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F90 立式 固定 板式 原油 预热器 机械设计 CAD 开题 报告 独家

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设计课题任务书学院：XX 专业：XXXX 指导教师学生姓名课题名称F90立式固定管板式原油预热器机械设计内容及任务拟设计一单壳程双管程立式固定管板式换热器，用于原油预热。给定设计参数如下：管程介质：甲笨 壳程介质：原油管程设计压力：1.35MPa 壳程设计压力：1.25MPa管程设计温度：110 壳程设计温度：80 腐蚀余量：自定 换热面积：90m2 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、进行结构及材料选择论证时，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、查阅到10篇以上与题目相关的文献，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；至少翻译一篇本专业外文文献（10000个以上印刷符号），并附译文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1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3月6日3月13日3月16日3月27日3月30日6月5日6月8日6月12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主要参考文献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 钱颂文.换热器设计手册 .北京：化学工业出版社，20024 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术 .北京：化学工业出版社，20115 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，19866 汤善甫，朱思明.化工设备机械基础 .上海：华东理工大学出版社，19917 魏崇光，郑晓梅.化工工程制图（化工制图） .北京：化学工业出版社，1994教研室意见 年 月 日设计开题报告题目F90立式固定管板式原油预热器学生姓名班级学号专业1选题的背景和意义节约能源是当今世界的一种重要社会意识，是指尽可能的减少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行为。加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。目前，在我国石油化工产业换热器受到普遍的重视，而换热器的广泛应用性，决定了换热器换热性能的改善设计理论的不断创新，企业经济的收益和工业的飞速发展都具有一定的积极作用为节约能源和保护环境有显著的贡献。本课题所设计的原油预热器，是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计换热器产品。熟悉压力容器设计的基本要求，掌握换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中去，为以后的工作和学习打下扎实的基础。2国内外现状及发展趋势 2008年，中国换热器产业市场规模在360亿元左右，主要集中在石油、化、冶金、电力、船舶、集中供热、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，其市场规模在100亿元以上；电力冶金领域换热器市场规模在60亿元左右；船舶工业换热器市场规模在30亿元以上；机械工业换热器市场规模约为30亿元；集中供热行业换热器市场规模超过25亿元。 按照产品类型的不同，我国换热器产业市场竞争主要集中在以下四大产品领域。其中板式换热器领域，国内外企业竞争激烈，大量外资企业已经完成在中国的布局。其中，四平巨元瀚洋、兰石换热设备公司、四平维克斯是我国板式换热器领域内资企业中的龙头企业，其板式换热器年产值都在2亿元以上。外资企业主要包括阿法拉伐(江阴)、舒瑞普(北京、苏州)、A P V(上海、北京)、丹佛斯(天津)、传特(北京)、桑德克斯(上海、宁波)、风凯(常州)等企业，世界著名的板式换热器企业大都已经进入中国市场。此外，沈阳太宇、蓝科高新(原兰石所)、上海艾克森、湖北登峰、山东北辰、佛山渊石、上海南华等企业也是我国重要的板式换热器氽业。 中国换热器产业起步较晚。1963年抚顺机械设备制造有限公司按照美国T EM A标准制造出中国第一台管壳式换热器，1965年兰州石油机械研究所研制出我国第一台板式换热器，苏州新苏化工机械有限公司(原苏州化工机械厂)在20世纪60年代研制出我国第一台螺旋板式换热器。之后，兰州石油机械研究所首次引进德国斯密特(Schrnidt)换热器技术，原四平换热器总厂引进法国维卡勃(V icarb)换热器技术，国内换热器行业在消化吸收国外技术的基础上，开始获得较快发展。 20世纪80年代后，中国出现了自主开发传热技术的新趋势，大量的强化传热元件被推向市场，国内传热技术高潮时期的代表作有折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸发式空冷器等一批优良的高效换热器。 进入21世纪后，大量的强化传热技术应用于工业装置，我国换热器产业在技术水平上获得了快速提升，板式换热器日渐崛起。 目前，我国换热器产业的市场规模大概为360亿人民币。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，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。预计2010年，我国换热器的市场需求将达到500亿元左有。其中：石油和化学工业，换热器约需150亿元；城市集中供热(冷)，换热器约需30亿元以上；冶金工业，换热器约需40亿元；热力发电厂、加热器、冷却器、烟气换热器等约需换热器40亿元；船舶工业和机械工业都需要换热器40亿元以上。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。 预计2010年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10l5左右的速度增长。20l5年，我国换热器产业规模将突破880亿元；2020年我国换热器产业规模有望达到1500亿元。 对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。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。而换热器在结构方面也有不少新的发展。螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB公司提出的。其基本原理为:将圆截面的特制板安装在”拟螺旋折流系统”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。在气一水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少30%-40%的传热面积节省材料20%-30%。相对于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混现象、卡门涡街从而提高有效传热温差防止流动诱导振动;在相同流速时壳程流动压降小;基本不存在震动与传热死区不易结垢。对于低雷诺数下(Re1 000)的传热螺旋折流板效果更为突出。3课题设计数据及参数拟设计一单壳程双管程立式固定管板式换热器，用于原油预热。给定设计参数如下：管程介质：甲笨 壳程介质：原油管程设计压力：1.35MPa 壳程设计压力：1.25MPa管程设计温度：110 壳程设计温度：80腐蚀余量：自定 换热面积：90m24课题的主要工作(1)检索大量相关资料，对本课题有一个整体的理解和思路。(2)筛选搜集的资料，对本课题的国内外研究动态有一个大致了解，自己形成一个设计大纲。(3)书写开题报告、文献综述和外文翻译。(4)管板式原油预热器和主要部件强度计算、设计以及附件结构的选择。(5)绘制设计图、装配总图和部件图。(6)书写毕业论文。5课题的进度安排第1-2周：搜索文献资料，完成外文翻译第3-4周：完成开题报告第5-6周：查询各方面资料，熟悉课题，对课题形成直观的了解，实地考察搜集资料第7-8周：整理资料，对设计中可能用到的软件进行熟悉，查找相关专业资料第9-10周：初步设定设计方案，通过反复比较验证从中并选择最优方案第11-12周：初步进行设计，结合专业资料，反复论证设计的合理性，依据设计步骤绘制简图等第13-14周：论文初稿提交指导老师审阅主要参考文献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 钱颂文.换热器设计手册 .北京：化学工业出版社，20024 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术 .北京：化学工业出版社，20115 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，19866 汤善甫，朱思明.化工设备机械基础 .上海：华东理工大学出版社，19917 魏崇光，郑晓梅.化工工程制图（化工制图） .北京：化学工业出版社，1994指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日F90立式固定管板式原油预热器机械设计摘 要本设计的目的是一个立式固定管板式原油预热器的机械设计，其中温度和压力是设定的，在选择设计参数的基础上，再参考相关的文献，通过计算完成立式固定管板原油预热器的结构设计和技术要求。据立式固定管板式原油预热器设计的要求，设计步骤可以设置。设计包括热交换管，挡板选择板，棒和材料的其它部分，管箱，管板，法兰和结构设计等部位，确定检查的厚度和强度。正在进行结构设计，有许多必须思考到的的要素，如材料的性质，施加压力和温度范围内，缩放功能，媒体属性，便于清洗等维护。最后，综合考虑以上需要考虑的因素，选择最理想的结构形式。同时绘制根据立式固定管板原油预热器粗附图结构的设计满足要求，将包含在相关技术要求图纸上。在这种立式固定管板式原油预热器的设计过程中，设计应按照有关规定，如压力容器管壳式换热器等，以满足最终设计结果的规定。符合要求的生产线也被认为是完整的结构设计，实现安全生产。关键词：强度；压力；材料；结构IABSTRACTThe purpose of this design is a vertical fixed tube plate oil preheater mechanical design, in which the pressure and temperature and the set, which is necessary because the basis for the selection of the design parameters, and then refer to the relevant literature, rely on computing achieve vertical fixed tube plate oil preheater design and technical requirements.According vertical fixed tube plate oil preheater design requirements, design steps can be set. Design includes a heat exchanger tube, baffle option board, the rest of the rod and materials, tube box, tube sheets, flanges and other parts of the structural design, to determine the thickness and strength check. Carrying out structural design, there are many factors to consider, such as the nature of the material, applying an internal pressure and temperature range, the zoom function, media properties, easy cleaning and maintenance. Finally, considering the above factors need to be considered, select the best structure. According to the same time drawing a vertical fixed tube plate oil preheaters are designed to meet the requirements of crude drawings structure, it will be included in the relevant technical requirements of drawings.In such a vertical fixed tube plate oil preheater design process, the design should be in accordance with the relevant provisions, such as the pressure vessel shell and tube heat exchangers, etc., in order to meet the final design requirements. Meet the requirements of the production line is also considered a complete structural design, to achieve safe productionKey words The intensity of ；pressure； material；structure目录1绪论11.1换热器的概念和意义11.2换热器的分类11.3立式固定管板式换热器简介11.3.1立式固定管板式换热器的优缺点21.4设计方案简介21.4.1设计任务、目的21.4.2设计思想21.4.3设计标准22立式固定管板式原油预热器的主体结构设计32.1立式固定管板式原油预热器工艺条件32.2估算设备的尺寸32.2.1初选结构32.2.2 计算传热管数42.2.3 计算壳程直径D42.2.4壁厚的确定42.3 换热管与管板的连接42.5 管板与管箱的连接62.6单壳程结构63原油预热器的材料选择和零部件结构73.1换热管73.1.1换热管的型式和尺寸73.2 折流板73.2.1 折流板的主要几何参数83.2.2 折流板与壳体间隙83.2.3 折流板厚度83.2.4 折流板的管孔83.2.5 材料的选取83.3 拉杆与定距管93.3.1 拉杆的结构形式93.3.2 拉杆直径、数量和尺寸93.3.3 拉杆的布置93.4 防冲和导流93.5 进出口的设计113.5.1 接管外伸长度113.5.2 壳程接管位置最小尺寸113.5.3 管箱接管位置最小尺寸123.6 管箱133.6.1管箱结构型式133.6.2 管箱材料的选择143.7 管板143.7.1 管板结构143.7.2 管板最小厚度与尺寸143.7.4 管板材料153.8 封头、法兰与垫片的选择153.8.1 封头的选用153.8.2 甲苯进、出口处的封头153.8.3 法兰结构类型163.8.4 垫片的分类164 原油预热器的强度设计与校核174.1 壳体、管箱的壁厚计算174.1.1 壳体174.1.2 管箱174.2 法兰的强度校核184.2.1 垫片184.2.2 螺栓194.2.3 法兰204.2.4 法兰设计力矩204.3 管板厚度计算214.3.1 管板参数计算214.3.2结构尺寸214.3.3 管板应力计算224.3.4操作力力矩234.3.5法兰预紧力234.3.6计算径向应力244.3.7计算设计力矩M和管板延长部分的法兰应力244.3.8应力校核254.4 管子与管板连接拉脱力的校核264.4.1 换热管轴向应力264.4.2 换热管与管板连接拉脱力274.5 开孔补强的计算274.5.1 概述274.7 压力试验284.7.1 管程圆筒284.7.2 壳程圆筒285 立式固定管板式原油预热器的制造、安装、检验、清洗和维修305.1 概述305.2原油预热器的制造305.2原油预热器日常维护及常见故障305.3预热器的清洗技术305.4检验305.5 安装305.6 容器的铭牌要求315.7 换热器的油漆、包装、运输31结 论32参考文献33致 谢34V1绪论1.1换热器的概念和意义 本毕业设计的原油预热器是一种换热器。换热器又名热交换器。换热器是广泛应用于化工，石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的一种通用设备。换热器的种类有很多，有多种划分方式。在这些领域中，石油化工这一块是热换器产业最大的市场，大约占了总比重的三分之一。现代工业发展迅速，地球上的环境遭到严重破坏。换热器作为一种传统技术应用与化工，石油，动力和原子能等工业中，使的它得到研究人员的重视，研究成果也不断的出现。1.2换热器的分类随着科学和生产技术不断发展，换热器的品种也越来越多，虽然这些换热器很难统一按一个标准区分，但还是可以以它们的一些具体的共同特点进行区分。以换热器的用途来划分有预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等。以传送热量的方法来划分有间壁式、混合式、蓄热式等。其中间壁式换热器依据热传面的结构不一样又可分为板面式和管式。管式换热器就是以管的外表面作为传热面，分为套管式换热器、管壳式换热器等。下面对列管式换热器进行一些介绍。列管式换热器就目前来看，在如今的化工还有酒精生产上是应用最广泛的换热器。它的构成有壳体、管束、管板、管箱、封头、支座、密封装置及其工艺接管等。优点：单位体积的设备可以提供大的传热面积,传热效果好,固体结构,可以选择范围广泛的结构材料,操作弹性大,广泛应用于大型设备。结构:壳体，管束、管板、折流挡板以及封头。流程有管程，壳程。传热面为管束的壁面。列管式换热器。按形式可以分成固定管板式、浮头式、U形管式等三种，按结构可以分成单管程、双管程、多管程等，按材质可以分为碳钢、不锈钢、碳钢和不锈钢混合列管式换热器三种。列管式换热器的传热面有1，可以根据用户的需求自己定制。1.3立式固定管板式换热器简介立式固定管板式换热器有两块管板，一般采用的焊接方法与壳体相连接。因为管板与筒体之间的连接是刚性连接，当管束与壳体之间由于温度过大而产生不同的热膨胀时，经常会使管子和管板连接的接口断开，因而发生介质泄漏。故应在外壳上焊一个膨胀节，来减小由于温差而产生的热应力，但是不能完全消除。因此当温度大于70和壳程压力超过时，应该用其他的换热器。1.3.1立式固定管板式换热器的优缺点优点：结构简单，排管很多，比较紧凑，管板薄，造价低。缺点：管外清洗较难，不能机械清洗，所以用不宜生污垢的洁净流体。1.4设计方案简介1.4.1设计任务、目的 节约能源是一种重要的社会意识,在当今世界是尽可能减少能源消耗,一系列的行动来增加能源的使用。加强能源管理,采取技术上可行、经济上合理、环境和社会可以采取的措施,从能源生产到消费的各个方面,减少消耗、减少损失和污染物排放,停止浪费,有效、合理的利用能源。目前,在换热器被广泛的关注在中国石油和化学工业,和热交换器被广泛应用,决定了设计提高换热器传热性能的理论的不断创新,企业经济效益和行业的快速发展有一定积极作用的重大贡献节约能源和保护环境。 本课题原油预热器的设计,这个话题是对于给定的设计参数,根据国家有关规定来设计的。1.4.2设计思想设计时应考虑加工工艺的要求，使设计的原油预热器应该能保证质量合格。设计时，不仅要考虑能源的消耗，材料装置以及运输的费用，这样才能在符合加工工艺的要求下，设计出成本最合理化的换热器。设计时也要考虑生产安全，确保原油预热器的刚度和强度符合加工要求。1.4.3设计标准设计计算是要按照国家和行业的执行标准来设计，主要是以1511999 管壳式换热器、1511989 钢制管壳式换热器和 150-1998钢制压力容器标准来设计的。2立式固定管板式原油预热器的主体结构设计跟据资料可选取以下图所示的结构换热器：图1固定管板式换热器结构2.1立式固定管板式原油预热器工艺条件拟设计一单壳程双管程立式固定管板式换热器，用于原油预热。给定设计参数如下：管程介质：甲笨 壳程介质：原油管程设计压力： 壳程设计压力：管程设计温度：110 壳程设计温度：80 腐蚀余量：自定 换热面积： 2.2估算设备的尺寸2.2.1初选结构 管子外径： 管长：L= 选型：单壳程双管程。2.2.2 计算传热管数拟用传热管规格为，管长L，传热管数为=503（根） (1)式中符号： 换热管总数L 换热管长 m 换热管外径mm 所需换热面积2.2.3 计算壳程直径D取管心距t=1.25 (2)根据换热器设计手册表1-2-1 换热管的管心距取横过管束中心线的管数： （根） (3)因采用的是双管程结构，那么壳程内径为： (4)圆整得2.2.4壁厚的确定管壳式换热器的外壳的组成：壳体、管箱壳体、封头。这种换热器的壳体一般由当直径不同时，所选取的作为壳体和管箱壳体的管材和板材也不一样。如果直径，壳体和管箱壳体都是管材。如果直径，壳体和管箱壳体都是板材。这样他们的直径才能和封头、连接法兰呼应。有利于法兰和封头的选择型号。 根据本设计的换热器用于原油预热，故选择钢，根据换热器设计手册壳体和管箱壳体厚度选.2.3 换热管与管板的连接管子和管板的连接通常有这几种连接方式：胀接、焊接、胀焊结合。管子和管板采用焊接的方式是现在较为普遍的连接方式，管子和管板如果是用爆炸焊接的方式相连接，现在在国外已经开始应用，这是一种新的工艺方法。这种爆炸焊连接的强度很高，胀接效率有非常大的提升。2.4壳体和管板的连接壳体和管板的连接方式有两种。如固定管板式换热器，管板和壳体用的是焊接方式连接的，这种是不可拆卸式。还有一种是可拆卸式连接，有U型管式、浮头式等换热器。本次设计的原油预热器管板和壳体采用的是不可拆卸式连接。对于不可拆卸式换热器，因为对温度和压力还有选材上的不同，这就导致管板和壳体的结构也不相同。因此一种是管板兼法兰，另一种是夹持式固定管板。当所选用的材料是碳钢时，用的是管板兼法兰的形式比较多，但是在直径比较大时，管板材料是不锈钢或者有色金属时，就可以用夹持是固定管板。有利于材料的节省。根据给的数据，本设计选用的是管板兼法兰的形式。在以下图2中（a)、（b)、（c)、(d)、(e)是推荐设计时选用管板兼法兰的几种结构形式。当工作压力，壳壁厚度时，可采用如图2（a)连接方式，管板背面开槽，将壳体嵌入槽中然后焊接好。对于需要承受很高的耐压，壳程设计压力的换热器，可以采用图2（b）、（c）的连接方式，管板开槽对接焊接，焊缝强度高，焊后也不容易变形。图2中（d)、(e)也将管板背面开槽对接焊接，但是是用于壳程压力的换热器。图2 兼做法兰的管板与圆筒的连接结构本设计的换热器壳程介质是原油，对设备有间隙腐蚀，所以选择图2(b)结构形式。2.5 管板与管箱的连接固定管板式换热器的管板可兼作法兰，因此与官箱法兰的连接方式比较简单。故在满足工艺要求，由压力和温度来决定选用法兰的结构形式。在管程与壳程的工作压力为1，气密性要求低的时候，选用图3（a)结构形式，当气密性要求比较高，可选图3（b）结构，但考虑到密封槽虽然具有良好的密封性能，但由于制造成本高，加工困难,安装不方便等因数，所以，我们还可以采用图3（c）方式的结构。综合考虑本设计选用图3（c)结构型式较好。.图3 固定管板式换热器管板的连接型式2.6单壳程结构本设计的原油预热器是单壳程双管程结构。单壳程的换热器，一般在壳程内放入折流板，目的是增大壳内流体的流速，以达到强化传热的结果。这是最普遍的换热器。图4中（a）、（b)、(c)、（d)分别为单壳程换热器、双壳程换热器、分流式换热器、双分流式换热器。图4壳程的型式3原油预热器的材料选择和零部件结构3.1换热管3.1.1换热管的型式和尺寸考虑到成本和制造的简易，本设计选用光管型号的换热管。具体还应考虑以下因素如管径、管长、管子的排列和管心距。换热管的管径越小，就越便宜，传热膜系数和阻力系数的比就越好。在满足允许压力降的情况下，使用mm的管子比较好。本设计就选用mm的管子。在相同的传热面积下，长管流动的截面积就较小，流速也就越大，故而可以减少压力降。虽然选用长管使得管子的传热面的比价降低。但是制造长管会比较麻烦。所以，一般选用管子的长度为到。本设计拟用的好了。管子在管板上的排列方式，正方形排列和三角形排列两种方式居多，用的较少的还有同心圆式排列。管间距一般的选用范围为（1.25-1.5）d。根据换热器设计手册 1-2-1得到的管间距为。图5管子的排列方式本设计的原油预热器是用于原油的预热传热系数比较高，故选用正三角排列的方式，如图5（a)。3.2 折流板单壳程换热器，在壳程中放入折流板以改变流体的流向，目的是加快流体的速度，增大传热膜系数。折流板板设置在壳体中，还可以对管子起到支撑作用，保护换热管。 设备制造中如无特殊要求都是选用圆缺形折流板（又称弓形折流板)。圆缺形折流板又可分为横缺形、竖缺形和阻液形这三种。横缺形折流板适用于无相变得对流传热。如果壳程进行冷凝操作时，可在横缺形折流板底部开个孔来排液体，液量越多孔就开的越大。但一般在壳程进行冷凝操作时，多是用的竖缺形折流板。这可以有效防止因排液孔的不适当而产生液泛和气相旁流。圆缺形折流板的缺口高度是直径的10%-40%，一般我们用的最多的是直径的25%高度。不过如果压力降一样的话，缺口高度为直径的20%最为合理，这样可以得到更好的传热效率。当壳程通过的的流量大，压降小时，多采用盘环形折流板，但其传热效率没有圆缺形折流板好。孔式折流板只适用于像水这种比较清洁的液体，并且这种折流板的压力降较大。折流圈是一种杆式折流结构，因此又名折流杆。使用这种折流圈的换热器，通常流量比较大，但压力降较小，传热效率也很好。本设计采用弓形折流板，也就是圆缺形折流板。3.2.1 折流板的主要几何参数折流板的间距对壳程流体的流向和流速有很大影响，因此也将影响到换热器的传热效率。折流板的最小间距应不小于，即大于圆筒直径的五分之一。折流板的最大间距则按照换热器设计手册1-6-34中的规格来定，最大间距也不可小于壳程内径。折流板的缺口高度，取系数为0.25，那么切去的圆缺高度。根据以上要求，折流板的间距取。折流板数： =-1=-1=6 (5)3.2.2 折流板与壳体间隙根据换热器设计手册表1-6-33选取折流板名义外直径： D=-4.5= (6)3.2.3 折流板厚度壳体直径，换热管有无支承长度对折流板厚度的大小有影响，本装置设计中没有支承板，其厚度根据换热器设计手册表1-6-26选取=3.2.4 折流板的管孔根据换热器设计手册表1-6-28可查折流板的管孔直径与公差，按级管可得换热器折流板管孔直径为19.6，允许偏差为。折流板上管孔中心距和分程隔板处的管孔中心距t=，公差为相邻两孔 偏差为，任意两孔。在折流上管孔加工之后两端必须要倒角。3.2.5 材料的选取本装置的设计温度为80，设计压力为，可依据选取钢材，因本设计的介质为原油，毒性程度为高危，故选用钢材，并且设计的容器设计压力P，钢板的适用温度为0-400，制造壳体时，钢板的厚度，符合本设计得要求。3.3 拉杆与定距管3.3.1 拉杆的结构形式拉杆的常用结构有两种，一种是图6（a）拉杆定距管结构，一种是图6（b）拉杆与折流板点焊结构。前者结构适用于换热管外径d的管束，且（按换热器设计手册表1-6-34规定）。后者结构适用于换热器管外径d的管束，且d。但如果管板比较薄时，也可以使用其他的连接结构。图6拉杆结构型式 根据前面设计的换热管直径为，壳体公称直径为，因此本设计选第一种拉杆定距管结构。3.3.2 拉杆直径、数量和尺寸查换热器设计手册表1-6-37和表1-6-38确定拉杆的直径与使用数量，可得拉杆直径d，拉杆数量为4根。拉杆的连接尺寸图如下。图7拉杆连接尺寸3.3.3 拉杆的布置拉杆应尽量均匀的布置在管束的外边缘，直径小的没什么要求。但如果是直径大的换热器，应布置适当数量的拉杆在管区内或者靠近折流板缺口处，折流板的支撑点应在三个以上。3.4 防冲和导流在壳程进口管处设置防冲板，目的是在壳程物料进口处，减小流体对换热管表面的直接冲刷。而如果是立式换热器，还应考虑在壳程进口处设置导流筒，不仅可以使气、液介质更均匀的流入管间，还能提高传热效率。设置防冲板和导流筒的条件:对有腐蚀或有腐蚀气体、蒸气及气液混合物，应设置防冲板。对液体物料，当壳程进口处流体的为以下值时，应设置防冲板或者导流筒在壳程进口处：2300 的非腐蚀的单相流体；740 的其它液体。图8为现在使用最多的几种防冲板型式。图8 防冲板机构和尺寸 图8（a）焊了两块导流挡板在喇叭形管内，目的是减小气流对换热管流速的冲刷。根据设计要求，导流挡板在喇叭口的焊接角度在60-90之间。而且换热器的喇叭管。当左、右缺边折流板和上、下缺边折流板的换热器时，防冲板焊在壳体上，接管为直管。如图8（b）所示。当上、下缺边折流板的换热器时，防冲板焊在定管距上。如图8（c)所示。当上、下缺边折流板的换热器时，防冲板焊在定管距上。如图8（的）所示。 要想防冲板在壳体内的位置合理，那么防冲板周边与壳体内壁形成的流通面积是壳程进口接管截面积的1-1.25倍。防冲板外表面到圆筒内壁的距离，可按一下公式计算，且不小于接管外径。 (7)式中 H防冲板在壳体内的位置尺寸，mm h壳程进口接管内径与壳体内径相交的弓形高度，mm 接管内径，mm防冲板的最小厚度，碳钢、低碳合金钢为，不锈钢为。本设备的折流板材料是,厚度取。3.5 进出口的设计在原油预热器的壳体和管箱上一般都会安装有很多附件，如有接管和进出口管，且装在上部的排气管，装在底部排液管，装在壳体侧面安全阀接口，有时根据生产要求的不同是否装温度计、压力表等。这些都是进出口设计的一部分。在设计时为了使原油预热器美观大方且设备的安装更加简易。那么这些附件的安装和设计要充分考虑才能达到。3.5.1 接管外伸长度 接管外伸长度又叫接管伸出长度。即接管法兰面到官箱壳体外壁的长度。可由下式计算确定最短长度范围： (8)式中：h接管法兰厚度，mm； 接管法兰的螺母厚度，mm； 保温层厚度，mm； 接管外伸长度，mm。3.5.2 壳程接管位置最小尺寸 壳程接管位置最小尺寸见图9，按下式估算：图9 壳程接管位置带补强圈接管+（b-4）+C mm (9)无补强圈接管+（b-4）+C mm (10)式中： b管板厚度，mm； 壳程/管箱接管位置最小尺寸，mm； C补强圈外边缘至管板与壳体连接焊缝之间的距离，mm；DH补强圈外圆直径，mm；接管外径，mm。在上述公式中，C（S为壳体厚度，mm）且。根据上述要求设计接管高度为：原油接管高度=,原油接管高度=150, 甲苯进口接管高度=150,甲苯出口接管高度=150, 管箱压力表接管高度=100,管箱排污口接管高度=100，壳程排气口接管高度=100。3.5.3 管箱接管位置最小尺寸 官箱接管位置的最小尺寸，见图10，可按下列公式计算：图10官箱接管位置带补强圈接管+C mm (11)无补强圈接管+C mm (12)上述公式中，取C4（S为官箱壳体厚度，mm)且30。式中： b管板厚度，mm； 管箱接管位置最小尺寸，mm； C补强圈外边缘至管板与壳体连接焊缝之间的距离，mm；DH补强圈外圆直径，mm； 接管外径，mm。根据上述要求设计接管高度为：原油接管=250, 原油接管高度=250,甲苯进口接管=250, 甲苯出口接管=150。3.6 管箱换热器管内流体进出的空间叫做管箱。它可以均匀地分配和集中管程中的流体。如果是多管程换热器，管箱能分割管程，使流体的流向发生改变。管箱的结构要容易装拆，以方便清洗、检修管子。本设计选用的就是双管程的结构。3.6.1管箱结构型式 A型 叫做平盖管箱，如图11（a）所示。因为结构中有盲板，所以只要拆开盲板就可以清洗管程，使整个过程方便快捷，但其缺点是加工盲板比较困难，尺寸较大需要耗费大量锻件，加工成本较高，且密封性能不好。通常用于6.4时，=8.48 mm (32)垫片压紧力作用中心圆直径：当6.4时，垫片压紧力作用中心圆直径=544-28=528 mm (33)垫片压紧力 预紧状态下需要的最小垫片压紧力3.14528811=145896.96 N (34) 操作状态下需要的最小垫片压紧力71622.14 N (35)4.2.2 螺栓螺栓的布置与选用 已知设计条件为公称通径为500。査取标准20634-1997，选用材料为尺寸为27180的双头螺柱。根据150-1998的表4-7（续）和表9-3，査取螺栓在常温下的许用应力为805，计算设计温度下的许用应力为205.72，螺栓根颈为23.8，数量n为16个。选取法兰径向尺寸LA24，Le20，螺栓最小间距L=46螺栓载荷: 预紧状态下需要的最小螺栓载荷160818.24 (36)操作状态下需要的最小螺栓载 (37) =367063.48螺栓面积: 预紧状态下需要的最小螺栓面积199.7 (38)操作状态下需要的最小螺栓面积1784.28 (39)需要的螺栓面积取和AP的最大值1784.28 (40)实际螺栓面积7114.5 (41),符合螺栓设计载荷：预紧状态下螺栓设计载3581758.95 （N) (42)操作状态下螺栓设计载荷=367063.48 (N) (43)4.2.3 法兰 法兰厚度法兰力矩: 71622.14 N (44)26 (45) (46)264937.5 N (47) N (48)295441.344-264937.5=30503.844 N (49)预紧状态下的法兰力矩:71266.1426=1852919.64 (50)操作状态下的法兰力矩:(51)=5348488.04 4.2.4 法兰设计力矩法兰材料选用235-B在设计温度80下的许用应力为 (52)常温下法兰材料的许用应力=375 (53)4.3 管板厚度计算 4.3.1 管板参数计算未能被换热管支承的面积(54) 管板布管区面积: t = 1.732 +d = 2+= (55) 管板布管区当量直径 (56) 系数 (57)4.3.2结构尺寸根据前选取尺寸：宽度=133, 厚度=40， 厚度=50= =由/Di=8/500=0.005和/Di=40/500=0.044,查得=0.006；由/Di=8/500=0.005和/Di=36/500=0.04,查得=0.015.管板开孔前的抗弯刚度：(58)旋转刚度参数： (59) = =1.03 (60) = = (61)管板布管区当量直径 (62)4.9 (63)1.39 (64)由151-1999的图19、图20和图21，按和分别查取：CC=0.110, Ce= -0.085, CM=0.1304.3.3 管板应力计算计算管板中心处（r=0），布管区周边处（r=Rt）和边缘处（r=R）d 的径向应力 以壳程设计压力=1.25,Pt=0： (65) -34.38 (66) = (67) = 以管程设计压力Pt=1.35,=0： (68) （69） （70） 由上按分别查取： R=0.1, T=0.14.3.4操作力力矩计算基本法兰力矩Mm，操作工况法兰力矩Mp (71)4.3.5法兰预紧力计算法兰预紧力矩作用下： (72)Pt作用下： (73)4.3.6计算径向应力计算由法兰预紧力矩所引起的在管板中心处（r=o），布管区周边处(r=)和边缘处(r=R)的径向应力以壳程设计压力,: (74)(75) 以管程设计压力Pt=1.35,=0： (76)(77)4.3.7计算设计力矩M和管板延长部分的法兰应力 以壳程设计压力=1.5,Pt=0： (78)(79) 以管程设计压力Pt=1.35,=0： (80)(81)4.3.8应力校核 以壳程设计压力=1.25,Pt=0： 设计温度下管板材料235-B的许用应力设计温度下管板的延伸法兰材料的许用应力 (82) 以管程设计压力Pt=1.35,=0：设计温度下管板材料的许用应力设计温度下管板的延伸法兰材料的许用应力 (83)所以管板符合设计标准。4.4 管子与管板连接拉脱力的校核4.4.1 换热管轴向应力 (84) 根据前面所选换热管的材料查150-1998表4-3可得设计温度下换热管的许用应力以壳程设计压力=1.5,Pt=0： (85)以管程设计压力Pt=1.6,=0： (86)壳程设计压力=1.25,管程设计压力Pt=1.35，同时作用： (87)4.4.2 换热管与管板连接拉脱力由151-1999规定 换热管与管板焊脚高度l=2以壳程设计压力=1.5,Pt=0： (88) 以管程设计压力Pt=1.35,=0： (89) 壳程设计压力=1.25,管程设计压力Pt=1.6，同时作用： (90) 所以管子与管板连接拉脱力符合要求。4.5 开孔补强的计算4.5.1 概述 为了满足工艺、安装和检修的要求，一般都在容器的筒体和封头上开一些孔或者佳节的管子。在壳体上开孔后，因结构的破坏，会在孔的附近产生非常高的应力集中现象。较大的局部应力，加上材料和制造缺陷等因素，这会使容器遭到破坏。所以就需要开口补强。使容器安全运行。开孔补强采用等面积补强法：壳体圆筒计算厚度2，有效厚度8.0，设计压力P1.5,设计温度80，根据150-1998圆筒和接管材料选用235-B,查表可知其许用应力t=137，圆筒处接管的尺寸为1597，接管高度221 ,封头和接管的厚度附加量C1.0，焊接接头系数1。接管计算壁厚： (91) 接管有效厚度： (92) 开孔直径： (93)接管有效补强宽度： (94) 接管外侧有效补强高度： (95) 需要补强面积 ： (96) 可以作为补强的面积为 (97)该接管补强的强度足够，不需另设补强结构。4.7 压力试验原油预热器的设计制造不免会产生一些误差和缺陷。所以要进行压力试验。压力试验包括耐压试验和气密性试验两种。本设计进行水压试验，液体温度要求高于容器壳体材料的韧脆转变温度，避免材料出现低应力脆性破坏。4.7.1 管程圆筒 设计压力P1.35， 设计温度110，试验压力： (98)应力校核： (99) =170.2,(查化工设备用钢 的表9-13) (100)4.7.2 壳程圆筒 设计压力P1.25, 设计温度80，试验压力： (101) 应力校核： (102) (103)=170.2,(查化工设备用钢 的表9-13) (104)所以此原油预热器满足要求。5 立式固定管板式原油预热器的制造、安装、检验、清洗和维修5.1 概述制造原油预热器应按照150-1998钢制压力容器，151-1999管壳式换热器等这些相关规定。5.2原油预热器的制造 所有的设备零部件包括壳体圆筒、管箱、管板、管束，封头、支座、密封装置及工艺接管都得按照有关规定，进行设计和制造，以达到目的和要求。5.2原油预热器日常维护及常见故障对于设备的使用按照厂家给的说明书来操作。日常维护要注意温度的变化，压力的波动，检查是否有泄漏。设备的维护、保养、安装运行、检修等都得按压力容器安装技术监察规程等有关的规定。常见的故障有：振动造成的故障、法兰盘泄漏、管束故障、热效率变低等。5.3预热器的清洗技术换热器经过长时间的工作后，都要进行定期彻底的清洗工作。目的是防止介质的腐蚀、积垢等原因，使换热器损坏。清洗方法有水洗、化学清洗、机械清洗、超声波清洗等。5.4检验 设备制好后都得进行检验，包括耐压检验和气密性检验。耐压试验分水压试验和气压试验。本设计的原油预热器采用水压试验。 水压试验的压力按以下公式进行计算： T =1.25/t (105) 式中：T试验压力 P 设计压力 锅炉元件材料在实验温度下的许用压力 t锅炉元件材料在设计温度下的许用压力 5.5 安装安装时，先要对结构和环境进行检测。所在位置以及预留孔的参数是否与设计的要求相一致。符合要求的地脚螺栓、螺纹、螺帽以及垫圈，确定正确的垫铁片的安装位置等。5.6 容器