流量为240TH汽水浮头式换热器设计【4张CAD图纸+毕业论文】

流量为240TH汽水浮头式换热器设计

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前管箱.dwg

折流板.dwg

流量为240TH汽水浮头式换热器装配图.dwg

流量为240TH汽水浮头式换热器设计论文.doc

浮头管箱组件.dwg

摘要

 换热器是工业生产中经常用的设备，在不同工作环境下对换热器的性能要求不同，它是冷热流体间能够传递热量的设备。本次的设计为浮头式换热器，浮头式换热器最主要的是由管箱、管板、壳体、折流板等主要部分构成。浮头换热器的一侧是固定管板与壳体紧密固定，另外一端则为浮动管板与浮头相连接。因此，热应力的优点是比较小的，容易检查，清洁。这种结构的缺点是更复杂。

 本次设计的主要设计参数为：设计压力管程为0.99Map，壳程为2.75Mpa，工作温度管程为80℃，壳程温度为175℃，设计温度管程为95℃，壳程温度为200℃。管程介质为2.5Mpa的水，壳程介质为0.9Mpa的水蒸汽。在计算校核方面，进行了传统的工艺计算和强度计算。在传统的传热工艺计算中，主要包括有传热的面积，传递的热量及其系数的确定，流量，压降变化及壁温的验算等等问题，这些都是应用有关的国家标准和规定校核和计算得来的。在强度计算侧重于管体，管箱，头，接受，支持，隔板和板厚计算和挡板，其他部件的设计和管法兰，垫片，安装，组合，但也为一些强度校核。本设计主要是依GB151《管壳式换热器》和 GB150《压力容器》等为根据设计的。换热器在工业、农业等各个的领域运用十分的广泛，当然在日常生活中和现实中的传热设备也随处可以见到，是不可能缺少的工艺设备和单元之一。随着研究的不断深入，工业应用也取得了显著的成效。

本次设计中，多增加了排污口，放净口和备用口，挺高了产品的清洁能力和安全性能。在数据估计中，多增加些余量，保证了产品的安全运行。

关键词:  换热器;  管板;  传统工艺计算;  强度安全校核;  应用范围 

Abstract

    Heat exchangers are the most commonly used in industrial production equipment in different work conditions of heat exchangers performance requirements are different，it transfer it between cold and heat flow. These designs are floating head heat exchangers, they are made up of tube box 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchangers are connected with shell. So it’s easy to check and clean. On the other hand the structure of they complex. 

    The design of the main design parameters for design pressure for tube side 0.99Mpa, shell 2.75Mpa, the working temperature of the tube to 80 DEG C, shell temperature to 175 DEG C, design temperature tube pass is 95 DEG C, shell temperature for 200 DEG C. the shell is 2.5Mpa water, the tube side is 0.9Mpa water vapor. In the calculation and verification, the traditional process calculation and intensity calculation are carried out..In the calculation exchangers of the heat transfer process, heat transfer coefficient of determination and change the inner diameter of the heat exchanger and types of heat exchange tube of choice, and heat transfers coefficient and pressure drop and wall temperature calculation and so on. In the strength calculation focuses on the tube, tube box, head, accept, support, the baffle plate and the  

plate thickness are calculated and the baffle, other parts of the design and pipe flanges, gaskets, installation, portfolio, but also for some strength check. This design is according to GB151 "shell and tube heat exchanger" and GB150 " pressure vessel" and other design. Heat exchanger in industrial, agriculture and other fields use is very extensive, of course, the heat transfer equipment in the daily life and the reality everywhere can see is one of is likely to lack of process equipment and unit. The industry application also obtained the remarkable effect.

    In this design, increase the sewage outfall, drain and reserve, cleaning ability and safety performance of the product is high. In the data estimation, the increase of some margin, to ensure the safe operation of the product.

Keywords:  heat exchanger;  floating tube sheet;  heat transfer calculation; strength check;  applicatio   

目  录

    前言 1

    第一章热力计算 3

 1.1 原始数据 3

 1.2 定性温度和物性参数计算 3

 1.3 初选结构 4

 1.4 管程换热计算及流量计算 4

 1.5 壳程换热计算 6

 1.6 传热系数 7

 1.7 管程压降 8

 1.8 壳程压降 9

 1.9 压强校核 9

    第二章结构设计 11

 2.1 换热流程设计 11

 2.2 管子和传热面积 11

 2.3 管子排列方式 11

 2.4 壳体 12

 2.5 管箱 13

   2.5.1. 封头 13

      2.5.2. 箱壳 14

    2.6 固定管板 14

 2.7 分程隔板 14

       2.7.1 管程分程隔板 14

       2.7.2 壳程分程隔板 15

 2.8 折流板 15

 2.9 拉杆 16

 2.10 进出口管 16

       2.10.1. 管程进出管 16

       2.10.2. 壳程进出口管 16

 2.11 浮头箱 17

 2.12 浮头 17

 2.13 补强圈 18

 2.14 法兰 18

       2.14.1 法兰密封面的型式 18

       2.14.2 壳体法兰 18

       2.14.3 接管法兰 19

 2.15 支座 20

    第三章安装与拆卸 23

    参考文献 25

    致谢 26

前言

换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛[1]的热量交换设备。 随着现 代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍 把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新 的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性 起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重的 30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。 在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。分程隔板可将管程及壳程介质分成多程，以满足工艺需要。管壳式换热器主要有固定管板式，U型管式和浮头式换热器。针对固定管板式与U型管式的缺陷，浮头式作了结构上的改进，两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力。浮头式换热器的优点还在于方便拆卸，清洗方便，对于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况很能适应。其缺点在于结构复杂、填塞式滑动面处在高压时易泄露，这使其应用受到限制，适用压力为：1.0Mpa～6.4Mpa。 

换热器（热交换器）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器按传热方式的不同可分为混合式（混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器）、蓄热式（蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器）和间壁式（随间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广）三类。

在我国换热器的制造技术[2]远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 

在我国随着经济快速发展的同时，各种不同型式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。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：

    (1) 合理地实现所规定的工艺条件；(2) 结构安全可靠；

    (3) 便于制造、安装、操作和维修；(4) 经济上合理。

第三章安装与拆卸

   设计中要考虑到安装问题，各零部件的结构不能影响整个装配体的安装，对于浮头式换热器，设计的初衷是可以拆下管束进行清洗。因此也要考虑到拆卸的问题，其安装步骤可概述如下：

第一步：焊接部件 将所有的焊接部件进行焊接，包括管箱，壳体，浮头箱，碟形盖，支座等；

第二步：安放折流板 将拉杆的一个螺纹端拧入固定管板的螺纹孔，6根拉杆都装好，然后每套入一组定距杆再装一组折流板，依次把折流板装在拉杆上，直到最后两块折流板装上后用螺母套在拉杆的另一个螺纹端拧紧固定；

第三步：安装管子将管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上进行胀接。另一端装上浮动管板并进行胀接；

第四步：安装壳程隔板 先将壳程隔板两侧的偏心杆机构装好，将壳程隔板从管束侧面装入并将一头插入固定管板上安装隔板的槽[21]中

第五步：安装壳体 将焊接好的壳体从浮动管板的那一端套入，使之前装好的组件（如图3-1示）完全装入壳体内，在壳程隔板的伸出端扭动偏心杆的摇柄使隔板两侧的密封填料挤紧，从而达到壳程的分程密封；

第六步：安装管箱 在固定管板端接已焊接好的管箱，将管箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接。在浮头端装上钩圈法兰和碟形盖，（钩圈法兰由两个半圆形构成，使其安装方便）用双头螺柱[22]连接；

第七步：安装浮头箱 将浮头箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接；

第八步：安装支座 将支座焊接到壳体上。如果要拆下管束进行清洗，将第四、五、六步反过来操作即可。折流板是不能拆下的。

参考文献

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[2] 史美中,王中铮.热交换器原理与设计[M].北京:东南大学出版社,1996.

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[5] 董大勤.化工设备机械基础[M].北京:化学工业出版社,1990.

[6] 化工设备机械基础编写组.化工设备机械基础[M].北京:石油化学工业出版社,1978.

[7] 赵克勤,王秀珍,王正.石油化工容器及设备[M].武汉:华中理工大学出版社,1990.

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[10] 黄振仁,魏新利.过程装备成套技术[M].北京:化学工业出版社,2001.

[11] 黄振仁,魏新利.过程装备成套技术设计指南[M].北京:化学工业出版社,2003.

[12] 郑津洋,董其伍,桑芝富.过程装备设计[M].北京:化学工业出版社,2005.

[13] 邹广华,刘强.过程装备制造与检测[M].北京:化学工业出版社,2003.

[14] [美]James R.Farr Maan H.Jawad，ASME压力容器设计指南第二版[M].北京:化学工业出版社,2003.

[15] 濮良贵,纪名刚.机械设计第八版[M].北京：高等教育出版社,2006.

[16] 邓文英.金属工艺学第四版[M].北京:高等教育出版社2007.

[17] 教育部高等学校机械学科过程装备与控制工程专业教学指导分委员会.过程装备与控制工程[M].北京:化学工业出版社,2006.

[18] 成大先.机械设计手册第五版[M].北京:化学工业出版社,2008.

[19] GB 150-1998.钢制压力容器[S].北京:中国标准出版社,2003.

[20] GB 151-1999.管壳式换热器[S].北京:中国标准出版社,2004.

[21] HG 20582-1998.钢制化工容器强度计算规定[S].化工部工程建设标准编辑中心出版设,1998.

[22] JB 4732-1995.钢制压力容器——分析设计标准[S].北京:新华出版社,1995.

致谢

四年的学习生活马上就要结束了，回往四年的大学生活，感受非常多，收获也非常丰硕。在毕业来临之前我也顺利完成了毕业制作，在写作过程中，我遇到了很多的困难，不管是在理论学习的阶段，还是在论文的资料查找、开课题前中期、研究中的每一个细小的环节，都无不得到老师的指导和鼓励。 在这个过程中老师多次询问我的毕业设计进程， 并及时提醒我修改， 帮我开拓研究思路和方向，让我在设计的速度与准确方面都有很大的提高。

老师的工作作风，工作态度，工作精神一直激励着我，不仅在毕业设计上对我有很大的帮助，而且对我在以后工作以及做人做事方面都会有很大的帮助，在此我衷心地感谢并予以崇高的敬意。由于各位老师的指导，让我学到了更多的专业性知识，并从他们身上学会了如何求知求学、怎样为人处事。同时我也要感谢帮助过我的同学给予我的许多帮助。我非常感谢我的导师王老师，他为人随和热情，教学严谨细心。在私下谈话中总是能够像朋友一样鼓励你，帮助你，引导你。不管是论文的写作还是图纸的绘制等各个方面他也总能以“专业标准”严格要求规范你。从选题、定题、开题，一直到最后的毕业设计反复修改。老师始终如一认真负责地给我严格指导，帮助我们开拓自己的研究思路、精心点拨、热忱勉励。在王老师的无私帮助和格外关怀下，我的毕业设计最后才能够得以顺利完成。最后我还要感谢四年里的大学生涯和过往，同时感谢我的家人和那些永远也不会忘记的朋友、同学，他们的支持与激励，是我永远也用不完的宝贵财富。最后，向在百忙中能够抽出时间对我的毕业论文进行评审并提出诸多宝贵意见的各位领导、老师表示衷心地感谢。