流量为300th 立式蒸汽冷凝器设计
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摘要
本次毕业设计使我认真的认识到了自己在本专业应学习的主要内容以及短板，换热器的设计工作主要有换热器综述，换热器的工艺计算以及结构强度计算。其中换热器工艺计算中需要根据初始数据计算其处理量以及工艺参数，换热器的结构强度计算主要集中在折流板，筒体以及开口上[1]。
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。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，根数。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，钩圈及浮头法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算[2]。还包括管板的结构设计、防冲挡板、滑道结构的设计以及支座设计。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。
关键词：换热器； 强度设计； 结构设计
Abstract
Condenser is a kind of chemical equipment which has wide range of application and it is also a kind of heat exchanger.The main task of this thesis is to design a floating heat exchanger based on some known information. It is important to determine the type of construction of the equipment and the material of its shell pass and tube pass first. Then, the material, size and number of the exchange tube are decided by material property and its heat transfer area. The exchange tubes need to be arranged on the basis of its number. What’s more, the diameter and the choice of baffle board are influenced by the arrangement and length of exchange tubes. Furthermore, the thickness of the shell and shell cover is determined by the inner diameter and the calculation of inner and outer pressure of the container. Meanwhile, its intensity also needed to be checked[3]. Next, it is also vital to design the intensity of components of heat exchanger, including the choice, calculation and checking of flange, floating flange and backing device, also the calculation of pulling-out force of the tubes. In addition, there are other things to be designed carefully, including tube plate, impingement baffle, slide and support. During the design of structure, standard components can be referred to national standards according to the design conditions of the direct selection; as to the non standard components, corresponding stress checking is needed after the design of the construction[4].
Keywords: heat exchanger； strength design； structure design
目 录
第一章 引言 1
第二章 传统工艺计算 2
2.1 工艺计算 2
2.1.1 介质原始数据 2
2.1.2 介质定性温度及物性参数 2
2.2 传热量与水蒸汽流量计算 3
2.3 有效平均温差计算 4
2.4管程换热系数计算 5
2.5 管程结构初步设计 6
2.6壳程换热系数计算 6
2.7总传热系数计算 8
2.8管壁温度计算 8
2.9管程压力降计算 9
2.10壳程压力降计算 10
第三章 强度计算 12
3.1结构设计说明书 12
3.1.1换热管材料及规格的选择和根数的确定 12
3.1.2布管方式的选择 12
3.1.3筒体内径的确定 12
3.1.4筒体壁厚的确定 13
3.1.5封头形式的确定 13
3.1.6管箱短节壁厚计算 14
3.1.7容器法兰的选择 14
3.1.8管板尺寸的确定及强度计算 15
3.1.9是否安装膨胀节的判定： 27
3.1.10各管孔接管及其法兰的选择： 28
3.1.11设备法兰的选择 31
3.1.12拉杆和定距管的确定 33
3.1.13开孔补强计算： 34
3.2筒体管箱耐压试验的应力校核计算 36
3.2.1筒体核算 36
3.2.2 支座的选择及应力校核 36
3.2.3 耳座的应力校核 37
第四章 结 论 40
参考文献 41
致 谢 42
第一章 引言
本论文的设计目的是达到设备设计人员训练的基本要求。冷凝器是一种用于冷却流体的换热设备。把压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽，通过散热冷凝为液体制冷剂，制冷剂从蒸发器中吸收的热量，被冷凝器周围的介质所吸收。有蒸汽冷凝器，锅炉用冷凝器等。冷凝器常被用于空调系统，工业化工程序，发电厂及其他热交换系统中。
早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大且笨重，如蛇管式换热器等。近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。目前我国在换热器设计过程中还不能实现虚拟制造、仿真制造，缺乏自主知识产权的大型专业计算软件。根据中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，“十一五”期间我国经济增长将保持年均7.5％的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，预计2010年钢铁工业总产值将超过5000亿元，化工行业总产值将突破4000亿元[5]。这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。国内经济发展带来的良好机遇，以及进口产品巨大的可转化性共同预示着我国换热器行业良好的发展前景。
第四章 结论
通过一个多月的努力，我终于在汤方丽老师和同学的帮助下完成了本次毕业设计——300t/h立式蒸汽冷凝器的设计。通过对已知条件的分析，采用了固定管板式换热器的结构。本次蒸汽冷凝器是利用冷却水对水蒸气进行冷凝。换热器通过换热管使管内外介质进行热力交换达到冷凝效果。通过对筒体和封头的校核来保证换热器的安全性。由于需要介质的进出，所以壳体上有很多开孔，必须对开孔进行补强计算，通过计算确定筒体上的开孔需要另行补强，选择了补强圈补强法。换热管需要利用折流板和支撑板对其起支撑作用，我确定了间隔的弓形折流板。[10]本次的换热器设计主要的难点在于浮头盖那边的浮头法兰的设计以及与浮头外头盖连接的侧法兰的设计，两个非标法兰的设计与校核对我是很大的考验。这次设计，用到了大学四年来所学的很多知识，几乎是把大学所学复习了一遍。通过这次设计，我提高了分析查阅的技巧，提高了理论计算和绘图能力。由于毕业设计比较重要和严格。培养了我严肃认真的科学态度和严谨的学风作风。今后我会继续努力，为我们这个换热器行业贡献自己的一份力量。
参考文献
[1] 国家技术监督局.GB151-1999 管壳式换热器.北京:中国标准出版社,1999
[2] 国家技术监督局.GB150-2011 钢制压力容器.北京:中国标准出版社,2011
[3] Mechanical Systems and Signal Processing,2000,14(4):545-559.
[4] Williams W J,Zalubas E J.Helicopter transmission fault detection via time-
frequency,scale and spectral methods .
[5] 柴诚敬,王军,张缨.化工原理课程设计.天津大学化工学院,2011
[6] 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
[7] 杨可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础.北京:高等教育出版社
[8] 国家技术监督局.容器支座压力容器法兰.北京:中国标准出版社,1998,5
[9] 郑津洋.过程设备设计.北京:化学工业出版社,2010
[10] 夏清等. 化工原理(上册).天津:天津大学出版社,2005
致谢
完成毕业设计的过程使我学到了很多、很多……这些宝贵的财富得益于学校布置的任务。所以感谢校领导、老师给了我这样一段珍贵而难忘的记忆。我在刚看到毕业设计的内容时，真是一头雾水，完全不知如何下手，甚至怀疑自己是否从事过本专业的学习，一直到完成了的现在，都感觉像在做梦，可能由于自身水平和要求时间的限制，所以一直都在赶夜车，也就不知自己是否醒着。老师优于常人的耐心、不厌其烦、不畏艰难的帮助、指引我，恐怕我就不能完成这项艰巨的任务。通过毕业设计的全过程，不仅知识方面有了进步，也加深了同学间的友谊。因为我们互相帮助，共同协作，取长补短，顺利完成了毕业设计。最后，感谢老师们诲人不倦，愿我辈自强不息，振兴中华！
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