管 . 23 程接管位置的最小距离 . 23 箱接管尺寸的最小位置 . 23 流板或支持板尺寸 . 24 流板缺口高度和最小厚度 . 24 流板和折流板孔径 . 24 流板直径及允许偏差 . 24 流板的布置及质量计算 . 25 冲挡板 . 25 杆与定距管 . 25 杆的尺寸 . 25 杆的直径和数量 . 26 杆的位置、定距管尺寸及鞍座选用 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第四章 强度计算 . 27 体、管箱壳体和封头校核 . 27 壳体进行强度校核 . 27 力试验强度校核 . 27 箱壳体校核 . 27 力试验强度校核 . 27 椭圆封头进行强度校核 . 28 力试验强度校核 . 28 管开孔补强 . 28 汽进出口的接管有关参数的选定 . 28 效补强范围的确定 . 29 效补强 面积 . 29 却水进出口的接管有关参数的选定 . 30 孔处所需的最小补强面积 . 30 效补强 范围的确定 . 30 效补强面积 . 31 胀节 . 31 子拉脱力计算 . 31 胀节设置计算 . 31 板校核 . 33 构尺寸参数 . 33 程圆筒材料和换热管材料 . 34 板、法兰、螺栓、垫片材料 . 35 子的许用应力 . 35 片压紧力作用中心圆直径和面积 . 36 板布管区当量直径和系数计算 . 36 本法兰力矩 . 37 程压力操作工况下法兰力矩 . 37 热管与壳体圆筒的热膨胀应变形差 . 37 箱圆筒与法兰的旋转刚度参数 . 38 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 子厚度和加强系数 . 38 板周边无量纲宽度和壳体法兰参数 . 38 转刚度无量纲参数、确定系数 . 39 计条件不同危险组合土况的应力计算 . 39 种危险工况的各种应力计算与校核 . 41 计值总汇 . 41 第五章 结论 . 42 参考文献 . 43 致谢 . 44 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 一 章 绪论 热器 概述 换热器的定义是将热流体的一部分热量传递给冷流体的设备，又叫做热交换器。换热器在生活中应用广泛，在正常生活中汽轮机装置中的凝汽器还有日常生活中的取暖用的暖气散热片以及航天火箭上的油冷却器等，都叫做换热器。换热器还广大运用于化工工业，石油，动力和原子能等工业部门 6。 换热器的主要作用是保证介质在工艺过程中所要求的特定温度，同时也是其中之一的主要设备在提高能源利用率方面。在节能技术改革中，换热器具有的作用表现在两大方面 ： 一方面在生产工艺流程中明显能减少能源的消耗的办法是使用大量的换热器的效率 ； 第二方面 可以明显提高设备的热效率的方法是用换热器来收回工业余热。 列管式换热器的应用己经有了很久远的历史，而且列管式换热器作为一种传统的标准换热设备，应用于很多化工部门。尤其应用于化工设备，石油设备，能源设备等部门使用的换热设备，在这些部门中，列管式换热器仍处于首要地位，列管式换热器中所用的换热表面可以是带肋片的扩展表面、简单的光管或经开槽、波纹或其他特殊方式处理后的强化表面。 本次毕业设计特针对这类换热器中的卧式壳程换热器的结构和工艺计算进行了介绍。 热器 类型 列管式换热器有卧式换热器与立式换热器两种类 型。壳程和管程都可以走被冷凝的工艺蒸汽，其中卧式壳程换热和立式管程换热是最常用的形式。接下来我将介绍几种常见的换热器。 式壳程 换热器 如下图 1示是卧式壳程换热器。在卧式壳程换热器的壳程上有物流进出口接管和冷凝液排出口。在壳程蒸汽入口处安有防冲板，防冲板的作用是将蒸汽对管束的直接冲击降低，为了减小阻力，防冲板周围应留有足够的空间。横向弓形折流板或支买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 承板圆缺面在壳程中可以水平安装也可以垂直安装，如图 1于折流板水平安装时，为了防止流体短路，切去的圆缺高度不应大于壳体内径 35%，而折流板 的间距应在壳体内径的 35%和壳体内径的 2 倍之间。折流板的下缘开有槽口，这是为了排出冷凝液。水平安装这种方式可以造成强烈扰动在流体中扩散，这种方式传热效果最好。为了便于排出冷凝液选择折流板垂直安装的，圆缺高度应被切去最后为为壳体内径的50%。弓形的折流板圆缺面水平安装或者垂直安装时，随着蒸汽的冷凝，折流板的间距应随之减小，传热的效果就会因此增加。在冷凝的表面，当传热系数比较小时，可以将低翅管安在管外 7。压降小、便于清洗是卧式壳程换热器的好处，蒸汽与凝液产生分离是其缺点。如图 卧式壳程的换热器 。 图 卧式壳程 换热器 式管程 换热器 卧式换热器的管程多是单程的，也有双程的。其中管程和壳程传热的需要决定着传热管长度，传热管的排列方式和直径的大小也会受到管程和壳程的影响。当采用多程管程时，在管程之间可以流出冷凝液，这样可以减少液体的覆盖而积并且可以降低压降 8。 同时，为了使它保持质量流速不变还可以用减少多程管数的方法。在这种多管程换热器中，冷凝液和蒸汽之间的接触十分不好，所以完全冷凝的方法对于沸程宽处的蒸汽是不合适的。另外过冷度比较低的原因还是因为冷凝液局部地注 满了管道 。 式壳程 换热器 如图 示是立式壳程换热器 9。在壳程中每隔一定位置就设置了折流板，由于设置了折流板，蒸汽按从上到下流动。冷却水从冷凝液的下端排出，在管内向下流动，因此冷却水一侧压力需求比较低，因为水的传热系数很大，所以耗水量少，由于水不容易分配很均匀，可安装一个水分配器在管口的位置，如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 图 立式壳程 换热器 和水分配器 内向下流动的立式管程 换热器 立式换热器管内蒸汽及其冷凝液均向下流动的立式管程换热器，它是一种 由分离端盖和外部封头组成的管壳式换热器 10。应用固定管板式的结构的前提是壳程不需要清洗或可用化学方法清洗。在立式管程换热器中蒸汽通过接管从顶部注入，在管内向下流动，逐渐冷凝在管壁上，底部排出冷凝液。下面的分离端盖可设计成挡板式目的是使出口排气中携带的冷凝液量最少，此外，挡板应比冷凝液的液位高 。 上流动的立式管程 换热器 如图 示为一个管程蒸汽和壳程冷凝介质都向上流动的立式管程换热器。蒸馏塔的顶部通常直接安装这种换热器，这样有利于利用冷凝液的回流少量组分。采用冷凝介质向上流动的流 程目的是确保有热的冷凝液或防止低沸点组分被冷凝，蒸汽可以从接管注入底部，立式换热器的传热管长度为 2 到 3 毫米，而直径大多大于 当冷凝自由回流受到蒸汽向上流动的流速阻碍时，液泛现象便会产生，换热器顶部就会吹出冷凝液。 根据哈威特和哈里特维尔准则，当满足哈威特和特维尔准则条件时，可防止液泛现象出现 11。 立式管程换热器 如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 图 向上流动的立式管程 换热器 热器 发展前景 换热器的发展应注意理论的创新和理论的完善，并从中寻求理论的新突破。 我 国的换热器工业起步比较晚， 1963 年抚顺机械设备有限公司以美国 准为蓝本造出我国第一台管壳式换热器。 随着科技的发展， 进入二十一世纪之后，工业装置中应用了大量的传热强化技术，我国换热器在工业产业技术水平上获得了飞速的发展，有需求才有创新，由于需求，板式换热器近年来日益崛起。最近这几年，我国在大型管壳式换热器和高效节能板壳式换热器等方面取得了重大突破 12。由于我国在石油，钢铁等重工业行业的快速发展，近几年来，大幅度的增多了换热器需求，在国内制造水平、供给的能力的不足在企业中体现的很明显，市场上已经 出现了供不应求的状态，只能依靠国外进口来弥补其出现的缺口。在我国换热器市场，需求已经远远超过了供给。我国的现状是对高端换热器产品需求量极其大，但是供给不足。 在不远的将来，国内市场的需求会出现环保节能型产品，并且产品的性价比、产品的多样化需求、产品的特点化等需求逐步将成为主导 。 定管板式换热器总体设计 管壳式换热器的设计、制造、检验与验收必须遵守中华人民共和国国家标准“钢制管壳式换热器”这一标准来执行。管壳式换热器采用焊接圆筒时，公称直径的数值买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 等于圆筒内径的数值 ； 若采用无缝钢管制圆筒，公称 直径的数值等于钢管外径的数值。 所谓换热器的传热面积计算是以传热管的外径减掉伸入管板内的换热管长度后，得到的差值即管束外表面积。公称换热面积是指换热面积圆整后的数值。公称长度的定义是换热器换热管的长度，传热管是直管的时候，直管段长度就是工称长度；传热管是U 型管型的时候， U 型管直管段的长度就是公称长度。钢制管壳式标准将列管换热器的主要结合部件分为前端管箱、中端壳体以及后端结构 。 文研究内容 本篇论文对二甲胺处理量为 1750kg/h 的固定管板式换热器进行设计。主要内容如下 ： （ 1） 调查和总结了换热器的 类型和种类。并且介绍的几种换热器都是结构典型的，叙述了固定管板式换热器的设计思路。本论文的研究路线和内容已经确定。 （ 2） 换热器的设计方案已被确定。选用了合适的换热器材料，其根据是介质的特点。并对冷热介质选择了是走管程和壳程。 （ 3） 计算并校核了固定管板式换热器的温度、压降、换热面积。确定了换热器的布管情况和结构参数。 （ 4） 通过国标 150 和国标 151 对换热器的壳体、封头、管箱、管板进行了强度设计和校核，对壳程和管程进行了压力校核的计算，最后对开孔补强进行了压力校核的计算。 （ 5） 并且换热器设计的主 要附件如分程隔板槽、法兰、折流板、鞍座、吊耳、焊条、清洗系统及防护系统等都进行了设计和选用 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第 二 章 工艺计算 换热器的设计 ， 首先应 该 根据流程 的 要求选择 其 合适的类型 ， 然后计算所需 要 的传热面积，工艺设计包括热力设计以及流动设计，具体的运算如下所述 。 计条件 壳程的介质 的二甲胺蒸汽，管程的介质为进口温度 33 ，出口温度为 43 的冷却水，壳程的设计压力 是 程的设计压力 是 甲胺的处理量为 1750kg/h。 定物性数 在 下的二甲 胺 蒸汽物性数据如下： 导热系数： 1=(m )； 二甲胺 密度 ： 1=kg/m，二甲胺 比热容： J/( )，二甲胺 粘度：1=as，二甲胺 潜热： =7884 KJ/ 该冷凝为完全冷凝，假定二甲胺蒸气冷凝温度为 ,循环水的定性温度：入口温度： 3 ，出口温度为 3 ，冷却水的定性温度为 33+43)/2=38 ，两流体的温差 。 在定性温度下两流体的物性数据 表 2 表 2定性温度下两流体的物性数据 物性 温度 密度 kg/度 s 比热容 ） 导热系数 W/（ m） 流体 二甲胺 蒸汽 进 却水 38 热器 的类型与流动空间的确定 两 种 流体 的 温度的变化情况，热流体 的进口温为 ，出口温度 为 ；冷流体 的 进口 温度 为 33 ，出口温度 为 43 。该换热器用水冷却，考虑到清洗等各买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 种因素，初步确定 换热器类型为固定管板式 换热器 。二甲胺走壳程，冷却水走管程。这是因为 ： 热流体走壳程，这样可通过壳程向外传递热量，便于散热，冷的流体应走管程，这样可减少热应力。同时对于 换热器 ，一般易结垢流体走管程，这样不易结垢。 算传热面积 甲胺 蒸气用量 由题目可知，二甲胺的蒸汽流量： 750kg/h=s Q1=m1r=17507884=07KJ/h=3833 工程上常用的 热量损失系数 以估计 Q2= (2取 . 97 则 Q2=107KJ/h =107KJ/h=3718 热负荷计算 热负荷计算公式 ： 89. 176 kg/s=kg/. 21)3343(712222 算有效平均温度差 对于逆流，有效平均传热温差： 211，逆 (2逆流传热温差： ，逆 n (