换热器毕业设计说明书

内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 1 页 共 68 页引 言本设计为溶剂冷却器设计。冷却器就是换热器，用以冷却流体。通常用水或空气为冷却剂以除去热量，是一种换热设备。换热设备是广泛用于化工、石油化工、动力、医药、冶金制冷、轻工等行业的一种通用设备，对国民经济有着十分重要的影响。出于不同的使用目的和工艺要求，换热器的型式很多，而且仍在不断的发展。当前，为了适应我国经济发展的需要，无论从有关工业本身的发展或从能源的开发、利用和节约来看，对换热器都提出了更高的要求。换热设备的种类繁多，可分为管式、板式和其他形式。在本设计中，溶剂冷却器是一台固定管板式换热器。换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同。其中常用结构为管壳式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强，在各工业部门应用最为广泛。而固定管板式换热器集中了管壳式换热器的优点，应用相当广泛。固定管板式换热器主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和后端结构等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。管箱和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连，检修或清洗时便于拆卸。换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题。准确的热力设计和计算，还要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。本设计主要是进行结构设计，其中结构设计主要包括两部分，即工艺尺寸的设计与各零部件结构的设计与计算。针对固定管板式换热器适应热膨胀能力差的缺点，设计中特别从三方面进行了膨胀节设置的判定。在本设计中，主要是对筒体、封头、管箱短节及各零部件进行结构的强度设计和刚度设计，通过进行校核来完成。由于第一次进行设计，在设计中存在一定的不足，请老师批评指正。内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 2 页 共 68 页图表清单项目 图表号 页数图清单图 2-1 标准椭圆形封头图 2-2 常用拉杆的两种形式图 2-3 拉杆结构图 2-4 螺纹连接的拉杆孔图 3-1 凹凸密封面的长颈对焊法兰图 3-2 非金属软垫片图 3-3 压力容器用 A 型等长双头螺柱图 3-4 六角螺母图 3-5 管板与壳体连接形式图 3-6 水平布置的单弓形折流板图 3-7 防冲板结构图 4-1 整体带颈对焊（WN）法兰图 4-2 耐油石棉橡胶板尺寸标注图 4-3 手孔及手孔盖示意图图 4-4 凹凸面密封面结构示意图图 6-1 鞍式支座示意图第 12 页第 15 页第 16 页第 17 页第 22 页第 24 页第 25 页第 26 页第 26 页第 31 页第 32 页第 54 页第 55 页第 55 页第 56 页第 72 页表清单表 1-1表 1-2表 2-1表 2-2表 2-3表 2-4表 2-5表 3-1第 5 页第 5 页第 9 页第 13 页第 15 页第 15 页第 16 页第 23 页内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 3 页 共 68 页表 4-1表 4-1 （续）表 4-2表 4-3表 4-4表 4-4（续）表 4-5表 5-1表 6-1表 6-1（续）第 53 页第 54 页第 54 页第 55 页第 56 页第 56 页第 56 页第 59 页第 72 页第 72 页内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 4 页 共 68 页第一章 换热管的选取1.1 符号说明最外层换热管外壁到筒体内壁的距离，mm。一般取（11.5） 。b od换热管外径，mm od换热器筒体内径，mmiD换热器换热面积，F2m换热管长度， mml总换热管数目n中心排管数c换热管中心距，mmS分程隔板两侧相邻换热管的中心距，mmn换热管厚度，mmt设计温度下换热管材料的许用应力，t aMP常温下换热管材料的许用应力，t内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 5 页 共 68 页1.2 换热管的选取及相关计算本设计的壳程物料是 EA、 ,管程物料是 IW。根据物料的性质，换热管的材OH2料选用 20 钢。根据 GB151-1999 换热管中心距宜不小于 1.25 倍的换热管外径，常用的换热管中心距见表 1-1表 1-1 （mm）换热管外径 od10 12 14 16 19 20 22 25 30 32 35 换热管中心距 S 13 16 19 22 25 26 28 32 38 40 44 分程隔板两侧相邻管中心距 28 30 32 35 38 40 42 44 50 52 56 此处选取换热管型号为 192mm，长度 l=4500mm。给定换热面积 =387.8 ；由2查的： =130 ； =130 。设计时，为F2mtaMPtaP了保证换热面积足够，留有 10的裕量。同时，换热管的排管形式选用正三角形排管。估算换热管数 （1-1）9.158.409.137. =ldno圆整为 =1589（跟） ，最终根据布管确定，换热管总数为 1604 根。估算中心排管数 （1-2）.3.c圆整为 =44（根）n1.3 换热管管孔的确定 由 GB151-1999 可知管束（适用于碳素钢、低合金钢换热管）管板管孔直径及允许偏差应符合表 1-2 的规定：表 1-2 （mm）内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 6 页 共 68 页所以，管孔直径为 0.2194+1.4 筒体直径的确定初步估算筒体直径2（44-1）+2（11.5）19=11131132 mm （1-3）=+=bntDci 2)1-(圆整为 =1200 mm i因此，取筒体的内经为 1200mm内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 7 页 共 68 页第二章 冷却器壁厚设计2.1 符号说明b倒角宽度，mm厚度附加量，mm。 = +CC12钢材厚度负偏差，mm1钢材腐蚀裕量，mm2筒体内径，mmiD拉杆直径，mmnd椭圆形封头内曲面高度，mm1h椭圆形封头直边高度，mm 2L拉杆的长度，mm管箱的内侧深度，mmh拉杆孔螺纹长，mm2l拉杆与拉杆孔连接的螺纹长，mma拉杆与螺母连接的螺纹长，mmbl设计压力，PaMP工作压力，w计算压力，ca壳体或封头水压试验压力，TPaP分程垫片的圆角半径 RR封头计算厚度，mmS封头名义厚度，mmn封头有效厚度，mme内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 8 页 共 68 页分程隔板厚度，mmS壳程设计温度，T壳程工作温度，w设计温度下壳体材料的许用应力，ts aMP设计温度下壳体材料的许用应力，常温下封头材料的许用应力， a设计温度下封头材料的许用应力，t P水压试验压力下壳体或封头的应力，T aM圆筒或椭圆形封头材料在试验温度下的屈服点或 0.2屈服强度，s aMP壳体计算厚度，mm壳体名义厚度，mmn壳体有效厚度，mme焊接接头系数内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 9 页 共 68 页2.2 壳体壁厚的设计2.2.1 壳体材料的选取根据壳程工作介质 EA、 腐蚀性不强，工作压力不大，因此选用钢板OH2卷制。RMn162.2.2 壳体的设计参数工作压力 =0.18wPa计算压力 =（1.051.1） =0.198cwPaM设计压力 = =0.198sa工作温度 =115wT设计温度 = =115s=170 ； =170 ；=1； =1200 mm； =0mm； =2mm； =345saMPtsaPiD1C2sa2.2.3 壳程圆筒厚度的确定mm （2-1）67.0198.-72.0p-2c=tsiD根据 GB151-1999 对于碳素钢和低合金钢制压力容器，不包括腐蚀裕量的最小厚度 不小于 3mm，对于高合金钢制压力容器， 不小于 2mm。min min因此，取 =4mm名义厚度 = +C= + + =4+0+2=6mmn1C2根据 GB151-1999 对于碳素钢和低合金钢制压力容器的最小厚度不小于表 2-1 规定：表 2-1公称直径 400700 7001000 10001500 15002000 浮头式、U 形管式 8 10 12 14 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书第 10 页 共 68 页固定式管板 6 8 10 12 注：表中数据包括厚度附加量 （按 1mm 考虑）2C因此，取名义厚度=12 mmn有效厚度= -C= -（ + ）=12-2=10mmen1C22.2.4 壳程圆筒的水压试验校核水压试验 =1.25 =0.25 TPsaMP（2-2）13.5102)(5.2)(e =+=+iDp