煤油冷却器的设计【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 冷凝器是使用范围很广的一种化工设备，属于换热器的一种。本设计任务主要是根据已知条件选择采用固定管板式换热器的设计 ,固定管板式换热器的优点是锻造用量少，成本低 ;传热面积比浮头热交换器小 20至 30小，旁通流大。 本台换热器主要完成的是煤油 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，然后根据物料性质和传热面积来确定换热管的材料，尺寸， 本次设计的主要设计参数为：管程介质为水，温度由 30 加热到 42 ，流量为 500 ，壳程介质为煤油，入口温度 1380C，出口温度40 、压力为 流量为 500 。 ，传热面积为 ，采用25500的无缝钢管换热，则可计算出 58根换热管， D=325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，钩圈及法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算。还包括管板的结构设计、防冲挡板、支座设计。结构设计中的标准件可以参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。 管板与换热管的连接方式为焊接，因管板上的应力较多，且内外温度有一定的差值，因此，对管板强度的校核是一个重点，也是一个难点。 关键词： 冷凝器 ； 强度设计； 结构设计 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 is a of is to a of is to to of of is of 0% 0% a is is of to to of to of to of of is 0 2 , 38 , 0 , A , 25 4500, 8, D = 325mm is on of of to to of to of of by of in a of in be to be 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of on is a a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 第一章绪论 . 1 热器的重要性及意义 . 1 热器的研究现状及其发展趋势 . 1 内的研究现状 . 1 外的研究现状 . 2 热器的发展趋势 . 3 热器强化传热技术的发展 . 3 . 3 料的研究 . 3 蚀的研究 . 3 热器的种类 . 4 . 5 第二章传统工艺计算 . 6 计任务与条件 . 6 热器类型的确定 . 7 算换热器的热负荷 Q . 7 却水用量 . 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 均温差的计算 . 8 算传热面积 . 8 子选择和管数的确定 . 9 均传热温差校正及壳程数 . 10 子排列方式和管间距的确定 . 10 子排列方式 . 10 热管中心距的确定 . 11 程内径的确定 . 12 流板的选择及间距确定 . 12 定总传热系数 K . 12 . 13 程侧换热系数的确定 . 13 算传热面积 . 14 体压降的计算 . 15 程压降的计算 . 15 程压降的计 算 . 16 温核算 . 16 第三章结构设计及强度校核 . 18 热器的整体结构 . 18 体的结构设计及校核 . 18 3 筒体内径的确定 . 19 体厚度的确定 . 19 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 体水压试验 . 19 头形式的选择 . 20 头厚度的确定 . 20 头的水压试验 . 21 箱的设计及校核 . 21 箱简介 . 21 节的设计及校核 . 22 箱水压试验 . 22 箱法兰的选择 . 23 管孔接管及其法兰的选择 . 24 . 26 接设计 . 27 接简介 . 27 板与壳体和管箱的连接结构 . 27 板与壳体和管箱的连接结构图 . 27 板与换热管的连接的结构确定 . 28 热器的热补偿 . 29 程和壳程的压应力 . 29 体和管子截面积 . 30 程和课程的压应力 . 30 程和壳程的温差应力及补偿措施 . 31 脱应力 . 33 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 断是否需要热补偿 . 33 管的设计 . 35 管材料的选择 . 35 程接管直径 . 35 程接管厚度 . 35 程接管直径 . 35 程接管厚度 . 36 孔的判定 . 36 第四章附件的选择 . 38 . 38 热器总质量的计算 . 38 座的尺寸及结构选择 . 40 程隔板选择 . 41 流板 . 42 杆 . 42 杆的选择 . 42 杆的形式 . 43 距管 . 43 兰螺栓规格 . 43 计结果表汇 . 44 参考文献 . 45 致谢 . 46 买文档就送您 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 1 第一章 绪论 热器的重要性及意义 换热器的发展历史，已在许多领域被广泛应用于国民经济的近一个世纪。 80 年代以来，由于不断改进制造技术，先进的材料科学技术和传热学理论的研究，设计和能源相关的热交换器关注日益引 起人们的应用。特别是在最近几年，能源和材料成本的上升大大促进了节能热交换器的研究中，作为一种节能设备，换热器，不仅以确保过程不可缺少的设备的正常运行，并且金属消费，电力消费和投资，其份额已对整个项目的一大部分。据统计，在设备投资的所有投资的 40左右热交换器。因此，能源，材料和观点省钱角度，如何选择高效换热器是不可避免的面临的每一个工程设计的问题。目前，节能减排已成为中国 “十二五 ”的重要战略举措。期间，高效节能换热器研究已成为地下换热器研究领域的一个热点。 热器的研究现状及其发展趋势 1 内的研究现状 我国的换热器产品在一些重要领域取得了突破性进展，但基础研究换热器技术仍然薄弱。与国外先进水平相比，中国的换热器行业最大的研究，技术差距上热交换产品基本原理的研究，特别是缺乏物理数据介质，缺乏流场，温度场，流动情况等研究工作。 在换热器制造，中国仍然是模仿，虽然制造小的差距的整体水平，但在加工和模具压板的水平仍有一定差距，与发达国家。 在标准的换热器的设计和技术的设计标准相对滞后。目前，最大的产品直径的标准管壳式换热器被限制在 ，并与大型石化领域的要求，目前的管 壳式换热器的直径为 或 5 米，超出标准范围热交换器设计的，因此，按照美国公司的热交换器的设计必须 准。 买文档就送您 纸全 套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 外的研究现状 研制新的强化传热管： 加入扰动的管推进，为了提高与添加的捻，螺旋片，螺旋，涡流发生器的入口传热管翅片管，静态混合器等的传热效果。 扩大热传递表面。嵌入的表面传热片，以增加额外的热传递表面，并且改善的流体湍流。嵌入式翅片，不仅翅片管外，而且还翅片管内。鳍本身有各种各样的类型，日立电线株式会社最近呈现锯齿状翼片的外表面，它在滴冷 凝侧相信，较光滑管下部或翅片这些尖头管更有效，残留在管内的膜保持薄和热阻非常低，所以传热效率高。 促进原有传热表面的性能。使用永久的表面处理方法，以提高原始性能的传热面。如蒸汽冷凝，利用永久覆盖层的热传递表面，沸腾的条件下，用于冷凝和沸腾的条件适用使用多孔覆盖层的，使用有纹理的或成形表面。 增强热传递的激励。使用一个静电场，得到振动法或流体的传热面，以增强热传递。根据研究的结果 ，并在广泛的实验，与该脉动的传热系数的增加，最大增强在过渡流区域中观察到。 壳程 传热及流动的研究：矛盾壳管式换热器，很长一段时间，有一个壳传热效率和压降和流动引起的振动所造成的壳热交换器管振动的问题。美国飞利浦公司开发出了折流杆换热器专利技术，三井造船在 1978 年引进的链接，而不是挡板的新技术。 新型材料换热器的研究：近年来，为了应对高腐蚀性媒体，研究和开发新材料迅速促进热量的应用，尤其是氟塑料热交换器和帝国系统和其它更突出。 当一家英国公司最近做了一个玻璃换热器，有 158 管， 5000 气体处理能力过 20 万计 “/500 最高工作温度。 电子计算机在换热登中的应用：目前使 用的计算机进行换热器的设计，受到了广泛的重视和发展。在这方面，美国的迅速发展，他们已经开发了多种计算机程序设计，所有的组件可以按照美国使用和英国的规范进行设计的管壳式换热器，并进行优化设计，寻求最轻和最低 件。 买文档就送您 纸全 套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 热器的发展趋势 2 热器强化传热技术的发展 可以很好的改善强化传热技术的传热性能是一种节能技术。由于不同情况下的传热流体因素，外壳的探索强化传热必须与加强的优化组合通管，这就是后来的强化传热技术的发展趋势。 在工业生产中的地位和不同的换热器的作用，换热器型多样 ，不是同一类型的换热器也是不同的优点和缺点，它的性能也有很大不同。管式换热器有很长的历史，并在同行业是最典型的管壳式换热器，迄今仍然是所有的热交换器的占主导地位。 型化及能耗研究 与大型设备和大，超过 5m 的直径大得多的热交换器，每单位面积的传热面积将达到 1000 平方米，紧凑式换热器将越来越普及。 随着水资源的全球性短缺，新媒体将取代循环冷却水，循环水将被新的，高效的冷空气所取代。在保温技术的发展，热损失将降低到目前的 50或以下。 料的研究 强度高，制造工艺简单，良好的防 腐蚀性，重量轻，将材料的未来发展方向，具有使用多种稀有金属贵金属价格下跌，钛，锆等量将逐步扩大，铬钼钢将实现发展无需预热和后加热的方向。 蚀的研究 在节能，能效要求的发展形式，污物将是国家科研的重视和投入，通过污染的增长速度的研究，影响因素的形成机理，研究人员能够通过预测污垢曲线，它的热量控制结构转换效率提高一定的突破。保证装置能耗低，经常跑循环，超声波洗牙技术将得到大力发展。腐蚀技术将会有所突破，低成本的防腐涂层的金属防腐蚀涂料技术的金属防腐蚀涂料技术将得到发展，电化学腐蚀技术将成为 主导。 买文档就送您 纸全 套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 按热传递原理或传热方式进行分类：直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器、中间载热体式换热器如表 1示 3。 表 1传热器的结构分类 类型 特点 间 壁 式 管 壳 式 列 管 式 固定管式 刚性结构 适用管壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高场合，壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洁 带膨胀节 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 浮头式 高温、高压的场合对于管的内外壳都能够承受 U 型管式 管内 清洗和检修麻烦 填料函式 外填料函 填充容易漏水，下面适用于 4不适挥发，易爆，有毒介质 内填料函 因为密封性能差，所以用在压力差小的场地 釜式 它可以处理脏，易结垢的媒体，能承受高温，高压（没 有温度应力） 双套管式 一般用于高温，高压，小流量流体和所需传热面积不大 的场合 套管式 适应广，传热面弹性大，两侧流体均可提高流速，两侧 传热系数高 螺旋管式 沉浸式 结构简单，成本低，操作灵敏度，管道可承受较高的压力流体介质 喷淋式 管的流体的传热 系数大，便于维修和清洁 板面式 板式 传热效率高，结构紧凑，灵活，易于清洁和维护，能精 确控制热交换器的温度 螺旋板式 换热面积，传热效率高，易于制造，材料利用率高本身 冲刷易结垢，温差小 伞板式 低成本的，稳定的结构，便于在板之间密封，易 于耐洗 板壳式 压降小，结构紧凑，传热单位体积内包含了管道的 70壳式换热器焊接增加技术要求高的区域 混合式 应用于换热流体之间的直接接触 蓄热式 换热的过程分阶段交替进行，应用在从高温炉气中回收 热能的场合 买文档就送您 纸全 套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 第二章 传统工艺计算 计任务与条件 介质原始数据如表 2示。 表 2参数 流量 （ Kg/h ） 温度 （ ） 压力 ( 进口 出口 水（管程） 煤油（壳程） 30 42 3500 138 40 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 热器类型的确定 煤油的定性的温度 892 4013 8 冷却水的定性温度 362 4230 两流体的定性温度差为 533689 mM 确定物性参数 查化学化工物性参数手册得平均温度下水的物性参数如下： 表 2水的物性参数 温度 （ ） 密度 （ )/( 3 比热容 （ kJ/ ) 粘度 /（ Pas) 36 查煤油平均温度下的物性参数如下 : 表 2煤油的物性参数 温度 (0C) 3/ 比热容 （ kJ/ ) 粘度 /（ s） /导热系数（ W/m ） 89 算换热器的热负荷 Q 确定煤油的热流量 4 h /7 9 9 1 9 0401 3 8( 0 0)(C 21 ） =222000 （ w/ . ) （ 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 却水用量 根据热量平衡，可得到冷却水吸收热流量 Q 与 c 式中： Q 根据本流程的实际情况，因此忽略换热量的流量损失，取 0Q 。则 2 2 2k J /7 9 9 1 9 0 则根据 )(12 （ 2 k g / 5 9 5 6)3042(1 7 9 9 1 9 0)(12 ）（ 均温差的计算 逆流时的对数平均温差 138 40 水： 42 30 22121 096l n (1096（ 2 式中： 96211 10122 算传热面积 根据低温流体为冷却水，高温流体为煤油，所以总传热系数 K 的范围为（ 250 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 假设 K 的取值 300w/( . )计算传热面积： 02 2 2 0 0 0 （ 2 考虑到 15的面积裕度，则 F 子选择和管数的确定 已知两流体两流体煤油和水允许压强降不大于 们初步选用25无缝钢管。 表 2管子内内的流速范围 流体种类 流速 /（ m/s） 管程 壳程 冷却水 1般液体 (黏度不高 ) 黏油 黏油 子内径： 管内流速取： i ,则管数为： （根） 9根 则按单程换热器所需的管长为 （ 2 因为按单程计算得到的管子长度太长，故选择单管程换热器不正确，所以选用多管程的换热器。取管长为标准管长 L=管程数 （管程） 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 取整为 2总管子数 根）(58292 （ 2 均传热温差校正及壳程数 按照平均传热温差校正系数公式有： TT 01 3 81221 21,煤油的进出口温度， ； 21 自来水的进出口温度， ； 由化工原理王国胜主编查图 4， 采用单壳程。 逆mm （ 2 因此，校正后的平均传热温差为 ，壳程 数为单程，管程数为 2。 子排列方式和管间距的确定 子排列方式 管子排列应根据清洗和整体结构的确定。同时，在壳体内尽可能多的装入管子，换热管在管板上的排列方式常用的有正三角形、转角正三角形、正四边形、转角正四边形以及同心圆排列以下五种基本形式。如图 2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 图 子排列方式 因为在同一个管板区域可以被布置在相对大量管，所以等边三角形布置的最常见的形式，但难以清洁的管的外侧，该管被设计成冷凝水，堵塞，无需清洗。与方形，较高的传热系数相比较，可以节省管板面积的 约 15，并且容易划刻和钻井管板。因此，这样的设计使用了一个等边三角形布置。 热管中心距的确定 一般换热管的中心距大于等于 的管外径最为合适，常用的换热管中心距，如表 2 2换热管中心距 换热管外径 10 12 141618 2022253032353845 50 5557 换热管中心距 s 13 14 16 19 22 25 26 28 32 38 40 44 48 57 64 70 72 分隔板板槽两侧相邻管中心距 8 30 32 35 38 40 42 44 50 52 56 60 68 76 78 80 则管心距32正三角形排列，横过管束中心点的管数 根，取 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 程内径的确定 则壳体内径 : 3 2 44)1( 0i c (2整为 :流板的选择及间距确定 折流板选择弓形折流板 : 弓形折流板的弓高 : h=流 板间距 : i 取折流板数量 : 定总传热系数 K 总传热系数的值见表 2择时，一般除要考虑流体的物性和操作条件外，在就要考虑换热器的类型。 表 2总传热系数的选择 管程 壳程 总传热系数 /W/（ ） 水（流速为 水 冷水 冷水 冷水 盐水 有机溶剂 轻有机物 s 中有机物 = 1 s 重有机物 1s 水（流速为 1m/s） 水 水溶液 2s 水溶液 2s 有