毕业设计（论文）-煤油冷却器设计【固定管板换热器】【全套图纸】.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）摘要换热器作为一种流体间传递热量的设备，在化工行业中占有举足轻重的地位。因此，在换热器的生产及研究开发上除了满足各种必需的工艺条件之外，对它的综合性能也提出了更高的要求。深入研究换热器结构参数、流动参数与换热性能三方面综合性能对换热器参数优化设计，缩短设计周期，提高设计效率和经济效益都具有重大的理论意义和现实意义。由已知工况下物性参数，首先，进行工艺计算，然后进行机械设计，其中包括法兰、筒体、封头、管板等的设计，最后画出装配图和零件图。由已知工况下物性参数，首先，进行工艺计算，然后进行机械设计，其中包括法兰、筒体、封头、管板等的设计，最后画出装配图和零件图。关键词：换热器；管板；设计全套图纸，加153893706AbstractThe heat exchanger transmit thermal between one kind of fluid and another The equipment play an important role in heat transferSuch as，in order to preserve and transport the just fractionation getting kerosene，and it must be cooling. So the study becomes more importantTherefore，in addition to the required technological conditions，higher requirements are al so bring up for its comprehensive properties in the production，research and development of heat exchangerBy parameter in the operation，firstly，make the process design,secondly，do the mechanical design，including flange，shell，shell cover，plate and so onAt last，draw the installation blueprint，and components blueprintKeywords：heat exchanger；tubesheet；design目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题研究的目的11.2 课题研究的意义11.3 本课题在国内外的研究现状21. 4 设计标准 第二章 工艺条件的选择32.1 设计方案的拟定32.2 温度32.3 流动方式的选择32.4 流速的选择32.5 允许压降42.6 材料的选择4第三章 换热器的工艺计算53.1 确定冷热流体的物性参数53.2 计算换热器的热负荷Q53.3 冷却水用量63.4 平均温差的计算63.5 选择传热系数初算传热面积73.6 管子选择和管数的确定73.6.1 管子的选择73.6.2 管子的选择73.7 平均温差的校正及壳程数83.8 管子排列方式和管间距的确定83.8.1 管子排列方式83.8.2 管心距93.9 壳体内径的确定93.10 确定总传热系数103.10.1 管程换热系数的确定103.10.2 壳程侧换热系数的确定123.11 流体压降的计算133.11.1 管程压降的计算143.11.2 壳程压降的计算153.11.3 污垢热阻和管壁热阻163.12 壳体壁温的计算 3.12.1 流体平均温度确定 3.12.2 壳体壁温的确定 3.12.3 换热管壁温的确定第四章 换热器的结构设计184.1 管子与管板的连接184.2 管板与壳体的连接184.3 管板与分程隔板的连接184.4 管板与法兰的连接194.5 拉杆与管板的连接204.6 折流板204.7 流体进出口接管214.7.1 煤油进出口214.7.2 水的进出口22第五章 换热器元件强度和刚度的计算235.1 壳体设计及校核235.1.1 设计参数的确定235.1.2 强度计算235.1.3 壳体的水压试验245.2 封头245.2.1 种类和参数的确定245.2.2 强度计算245.2.3 封头直边高度255.3 管箱255.3.1 强度计算255.3.2 管箱的水压试验265.4 管子与管板的拉脱应力265.5 计算是否安装膨胀节275.5.1 管、壳壁温差所产生的轴向力275.5.2 压力作用于壳体上的轴向力275.5.3 压力作用于管子上的轴向力285.6 接管开口补强的计算29第六章 其他辅助结构及标准件的选用316.1 接管法兰及密封面形式316.2 鞍座的选择316.3 吊耳336.4 法兰螺栓规格336.5 拉杆与定距管336.6 缓冲挡板336.7 焊条的选择及焊接形式34结论36参考文献37附录39致谢4140第一章 绪论1.1 课题研究的目的换热器为石油，化工、食品、原子能及其它化工部门所广泛使用的一种工艺设备。一般情况换热器约占石油化工装置设备总重量的40%，其中又以管壳式换热器为主，因此管壳式换热器的研究开发和标准制订一向受到各国的重视，例如美国的TEMA和日本的JISB8249就是管壳式换热器的专用标准。近年来，随着制造技术的进步，强化传热元件的开发，使得新型高效换热器的研究有了较大的发展，根据不同的工艺条件与换热工况设计制造了不同结构形式的新型换热器，并已在化工、炼油、石油化工、制冷及制药各行业得到应用与推广，取得了较大的经济效益。各式换热器的设计思想各有新颖之处，结构上各具特色。有的在于强化管内传热，有的着眼于壳程强化传热，有的改进了管箱设计，有的着重防止管板诱导振动，有的紧凑了设备结构，有的在于防腐防垢。其中最先进的要数Packinox板壳式换热器、螺旋折流板换热器、麻花扁管换热器等几种换热器。固定管板式换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。1.2 课题研究的意义 换热器是合理利用与节约现有能源、开发新能源的关键设备。当今世界，现有能源主要为煤、石油、天然气等资源。有限的储量难以满足工业及人们生活日益增长的需要，因此，合理利用现有能源及开发新能源已成为世界性的研究课题。在生产中大部分燃料释放的能量是通过换热设备传递的，换热器的合理设计、性能改善将直接关系着现有能源的合理利用。可供开发的新能源：核能、太阳能、地热能等要提供工业及生活使用，无一不需要大量符合使用要求的各式换热器。换热器的正确设置、合理设计、性能改善等对能源的有效利用及开发有着十分重要的意义。固定管板式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最为广泛的应用。尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进了其自身的发展，在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。固定管板式换热器具有结构简单、紧凑、能承受较高的压力，可靠性高，易于制造，处理能力大，造价低，选用的材料范围广，管程清洗方便，能承受较高的操作压力和温度，管子损坏时易于堵管或更换等优点，在高温、高压和大型换热器中，管壳式换热器占有绝对优势，研究与开发此新型的类换热器，对工业发展与经济增长具有重大意义。1.3 本课题在国内外的研究现状 换热器为石油，化工、食品、原子能及其它化工部门所广泛使用的一种工艺设备。在换热器设备中，因管壳式换热器具有结构坚固、可靠性高、适应性大、材料范围广等优点而被广泛应用，因此管壳式换热器的研究开发一向受到我国的重视。由于国防工业技术的不断发展，近年来国内已经进行了大量的强化传热技术的研究，在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。但在新型高效换热器的开发方面与国外差距仍然较大，并且新型高效换热器的实际推广和应用仍非常有限。尚需从事换热器专业的技术人员在制造工艺方面加大力度进行研究，使我国换热器技术从各个方面赶上国际水平，也需要各换热设备使用厂家勇于引进和推广新型高效换热器，为我国的节能事业做出贡献。对国外换热器市场的调查表明，据统计，在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的30 % ，在炼油厂中换热器占全部工艺设备的40 %左右，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。上个世纪70 年代初发生的世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备。因此，几十年来，高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器也仍然将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。1.4 设计标准1、中华人民共和国机械标准JB1145-73列管式固定管板热交换器2、中华人民共和国国家标准.GB151-89钢制管壳式换热器3、中华人民共和国机械标准JBT4715-1992固定管板式换热器型式与基本参数4、HG/T20701.8-2000容器、换热器专业设备简图设计规定第二章 工艺条件的选择及设计方案2.1 设计方案的拟定 根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器的固定管板式换热器；再根据冷热流体的性质，判断其是否容易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。本设计中选择使循环工业硬水走管程，煤油走壳程。从资料中查得冷热流体的物性数据，如比热容，密度，粘度，导热系数等。计算出总传热系数，再计算传热面积。根据管径，管内流速确定传热管数，算出传热管程，传热管总根数等。然后校正传热温差及壳程数，确定传热管排列方式和分程方法。根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等；接着再对换热器的热量，官称对流传热系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度，最后，对流体的流动阻力进行计算。2.2 温度 换热器的设计温度应高于最大使用温度，一般高于20，但在检修过程中，壳程空间需要空气进行置换，因此，换热器的最大使用温度要考虑到壳体置换时蒸汽温度，由于一般置换时使用水蒸气作为介质，因此，本次换热器壳体涉及温度为140。管程介质为水，最大使用温度为30，故本文管程设计温度选择为40。2.3 流动方式的选择 管壳式换热器的流动方式有并流、逆流、错流、混合流等，综合考虑，本次设计采用逆流操作。2.4 流速的选择 已知两流体允许压强降不大于100kPa；两流体分别为煤油和自来水。与煤油相比，水的对流传热系数一般较大。由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，考虑到散热降温方面的因素，应使循环自来水走管程，而使煤油走壳程。选用252.5的碳钢管，管内流速取ui=0.5m/s。2.5 允许压降 流体流经换热器，其阻力应在允许的数值范围内。如果流动阻力过大，则应进行修正设计。 一般情况下，流体流经换热器的阻力为104105Pa，气体为103104Pa。允许的流体阻力与换热器的操作压力有关，操作压力大，允许流体阻力可相应大一些。管程和壳程的压力降必须小于允许压力降。2.6 材料的选择 不锈钢具有耐腐蚀性、耐高温等特点。所以为了防止腐蚀，选用0Crl8Ni9不锈钢材料。由于煤油走壳程，因此换热器壳体、管板、换热管和折流板(支承板)材料均需采用0Crl8Ni9不锈钢。第三章 换热器的工艺计算3.1 确定冷热流体的物性参数 根据换热器所在的工艺流程，确定流程参数和物性参数如表3-1和3-2所示。表3-1 换热器的已知工艺参数 参数 壳程（煤油） 管程（水） 进口T1 出口T2 进口t1 出口t2流量Wm(kg/h)温度(0C)流速u(m/s) 2200 2200 - - 140 40 30 40 - 0.5 - 表3-2 介质的性质密度/（/m3）比热容/（kJ/kg）粘度/（Pas）导热系数/（W/m）煤油8252.227.1510-40.14(30)9964.1748.00710-40.6176表3-3.列管式换热器内的适宜流速范围 流体种类流速/（m/s）管程壳程一般液体0.530.51.5易结垢液体10.5气体5303153.2 计算换热器的热负荷Q 换热器的热流量是指通过冷热流体间壁所传递的热量。本文设计热流体存在相变，根据冷凝量和冷凝蒸汽的冷凝热，确定煤油的热流量为式中： 冷凝蒸汽的质量流量，kg/s； 液体的比热容；kJ/kg3.3 冷却水用量 冷却剂的用量取决于工艺流体所需的热量及冷却剂的进出口温度，此外还和设备的热损失有关。 根据热量平衡，可得到冷却水吸收热流量与关系如下：式中： Q损失的热量根据本流程的实际情况，因此忽略换热器的热流量，取。则该热流量均由冷却水升温得到，则根据得3.4 平均温差的计算平均传热温差是换热器的传热推动力。其值不但和流体的进出口温度有关，而且还与换热器内两种流体的流型有关。本设计中，管程和壳程换热采用逆流操作。对于逆流操作，平均传热温差可用换热器两端流体温度的对数平均温差表示。 式中： 3.5 选择传热系数初算传热面积 壳程传热系数：假设壳程的传热系数是： =700 W/m2污垢热阻： Rsi=0.000344m2/W Rso=0.000172 m2/W管壁的导热系数： =45 m2/W管壁厚度： b=0.0025内外平均厚度： dm=0.0225在下面的公式中，代入以上数据，可得 则实际传热面积A0 =1.1511.33=13.03m23.6 管子选择和管数的确定 3.6.1 管子的选择管子的规格和形状对传热影响很大。采用小直径的管子，单位体积内换热面积大一些，设备紧凑，单位传热面积的金属消耗量少，传热系数较大，但制造麻烦，且易结垢，结垢后清洗困难。通常大直径的管子宜用于粘性大或污浊的流体，小直径的管子宜用于较清洁的流体。管子的直径和长度的确定与工艺计算密切相关，但规格的选择应考虑管子材料的合理使用，尽量采用我国现有的管子标准规格。根据我国的材料标准，综合考虑本设计要求，管程介质为水易清洗，并考虑压降，根据目前国内常用的换热管规格，选择GB2270的不锈钢标准管，管子规格为，即管子外径为25mm厚度为2.5mm。换热管直接与两种换热流体接触，因此必须根据两流体的温度、压力、介质的腐蚀性等工艺参数及加工性能和经济合理性选用换热管的材料。3.6.2 管子的选择确定了管径和管内流速后，换热器的单程管子数计算如下：取整为根式中： ns单程管子数目；vs管程流体的体积流量，；di传热管内径，m，di=0.025m：u管内液体流速，m/s，u=0.5m；则单程换热器所需的管长为由于按单程计算得到的管子长度太长，因此选择单管程换热器不合理，必须选用多管程的换热器。取管长为标准管长L=6m,则管程数取整为程总管子数 N=Npns 取整为42根3.7 平均温差的校正及壳程数此时： P= R=由图4-25（参见化学工业出版社的化工原理（第四版）147页，可查得：=0.830.8，所以，修正后的传热温度差为： = 于是，校正后的平均传热温差是32.453，壳程数为单程，管程数为2。3.8 管子排列方式和管间距的确定 3.8.1 管子排列方式管子排列应考虑清洗和整体结构的要求。同时在壳体内装入尽可能多的管子，换热管在管板上的排列方式常用的有以下五种基本形式，即正三角形、转角正三角形、正四边形、转角正四边形以及同心圆排列。具体形式如图3-1所示。图3-1 管子排列方式正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管束，故用的最为普遍，虽然管外不易清洗，但此次设计中管外为蒸汽冷凝，不易结垢，无需清洗。与正方形相比，传热系数较高，可节省大约15%的管板面积，而且便于管板的划线与钻孔。因此本设计采用正三角形排列。3.8.2 管心距管板上两传热管中心距离称为管心距。管心距的大小与传热管和管板的连接方式有关，此外还要考虑到管板强度和清洗管外表面时所需的空间。本次设计采用焊接方式连接管子和管板，焊接时，管心距=31.25mm32mm3.9 壳程内径的确定 采用多管程结构，取管板利用率=0.7，则壳体内径为 圆整可取D=261mm3.10 确定总传热系数3.10.1管程换热系数的确定管程雷诺数：（湍流）管程换热系数：（W/m2)3.10.2 壳程侧换热系数的确定252.5mm的换热管的中心距s=32mm。则流体通过管间最大截面积为： （m2）u0= M0 /A0 =2200/36003.025（m/s） （m）=3.0258250.02/71510-6（湍流）壳程煤油被冷却，取； （W/m2)污垢热阻Rs1, Rs2:Rs1 =0.00017（m2/W)Rs2=0.00034 （m2/W)总的传热系数K: （W/m2)实际传热面积F: （m2）安全系数：%传热面积裕度： （满足设计要求，范围为15% 20%）3.11 流体压降的计算3.11.1 管程压降的计算 管程压降：计算公式，即式中：Ft结垢校正因数，量纲为一，本设计选用的是252.5mm的换热管，取1.4 。管程流通面积（m3）管程雷诺数：（湍流）设管壁的粗糙度=0.1mm，/di=0.005,根据Re关系图查得：摩擦系数=0.32，所以 （Pa）（Pa）管程的压降（Pa）3.11.2 壳程压降的计算现在提出的壳程压降的计算公式较多，由于流速的流动状况比较复杂，以至计算的记过相差的也比较大，本设计采用埃索法计算壳程的压降，公式即：式子中Fs壳程压降的结垢校正因数，量纲为1，液体取1.15，气体取1.0。本设计煤油为液体，故取Fs=1.15。式中Fl管子排列方法对压降校正因数，正三角形排列Fl=0.5，正方向斜转45排列为0.4，正方形排列0.3，本设计选正三角形排列取Fl=0.5； Zo=1。 正三角形排列时，取折流板间距0.15，数目为17个。壳程流通面积 （m2） （m/s）500所以： （Pa） （Pa） （Pa）计算说明，管程和壳程的压降都能满足设计要求的不大于0.1MPa 。3.11.3 污垢热阻和管壁热阻 由于所处理的物料种类繁多，操作条件各不相同，所以对污垢的生成规律难以掌握。目前对污垢热阻的选取主要凭生产经验数据。管程污垢热阻 取；壳程污垢热阻 取；管壁导热系数，本次设计管壁材料选择不锈钢，查文献7得取17所以，总传热系数得3.12 壳体壁温的计算 3.12.1流体平均温度的确定根据GB1511999中规定：液体在过渡流及湍流阶段平均温度计算公式为： 液体在层流阶段和气体的平均温度计算公式为： 本设计流体均在过渡区和湍流阶段利用公式、。管子外侧平均温度： （）管子内侧平均温度： （）3.12.2壳体壁温的确定当圆筒外部有良好的保温，或壳程流体温度近似环境温度，或传热条件使得圆筒壁温接近介质温度时，壳体壁温取壳程流体的平均温度。本设计将壳体壁温近似估为ts=80 （）3.12.3换热管壁温的确定换热管放热侧的壁温： （）换热管吸热侧的壁温： （）换热管的壁温： （）第四章 换热器的结构设计4.1 管子与管板的连接 管子与管板的连接通常采用胀接或焊接的方法固定。对于不锈钢管子与管板，一般均采用焊接结构，不管其压力大小，温度高低9。4.2 管板与壳体的连接 管板与壳体的连接方式与换热器的形式有关，在刚性结构，两端管板均固定的换热器中，常采用不可拆连接，这时两端管板通常是直接焊在壳体上。采用如下图4-1所示的结构。图4-1 管板与壳体的连接4.3 管板与分程隔板的连接 为了把换热器做成多管程，在管箱中安装与管子中心线相平行的分成隔板，管板上刨出沟槽以安放垫片，以保证管内各程之间的密封。槽宽12mm，交角处用直线过渡。此外，管板上法兰面应与加工成的沟槽凹面相平，隔板两侧第一排管子中心距查文献9c=38mm。管板与分程隔板的连接采用单层隔板与管板之间的密封连接，由于隔板另一端与封头焊接连接，因此要求隔板材料应与封头材料相同。如图4-2所示 图4-2 管板与分程隔板的连接4.4 管板与法兰的连接 管板与法兰的连接，采用管板兼做法兰，根据操作压力及气密性的要求，由文献7选择管板如下图4-3所示图4-3 管板4.5 拉杆与管板的连接 对于不锈钢，采用焊接的不可拆连接。4.6 折流板 设置折流板的目的是为了提高流速，增加湍动，改善传热，在卧式换热器中还起支撑管束的作用。常用的有弓形折流板（图1-20）和圆盘-圆环形折流板（图1-21），弓形折流板又分为单弓形图1-20（a）、双弓形图1-20（b）、三重弓形图1-20（c）等几种形式。单弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度h为壳体公称直径Dg的15%45%，最好是20%，见图1-22（a）；在卧式冷凝器中，折流板底部开一90的缺口，见图1-22（b）。高度为1520mm，供停工排除残液用；在某些冷凝器中需要保留一部分过冷凝液使凝液泵具有正的吸入压头，这时可采用堰的折流板，见图1-22（c）。在大直径的换热器中，如折流板的间距较大，流体绕到折流板背后接近壳体处，会有一部分液体停滞起来，形成对传热不利的“死区”。为了消除这种弊病，宜采用双弓形折流板或三弓形折流板。从传热的观点考虑，有些换热器（如冷凝器）不需要设置折流板。但为了增加换热器的刚度，防止管子振动，实际仍然需要设置一定数量的支承板，其形状与尺寸均按折流板一样来处理。折流板与支承板一般均借助于长拉杆通过焊接或定距管来保持板间的距离，其结构形式可参见图1-23。尺寸 如下图4-4所示由于换热器是功用不同，以及壳程介质的流量、粘度等不同，折流板间距也不同，其系列为：100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，800mm，1000mm。允许的最小折流板间距为壳体内径的20%或50mm，取其中较大值。允许的最大折流板间距与管径和壳体直径有关，当换热器内流体无相变时，其最大折流板间距不得大于壳体内径，否则流体流向就会与管子平行而不是垂直于管子，从而使传热膜系数降低。折流板外径与壳体之间的间隙越小， 壳程流体介质由此泄漏的量越少，即减少了流体的短路，使传热系数提高，但间隙过小，给制造安装带来困难，增加设备成本，故此间隙要求适宜。折流板厚度与壳体直径和折流板间距有关，见表5.5.1所列数据。表5.5.1. 折流板厚度/ mm壳体公称内径/mm相邻两折流板间距/mm3003004504506006007507502002503561010400700561010127001000681012161000610121616支承板厚度一般不应小于表5.5.2(左)中所列数据。支承板允许不支承的最大间距可参考表5.5.2（右）所列数据。壳体直径/mm4004008009001200管子外径/mm19253857支承板厚度/mm6810最大间距/mm1500180025003400表4.6.3支承板厚度以及支承板允许不支承的最大间距经选择，我们采用弓形折流板，取弓形折流圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：h=0.25600=150mm取折流板间距B=0.3D，则：B=0.3600=180mm可取B=200mm因而查表可得：折流板厚度为5mm，支承板厚度为8mm，支承板允许不支承最大间距为1800mm。折流板数NB=折流板圆缺面水平装配4.7 流体进出口接管 流体进出口接管直径由如下公式计算式中：d接管内径，m； 进出口换热器的体积流量，； u流体在管内流动的适宜速度，4.7.1 煤油进出口由表选择u1=1.0m/s，那么圆整后选择DN50的接管，材料为与壳体相同的Mn16不锈钢。4.7.2 水的进出口 速度取u2=1.5m/s，那么取标准管径为120mm。 查表得，查表得，PN6.4MPa的接管外伸长度为200mm第五章 换热器元件强度和刚度的计算5.1 壳体设计及校核5.1.1 设计参数的确定 (1)计算压力不考虑液柱静压，所以计算压力近似等于设计压力，即。(2)确定焊缝系数由于考虑了换热器的压力与容积大小，同时又考虑介质的危害程度，因此确定该换热器为一类压力容器，故焊接接头形式采用双面焊对接接头的100%无损检测：故取。(3)选择材料根据介质条件及应用场合与管子相同的16MnR。5.1.2 强度计算 查文献5知16MnR在设计温度条件下的许用应力屈服极限,则壳体的计算厚度：取，则设计厚度：对于16MnR钢板负偏差mm，因而可取名义厚度mm，但是对于低合金钢制的容器规定不包括腐蚀余量的最小厚度应不小于4mm，若加上腐蚀余量名义厚度至少取5mm，由于低合金钢短节的最小壁厚取6mm。故取：（mm）壳体的有效厚度： （mm）5.1.3 壳体的水压试验 采用水压试验，水压试验压力为：圆筒的环向应力：因故符合强度要求。5.2 封头5.2.1 种类和参数的确定 (1)种类选择制作较简单，成本适中的标准椭圆形封头，可知形状系数K=1。(2)计算压力由于不考虑液柱静压，所以计算压力近似等于设计压力，即Pc=P=0.735MPa。(3)确定焊缝系数考虑了换热器的压力与容积大小，又考虑介质的危害程度，介质为水，故焊接接头形式采用双面焊对接接头的局部无损检测：故取=0.85。(4)选择材料由于介质为水，根据应用条件及场合不用考虑腐蚀材料，初步选择16MnR。5.2.2 强度计算 查文献516MnR在设计温度条件下的许用应力屈服极限,则封头的计算厚度：再无特殊条件下，对于碳素钢和低合金钢，不小于1mm，取，则设计厚度：查文献5取厚度负偏差：，则未圆整名义厚度：将名义厚度圆整，取则封头有效厚度：5.2.3 封头直边高度 查文献13可知h=25mm封头形式如图5-1所示 5-1封头5.3 管箱5.3.1 强度计算管箱中介质的操作条件与封头相同，选择与封头相同的参数和材料则管箱的计算厚度：设计厚度：未圆整名义厚度：取名义厚度：则有效厚度5.3.2 管箱的水压试验 采用水压试验，水压试验压力为：校核试验时管箱的薄膜应力：因故故符合强度要求。5.4 管子与管板的拉脱应力式中：单根换热管的横截面积，； 取则由文献12，取,则qq5.5 计算是否安装膨胀节5.5.1 管、壳壁温差所产生的轴向力式中：线膨胀系数，（1/）； 弹性模量，MPa； 管壳壁温差，； 壳体的横截面积，； 全部管子的横截面积，；代入数据，则5.5.2 压力作用于壳体上的轴向力 其中式中：n管子总数； 壳程操作压力，MPa； 管程操作压力，MPa； 管子壁厚，mm 则5.5.3 压力作用于管子上的轴向力 则 根据GB 151-1999管壳式换热器，因式中：壳体焊缝系数； 壳体材料许用应力，MPa； 管子材料许用应力，MPa经计算，条件成立，故本换热器不必设置膨胀节。5.6 接管开口补强的计算按GB150规定，壳体接管的接管不需另行补强，对管箱上的接管进行开口补强的计算。接管参数DN250（） 管长取150mm厚度负偏差腐蚀余量管箱厚度开口所需补强面积有效补强范围有效宽度 取两者中的最大值 所以有效高度 外侧有效高度h1按下式计算 取两者中较小的值 所以 内侧有效高度h2按下式计算 取两者中的最小值 所以有效补强面积管箱多余金属面积接管多余金属面积补强区焊缝面积（焊脚取4.5mm）有效补强面积 由以上可知，不需另外的补强。第六章 其他辅助结构及标准件的选用6.1 接管法兰及密封面形式法兰：选用带颈平焊钢制管法兰密封面类型：凸面6.2 鞍座的选择6.2.1换热器总质量的计算整个换热器的总质量=壳体圆筒质量+两个封头质量+短节质量 +水的质量+煤油质量+82根换热管质量+41个折流板质量+管板质量+法兰质量壳体圆筒质量：通过查压力容器设计手册可查的钢板的理论每平米质量为kg/m2;筒体的表面积（m2），则总质量为(kg)封头质量：短节质量：通过查压力容器设计手册可查的钢板的理论每平米质量为kg/m2;短节的表面积（m2），则总质量为(kg)管板质量：kg折流板质量：折流板的材料为16MnR，其密度为7.85t/m3；体积为m3，则（kg）换热管质量：（kg）水的质量：（kg）煤油的质量： （kg）法兰质量：（kg）所以换热器总质量大约为：（kg）则换热器的总重量为（N）6.2.2 鞍座的尺寸及结构选择根据JB/T4712-1992中的规定选用B型鞍式支座就符合要求。本设计鞍式支座未设垫板是由于鞍座在公称直径小于等于900mm时是否需要垫板必须满足下列条件之一。容器筒体的有效厚度小于或等于3mm；容器筒体鞍座处的周向应力大于规定值时；容器筒体与热处理要求时，容器筒体与鞍座温差大于200时；容器筒体材料与鞍座材料的化学性能相差较大时。通过以上章节的计算可知不符合以上任意一条，所以不用设置垫板。6.3 吊耳根据封头质量选用TPP-1HGT21574-94吊耳。由于封头的材料为16MnR，而吊耳需要焊接在封头上，故材料选择为16MnR。吊耳中心线位置一般在0.7倍封头直径范围内，取0.75倍的直径位置安装。数量：2个6.4 法兰螺栓规格 螺栓规格：M246.5 拉杆与定距管 折流板的安装是通过拉杆和定距管束实现的，拉杆的直径和数量查文献7确定，拉杆直径为12mm，最小拉杆数为8根。定距管采用与换热器材料、直径相同的管子，材料为0Cr18Ni9，规格：。6.6 缓冲挡板 当加热蒸汽或高速流体流入壳程时，对换热管会造成很大的冲刷而影响换热器的传热效率和换热管的寿命，故安装缓冲挡板。根据文献7：挡板的厚度为4.5mm长度：200mm宽度：200mm在壳体内的位置高度：78mm6.7 焊条的选择及焊接形式 查文献3不锈钢焊条知：焊接不锈钢管板与碳钢管箱(壳体)焊接时适宜选用E309或E309L标记：E 309。25。技术要求：焊条直径极限偏差：-0.08mm焊条长度极限偏差：2.0 mm查文献4知壳体及封头拼焊时宜选用E5015，I级射线探伤底片要求技术要求：焊条直径极限偏差：0.05焊条长度极限偏差：2.0焊缝形式如下图：图6-1 A，B类焊缝图6-5 C，D类焊缝 结论回顾本次设计的整个过程，以及我的设计成果，现总结如下：从设计的过程和结果来看，我认为本次设计的工艺计算、选型过程是严谨的、合理的;所选换热器的型号、结构也能满足工艺的要求，基本上达到了设计任务的要求。通过本次毕业设计，培养了我独立思考的能力，我更进一步了解和掌握了一些有关化工设计方面的基础知识，受到一次化工设计技能方面的基本训练。因此，从始至终，不论是查文献、计算、还是绘图，我的积极性始终高涨，通过这次设计不仅学到了知识、技能，而且还充满了乐趣。老师也曾说过要我们把它当作一次实战演习，这对我们即将走上工作岗位的毕业生来说无疑是很好的一次锻炼机会，把大学四年所学的知识串联起来，运用到实践中。我想这也是学校安排毕业设计的目的所在。总之，化工生产本身是复杂的，影响因素很多。综合平衡、全面考虑各种复杂的影响因素，是设计成功与否的关键。要获得这方面的知识和能力，唯一的途径是多次进行设计的实践。本次设计当然也必然存在它的不足，但我相信，通过多次的设计训练，丰富我的知识储备，我所设计出的成果将日趋完善。参考文献1 中国标准化管理委员会GB150管壳式换热器S北京：国家质量技术监督局19982 中国标准化管理委员会GB151钢制压力容器S北京：国家质量技术监督局19983 中国标准化管理委员会GB/T983不锈钢焊条S北京：国家质量技术监督局19914 中国标准化管理委员会GB/T5117-1995碳钢焊条S北京：国家质量技术监督局19915 郑津洋，董其伍，桑芝富过程设备设计M第二版北京：化学工业出版社，2005：106-2816 夏清，陈长贵化工原理M修订版天津：天津大学出版社，2005：37-577 李功样，陈兰英，崔英德常用化工单元设备设计M广州：华南理工大学出版社，2006：3-368 董其伍，张垚换热器M北京：化学工业出版社，2009：95-989 琚定，寿振刚