流量为170th双管程固定管板式换热器设计（全套含CAD图纸）
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毕业设计（论文）任务书 过程装备与控制工程 学生： 毕业设计（论文）题目： 流量为 170t/毕业设计（论文）内容： 有关换热器综述一篇； 计算书说明书一份； 毕业设计（论文）专题部分： 固定管板式换热器 起止时间： 2016年 5月 25至 2016年 6月 6日 指导教师： 签字 2016年 3 月 1 日 本 科 毕 业 设 计 题 目： 流量为 170t/专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 论文答辩日期： 毕业论文文献综述 换热器文献综述 姓名： 班级： 指导教师： 引言： 在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。换热器作为化工工程、石油化工、动力能源、冶金工业、交通发展、国防重工等工业部门重要工艺设备之一。换热器正确的设定，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源的有节约与有效利用，对国民经济有着十分显著的影响。 正文： 热器的类型 由于物料的性质、要求各不相同，换热器的种类很多，根据使用场合，使用不低有所不同。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选 用适当类型的换热器很重要。按照热量交换的方式不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。 间壁式换热器的特点是冷，热两流体被一层固体壁面（管或板）隔开，不相混合，通过间壁进行热交换。 1） 管壳式换热器：管壳式 (又称列管式 ) 换热器是最典型的间壁式换热器 ,它在工业上的应用有着悠久的历史 ,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成 ,壳体多呈圆形 ,内部装有平行管束 ,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体 ,一种在管内流动 ,其行程称为管程；一 种在管外流动 ,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数 ,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路 ,增加流体速度 ,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束 ,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种 ,前者应用更为广泛 .。流体在管内每通过管束一次称为一个管程 ,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度 ,可在两端封头内设置适当隔板 ,将全部管子平均分隔成若干组。这样 ,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次 ,称为多管程。如两者温差很大 , 换热器内部将出现很大的热 应力 ,可能使管子弯曲 ,断裂或从管板上松脱。因此 ,当管束和壳体温度差超过 50时 ,应采取适当的温差补偿措施 ,消除或减小热应力。 2） 喷淋式换热器：套管热交换器是由不同直径的直管同心套筒制成，并通过一个 U 形弯头连接。在这种热交换器中，流体管，其他的流体间隙，既可以得到更高的速度，因此，传热系数越大。此外，在该管式换热器，二种流体可以是纯的逆流，对数平均的驱动力较大。这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动 ,冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下 ,故也称喷淋式冷却器。 3） 沉浸式换热器：这种热交换器是一个金属管弯 曲圆成各种，适当的容器的形状，并浸入液体容器。夹套式换热器：这种换热器是在容器外壁安装夹套制成 ,结构简单 ;但其加热面受容器壁面限制 ,传热系数也不高。 4） 板式换热器：板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。 直接接触式换热器 直接接触 换热为一种高效的换热方式 ,与传统的间壁 式换热 相比 ,它 的热阻大大减小 ,并且不受换热面结垢和腐蚀的影响。 蓄热式换热器蓄热式换热器 蓄热式换热器与回热式换热器相对应，是一种应用历史比较久远的换热装置，是按照大类划分的换热器的一种形式，具有能够在高 温条件下运行的优点。 壳式换热器的分类及应用 固定管板式换热器主要是由封头、管板、换热管、简体、管箱、法兰及折流板等组成，管班上两端分别固定着管束，简体和管板之间是刚性连接在一起，相互之间无相对移动，热交换器结构简单，成本低，易于制造，内直径相同的外壳可被布置成安装更多的热交换管，每个热交换管可以分离为管道清洗或更换，而管道清洗外是困难的。固定管板式换热器，因此，更适合于壳侧流体清洁的规模不容易，且冷，热流体的温度差是不常用的清洗场合太大管侧。不适用。 U 型管换热器和固定管板式换热器。 U 型管换热 器的结构的特点是只有一块管板的，在 V 的热交换管，在管的两端被固定在同一块板的，监控的至少两个过程。 U 型管换热器的优点是：只有一块管板的，结构简单，密封面，少，运行可靠 ;配件清洗方便，束可以拉出。缺点是管板的利用率低，管道清洗，成捆，成壳短路之间的距离，工艺管道坏了，不能改变，所以废品率是非常高的。 浮头式换热器，浮头换热器是使用最广泛的管式换热器之一，应力消除原理是传递热量管束管板放手，让它浮动某些控制和消除内应力，浮头式换热器的传热束可出在壳，清洁和维护更方便，但由于结构复杂，所以浮头热交换器的价格非常高。 壳式换热器的强化传热途径 强化传热加强管壳式换热器管传递的热传递主要通过增加流体湍流，延伸，传热面积和提高流体流动，即表面处理的凸肋或鳍状结构的方法，并插入管，并提高流速。凸筋结构。这种传热元件的主要是通过在管道内表面加工凸肋，以增强流体湍流强度，从而达到增强传热的目的。目前应用比较广泛的螺旋槽管，横纹管和波纹管。螺旋槽管的内表面与凸肋，该螺旋槽的外表面的螺旋槽。当流体流过螺旋槽凸肋的干扰，减薄管壁厚度的表面上的层流层产生，增强管侧的对流热传递系数，同时，引 起流体流边界层分离的涡流轴的轴向凸肋的部分的螺旋槽表面，减少的热传递。螺旋槽管可以用来提高单相流体管的热传递，并沿着所述，衬里相变传热 123 横纹管轴向间隔环槽，由于外壁环槽的膨胀向内的壁和对应环，沿流体边界层分离流的流的壁，促进流体湍流强度，增加流体边界层，从而增强加强壳侧热交换器的方法，包括之间的变化的热传递的传热促进管壳侧该管结构及管道支撑结构的外表面。传热管外表面的改变主要是在其外表面上加工出沟槽和翅片。 管外传热强化。外表面有沟槽的传热管主要包括螺旋槽管和横纹管。螺旋槽管和横纹管对管外蒸汽冷凝，加强 效果是明显的，是槽的主要机制使液膜和薄膜层产生涡流，破坏气薄膜层的稳定性。边界层厚度的交换面积可以有效地延长，可以用于单相和冷凝传热促进 1111 管支承结构。传统管壳式换热器的拱形挡板支撑，大多在壳侧流体流动是“ Z”的形式中，隔板和管壁流动死区相连，所述热传递系数和压力损失较大 ;板和管壳式旁通流和泄漏流现象之间是严重和降低的流体的有效质量流量。为了克服上述缺点，提高在壳侧的流体的传热性能，一些新的管支撑结构的外观。当前比较优越的管间支撑结构形式主要有折流杆、螺旋扁管自支撑和螺旋隔板。 热器发展前景 换 热器发展前景的可行性研究报告显示：各类换热器，管式换热器是一个产品大批量，多品种，国防工业技术的发展，换热器的工作条件比较苛刻，迫切需要一个新的耐磨损，耐腐蚀，高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛在海水中，碱，如醋酸具有良好的耐蚀性，如再次强化传热，效果会更好，目前，一些制造单元具有钛加工和制造技术的熟练掌握。对涂层的材料，我国先后从国外进口生产线。铝的镁合金具有高的耐腐蚀性和热导率，比钛便宜，应该注意。 近年来，国内节能热交换器的性能效率的提高，提高热传递的效率，降低的热交换面积的压降，显著提高了工作性能单位。大量使用换热器的能量利用率得到有效提高，降低了企业成本，随着我国工业化，城镇化进程沿，有利于增加，全球经济增长在发展中国家，国内市场和出口市场将继续增长，需求换热器换热器行业与目标的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求，四万亿的投资点，将继续保持国民经济的快速发展。石化，能源，电力，环保等行业保持稳定增长，大型乙烯项目，大规模的核电站建设，大型风电场的建设，太阳能光伏产业，多晶硅的快速增长生产规模 较大，环保，日益成熟的海水淡化项目建设，将在换热器行业的巨大需求。随着现代工业的飞速发展，对能源的环境和生态问题为中心。世界找同时新能源各国，更加注重新能源和节能方法的发展。强大的中国换热技术的应用不仅可以节约能源，保护环境，可大大节省成本。因为在石油，电力，化工，核工业，如换热器换热器技术的强化传热的广泛应用，对研究人员的关注。该研究结果不断出现。 目前，大量的改进的热传递技术已被应用到工业设备，因此，成为在板式换热器的工业中的重要产品。同时，大管壳式换热器，高压换热器的大直径螺旋锁紧环。高效节能板空气 预热器等也将成为未来市场细分的焦点。除了在我国的高换热器主要依靠进口和出口的产品是低附加值，低端产品，进口产品都是高附加值的高端产品。国内的能力较弱，在低端产品，产能过剩，体积较大，主换热器的未来发展方向是由高端的新的应用为主。 行业分析师指出 ,根据中国工业发展目标换热器 ,换热器行业在 2016年超过 2016元规模在 2020年达到油换热器热功率成世界上最大的生产商 ,你成功地实现目标必须是高效、节能、新突破高端环保换热器。 总结： 随着现代工程技术的急剧发展，中心的环境和生态问题的能量。世界各国家更加重视发展节 能和寻找新能源的新途径。的强化传热技术的应用，不仅可以节能，环保，而且可以大大节约成本。因为研究人员长时间在石油，电力，化工和利用原子能等工业部门，用于换热器技术的强化传热研究的换热器。这项新的研究成果已更新 参考文献 1 邱树林 原理 结构 设计 2 钢制压力容器 . 国家质量技术监督局发布 3 化工设备设计手册 ） M 上海科学技术出版社 1982 年 4 邹广华 ,刘强 M 北京化工工业出版社 2003 年 5 管壳式换热器 . 国家质量技术监督局发布 6 王国胜 ,王祝敏 ,孙怀宇 大连 :大连理工大学出版社 2014 年 7 东大秦 ,袁凤隐 册） M2000 年 课题名称 流量为 170t/设计者 何香颐 图号 计参数 管口表 容器类别 符号 公称尺寸 用途或名称 参数名称 壳程 管程 a 450 进油管 工作压力 .5 b 450 出油管 设计压力 .5 c 200 热水出口 工作温度 20 85 d 设计温度 10 e 20 放气口 介质 水 油 f 20 放气口 介质特性 h 200 冷水进口 推荐材料 0 钢 g 20 排液口 腐蚀余量 m 20 排液口 焊接接头 系数 程数 1 2 传热面积 465 465 换热管 推荐尺寸 管子与管板 连接方式 强度焊接 强度焊接 设计参数： 管程： 管程为油，入口温度为 130 ，出口温度为 90 壳程：壳程介质为热水，由 20 加热到 85 ；流量为 170t/h 结构为固定管板式换热器 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 要 在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。换热器是化工 、交通、动力、石油、冶金国防等工业部门重要工艺设备之一。由于物料的性质、要求各不相同，换热器的种类很多，根据使用场合，使用目的有所不同。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器很重要。按照热量交换的方式不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛，在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体的温度较高，放出热量；另一流体温度较低，吸收热量。换热器在动力、制冷、石油、食品、化工等等 行业中都有广泛的应用，而且他们是上述这些行业的通用设备，并有着十分重要的部位。固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用最广泛的一种换热器。固定管板式化热器的优点为结构简单，成本低、选材广、适应性强、耐压性强、方便清洗、管子损坏时便于堵管或更换，在各工业部门应用最为广泛。这种换热器使用于壳侧介质清洁且不宜结垢，并能进行清洗管束，壳程两侧温差不大或者温差较大但壳侧压力不高的场合。换热设备在石油化工、炼油以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷凝、冷却、蒸发和废热回收等等方面。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 管式换热器分为 U 型管换热器和固定管板式换热器。 U 型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为 U 型，管子的两端固定在同一块板上，其管程至少为两程。 U 型管换热器的优点是：只有一块管板，结构简单，密封面少，运行可靠；管件清洗方便，管束可以抽出。缺点是管板利用率较低，管内清洗困难，管束内程管间距大，壳程易短路，内程管子坏了无法更换，所以报废率高。固定管板式换热器主要是由封头、管板、换热管、简体、管箱、法兰及折流板等组成，管班上两端分别固定着管束，简体和管板之间是刚性连接在一起，相互之间无相对移动，换热器结构简单、造价低、制造方便， 在相同直径的壳体内可排列安装较多的换热管，并且每个换热管都可单独进行管内清洗或更换，但是管外清洗比较困难。因此，固定管板式换热器更适用于不易结垢的壳程流体清洁，而冷热流体温差不太大的管程常用清洗的场合不太适用。 固定管板式换热器的设计包括：流体设计、结构设计、热力设计和强度设计。在本次设计中进行了对物料及热量衡算，并对换热器整体机构进行计算和对换热器的基本附件进行选择和设计，最后绘出非标零件图和装配图。其中课题设计以强度校核和结构设计为主要设计内容。热力计算是指根据使用单位提出的基本要求，合理选择运行参 数，并根据传热学的知识进行传热计算。 关键字： 换热器，固定管板，壳体，封头 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 n of a is of to of of to is of of to it is to of to in a of in of to in of in in at of a is is of in so on in a is a of of a is of as to or in of in of be be on of is or is of is in in it is 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 is is a of , at of on of at of a of is be is of is in i is t so is is of by on of in is no of be to or is of is t of a is of of of as is to of to of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 录 第一章工艺计算说明书 . 1 始数据 . 1 性温度及物性参数 . 1 热量与油流量 . 2 效平均温差计算 . 2 程换热系数计算 . 3 构的初步设计 . 3 程换热系数计算 . 4 热系数计算 . 5 外壁热流密度计算 . 5 第二章换热器零部件的工业结构设计 . 6 热管材料及规格的选择和根数的确定 . 6 管方式的选择 . 6 体内径的确定 . 6 体壁厚的确定 . 7 头形式的确定 . 7 箱短节壁厚计算 . 8 器法兰的选择 . 8 第三章 换热器的强度设计及校核 . 10 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 的计算 . 10 于延长部分兼作法兰的管板的计算 . 11 定管板厚度的计算 . 13 G 值的计算 . 15 兰厚度的计算 . 15 兰力矩的组合 . 16 有壳程设计压力 管程设计压力 ,不计膨胀节变形差（即 r=0） . 16 有壳程设计压力，而管程设计压力 ，并且计入膨胀变形差 . 17 有管程设计压力 壳程设计压力 ，不计膨胀节变形差 . 19 有管程设计压力 壳程设计压力 ，同时计入膨胀变形差 . 20 管板计算厚度来确定管板的实际厚度 . 21 否安装膨胀节的确定 . 21 流板尺寸的确定 . 21 管控接管及其法兰的确定 . 22 备法兰的选择 . 24 杆和定距管的确定 . 25 孔补强计算 N=目 . 26 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 体管箱耐压试验的应力校核的计算 . 28 座的选择及应力校核 . 29 座的选择 . 29 座的应力校核 . 29 参考文献 . 34 致谢 . 35 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算说明书 1 第一章 工艺 计算说明书 1 1 原始数据 管程油的进口温度 130 管程油的出口温度 90 管程油的工作压力 程水 的入口温度 20 壳程水的出口温度 85 壳程水的出口压力 程水的流量 70000kg/h 1 2 定性温度及物性参数 管程油定性温度 10 管程油密度查物性表得 1=759kg/程油比热查物性表得 ） 管程油导热系数查物性表 1=mk 管程油粘度 1=0s 管程油布朗特数查物性表得 程水定性温度 壳程水比热查物性表得 ） 壳程水密度查物性表得 2=程水导热系数查物性表得 2= mk） 壳程水粘度 2=0s 壳程水布朗特数查物性表得 第一章 工艺计算说明书 2 热量与油流量 取定换热效率 ： 设计传热量： Q= ）（2111 CG 70000 85 =710 W 由 ）（1111 G ，得 效平均温差计算 有效平均温度： ）（）（）（21212121（）（）（02= 参数 P： P=1211t 03130数 R： R=1122 305热器按单壳程双管程设计，查图表得： 温差校正系数： =阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 3 有效平均温差： = 程换热系数计算 查图表可得： 初选传热系数： 0K=600 W/m. 则初选传热面积为： F = = 选用 不锈钢的无缝钢管做换热管，则 管子外径： 0d=m 管子内径： m 管子长度： l =6 m 则 所需换热器根数： tN=l 00=803 可取换热管根数为： 804 根 则管程流通面积为： 1a = 222 it = = 管程流速： 1w =360011 1312 25 =m/s 管程雷诺数： 1111 = =程传热系： 1 =（ ）（ =2542 构的初步设计 查 管间距按 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 4 管间距： s=m 管束中心排管数：03 =32 根 则壳体内径：）（ 1N 4d=（ 32+4 m 取整为：.1 m 则长径比： 理 折流板选择弓形折流板 弓形折流板的弓高： h=m 折流板间距： B=3m 折流板数为： 5 块 程换热系数计算 壳程流通面积： 2f = ）（= ）（0 3 2 = 壳程流速为： 2 =222=36 0008 17 000 0 =m/s 壳程质量流量为： 2W = 22 = 壳程当量直径为： 02021 -D dN = 2 =m 壳程雷诺数： 2222 = =34017 切去弓形面积所占比例按 程传热因子： 得 125 管外壁温度假定值：10 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 5 壁温下水的粘度：w=3 粘度修正系数： 2 =（ = （ =程换热系数为： 2 =2312 P r = 50 3 1 =1040 热系数计算 查 知 壳程水污垢热阻： 2r =w/ 2m 管程油侧污垢热阻： 1r =w/ 2m 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可忽略不计 可以算出总传热系数：ik=ii 10012211=632 则传热面积比为：0600632 =合理 外壁热流密度计算 1q = 00N Q=602 12 500 000 =w/ 2m 管外壁温度：2wt=（2221 = 误差校核：22 误差不大，合适 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 6 第二章 换热器零部件的工业结构设计 热管材料及规格的选择和根数的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 换热管材料 20# 2 换热管规格 25000 3 传热 面积 A =Q/446 4 换热管根数 N 根 N=A/48 管方式的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和数据计算 数值 1 转角正三角形 11 2 换热管中心距 S 12 32 3 隔板槽两侧相邻管中心距 Sn 12 44 体内径的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 换热管中心距 S 12 32 2 换热管根数 （+4 实取筒体公称直径 D B/200 体壁厚的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 P 筒体内径 三 200 3 筒体材料 20R 4 设计温度下筒体材料的许用应力 t 50 5 焊接接头系数 筒体设计厚度 = ct D2 腐蚀裕量 C2 2 8 负偏差 C1 0 9 设计厚度 dmm d=+ 0 名义厚度 n4 头形式的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 封头内径 Di 1200 2 计算压力 P 焊接接头系 阳 化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 8 数 4 设计温度下许用压力 t 50 5 标 准椭圆封头计算厚度 = ct 10 6 腐蚀裕量 C2 2 7 负偏差 C1 0 8 设计厚度 dmm d=+2 9 名义厚度 n4 10 直边高度 h B/0 箱短节壁厚计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 P 管箱内径 1200 3 管箱材料 20R 4 设计温度下许用应力 t 50 5 管箱计算厚度 = ct 211 6 焊接接头系数 腐蚀裕量 C2 2 8 负偏差 C1 0 9 设计厚度 dmm d=+ 3 10 名义厚度 n4 器法兰的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 沈阳 化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 9 1 法兰类型 长颈对焊法兰4703N= 法兰外径 d0 B/395 3 螺栓中心圆直径 d1 B/340 4 法兰公称直径 B/200 5 法兰材料 16 垫片类型 4703N= 垫片 材料 39858 垫片公称直径 B/200 9 垫片外径 D0 B/275 10 垫片内径 D B/225 11 法兰厚度 B/5 12 垫片厚度 1 B/ 13 螺栓规格及数量 248沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三 章 换热器的强度设计及校核 10 第三章 换热器的强度设计及校核 的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 筒体内径 1200 2 筒体内径横截面积 A =42 949850 3 筒体厚度 s14 4 圆筒内壳壁金属截面积 ）（ 5 管子金属总截面积 （ tt 156315 6 换热管根数 N 948 7 换热管外径 D 25 8 换热管壁厚 t9 换热管材料的弹性模量 82000 10 换热管有效长度 L 5980 11 沿一侧的排管数 n 30 12 布管区内未能被管支撑的面积 （ n 17200 13 管板布管区面积 At t=14 管板布管区当量直径 mm 15 换热 管中心距 S 2 16 隔板槽两侧相邻 Sn 4 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 11 管中心距 17 管板布管内开孔后的面积 1A A = 4 2 802002 18 系数 =19 壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比 Q Q=E 20 壳程圆筒材料的弹性模量 96000 21 系数 =122 系数 ss= ）（ 23 系数 tt= ）（ 24 管板布管区当量直径与壳程圆筒内径比 Pt=25 管子受压失稳当量长度 32 26 设计温度下管子受屈服强度 96 于延长部分兼作法兰的管板的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 垫片接触宽度 N 95 2 垫片基本密度宽度 0B B= 垫片比压力 y 91 4 垫片系数 m 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 12 5 垫片有效密封宽度 b =B 9 6 垫片压紧力 d= 0260 7 预紧状态下需要的最小螺栓载荷 by 操作状态下需要的最小螺栓载荷 c+bm 常温下螺栓材料的许用应力 b 0 预紧状态下需要的最小螺栓面积 Aa a=b 1 操作状态下需要的最小螺栓面积 Ap p= b 2 需要螺栓总截面积 Am m=a， 3 法兰螺栓的中心圆直径 m 1340 14 法兰中心至 用处的径向距离 m m=Gb 08 16 筒体厚度 0 14 17 法兰颈部大端有效厚度 1 1=8 螺栓中心至法兰颈部与法兰m (1)/2 0 螺栓中心距 m 113848 22 流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差 = C=3 操作状态下需要的最小垫片压力 bm3 法兰操作力矩 p= D+ T+ G 08 定管板厚度的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 布管区当量直t t=i 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 14 径与壳程圆筒内径之比 2 系数 22 管板材料 16 4 设计温度下管板材料许 用应力 138 5 管板刚度削弱系数 壳程设计压力 管程设计压力 管板设计压力 管板厚度 = )/(* 0 换热管加强系数 K K= 1 管板周边不布管区的无量纲参数 k k=K（ 1 2 换热管材料弹性模量 86103 13 管束模数 t=Et L 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 15 14 壳体法兰材料弹性模量 96103 15 壳体圆筒材料弹性模量 96103 16 壳体法兰宽度 bf f=（ 26 8 壳体法兰与圆筒的选装刚度 121 Di （ 9 旋转刚度无量纲参数 （ 4 G 值的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 管板第一矩系数 27 系数 = K 系数 31 兰厚度的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 管箱法兰材料的弹性模量 86103 2 管箱法兰厚度 f B/ 系数 26 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 16 4 管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数 ”）”（ Di 系数 30 0 系数 = （ 管板边缘力矩的变化系数 M M=1/（ ） 法兰力矩变化系数 Mf M/ 管板第二弯矩系数 28（ a） 兰力矩的组合 有壳程设计压力 管程设计压力 ,不计膨胀节变形差（即r=0） 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 当量压力组合 c=2 系数 s s=1+Q） /3 有效压力组合 a=r4 基本法兰力矩系数 4a) 5 管程压力下的法兰力矩系数 4 a） 6 法兰力矩折减系数 M1=K（ Q+ 7 管板边缘力矩系数 M M= M8 管板边缘剪切系数 v v= M 9 管板总弯矩系数 m m=（ m1+v（ 1+v） 10 系数 G1=11 壳体法兰力矩系数 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 17 12 管板径向应力系数 r r= 2113 管板的径向应力 r r=r /） （ ） 2 4 管板布管区周边外径向的应力系数 r r=3（ 1+v） m/4K（ Q+ 15 管板布管区周边外径向的应力 r r=r /） （ ）21-K/m+ 6 管板布管区周边剪切应力系数 p p=（ 1+v） /4（ Q+ 17 管板布管区周边的剪切应力 p p=p /） （ ） 8 法兰的外径与内径之比 K K=i 19 系数 Y 920 壳体法兰应力 f f=/4Y（ f） 2 1 换热管的轴向应力 t t=1Q 2 壳程圆筒的轴向应力 c c=A/ 2 23 一根换热管管壁金属的横界面积 a =na/n 24 换热管与管板连接的拉托应力 q =ta/ 只有壳程设计压力，而管程设计压力 ，并且计入膨胀变形差 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 壳程圆筒材料线膨胀系数 02 换热管材料线膨胀系数 at 本 科 毕 业 设 计 题 目： 流量为 170t/h 双管程固定管板式换热器 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 论文答辩日期： 毕业设计（论文）任务书 过程装备与控制工程 学生： 毕业设计（论文）题目： 流量为 170t/毕业设计（论文）内容： 有关换热器综述一篇； 计算书说明书一份； 毕 业设计（论文）专题部分： 固定管板式换热器 起止时间： 2016 年 5 月 25 至 2016 年 6 月 6 日 指导教师： 签字 2016 年 3 月 1 日 课题名称 流量为 170t/设计者 何香颐 图号 计参数 管口表 容器类别 符号 公称尺寸 用途或名称 参数名称 壳程 管程 a 450 进油管 工作压力 .5 b 450 出油管 设计压力 .5 c 200 热水出口 工作温度 20 85 d 设计温度 10 e 20 放气口 介质 水 油 f 20 放气口 介质特性 h 200 冷水进口 推荐材料 0 钢 g 20 排液口 腐蚀余量 m 20 排液口 焊接接头 系数 程数 1 2 传热面积 465 465 换热管 推荐尺寸 管子与管板 连接方式 强度焊接 强度焊接 设计参数： 管程： 管程为油，入口温度为 130 ，出口温度为 90 壳程：壳程介质为热水，由 20 加热到 85 ；流量为 170t/h 结构为固定管板式换热器 摘要 在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。换热器是化工、交通、动力、石油、冶金国防等工业部门重要工艺设备之一。由于物料的性质、要求各不相同，换热器的种类很多，根据使用场合，使用目的有所不同。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器很重要。按照热量交换的方式不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两 流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛，在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体的温度较高，放出热量；另一流体温度较低，吸收热量。换热器在动力、制冷、石油、食品、化工等等行业中都有广泛的应用，而且他们是上述这些行业的通用设备，并有着十分重要的部位。固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用最广泛的一种换热器。固定管板式化热器的优点为结构简单，成本低、选材广、适应性强、耐压性强、方便清洗、管子损坏时便于堵管或更换，在各工业部门应用最为广泛。这种换热器使用于壳侧介质清洁且 不宜结垢，并能进行清洗管束，壳程两侧温差不大或者温差较大但壳侧压力不高的场合。换热设备在石油化工、炼油以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷凝、冷却、蒸发和废热回收等等方面。 列管式换热器分为 U 型管换热器和固定管板式换热器。 U 型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为 U 型，管子的两端固定在同一块板上，其管程至少为两程。 U 型管换热器的优点是：只有一块管板，结构简单，密封面少，运行可靠；管件清洗方便，管束可以抽出。缺点是管板利用率较低，管内清洗困难，管束内程管间距大，壳程易短路，内程管子坏了无法更换，所以报废 率高。固定管板式换热器主要是由封头、管板、换热管、简体、管箱、法兰及折流板等组成，管班上两端分别固定着管束，简体和管板之间是刚性连接在一起，相互之间无相对移动，换热器结构简单、造价低、制造方便，在相同直径的壳体内可排列安装较多的换热管，并且每个换热管都可单独进行管内清洗或更换，但是管外清洗比较困难。因此，固定管板式换热器更适用于不易结垢的壳程流体清洁，而冷热流体温差不太大的管程常用清洗的场合不太适用。 固定管板式换热器的设计包括：流体设计、结构设计、热力设计和强度设计。在本次设计中进行了对物料及热量衡算 ，并对换热器整体机构进行计算和对换热器的基本附件进行选择和设计，最后绘出非标零件图和装配图。其中课题设计以强度校核和结构设计为主要设计内容。热力计算是指根据使用单位提出的基本要求，合理选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。 关键字： 换热器，固定管板，壳体，封头 n of a is of to of of to is of of to it is to of to in a of in of to in of in in at of a is is of in so on in a is a of of a is of as to or in of in of be be on of is or is of is in in it is is is a of , at of on of at of a of is be is of is in i is t so is is of by on of in is no of be to or is of is t of a is of of of as is to of to of 录 第一章工艺计算说明书 . 1 始数据 . 1 性温度及物性参数 . 1 热量与油流量 . 2 效平均温差计算 . 2 程换热系数计算 . 3 构的初步设计 . 3 程换热系数计算 . 4 热系数计算 . 5 外壁热流密度计算 . 5 第二章换热器零部件的工业结构设计 . 6 热管材料及规格的选择和根数的确定 . 6 管方式的选择 . 6 体内径的确定 . 6 体壁厚的确定 . 7 头形式的确定 . 7 箱短节壁厚计算 . 8 器法兰的选择 . 8 第三章换热器的强度设计及校核 . 10 的计算 . 10 于延长部分兼作法兰的管板的计算 . 11 定管板厚度的计算 . 13 G 值的计算 . 15 兰厚度的计算 . 15 兰 力矩的组合 . 16 有壳程设计压力 管程设计压力 ,不计膨胀节变形差（即 r=0） . 16 有壳程设计压力，而管程设计压力 ，并且计入膨胀变形差 . 17 有管程设计压力 壳程设计压力 ，不计膨胀节变形差 . 19 有管程设计压力 壳程设计压力 ，同时计入膨胀变形差 . 20 管板计算厚度来确定管板的实际厚度 . 21 否安装膨胀节的确定 . 21 流板尺寸的确定 . 21 管控接管及其法兰的确定 . 22 备法兰的选择 . 24 杆和定距管的确定 . 25 孔补强计算 N=目 . 26 体管箱耐压试验的应力校核的计算 . 28 座的选择及应力校核 . 29 座的选择 . 29 座的应力校核 . 29 参考文献 . 34 致谢 . 35 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算说明书 1 第一章 工艺 计算说明书 1 1 原始数据 管程油的进口温度 130 管程油的出口温度 90 管程油的工作压力 程水的入口温度 20 壳程水的出口温度 85 壳程水的出口压力 程水的流量 70000kg/h 1 2 定性温度及物性参数 管程油定性温度 10 管程油密度查物性表得 1=759kg/程油比热查物性表得 ） 管程油导热系数查物性表 1=mk 管程油粘度 1=0s 管程油布朗特数查物性表得 程水定性温度 壳程水比热查物性表得 ） 壳程水密度查物性表得 2=程水导热系数查物性表得 2= mk） 壳程水粘度 2=0s 壳程水布朗特数查物性表得 第一章 工艺计算说明书 2 热量与油流量 取定换热效率 ： 设计传热量： Q= ）（2111 CG 70000 85 =710 W 由 ）（1111 G ，得 效平均温差计算 有效平均温度： ）（）（）（21212121（）（）（02= 参数 P： P=1211t 03130数 R： R=1122 305热器按单壳程双管程设计，查图表得： 温差校正系数： =阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 3 有效平均温差： = 程换热系数计算 查图表可得： 初选传热系数： 0K=600 W/m. 则初选传热面积为： F = = 选用 不锈钢的无缝钢管做换热管，则 管子外径： 0d=m 管子内径： m 管子长度： l =6 m 则 所需换热器根数： tN=l 00=803 可取换热管根数为： 804 根 则管程流通面积为： 1a = 222 it = = 管程流速： 1w =360011 1312 25 =m/s 管程雷诺数： 1111 = =程传热系： 1 =（ ）（ =2542 构的初步设计 查 管间距按 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 4 管间距： s=m 管束中心排管数：03 =32 根 则壳体内径：）（ 1N 4d=（ 32+4 m 取整为：.1 m 则长径比： 理 折流板选择弓形折流板 弓形折流板的弓高： h=m 折流板间距： B=3m 折流板数为： 5 块 程换热系数计算 壳程流通面积： 2f = ）（= ）（0 3 2 = 壳程流速为： 2 =222=36 0008 17 000 0 =m/s 壳程质量流量为： 2W = 22 = 壳程当量直径为： 02021 -D dN = 2 =m 壳程雷诺数： 2222 = =34017 切去弓形面积所占比例按 程传热因子： 得 125 管外壁温度假定值：10 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 5 壁温下水的粘度：w=3 粘度修正系数： 2 =（ = （ =程换热系数为： 2 =2312 P r = 50 3 1 =1040 热系数计算 查 知 壳程水污垢热阻： 2r =w/ 2m 管程油侧污垢热阻： 1r =w/ 2m 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可忽略不计 可以算出总传热系数：ik=ii 10012211=632 则传热面积比为：0600632 =合理 外壁热流密度计算 1q = 00N Q=602 12 500 000 =w/ 2m 管外壁温度：2wt=（2221 = 误差校核：22 误差不大，合适 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 6 第二章 换热器零部件的工业结构设计 热 管材料及规格的选择和根数的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 换热管材料 20# 2 换热管规格 25000 3 传热面积 A =Q/446 4 换热管根数 N 根 N=A/48 管方式的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和数据计算 数值 1 转角正三角形 11 2 换热管中心距 S 12 32 3 隔板槽两侧相邻管中心距 Sn 12 44 体内径的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 换热管中心距 S 12 32 2 换热管根数 （+4 实取筒体公称直径 D B/200 体壁厚的确定 序号 项目 符号 单 位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 P 筒体内径 三 200 3 筒体材料 20R 4 设计温度下筒体材料的许用应力 t 50 5 焊接接头系数 筒体设计厚度 = ct D2 腐蚀裕量 C2 2 8 负偏差 C1 0 9 设计厚度 dmm d=+ 0 名义厚度 n4 头形式的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 封头内径 Di 1200 2 计算压力 P 焊接接头系 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 8 数 4 设计温度下许用压力 t 50 5 标准椭圆封头计算厚度 = ct 10 6 腐蚀裕量 C2 2 7 负偏差 C1 0 8 设计厚度 dmm d=+2 9 名义厚度 n4 10 直边高度 h B/0 箱短节壁厚计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 P 管箱内径 1200 3 管箱材料 20R 4 设计温度下许用应力 t 50 5 管箱计算厚度 = ct 211 6 焊接接头系数 腐蚀裕量 C2 2 8 负偏差 C1 0 9 设计厚度 dmm d=+ 3 10 名 义厚度 n4 器法兰的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 9 1 法兰类型 长颈对焊法兰4703N= 法兰外径 d0 B/395 3 螺栓中心圆直径 d1 B/340 4 法兰公称直径 B/200 5 法兰材料 16 垫片类型 4703N= 垫片材料 39858 垫片公称直径 B/200 9 垫片外径 D0 B/275 10 垫片内径 D B/225 11 法兰 厚度 B/5 12 垫片厚度 1 B/ 13 螺栓规格及数量 248沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度设计及校核 10 第三章 换热器的强度设计及校核 的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 筒体内径 1200 2 筒体内径横截面积 A =42 949850 3 筒体厚度 s14 4 圆筒内壳壁金属截面积 ）（ 5 管子金属总截面积 （ tt 156315 6 换热管根数 N 948 7 换热管外径 D 25 8 换热管壁厚 t9 换热管材料的弹性模量 82000 10 换热管有效长度 L 5980 11 沿一侧的排管数 n 30 12 布管区内未能被管支撑的面积 （ n 17200 13 管板布管区面积 At t=14 管板布管区当量直径 mm 15 换热管中心距 S 2 16 隔板槽两侧相邻 Sn 4 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 11 管中心距 17 管板布管内开孔后的面积 1A A = 4 2 802002 18 系数 =19 壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比 Q Q=E 20 壳程圆筒材料的弹性模量 96000 21 系数 =122 系数 ss= ）（ 23 系数 tt= ）（ 24 管板布管区当量直径与壳程圆筒内径比 Pt=25 管子受压失稳当量长度 32 26 设计温度下管子受屈服强度 96 于延长部分兼作法兰的管
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