流量为240th汽－水浮头式换热器设计【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 换热器是工业生产中经常用的设备，在不同工作环境下对换热器的性能要求不同，它是冷热流体间能够传递热量的设备。本次的设计为浮头式换热器，浮头式换热器最主要的是由管箱、管板、壳体、折流板等主要部分构成。浮头换热器的一侧是固定管板与壳体紧密固定，另外一端则为浮动管板与浮头相连接。因此，热应力的优点是比较小的，容易检查，清洁。这种结构的缺点是更复杂。 本次设计的主要设计参数为：设计压力管程为 作温度管程为 80 ，壳程温度为 175 ，设计温度管程为95 ，壳程温度为 200 。管程介质为 程介质为 计算校核方面，进行了传统的工艺计算和强度计算。在传统的传热工艺计算中，主要包括有传热的面积，传递的热量及其系数的确定，流量，压降变化及壁温的验算等等问题，这些都是应用有关的国家标准和规定校核和计算得来的。在强度计算侧重于管体，管箱，头，接受，支持，隔板和板厚计算和挡板，其他部件的设计和管法兰，垫片，安装，组合，但也为一些强度校核。本设计主要是依 壳式换热器和 力容器等为根据设计的。换热器在工业、农业等各个的领域运 用十分的广泛，当然在日常生活中和现实中的传热设备也随处可以见到，是不可能缺少的工艺设备和单元之一。随着研究的不断深入，工业应用也取得了显著的成效。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 本次设计中，多增加了排污口，放净口和备用口，挺高了产品的清洁能力和安全性能。在数据估计中，多增加些余量，保证了产品的安全运行。 关键词 : 换热器 ; 管板 ; 传统工艺计算 ; 强度安全校核 ; 应用范围买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in in of it it up of so of So its to On of of of 0 , 75 , 5 , 00 . In In of of of of of so In on 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of is in is of in is of is to of In of is In of to of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 前言 . 1 第一章热力计算 . 3 始数据 . 3 性温度和物性参数计算 . 3 选结构 . 4 程换热计算及流量计算 . 4 程换热计算 . 6 热系数 . 7 程压降 . 8 程压降 . 9 强校核 . 10 第二章结构设计 . 11 热流程设计 . 11 子和传热面积 . 11 子排列方式 . 11 体 . 13 箱 . 13 封头 . 13 箱壳 . 14 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 定管板 . 14 程隔板 . 15 程分程隔板 . 15 程分程隔板 . 15 流板 . 15 杆 . 16 出口管 . 16 管程进出管 . 16 壳程进出口管 . 17 头箱 . 17 头 . 18 强圈 . 18 兰 . 19 兰密封面的型式 . 19 体法兰 . 19 管法兰 . 20 座 . 21 第三章安装与拆卸 . 23 参考文献 . 25 致谢 . 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 前言 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛 1的热量交换设备。 随着现 代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍 把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而 面临着新 的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性 起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达 96%。换热设备在现代装置中约占设备总重的 30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约 70%。其余 30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。 在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系 列中的一种， 换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。分程隔板可将管程及壳程介质分成多程，以满足工艺需要。管壳式换热器主要有固定管板式，U 型管式和浮头式换热器。针对固定管板式与 U 型管式的缺陷，浮头式作了结构上的改进，两端管板只有一端与外壳固定死，另一 端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力。浮头式换热器的优点还在于方便拆卸，清洗方便，对于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况很能适应。其缺点在于结构复杂、填塞式滑动面处在高压时易泄露，这使其应用受到限制，适用压力为： 换热器（热交换器）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器按传热方式的不同可分为混合式（混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器） 、蓄热式（蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器）和间壁式（随间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 此又称表面式换热器，这类换热器应用最广）三类。 在我国换热器的制造技术 2远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为 一种典型的换热器。 在我国随着经济快速发展的同时，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： (1) 合理地实现所规定的工艺条件； (2) 结构安全可靠； (3) 便于制造、安装、操作和维修； (4) 经济上合理。 所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系数指提高流体和传热之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理：温度边界层减勃和调换 传热面附近的流体。 因此最近十几年来，强化传热技术受到了工业界的广泛重视，得到了十分迅速的发展，凝结是工业中普遍遇到的另一种相变换热过程，凝结换热系数很高，但经过强化措施还可以进一步提升换热效率。 (1)管外凝结换热的强化 (2)管内凝结换热的强化 按照设计要求，在结构的选取上，为了增大温差 校正系数，采用了 2，即壳侧两程管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，在结构设计时，要考虑许多因素，例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及便于拆卸等等。之后对有些部件用 进行了强度校核并进行对其优化设计 4。由于时间和资料有限，本人的认识也不够全面，在设计过程中可能还存在许多问题，望老师们给予批评和指正。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 第一章 热力计算 始数据 水进口温度： 2t =144 水出口温度： 2t =163 水工作压力： 进口温度： 1t =175 油出口温度： 1t =155 油工作压力： 体内径： 00箱内径： 50热管规格： 193 L=8m 性温度和物性参数计算 水的定性温度： 32 1 6 31 4 42 222（ 1 水的密度： 2=913kg/的比热： 水的导热系数： m 水的粘度： 2=0的柏朗特数： （柴油）的定性温度： 1652 1551752 111（ 1 油的密度： 1=715 kg/文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 油的比热： kJ/ 油的导热系数： 油的粘度： 1=0的柏朗特数： 1111 （ 1 选结构 管排列方式 ：分程隔板两侧正方形，其余三角形 管子外径： 子内径： di=23/1000） = （ 1 管长： L=8m 管间距： s= （ 1 壳体内径： 束中心排管数：由公式 04)1( （ 1 得 2 总管子数：由 N （ 1 得 00 选型：采用 2即双壳程四管程。 程换热计算及流量计算 试选传热系数： 40 W/（查表） 传热面积：由 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 （ 1 得 流平均温差： 小大小大（ 1 参数： 6 1 41 7 51 4 41 6 32122 tt （ 1 41 6 31 5 51 7 52211 tt （ 1 温差校正系数：按 2 壳程 4 管程查表 得 有效平均温差： 1 设计传热量： m 7 8 6 2 4 0000 （ 换热效率：取 =流量： 5 8 2 3 6 2 4 43600)( 111 01 （ 1 水流量： 022 2 23 6 0 0 7 8 6 2 4 43 4 4 8 4 /( ) 4 . 3 2 1 9 1 0 0 0QG k g hC p t t （ 1 管程流通截面（按 4 管程）： 2222 400(4)4( （ 1 管程流速： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 22 2234484 0 . 7 8 9 /3 6 0 0 9 1 3 0 . 0 1 3 3 3 6 0 0Gw m （ 1 管程雷诺数： 5 5 4 7 8101 6 80 1 3 1 管 程换热系数： i/1(3605)100/() （ 1 程换热计算 折流板的设计 5：纵向折流板中间分程，横向安置弓形折流板 弓形折流板弓高： s （ 1 折流板间距： s 2 3 （ 1 壳程流通截面： 201 2 8 (21 s （ 1 壳程流速： 0 8 3 6 0 05 8 2 3 1()3 6 0 0(1111 （ 1 壳程量流速 111 / （ 1 壳程当量直径： 20202 （ 1 壳程雷诺数： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 4 3 0 5 1 切去弓形面积所占比例：查图得 f （ 1 壳程传热因子：查图得 961 160 壁温下的粘度： （ 1 粘度修正 系数： ()( W（ 1 壳程换热系数： 231131011 / 3 （ 1 热系数 水侧污垢热阻 6： 51 1 7 0r ： 52 5 2 . 0 1 0r ： r 忽略 总传热热阻： 0012122111 0 . 0 1 9 1 0 . 0 1 90 . 0 0 0 1 7 2 0 . 0 0 0 5 25 8 3 . 5 0 . 0 1 3 2 3 8 5 . 4 0 . 0 1 30 . 0 0 3 2 6 /r rh d h W （ 1 传热系数： 60 0 3 2 1 rk j（ 1 传热系数的比值： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 0/ 6/0 kk j（ 1 合适 管外壁热流密度： 80 1 07 8 6 2 4 4001 118W/ （ 1 管外壁温度： )1(11111 11 7 5 4 1 1 8 ( 0 . 0 0 0 1 7 2 )5 8 3 . 5 = （ 1 误差校核： 11 （ 1 误差不太大，不再重算。 程压降 壁温： )1(11112 15 3 . 5 4 1 8 8 0 . 0 0 1 7 25 8 3 . 5 （ ）= （ 1 壁温下水的粘 度： 管程摩擦系数：查表得 管子沿程压降 7： 1 4 1 3 1 3 P ()()2(22222i（ 1 回弯压降： tr )2( 222 4 6449 1 329 1 37 8 ）（ （ 1 进出口管处质量流速： 22 / 进出口（ 1 2.0i买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 进出管口处压降： N (2222 （ 1 管程结垢校正系数：根据 19 3 得 2 管程压降： 413()( 222 （ 1 程压降 当量直径： （ 1 雷诺数： 3 9 9 6 9 （ 1 壳程摩擦系数：查表得 管束压降： 152599)1()(2101210）（）（ （ 1 管嘴处质量流量： 1 2 2 27 1 5 1 . 5 1 6 0 8 . 8 /NW w k g m s 进 出 口（ 1 进出口管压降： N 21221 （ 1 导流板阻力系数：取 5文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 导流板压降： 60822122 （ 1 壳程结垢修正系数：查表取 d壳程压降： 4 0 1 4 0 4 3 1001 （ 1 强校核 力2 查表得2 2 P a管程工作压壳程工作压力 ，查表得1 1 P a压强校核 8： 22 符合要求 11 符合要求 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 第二章结构设计 热流程设计 采用 2 壳程 4 管程的 2换热器。由于换热器尺寸不大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用。管程分程隔板采用丁字型 结构，其主要优点是布管紧密。壳体分程采用纵向隔板 9。 管程的分程隔板采用丁字型结构如图 2示，其主要优点是布管紧密。 图 2 丁字形隔板 子和传热面积 换热管除要求具有足够的强度外，当采用胀管法固定时，还要求管子有良好的塑性，避免因胀接而产生裂缝。焊接固定时，要求管子可焊性好，一般采用优质碳钢，以保证管子质量，一般对于无腐蚀性或腐蚀性不大的流体可采用 10号钢和 20号钢管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用不锈钢（ 810、钢、铝等无缝管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油腐蚀性不大，故可采用碳钢，现选择 20 号钢的无缝钢管。 根据设计要求采用 319 的无缝钢管 管子总数为 400 根。其传热面积为： 20 t 子排列方式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 管子在管板上的排列方式，应力求均布、紧凑并考虑清扫和整体结构的要求。基本的排列方式有五种： 等边三角 形。其一边与流向垂直，是最常用的形式。与正方形排列相比传热系数高，可节省 15%的管板面积。适用于不生污垢或可用化学清洗污垢以及允许压降较高的工况； 转角三角形。三角形的一边与流向平行，其特点介于等边三角行和正方形两种排列之间，不宜用于卧式冷凝器，因下方管子形成的厚度越来越厚的凝膜会使传热削弱； 正方形排列最不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器； 同心圆排列。用于小壳径换热器时比正三角形排列还紧凑，靠近壳体的地方布管均匀。 对于多管程换热器常采用组合排列法 11，每程均属正三角形排列， 而各层面间呈正方形排列，以便于安排分程隔板。 综合比较以上几种布管方式，可采用组合排列形式，中间正方形，其余三角形。布管位置如图 2。十字形的走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题，共有 406 个管孔，其中 6 个孔为安装拉杆用。 图 2 管子排列 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 体 壳体材料除要满足一定的强度外，由于制造过程中经过卷板、冲压和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量较低的 、 6 等，现 选用6 钢 12。 壳体内径 00壳体壁厚： 2（ 2 t 为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为 220 ，则 必须加开孔补强， 当买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 壳体名义厚度小于或等于 12，接管 0必须加开孔补 强，。因此，对于 管箱接管和 壳体接管都必须进行开孔补强 20。 在补强圈标准中规定了补强圈的尺寸，按标准尺寸 接管补强圈外直径10接管补强圈外直径 00强圈的厚度可通过等面积补强法进行计算。这里不作具体计算，设定补强圈的厚度均为 15 兰 兰密封面的型式 压力容器和管道法兰联接中，常用的密封面型式有以下三种。 密封表面是一个突出的光滑平面（又称突平面）。这种密封面结构简单，加工方便，便 于进行防腐衬里。但螺栓上紧后，垫圈材料容易往两侧伸展，不易压紧，用于所需压紧力不高且介质无毒的场合。 它是由一个凸面和一个凹面所组成，在凹面上放置垫圈，压紧时，由于凹面的外侧有挡台，垫圈不会挤出来。 密封面是由一个榫和一个槽所组成，在垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式金属包垫圈，易获得良好的密封效果。它适用于密封易燃、易爆、有毒介质。密封面的凸面部分容易破坏，运输与装拆时都应注意。 在选取密封面时综合考虑介质因素和装拆的因素，壳体法兰均采用凹凸面型 密封面，管箱接管法兰采用平面型密封面，壳体接管法兰采用凹凸型密封面。 体法兰 壳体接管采用平颈对焊法兰，由于管箱、壳体、浮头箱直径都不一样，因此在选用法兰时，不能只按标准选取。如图 2壳体与浮头箱的对接法兰， 00 00 的法兰是按 兰螺栓孔的位来设计其尺寸的， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 图 2 凹凸面密封法兰 大致尺寸如下 : 00法兰， D=960 157666H=115 h=35=481=16 倒圆角 R=12柱孔径 r=26，配 双头螺柱。 00法兰， D=9601563 H=115 h=35 =461=16，倒圆角 R=12柱孔径 r=26，配 双头螺柱。 其它的法兰装配尺寸见三维实体图。 管法兰 管箱接管采用平颈对焊法兰，如图 2： 图 2 接管法兰 设计尺寸按化工机械标准设计，其尺寸大致如下： 管箱接管： 00 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 N=132K=190D=235H=662S=6兰厚度C=24栓孔直径 L=22 螺栓 8 个 壳体接管： 50 ： N=132K=190D=285H=612S=兰厚度C=22栓孔直径 L=22 螺栓 8 个 另外，对焊时法兰要在颈部开坡口。 座 卧式设备一般采用两个鞍座。这是因为基础水平高度有可能不一致，如果使 用多个支座，将会造成支座反力分布不均匀，从而引起设备的局部应力增大，因此采用两个支座。 采用双支座时，一个鞍座为固定支座，地脚螺栓为圆孔；另一个鞍座为活动支座，地脚螺栓为长圆孔，配合两个螺母，第一个螺母拧紧后，倒退一圈，然后再用第二个螺母锁紧。这样，可以使设备在温度变化是自由伸缩。如图 2： 4型型图 2 鞍式支座 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 其主要尺寸为： h=20040501 =102 =8mm；5020 3=8长 83000 4 =6e=36mm；60 支座的安放位置也有一定的标准，一般支座与壳体端面的距离 AL 为壳体的长度。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 23 第三章安装与拆卸 设计中要考虑到安装问题，各零部件的结构不能影响整个装配体的安装，对于浮头式换热器，设计的初衷是可以拆下管束进行清洗。因此也要考虑到拆卸的问题，其安装步骤可概述如下： 第一步： 焊接部件 将所有的焊接部件进行焊接，包括管箱，壳体，浮头箱，碟形盖，支座等； 第二步：安放折流板 将拉杆的一个螺纹端拧入固定管板的螺纹孔， 6 根拉杆都装好，然后每套入一组定距杆再装一组折流板，依次把折流板装在拉杆上，直到最后两块折流板装上后用螺母套在拉杆的另一个螺纹端拧紧固定； 第三步：安装管子将管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上进行胀接。另一端装上浮动管板并进行胀接； 第四步：安装壳程隔板 先将壳程隔板两侧的偏心杆机构装好，将壳程隔板从管束侧面装入并将一头插入固定管板上安装隔板的槽 21中； 图 3 安装示意图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 第五步：安装壳体 将焊接好的壳体从浮动管板的那一端套入，使之前装好的组件（如图 3）完全装入壳体内，在壳程隔板的伸出端扭动偏心杆的摇柄使隔板两侧的密封填料挤紧，从而达到壳程的分程密封； 第六步：安装管箱 在固定管板端接已焊接好的管箱，将管箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接。在浮头端装上钩圈法兰和碟形盖，（钩圈法兰由两个半圆形构成，使其安装方便）用双头螺柱 22连接； 第七步：安装浮头箱 将浮头箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接； 第八步：安装支座 将支座焊接到壳体上 。如果要拆下管束进行清洗，将第四、五、六步反过来操作即可。折流板是不能拆下的。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 25 参考文献 1 朱聘冠 M清华大学出版社 ,1987. 2 史美中 ,王中铮 M东南大学出版社 ,1996. 3 钱颂文 M化学工业出版社 ,2003. 4 庄俊 ,徐通明 ,石