气液介质专用换热器设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828或 11970985 摘要 气 作用是使节流前的制冷剂液体过冷，使从蒸发器流过来的制冷剂饱和蒸气过热，这样既保证了压缩机工作的安全性，又可以提高整个系统的制冷量。气 盘管式，还有绕管式、套管式等结构。 本文主要是根据给定的参数和工艺要求来设计相应的管壳式换热器。本文首先根据工艺条件来进行计算，选定气 设计选定固定管板式列管换热器，确定换热器参数。然后进行结构上的设计和强度计算，进行四种工况校核，其结果都满足要求。然后进行接管补强，水压试验，结果也都满足要求。最后再根 据标准选取接管、法兰、鞍式支座、垫片等。 首先要根据已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所用的材料，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。根据换热管的根数来确定换热管的排列方式，并根据换热管的排列和长度来确定筒体的直径以及折流板的选择。 进行完了标准件的选取后，再进行各零件间的连接结构的设计，零件材料的选择以及厚度的计算。其中包括了筒 体壁厚 、封头壁厚、管板壁厚 和管箱壁厚的计算 ， 管子的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 。 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。然后是对气 法兰的选择和设计计算与校核，管子拉脱力的计算钩圈及浮头法兰的设计计算与校核。并且还包括了管板的结构设计、滑道结构、防冲挡板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，设计完结构后必须对其进行相应的应力校核。 买文档就送您 01339828或 11970985 本设计通过对壳体内外的研究，对气 根据相关知识，进 行了一系列相应的设计计算，并最终完成了气氨冷却器总体的结构设计，并绘制出了设备总图及零部件图。其中包括气 流板零件图，筒体零件图等。 关键词： 管壳式换热器； 工艺计算； 强度计算 买文档就送您 01339828或 11970985 to to At to on of is is to of to to of of to of to to of of to of to of of of of of of of of of to of 文档就送您 01339828或 11970985 of of of in of of of of of of to to be of a of to a of of so 买文档就送您 01339828或 11970985 目 录 第一章 绪论 . 1 题背景 . 1 展现状及趋势 . 1 在的问题 . 1 题的研究目的和意义 . 2 第二章 换热器的工艺计算 . 3 计任务和操作条件 . 3 定设计方案 . 3 流体温度变化情况 . 3 程安排 . 3 定物性数据 . 3 均传热温差 . 4 算 换热面积 . 4 算换热器 . 4 算总传热系数 . 4 算压强降 . 5 买文档就送您 01339828或 11970985 艺结构尺寸 . 6 径与管内流速的选择 . 6 程传热管数的确定 . 6 长度的确定 . 6 均传热温度校正及壳程数 . 7 体内径的确定 . 7 流板 . 7 他附件 . 7 管 . 8 章小结 . 9 第三章 管壳式换热器的强度计算 . 10 体计算 . 10 体计算 . 10 端管箱筒体计算 . 11 箱封头的设计 . 11 计计算 . 12 程外压作用下的计算 . 13 内压设计 . 13 外压设计 . 13 买文档就送您 01339828或 11970985 板的设计计算 . 13 计压力及设计温度的选取 . 13 构系数的确定 . 14 板厚 度 . 14 热管轴向应力校核 . 15 管与管板连接的拉脱力校核 . 15 管及开孔补强计算 . 16 壳接管开孔补强计算 . 16 箱接管开孔补强计算 . 17 圈 . 17 程隔板 . 18 他结构的选择 . 18 座选择 . 18 兰选择 . 18 冲与导流 . 20 第四章 制造、检验、安装与维修 . 21 述 . 21 料验收 . 21 体的制造 . 21 买文档就送您 01339828或 11970985 头的制造 . 22 板的制造 . 23 束的制造 . 24 管的制造 . 24 配 . 25 体、法兰的组装与焊接 . 25 箱的组装、焊接与加工 . 25 束的组装 . 25 束、壳体及内件装配 . 25 漆、包装 . 26 热器在使用中常见故障 及处理 . 26 因 . 26 象 . 26 理 . 27 结论 . 28 参考文献 . 29 致谢 . 30 买文档就送您 01339828或 11970985 1 第一章 绪论 题背景 在石油、化工、冶金、电力、轻工、能源等 部门所使用的换热设备中 ， 管壳式换热器处于主导地位 1。它适用于冷却、冷凝、加热 、废热回收及蒸发方面，是理论研究水平最高、设计技术最完善、规范化、标准化、历史久远及计算机软件开发最早的换热设备。它的工艺设计一般是指压降（或流动）设计和传热设计，传热尤为复杂。随着近年来节能技术的发展 ,换热器的应用领域在不断的扩大 ，并给经济上 带来了显著的效益，给管壳式换热器增添了新的生命力。因此对其进行研究就有很大的意义。这种换热器拥有结构坚固，选材广范、处理能力大 ， 适应性强 ， 易于制造 ， 生产成本较低，清洗较方便等特点，并且在 高温高压下也能适用。为了提高和强化管壳式换热器的传热效率，近年来各国开展了许多项研究工作，不仅对管壳式换热器的设计方法进行了改进， 还 对该换热器的传热管件及结构做出了相应改动，从而实现强化传热。新近由瑞士 司技术，后经 进的高效传热元件 于冷凝传热。管壳式换热器是换热器的基本类型之一， 19世纪 80年代开始就已应用在工业上 2。 展现状及趋势 随着社会经济的发展，为了适应节 约资源和能源的时代要求，对换热器的要求也越来越高 3。综合考虑各方面因素，要制造出低成本，高能效的换热器，在推动生产发展因素的同时，也会获得较高的经济效益。故其的提升空间很大，有待改进的方面还很多。 在的问题 我国的换热器技术通过了几十年的发展，已经跻身于世界的先进行列，但在某些方面仍存在着一些不足之处，具体表现为 ： 科研 、 产业之间还不能够紧密的结合在一起，不能及时地实现科研成果的产业化；基础研究相对来说较为薄弱，管束腐蚀和磨买文档就送您 01339828或 11970985 2 蚀失效，管子与管板的连接失效，管束振动失效，管束泄漏，介质腐蚀，物性 参数计算问题，传热性能问题，计算方法等等 ， 较国外相差甚远。与国外公司相比，在经营管理方面上还有待完善。 题的研究目的和意义 近年来全世界的能源危机，促进了传热强化技术方面的发展。为了节能降耗，提高工业的生产效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备。这是因为，随着近年来能源短缺的问题越来越重，可利用热源的温度也越来越低了，换热所允许的温差将变得越来越小，故对换热技术的发展和换热性能的要求也就愈来愈高 4。所以，这些年来，换热器的开发与研究逐渐成为人们所关注的话题。 在技术进步与经济 效益的双重催动下，国外推出了许多种新型换热器，例如， 热器、 本的 5。这些国外针对新型换热器的研究中，有的着重于强化管内的传热，有的改进了管箱的设计，有的着眼于壳程的强化传热，有的着重于防腐防垢等方面。买文档就送您 01339828或 11970985 3 第二章 换热器的工艺计算 计任务和操作条件 两流体的温度变化情况：热流体软水进口温度 25 ，出口温度 ，工 作压力为 量为， 65909Kg/h；冷流体气氨进口温度 ，出口温度 5 ，工作压力为 量为 53000Kg/h。 定设计方案 流体温度变化情况 热流体的进口温度为 25 ，出口温度为 ；冷流体的进口温度为 ，出口温度为 5 。 程安排 根据本次设计安排，使热流体软水走管程，使冷流体气氨走壳程。 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，故管程软水的定性温度为： （ 2 壳程气氨的定性温度为： 。 表 2壳程和管程流体的有关物性数据 密度 比热容 KJ/粘度 导热系数 W/m 软水 994 氨 算传热面积 买文档就送您 01339828或 11970985 4 负荷 （ 2 水用量 m=s 均传热温差 按单壳程，多管程进行计算，逆流时平均温差为： 算换热面积 由化工原理附录，低温流体为气氨，高温流体为软水， K 的经验值为260 ) 6。 初选 K=400W/( )； （ 2考虑 面积裕度： 算换热器 算总传热系数 管程对流传热系数： 当量直径 （ 2 流通截面积 （ 2 流速 （ 2 雷诺数 （ 2 普朗特数 （ 2 壳程对流传热系数： 壳程流通截面积 流速 买文档就送您 01339828或 11970985 5 当量直径 雷诺数 普朗特数 取 污垢热阻： 取管内污垢热阻 取壳内污垢热阻 管壁热阻碳钢在该条件下的导热系为 （ 2 总传热系数： 管壁热阻可忽略时，总传热系数为： 传热面积裕度： 传热面积 （ 2 实际传热面积 该换热器的面积裕度为 该换热器能够完成生产任务。 算压强降 管程压降： 管程阻力结构校正系数 管程数 ，壳程数 单程至管阻力 有 热管相对粗糙度为 莫狄图得，流速为 s。 （ 2 管程流体阻力在允许的范 围内。 买文档就送您 01339828或 11970985 6 壳程压降： 流体流经管束的压降： 管子形式对阻力损失的影响 F= （ 2 流体流经过折流板的压降： 总压降： 计算表明，管程壳程压强降都满足要求。 艺结构尺寸 径与管内流速的选择 选取传热管尺寸 192料为 10 号钢管，管内物料为水，选择管内流速为1=s 。 程传热管数的确定 可依据传热管内径和流速确 定单程传热管数 ： （ 2 长度的确定 按单程计算 （ 2 按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。 根据实际情况，采用标准设计，取传热管长 l=5500该换热器的管程数为： 买文档就送您 01339828或 11970985 7 换热管总数： 均传热温度校正及壳程数 平均传热温度校正系数： 正方形排列不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器；采用正方形 7。 管心距： 其换热管分程隔板槽两侧相邻的管心距 横过管束中心线的管数： 体内径的确定 采用多管程结构，壳程体内径可按式估算，取管板利用率 =壳体内径： 圆整取标准系列，取 流板 采用弓形折流板，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 折流板间距 B： 流板折数 折流板圆缺面水平装配 。 他附件 由上可知， 00杆直径为 12量为 6根。 买文档就送您 01339828或 11970985 8 管 壳程流体进出口接管，取接管内 流速为 34m/s，则接管内径为 （ 2 选用无缝钢管，尺寸为 2636 管程流体进出口接管，取接管内流速为 1m/s，则接管内径为： 选用无缝钢管，尺寸为 1659 综上所得，汇总数据如表 2 表 2数据汇总 管程 壳程 流量 kg/h 65909 53000 温度 25/10/5 压力 型温度 密度 热容 kJ/度 Pa/s 导热系数 W/mk 普兰特数 94 61 型式 管壳式 台数 1 壳体内径 00 壳程数 1 管径 192 管心距 25管数目（根） 224 管长 500 折流板数 30 传热面积 64 折流板距 175管程数 2 材质碳钢 主要计算结果 管程 壳程 流速 m/s 热膜系数 w/ 0 污垢热阻 /W 力损失 22 买文档就送您 01339828或 11970985 9 章小结 本章主要阐述了管壳式换热器的工艺计算，根据操作条件和设计任务来确定换热器的类型，并查找物性数据 8。进行传热计算，并确定工艺结构的尺寸，管子的规格，数目的计算，是否分程等。其他零部件的初步选定。壳体的公称直径，接管的计算及确定。管、壳程流体的阻力计算，以及总传热系数校核。 买文档就送您 01339828或 11970985 10 第三章 管壳式换热器的强度计算 表 3管、壳程计算相关部分数据 管程 壳程 操作压力 计压力 作温度 25/10/5 设计温度 40 10 介质 软水 气氨 腐蚀裕量 2 程数 4 1 焊接接头系数 体计算 体计算 根据工艺条件壳程的设计压力为 缝采用单面焊对接接头局部无损探伤，焊接接头系数 料选 100 下材料的许用应力 =18916)。 按 钢材厚度负偏差， =蚀裕量， , 圆筒计算壁厚为： （ 3 设计厚度 名义厚度 有效厚度 液压试验： 对于内压容器，耐压试验的的目的是：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。 水压试验压力： 式中： 耐压试验压力 , 买文档就送您 01339828或 11970985 11 P 压力容器的设计压力 , 耐压试验压力系数； 对于钢和有色金属，液压试验时 = 压力试验允许通过的应力水平。 试验压力下圆筒的应力： （ 3 由于，所以满足条件。 端管箱筒体计算 （ 1）管程的设计压力 P=接接头系数 =0 ；腐蚀裕量=2此筒体的材料选择 189板负偏差 =蚀余量 2 （ 2） 液压实验 对于内压容器，耐压试验的的目的是：在超设计压力下，考核缺陷是否会发生快速扩展造成破坏或开裂造成泄漏，检验密封结构的密封性能。 实验压力值： （ 3 实验压力下圆筒的应力： （ 3 校核 ，所以合格。 箱封头的设计 根据工艺条件的要求、制作的难易程度和材料的消耗等情况来判断 ， 采用标准椭圆封头最为合理 9。 根据 4737管箱封头为 ，曲面高度。直边高度，材料选用 最大允许工作压力： （ 3 买文档就送您 01339828或 11970985 12 应力校核： （ 3 为保证耐压 实验时管器材料处于弹性状态，在耐压试验前必须按下式校核试验时封头的薄膜应力： （ 3 液压试验时，应满足满足要求。 计计算 根据换热器筒体内径 ，查 壳式换热器可得封头球面内半径 =4000。 表 3布管限定圆参数表 换热器形式 固定管板式 /浮头形式 布管限定圆直径 2(+b) 选择所用参数并绘制表格 3 表 3布管限定圆参数表 序号 项目 单位 数值 项目 单位 数值 1 b 布管限定圆直径 71 2 垫片压紧力作用中心圆直径 3 4 封头球面内半径 00 4 栓中心圆直径 布管限定圆直径： 法兰和钩圈的内直径： 法兰和钩圈的外直径： 外头盖内直径 D： 管板外径： 螺栓中心圆直径： 买文档就送您 01339828或 11970985 13 程外压作用下的计算 分别按设计压力计算，然后取最大值。 计算压力 =400头的材料仍选择 封头材料的许用应 力 =189 焊接接头系数， 取腐蚀裕量，厚度负偏差 = 内压设计 （ 3 （ 3 （ 3 （ 3 外压设计 假设厚度，取内压计算值 8 A= 查图 B=170 。 此时许用外压力： 满足壳程内外压的要求。 板的设计计算 计压力及设计温度的选取 (A)设计压力： (B)设计温度： 买文档就送您 01339828或 11970985 14 取较高侧的设计温度， T=40。 构系数的确定 （ 1） 垫片压紧力作为中心圆的直径， 547 按 取，管板外圆直径为 563 因。 故。 （ 2） 在布管区内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积，。对于 三角 形排列 11。 取 n=29， 。 （ 3 （ 3） 管板布管区当量直径； 换热管正方形排列的浮头式换热器； 管板布管区的面积为： 。 （ 3 。 （ 3 。 （ 3 （ 4） 面积 管板布管区内开孔后的面积为： 一根换热管管壁金属横截面积从 查得 a=24根换热管管壁金属横截面积 （ 5） 系数 板厚度 用可拆式管板夹持型式，厚度初选为 35法兰连接采用凹凸面密封。 分程隔板槽宽 14 4 采用普通精度的冷拔钢管即 级换热管，其标准长度为 3m，且由于买文档就送您 01339828或 11970985 15 必进行强度计算。换热管选用不锈钢波节换热管， 换热管尺寸：波谷 19峰 25厚 列形式采用正三角形。换热管中心距S=25 为了便于制造加工，管子和管板密封性和抗拉托强度，管子和管板连接采用强度焊。换热管最小伸出管板长度 2 热管轴向应力校核 （ 1） 只有管程设计压力壳程为 0， （ 3 （ 3 按 4得 12核通过 。 （ 2） 只有壳程设计压力管程为 0， 按 4得 故校核通过。 管与管板连接的拉脱力校核 利用换热管与管板强度焊接结构尺寸： （ 3 l= =核通过。 买文档就送您 01339828或 11970985 16 管及开孔补强计算 壳接管开孔补强计算 （ 1） 设计条件 计算压力： 计算温度： 40 ； 接管实际外伸长度： 200 接管实际内伸长度： 0 接管焊接接头系数： 接管腐蚀裕量： 2 接管厚度负偏差： 10 接管材料许用应力： 189 （ 2） 开孔补强计算 壳体计算厚度为 8 接管计算厚度 （ 3 接管直径。 （ 3） 削弱金属面积 A （ 4） 壳体多余金属面积 接管计算壁厚： 外侧有效 厚度： （ 3 接管多余的截面积： 故不需补强。 买文档就送您 01339828或 11970985 17 箱接管开孔补强计算 （ 1） 设计条件 计算压力： 计算温度： 100 ； 接管实际外伸长度： 200 接管实际内伸长度： 0 接管焊接接头系数： 接管腐蚀裕量： 2 接管厚度负偏差： =0 接管材料许用应力： 189 （ 2） 开孔补强计算 壳体计算厚度为 8 ； （ 3 接管直径 （ 3） 削弱金属面积 A （ 4） 壳体多余金属面积 接管计算壁厚： 故不需补强 。 圈 查 型钩圈，。 为钩圈设计厚度， 浮动管板厚度， 则。 买文档就送您 01339828或 11970985 18 程隔板 由于是多管程换热器，故此处需要用到分程隔板 12。查 知：分程隔板槽槽深 4为 5宽为 12分程隔板的最小厚度为 12 他结构的选择 座选择 由管壳式换热器系列估算换热器质 量 m= 由于该换热器卧式摆放，采用鞍式支座，按 4712准，选用轻型 000。材料为 ，筋板和底板的材料 。螺栓为 板材料为 0座标记： 4712座 兰选择 壳体的接管法兰的选择： 压力容器法兰是压力容器的常用部件之一，是连接压力容器部件的基本元件。法兰是个组合零件，包括法兰垫片和连接螺栓或螺柱以及螺母。其作用是使不同的受压元件组合在一起 ，同时保证连接部位不产生泄露 13。 本次设计的换热器公称直径为 500计压力为 考设计标准应当选择对焊法兰。 壳体法兰： 我国压力容器行业，压力容器法兰分类主要按结构形式来进行划分。本设计将采用对焊法兰方式。 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。 管箱接管法兰选择： 管程接管法兰根据 009标准中选用 )10 法兰材料选用 接管材料相同 )。 壳程接管法兰根据 009标准中选用 )10兰材料选用 接管材料相同 )。 买文档就送您 01339828或 11970985 19 拉杆的选取： 由于换热管内径为 19以拉杆采用拉杆定距管的形式，查 3及表44可得 50082下管板各 4根，数量为 8。其结构如下图 3杆孔如图 3 图 3换热器拉杆 图 3拉杆孔示意图 经查 杆尺寸如下表 3 表 3拉杆尺寸 基本尺寸 拉杆直径 d/mm b/2 15 50 2 拉杆的布置： 拉杆应尽量均匀的布置在管束的外边缘。对于大直径的换热器来说，在布管区内或者靠近折流板的缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板都不得少于 3个支撑点。 买文档就送您 01339828或 11970985 20 冲与导流 管程设置防冲板的条件： 当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过 3m/设置防冲板，以减少流体不均匀分布和对换热管端的冲蚀。因为本设计管内水流速为 s，所以不需要再设计防冲挡板。买文档就送您 01339828或 11970985 21 第四章 制造、检验、安装与维修 述 设计确定后，制造质量是换热器的最终建造质量的重 要部分。因此，换热器的制造单位必须要按照压力容器安全技术监察规程（ 1999版）的规定来具备完善的质量保证体系，并应持有国家主管部门所颁发的批准书及许可证。在全国制造过程中必须要接受安全监察机构（或其授权的检验机构）的全面监督。如果在建造主要的制造监理时（监理内容应在合同中商定）制造单位还应需配合业主做好监理。 制造完成后，制造单位必须要向业主提供完整的制造出厂资料，资料应完全符合国家的标准规定，并应附有安全监察机构的监督检验报告。还必须向业主无条件的提供监督检验机构打好钢印的产品铭牌。 料验收 在选择材料时 ， 使用条件，焊接性能，制造工艺以及经济合理性等方面，应该符合相应的标准。制造单位在从材料生产单位获得材料时，应先取得材料质量的证明书，其内容必须齐全、清晰、完整并拥有材料生产单位的质量检验公章。在材料的明显的部位应该标有牢固、清晰的标识，必须要拥有包括材料生产单位名称 、 材料制造标准代号及检验印鉴标志等标志。在从非材料的生产单位获得材料时，应同时取得材料的质量证明书原件或加盖供材单位的检验公章及合经办人章的有效复印件 14。如果采用的是国外材料，必须选用国外的压力容器所规范并允许使用且国外已经 有使用实例的材料，其使用的范围必须要符合材料的生产国相应的规范合标准的规定，在技术要求上不应低于国内的相应技术指标，并必须要有该材料所应有的质量证明书。 体的制造 筒体的制造方式有两种：一种是用锻件筒节来加工而成，另一种则是用钢板卷制而成。通常采用的是钢板卷制的筒体。 买文档就送您 01339828或 11970985 22 钢板卷制的筒体所成形得前板厚应在设计图纸上最小壁厚的基础上增加工艺减薄量。工艺减薄量包括多次热处理时的烧损量、热成形时的减薄量、保证筒体圆度的内壁的加工量及必要的工艺打磨量等等。 筒节上主焊缝的焊