处理量3500kgh煤油冷却器的设计【7张CAD图纸+毕业论文】

处理量3500kgh煤油冷却器的设计

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处理量3500kgh煤油冷却器的设计论文.doc

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煤油冷却器的设计文献综述.doc

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摘要

    冷凝器是使用范围很广的一种化工设备，属于换热器的一种。本设计任务主要是根据已知条件选择采用固定管板式换热器的设计,固定管板式换热器的优点是锻造用量少，成本低;传热面积比浮头热交换器小20％至30％小，旁通流大。

    本台换热器主要完成的是煤油-水之间的热量交换,首先根据给出的设计温度和设计压力来确定设备的结构形式以及壳程和管程的材料，然后根据物料性质和传热面积来确定换热管的材料，尺寸，本次设计的主要设计参数为：管程介质为水，温度由30℃加热到42℃ ，工作压力 ，流量为  ，壳程介质为煤油，入口温度1380C，出口温度40℃、压力为 ，流量为 。，传热面积为22.38㎡，采用Φ25×2.5×4500的无缝钢管换热，则可计算出58根换热管，D=325mm的圆筒根据换热管的根数确定换热管的排列，并根据换热管的排列和长度来确定筒体直径以及折流板的选择。通过对容器的内径和内外压的计算来确定壳体和封头的厚度并进行强度校核。然后是对换热器各部件的零部件的强度设计，有法兰的选择和设计计算与校核，钩圈及法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算。还包括管板的结构设计、防冲挡板、支座设计。结构设计中的标准件可以参照国家标准根据设计条件直接选取；非标准件，设计完结构后必须进行相应的应力校核。管板与换热管的连接方式为焊接，因管板上的应力较多，且内外温度有一定的差值，因此，对管板强度的校核是一个重点，也是一个难点

关键词： 冷凝器； 强度设计； 结构设计

Abstract

  The condenser is a kind of chemical equipment which is widely used, and belongs to a kind of heat exchanger.. The design task is mainly according to the known conditions to choose the design of fixed tube plate heat exchanger, the advantages of fixed tube plate heat exchanger is forging used less, low cost; heat transfer area ratio of floating head type for heat exchanger is 20% to 30% and a bypass flow small.

  The heat exchanger is mainly completed is between kerosene and water heat exchange, first of all according to the given design temperature and pressure to determine structure of equipment and the shell side and tube side material, and then according to the nature of the material and the heat transfer area to determine the heat exchange tube materials, dimensions, number of roots.The main design parameters of this design are: tube medium is water temperature from 30 ℃heated to 42℃ , working pressure, flow, shell medium kerosene inlet temperature 138℃, outlet temperature 40 ℃, pressure flow rate . A heat transfer area 22.38㎡, seamless steel pipe heat exchanger Φ25 × 2.5 × 4500, you can calculate the heat transfer tubes 58, D = 325mm cylinder is determined based on the number of heat transfer tubes of the heat transfer tubes are arranged and the heat transfer tubes according to the arrangement and to determine the length and diameter of the cylinder baffles choice. And to determine the thickness of the shell head and the inner diameter of the container by calculation of internal pressure. Then in the heat exchanger design strength member flange design, selecting the various components and calculated the strength verification and inspection, inspection and pull shackle and floating head flange design calculations and piping De-force calculations.  Also includes a tube plate structure design, anti scour baffle, slideway structure design and the design of support. The standard parts in the structure design can be selected directly according to the national standards; the non standard parts must be checked for the corresponding stress after the design of the structure.

  Tube plate and tube heat exchanger and the connection mode of welding, tube plate more stress, and the temperature inside and outside have certain difference. Therefore, on the tube sheet strength check is a key and a difficulties.

Key words:  heat exchanger； strength design； structure design

目 录

  第一章绪论 1

  1.1 换热器的重要性及意义 1

1.2 换热器的研究现状及其发展趋势 1

   1.2.1 国内的研究现状 1

1.2.2 国外的研究现状 2

1.3 换热器的发展趋势 3

1.3.1 换热器强化传热技术的发展 3

1.3.2大型化及能耗研究 3

1.3.3 材料的研究 3

1.3.4 腐蚀的研究 3

1.4 换热器的种类 4

1.5工艺流程 5

第二章传统工艺计算 6

2.1 设计任务与条件 6

2.2 换热器类型的确定 7

2.3 计算换热器的热负荷Q 7

2.4 冷却水用量 7

2.5 平均温差的计算 8

2.6 初算传热面积 8

2.7 管子选择和管数的确定 9

2.8 平均传热温差校正及壳程数 10

2.9 管子排列方式和管间距的确定 10

2.9.1 管子排列方式 10

2.9.2 换热管中心距的确定 11

2.10 壳程内径的确定 12

2.11 折流板的选择及间距确定 12

2.12 确定总传热系数K 12

2.12.1管程换热热系数的确定 13

2.12.2 壳程侧换热系数的确定 13

2.12.3 计算传热面积 14

2.13 流体压降的计算 15

2.13.1 管程压降的计算 15

2.13.2 壳程压降的计算 16

2.13.3 壁温核算 16

第三章结构设计及强度校核 18

3.1 换热器的整体结构 18

3.2 筒体的结构设计及校核 18

3 .2.1 筒体内径的确定 18

3.2.2 筒体厚度的确定 19

3.2.3 筒体水压试验 19

3.3 封头形式的选择 20

3.3.1 封头厚度的确定 20

3.3.2 封头的水压试验 21

3.4 管箱的设计及校核 21

3.4.1 管箱简介 21

3.4.2 短节的设计及校核 21

3.4.3 管箱水压试验 22

3.5 管箱法兰的选择 23

3.5.1 各管孔接管及其法兰的选择 23

3.6管板的结构图 26

3.7 连接设计 27

3.7.1 连接简介 27

3.7.2 管板与壳体和管箱的连接结构 27

3.7.3 管板与壳体和管箱的连接结构图 27

3.7.4 管板与换热管的连接的结构确定 27

3.8 换热器的热补偿 29

3.8.1 管程和壳程的压应力 29

3.8.2 壳体和管子截面积 29

3.8.3 管程和课程的压应力 30

3.8.4 管程和壳程的温差应力及补偿措施 30

3.8.5 拉脱应力 32

3.8.6 判断是否需要热补偿 33

3.9 接管的设计 34

3.9.1 接管材料的选择 34

3.9.2 管程接管直径 34

3.9.3 管程接管厚度 35

3.9.4 壳程接管直径 35

3.9.5 壳程接管厚度 35

3.10 开孔的判定 36

第四章附件的选择 38

4.1鞍座的选择 38

4.1.1 换热器总质量的计算 38

4.1.2 鞍座的尺寸及结构选择 41

4.2 分程隔板选择 41

4.3 折流板 42

4.4 拉杆 42

4.4.1 拉杆的选择 42

4.4.2 拉杆的形式 43

4.5 定距管 43

4.6 法兰螺栓规格 43

4.7 设计结果表汇 44

参考文献 45

致谢 46

第一章 绪论

1.1 换热器的重要性及意义

    换热器的发展历史，已在许多领域被广泛应用于国民经济的近一个世纪。80年代以来，由于不断改进制造技术，先进的材料科学技术和传热学理论的研究，设计和能源相关的热交换器关注日益引起人们的应用。特别是在最近几年，能源和材料成本的上升大大促进了节能热交换器的研究中，作为一种节能设备，换热器，不仅以确保过程不可缺少的设备的正常运行，并且金属消费，电力消费和投资，其份额已对整个项目的一大部分。据统计，在设备投资的所有投资的40％左右热交换器。因此，能源，材料和观点省钱角度，如何选择高效换热器是不可避免的面临的每一个工程设计的问题。目前，节能减排已成为中国“十二五”的重要战略举措。期间，高效节能换热器研究已成为地下换热器研究领域的一个热点。

1.2 换热器的研究现状及其发展趋势[1]

1.2.1 国内的研究现状

    我国的换热器产品在一些重要领域取得了突破性进展，但基础研究换热器技术仍然薄弱。与国外先进水平相比，中国的换热器行业最大的研究，技术差距上热交换产品基本原理的研究，特别是缺乏物理数据介质，缺乏流场，温度场，流动情况等研究工作。

    在换热器制造，中国仍然是模仿，虽然制造小的差距的整体水平，但在加工和模具压板的水平仍有一定差距，与发达国家。 

在标准的换热器的设计和技术的设计标准相对滞后。目前，最大的产品直径的标准管壳式换热器被限制在2.5米，并与大型石化领域的要求，目前的管壳式换热器的直径为4.5米或5米，超出标准范围热交换器设计的，因此，按照美国公司的热交换器的设计必须TEMA标准。 

参考文献

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[5]王国胜 主编. 化工原理. 大连：大连理工大学出版社，2010:164-183.

[6]《换热器设计手册》 钱颂文主编 化学工业出版社:32-101.

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[11] HG 20592-20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》:8-20.

[12]刘朝儒. 机械制图. 北京：高等教育出版社，2001:8-15.

[13] 《化工设备设计手册》边写组.材料与零部件（上册）.上海：人民出版社，1973:64-101.

[14] JB 4730-2005 《压力容器无损检测》:23-56.

[15] 王者相，李庆炎,《钢制压力容器》GB150-98.北京：国家质量技术监督局, 1998.78-130.

[16] 《钢制化工容器材料选用规定》.北京：国家石油和化学工业局,1998:38-87.

[17]曲文海，董大勤，袁凤隐.压力容器与化工设备实用手册（上、下册）.北京：化学工业出版社，                  2003，3.

[18] 邹广华，刘强编著. 《过程设备设计》.北京：化学工业出版社，2003:45-65.

[19] JB/T 4712-92 《鞍式支座》:60-105.

[20]柴诚敬，王军，张缨.化工原理课程设计.天津大学化工学院，2011:12-86.                     

致谢

大学的生活虽然四年时间飞逝一眨眼的功夫，一切都将成为美好的回忆，思绪万千！学生的学习生涯最后一份答卷就是毕业设计也已经顺利完成，首先应该感谢的是我的老师。在这几个月里，一直对我的学习和设计严格要求、一丝不苟。我的进步都有导师们的辛勤汗水，寄托着导师们的希望。 很感谢老师在学习方面给了我关心和帮助，她严谨的态度和耐心的指导都深深地影响着我。在做毕业设计期间中遇到的困难、难点通过老师们的讲解都会了，在她的仔细讲解下，使我在困难取得了很大的成就，使我能及时摆脱不佳的学习状态，并且在完成毕业设计中增加了信心，让我学会了在面对困难时有着一颗不放弃的心。 

在此，我真诚的衷心的感谢我的老师们! 还有我的朋友们，是他们在我毕业设计期间给了我帮助，使我信心增加了百倍，顺利的完成了毕业设计等内容，在此对他们表示感谢。在这次毕业设计中我能克服各种困难，在炎热的夏天里充满了希望并且我能够更加灵活运用有关化工的知识，为以后的生活和实践中提供了丰富的经验。在即将离开母校踏上工作岗位的道路，真诚的祝愿科亚学院再创辉煌！