原创】蒸汽凝液冷凝器毕业论文设计说明书

1、摘要换热器是石油、 化工、动力食品以及其它许多工业部门的通用设备，在生产 中占有重要地位。在化工生产中，换热器可以作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸 发器和再沸器，应用十分广泛。换热器种类很多， 但根据冷热流体热量交换的原 理和方式，基本可分三大类，即间壁式、混合式和蓄热式。间壁式换热器中的 U 型管式换热器在化工生产中较为常用。 本设计是关于U型管换热器的设计，用冷 却水冷却低压蒸汽。 根据最新的技术标准， 结合传统的设计方法， 经过结构设计、 强度校核以及换热器的制造、检验、安装、维修等步骤，完成了该设计。其中结 构设计主要包括管箱、 圆筒、管板、折流板、防冲挡板、 旁路挡板、接管和法兰、 容

2、器法兰、支座等的设计；强度校核包括筒体、封头、垫片、管箱短节、开孔补 强、法兰、管板的校核。关键词 ：换热器 U 型管 设计 校核IAbstractThe abstract theproduct ion.In the chemicalproduct ion, the reallyfor isaga in widespread. Heat in tercha nger type very many, but acts accord in gto the cold type. In the n ext door type the chemical product ion. This desig n

3、is about the U tube , cools thelow pressure steamwith the cooli ng water. Accord ing to the n ewest in dustry sta ndard, the union traditi on supposes the method, processstep and so on structural desig n, inten sity exam in ati on, moreover also invo Ived the ,theinstallment,the service, . Structura

4、l designmainly includes the tubebox, the cylinder, the tube plate, thebaffle, guards against flushes the back plate, the bypass back plate,takes over control with the flange, the vessel flan ge, the support an dso on the desig n; The inten sityexam in ati onin cludi ng the tube body,seals, the filli

5、 ng piece, the tube box short festival,ope ns Kon gBuqia ng, the flan ge, the tube plate, the saddle typesupportexam in ati on.Key word : Heat in tercha nger U tube desig n exam in ati on毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教 师的指导下进行的研究工作及取得的成果。 尽我所知，除文中特别加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布

6、过的研 究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。期：作者签名：日指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电 子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供 目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制 手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分 或全部内容。作者签名： 日 期：#目录摘IAbstract II目录II绪论1设计任务书3.第一章壳

7、程圆筒计算错误！未定义书签1.1计算条件错误!1.2厚度及重量计算错误!1.3压力实验时应力校核错误!1.4压力及应力计算错误!第二章前端管箱筒体计算错误!2.1计算条件错误!2.2厚度及重量计算错误!2.3压力试验时应力校核错误!2.4压力及应力计算 错误!第三章前端管箱封头计算错误!3.1计算条件错误!3.2厚度及重量计算错误!3.3 压力计算错误!第四章 后端管箱封头计算错误!4.1计算条件错误!4.2厚度及重量计算错误!4.3 压力计算错误!第五章筒体法兰计算错误!未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未

8、定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签5.1设计条件5.2螺栓受力计算.5.3力矩计算5.4螺栓间距校核.5.5形状常数确定5.6法兰应力校核.第六章前端管箱法兰计算6.1设计条件6.2螺栓受力计算.6.3力矩计算错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签 错误！未定义书签6.4螺栓间距校核错误！未定义书签6.5形状常数确定6.6法兰应力校核错误！未定义书签错误！未定义书签第七章管板及换热管计算错误！未定义书签7.1管板7.

9、1.1设计条件错误！未定义书签 错误！未定义书签7.1.2管板各个参数错误！未定义书签7.2换热管.错误！未定义书签721计算条件错误！未定义书签。722参数计算4.723管板厚度或管板应力计算（a型）57.2.4换热管轴向应力计算及校核 57.2.5换热管与管板连接拉脱力校核 5第八章开孔补强计算5.8.1 接管 A.C.D 219.1 105.8.1.1设计条件5.8.1.2开孔补强计算 6.8.2 接管E 88.9 8 8.8.2.1设计条件8.8.2.2开孔补强计算 8.8.3 接管 E 168.3 11 108.3.1设计条件108.3.2开孔补强计算 1.1设计小结12参考文献13

10、#绪论1. 换热器及其研究现状换热器是一种广泛使用的工艺设备， 在炼油、 化工行业中是主要的工艺设备 之一。因此，换热器的研究倍受重视。从换热器的设计、制造、结构改进到传热 机理的实验研究一直都在进行。 换热器是节约能源的有效设备， 在七十年代发生 能源危机以来，更是倍收重视。1.1 近年来换热器及其传热技术的现状：目前世界上每年发表的有关传热及换热设备方向的文献约在六千篇以上， 研 究的重点是传热机理、传热强化、两相流模拟及测试技术、计算机应用和开发、 以及与能源利用和环境保护有关的新型高效换热器。 一种新的动向： 从数学模拟 出发，用数学方法推导出精确的计算公式。1.2 计算机的应用：应用

11、计算机不仅节省人力， 提高效率，而且可进行最优化设计和控制，使其 达到最大技术经济性，例如： 美国帕斯卡炼油厂常减压装置的原油换热系统， 采 用了换热系统的最佳设计及其改进措施， 平均传热系数达到445K卡平方米*小时 *度。传热分析 . 应力分析 .信息储存与检索，以及模拟和控制均编有程序，有些 程序从工艺设计开始直到绘出图纸只需要十几分钟即可完成。1.3 高温高压换热器的进展：随着工艺的进展和大型装置的出现， 大型高压换热器的使用越来越多， 炼油 厂加氢换热器就是一个例子。今年来，高温高压换热器的结构. 材料和制造方面都有一些发展， 管箱结构和密封结构均有一些改进， 管子进口区的热防护获得

12、一 些改善。1.4 大力发展的振动的研究：换热器大型化的一个复杂的问题就是管束的震动。 大型换热器在高速下极易 产生振动， 使管子破裂， 损坏设备的基础和管路， 同时产生噪音。 关于振动问题， 人们正在大力的进行研究， 现以能够预测振动的自振频率， 在设计中可以确定适 宜的流速范围， 以防止流体的激振。 在设计上也采用一些防振措施克服管件的振 动，延长使用寿命。1.5 发展强化传热管：传热管是管壳式换热器的主要传热元件， 国外对传热管的研究十分重视， 通 过改进传热管的性能，提高换热管的性能， 强化传热管的方法主要有两种： 一是 尽量扩大传热面积， 但又不过分增大流体阻力。 如将管子内外表面轧

13、制成各种不 1同的表面形状，如翅片管螺纹管等。另一种是改善传热表面的性能，使之符合 传热机理的要求，有充分发挥其特点。如单双面纵槽管周向波纹管螺旋波纹 管等。1.6采用新材料：由于工艺条件的要求，新材料被广泛应用。在换热器制造中，钛具有很高的 抗腐蚀性能，高的强度极限和屈服极限，且比重小，重量轻，又有一定的抗污塞 性，在西德的含氯溶液中采用了钛制换热器，在炼油厂中使用了钛制冷却器和冷 凝器。渗铝管换热器及镀锌管换热器的使用也日益增多，非金属方面最具有代表性的材料是聚四氟乙烯材料，它的抗腐蚀性抗污性能好，得到了广泛的应用。 1.7热管换热器的使用：换管是用小的表面积传递大的热量，体现了一种优良的

14、设计方法。热管是六 七十年代中期在宇航工业中发展起来的新型传热元件，于七十年代进入民用工 业，由于具有高效率压力小结构简单紧凑性好等优点，发展叫我迅速。1979 年美国卡特斯堡炼油厂的重整加热炉上使用了热量为80万小时的热管换热器。考虑加工、造价、 清洗三方面因素，所以选择 U形管换热器作为我的设计 类型。2、U型管换热器它是将管子弯成U形，管子两端固定在同一块管板上。由于壳体与管子分开， 可以不考虑热膨胀。因U形管式换热器只有一快管板，且无浮头，所以结构简单， 造价比其它换热器便宜，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内的介质必须清洁及不易结垢的物料。由于传热管的结构形

15、式关系， 管子的更换除外侧一层外，内部管子大部分不可能更换，管束中心部分存在空隙， 所以流体易走短路，影响传热效果。而且管板上排列的管子较少，结构不紧凑。 U型管的弯路部分曲率不同，管子长度不一，因而物料分布不如固定管板式换热 器均匀。管子因渗漏而堵死后将造成传热面积的损失。U型管式换热器，一般使用于高温高压的情况下。尤其使用在压力较高的情 况下，在弯管段的壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。如壳程需要经常清洗管束，则要求采用正方形排列，一般情况下都按三角形 排列，管程为偶数程壳程内可按工艺要求装置折流板， 纵向隔板等，折流板由拉杆固定，以提高换热设备传热效果。纵向隔板是一矩形平板， 安装在平

16、行于传热管方向（纵向隔 板按工艺要求决定）。以增加壳侧介质流速。设计任务书设计题目：蒸汽凝液冷凝器设计设计要求:2.1.型式与规格：卧室，ID500x500mm换热面积：30m3. 壳程：进口：低压蒸汽操作温度99.6 C ,设计温度：200 C操作压力O.IMPa,质量流率2545kg= 24 个垫片材料类型软垫片（非金属垫片）3由（ GB150-1998第 94页 9.5.1 ）知:结构尺寸Dj = 500.0mm D0 = 660.0mmDb = 615.0mm D外二 565.0 mm。内=525.0mm、0 = 160. mmJ =22.5 mmLa =31.5 mm=24垫片材料类

17、型软垫片（非金属垫片）由（ GB150-1998第 94页 9.5.1 ）知:结构尺寸Di = 500.0mm D0 = 660.0mmDb = 615.0mm D外二 565.0 mmD内二 525.0mm 0 =16.0 mmJ =22.5 mm La =31.5 mm =109由压力容器设计手册第 569页知：换热管中心距S=25.00mm设计温度下换热管材料许用应力 tr =101.00MPa722参数计算管板布管区面积 由（GB151-1999第28页）知：A =1.732nS2 A =1.732 109 252 5000 = 122992.50mm2 （三角型排列）一根换热管管壁金

18、属横截面积a=-t（d=3.142 2 （19 2106.81）=106.81 mm2由（GB151-1999第 36 页）知：管板布管区当量直径Dt =4人=.4 122992.5 3.14 = 395.73mm由（GB151-1999第 30 页）知：半径 a 型 R = Dg2 二549? = 274.50mm系数 叫=Dt2R =395.73 2 274.50=0.72系数-0.00按、sD和：Di查图所得系数”=0.00按Di和：r Di查图所得壳程圆筒与法兰或凸缘的旋转刚度参数Kfa d 型 Kf=0管箱圆筒与法兰或凸缘的旋转刚度参数Kfa c 型 Kf=0管板边缘旋转刚度参数Kf

19、a 型 Kf =0旋转刚度无量刚系数Kf= d2 Dt 8D Ff =0.00，系数Cc Ce Cm按Kf和1.二 查（GB151-1999第 43页图19）分别得：Cc =0。2563Ce=0 0958Cm =0 0000723管板厚度或管板应力计算 （a型）管板计算厚度 由（GB151-1999第31页）知：一0.82Dg . CcPd 小=49.969 P管板的名义厚度、n = CS G 二 62.00mm结论：合格7.2.4换热管轴向应力计算及校核由（GB151-1999第 32 页）知：分三种计算工况1.只有壳程设计压力FS，管程设计压力R =0G = - Ps - P 二d2 4a

20、 二-5.3 V L-丨 合格2只有管程设计压力P，壳程设计压力Ps =0G =-!Ps -P 二d24a =3.31 一丨 合格3壳程设计压力Ps，管程设计压力P二0F 二 一 R 一 P 二d2.4a 二 一2.00 乞 t 丨 合格7.2.5换热管与管板连接拉脱力校核拉脱力 由（GB151-1999第32页）知： q= cTta/ndl =2.71兰匕】合格重量：68.65 Kg第八章开孔补强计算8.1 接管 A.C.D 219.1 108.1.1设计条件计算压力PC=2MPa设计温度t=200.00C壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型20R（热轧）（板材）壳体开孔处焊接接头系数=0.8

21、5壳体内直径壳体开孔处名义厚度壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量壳体材料许用应力接管实际外伸长度接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 接管厚度负偏差 接管材料许用应力Dj =500 mm、n 二 10 mmG = 0.00mm1.50mm；汀=123MPa88mm0mm11.5mm1.25mm123MPa78.1.2开孔补强计算壳体计算厚度（查GB150-1998表 7-2 得）k 1Pck1Di2汀-0.5FC2 1 5002 123 0.85 -0.5 2= 4.829 mm接管计算厚度 由（GB150-1998式8-2 ）知:Pcdi2叮-巳2 201.62 123 0.85 -2=

22、 1.632 mm补强圈强度削弱系数f“ =0接管材料强度削弱系数fr=：卜讐1d=204。6 mm0/2 = 600mm满足等面积法开孔补强计算的运用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。接管有效厚度、；et =-；nt -C =10-1.5=8.5 mm有效补强范围：补强区有效宽度 由（GB150-1998式8-7）知：B =d 2、n 2、nt =204.6 2 10 2 8.5=241.6 mmB = 2d =2 204.6 =409.2 mm取两者中大值 B=409.2mm有效高度：外侧有效高度 由（GB150-1998式 8-8 ）知:故 h = 45.23mm故 h2 二 0mm

23、0 = d、nt 二.204.6 10 = 45.23mm=250mm（实际外伸长度）内侧有效高度 由（GB150-1998式8-9）知:h2 二 d、nt = 204.6 10 = 45.23mmh2 =0（实际内伸长度）圭寸头有效厚度飞=、：n -C =10 -1.5 = 8.5mm开孔削弱所需的补强面积 由（GB150-1998第76页）知：A = d 2、et1-fr = 204.6 4.829 2 4.829 8.5 1-1 =987.9mni壳体多余金属面积 由（GB150-1998第77页）知:A 二 B-d、e-2、ete-1 - frN409.2 -204.68.5-4.82

24、91 -2 8.5 8.5-4.8291-12=751.2mm接管多余金属面积由（GB150-1998第 77页）知:A =20、et t fr 2h? et _ C2 f=2 45.23 8.5-1.632 1 02=508.2mm补强区内的焊缝面积A3 =64mmA A A3 =751.2 508.2 64= 1323mn2，大于 A = 987.9mm2，所以补强满足要求，不需要另加补强。8.2 接管 B 88.9 8 8.2.1设计条件计算压力巳=2.0MPa设计温度t=200.00C壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型20R（热轧）（板材）壳体开孔处焊接接头系数=0.85接管计算厚度

25、由（GB150-1998式8-2 ）知:壳体内直径壳体开孔处名义厚度壳体厚度负偏差壳体腐蚀裕量壳体材料许用应力接管实际外伸长度接管实际内伸长度 接管焊接接头系数 接管腐蚀裕量 接管厚度负偏差 接管材料许用应力Di 二 500 mm、n 二 10 mmG = 0.00mmC2 二 1.5 mm；汀=123MPa120mm0mm11.5mm1.0 mm123Mpa8.2.2开孔补强计算壳体计算厚度：查GB150-1998表 7-2 得人=1.0 查 GB150-1998表 4-1 20R町=170MPa 表 4-3 20 管材（GB8163 町=123MPaPck1 Di2汀-0.5PC2.0 汇

26、 1.0 汉 5002 123 0.85-0.5 2.0二 4.829 mm2.0 622汀-巳2 123 0.85-2.0二 0.598 mm补强圈强度削弱系数frr =0接管材料强度削弱系数fEl .1冋 130开孔直径d=dj 2C =74.9 2 1.5=77.9mmd=77.9 mm0/2=25Omm满足等面积法开孔补强计算的运用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。接管有效厚度、；et = ：nt - C = 8 -1.5 = 6.5 mm有效补强范围：补强区有效宽度 由（GB150-1998式 8-7）知：B = d 2、n 2、nt = 77.9 2 10 2 8 = 113.

27、9 mmB =2d =2 77.9 =155.8 mm取两者中大值 B=155.8mm有效高度：外侧有效高度由（GB150-1998式 8-8 ）知:A = .d、nt = 77.9 8 = 24.96mmh1 =120mm（实际外伸长度）取小值故 g = 34.53mm内侧有效高度 由（GB150-1998式8-9）知:h2 - . d、nt - - 77.9 8 = 24.96mmh2 =0（实际内伸长度）取小值故 h -0mm圭寸头有效厚度：e = r -C =10-1.5 = 8.5mm开孔削弱所需的补强面积 由（GB150-1998第76页）知：A = d 2et1-fr =77.9

28、 4.829 2 4.829 6.5 1-1 =376.1mrn壳体多余金属面积 由（GB150-1998第77页）知：A二 B d e -2 et e - 1 一 fr= 155.8-77.98.5-4.829 -2 6.5 8.5-4.8291 -12二 286mm接管多余金属面积 由（GB150-1998第77页）知：9A2 = 20 畑-fr 20 l.、et C2 fr=2 24.966.5-0.5981 02二 244.8mm补强区内的焊缝面积A3 = 64mrnAi A， A 1000 - 246.6 - 64=131術吊，大于A，所以补强满足要求，不 需要另加8.3 接管 E

29、168.3 118.3.1设计条件计算压力R =2MPa设计温度t=70.00C壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型20R（ 热轧）（板材）壳体开孔处焊接接头系数二0.85壳体内直径Di =500 mm壳体开孔处名义厚度、n 二 10 mm壳体厚度负偏差G = 0.00mm壳体腐蚀裕量C2 = 1.5 mm壳体材料许用应力汀=133MPa接管实际外伸长度89mm接管实际内伸长度0mm接管焊接接头系数1接管腐蚀裕量1.5mm接管厚度负偏差1.25mm接管材料许用应力130Mpa接管材料20（ GB8163管材补强圈材料名称16Mn R（热轧）补强圈外径640 mm补强圈厚度22 mm补强圈厚度负偏

30、差 0 mm补强圈许用应力162.2MPa8.3.2开孔补强计算壳体计算厚度：查GB150-1998表4-1用插值法得20R 打=133MPa表4-3 20 管材（GB8163 =128.6MPaP Dc i 4.829 mm2刁-巳接管计算厚度 由（GB150-1998式8-2 ）知：、PcditC 1.199 mm2二-巳补强圈强度削弱系数frr =0接管材料强度削弱系数作二口 =1Q开孔直径d=dj 2C= 152.1mmd=204.6 mmDi /2二250mm满足等面积法开孔补强计算的运用条件，故可 用等面积法进行开孔补强计算。接管有效厚度 飞 nt -C =10-1.5=8.5 m

31、m有效补强范围：补强区有效宽度 由（GB150-1998式 8-7）知：B 二 d 2、n 2、nt =204.6 2 10 2 10 = 244.6 mmB = 2d =304.1 mm取两者中大值 B=304.1mm有效高度：故 h 二 40.9mmhh = d nt = 40.9mm=89mm（实际外伸长度）内侧有效高度 由（GB150-1998式8-9）知:外侧有效高度 由（GB150-1998式 8-8 ）知:11故 h2 二 0mmh2 = d、nt =、412.5 10 = 45.23mm 取小值h2 =0（实际内伸长度）封头有效厚度 、飞=-：n - C = 10 -1.5 = 8.5 mm开孔削弱所需的补强面积 由（GB150-1998第76页）知:2A = d、 2肚& 1 - fr = 734.2mm壳体多余金属面积由（GB150-1998第77页）知：A = B - d 、e - 2、et e - 1 _ fr2=558.2mm接管多余金属面积由（GB150-1998第77页）知：A2=2h1 et -