浮头式换热器设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专 业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 目 录 摘要 . 3 前言 . 1 1 热力计算 . 1 性温度和物性参数计算 . 2 选结构 . 2 程换热计算及流量计算 . 3 程换热计算 . 4 热系数 . 5 程压降 . 6 程压降 . 7 强校核 . 8 2 结构设计 . 8 热流程设计 . 8 子和传热面积 . 9 子排列方式 . 9 体 . 10 箱 . 10 . 10 . 11 定管板 . 11 程隔板 . 12 程分程隔板 . 12 程分程隔板 . 12 流板 . 12 杆 . 13 出口管 . 13 . 13 . 13 头箱 . 14 头 . 14 强圈 . 14 兰 . 15 兰密封面的型式 . 15 体法兰 . 15 管法兰 . 16 座 . 17 3 强度校核 . 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 箱的强度校核及优化 . 17 体的强度校核及优化 . 18 4 制造工艺及安装 . 21 造工艺 . 21 头的成形 . 21 节的弯卷成形 . 21 它 . 22 装与拆卸 . 22 5 维模型图 . 24 总结 . 25 参考文献 . 26 致谢 . 27 附件： . 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 浮头式换热器的设计 学 生： 指导老师 ： 摘要 本次设计的题目为浮头式换热器。 浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种 ，它的特点是 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 ， 另外浮头式换热器的优点还在于拆卸 方便 ， 易清洗。在化工工业中应用非常广泛。 本文对浮头式换热器进行了整体的设计 ， 按照设计要求 ， 在结构的选取上 ， 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 ， 之后对有些部件 结构通过计算进行强度 优化 ， 最后提出一些制造与安装方面的问题。二维工程图 由 关键词 ： 换热器 ； 浮头 ； 管壳 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 浮头式换热器的设计 前言 浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种 ， 管壳式换热器以其对温度、压力、介质的适应性 ， 耐用性及经济性 ， 在换热设备中始终占有约 70%的主导地位。因此管壳式换热器的标准化工作为世界各工业发达国家所重视 ， 也为 际标准化组织的所重视。 因此出现了一批管壳式换热器标准 ， 前也正在与 手并会同有关国家编 壳式换热器标准。 总的来说 管壳式换热器主要由换热管束、壳体、管箱、分程隔板、支座等组成。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 ： 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 公式 进行了强度校核并进行对其优化设计。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。 1 热力计算 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 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 油出口温度： 1t =155 油工作压力： 体内径： 00箱内径： 20热管规格： 25 L=6000 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=10的柏朗特数： （ 柴油 ） 的定性温度： 1652 1551752 111（ 2） 油的密度： 1=715 kg/的比热： kJ/ 油的导热系数： 油的粘度： 1=10的柏朗特数： 1111 （ 3） 选结构 管排列方式 ： 32 32 正方形 管子外径： 子内径： di=2 3/1000） = （ 4） 管长： L=6m 管间距： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 s= （ 5） 壳体内径： 束中心排管数： 由公式 04)1(（ 6） 得 17） 总管子数：由 N 7） 得 239） 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 （ 8） 得 流平均温差： 小大小大 （ 9） 参数： 6 1 41 7 51 4 41 6 32122 tt （ 10） 41 6 31 5 51 7 52211 tt （ 11） 温差校正系数：按 2 壳程 4 管程查表得 有效平均温差： 12） 设计传热量： 6 3 8 2 5 . 6 7 2000 （ 13） 换热效率：取 =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 油流量： G /5 8 2 3 11 0 0 7 3 8 2 53 6 0 0)( 111 01 （ 14） 水流量： 022 2 23 6 0 0 7 8 6 2 4 4 3 4 4 8 4 /( ) 4 . 3 2 1 9 1 0 0 0QG k g hC p t t （ 15） 管程流通截面 （ 按 4 管程 ） ： 2222 400(4)4( （ 16） 管程流速： 22 2234484 0 . 7 8 9 /3 6 0 0 9 1 3 0 . 0 1 3 3 3 6 0 0Gw m （ 17） 管程雷诺数： 5 5 4 7 8101 6 80 1 3 18） 管程换热系数： i/1(3605)100/() （ 19） 程换热计算 折流板的设计：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： （ 20） 折流板间距： （ 21） 壳程流通截面： 201 1 7 08 (21 s （ 22） 壳程流速： 0 8 3 0 8 5 )3 6 0 05 8 2 3 1()3 6 0 0( 1111 （ 23） 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 壳程量流速 111 / （ 24） 壳程当量直径： 20202 （ 25） 壳程雷诺数： 4 3 0 5 4 911 ef 26） 切去弓形面积所占比例：查图得 f （ 27） 壳程传热因子：查图得 961 设 160 壁温下的粘度： （ 28） 粘度修正系数： ()( W（ 29） 壳程换热系数： s 231131011 / 1 3 （ 30） 热系数 水侧污垢热阻： 51 1 7 0r ： 52 5 2 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 （ 31） 传热系数： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 60 0 3 2 1 rk j（ 32） 传热系数的比值： 0/ 6/0 kk j（ 33） 合适 管外壁热流密度： 80 1 07 8 6 2 4 4001 118W/ （ 34） 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 = （ 35） 误差校核： 11 （ 36） 误差不太大 ， 不再重算。 程压降 壁温： )1(11112 11 5 3 . 5 4 1 8 8 0 . 0 0 1 7 25 8 3 . 5 （ ）= （ 37） 壁温下水的粘度： 管程摩擦系数：查表得 02.0i 管子沿 程压降： 1 4 1 3 1 3 P ()()2(22222i（ 38） 回弯压降： tr )2( 222 4 ）（ （ 39） 进出口管处质量流速： 22 / 进出口（ 40） 进出管口处压降： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 N (2222 （ 41） 管程结垢校正系数：根据 19 3 得 2 管程压降： 413()( 222 （ 42） 程压降 当量直径： （ 43） 雷诺数： 3 9 9 6 9 （ 44） 壳程摩擦系数：查表得 管束压降： 152599)1()(2101210）（）（ （ 45） 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（ 46） 进出口管压降： N 21221 （ 47） 导流板阻力系数 ：取 5流板压降： 60822122 （ 48） 壳程结垢修正系数：查表取 d壳程压降： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 4 0 1 4 0 4 3 1001 （ 49） 强校核 管程工作压力 查表得 壳程工作压力 查表得 压强校核： 22 符合要求 11 符合要求 2 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 ， 未考虑采用多买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 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。 管程的分程隔板采用丁字型结构如图 1 所示 ， 其主要优点是布管紧密。 图 1 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 （ 8、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 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 ， 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 示。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239 个管孔 ， 其中 6 个孔为安装拉杆用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 2 管子排列 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。 壳体内径 00壳体壁厚： 2（ 50） 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 ， 当壳体名义厚度小于或等于 12 ， 接买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 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。 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后面用 公式 进行强度校核时再对补强圈的 厚度进行优化计算。 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 6 为壳体与浮头箱的对接法兰 ， 00是按标准选取的 ，而 00 的法兰是按 兰螺 栓孔的位置来设计其尺寸的 ， 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 图 6 凹凸面密封法兰 大致尺寸如下 : 00法兰 ， D=960 157666H=115 h=35 =48 1=16 倒圆角 R=12螺柱孔径 r=26， 配 双头螺柱。 00法兰 ， D=9601563 H=115 h=35 =46 1=16， 倒圆角 R=12螺柱孔径 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 ， 如图示 ： 图 6 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 ： N=132K=190D=235H=662S=6法兰厚度 C=24栓孔直径 L=22配 螺栓 8 个 壳体接管： 50 ： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 专业论文设计图纸资料在线提供，优质质量，答辩无忧 N=132K=190D=285H=612S=法兰厚度 C=22螺栓孔直径 L=22配 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。如图示： 4型型图 6 鞍式支座 其主要尺寸为： h=20040501 =102 =85020 3=8长 83000 4 =6e=3660 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。 3 强度校核 箱的强度校核及优化 在管程设计温度 t=200下查 得 16许用应力 t=170 用 行强度分析 ， 首先按初步设计的结构建立模型 ， 由于隔板两边的压强差不大 ， 因此在建模时不作考虑 ， 只对外壳进行分析 （ 建模时封头顶端开口是为了划分网格以及计算