浮头式换热器设计（全套CAD图+说明书+开题报告+翻译）
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共78页)
编号：1670184
类型：共享资源
大小：4.35MB
格式：ZIP
上传时间：2017-09-04
上传人：机****料
认证信息
个人认证
高**（实名认证）
河南
IP属地：河南
30
积分
- 关 键 词：
-
头式
换热器
设计
全套
cad
说明书
仿单
开题
报告
讲演
呈文
翻译
- 资源描述：
-
- 内容简介：
-
第 1 页 共 78 页 浮头式换热器设计 摘要： 本次设计的题目是浮头式换热器。浮头式换热器是管壳式换热器的换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只是一端与外壳固定，另一端可相对壳体滑移，称为浮头式。浮头由浮动管板钩圈和浮头端盖组成。它不会因为管束之间的差胀而产生温差热效应，同时还具有拆卸方便、易清洗的优点，另外与其他类型的管壳式换热器一样，能在高温、高压下工作，所以在化工工业方面应用广泛。本设计中的浮头式换热器主要参照 给定的设计条件下进行工艺设计，然后对筒体、管束、浮头端进行详细的机械结构设计、计算和校核，对于换热器 的一些零部件则根据设计参数查找标准。对于具体的设计步骤与准则在设计说明书中有详细的说明。 关键字 :换热器；浮头；管板；钩圈 第 2 页 共 78 页 of of my is of is a of It is of is in so It is of to of to in it in as so in of in a on a of to is in 3 页 共 78 页 目 录 前言 1 1. 概述 2 究的目的和意义 2 内外的研究现状以及发展趋势 2 次设计研究的主要内容 3 2. 换热器工艺设计 4 计参数 4 计方案 4 性参数的确定 4 算传热面积 5 定工艺结构尺寸 6 热管的选择 6 热管数与管程数 6 均传热温差的校正以及壳程数 6 热管的排列以及分程 8 体内径 9 热器的核算 9 流量的核算 9 温的核算 13 热器内流体流动阻力的核算 15 3. 换热器机械设计 19 结构设计 19 第 4 页 共 78 页 管箱与圆筒 20 分程隔板 22 程隔板厚度 22 程隔板槽 22 换热管 22 接管 23 浮头管板与钩圈法兰的结构设计 24 管法兰 26 布管限定圆 27 拉杆的尺寸、数量以及布置 28 折流板与支承板 30 流板 30 撑板 33 防冲板与导流筒 33 支座 33 外头盖侧法兰 35 管箱法兰以及管箱侧壳体法兰 36 固定端管板 37 排气管与排液管 37 防短路结构 38 路挡板 38 管 39 连接 39 4. 换热器的强度校核 41 第 5 页 共 78 页 体的壁厚校核 41 头盖短节与封头厚度校核 41 箱短节与封头厚度校核 43 箱短节开孔补强的校核 44 体接管开孔补强校核 45 固定管板的校核 46 浮头管板以及钩圈的校核 49 无折边球封头的计算 51 浮头法兰计算 52 参考文献 55 外文翻译 56 谢辞 73 第 1 页 共 78 页 前 言 换热器是实现热量传递的一种设备，在工业生产中起着重要的作用，在各个化工相关领域得到了广泛的应用。 在工业生产中， 人们 通过换热器来将热量从一温度较高的物料传递到另一温度较低的物料。例如，在合成氨的生产中，通过废热 锅炉来降温以实现控制温度的目的； 在精馏塔结构中设置冷凝器；用换热器来实现飞机发动机的散热等等。这都是换热器在工业生产中的应用。 换热器 按 结构 形式 分 成 好几种 ，其中管壳式换热器应用最为广泛。本次设计的是浮头式换热器，是管壳式换热器的一种，和其他管壳式换热器一样，能适应高温、高压的工作环境，同时，还容易清洁，但造价比较贵。在设计的过程中，我根据设计说明书，翻阅了 相关资料，查了相关的国家标准，从工艺计算、结构设计以及强度校核等方面设计出了符合条件的浮头式换热器，并绘制了图纸。 本次设计是对我大学四年学习成果的检验， 但因为本人水平有限、知识比较匮乏，设计中难免有错误以及不当之处，希望各位老师、同学能给予指正。 第 2 页 共 78 页 1. 概述 究的目的和意义 在化工、炼油 、制药 等工业生产中，绝大部分的工艺过程都有加热、冷却和冷凝的过程，这些被总称为换热过程，而使这些换热过程得以实现的设备称为换热设备 ,作为通用工艺设备被广泛应用于化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门。 据统计，在化工 厂，换热设备的投资约占总投资 的 10% 20%； 在 石油炼 厂中，约占 全部工艺设备 投资的 35% 40%。 可以看出在提高传热效率的同时，促进换热 设备的结构紧凑性以及产品的系列化、标准化与专业化不仅可以对现有生产技术进行提高，还能节约企业生产成本。 内外的研究现状以及发展趋势 上个世纪 70 年代初发生世界性能源危机 ， 有力地促进了传热 强 化技术的发展。 当今换热器技术的发展以 算流体力学技术）、模型化技术、强化传热技术等形成一个高技术体系。 最近十几年，强化传热技术受到了工业界的广泛重视，得到了十分迅速的发展，国内外先后推出了板式、螺旋板式、板翅式等高效的传热设备。 早期，我国换热器的制造技术远远落后于国外，由于工艺以及技术的限制，当时的换热 器只能采用简单的结构，不但传热面积小，而且体积大、笨重。 近年来， 借着国内经济迅猛发展良好机遇，的 国内的换热器制造技术已经有了长足的发展， 各种类型和种类的换热器发展猛烈，使用新结构、新材料的换热器不断涌现， 但与国外有不小的差距，特别是在新型高效换热器领域。 未来，国内市场需求将会有以下特点：产品质量水平应有更高的要求，特别是在环保与节能方面，更是发展的重点方向；产品的性价比应该更高；产品的多样化与系列化；产品品牌的需求；生产厂家的大型化与集团化。 在国外二十世纪 20 年代 出现了板式换热器，一出现就应用在了食品行 业。板式换热器的结构紧凑、传热效果好，后来被发展出了多种结构形式。 30 年代初，瑞典制成了螺旋板换热器，接着英国用钎焊法制成了由铜及其合金材料制造的板翅式换热器，并应用于飞机发动机散热。 30 年代末，瑞典 又首次制成了板第 3 页 共 78 页 壳式换热器，并应用于纸浆工厂。同时，腐蚀问题渐渐被人们重视，越来越多的人注意到了新材料的应用。 到了 60 年代， 随着制造工艺的进一步完善 ，紧凑型板面式换热器得到了蓬勃的发展和广泛的应用，同时 为了满足在高温、高压条件下的工艺要求， 典型管壳式换热器也得到了进一步发展，增加了强化传热。 70年代，逐渐向体积减 小、重量减小、消耗减少、适应性增强方面发展。 在国外市场，现如今，虽然板式换热器发展迅速，市场竞争力不断上升，但管壳式换热器仍占住着主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，换热设备也渐渐向着高温、高压、大型化方向发展。 次设计研究的主要内容 本次设计的是浮头式换热器，是管壳式换热器的一种 ，具有高度的可靠性和广泛的适应性，在现如今的各种换热器中占住着主导地位。 该换热器设计参考的前提是常减压装置中的工艺条件， 根据装置工艺条件选择具体的流量、温度、压力等参数。 浮头式换热器的主要优点是 管束可以抽出，以方便 清洗管、壳程 ； 介质间温差不受限制；可在高温、高压下工作，一般温度小于等于 450 ，压力小于等于 用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。 但结构复杂，成本高，制造安装要求高。 浮头式换热器是由管箱、筒体、管板、封头、折流板、换热管等零部件组成，根据换热管材料、尺寸、管数、管程压力、管壁温度、管程数以及壳体材料、内径、厚度、壳程压力、温度等条件下确定管板的厚度、折流板的形状、尺寸与数量、折流板的布置情况和确定换热器的结构尺寸。根据已知的工作状况，选定换热器所在的化工工艺过程，从而根据工艺条件 ，以确定换热器内介质的物性参数；根据工艺结构尺寸结合已知条件，进一步计算换热器结构参数；最后进行换热器核算。 第 4 页 共 78 页 2. 换热器工艺设计 计参数 滑油流量 50m3/h， 进口温度 45 ,出口温度 40 ,冷却水流量 54m3/h,进口温度 33，管程壳程操作压力为 计方案 换热器按设计要求选择浮头式换热器。 如下图所示，循环冷却水容易结垢，而且，当流速慢的时候，结垢的速度还会增长，从而导致换热器的流量下降。 综合考虑，水走管程，滑油走壳程，选择逆流。 图 、逆流示意图 性参数的确定 对于一般滑油和水，粘度低，定性温度 可以 取进出口温度的平均值，则滑油的定性温度为： T=24045= 查取 滑油在 的物性 参数 有： 密度 1 876 3m 定压比热容 1K) 第 5 页 共 78 页 热导率 1=(m K) 粘度 =s 则热流量为： 1Q=11t=50 876( 45428145kJ/h 即1Q=3600428145=119 中， 体积流量 3m /h 假设冷却水的出口温度为 35 则水的定性温度为： T=23335=34 查物性表 可得水在 34下的物性参数为： 密度 2 994.3 3m 定压比热容 2K) 热导率 2=(m K) 粘度 2=310 s 由热流量得冷却水的温差： 2t=1Q/（2 =428145/(54 故假设比较合理 。 则总传热系数 ： K=510 W/( K) 算传热面积 按纯流体计算，由于 小大 /=(45(40is a of in an an C, I of of In (v) h = 1 h = 0. S is 2f) is to of it is to S of to be if a is in C, is C be 第 62 页 共 78 页 of f on is be to of 0 %. it is to of in an on a is of HE of as Yf a 0 ). If is on f on be 1. 2a) 2f) 2. , NC(k) = k = 1. 3. of I ( 4. of on v) is on of of in If v) is is is no to of is to on I of he as in .1 is to 5. of to h = 0. in f v). 63 页 共 78 页 to h = 1. S. 6. C(k) = to . NC(k+1) = NC(k) + 1, k = k + 1 to . 7. S is It on be 8. S C 9. (1). 10. is is to of in 11. If or of in S is no to S. to C in S to . 12. is to S to In of | e ), be in . is t of a on 8 % of S in of ). to an % of v). to S a % of S 0 % of S). 第 64 页 共 78 页 As an to of of a a 26.0 kg/s, 67 C) / 62.5 kg/s, 22 C) .4 m 1). 4a) 4f). In IS 6,240 of v) of of by of is (4). S 4 C = 43 C = 144, , 2/3 , 20 as (2). PU in a of to %). 第 65 页 共 78 页 he of a by a of a to of HE as of to on of as as HE it is to a of HE is a of a be A to In of to by on of An to a of a a a of 第 66 页 共 78 页 中文翻译 ： 板式换热器 构型的最佳选择的 筛选 方法 摘要 ： 一种确定垫片式板式换热器的最佳配置 的优化方法 。目 标 是选择仍然满足约束条件的信道数目的最小传热面积的配置，两种流体的压力降，该通道的流速和换热器的热效率。热交换器的结构由 6 个参数，如下定义的信道数目，通行证的每一侧的流体的位置，进给位置和不同的流中的信道的数目。生成的配置优化问题转化为尽量减少换热面积，并提出了其解决方案的筛选程序。在此过程中，依次施加约束的子集，以消除不可行的和非最佳的解决方案。实施例表明，该优化方法能够成功地确定一组最优的配置与最小数量的热交换器评估。 约 5的压力降和信道的速度计算和 1的热模拟所需的解决方案。 关键词： 板式热交换器，热交换器的配置，优化，筛选方法。 简介 板式换热器（ 一包垫圈的金属波纹板，在一个框架中压合在一起。通过一系列的平行流动通道进行热交换，通过薄金属波纹板构成的流体。板的垫圈设计和关闭的端口确定的流体流动装置，它可以是平行的，串联或几种可能的组合的两个。流板，分布，数量型垫片和进料位置交换配置的特点。 构型表征 为了表征的 置，六个不同的参数用于 F， 述如下： 道数 侧的传球数 I 第 67 页 共 78 页 F：进给连接的相对位置 流体地点 道中的流量类型。 这个二进制参数定义了不同的内部流动通道，它可以是直链或划线根据对垫片的类型（图 1）。交叉流可避免形成的停滞区，但直路的流类型是更容易组装。一起使用这两种类型，这是不可能的。如果 =1，则流程的所有通道中的交叉。如果 0时，流程是直链的所有通道中。 6 个参数可以表示任何常规配置和九板 的板式换热器的配置的一个例子示于图。 （ 2）。对于任何给定的信道数， 个其它参数允许值的有限集合，这限制了可能的配置数，在图所示。 （ 3）。分散模式是由于 量的整数因子的变化。如果在 2 和 500 之间的信道数的范围内，有 284976 个不同的组态。 图 3：通道数可能出现的常规组态的函数 等效配置 对于一 个给定的信道和一个固定的不同的流数的值，等效的构型（即具有相同的热效率和压力下降）的存在是可能的。相当于配置的识别是很重要的，以避第 68 页 共 78 页 免不必要的热交换器评价。两个或两个以上的配置等价的发生是由于流量可逆性的财产（ 1988），单通的存在或几何相似（构型可以自由旋转或镜像）。 一种方法来检测同等构型标签。 （ 1）。对于每一组的 组的值，结果在相当于构型参数 f。在偶数 情况下，有可能是 0 和 之间的适合的，因为 I 和 侧具有相同的信道数 ，因此可以有相同的遍数。考虑例如图中所示的热交换器。 （ 2），它被设置为 f= 1， 1;为制表。 （ 1），改变流体的两侧（ 1（ R） 0）将产生不同虽然等效的构型。 构型优化 配制成的信道的数目， 相当于最小化的换热面积或者其固定费用（式1）的最小化的构型的最优化问题。通道（ 流体压力的的下降（ 通道的流速（ 换热效率（ E）的数量上有限制，如图以约束（ 2A）（ 2F） 。优化模型也受到 算上述变量（约束 3）所必需的。 得到 （ 2a）中的信道数目的约束有关的可利用的数字板和交换容量。流体压力降的最低值，避免了大的变化，可以弯曲板之间的平均流体压力。下界通道的流速第 69 页 共 78 页 避免的优先路径或通道内的停滞区的形成。 筛选方法 建议优化程序是基于的筛选方法， 外，格罗斯曼（ 1994）也采用换热网络优化。在此过程中，依次使用约束除去不可行的和非最佳的 而降低了它的大小和复杂性。 在板 式换热器的构型的最优化，约束的数量的信道（ 2a）中定义的初始设置， 能的构型，形成的 5个其它参数组合。穷举程序，可以被用来获得该组合内的最佳构型，但是，此过程需要一个大的计算工作量，由于需要大量的热模拟。 因为它是可以计算（ v）的前热模拟使用的流体温度的平均值，压力下降，信道速度（ 2e）上的约束可以被用来消除所有不可行元素在套 此，一组简化的构型， 成的。重要的是要注意，要获得设置的 DP，v）的计算中的所有构型为由于下述原因，这是没有必要的： 数 （ V）， v）的独立的 I 和 侧。因此，对于一个给定的 由计算只有一次，每个允许的遍数， 于一个给定 遍数成比例，因此，如果 证，也通过与更大数量的任何构型的查询结果在一个不可行的解决方案， 偶数 面 此，相同的允许的遍数。在这种情况下，（ v）的 1和 0 具有相同的值。 一旦设置 得的有效性约束（ 2f）的用于选择最佳的一组构型，操作系统。然而，这是没有必要的热模拟 因素中的所有元素： 等价的配置具有相同的有效性，因此只有一个需要被模拟 如果搜索进行数值越高，数控数控递增的顺序，找到最优集时，所有剩余的构型可以忽略不计。 由于参数 对流系数和摩擦系数的影响通常是未知的，是固定的，这个参数可能在优化之前，从而减少了 50，可能的构型。此外，它是不可能改变现有的热交换器中的流动不同的。 基于这些原则，筛选算法开发的解决方案，的 选算法的步骤如下所示。对于此算法， 0或 1）。 70 页 共 78 页 换和摩擦的相关性的 影响，如果有可用的数据，这种算法可以使用一次，每一种情况下的结果进行了比较。 1。所需的数据，板（波纹图案，尺寸，面积的扩大系数和热导率），热流体和冷流体（流量，进口温度，污垢系数和摩擦系数的相关性，对流传热系数和物理性质），和约束（低级和上界约束（ 2A）到（ 2F）被读取。 2。初始化： K） = K = 1。 3。所有允许的遍数，得到了双方 I（ 4。验证约束压降和渠道流速： V）对坐落在身边，我的每一个传球的数字 序递增 ）冷流体计算。如果约束的（ v）的得到满足， 果超过 需要计算大量的通行证。此过程中被施加到位于第二侧的冷流体，可用于所有的数字通行证， 而选择 步骤 获得 5。对 选择相结合，产生 0 的所有可能的构型。由于 f（ v）的有四个值的每一种组合的结果在四 个 构 型 。 被 施 加 到 所 选 择 的 到 1的构型。所有生成的构型存储在 6。如果 K） = ，然后进行第 7 步。否则， K +1） = K） + 1，K = K + 1，返回到步骤 3。 7。集 包含的所有组合满足压降和通道速度为双方的约束。载入的最佳设置，操作系统，必须获得。 8。构型在 C 的最小值都被选中。 9。被检测到的等效构型，并使用选项卡中所示的方法进行分组。 （ 1）。 10。的简化热模型（总传热系数是恒定的）是用来模拟一个在各组的配置，获得相应的热效力。 11。如果一个或多个组的等效构型满足有效性约束，它们被存储在套 没有必要模拟的 则，进行 步。 第 71 页 共 78 页 12。的严格的热模型是用来模拟在操作系统的非对等元素的有效性验证的结果。严格的模型差异（ | / ）的情况下，应使用第 8步后，在以前的模拟。否则，最佳的解决方案来实现。 优化结果 据证实，每道次的信道的数目上的压力降，具有很强的影响，因此，约 98的中的元素 选的第一部分（步骤 1 到 8）在消除。的筛选方法相比穷举程序，要求所需的评价（ v）的约 5。此外，为了获得一套 约 1，在 的元素的 20）。 作为一个例子，说明效率的筛选方法，可考虑选择的构型过程（ 斤 /秒，67）水 /冷却水 （ 秒， 22 C） 字形交叉通道流板（ 1）。约束边界约束为（ 4a）到（ 4f） . 在这个问题中， 26240 个元素，为解决这一问题的筛选方法（ v）的计算和 模拟中只有 必要的。筛选和计数方法的性能比较示于图中。（ 4）。集 到的包含 84 个构型，取值范围从 43， 144，通安排为 1/2， 2/3和 2/4为热流体 /冷流体。
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号