18万吨每年尿素循环工段换热器设计(DOC毕设论文).doc

大学毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目：18万吨/年尿素循环工段换热器设计姓 名_ _ _学院（系）_ _ _专 业_ 年 级_ _指导教师_ _年 月 日目录摘要5前 言7绪 论8第一部分 工艺流程9第一章 工艺流程设计及控制说明91.1工艺流程文字说明91.1.1 尿素生产工艺概述91.1.2反应机理91.1.3 具体说明101.2 部分设备性能一览表121.3部分机器性能一览表121.4调节阀阀门一览表131.4.1 尿素合成及一段分解131.4.2 一段循环131.4.3 蒸发造粒141.4.4二段循环14第二章 单体设备一分加热器设计142.1 一分加热器概述及结构特点142.1.1设备在化工工艺中的地位142.1.2 结构特点15第二部分 化工工艺设计及计算16第三章 化工工艺设计及计算163.1 试算热负荷何初算换热器规格163.1.1 计算热负荷163.1.2 有效平均温差173.1.3 初算换热面积173.1.4 决定通入空间和管壳程结构设计173.1.5管程传热与压降183.1.6 壳程传热与压降193.1.7 总传热系数193.1.8 传热面积与壁温核算20第三部分 设备的机械设计及计算20第四章 结构设计204.1设计条件的确定204.1.1设计压力204.1.2设计温度204.2 筒体壁厚的结构设计214.2.1 圆筒材料214.2.2 圆筒壁厚214.3封头的结构设计224.3.1 封头厚度的计算224.3.2 封头选型224.3.3 封头与管板的连接224.4管板的结构设计234.4.1管板厚度的计算234.4.1管板结构设计244.4.4管板与壳体的连接264.5折流板的结构设计264.5.4折流板间距274.5.5折流板厚度274.6 拉杆的结构设计274.6.1拉杆的结构形式274.6.2 拉杆的数量和直径274.6.3 拉杆的尺寸274.6.4 拉杆的布置284.7换热管的结构设计284.7.1 换热管的规格284.7.2尺寸公差284.7.3换热管的中心距284.7.4换热管的排列图如下图所示294.8 填料密封的结构设计294.9 吊耳和吊环螺钉的结构设计304.9.1吊耳的结构设计304.10壳程和管程进出料口法兰的选择314.10.1接管法兰的结构设计314.10.2双头螺柱的结构设计324.11管箱法兰和壳体法兰以及垫片设计324.11.1 法兰的选择324.11.2 垫片的选择344.12主螺栓的结构设计344.12.1主螺栓结构如下如所示344.13 管箱圆筒的结构设计354.14支座的结构设计354.14.1支座的选型354.14.2鞍座的安装位置394.15进出口接管位置以及外审长度394.15.1接管外审长度394.15.2接管位置40第5章 强度校核41第四部分 技术条件的编制47第6章 技术条件的说明476.1 钢材476.2 冷热加工成型476.2.1焊接486.2.2热处理486.2.3无损探伤486.3换热器的尺寸偏差486.4装配图的技术条件482.1.1折流板、支持板技术条件492.1.2管板技术条件492.1.3法兰技术条件49参考文献50致谢51摘要本设计以安全为前提，并尽可能保证其质量、经济合理性以及实用性等技术指标。本说明书在编写过程中语言力求简洁明了，对来源于实践中的结构和方案在使用时作了详细的分析和校核，对借鉴的理论、公式、方案以及结论都注明了出处，以便查询。本设计过程主要分五部分内容：1.工艺流程；2.工艺设计及计算；3.机械设计及计算；4.技术条件的编制。绪论中详述了本换热器在工艺流程中的地位以及该换热器的特点、合理选型，并对该换热器在实用中的发展状况作了简要的分析。工艺设计及计算主要是通过介质的物性参数以及它们所处的工作状况进行了设备轮廓尺寸的计算，即换热器筒体的内径等；通过热负荷的计算得到了设备的换热面积以及排管数等参数。机械设计及计算主要解决的是结构和强度两个问题，其思路大致如下：在设计条件的规范下，从材料的选择和结构的设计入手，辅以合理的强度计算与校核得到设备所需的结构。关键词：工艺流程；工艺计算；机械计算；技术要求。Contents summaryThis design is concerning the safety similarly premise ,some of economy that its bargain the possiblely guarantee the index mark , reasonable to have a great achievement can etc. theories, formula, item contain bitter end that technique . Book Liu that clearance this write the process inside the language to arrive to experiment stiff arrive the source at the plait clearance for sake of the Chien at the building at the tool to arrive to have the item to make the detailed analysis to include the execu-tion of at habit , and fully arrive to pull the homework from arrive the circular source, for hunting.This design the process arrive until cent first five contentses : Introduction, the ability process ,design that technique that technique have predict pan out ,and the machine design to have technique of the establishment compute to have the semester.Input detailed this arrive the changes to hotly there is as it should be changes thing in the process in the ability position of introduction at technique the heats that order ,reasonable of special type ,changes contain justice heat of ;develop the semesters to up and inside make the analytic summary in the body .Technology of design with predict outcome to pass by the thing of ling the quantity to the number first with inside path is for the sake of the for predict out coming to equip the outline size for the sake of the good income of work of , then materiar; predict outcome deliver to the scope of hot winning to arrive with the line of the changes material to look after through the heat few etc. The counts, the machine design and calculation primarily resolve of is a construction to is mainly as below with two problems ,its way of thinking of strengths : Under the norm of the design term ,from the design that material that choice that strength commence ,assist with construction compute to get the construction that equipment use with schoolhouse with the reasonable.Keyword: the ability process; theability design ; the machine design. 前 言在设计中，第一部分重点介绍了该厂的合成尿素全过程的工艺流程。第二部分重点介绍化工工艺设计及计算，主要是换热器的型式及换热器的传热系数的阐述和计算，在此基础上，进行了换热器的选择。第四部分重点介绍了换热器的结构设计及计算，主要是封头、换热管、折流板、拉杆的选择，筒体端部、螺栓的设计和校核。第五部分介绍技术条件的编制，并且对焊接工艺进行了说明。以上达到了对设计完整性的介绍，具体的设计内容在设计说明书中将具体阐述。在本次设计中，得到了许多老师和同学的帮助，特别是辅导老师的大力帮助。 由于本次设计的时间有限，并且本人的水平有限，而且是第一次单独进行的设计，故错误和疏漏之处在所难免，希望老师和同学们提出修正意见，我在次表示衷心感谢。绪 论 在工业生产中，总避免不了进行传热（升温和冷却）的处理，而在此过程中用的最多的装置就是换热器。在大型的工厂中换热器所占的比例是很高的，故换热器的应用领域是非常广泛的。在生产中，由于不同的需要，换热器的型式是各不相同的。以下大致介绍一下换热器的型式：依据换热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式三类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。随着人类的发展，换热器的型式也出现了新的型式，但多是用于特殊的场合，故在此就不去论述。在众多的换热器中，又以列管式换热器的造价和制造简单而应用最广泛。列管式换热器的基本型式分为：固定管板式、U型管式、浮头式换热器。本次设计的换热器为固定管板式换热器。第一部分 工艺流程第一章 工艺流程设计及控制说明1.1工艺流程文字说明1.1.1 尿素生产工艺概述在各种化学化学肥料中，氮素肥料需要量最大，应用范围最广，而尿素是氮素肥料中占重要地位的一个品种。尿素的化学名称为CO（NH2）2。它是一种无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶。分子量为60.06，含氮量为46.65%。工业上由氨和二氧化碳合成尿素大致可分为下面四个步骤：（1）氨和二氧化碳原料的供应与净化；（2）氨和二氧化碳合成尿素；（3）尿素熔融液与未反应成尿素的物质的分离与回收；（4）尿素熔融物的加工。按上述四步，可画出生产尿素概略工艺流程图，如图1-1所示：图1-1流程图1.1.2反应机理工业上生产尿素都是采用由氨和二氧化碳直接合成的方法。其反应总式如下； 2NH3+CO2 =CO2（NH2）2+H2O+Q这是一个强放热的可逆反应。这个反应在合成塔中是分两步进行的。 第一步，液氨与二氧化碳作用生成液体氨基甲酸铵（简称甲铵）。 2NH3+CO2 = NH4CO2NH2+Q1这个反应速度很快，极易达到平衡，二氧化碳转化率可高达90%以上。 第二步，液态甲铵在一定温度压力下脱水生成尿素。 NH4CO2NH2= CO（NH2）2+H2O-Q2这是一个吸热反应。反应速度较慢，要较长时间才能达到平衡。即使达到了平衡也不可能使全部甲铵脱水转化为尿素。一般只有5070%，是合成尿素过程中的控制反应。1.1.3 具体说明一合成尿素：1.二氧化碳压缩及脱硫：来自脱碳工段的3540，0.1053Mpa（绝），加防腐空气后纯度为95.7（体积），含氧量为0.4%0.5%（体积）的原料二氧化碳气体，经气液分离器后进入压缩机；经一二段压缩到0.9811.128Mpa（绝），冷却抽水后送往二氧化碳脱硫槽，经脱硫后气体进入压缩机，经三四五段压缩到20.69 Mpa（绝），约125，送往合成塔。2.氨输送及尿素合成 来自冷冻工段液氨贮槽的202.06Mpa（绝）的原料液，经液氨流量计后至尿素主框架上的液氨过滤器再进入液氨缓冲槽的原料室。来自氨冷凝器的循环液氨缓冲槽的回流室，其中一部分过档板，与原料氨混合，经泵加压送往氨预热器，然后进入合成塔。液氨缓冲槽回流室，液氨缓冲槽回流室的液氨作为一吸塔的回流氨。二循环回收1.分离回收的方法由于尿素化学反应平衡的限制，原料氨和二氧化碳在合成塔内不可能完全转化为尿素。在水溶液全循环尿素生产中，一般取合成压力为20Mpa，反应温度为（188190），进料NH3/CO2摩尔比为4，H2O/CO2摩尔比为0.65，此种情况下，只有部分氨和部分CO2 转化生成尿素.其余氨和二氧化碳则以氨基甲酸铵游离铵和二氧化碳的形式存在于合成尿素的反应液中。对这部分物料的回收与利用此车间采用多段减压加热的方法来分离和回首未反应的氨和二氧化碳的。 2.减压加热分解的基本原理：二氧化碳和氨的溶解是一个放热和体积缩小的过程。所以：当温度一定时，随着压力下降，溶解度减小；当压力一定，随温度升高，溶解度减小。如果对合成反应液进行减压加热处理。有利于将溶解的游离氨和游离CO2 从液体中分离出来。另外，因为氨基甲酸铵的分解是一个吸热和体积增大的过程，故减压加热处理也有利于氨基甲酸铵的分解。3.一段分解吸收（中压分解吸收） 尿素合成塔的反应熔融物经出口压力调节阀减压至1.77Mpa（绝），进入预蒸馏塔上部，在此分离出闪蒸气体后，溶液自流至中部蒸馏段，与一分加热器分离段来的热气体逆流接触进行换热蒸馏，使液相中的部分甲铵分解与过剩氨蒸出，汽化进入气相。同时气相中的水蒸汽部分冷凝。预蒸馏后的尿液自蒸馏段下部流往一分加热器，在蒸汽加热作用下。约88%的甲铵在此分解，约（155160）的气液混合物经过一分加热器上升到预蒸馏塔底部的分离段分离为两相，液相自塔底流出，经减压后送往二分塔，气相自上而下地通过蒸馏段自塔顶至一段蒸发加热器的热能回收段。 一段分解系统所需的防腐空气由空压机提供。空气由一分加热器尿液入口管道上补入。来自预蒸馏塔的一段分解气与二甲泵送来的二甲液在一段蒸发加热器热能回收段混合，发生部分冷凝，放出热量用于加热尿素溶液。热能回收段排出的气液混合物进入一段冷却器底部，在循环脱盐冷却水冷却作用下，气体进一步发生冷凝。出一吸冷却器的气液混合物进入尾吸塔底部鼓泡段，气相经鼓泡吸收后，未吸收的气体进入精洗段被来自惰洗器的浓氨水与来自液氨缓冲槽的回流氨进一步精洗吸收，塔顶排出的约45，含CO210010-6进入氨冷器A，部分气相在此处被冷凝下来流往液氨缓冲槽。出A的气体经惰洗器的防爆空间后，依次进入氨冷（B），氨冷（C），被冷凝的同样流入液氨缓冲槽，未冷凝气体送至惰洗器，被来自二循二冷凝器的氨水吸收，尾气减压至尾吸塔。惰洗器排出的45氨水流往一吸塔顶部，一吸塔底部得到的（9095） 的一甲液经一甲泵加压送往尿素合成塔。4.二段循环（低压分解吸收） 一分塔蒸馏段排出的尿液（质量浓度为57.9%）减压至约0.290.39MPa后，送入二分塔上部的填料段，与来自二分塔加热段的气体逆流接触后进入加热段，由二分加热器进行循环加热，其中二加热器排出的冷凝液到二分液位槽，然后至膨胀槽。经过二分塔的尿液（质量浓度为66.5%）经过脱盐水冲洗后去了闪蒸槽进行蒸发造粒。尿液中残存的过剩氨和甲铵经汽化后进入气相，由二分塔塔顶排出，与来自解吸系统的解吸气混合后进入二循一冷凝器，在此处被被蒸发冷凝液吸收后生成二甲液由二甲泵送入一段蒸发加热器热能利用段。出二循一冷的气体在二循二内继续被蒸发冷凝液吸收，生成氨水送往一段惰洗器，尾气去尾吸塔。 惰洗器尾气和二循二冷的尾气分别进入尾吸塔底部，被来自尾吸泵的蒸发冷凝液吸收，生成碳铵液送至碳铵液位槽贮存，尾气通过放空总管放空。 碳铵液由解吸泵送至解吸换热器，与来自解吸塔底部的废液进行换热后进解吸塔上部，经填料层蒸馏后，塔顶将得到的混合气体进入解吸冷凝器，在此部分冷凝，冷凝液返回解吸塔顶作为回流液，气相去二循一冷。解吸塔底部约143，含NH3 0.007%（重量）含尿素约1.15%的废液经解吸换热器后排往污水处理装置。解吸冷凝器的作用是根据解吸负荷工艺生产系统的水平衡情况，通过改变进入解吸冷凝器的脱盐水流量来解吸气温度，来控制解吸气的冷凝程度，使得使得随解吸气返回生产系统的水量得到适宜的控制。三蒸发造粒 来自二分塔的尿液减压至约0.064MPa/（绝）后进入闪蒸槽，在此分离为气液两相，约95 、71%（重量）的尿液至一段蒸发器，在0.033MMPa下，经热能回收和蒸气加热段被加热到130约96%（重量）。在一段蒸发分离段分离出的尿液去二段蒸发器。在0.0033MPa（绝），140下被浓缩到约99.7%（重量）的熔融尿素，经分离后的熔融尿素由熔融泵送至造粒塔进行造粒。1.2 部分设备性能一览表表1-1压力温度表中间冷二表冷一表冷一蒸分离器一蒸加热器工作压力（MPa）0.00330.0330.0330.0330.033工作温度（）407070130130介质水二表液一表液尿液尿液、蒸汽表1-2压力温度表闪蒸槽氨缓冲槽尾吸塔二分塔一蒸恒位槽工作压力（Mpa）0.0671.70.150.40.6工作温度（）951603014090介质尿液尿液甲铵碳氨水尿液冷凝液二蒸恒位槽二蒸加热器一冷二冷二分加热器工作压力（Mpa）0.61.70.150.150.3工作温度（）95904040140介质冷凝液甲铵NH3 CO2氨水尿液一段分离器二表槽气液分离器一分液位槽二分液位槽工作压力（Mpa）1.7常压0.40.40.4工作温度（）351401408080介质尿液二表液蒸汽、水冷凝液尿液1.3部分机器性能一览表表1-3部分机器性能一览表容器往复泵（1#氨泵）高压泵（2#氨泵）高压泵（3#氨泵）冲洗水泵型号3D-YA2A/21-B3W-2B423W-2BA2进口压力1.7MPa18公斤力/cm22.25公斤力cm21.25MPa出口压力2.1 MPa18公斤力/cm218公斤力/cm20.2 MPa柱塞数3333柱塞直径(mm)60858525柱塞行程(mm动机功率（Kw）18021515重量（Kg）93241390513905每分钟往复次数105105160齿轮减速器型号中心距齿轮减速比高速轴转速重量功率(w)5W-28A211509.32980RPM3420Kg215空气压缩机(1#,2#)排气压力排气量净重转速长宽高功率(kw)3MPa60m3/h380Kg750r/min7184501076P15kw1.4调节阀阀门一览表1.4.1 尿素合成及一段分解 表1-4一段仪表号管线号阀尺寸尺寸等级法兰PV-837201V-83701DN32PN226H12-67LV-837302V-83705DN50PN40FV-837303A-83701DN20PN401.4.2 一段循环表1-5一段循环仪表号管线号阀尺寸尺寸等级法兰LV-837301NH-83702DN40PN40凹凸对焊HV-837301NH-83721DN40PN40凹凸对焊TV-837308NH-83722DN40PN40凹凸对焊PV-837305IG-83702DN40PN40凹凸平焊HV-837304IG-83702DN40PN40凹凸平焊1.4.3 蒸发造粒表1-6蒸发造粒仪表号管线号阀尺寸尺寸等级法兰TV-837402ST-83706DN50PN40TV-837401ST-83708DN100PN40LV-837908SC-83708DN20PN40LV-837909SC-83710DN20PN40表1-1.4.4二段循环表1-7蒸发造粒仪表号管线号阀尺寸尺寸等级FV-837304Pw-83707DN20PN40LV-837306Pw-83706DN65PN40LV-837304Pw-83710DN20PN40HV-837303PL-83703DN20PN40PV-837315PG-83705DN20PN40TV-837319ST-83702DN86PN40LV-837907SC-83706DN20PN40EV-837308PL-83719DN20PN40表1-7第二章 单体设备一分加热器设计2.1一分加热器概述及结构特点2.1.1设备在化工工艺中的地位一分加热器即中压分解加热器在中压分解阶段中处于较为重要的地位，其作用是用蒸汽加热尿液，使其中大约88%的甲铵分解，加热后的气液混合物进入分离段分离。故两相介质分别为尿液和蒸汽，通过热交换，尿液温度由124升至160，189的水蒸汽发生相变，满足了工艺要求。2.1.2 结构特点一分加热器是列管式换热器，由于尿液具有强腐蚀性，故列管和管板及上下封头材料为含钼不锈钢。物料从下封头均匀进入每一根列管，在列管的外有蒸汽加热，将热量传递给物料，物料受热后部分分解，产生了气体，因气体的比重比液体小得多，故气体上升速度快，在每根管的中心形成了巨大的抽力，使物料能沿管壁上升。 被分解后的物料中混有大量的气体，从上封头盖的出口管进入分离器。中压加热器进口物料管比出口物料管的管径小得多。其原因是：物料经加热溶液中的气液增大；物料的重度就减小，而进出口物料重量流量又相等，所以出口物料体积流量将随着分解后物料的温度升高而增大。如果进出口加热器的物料管一样大时，则管内的流速随着体积流量的增高而增高，流速的增高会使尿液在管内的阻力增大。第二部分 化工工艺设计及计算第三章 化工工艺设计及计算表2.1 工作条件项目壳 程管 程物料名称氨气冷却水工作压力1.7Mpa1.6Mpa进出口温度36-4430-34质量流量16.083kg/s未知工艺参数：参考日用化工品理化数据手册 石油化工工业出版社1976年表2.2物性参数项目密度(kg/m3)黏度（pa.s）导热系数(w/.m）比热cp(kj/kg.)气化潜热（kj/kg）氨气11.871x10-60.02622.1181673冷却水995.10.768x10-30.6234.17425003.1 试算热负荷何初算换热器规格3.1.1 计算热负荷已知条件：冷却水质量流量 WC=16.351kg/s气氨质量流量 Wc未知冷流体进出口温度：t1=30; t2=34热流体进出口温度：T1=44； T2=36根据1.P350选择逆流操作，因为在换热器传热量及总传热系数相同的条件下可以节省传热面积，还可以节省加热介质或冷却介质的用量。逆流 T 44-36 t 30-34 t 14-8 Q1.P354=WhCPh(T1-T2)=16.083x2118x(44-36)=2.73x105W （3-1） WC=Q/CPC(t2-t1)=2.73x105/4174x(34-30)=16.351kg/s （3-2）3.1.2 有效平均温差tlog=(tm 1-tm2)/ln(tm 1/tm2)=7.83 （3-3）初步确定换热器为单壳程单管程的管壳式换热器因此： R=(Ti-T0)/(t0-ti)=(44-36)/(34-30)=2 （3-4）P=(t0-ti)/(Ti-ti)=(34-30)/(44-30)=0.285 （3-5）由化工原理P147图4-25可得：温度校正系数=0.89，故tm=tlog =0.897.83=6.973.1.3 初算换热面积初选总传热系数由化工原理P152表4-7 K0=130W/(m2*) 初算传热面积A0=Q/ (K0tm) =2.73x105/(1306.97)=301.3m2考虑20%的面积裕度，则所需传热面积为： A0=1.2 A0=1.2301.3=362m23.1.4 决定通入空间和管壳程结构设计因为此设计是含有相变的传热过程，为氨冷凝器的设计.计算任务。1.确定结构形式：由于介质换热温差不大，在工艺和结构上均无特殊要求，所以选用固定管板式换热器。2.合理安排流程： 由于氨气要冷凝成为液体，流量较小，所以走管壳合适，水的传热系数较大，且以结垢故冷却水走管程。3.管程结构设计换热管材料，选用碳钢无缝钢管25x2换热管内.外径d0; di为0.025m; 0.021m换热管长L选用6m标准管换热管根数由n=A0/(dL)= 362/(3.140.0256)圆整得n=769根管程进出口接管尺寸（外径x壁厚）按 1.P286合理选用17.P339 djtxSjt=133x4 mm 4.壳程结构设计壳程数Ns=1换热管排列形式，分成隔板两侧正方形排列，其余正三角形排列。换热管中心距S=1.25d=1.250.025=0.032m或按标准； 管束中心排管数nc=1.1n=1.1x769（外加8根拉杆）为32。壳体内径Di=S(nc-1)+(1-2)d=0.032(1.1x769-1)+(1-2)0.025=0.92m圆整至标准尺寸为1m. （3-6）换热器长径比L/Di=6/1=6实际换热管根数（作图）n=751根支承板形式4.P179（选定）：单弓形支承板 支承板外直径按GB151-1999P23得Db=995mm支承板缺口弦高取h=0.3Di=0.31=0.3m支承板间距B=1m支撑板厚度按GB151-1999表34 支撑板最小厚度取10mm 壳程进出口接管尺寸17.P339（外径x壁厚）=273x8 3.1.5 管程传热与压降管程流速 ui=wi/c(ndi2/4Nt)=0.16m/s （3-8）管程雷诺数 Rei=diuic/i=4399 （3-9）换热管壁温（假定）tw=36 管程流体给热系数: i=0.023Re0.8Pr0.4/di=1084W/m2* （3-10）管程进出口处流速 uNt=wt/t(djt-2Sjt)2=1.34m/s （3-11）管程摩擦因子16.P56 fi=0.013 管内摩擦压降: pf=4fiNtLtiui2(/w)m/2di=4120Pa （3-12）回程压降 pr=4Nttui2/2=102Pa （3-13）进出口局部压降 pNt=1.5tuNt2/2=1340Pa （3-14） 管程压降pt=(pf+pr)Ft+pNt=2050Pa （3-15）管程最大允许压降16.P56 pt=35000-80000Pa 校核管程压降 ptpt 合理3.1.6 壳程传热与压降壳程当量直径 De=(DI2-nd2)/(DI+nd)=0.027m （3-16）横过管束的流通面积As=Di(S-D)/S=0.158m2 壳程流体流速uo=ws/sAs=8.58m/s （3-17）壳程雷诺系数Reo=Deuos/s=231660 （3-18） 壳程流体给热系数:o=0.725(32g/n2/3dot)1/4=185W/(m2*) （3-19）折流板圆缺部分的换热管数:nw=187(切口上管子按圆弧比例计入)值16.P58 =0.198 折流板圆缺部分流通面积Ab=Di(S-d)B/S=0.106m2折流板圆缺区流体流速ub=ws/sAs=12.78m/s （3-20） 圆缺区平均流速 um=(uo*ub)1/2=10.47m/s壳程进口处流速uNs=4wo/s(djs-2Sjs)2=26.13m/s壳程摩擦因子16.P59 fo=0.056 折流板间错流管束压降:pc=4foDisuo2(Nb+1)/2De=32623Pa （3-20）圆缺部分压降pb=suo2Nb(3.5-2h/Di)/2=10136Pa （3-21）进出口局部压降pNs=1.5suNs2/2=6078Pa壳程压降 ps=pc+pb+pNs=48837Pa （3-22） 壳程最大允许压降ps=35000180000Pa校核壳程压降ps =ps 合理3.1.7 总传热系数管内污垢热阻16.P59 rdi=17.6x10-5m2*/w 管外污垢热阻16.P59 rdo=17.6x10-5m2*/w 换热管材料导热系数15.表3 w=51.8w/(m*) 管壁热阻 rw=dlnd/(d-2w)/2w=4.21x10-5m2*/w （3-23）总传热系数:k=1/o+rdo+rw+(1/i+rdi)Ao/Ai-1=159w/(m2*) （3-24）3.1.8 传热面积与壁温核算 需要传热面积 A=Q/Ktm=246.34m2实有传热面积 A=nd(L-2St)=350.18m2校核传热面积 A=A/A=1.42热流体侧管壁温度 two=Tm-K(1/o+rdo)tm=34 （3-25）冷流体侧管壁温度 twi=tm+K(1/i+rdi)tm=33 （3-26）管壁计算温度16.P60 tw=(twi+two)/2=33.5 （3-27）校核管壁温度 tw=tw-tw=-2.5 合理第三部分 设备的机械设计及计算第四章 结构设计4.1 设计条件的确定4.1.1 设计压力由于无安全阀，取设计压力高于最大操作压力的（1.051.1）倍，即P设=（1.051.1）P工 故有：管程设计压力（绝）P设=1.11.7=1.87Mpa，取P设=1.87 Mpa壳程设计压力（绝）P设=1.11.6=1.76Mpa，取P设=1.76Mpa4.1.2 设计温度考虑到温度的波动，故设计温度取最高温度+（1530），则有：管程设计温度：Tt=44+30=74，取Tt=75 。壳程设计温度：Tt=34+30=64，取Tt=65 。设计压力一般取最高工作压力的（1.051.10）倍。则有：管城设计压力：1.71.10=1.87 MPa, 取P设1=1.9 MPa。壳程设计压力：1.61.10=1.76 MPa, 取P设2=1.8 MPa综合以上计算得如下列表：表4.1设计参数表名称 壳程 管程 工作介质 液氨 自来水 工作温度（） 44/36 30/34 工作压力（MPa） 1.7（绝） 1.6（绝） 设计温度（） 75 65 设计压力（MPa） 1.9（绝） 1.8（绝） 传热面积（m2） 350.184.2 筒体壁厚的结构设计4.2.1 圆筒材料由于内筒两侧都是壳程液体，压差很小，对壁厚无特殊要求，根据GB150-199取材料为16MnR。t=170Mpa。钢板标准为GB 6654。4.2.2 圆筒壁厚由于外筒承受的压力为p=1.76MPa，属于中压。设计压力PC=1.76 Mpa，Di=1000mm。查GB 150-1998 表4-1得到16MnR在设计温度下的许用应力t=170MPa。厚度=PcDi2t-Pc=1.76100021701.0-1.76=5.2mm腐蚀余量C2=1 mm。钢板负偏差C1=-0.3mm。设计厚度 d=+C2=5.02+1=6.2mm 。名义厚度n=d+C1=6.2-0.3=5.9mm。名义厚度n取14mm。4.3 封头的结构设计 4.3.1 封头厚度的计算 =PcDi2t-0.5Pc=1.76100021701.0-0.51.76=5.2mm 腐蚀余量C2=1 mm。钢板负偏差C1=-0.3mm。名义厚度n=5.2+1-0.3=5.9mm 圆整后n=14mm 4.3.2 封头选型 此换热器内件的上下封头均采用标准椭圆型封头，材料为16MnR。 查JB/T4737-95可知，以内径为公称直径的椭圆型封头形状与尺寸如下所示： 图4.1封头结构表4.2封头尺寸公称直径Dg曲边高度H-h（mm）直边高度h（mm）内表面积F（m2）容积V（m3）厚度s（mm）重量G（kg）1000250251.16250.15051453.8 4.3.3 封头与管板的连接由于壳层走的是自来水，易结垢需要清理，管板与封头的连接采用可拆链接的方法，其结构如下图所示：图4.2封头与管板的连接4.4管板的结构设计 4.4.1管板厚度的计算 =0.82DGCcPdrt DG-垫片压紧力作用中心圆直径，按GB150-1998 第9章计算 Cc-系数按照Kf和1Pt查GB151-1999图19 Pd-管板设计压力，MPa 管板强度削弱系数一般可取0.4 rt设计温度下，管板材料的许用应力,MPa 以下对每个参数分别计算:(1) DG垫片压紧力作用中心圆直径的计算DG=Db-(db+2b)Db-螺栓中心圆直径,Db=1121 mmdb-螺栓孔直径,db=29.5mm2b-操作状态下垫片有效密封宽度,一般取2b=5mmDG=1121-29.5+5=1086.5mm (2)系数Cc的查询 Pt-管程设计压力，Pt=1.87MPa 1Pt=0.535 GB151表22得到Cc=0.3094（3）Pd管道设计压力 Pd=1.11.7=1.87Mpa（4）rt设计温度下，管板材料的许用应力 rt=170 MPa 把以上数据代入公式=0.82DGCcPdrt =0.821086.50.30941.870.4170=82.7mm 圆整到83mm n=+C1+C2=83+1-0.3=83.7mm 圆整后 n=85mm4.4.1管板结构设计4.4.3管板与换热管的连接由于换热器壳程压力属高压，故连接形式用强度焊，其示意图如下所示：图4.4管板与换热管的连接表4.3连接尺寸管子直径,mm25.5管板孔直径,mm26允许误差,mm0.15换热管最小伸出长度L1,mm1.5坡口最小深度L3,mm2.04.4.4管板与壳体的连接由于壳层走的是自来水，易结垢需要清理，管板与壳体的连接采用可拆链接的方法，其结构如下图所示：图4.4管板与壳体的连接4.5折流板的结构设计常用的折流板和支撑板的形式有弓形和圆盘形两种，此换热器采用单弓型折流板。由于自来水中含有少量气体，故在折流板顶部开口小口，防止气体聚集影响换热效果。其结构图如下： 表 4.4折流板