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F110 填料函 换热器 设计 CAD

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F110填料函式换热器设计含8张CAD图,F110,填料函,换热器,设计,CAD

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课题任务书学院： 专业： 指导教师学生姓名课题名称F110填料函式换热器设计内容及任务拟设计一双壳程双管程外填料函式换热器，用于热量回收。给定设计参数如下：管程介质：烟道气 壳程介质：水管程设计压力：0.95MPa 壳程设计压力：0.85MPa管程设计温度：310 壳程设计温度：75 腐蚀余量：自定 换热面积：110m2 需完成的主要内容如下：1、绪论2、主体结构设计3、材料选择及零部件结构设计4、强度计算与校核5、加工工艺、装配程序、安全防腐等6、绘制装配图及零部件图7、翻译外文文献拟达到的要求或技术指标1、首先需在互联网、图书馆、工厂广泛查阅相关科技资料2、进行结构、材料及装置选择论证时，要求资料详实，数据充分3、进行强度校核时，要求计算准确，分析详细，公式的字母含义应标明4、查阅15篇以上与题目相关的文献，其中近三年的文献不少于5篇，鼓励引用一定的外文文献；按要求格式独立撰写不少于12000字的设计说明书；写出不少于400字的中文摘要，关键词的个数一般取5个左右；鼓励翻译一篇本专业外文文献5、完成不少于3张零号图纸的结构设计图、装配图和零件图，其中应包含一张以上用计算机绘制的具有中等难度的1号图纸，同时至少有折合4号图幅以上的图纸用手工绘制，并要求图面整洁，视图齐全，布局合理，线条、文字及尺寸标注等均应符合有关标准规定进度安排起止日期工作内容备注2月18日3月1日3月4日3月15日3月18日5月24日5月27日5月31日毕业设计调研集中实习毕业设计毕业答辩主要参考资料1 秦叔经，叶文邦.化工设备设计全书-换热器.北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册.北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册.北京：化学工业出版社，20054 钱颂文.换热器设计手册.北京：化学工业出版社，20025 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术.北京：化学工业出版社，20116 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计.广州：华南理工 大学出版社，19867 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20158 谭蔚.化工设备设计基础.天津：天津大学出版社，2014教研室意见本课题符合专业人才培养要求，设计任务饱满，同意下达任务书 本课题不符合专业人才培养要求，不同意下达任务书教研室主任（签章）：年 月 日设计开题报告题目 F110填料函式换热器设计学生姓名班级学号专业1选题概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器是化工，石油，动力，食品，制药，能源及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。换热设备因用途不同，类型繁多，性能不一，但均可归结为管壳式结构和板式结构。填料函式换热器作为管壳式结构的一种。由管箱、管板、管束、壳体、折流板或支撑板、拉杆、定距管、填料函等组成。其结构特点为，一侧管箱可以滑动，壳体与滑动管箱之间采用填料密封。管束可抽出，管板不兼作法兰。其优点有：填料函结构较浮头简单，检修清洗方便；无温差应力，（具备浮头式换热器的优点，消除了固定管板式换热器的缺点）。 缺点：密封性能较差，不适用于易挥发、易燃、易爆和有毒介质。给定设计参数如下：管程介质：烟道气 壳程介质：水管程设计压力：0.95MPa 壳程设计压力：0.85MPa管程设计温度：310 壳程设计温度：75 腐蚀余量：自定 换热面积：110m2 2 发展现状及发展趋势国内换热器行业在节能增效、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。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，2011年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10-15%左右的速度增长，到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场，其市场规模为150亿元；电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右；船舶工业换热器市场规模在40亿元以上；机械工业换热器市场规模约为40亿元；集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元，食品工业也有近30亿元的市场。另外，航天飞行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电、多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器，这些市场约有130亿元的规模。近年来，在整个换热器的市场中，各种板式换热器的竞争力逐步提升，然而管壳式换热器依然以65%的市场占有率成为换热器市场的绝对主力。根据最新的研究成果表明，基于高效换热器和新型换热器原件为主的列管式换热器成为目前研究的重点。 国外二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。二十世纪30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。二十世纪30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。二十世纪60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。二十年代70年代中期，非接触式换热器一直是管壳式（列管式）换热器一国独大的局面。然而近几十年以来，这种平衡有所改变。这种改变是由于各种板式类换热器的逐步开发和应用所带来的。板式类换热器能够能够被深入研究和开发，固然是有其历史必然的。回顾换热器发展历程，虽然板式换热设备的充分开发只是近些年的事情，但是其理论和技术的出现却早的多。但是人们在最初舍弃了这种换热性能远远占优势的换热器形式，而是选择并大量应用了管式换热器。3 课题的主要工作3.1 准备相关工作查阅相关文献资料了填料函式换热器的基本原理、性质及应用。在化工生产中的地位和作用、换热器应用的现状和发展趋势、设计的理论基础、技术路线及其意义。3.2 工艺计算及结构设计填料函式换热器的结构和类型、操作条件的选择和操作方式选择。热流量计算、传热系数计算、传热面积的确定、壳程阻力及压力降计算。3.3 主要受压元件强度计算 换热器壳体、管板、管束、折流板或支撑板、拉杆、定距管、填料函的校核计算，管板厚度的计算，开孔补强计算。 3.4 计算机绘图及说明书的编写 利用AutoCAD软件绘制出填料函式换热器的装配图及各个零件图，并编写说明书，并完成英文资料翻译的编写。4 课题的进度安排 第一阶段 2019年1月8日至2019年2月22日，资料收集，阅读文献，完成开题报告。 第二阶段 2019年2月22日至2019年3月22日，毕业实习，为毕业设计做好资料准备。第三阶段 2019年3月22日至2019年5月27日，毕业设计第四阶段 2019年5月27日至2019年6月3日，毕业答辩 参考文献1 秦叔经，叶文邦.化工设备设计全书-换热器 .北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册 .北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册 .北京：化学工业出版社，20054 钱颂文.换热器设计手册 .北京：化学工业出版社，20025 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术 .北京：化学工业出版社，20116 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计 .广州：华南理工大学出版社，19867 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 .北京：化学工业出版社，20158 谭蔚.化工设备设计基础 .天津：天津大学出版社，2014指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日F11O填料函式换热器设计 摘 要作为重要的节能装置，换热器在石油、化工、冶金等等领域都得到了广泛的应用，可以有效提升能源使用的高效性。特别是在当今可持续发展路线,节能环保成为工业发展的一个主题。国内外许多研究机构和大学都对换热器的研究给予了极大的重视。根据任务书要求，本设计设计对象为F110填料函式换热器，主要为换热器的工艺计算、换热器的结构以及强度的设计。本设计涵盖了以下几个层面：工艺计算；换热器选型、传热系数核对。计算出所需要的管壳程的各部分结构，并初步选定结构的各部分参数，如材料尺寸等；第二部分是关于结构以及强度的设计校核，主要是对选定的各部件的设计进行应力计算；第三部分是对换热器的制造安装，防腐以及后期的维护保养做出说明。经过反复的修改结构设计参数，以及图纸的绘画，完成了填料函式换热器的设计。关键词：填料函；强度；焊接；防腐ABSTRACT The heat exchanger is a very important energy-saving device that can greatly increase the efficiency of energy use. It is widely used in various fields such as petroleum, chemical industry, power, and metallurgy. It occupies a particularly important position in the national economy, especially in walking. Today, sustainable development has made energy conservation and environmental protection the main theme of industrial development. Heat exchangers are particularly important in the application of mitigation of energy shortages. Research institutions at home and abroad, universities and colleges have always attachedgreat importance to the study of heat exchangers.According to the requirements of the mission statement, this design and design object is a F110 packing heat exchanger, which is mainly for the process calculation of the heat exchanger, the structure of the heat exchanger and the design of the strength. The main process of this design is divided into three parts. The first part is the process calculation part, which mainly consists of a given heat exchange area and other parameters. The heat exchanger is selected, the heat transfer coefficient is calibrated, and the required shell is calculated. The various parts of the structure, and the initial selection of various parameters of the structure, such as the size of the material, etc.; the second part is about the design and verification of the structure and strength, mainly for the stress calculation of the selected parts of the design; The part is to explain the manufacturing and installation of heat exchangers,anti-corrosion and the maintenance of the later stage.After repeated modification of the structural design parameters and drawing drawings, the design of the filler heat exchanger was completed.Keywords: stuffing box ;strength; welding ;anticorrosion 目录1概述11.1设计背景11.2.换热器的分类11.2.1按照作用原理和实现传热的方式分类11.2.2按使用目的分类21.2.3按照传热面的形状和材料分类21.3管壳式换热器（列管式换热器）21.4 设计的任务32 F110填料函式换热器结构选择42.1 F110填料函式换热器设计工艺参数及要求42.1.1烟道气的物性42.2.2水的物性52.1.3流体空间的选择52.2换热器结构与结构参数的选择52.2.1换热管尺寸52.2.2换热管数量62.2.3换热管的排列和管心距62.2.4换热管的材料72.2.5 壳体72.3 进出口设计92.3.1 接管接管伸出长度92.3.2 接管与筒体、管箱壳体的连接92.3.3 排气、排液管92.4 管箱92.4.1管箱结构形式92.4.2 管箱材料的选择102.5 管板122.5.1管板结构选择122.5.2管板的计算122.5.1 最小厚度132.6管板与管箱的连接142.7管板与换热管的连接142.7.1胀接142.7.2焊接142.7.3胀焊结合142.7.4焊接方法及结构152.8壳体与管板的连接结构162.8.1容器法兰的结构选择162.8.2容器法兰的参数选择162.8.3外头盖法兰、外头盖侧法兰与外头盖垫片、浮头垫片162.9 接管最小位置172.9.1 壳程接管位置的最小尺寸172.9.2 管箱接管位置最小尺寸173 F110填料函式式换热器其他各部件结构193.1 折流板与支承板193.1.1 折流板的主要几何参数193.1.2 折流板的最小厚度193.1.3 折流板的管孔203.1.4 折流板外直径及允许偏差203.1.5 折流板间距203.2 防冲与导流213.2.1 防冲板的结构213.2.2 防冲板的位置和尺寸223.3 拉杆与定距管223.3.1 拉杆的结构和尺寸223.3.2 拉杆的布置233.3.3 定距管尺寸233.4纵向隔板233.5 封头、法兰以及鞍座的选择243.5.1 封头的选用243.5.2 法兰结构类型243.5.3 鞍座的选择244 填料函式换热器部分强度设计及校核254.1 管子与管板连接拉脱力的校核254.1.1 换热管轴向应力254.1.2 换热管与管板连接拉脱力254.2径向应力264.3.1 计算设计力矩M和管板延长部分的法兰应力264.2.2 应力校核274.3 管板厚度计算284.3.1 管板参数计算284.3.2 结构尺寸284.3.3 管板应力计算294.3.4 操作力力矩304.3.5法兰预紧力304.4 法兰的强度校核314.5 压力试验334.5.1 管程圆筒334.5.2 壳程圆筒344.6 开孔补强的计算344.6.1 概述344.6.2 壳体开孔补强345 填料函式换热器的制造、安装、检验、防腐，清洗和维修355.1 概述355.2 材料验收355.3 填料函式换热器的制造355.3.1 壳体圆筒355.3.2 管箱355.3.3 管板355.4换热器的安装365.5清洗365.6换热器的防腐365.6.1换热管的防腐365.6.2管子与管板、折流板连接处的腐蚀365.7 填料函式换热器的操作与维护365.7.1换热器的正确使用365.7.2换热器的科学管理375.8换热器的定期检验375.8.1外部检查375.8.2内部检查375.8.3全面检查38总结39参考文献40致 谢411概述1.1设计背景能源，从人类学会利用它就越来越成为人类发展不可缺少的基础。人类在使用能源的过程中，蒸汽机的出现为我们带来了新一轮的工业改革，内燃机的不断改进以及电力的彻底性改革都表现出了巨大的开拓能力。中国颁布了很多关于能源利用率提升的政策和方案，希望通过这些手段可以促进能源利用的高效性，为经济发展不断贡献力量，为子孙后代谋取福利。依据有关权威报告指出，在2018年的一月和二月，国内工业增值能耗实现了约为百分之二的下降比，假如按照这个目标发展下去，在“十三五”计划可以实现工业增加值约为百分之十八的下降比。平均下降百分比可以达到百分之四左右。然而，直到去年下半年，年度目标才得以实现。因此，我国节能减排的现状依然是严峻的，特别是在工业领域。换热器应用广泛，也是制造商关注的研究重点，希望通过更高的能源使用效率，获得更高的经济效益，本次课题也是为了采取途径完善换热器，目的是推动能源使用率的提升，创造更大的经济效应和价值。1.2.换热器的分类换热器根据不同的方式有不同的分类，以下就是根据换热器的原理，使用目的，形状材料等对换热器进行分类并简单介绍。1.2.1按照作用原理和实现传热的方式分类（1）直接接触式换热器：采用流体间的相互作用力，提升热量交换率，在其中，导热的实现效率最高。（2）蓄热式换热器：依据载热体，在其表面进行传热导引。（3）间壁式换热器：在固体表面，利用流体将其分开，接着使用固体表面达到导热的功能，这种换热器由于操作便捷、适用于集中性组配，在工业生产中实现了广泛的应用，所以它的使用范围更广。换热器有冷管以及热管这两种，并且二者是分开的，可以依据固体壁面进行热导，而通过对流实现冷导。管式换热器是一种传热换热设备与管道表面和元素,常用tube-shell类型(管式),线圈型,螺旋型,袖型和热管型,等。该换热器构造简单，技术纯熟，具有较强的功能性且导热效率较高，是良好的工业传热工业，板式换热器 在这个过程中可以促进平板或者异形板制造传热效应，其材料的选取大多是金属，因此被称为紧凑型热换器。1.2.2按使用目的分类(1） 冷却器，具有冷却作用，利用水作为媒介实现冷却；(2） 加热器，用于加热； (3） 再沸腾，在蒸馏塔底气化物料中进行沸腾处理；(4） 冷凝器，利用气态冷却物进行液化处理；(5） 过热器。1.2.3按照传热面的形状和材料分类（1）管壳式换热器该换热器具有构造简便、操作便捷以及可在其管壁实现换热功能的特点，因此是应用最广泛的一种换热器。 （2）板式换热器该换热器在板与表面间实现导热，具有导热效率高、热损较小、造价成本高、制造流程复杂以及承压能力差等特点。 （3）热管式換热器该换热器是近年来较为新型的一种，以热管作为导热组件，具有组件简单、制造流程便捷的特点。 （4）新材料换热器 当前，换热器的材料大多来源于碳钢，只有极少数采用不锈钢。1.3管壳式换热器（列管式换热器）（1） 固定管板式换热器 该换热器可以在温差较大的情况下使用，然而，其承压能力却一般，且其外壳介质不容易结垢。（2） 浮头式换热器 该换热器通过连接管板以及壳体，可以实现较好的封密性，其小的一端被称为浮头，因此又有“浮头换热器”之称。（3） 填料函式换热器该换热器属于传统的换热器，可以采用填料函进行封密处理。（4） U形管式式换热器 该换热器组建简单，省材料，然而不易清洗，加上管道的空隙较小，导热的稳定性不强，容易造成流体短路。1.4 设计的任务在本设计中，详细分析了换热器的硬件组成，通过合适的参数值计算，得到了换热器的强度以及性能校对，然而，在图形的绘制过程中，还需要一定的绘图以及办公软件应用能力，这为将来进入社会，做了必要的技能准备。再本设计完成的过程中，应该以合理的设计理念、恰当的器件选择以及较为完善的计划方案等等方面作出反复修改，此外，还需要设计者挑选合适的换热器材料，为其防腐、以及保养等方面做出精确说明，以保证设计的完备性。 2 F110填料函式换热器结构选择图1 填料函式换热器结构示意图2.1 F110填料函式换热器设计工艺参数及要求表1 换热器设计参数和要求2.1.1烟道气的物性表2 烟道气物性参数2.2.2水的物性表3 水的物性参数2.1.3流体空间的选择根据单壳工艺和双管工艺参数设计了烟气，燃气管道和水壳。2.2换热器结构与结构参数的选择2.2.1换热管尺寸(1)管径 如果管的尺寸紧凑并且压实，则成本变低并且压降变大，但膜系数和阻力系数的比率变得更好。该项目的设计要求您考虑清洁是否仍然方便。 请参考换热器设计手册中根据已经给予受试者的参数选择加注器热交换器的基本参数。 D=25mm，初始选择壁厚=2mm的换热器管。表4 换热管尺寸(2)管长 换热面积：280，公称压力PN=1.24Mpa，查询换热器设计手册表1-2-7，选取换热管长度5200mm。2.2.2换热管数量 (1)可得n894（四舍五入取整数）则管程流通面积： （2）2.2.3换热管的排列和管心距 换热管的两种排列方式分别是，三角形排列方式：不仅有利于壳体侧流体达到端部流动和管道数量，而且还有利于节省空间和材料。正方形排列方式，便于清洗外壳一侧。为了弥补这些不足，所以选择规则三角形排列方式。下图为几种主要的换热管排列方式：图2 换热管的主要排列方式尽管更紧凑的管的心脏的距离小，但是板管变厚，壳侧压降增加，并且不促进清洁。一般范围是（1.25-1.5）d，检查GB 151-1999是热交换器的32mm的中心距离。此外，相邻管之间的间隙距离（S-D）必须为6mm或更小，这是因为热交换器之间的机械清洁是必要的。 (3)据上表可得：取管间距=32mm2.2.4换热管的材料除了确保管道体与其他部件之间的良好连接外，管道还必须具有足够的强度，并且该设计采用焊接延伸的组合，因此传热也具有良好的可塑性。在这种情况下，通常使用高质量的碳钢来保护它。2.2.5 壳体通过管束中心线的换热管数量：由化工过程及设备设计（1-14）可知 （根） （4） 式中 n：单程管数 m: 程数由于设计的是双管程结构，因而壳程内径为 （5) 所以取整得=800mm 壳程设计压力=温度分别是=查询钢制压力容器中的表4-1，可以得知材料选为Q235-7，t=112MPa， 查询钢制压力容器可以得知数据厚度为： (6) 取整得4mm 式中：Pc：管程设计压力D：i公称直径,t：管：胀接系数。 设计厚度： (7) 名义厚度： (8) 取整得mm 有效厚度： (9）设计温度下圆筒计算应力： (10) 设计温度下圆筒最大工作应力 (11) 管程设计压力，设计温度=，依据，采用,查表得到 ，1，,。 计算厚度： 设计厚度： 名义厚度： 有效厚度： 设计温度下圆筒计算应力： 设计温度下圆筒最大允许工作应力： 1.32MPa1.05MPa2.3 进出口设计 流体介质选择需要充分考虑流体的均匀分布，位置选为喷嘴内外侧，尽量减小死角。在本设计中，喷嘴呈放射状设置，与内表面齐平。当然，还需要考虑进、出口压力的情况，使流体介质充分热交换。该种计算可以保证换热器导热的高效性以及安全性。2.3.1 接管接管伸出长度查阅换热器设计手册第页，了解到接管其长度运算公式是： 式中：l接管外伸长度，mm；h接管法兰厚度，mm； h1接管法兰的螺母厚度，mm；保温层厚度，mm。 2.3.2 接管与筒体、管箱壳体的连接 换热器的接入方式主要是插入式焊接法，综合考量其承压以及温度的改变，确定换热器壳高度的水平标准。2.3.3 排气、排液管由图3可得，本设计主要安装于接口的顶端或者低端，可以提升流体的互动性。图3 用于卧式换热器之排气（液）管2.4 管箱箱体半径可以对折流板的厚度进行衡量，可以推动刚度以及密度的宽度值。2.4.1管箱结构形式图7 管箱结构按照换热器设计手册选择图7（a）分程隔板的最小厚度如下表7示： 表7 隔板材料选择2.4.2 管箱材料的选择 已经得知设计温度、压力分别为330、。根据，管箱材料选取表8 管箱数据2.5 管板管板可以主要固定在管板，热交换器和装置的强度和结构设计上，该装置负责壳侧介质的冲击和压力，热交换器的温差应力以及固定换热器。在这个热交换器中，Pd=|Pt|。2.5.1管板结构选择图6 固定端管板根据换热器设计手册P233，选择结构如图6所示。为了充分满足换热器的要求，需要注意隔板弯曲部分倒角数据的选取，选取倒角的数据为。此处连接不焊接，壳体法兰与管箱法兰之间固定，便于日后拆卸、清洗和更换管道。2.5.2管板的计算 式中Ad未能被换热管支承的面积，n隔板槽排管根数；S中心距；Sn隔板槽两侧邻管的中心距；式中 管板布管区的面积， 式中布管区内开孔后面积，；式中，管板布管区当量直径，换热管外径，；管板材料的弹性模量，Mpa；换热管材料弹性模量，Mpa；查阅换热器设计手册第页表（A）和（B）得管板尺寸：mm mm mm mm2.5.1 最小厚度管板最小厚度min根据换热器设计手册第页的表，见表6。表6 管板开孔尺寸=C所以最小厚度min为mm 2.6管板与管箱的连接提升设备的封密性，这是因为管道需要通过延期进行连接。因此，选择图9中的榫槽连接。图9 活法兰与管箱的连接2.7管板与换热管的连接管板和管板之间的连接是制造热交换器的关键，并且是一个重要的结构问题，并且还应该防止钥匙泄漏。该设计介绍了以下连接方式。2.7.1胀接扩大联合方法的一端管退火后,用砂纸将表面的灰尘和锈加载管板预留孔,管道另一端固定和滚子的胀管器的力量作用下,管道直径的增加,产生塑性变形, 为了固定和密封管的孔表面和外表面，管板孔的直径也增加了弹性变形的发生，这导致弹性管板的孔的收缩并消除了弹簧和管板的孔，使原始直径回来，管道和管道是碳钢或低合金钢和换热器的特殊要求。 扩展接头适用于小于4Mpa的设计，强烈振动操作，设计温度小于300，温度变化过大，应力明显腐蚀能力差。2.7.2焊接管道和管板连接广泛用于高温，高压，易燃和易爆介质，并且焊接方法的使用非常简单，适合大规模生产，无需开槽，适合大型制造，焊接对比 膨胀节如果压力不是很高，则使用细管和焊接方法被广泛使用，不易泄漏，这种方法非常简单，在高温下可以保证紧密连接 和高压环境。它不适合腐蚀腐蚀的机会和间隙振动，这很容易腐蚀焊接接头，因为管端和管板孔之间的间隙容易腐蚀，所以焊接也容易 导致应力腐蚀或中断。2.7.3胀焊结合外观形式有膨胀和焊接两种，其结构形式有:一个是扩张和密封焊接的强度,承受负载,确保密封扩张,焊接只是辅助泄漏预防;第二,焊接的强度和粘贴扩张,焊接负载,确保密封,粘贴扩张是消除差距,提高减振能力,延长使用寿命,适用于密封性能要求、疲劳或振动荷载,缝隙腐蚀的场合。2.7.4焊接方法及结构在本设计中，考虑到管道压力高、烟气不确定性大，采用了强度焊接。2.8壳体与管板的连接结构2.8.1容器法兰的结构选择捆绑通常需要使用尺子去除，清洁，防腐和其他操作，可拆卸的连接机制。根据热交换器手册第p168页的可拆卸管板的设计要求，需要可拆卸管板的夹紧方法。如图8所示图8 管板与管箱的连接机构2.8.2容器法兰的参数选择对容器法兰的参数选定如表9所示，表9 容器法兰的选择2.8.3外头盖法兰、外头盖侧法兰与外头盖垫片、浮头垫片（1） 外封头法兰的型式、尺寸、材质与容器法兰相同如表9所示。（2） 外头盖侧法兰选用凸密封面，材料为锻件20MnMo，查JB/4721-92可知其具体尺寸如下表10。表10 外头盖侧法兰尺寸（3）查JB/ t4618-92，选择外端盖D和内径D分别为775mm和715mm的金属垫片。通过JB/ t4618-92，法兰垫片的类型也被选择为金属包垫片。外径D为583mm，内径D为568mm，材质为0Cr18Ni9。2.9 接管最小位置为了充分利用共接触面积，提高了传热效率。2.9.1 壳程接管位置的最小尺寸 依照换热器设计手册第144页的图1-6-2，如下图4所示：图4 壳程接管位置运算此下公式：带补强圈： 无补强圈： 2.9.2 管箱接管位置最小尺寸 换热器设计手册第页图，如下图5示：图5管箱接管位置 带补强圈： 无补强圈： 通常要求mm，此设计中，可以实现40mm，目的是确保其强度，促进使用时间的延长。3 F110填料函式式换热器其他各部件结构3.1 折流板与支承板与热交换器相比，折叠板设计的主要功能是改善传热效果和支撑管道。 由于管道介质是烟道气，因此使用保形挡板可以显着提高传热效率。3.1.1 折流板的主要几何参数单弓形挡板的缺口高度一般为壳体内径的15% 45%左右，且不小于50mm。缺口高度： h=80025= 200 mm 折流间距： B=0.3 D=240 mm 折流板数： 3.1.2 折流板的最小厚度浏览换热器设计手册第页的表，正如下表12所示表12 折流板或支撑板的最小厚度壳体直径已知。请参阅换热器设计手册第24页的表格1-2-15。3.1.3 折流板的管孔因为管孔选中的材料是钢，所以管束管孔直径和偏差如表13所示：表13 折流板管孔直径和允许偏差D为25mm，因此管孔直径是25.8mm。3.1.4 折流板外直径及允许偏差 依据换热器设计手册第页的表，获取到表14参数：表14 板外直径及允许偏差 依照已知，所得折流板的外直径是 （30）3.1.5 折流板间距 最小间距则肯定是大于圆筒直接的零点二倍，最大间距如表15所示：表15 最大无支撑跨距已得取管子外径为25mm，材质是钢，则跨距选定1850mm。3.2 防冲与导流设计反冲洗板的目的是防止介质从直接影响管道径向接触表面的界面流入管道。 由于热交换器设计为水平热交换器，因此不需要设置迂回管，管道介质是烟气。 由于烟气流量高且压力高，因此必须在管道中设置防冲板。 无需设置防冲板，壳侧介质为普通水，无明显腐蚀和腐蚀磨损。3.2.1 防冲板的结构浏览换热器设计手册第的四类防冲板结构，如图所示：图11防冲板结构依照此设计条件，可以选取的防冲板型式是。3.2.2 防冲板的位置和尺寸公式31是计算防冲板的表面至管壳内壁之间的距离。抗冲击板表面与壳体之间的长度小于管道外径的四分之一。防冲板表面与壳体内壁之间的距离计算公式依据换热器设计手册第187页的1-6-10。 （31）算得碳钢、低碳合金钢最小厚度是，不锈钢最小厚度是。3.3 拉杆与定距管3.3.1 拉杆的结构和尺寸（1）拉杆的结构型式参见换热器设计手册的第188页，发现杠杆有两种结构；另一种是拉杆结构的拉管；一个是拉杆和折板焊接；前者适用于后者；用于束式热交换器如图12所示，管的直径为14mm图12拉杆结构形式选取拉杆定距管结构。（2）拉杆的尺寸、直径与数量长度需要根据拉杆直径来选择，据换热器设计手册第188页的拉杆尺寸图，如图13和第189页表1-6-36拉杆尺寸表11，表12。图13 拉杆连接尺寸 表11 拉杆数量 （mm）表12 拉杆的直径 （mm）查表11与表12可以知道其直径，根。3.3.2 拉杆的布置热交换器的稳定运行对杠杆的布局有很大影响，因此需要设置杠杆的布局，杠杆位置也会影响传热效率，杠杆安装可以延长使用寿命，边缘束外部的热量在交换器设计布置中杠杆的折叠分布可以以更快的流速提高热交换器的效率，折叠板必须配置为支撑四个点。3.3.3 定距管尺寸外径换热器的设计是不锈钢换热器，因此是采用碳钢定距管的工程设计。3.4纵向隔板这种设计是双壳侧热交换器，带有垂直表圈，必须设置垂直表圈以提高壳侧传热系数。应注意，垂直边框的返回通道区域必须略大于边框的间隙区域。 由于隔板与内壁之间存在间隙，因此容易产生流体的短路，需要适当密封温度，因为传热效率受到影响，并且易于连接到 产生温差应力。主要有两种密封方法:(1)固定板换热器，运用焊接接口，不使用本设计，省略说明。(2) 可拆卸连接包装功能热交换器的一个优点是重要的是可拆卸，因此可拆卸连接的使用由不锈钢弹簧板，压缩螺栓，螺母，压力板和其他发动机组成，通过去除螺母可以是分离器。3.5 封头、法兰以及鞍座的选择3.5.1 封头的选用根据压力容器设计规范，头盖应采用16MnR标准椭圆头材料，厚度为10 mm。名义厚度： = d+0.3+圆整= 10mm （32）有效厚度： e=10-c1-c2=8-3-0.3=6.7mmm （33） 得椭圆形封头h2=25mm,h1=178mm3.5.2 法兰结构类型 必须选择可移动堆栈连接，因为它需要管道移除和清洁过程，而不是外壳移除和清洁过程的一般维护。此外，由于头顶容易放松，应设置防止放松的机制，以配合耳朵停止放松。3.5.3 鞍座的选择此次设计的是F110填料函式换热器，选用鞍式支座。4 填料函式换热器部分强度设计及校核4.1 管子与管板连接拉脱力的校核4.1.1 换热管轴向应力（1）根据前面所选的换热管材料查GB150-2011查得设计温度下换热管的许用力为 对壳程的设计压力=，=0 （2）以管程的设计压力Ps=1.05MPa （3）壳程的设计压力Ps=0.95MPa，管程的设计压力Pt=1.05MPa，同时作用 综上，符合要求。4.1.2 换热管与管板连接拉脱力由GB151-1999规定 换热管与管板焊脚高度l=2mm(1) 以壳程的设计压力Ps=0.95MPa,Pt=0MPa： (2) 以管程的设计压力Pt=1.55MPa,Ps=0MPa： （3）壳程的设计压力Ps=0.95MPa，管程的设计压力Pt=1.05MPa，同时作用： 管子与管板连接拉脱力符合要求。4.2径向应力计算管板中心法兰预紧力矩Mfo (r= o)、管分布区域外围(r=Rt)和边缘(r= R)引起的径向应力。（1）以壳程设计压力Ps=0.95MPa,Pt=0MPa： （3）（4） 以 (2）管程设计压力Pt=1.05MPa,Ps=0MPa：4.3.1 计算设计力矩M和管板延长部分的法兰应力Ps=0.95MPa,Pt=0MPa以管程设计压力Pt=1.05MPa,Ps=0MPa： 4.2.2 应力校核管程设计压力Pt = 1.05MPa，PS = 0MPa：设计温度下管板许用应力 设计温度下管板力 ( 管板符合标准。4.3 管板厚度计算4.3.1 管板参数计算未被换热管支承的面积计算如下 管板布管区面积: t = 1.732 ns2 +d = (55)管板布管区当量直径： (56)系数为 4.3.2 结构尺寸根据先面选用的尺寸大小：宽度bf=133mm, 厚度f=40mm，厚度=50mm= =由/Di=8/700=0.011和/Di=40/700=0.057,查图26得=0.006；由/Di=8/700=0.011和/Di=36/700=0.051,查图26得=0.001.管板开孔前的抗弯刚度： 旋转刚度参数： 管板布管区当量直径： 由GB151-1999的图19、图20和图21，可以查得：, 4.3.3 管板应力计算管中心处的径向应力（r=0）计算管分布区域（r=RT）和管边缘（r=R）的周边。 这是另一个计算。以壳程设计压力Ps=0.95MPa,Pt=0Mpa、 以管程设计压力 Pt=1.05MPa,Ps=0MPa：4.3.4 操作力力矩 计算基本法兰力矩Mm，操作工况法兰力矩Mp4.3.5法兰预紧力计算法兰预紧力矩Mfo(1）Ps作用下： (2) Pt作用下： 4.4 法兰的强度校核4.4.1 垫片 垫圈放置在管板和法兰之间，以增加结构的稳定性，减少松动的可能性，并有效地防止容器泄漏。 查阅化工设备设计书化工容器表7-1，可以得知D=775mm, D=735mm，厚度=6mm石棉橡胶垫片。垫片系数m=2.0mm，预紧力y=11MPa。垫片的有效密封宽度 接触宽度N10mm，基本密封宽度boN/2=10/2=5mm 根据GB1501997，当bo6.4mm时， (34) 垫片压紧力作用中心圆直径 当b06.4mm时，垫片压紧力作用中心圆直径 (35) 最小垫片压紧力 预紧状态下压紧力： N (36) 操作状态下压紧力：N (37)4.4.2 螺栓（1）查取标准HG20634-1997，选取35CrMoA作为螺栓材料，尺寸为M20160的双头螺柱，从GB150-2011表12，螺栓在常温下b为8.45MPa，设计温度tb为191.25MPa，n为40个。法兰径向尺寸，螺栓最小间距检查标准HG20634-1997，选用35CrMoA作为螺栓材料，尺寸为M20160双头螺柱，从GB150-2011表12中，螺栓室温b为8.45Mpa，设计温度tb为191.25mpa, n为40。法兰径向尺寸，螺栓最小间距(2)螺栓载荷预紧状态下螺栓载荷： N (38)操作状态下螺栓最小载荷： N (39)最小螺栓面积预紧状态下螺栓面积： (40) 操作状态下螺栓面积： 故最大值为Am=2901.19mm实际螺栓面积： AbAm ,符合设计要求在预紧状态下的螺栓设计载荷： 在操作状态下的螺栓设计载荷： 4.4.3 法兰法兰厚度（1）法兰力距 mm （49） （2）预紧状态下和操作状态下的法兰力矩分别如下： (51) (52) =4.4.4 法兰设计力矩 法兰材料选用Q235-B，在设计温度80下的许用应力4.5 压力试验4.5.1 管程圆筒设计压力P1.05MPa， 设计温度330，试验压力： 不同元件采用的材料各有差异，其应用比为/t，得到其最小值。应力校核： 查化工设备用钢 的表9-13S=180.2MPa,满足设计要求。 4.5.2 壳程圆筒 设计温度=80，压力=0.95MPa,各元件材料许用应力比/t小就是符合设计要求。应力校核 S=170.2MPa, 满足设计要求。4.6 开孔补强的计算4.6.1 概述假如开口尺寸规格小，可以连接导管，目的是减弱管控的硬度。4.6.2 壳体开孔补强按照GB150-2011的规定，不考虑孔的加固情况如下：（1） 壳体设计压力小于2.5mpa；（2） 接管公称外径不得大于89mm（3） 符合BG150-2011规定的要求。5 填料函式换热器的制造、安装、检验、防腐，清洗和维修5.1 概述它广泛用于管式和贝类热交换器，在工业生产中具有很高的地位。 特别是，该热交换器可以大大提高效率，并且具有成本低，结构紧凑，制造方便的优点。5.2 材料验收选材是根据材料制造工艺，焊接性能，工作环境，腐蚀等设计的关键点之一，因此通过计算和要求，考虑合适的材料是设计的关键点之一。选择，经济以及工作效率的设计工作重点得到。5.3 填料函式换热器的制造5.3.1 壳体圆筒由于需要频繁的泵束，有必要确定壳体圆筒的内径误差，横截面的最小和最大差异，以及直线度误差，以确保热交换器的优异性能和使用寿命。（1）在相同横截面的壳体圆柱体上，最大直径和最小直径之间的差值小于横截面设计内径的5，即小于40mm。（2）壳体圆柱的线性度可以产生4.5毫米的偏差。（3）中心线的水平和垂直表面需要是直的（即沿着圆的四个位置的直线）。（4）焊接尺寸：高度0至2毫米。 焊接宽度50mm内的最大宽度和最小宽度之差小于2mm，焊接的总宽度小于3mm。5.3.2 管箱管道箱将从管道流入管道的烟气均匀分布，使流体被收集。管盒的设计在很大程度上影响着介质的热交换稳态，加工难度较大。因此，应该特别注意它。在这种结构中，通常只有一个焊缝，焊接在分离器的一侧。分层隔板上应设置直径为6mm的透明孔。分离器厚度大于10mm的切削刃为10mm，切削刃长度为一比四。5.3.3 管板 作为连接机构，管板以各种方式连接管道和箱子。在填充功能换热器的设计中，前一章对管板和管板进行了详细的分析，运用延长焊接的方法，此处不再重复说明。5.4换热器的安装安装热交换器的主要前提是热交换器在安装后不会下沉，热交换器管在操作过程中不会引起大的变形。热交换器的安装是一个持续改进和试验过程。因此，需要反复进行操作才可得出准确的安装流程。 在安装的初始阶段，必须修理垫铁的底面，这有利于热交换器的稳定性。然后，放置热交换器主体，并使用最终水平仪进行调平。5.5清洗其他换热器易拆卸，结构紧凑，结构简单，换热器清洗非常方便，两台安装速度非常快。清洁点是除垢。外壳和管道工艺都需要定期清洗。壳内的水处理容易结垢，并能有针对性地去除结垢。由于烟气中可能含有大量的酸性物质，因此有必要对换热管进行进一步的防腐处理，具体到烟气的具体成分，然后再做相应的防腐处理。5.6换热器的防腐由于热交换器结构紧凑，日常生活中的操作损失不大，一般热交换器的使用寿命很长，可以满足普通设备更换的需要。 基本上，如果是防锈的目的，热交换器可以获得长寿命。5.6.1换热管的防腐由于烟气中可能含有大量的酸性物质，需要更换热管进行防锈处理，而烟气成分应具体到相应的防锈工艺，对产品的化学腐蚀，注意热管的化学特性由于工业生产中试管的高温，必须重点放在金属保护层的设置上。5.6.2管子与管板、折流板连接处的腐蚀由于应力大小的存在，很容易出现裂缝，管道与挡板连接处断裂，一般由于管道过长，且存在缝隙，因此其连接处区域已成为腐蚀的“重灾区”。5.7 填料函式换热器的操作与维护换热器工作条件危险、烟气温度高、压力大，换热器的技术管理、精心操作和维护对安全生产具有绝对意义。5.7.1换热器的正确使用（1） 使用热交换器，一次检查阀门的开关状态，并观察压力表，安全阀和报警（2） 为了使阀门平稳工作，必须缓慢地打开和关闭阀门，以便可以平稳地升高或降低压力，减少温差应力。（3） 严格控制发生在控制之外的许多要求，并应逐步停止换热器工作的所有部分。（4） 如果热交换器的压力元件的裂纹，鼓组和压力参数发生突然变化，则需要立即采取措施并与设计人员联系。5.7.2换热器的科学管理学生生产是连续生产，生产是一个环节，其次是一个环节，特定机器的故障可能导致整体停产，提高生产效率，提高经济效益，因此，压力容器必须科学管理。以提升换热器的导热效率。（1）建立和完善换热器技术档案，如原材料，维护，使用记录，事故记录，使用时间和使用条件，以方便后续维护和生产。（2）开发技术管理系统专用组，制定个人计划，制定安全操作程序，定期检查系统，事故报告系统等，并有相应的要求。（3）主要内容的维护和检查，设备的定期维护检查是必不可少的，定期维护时间应根据具体的工作条件和维护记录确定。 关于维护检查可以说同样的事情。 这里我们主要参考设备的操作，我们需要定期检查设备的烟雾，温度，外观，内部和外部声音。5.8换热器的定期检验在通常使用的热交换器中，不同的传统方法用于测试热交换器的所有压力部件和附件，以解决早期检测问题的问题，不仅节省时间而且提高生产效率，以及 有效防止许多生产事故的产生5.8.1外部检查 外检是指换热器外存在明显的安全隐患或缺陷时，应按规定的步骤立即停止。换热器运行时应进行检查。由于热交换器的稳定运行，可以容易地进行外部检测。 重要的是要注意，由于热交换器的高温和高压，应该进行现场测试。 检查的主要内容如下。（1）换热器的防锈涂层是否在热交换器的外表面上存在裂缝，变形或局部过热（3）接管焊接部分的热交换器没有密封结构的下落或变形（4）安全附件是否完整，固定脚没有下沉或倾斜5.8.2内部检查进行内部检查时，换热器应当停止运行，拆卸部件或结构。鉴于烟气成分的不确定性，应每两年进行一次检测。内部检查的主要内容如下。外部检查的所有内容：（2）壳体内外是否有腐蚀，变形和磨损。（3）换热器的所有焊接接头。 头过渡区和其他应力集中区域是否有裂缝。（4）仔细检查所有紧固螺栓5.8.3全面检查综合检查是指根据热交换器的外部检查和内部检查进一步检查热交换器。主要内容是压力测试，主要焊接接头的无损检测，以及所有焊接接头的检查点检查。 总检查时间通常为5年，具体取决于使用条件。综合考试的具体内容和结果对未来的设计和使用具有良好的领导意义。总结本次的论文设计是一个漫长的过程，也是一个学习的经历，在设计的过程中了解了生产的整个过程，一件产品的问世，从加工零件毛坯的选择，到粗基准、精基准选择，到加工夹具的选择和设计，再到加工工艺的过程，种种的一切都是环环相扣，每一个步骤都是少不了，也让我了解到了机械的奥妙，以及机械的严谨性。在这次设计的过程中，自己也收获到了很多，同时也回顾了一下大学四年的一个步骤，从基础的机械制图、机械制造基础，到专业课和加工工艺。还学会了如何通过查询资料提升自己的能力，在做的过程中不断地扩展自己的知识面。 其实很感谢学校安排的这样的综合性的实践课程，感谢指导老师对我的帮助。大学四年过得是很快，学习到了很多的理论知识，每次学习的时候，我都是很纠结，我们从事这个专业可以干什么，我们所学习的这么多的理论，单单的就是一些数据的处理吗，这些数据是用在什么地段，那时的我是一片茫然。着这场设计的过程中，我感觉到了，我们学习的机械专业在生活、生产中，他是无处不在的，我们所学习的任何一个方向要是放大来说，都是一门技术。49参考文献1 秦叔经.叶文邦.化工设备设计全书-换热器 .北京：化学工业出版社，20032 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册 .北京：中国标准出版社，20023 朱有庭.化工设备设计手册 .北京：化学工业