卧式列管换热器设计毕业论文.doc

第1章 绪论卧式列管换热器设计毕业论文第1章 绪论1.1 课题背景换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。它具有明显的特点，即结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便、能承受较高的操作压力和温度。在高温、高压和大型换热器中，管壳式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。1.2 国内外研究动态由于能源的日趋紧张，全球环境气温的不断升高，环境保护要求的提高给换热器及高温高压换热器带来了日益广阔的应用前景。 国外主要是大型的传热研究公司在从事这方面先进技术的研究与推广应用。美国传热研究公司（Heat Transfer Research Inc.）即HTRI，是1962年发起组建的一个国际性研究机构，取得了大量的成果，积累了丰富的换热器技术经验，在传热机理、两相流、振动、污垢、模拟和测试技术方面作出了巨大贡献。近年来，该公司在计算机应用软件开发发展很快，所开发的网络优化软件、各种换热器工艺设计软件计算精确准确，不仅节省了人力、提高了效率，而且提高了技术经济性能。目前国内近20多家都成为了HTRI会员。英国的传热及流体服务中心（Heat Transfer and Fluid Flow Service）即HTFS，于1967年成立，长期从事传热和流体的研究，所累积的经验和研究成果不仅应用于原子能工业，而且用于一般工业，研究成果显著。在传热和流体计算上更精确，开发的HTFS和TASC各类换热器微机计算软件得到广泛应用。国内各研究机构和高等院校不断出现新的研究成果，在强化热软件方面华南理工大学相继开发了表面多孔管、螺旋槽管和纵横管等；天津大学在流路分析法和振动等方面研究成果显著；清华大学在板片传热方面有深入的研 究；西安交通大学在板翅式换热器研究方面取得初步成果；重庆建工学院开发出翅管换热器；在强度软件方面化工设备技术中心站开发出SW6；在液压涨管方面江苏化工学院开发出液压胀管器；兰州石油机械研究所率先开发出板式换热器、冷凝器蒸发器，螺旋板、板壳式、螺旋管、折流杆、外导流筒换热器、高效重沸器、新结构高效换热器、表面蒸发空冷器和板式空冷器等一系列高效换热器，近年来又在强度软件上开发出LansysPV，在CAD软件上开发出浮头式LansysHU等系列CAD软件，含标准图2000多套；中国石化工程建设公司与兰州石油化工机械厂联合开发出螺纹锁紧环换热器，这些技术成果为国民经济的快速发展，为我国石油和化工工业的发展起到了决定作用，也使全国的传热技术水平步入了国际先进水平。1.3 选题的依据和意义20世纪80年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，能源日趋紧张、全球气温的不断升高和环境保护要求的提高给换热器、空冷式换热器和高温、高压换热器带来了日益广阔的应用前景，节能设备的开发与应用备受世界瞩目。各国政府、研究机构和企业都加大了投入资金力度，在未来几年内换热器技术会有很大的发展空间。近年来，随着制造技术的进步，强化换热元件的开发，使得新型高效换热器研究有了较大发展，根据不同的工艺条件与工况设计制造了不同结构形式的新型换热器，也取得了较大的经济效益。故我们在选择换热装备是一定要根据不同的工艺、工况要求选择。换热器的作用可以是以热量交换为目的。在既定的流体之间，在一定时间内交换一定数量的热量；也可以是以回收热量为目的，用于余热利用；也可以是以保障安全为目的，即防止温度升高而引起压力升高造成某些设备被破坏，所以换热器在当今时代具有伟大意义。11第2章 工艺计算第2章 工艺计算2.1工艺条件设计一台卧式列管换热器，将质量流量为120吨/小时的苯-甲苯（X1=0.4）混合液从20加热到94，加热介质采用0.4MPa绝压的饱和水蒸汽，冷凝液在饱和温度下排出，要求换热器的管压降小于70kPa。2.2 试算并初选换热器规格2.2.1定性温度及物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值壳程水蒸汽温度的定性温度为（400kPa绝压下的水蒸汽T=143.4）管程流体的定性温度为=根据定性温度，分别查取有关物性数据水蒸汽在143.4下的有关物性数据如下密度 =2.162 kg/m3定压比热容 =1.9174 kJ/(kg)导热系数 =0.0247521 W/(m)黏度 =1.14105 PaS液化热 =2138.5kJ/kg苯-甲苯混合液（X1=0.4）在57下的物性数据如下密度 =834.5295716 kg/m3定压比热容 =1.686 kJ/(kg)导热系数 =0.123438163 W/(m)黏度 =3.93104 Pas2.2.2确定计划方案选择换热器类型 两流体温度变化情况：热流体（水蒸汽）进口温度143.4，出口温度143.4；冷流体（苯-甲苯）进口温度20，出口温度94。估计管壁温和壳壁温之差较大，再加上所受压力较大，因此选用浮头式换热器。流动空间及流速的确定由于饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽比较清洁，而且冷凝液容易排出；苯-甲苯混合液走管程。2.2.3 计算传热量热流量水蒸汽流量平均传热温度传热面积，根据流体情况，假设2.2.4工艺结构尺寸由浮头式（内导流）换热器的基本参数表*查得壳径/mm700管子尺寸/mmf252.5mm公称压强/mPa2.5管长/mm4500公称面积92.1管子总数268管程数4管子排列方法正方形斜转45若选用该型号换热器，则要求过程的总传热系数为2.2.5换热器核算1、核算压强降管程流动阻力管程阻力等于流体流经传热管直管阻力和管程局部阻力之和。即 为管程结垢校正系数，量纲为1，对f252.5mm的管子内流速可近似取1.4。管程流体通截面积管程流体流速设管壁粗糙度，查图得所以 管程流动阻力小于70kPa，符合设计条件。 2、热流量核算壳程对流传热系数蒸汽在水平管束外冷凝，可采用凯恩（Kern）估算式，根据两流体温度与传热系数，假设tw=115管程对流传热系数普兰特准数传热系数K查表知污垢热阻，管壁导热系数 故此换热器合适。传热面积裕度传热面积该换热器的实际传热面积A 则该换热器的面积裕度按式/=1.1578在1.151.25范围内，传热面积裕度合适，该换热器能完成生产任务。故该换热器合适。3、壁温核算因管壁很薄，且管壁热阻很小，故壁温可按式 计算。由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较小。计算中应按最不利的操作条件考虑，因此取两侧污垢热阻为零计热。于是上式变为 气体平均温度液体平均温度（端流）带入计算得 与凯恩式中假设相差不大，故假设合适。2.2.6换热器规格初选设计数据结果一览表参数管程壳程流量（kg/h）90000进/出口温度（）20/94143.4/143.4压力（kpa）常压400（绝压）物性参数定性温度（）57密度（kg/m3）834.53935.3302定压比热容（J/(kg)）1686.13541917.4粘度（PaS）0.0003930.000219热导率（W/(m)）0.1234381630.6862普朗特数5.36设备结构参数形式浮头式台数1管体内径（mm）20壳程数1管径（mm)252.5管子排列正方形斜转45管长（mm）4500材质碳钢管数目（根）268传热面积（m2）484.568管程数4污垢热阻(m2k)/w)1.7210-48.6010-5主要计算结果流速（m/s）0.7116表面传热系数(w/(m2k)1067.44648.6阻力(kpa)6892.54传热量（W）3119100传热温差（K）69传热系数(w/(m2k)573.36裕度15.79%l 2.3计算压强降Pil 2.3.1 管程压强降Pi其中管程流通面积设管壁粗糙度所以l 2.3.2壳程压强降管子为正方形旋转45排列，F=0.4壳程流通面积计算表明，管程和壳程的压强降都能满足要求l 2.4 核算总传热系数l 2.4.1管程对流传热系数l 2.4.2壳程对流传热系数取换热器列管中心距t=32mm。则流体通过管间最大截面积为l 2.4.3 污垢热阻参考化工原理上册附录，管内，外侧污垢热阻分别取为 2.4.4 总传热系数 由前面的计算可知，选用该型号换热器时要求过程的总传热系数为459在规定的流动条件下，计算出的安全系数在合理的范围内，故所选的换热器是合适的。第2章 工艺计算 第3章 强度计算l 3.1壁厚的确定筒体材料选16MnR。对于低合金材料在筒体公称直径400-700mm时考虑到刚度的影响最小壁厚为8mm，故初选筒体壁厚为8mm。封头选用标准椭圆形封头，厚度初选8mm，材料为16MnR。浮头的封头选用球冠型封头，厚度初选8mm,材料为16MnR。管箱壳体壁厚初选8mm，材料为16MnR。3.2结构尺寸及参数换热器公称直径，即；换热管规格，；换热管排管根数；换热管为正三角形排列，管中心距；换热管与管板的连接形式：强度焊加贴胀；壳程侧管板结构开槽深度；管程分程隔板槽深；管箱法兰采用；法兰外直径；法兰螺柱孔中心圆直径；法兰密封面尺寸；法兰颈部大端厚度；法兰颈部小端厚度； 13 第3章 强度计算 管箱法兰厚度；螺柱数量；螺柱规格，查得，则螺柱有效承载面积；垫片采用,垫片；垫片尺寸；垫片接触面宽度；基本密封宽度，查表，。3.3受压元件材料及数据以下数据查自。壳体圆筒材料：查表，设计温度下许用应力查表，设计温度下许用应力查表，金属温度下弹性模量查表，金属温度下平均线膨胀系数换热管材料：10号钢查表，设计温度下许用应力查表，金属温度下屈服应力查表，金属温度下弹性模量 金属温度下弹性模量查表，金属温度下平均线膨胀系数管板、法兰材料：锻件 查表，常温下许用应力 设计温度下许用应力设计温度下许用应力查表，金属温度下弹性模量 金属温度下弹性模量螺柱材料： 查表，常温下许用应力设计温度下许用应力设计温度下许用应力垫片材料：镀锌薄钢板包石棉橡胶板 查表9-2，垫片系数 比压力3.4壳体圆筒计算圆筒计算厚度 设计厚度 按，钢板负偏差： 名义厚度。3.5管箱圆筒计算圆筒计算厚度 设计厚度 按，钢板负偏差： 管箱圆筒名义厚度取6mm即可，但考虑到开孔补强及结构设计要求，故取：名义厚度。3.6椭圆封头计算封头计算厚度 设计厚度 按，钢板负偏差： 名义厚度。3.7管板计算换热管稳定许用压应力换热管的回转半径i 查附录J表J1得：换热管受压失稳当量长度（按图32确定）系数按，当时：， 合格壳程圆筒内直径横截面积 沿隔板槽一侧的排管根数n=20隔板槽两侧相邻管中心距=38mm在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积管板开孔后的面积 系数圆筒壳壁金属横截面积管板布管区面积一根换热管管壁金属的横截面积，查GB151-1999附录J得a=106.81mm换热管管壁金属的总横截面积系数管板布管区当量直径管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比管板延长部分形成的凸缘宽度基本法兰力矩式中: 故注：螺栓设计温度为50，管箱法兰和壳体法兰的螺栓设计温度为150。管程压力操作工况下的法兰力矩当时，垫片压紧力作用中心圆直径预紧状态下需要的最小螺柱载荷 操作状态下需要的最小螺柱载荷 预紧状态下需要的最小螺柱面积 操作状态下需要的最小螺柱面积 所需的螺柱面积垫片压紧力的力臂基本法兰力矩管程压力操作工况下的法兰力矩螺柱中心至作用位置处的径向距离 螺柱中心至作用位置处的径向距离螺柱中心至作用位置处的径向距离作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力 法兰垫片压紧力 流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力之差 法兰操作力矩系数，按和查图26 、，查图26得：管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数壳体不带波形膨胀节时，换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差壳体不带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度比系数系数 管板强度削弱系数管板刚度削弱系数假定管板厚度管程、壳程腐蚀裕量管板壳程侧焊接结构槽深度管板管程侧分隔隔板槽深4mm2mm管板有效厚度管板延长部分兼作法兰的厚度换热管有效长度换热管加强系数管板周边不布管区无量纲宽度，符合中的规定系数，按和查图26 、，查图26得：壳体圆筒与法兰的旋转刚度参数旋转刚度参数管束模数旋转刚度无量纲参数系数Y按，查表，得。管板第一弯矩系数：按和查图27得：管板第二弯矩系数：按和查图28（a）得： m系数：按和查图29得：系数：按和查图30得： 系数系数法兰力矩折减系数管板边缘力矩变化系数法兰力矩变化系数只有壳程设计压力，而管程设计压力，不计入膨胀变形差。壳程设计压力当量压力组合有效压力组合基本法兰力矩系数管板边缘力矩系数管板边缘剪切系数管板总弯矩系数系数系数，当时，按和，查图31（a）实线，知：系数，取G1=max(Gle,Gli)，故管板布管区周边剪切应力系数管板径向应力系数管板布管区周边处径向应力系数壳体法兰力矩系数管板径向应力 ， 合格。管板布管区周边处的径向应力 ， 合格。管板布管区周边剪切应力 ， 合格。壳体法兰应力， 合格。壳程圆筒轴向应力 ， 合格。换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力）， 合格。换热管与管板的焊脚高度按中的规定，换热管与管板连接的拉脱力 ， 合格。只有壳程设计压力，而管程设计压力，计入膨胀变形差。设定环境温度t换热管与壳程圆筒的热膨胀变形差：有效压力组合基本法兰力矩系数管板边缘力矩系数管板边缘剪切系数管板总弯矩系数系数系数，当时，按和，查图31（a）实线，Gli=0.31知：系数，取，故管板布管区周边剪切应力系数管板径向应力系数管板布管区周边处径向应力系数壳体法兰力矩系数管板径向应力， 合格。管板布管区周边处的径向应力 ， 合格。管板布管区周边剪切应力， 合格。壳体法兰应力， 合格。壳程圆筒轴向应力 ， 合格。换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力）换热管与管板的焊脚高度按中的规定，换热管与管板连接的拉脱力 ， 合格。只有管程设计压力，而壳程设计压力，不计入膨胀变形差。壳程设计压力当量压力组合有效压力组合基本法兰力矩系数管板边缘力矩系数管板边缘剪切系数管板总弯矩系数系数，当时，按和，查图31（b）得： 管板布管区周边剪切应力系数管板径向应力系数管板布管区周边处径向应力系数壳体法兰力矩系数管板径向应力， 合格。管板布管区周边处的径向应力 ， 合格。管板布管区周边剪切应力， 合格。壳体法兰应力， 合格。壳程圆筒轴向应力 ， 合格。换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力）， 合格。换热管与管板的焊脚高度按中的规定，换热管与管板连接的拉脱力 ， 合格。只有管程设计压力，而壳程设计压力，计入膨胀变形差。根据已知,壳程设计压力当量压力组合有效压力组合管程压力操作工况下的法兰力矩基本法兰力矩系数管板边缘力矩系数管板边缘剪切系数管板总弯矩系数系数，当时，按和，查图31（b）得： 管板布管区周边剪切应力系数管板径向应力系数管板布管区周边处径向应力系数壳体法兰力矩系数管板径向应力， 合格。管板布管区周边处的径向应力 ， 合格。管板布管区周边剪切应力， 合格。壳体法兰应力， 合格。壳程圆筒轴向应力 ， 合格。换热管轴向应力（位于管束周边处换热管轴向应力）， 合格。换热管与管板的焊脚高度按中的规定，换热管与管板连接的拉脱力 ， 合格。3.8选取鞍座按，取鞍座型号为：支座 材料垫板材料为，包角为，有垫板，焊制，双筋，高，允许载荷。质量核算换热管质量壳体圆筒质量 椭圆封头质量管板质量管箱法兰管箱法兰质量管箱圆筒质量壳程丙酮的质量管程水质量总重量约为 在承载范围内，满足要求。3.9水压试验壳程，其中为管板金属的。管程，其中为管板金属的。圆筒， 合格。封头， 合格。3.10接管补强计算（1） 壳程进出管选，不锈钢，考虑补强。判断补强方法开孔直径因为，故可用等面积法开孔补强 开孔所需补强面积筒体计算厚度强度削弱系数接管有效厚度开孔所需补强面积有效补强范围有效宽度B取大值（实际外伸高度）外侧有效高度取最小值（实际内伸高度）内侧有效高度取最小值 有效补强面积圆筒有效厚度圆筒多余金属面积接管计算厚度接管多余金属面积接管焊缝面积（焊脚取）有效补强面积因为，故开孔后不需另行补强。（2）管程进出口接管选择，不锈钢，考虑补强。判断补强方法开孔直径因为，故可用等面积法开孔补强。 开孔所需补强面积筒体计算厚度强度削弱系数接管有效厚度开孔所需补强面积有效补强范围有效宽度B取大值（实际外伸高度）外侧有效高度取最小值（实际内伸高度）内侧有效高度取最小值有效补强面积圆筒有效厚度圆筒多余金属面积接管计算厚度接管多余金属面积接管焊缝面积（焊脚取）有效补强面积 因为，故开孔后不需另行补强。3.11 管法兰带颈平焊法兰平焊带颈法兰HG20594接管a、c（管程进出口） 公称通径DN=200mm,法兰外径D=320mm，螺栓孔中心圆直径K=280mm，法兰高度H =44mm，法兰厚度C=20mm。接管b、d(壳程进出口) 公称通径DN=100mm法兰外径D=190mm，螺栓孔中心圆直径K=160mm，法兰高度H =44mm，法兰厚度C=16mm。39 第4章 加工与维护 第4章 加工与维护4.1概述设计确定后，制造质量是换热器最终建造质量的重要组成部分。因此，换热器制造单位必须按照压力容器安全技术监察规程（1999版）的规定具备健全的质量保证体系，并持有国家主管部门颁发的批准书和许可证。在全国制造过程中接受安全监察机构（或其授权的检验机构）的全面监督。如果建造主要制造监理时（监理内容在合同中商定）制造单位还应配合业主做好监理。制造完成后，制造单位必须向业主提供完整的制造出厂资料，资料应符合国家标准的规定，并附有安全监察机构的监督检验报告。还应向业主提供监督检验机构打好钢印的产品铭牌。4.2 材料验收选择材料应考虑使用条件，焊接性能，制造工艺以及经济合理性，符合相应的标准。制造单位从材料生产单位获得材料时，应取得材料质量证明书，其内容必须齐全、清晰、并有材料生产单位质量检验章。在材料的明显部位有清晰、牢固的标，至少包括材料制造标准代号、材料生产单位名称及检验印鉴标志。从非材料生产单位获得材料时，应同时取得材料质量证明书原件或加盖供材单位检验公章合经办人章的有效复印件。如果采用国外材料时，应选用国外压力容器规范允许使用且国外以有使用实例的材料，其使用范围应符合材料生产国相应规范合标准的规定，技术要求一般不得低于国内相应的技术指标，并有该材料的质量证明书。4.3 筒体的制造筒体有两种制造方式：一种时用锻件筒节加工而成，另一种是用钢板卷制而成。通常采用的是钢板卷制的筒体。钢板卷制的筒体成形前板厚应在设计图纸最小壁厚的基础上增加工艺减薄量。工艺减薄量包括热成形时的减薄量、多次热处理时的烧损量、保证筒体圆度的内壁加工量及必要的工艺打磨量等。筒节上主焊缝的焊接是关系到产品整体质量的关键之一，焊缝的返修会使焊缝金属的组织构成发生变化，因此，采用可靠的焊接设备和先进的工艺手段是不可忽视的问题，国内的大型制造厂目前均采用埋弧自动焊进行焊接，并严格控制返修次数。对于立式热虹吸换热器的筒体焊缝的检测主要通过无损检测完成的，包括MT（磁粉检测）；UT（超声检测）；RT（射线检测）；CT（化学成分分析）；HB（硬度检测）。MT检测主要是在ISR热处理前后、PWHT后和水压试验后对设备A、B和D类焊接接头内外表面进行检测，按JB 4730第四篇“磁粉检测”进行，缺陷显示累积长度级合格。UT检测主要是在ISR热处理、PWHT后和水压试验后对设备A、B和D类焊接接头进行100检测，一般按JB 4730第三篇“钢制压力容器焊缝超声检测”进行，缺陷等级级为合格。其中筒体与接管的D类焊缝，由于厚度差大，给探头的声耦合带来困难，标准上又无明确的规定，制造厂需经检测工艺模拟试验，“K”值选择计算，编制相应检测工艺，采用多探头、多角度的方法进行，并选派有经验的检测工进行操作。RT检测主要是在ISR热处理后对设备A、B和D类焊接接头进行100检测，一般按JB4730第二篇进行，级合格，RT透照质量不低于AB级。由于壳体的厚度较大，通常用直线加速器进行。CT化学成分分析是在设备主体焊缝（A、B、D类）上按相关规定提取试样进行化学成分检测。HB硬度检测是设备最终热处理之后和密封面最终加工后对主体焊缝和密封面硬度是否合格进行检验。焊缝硬度检测包括焊缝金属、热影响区和母材3个部分。4.4 封头的制造换热管在材料进厂验收合格后，主要的制造工序为划线 气割 坡口加工加热 冲压 切除余量检查封头成形一般有两种方式，一种是旋压，一种是冲压，而冲压又分为整体冲压和分瓣冲压。在本设备中的封头采用整体冲压成形。封头成形过程可分为一次冲压成形，二次冲压成形及多次冲压成形。封头成形过程中的加热温度及成形后的热处理温度推荐如下。封头冲压时加热温度：95020；封头正火温度：920；封头回火温度：690。为了控制好封头的成形尺寸，冲压时应注意以下几点：封头冲压前，模具安装要真确，无偏心现象；冲压过程中模具要清理干净，控制好压边力的大小；控制终压温度和脱模温度。椭圆形、无折边锥形封头冲压时的壁厚减薄量应不大于毛坯壁厚的10。冲压封头表面不允许有裂纹、刻痕和降低强度的皱纹，椭圆形的直边部分上的纵向皱褶深度应不大于1.0mm。封头成形后对母材必须进行全面积100UT检测，封头表面进行100MT检测。重沸器的上封头为无折边锥形封头，下封头为椭圆形封头。封头冲压过程中须带封头母材试板。试板随封头正火+回火后，取1/2模拟热处理后送检。待试板各项性能合格后，封头才能进行后序工作。4.5 管板的制造管板是固定管子作用的，其加工工艺随毛坯材料来源的不同而有所不同。用作管板的材料是16Mn，采用锻件坯料，在毛坯在精车之前，按JB755-85压力容器锻件技术条件的规定，对材料还需作超声波探伤和机械性能检验。锻件的机械性能检验试样必须在同炉、同罐、同牌号和同一锻压工艺（包括热处理工艺）的饼形锻件上的切向方向取样，管板是属于典型的群孔结构。单孔质量的好坏决定了管板的整体质量，有时甚至会影响整台换热器的制造和使用。因此管板孔的加工是非常重要的一道工序。要有专用的加工工艺，需要多工序、多刃具进行加工，否则很难达到相应管孔垂直度和合格的小桥尺寸。推荐采用数控钻床及专用的深孔钻技术。4.6 管束的制造换热管在材料进厂验收合格后，主要的制造工序为：固溶化热处理 酸洗钝化 逐根水压试验 待组装。换热器管子的表面积即为传热面积，通常以其外径上的表面积作为计算传热导面积的依据。当管径和管子根数确定之后，管子越长，传热面积也就越大。一般常用的管子长度为2000、3000、6000mm等。为了安装和检修方便以及降低制造费用，制造厂根据需要大都按定尺长度进行材料定货。否则会因管子对接焊缝的加长而可能出现焊接质量问题，并使制造成本提高。为了保证管子在制造后的水压试验时，以及使用运行中不致发生泄漏，还必须对管子数的5、且不少于2根作拉力和硬度以及扩口等抽样检验。此外，用作换热器管束的管子还应逐根地进行水压试验，其试验压力为1.0Mpa，合格者可使用。4.7 接管的制造堆焊结构法兰与外管线连接有两种方式：一是对接（焊接）形式，另一种是法兰连接形式。结构内壁的堆焊分为两层：一层为过渡层，通常堆焊309L；一层为面层，通常堆焊347L。过渡层堆焊时需要进行预热，焊后需进行中间消除应力或消氢处理。接管内壁一般都采用焊条电弧堆焊，对制造工艺较先进的制造厂接管内壁的堆焊均采用二氧化碳药芯自动堆焊，堆焊质量较好。对接形式的接管对外管线连接的坡口出堆焊一层镍基焊条隔离层，堆焊的是Ni182或INCONEL112焊条，目的是现场组焊时不需加热直接冷焊和减小在设备运行中由于异种材料温度变化产生的应力。该堆焊隔离层的厚度至少应不少于4mm。法兰连接形式的接管密封面的面层通常先不堆焊，待产品最终热处理后在堆焊和加工，以减少产品使用过程中密封面的应力腐蚀。4.8 装配（1）筒体、法兰的组装与焊接筒体装焊端法兰时，除注意使筒体纵缝的布置符合立式容器的规定外，还应以法兰端面基准来保证法兰与筒体轴线的垂直度，及法兰螺孔的方位。法兰螺孔一般应以轴线成对称分布（亦称跨中分布），其偏差不得大于5角。为了防止平焊法兰密封面的变形，应先焊接法兰背面，不然再进行端口焊；当然也可以两面兼顾施焊。(2)管箱的组装、焊接与加工管箱的组焊过程是，先将焊好并经验合格的筒节两端分别与已粗加工过的法兰按要求装焊。待环焊缝或其它焊缝经过无损探伤检验合格后。由于管板焊缝密集，焊接应力较大，当其投入使用运行后，随着高温下材料强度极度的降低而应变松弛，使密封连接处出现泄漏。(3)管束的组装管束的组装要在专用的工装架上进行（如图66所示），组装前对要组装的零件进行检查，合格后方能组装，装配时要注意一下几点：a.要保证折流板与管束轴线垂直；b.保证折流板组装方向与钻孔方向一致，且管孔同心；c.严格按图纸要求控制管束的尺寸和折流板的方向23。(4) 管束、壳体及内件装配首先必须确定所有药装配的零部件均是合格的，并对壳体内部和零、部件表面清理干净。(a)竖起一块管板作为基准；(b)装拉杆；(c)在拉杆上装定距管和折流板；(d)穿管；(e)把管束穿进壳体；(f)装另一块管板点焊上；(g)在棍轮架上焊接管板与筒体；(h)管子在管板的固定；(i)装接管和支座；(j)作壳体的水压实验（检查管子和管板是否连接好），水压验试，水温不得低于15，并控制试压水的氯离子含量25mg/L；(k)装上两侧的管箱；(l)管作程水压试验（检查管箱和管连接板的连接情况和法兰的情况），试压合格后应立即放净设备内的试压用水，对管、壳程分别用热压缩空气导流，将设备内的水吹干。4.9 油漆、包装设备制造完成后，标兵应进行喷砂处理，表面粗造度应达到GB/T 8923中Sa 2.5级的要求。表面应喷一遍底漆和一遍面漆，设备的油漆、包装、运输应符合JB 2536的规定。设备发货前内部还应充以0.10.2MPa的氮气。4.10 换热器在使用中常见故障及处理(1)原因1操作不当，温度剧烈变化，严重热胀冷缩。2管、壳程设备汽蚀、腐蚀严重。3密封垫损坏，检修质量差。(2)现象1内漏：a管程压力高于壳程时，则管程介质漏入壳程，管壳程压力、温度变化大。b壳程压力高于管程时，壳程介质漏入管程，管壳程压力、温度变化大。c有可能导致下游设备内温度、压力变化大，或夹带液体、介质浓度变化。2外漏:a设备外壳有渗漏或蒸汽喷出，壳程压力降低。b管程出口温度简单，或温度变化大。(3)处理1介质走副线，关管壳程入口、出口阀。2采用单体设备停用检查法，按停工步骤处理。3全面切出设备，进行解体处理。4通知检修单位进行检修。73 参考文献 结论为期一个学期的毕业设计让我们对专业知识的综合运用有了进一步的提高，在设计任务书的要求下我们逐步完成了资料的检索与运用、外文期刊的阅读与翻译、工艺计算、结构设计、强度校核、绘制图纸等各项要求。主要结构尺寸和计算结果有：采用固定管板式换热器，壳体内径为 700 mm，为1壳程4管程，管径为25 mm，管长4500mm,管心距为32 mm,管子采用正方形斜45排列，管子数为268根，折流板数为20块，折流板间距为150 mm。通过资料的检索与运用以及外文期刊的阅读与翻译，不仅了解到换热器的国内外发展状况及研究趋势，而且还提高了对专业英语的了解和学习；通过查阅相关资料，以设计任务书的工艺条件为初始约束进行工艺计算和结构设计，进一步加强了对专业知识的理解，对所设计换热器进行强度校核，不仅提高了我们的逻辑思维能力，也培养了我们谨慎细致的科研态度；通过绘制图纸进一步强化了我们识图及绘图表达的能力。参考文献1 邓先和,蒋夫花. 换热器在大型化发展中的深度换热问题讨论. 硫酸工业,20092 管壳式换热器. 第1版. 北京：中国标准出版社. 20023 马晓驰. 国内外新型高效换热器. 化工进展，2001（1）：49-514 Li H D，Kottke V.Effect of baffle spacing on pressure drop and local heat transfer in shell-and-tube heat exchangers for staggered tube. arrangement Int J Heat Mass Transfer，1998（1）：1303-1311.5 Li H D，Kottke V.Visualization and determination of local heat transfer coefficients in shell-and-tube heat exchangers for staggered tube arrangement by mass transfer measurements.Experimental Thermal and Fluid Science，1998（17）：210-216. 6 Yu-qi HUANG，Xiao-li YU，Guo-dong LU.Numerical simulation and optimization design of the EGR cooler in vehicle.Journal of Zhejiang University Science A.2008：34-38.7 李安军，邢桂菊，周丽雯. 换热器强化传热技术的研究进展. 冶金能源，2008，27（1）：50-548 姚玉英. 化工原理上册. 天津：天津大学出版社，1999.9 化工设备设计全书. 化工容器. 北京：化学工业出版社，2003.10 朱有庭，曲文海. 化工设备设计手册（上册）. 北京：化学工业出版社，2005.11 贺匡国. 化工容器及设备简明设计手册. 北京：化学工业出版社，2002.12 国家行业标准. JB/T 47004707-2000. 压力容器法兰. 昆明：云南科技出版社，200013 GB150-1998. 钢制压力容器. 北京：中国标准出版社，2000.14 GB151-1999. 钢制压力容器. 北京：中国标准出版社，2000.15 余国琮. 化工容器及设备. 北京：化学工业出版社1980.16 匡国柱. 化工容器简明设计手册. 北京：化学工业出版社，2002.17 王志文. 化工容器设计. 北京：化学工业出版社，1998.18 李世玉，桑如苞. 压力容器工程师设计指南. 北京：化学工业出版社，1994.19 黄振仁,魏新利. 过程装备成套技术. 北京：化学工业出版社，2001.20 黄振仁，魏新利. 过程装备成套技术设计指南. 北京：化学工业出版社，2003 .21 国家行业标准. HG2059220653-1997. 钢制管法兰、垫片、紧固件. 北京：化工部工程建设标准编辑中心，199822 郑津洋，董其伍，桑芝富. 过程设备设计. 北京：化学工业出版社，2001.23 国家质量技术监督局. 压力容器安全技术监察规程. 北京：中国劳动社会保障出版社，1999附录1致谢 随着毕业日子的逼近，毕业设计也接近了尾声。在指导老师王鲁敏带领下，我终于顺利完成的毕业设计。 大学四年的学习和生活即将结束，回望四年不禁由衷生出许多感触。四年的学习让我们对过程装备与控制工程这个专业由陌生、模糊到渐渐理解，让我们逐步丢掉中学时代死板的学习模式培养成独立思考、乐于实践的积进的学习方法，让我们学会如何把专业知识运用到实践工作中，赠予我们进入社会的第一块敲门砖。毕业设计对每一个大学生来讲都是一个非常宝贵的学习和实践的机会，它涉及到专业知识的方方面面，是对大学生涯所学到的专业知识的综合考核，是大学生乐于动手去锻炼自己和检测自己的毕业作业。毕设的每一步过程都是加深我们对专业知识理解的过程，都是培养我们谨慎细致的工作态度的过程。在毕业设计过程中，老师的指导和同学们的探讨是对我最大的帮助和支持。毕设的每一个过程中我都会发现自己所学知识的漏洞，是老师的悉心讲解和同学们的相互探讨帮我把已经发现的漏洞补上，让我加深了对专业知识的了解并最终顺利完成毕业设计。在此，感谢所有给予我支持和帮助的老师和同学们。大学生涯已然走动了尾声，我将带着大学里点点滴滴美好的回忆和所学到的专业知识，怀抱着美好的愿望信心十倍地走向我的研究生生涯。在那里我将更加深入地学习专业知识，相信我不会辜负老师们的期望。再次感谢所有老师和同学们，谢谢大家！ 附录1开题报告二、换热器技术的发展前景 随着经济的发展，各种不同结构和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等9。其结构以间壁式、混合式、蓄热式交换器为主要对象，其中间壁式应用最为广泛，可分为管壳式与板面式10, 管壳式分为列管式（固定管板式、浮头式、双重管式、U形管式、立式、卧式等）、套管式和螺旋管式（沉浸式、喷淋式）。换热器是化工、石油、制药及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一。我国是世界最重要换热、散热、冷却设备市场，石油化工等行业大量使用换热设备，提高换热器效率对工业节能至关重要。随着国内换热器产业的不断创新，扬子石化与华东理工大学、无锡化工装备公司等单位合作，成功研制出具有完全自主知识产权的系列高通量换热器并实现产业化，产品达到国外同类产品先进水平，不仅可以大幅度提高相关流程装置的产能，而且可以明显降低我国石油化工设备的能耗11。今年 1 月，该项目荣获江苏省科学技术三等奖。 系列高通量换热器12是国际上近 20 年不断开发完善与推广的高效节能产品，因技术难度大，该类型换热器技术为美国 UOP 公司所控制和垄断。而我国研制成功的高通量换热器，不仅在中国石化、中国石油等国内企业得到应用，而且出口欧洲。在国外，主要是各大型的传热研究公司在从事换热器的研究与推广应用。近年来，美国传热研究公司HTRI (Heat Transfer Research Inc.) 13在计算机应用软件开发上发展很快，所开发的网络优化软件、各种换热器工艺设计软件计算精度准确，不仅节省了人力，提高了效率，而且提高了技术经济性能。目前国内有近20家成为HTRI会员。英国传热及流体服务中心HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service)，于1967年成立，隶属于英国原子能管理局14。该中心有会员数百家，长期从事传热与流体课题的研究，所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业，而且用于一般工业。它最大特点是与各大学和企业合作，进行专门的课题研究，研究成果显著。近年来换热器强化技术得到极大的发展，换热器强化传热技术以采用强化传热元件和改进换热器结构为主的强化传热技术是一种能显著改善换热器传热性能的节能技术15。根据传热物流条件的不同情况, 壳程传热强化的研究必然与强化传热管的优化组合相联系,这是今后换热器强化传热技术发展的方向。三、研究内容与方案步骤（1）研究内容：设计一台卧式列管换热器，将质量流量为120吨/小时的苯-甲苯（X1=0.4）混合液从20加热到94，加热介质采用0.4MPa绝压的饱和水蒸汽，冷凝液在饱和温度下排出，要求换热器的管压降小于70kPa。（2）方案步骤：1.了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能。2.由热平衡计算传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。3决定流体通入空间。4.计算流体的定性温度，以确定流体的物理数据。5.初算有效平均温差。一般先按逆流计算，然后校核。6选取经验的传热系数K0值。7.计算传热面积。8.由系列标准选取换热器的基本参数。9.校核传热系数，包括管程、壳程对传热系数的计算。假如核算的K值与原选的经验值相差不大，就不再进行校核；如果相差较大，则需重新假设K值并重复上述步骤3以下的步骤。10.校核有效平均温度。11.校核传热面积，使其有一定安全系数，一般安全系数取1.1-1.25