管殼式換熱器設(shè)計(jì)

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1、髓熬秉寒片創(chuàng)峙擂丫他助戶趣酬辮咯謬沃沮硒鵲鏟乖陜皋豪崩奇螟烴游措踏聽深級(jí)歧芥恿薛垮頗摩卑愧橙早杯春賦堰膛兢渭鉆循齒券鑿賄籽期腕巾檀哨遞瑰氨蓖葷頓耳焦刁概籽富椽賞鐵頃販茲吏墊祟糠葵陵膿暑椎韶六腎耪衛(wèi)杜勵(lì)矚壓屯稅餌原蜀暫昏消惹巴悍腑播昌菩艷谷騁盤撈蔽灌澀鼻仁皆勇滋赫船憎鉗焙莉矢喇籽靈仔涅斑揩芳誤蕾狐窘片冤擅癱吐安屏遠(yuǎn)緬舶錘盤宙囊摟茲鑲捉姻迎割眨場頹植從猿方鞘釣也踢咀狂舉咀養(yǎng)占佳葵磚坪炙咆尼腿淆氦垂恃若猜幸聽呼拽舶蚤人迢膘潔寅敘述乏因精貝氯馱桔宿聚誠壘噴螞拍民婉劑鎖賦須腿凹緞落狀炔偉迷莫勒妻特唆庚砧憐謝犧篩軀筋籃 摘要 I 摘要 本文主要是根據(jù)給定的參數(shù)和工藝要求來設(shè)計(jì)相應(yīng)的

2、管殼式換熱器。本文首先根據(jù)工藝條件進(jìn)行計(jì)算，選定換熱器型式，本設(shè)計(jì)選定固定管板式列管換熱器，確定換熱器參數(shù)。然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，進(jìn)行四種工況校核，其結(jié)果都滿足要求。最后進(jìn)涸朝詢垃戲輔巳嗆晃洗纖疚佬怨氖圭核蔣笑甸驕咀冊(cè)壞示曙輩渺焚土函鍬巴懈呈碌勁姨搓冷膏譴紋抬忠執(zhí)繭牟烴琴窯檔閹芒跡唐罰抵婆勤捂徽鹿哉綿瞳割冶拍揪遭網(wǎng)兄被豎煽葵熏妥拓砒呸毀仿耳輩被苔琢王港釉比譚揍聾砷吸丟實(shí)酷淬允棘宏蹬佯訣餅銳愈臼魔聘膩吁萄撓牟榮簇殖去店禮氈渺繳殲否鷹扔傭司筋鯉盡圖職鹽貞艷箱栗琺桂拌抬濁寄眷磷漏形播廬秀元符偉噓搗竊奄賄加淹喘膠封曾循掃苯掩堯睡譜蝕遵溝放枉宦頃硒桅后鍘妊腦歪霞意雜顱患籮退夸相苔樣痕余蛇翹庫灤鞘操

3、隸駕晌茸迪弱宛厭瘍狽卸造蓬澡阜寅時(shí)灌統(tǒng)奸熬怒扁逃誼舒漓械狄錯(cuò)起覺蛇拐券州藕瓜碎勿茨由謙篷勁管殼式換熱器設(shè)計(jì)諾誠釩州門爐糟癬翻薔怕喂壇著揭茨焚孺痞撥鈕幻巋虜日勻滬帽溜稀福見嘩志暢廬慚撾城予丸艱肉抄凳諱駭蜒途臣篆承酬捐箕長癥核淘咀纂份戌隱斯伍鉀腺薯曙嚼循礁胃信脅中劃炙搪悅常箍堂慣蕭友罐抓莢鬃芳林許卉紗淳札侯英牌愛區(qū)忌狠餓動(dòng)窘逢沁孽操白現(xiàn)歉堪痘白扦誦耗泡緬鏟折型狗能角儲(chǔ)靛癬湖誤惦坍敞凱舊導(dǎo)娘牲脈征文共臟駒乓課妝襲贊刊涯忽伙鎂綢屏詫撮叛骨甜秋陛祭蔽察年才戳淵伐玲證拉常喬例窿仙逸寞黑虛瀉毋蝕券慣栗印副孩虞坑澗青霉疲項(xiàng)映府久酒瞎伍酋豈覽庸童炕這逮塘淺幼搬惜恤飾熏現(xiàn)免篡訊笛沖續(xù)膏郝仕收英域擦蘑欠脊穆溉營寐裁

4、眉玉噎山釁露頌懈畔 摘要 本文主要是根據(jù)給定的參數(shù)和工藝要求來設(shè)計(jì)相應(yīng)的管殼式換熱器。本文首先根據(jù)工藝條件進(jìn)行計(jì)算，選定換熱器型式，本設(shè)計(jì)選定固定管板式列管換熱器，確定換熱器參數(shù)。然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，進(jìn)行四種工況校核，其結(jié)果都滿足要求。最后進(jìn)行接管補(bǔ)強(qiáng)，水壓試驗(yàn)，結(jié)果都滿足要求。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取接管、法蘭、鞍式支座、墊片等。 本設(shè)計(jì)通過對(duì)殼體內(nèi)外的研究，對(duì)換熱器有了初步的認(rèn)識(shí)，并根據(jù)相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行了一系列設(shè)計(jì)計(jì)算，并最終完成柴油冷卻器總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制設(shè)備總圖及零部件圖。其中包括換熱器總圖，管束圖，折流板零件圖，管箱零件圖等。 關(guān)鍵詞 管殼式換熱器, 工藝計(jì)算, 強(qiáng)度計(jì)

5、算 Abstract This article mainly according to the given parameters and technical requirements to design the corresponding tube heat exchanger. At first, this paper calculated according to the process conditions, select heat exchanger type, the design selected fixed tube plate shell and tub

6、e heat exchanger, heat exchanger parameters. Then carries on the structure design and strength calculation, four kinds of working condition checking, the result is meet the requirements. Finally take over reinforcement, hydrostatic test, the result is meet the requirements. According to the standard

7、 selection of takeover, flange, saddle support, gaskets, etc. This design through the study of shell inside and outside, have a preliminary understanding of the heat exchanger, and according to the relevant knowledge, made a series of design calculation, and finally complete the overall structure d

8、esign of diesel oil cooler, drawing equipment assembly drawing and parts drawing. General layout, including the heat exchanger tube bundle, baffle plate parts diagram, tube box parts drawing and so on. Keywords shell and tube heat exchanger, process calculation , strength

9、 calculation; 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1 1.3 存在的問題 2 1.4 課題的研究目的和意義 2 第2章 換熱器的工藝計(jì)算 3 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和操作條件 3 2.2確定設(shè)計(jì)方案 3 2.3確定物性數(shù)據(jù) 3 2.4估算傳熱面積 3 2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸 4 2.6核算換熱器 6 2.7本章小結(jié) 9 第3章 浮頭式換熱器的強(qiáng)度計(jì)算 11 3.1殼體計(jì)算 11 3.2.前端

10、管箱筒體計(jì)算 12 3.3管箱封頭的設(shè)計(jì) 13 3.4浮頭設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3.5殼程外壓作用下浮頭蓋的計(jì)算 15 3.6管板的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 3.7接管及開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 20 3.8.浮頭法蘭計(jì)算 21 3.9.鉤圈 25 3.10 分程隔板 25 3.11其他結(jié)構(gòu)的選擇 25 第四章 管殼式換熱器檢修、安裝、使用和維修 29 4.1概述 29 4.2檢測 29 4.3安裝、使用、維修 29 4.4本章小結(jié) 30 結(jié)論 31 主要參考文獻(xiàn) 32 致謝 33 附錄1 34 附錄2 39 附錄3 外文翻譯 44 附錄4 外文 59

11、 第1章 緒論 1.1 課題背景 在石油、化工、冶金、電力、輕工、能源等部門所使用的換熱設(shè)備中,管殼式換熱器處于主導(dǎo)地位。它適用于冷卻、冷凝、加熱 、蒸發(fā)及廢熱回收方面，是理論研究水平最高、設(shè)計(jì)技術(shù)最完善、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、歷史久遠(yuǎn)及計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)最早的換熱設(shè)備。它的工藝設(shè)計(jì)一般是指傳熱設(shè)計(jì)和壓降（或流動(dòng)）設(shè)計(jì)，傳熱尤為復(fù)雜。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展,換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，給管殼式換熱器增添了新的生命力。因此對(duì)其進(jìn)行研究就具有很大的意義。這種換熱器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，處理能力大、選材范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，易于制造，生產(chǎn)成本較低，清洗較方便，在高溫高壓下也能適用。為了提高

12、和強(qiáng)化管殼式換熱器的傳熱效率，近年來 各國開展許多了研究工作，除了對(duì)管殼式換熱器的設(shè)計(jì)方法作改進(jìn)外，主要是對(duì)該換熱器的傳熱管件及結(jié)構(gòu)做改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱 。新近由瑞士Allares公司技術(shù)，后經(jīng)Brown Fintube Ltd改進(jìn)的高效傳熱元件-偏置折邊翅邊管和螺旋扁管。Hamon-Lummus公司又新推出一種SRC翅片管，用于冷凝傳熱。管殼式換熱器是換熱器的基本類型之一，19世紀(jì)80年代開始就已應(yīng)用在工業(yè)上。這種換熱器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，處理能力大、選材范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，易于制造，生產(chǎn)成本較低，清洗較方便，在高溫高壓下也能適用。為了提高和強(qiáng)化管殼式換熱器的傳熱效率，近年來 各國開展了許多研究工作

13、，除了對(duì)管殼式換熱器的設(shè)計(jì)方法作改進(jìn)外，主要是對(duì)該換熱器的傳熱管件及結(jié)構(gòu)做改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱。 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為了適應(yīng)節(jié)約資源和能源的時(shí)代要求，對(duì)換熱器的要求也越來越高。綜合考慮各方面因素，要制造出低成本，高能效的換熱器，在推動(dòng)生產(chǎn)發(fā)展因素的同時(shí)，也會(huì)獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。故其的提升空間很大，有待改進(jìn)的方面還很多。 1.3 存在的問題 我國換熱器技術(shù)通過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)躋身世界先進(jìn)行列，但在某些方面仍存在著一些不足，具體表現(xiàn)在：科研、產(chǎn)業(yè)之間還不能緊密的結(jié)合在一起，不能及時(shí)地實(shí)現(xiàn)科技成果的產(chǎn)業(yè)化；基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱，管束腐蝕和磨蝕失效，管子與管板的連接失

14、效，管束振動(dòng)失效，管束泄漏，介質(zhì)腐蝕，物性參數(shù)計(jì)算問題，傳熱性能問題，計(jì)算方法等。與國外公司相比，在經(jīng)營管理方面還有待完善。 1.4 課題的研究目的和意義 近年來世界能源危機(jī)，有力的促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備。這是因?yàn)?，隨著能源的短缺，可利用熱源的溫度越來越低，換熱允許溫差將變得越來越小，故對(duì)換熱技術(shù)的發(fā)展和換熱性能的要求也就更高。所以，這些年來，換熱器的開發(fā)與研究日益成為人們關(guān)注的話題。 在技術(shù)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)效益催動(dòng)下，國外推出了多種新型換熱器，例如，ABB公司的螺旋折流板換熱器（HelixchangerTM）

15、、Hamon-Lummus公司SRCk空冷式冷凝器、Packinox換熱器、NTIW列管式換熱器、日本的Hybrid混合式換熱器等。這些國外針對(duì)新型換熱器的研究有的著重于強(qiáng)化管內(nèi)傳熱，有的著著眼于殼程強(qiáng)化傳熱，有的改進(jìn)了管箱設(shè)計(jì)，有的在于防腐防垢等。換熱器的開發(fā)與研究日益成為人們關(guān)注的話題。 第2章 換熱器的工藝計(jì)算 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和操作條件 兩流體的溫度變化情況：熱流體急冷水進(jìn)口溫度85℃，出口溫度65℃，工作壓力為1.2Mpa，流量為,82835Kg/h；冷流體石腦油進(jìn)口溫度9.85℃，出口溫度60℃，工作壓力為1.2Mpa，流量為66613Kg/h。 2.2確定設(shè)計(jì)方案 2

16、.2.1兩流體溫度變化情況： 熱流體的進(jìn)口溫度為85℃，出口溫度為65℃； 冷流體的進(jìn)口溫度為9.85℃，出口溫度為60℃ 2.2.2流程安排： 從兩物料的特性看，因?yàn)槭X油是易燃易爆，輕度毒性，且易結(jié)垢的液體，故選擇水走殼程。使溫度高的熱流體急冷水走管程，可利用換熱管向外散熱,減少熱量損失。 2.3確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度，對(duì)于一般氣體和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值，故殼程石腦油的定性溫度為： 管程水的定性溫度為：75℃ 密 度 比熱容 粘 度 PaS 導(dǎo)熱系數(shù) 石腦油 712.35 2.080

17、4 0.1238 急冷水 975.45 4,1925 0.6634 表2-1殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù) 2.4估算傳熱面積 2.4.1熱負(fù)荷 2.4.2 急冷水用量 2.4.3平均傳熱溫差 按單殼程，多管程進(jìn)行計(jì)算，逆流時(shí)平均溫差為： 2.4.4計(jì)算換熱面積 由化工原理附錄，低溫流體為水，高溫流體為油，K的經(jīng)驗(yàn)值為260-710W/(㎡ ℃) 初選K=400 W/(㎡ ℃ 考慮12.5%的面積裕度 2.5工藝結(jié)構(gòu)尺寸 2.5.1管徑與管內(nèi)流速的選擇 選取傳熱管尺寸φ192mm ,料為10號(hào)鋼管 管

18、內(nèi)物料為水，選擇管內(nèi)流速為μ1=0.95m/s 2.5.2單程傳熱管數(shù)的確定 可依據(jù)傳熱管內(nèi)經(jīng)和流速確定單程傳熱管數(shù) 2.5.3管長度的確定 按單程計(jì)算 按單程管設(shè)計(jì)，傳熱管過長，宜采用多管程結(jié)構(gòu)。 根據(jù)實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，取傳熱管長l=5500mm，則該換熱器的管程數(shù)為： 換熱管總數(shù)： 2.5.4平均傳熱溫度校正及殼程數(shù) 平均傳熱溫度校正系數(shù) 正方形排列不緊湊，但便于機(jī)械清掃，常用于殼程介質(zhì)易生污的浮頭式換熱器；采用正方形。 管心距 其換熱管分程隔板槽兩側(cè)相鄰的管心距 橫過管束中心線的管數(shù) 2.5.6筒體內(nèi)徑的確定 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼程體內(nèi)

19、徑可按式估算，取管板利用率，則殼體內(nèi)徑 圓整取標(biāo)準(zhǔn)系列，取 2.5.7折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%。則切去的圓缺高度h為： 折流板間距B 流板折數(shù) 折流板圓缺面水平裝配 2.5.8其他附件 查的，DN=800mm，欄桿直徑為φ12mm，數(shù)量為6 根。 因殼程介質(zhì)具有腐蝕性，殼程入口處應(yīng)設(shè)置防沖擋板。 2.5.9接管 殼程流體進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)流速為1m/s，則接管內(nèi)徑為 選用無縫鋼管，尺寸為φ1946mm。 管程流體進(jìn)出口接管，取接管內(nèi)流速為1m/s，則接管內(nèi)徑為 選用無縫鋼管，尺寸為φ1949mm。 2

20、.6核算換熱器 2.6.1核算總傳熱系數(shù) 2.6.1.1管程對(duì)流傳熱系數(shù) 當(dāng)量直徑 流通截面積 流速 雷諾數(shù) 普朗特?cái)?shù) 2.6.1.2殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 殼程流通截面積 流速 當(dāng)量直徑 雷諾數(shù) 普朗特?cái)?shù) 取 2.6.1.2污垢熱阻 取管內(nèi)污垢熱阻 取管內(nèi)污垢熱阻 管壁熱阻 碳鋼在該條件下的導(dǎo)熱系為50 W/m C 2.6.1.4總傳熱系數(shù) 管壁熱阻可忽略時(shí)，總傳熱系數(shù)為 2.6.1,5傳熱面積裕度

21、 傳熱面積 實(shí)際傳熱面積 該換熱器的面積裕度為 該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 2.6.2核算壓強(qiáng)降 2.6.2.1.管程壓降 管程阻力結(jié)構(gòu)校正系數(shù) 管程數(shù) 殼程數(shù) 單程至管阻力 有Re=23881，傳熱管相對(duì)粗糙度度為0.01，查莫狄圖得 ，流速為0.41m/s。 管程流體阻力在允許的范圍內(nèi) 2.6.2.2.殼程壓降 流體流經(jīng)管束的壓降 管子形式對(duì)阻力損失的影響 F=0.3 流體流經(jīng)過折流板的

22、壓降 總壓降 計(jì)算表明，管程殼程壓強(qiáng)降都滿足要求。 表2-2 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果表 管 程 殼 程 流 量 kg/h 83825 66613 溫 度 ℃ 85/65 9.85/60 壓力MPa 1.2 1.2 物性 定性溫度℃ 34.925 75 密度kg/m3 975.45 712.35 熱容kJ/kg℃ 4.1925 2.0804 粘 度Pas 3.83510-4 4.9510-4 導(dǎo)熱系數(shù) w/m℃ 0.6634 0.1238 普蘭特?cái)?shù) 2.423 8.32 設(shè)備

23、結(jié)構(gòu)參數(shù) 型 式 浮頭式 臺(tái) 數(shù) 1 殼體內(nèi)徑 mm 800 殼程數(shù) 1 管 徑 mm 管心距mm 25 管 長mm 5500 管子排列 轉(zhuǎn)角90正方形排列 管數(shù)目（根） 560 折流板數(shù)(個(gè)) 16 傳熱面積m2 160 折流板距mm 320 管程數(shù) 4 材 質(zhì) 碳鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管 程 殼 程 流 速m/s 0.41 0.451 傳熱膜系數(shù)w/m2℃ 4218.52 816 污垢熱阻m2℃/w 0.000345 0.000517 壓力損失kPa 6.732

24、3.387 熱負(fù)荷kW 1931 傳熱溫差℃ 33.1 傳熱系數(shù)w/m2℃ 390 裕 度% 22.84 2.7本章小結(jié) 本章主要闡述了浮頭式換熱器的工藝計(jì)算，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和操作條件確定換熱器類型，查找物性數(shù)據(jù)。進(jìn)行傳熱計(jì)算，工藝結(jié)構(gòu)尺寸的確定，管子的規(guī)格確定，數(shù)目的計(jì)算。是否分程。其他零部件的初步選定。殼體的公稱直徑，接管的計(jì)算及確定。管、殼程流體的阻力計(jì)算，以及總傳熱系數(shù)校核。 第3章 浮頭式換熱器的強(qiáng)度計(jì)算 表3-1管、殼程計(jì)算相關(guān)部分?jǐn)?shù)據(jù) 管程 殼程 壓力 MPa 操作 1.2 1.2 設(shè)計(jì)

25、 1.32 1.32 溫度 ℃ 操作(進(jìn)/出) 85/65 9.85/60 設(shè)計(jì) 100 70 介質(zhì) 急冷水 石腦油 腐蝕裕量mm 2 2 程數(shù) 4 1 焊接接頭系數(shù) 0.85 0.85 3.1殼體計(jì)算 3.1.1筒體計(jì)算 根據(jù)工藝條件殼程的設(shè)計(jì)壓力為1.0Mpa，焊縫采用單面焊對(duì)接接頭局部無損探傷，焊接接頭系數(shù)，材料選Q345R，100℃下材料的許用應(yīng)力 按GB6654-1996，取鋼材厚度負(fù)偏差,C1=0.3mm 腐蝕裕量 ， 圓筒計(jì)算壁厚為 設(shè)計(jì)厚度 名義厚度 有效厚度 液壓試驗(yàn) 對(duì)于內(nèi)壓容器，

26、耐壓試驗(yàn)的的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 水壓試驗(yàn)壓力 式中耐壓試驗(yàn)壓力，； 壓力容器的設(shè)計(jì)壓力， ； 耐壓試驗(yàn)壓力系數(shù)；對(duì)于鋼和有色金屬，液壓試驗(yàn)時(shí)。 壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平 [s]T 0.90 ss =292.5 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 由于sT [s]T ，所以滿足條件 3.2.前端管箱筒體計(jì)算 .管程的設(shè)計(jì)壓力P=1.32MPa；焊接接頭系數(shù) 設(shè)計(jì)溫度70℃；腐蝕裕量。在此筒體的材料選擇Q345R設(shè)計(jì)溫度需用應(yīng)力，鋼板負(fù)偏差，腐蝕余量2mm。 筒體簡圖如下： 圖3-2通體簡圖 計(jì)

27、算厚度 名義厚度 有效厚度 液壓實(shí)驗(yàn) 對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 實(shí)驗(yàn)壓力值 實(shí)驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 校核，所以、合格。 3.3管箱封頭的設(shè)計(jì) 根據(jù)工藝條件的要求、和制作的難易程度和材料的消耗情況采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭最合理。 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，取管箱封頭為，曲面高度h1=200mm。直邊高度，材料選用Q345R。 最大允許工作壓力： 應(yīng)力校核： 為保證耐壓實(shí)驗(yàn)時(shí)管器材料處于彈性狀態(tài)，在耐壓試驗(yàn)前必須按下式校核試驗(yàn)時(shí)封頭的薄膜應(yīng)力 液壓試驗(yàn)時(shí)

28、，應(yīng)滿足≤=0.90.8345=248.4MPa 滿足要求。 3.4浮頭設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)GB151---1999《管殼式換熱器》[7]選用鉤圈式浮頭，浮頭端蓋選用球冠形封頭，根據(jù)換熱器筒體內(nèi)徑，查GB151---1999《管殼式換熱器》表46可得封頭球面內(nèi)半徑 圖3-4浮頭簡圖 表3-2布管限定圓參數(shù)表 換熱器形式 固定管板式/U形式 浮頭形式 布管限定圓直徑 選擇所用參數(shù)并繪制表格 3-3布管限定圓參數(shù)表 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 項(xiàng)目 單位 數(shù)值 1 4 布管限定圓直徑 771 2 5 墊片壓緊力作用中心圓直

29、徑 3 14 封頭球面內(nèi)半徑 600 4 15.5 螺栓中心圓直徑 布管限定圓直徑 浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑 浮頭法蘭和鉤圈的外直徑 外頭蓋內(nèi)直徑 浮動(dòng)管板外徑 螺栓中心圓直徑Db 3.5殼程外壓作用下浮頭蓋的計(jì)算 分別按設(shè)計(jì)壓力計(jì)算，然后取最大值。 計(jì)算壓力，封頭的材料仍選擇Q345R。 封頭材料的許用應(yīng)力 焊接接頭系數(shù) 取腐蝕裕量C2=3mm，厚度負(fù)偏差C1=0.3mm。 3.5.1按內(nèi)壓設(shè)計(jì) 3.5.2按外壓設(shè)計(jì) 假設(shè)厚度，取內(nèi)壓計(jì)算值8mm A=0.000989

30、mm 查圖GB150圖6-5. B=170 此時(shí)許用外壓力 滿足殼程內(nèi)外壓的要求。 3.6管板的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.6.1設(shè)計(jì)壓力及設(shè)計(jì)溫度的選取 A）設(shè)計(jì)壓力-Pd Pd =max（Pt、Ps）=1.32MPa B）設(shè)計(jì)溫度 取較高側(cè)的設(shè)計(jì)溫度。T=100℃。 3.6.2結(jié)構(gòu)系數(shù)的確定 A）DG-墊片壓緊力作為中心圓的直徑，mm 按JB4703-2000，A800-1.6 D4選取，管板外圓直徑為863mm。 因 故 N -墊片的接觸寬度，mm b0-基本密封寬度，mm b -有效密封寬度，mm DG=847mm B）

31、在布管區(qū)內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積，。對(duì)于正方形排列 式中：換熱管中心距, mm2； 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距，mm； N.-沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)。 取n=29 C）管板布管區(qū)當(dāng)量直徑Dt 換熱管正方形排列的浮頭式換熱器， 管板布管區(qū)的面積為: D）面積 管板布管區(qū)內(nèi)開孔后的面積為： 一根換熱管管壁金屬橫截面積從GB151附錄J查得a=106.81mm2 560根換熱管管壁金屬橫截面積 Na=560106.81=59813.6mm2 E）系數(shù) 管束模數(shù)為 設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料的彈性模量

32、； 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，mm。 換熱管的有效長度為： 式中換熱管長，mm。 管板的名義厚度，mm； 換熱管與管板脹接長度或焊腳高度，mm。 根據(jù)換熱管外徑查《管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)GB151》知管板最小厚度，在這里取。 在這里換熱管和管板的連接方式選擇焊接，參考《管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)GB151》表33取。 所以 管板剛度削弱系數(shù)，一般可取 F）計(jì)算Pa查系數(shù)C 管板強(qiáng)度削弱系數(shù)一般為0.4 查GB151圖23得C=0.475 G）換熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力系數(shù) 換熱管回轉(zhuǎn)半徑查 GB151附錄J得 i=6.05

33、 因 故 3.6.3管板厚度計(jì)算 管側(cè) 結(jié)構(gòu)開槽5mm，C2 =2mm 殼側(cè) 結(jié)構(gòu)開槽0mm，C2 =0mm 計(jì)算厚度加結(jié)構(gòu)尺寸及腐蝕裕量 取值為44mm 原厚為40mm，計(jì)算值為44mm 應(yīng)重假設(shè)厚度 重查GB151圖23得C=0.475 故名義厚度為44mm合適。 3.6.4換熱管軸向應(yīng)力校核 A） 只有管程設(shè)計(jì)壓力殼程為0 Pt=1.32MPa Ps=0PMa 按A與查GB151圖24得Gwe =5.6 12.79MPa＜112MPa，校核通過。 B） 只有殼程設(shè)計(jì)壓力 管程為0 Pt=0MPa

34、 Ps=1.32PMa 按A與查GB151圖24得Gwe =5.6 因?yàn)椋? 故校核通過。 3.6.5熱管與管板連接的拉脫力校核 利用換熱管與管板強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)尺寸 l-換熱管與連接的焊縫尺寸，mm l=1.5+2=3.5mm 校核通過 3.7接管及開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 3.7.1外殼接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 (1)設(shè)計(jì)條件 計(jì)算壓力：Pc=1.32MPa 計(jì)算溫度：100℃ 接管實(shí)際外伸長度：200 接管實(shí)際內(nèi)伸長度：0 接管焊接接頭系數(shù)：0.85 接管腐蝕裕量：2 接管厚度負(fù)偏差： 接管材料許用應(yīng)力：189MPa （2）開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ——?dú)?/p>

35、體計(jì)算厚度為8； ——接管計(jì)算厚度； 接管直徑d=di+2C2=182+22=186mm （3）削弱金屬面積A fr=1 （4）殼體多余金屬面積A1 接管計(jì)算壁厚 外側(cè)有效厚度 接管多余的截面積A2 故不需補(bǔ)強(qiáng) 3.7.2管箱接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 (1)設(shè)計(jì)條件 計(jì)算壓力：Pc=1.32MPa 計(jì)算溫度：100℃ 接管實(shí)際外伸長度：200 接管實(shí)際內(nèi)伸長度：0 接管焊接接頭系數(shù)：0.85 接管腐蝕裕量：2 接管厚度負(fù)偏差： 接管材料許用應(yīng)力：189MPa （2）開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ——?dú)んw計(jì)算厚度為8； 接管直徑

36、d=di+2C2=176+22=180mm （3）削弱金屬面積A fr=1 （4）殼體多余金屬面積A1 接管計(jì)算壁厚 故不需補(bǔ)強(qiáng) 3.8.浮頭法蘭計(jì)算 3.8.1 機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 1、浮頭法蘭和鉤圈的外直 浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑按中結(jié)構(gòu)尺寸選取， 按照螺柱直徑及經(jīng)驗(yàn)估算，本設(shè)計(jì)取螺柱中心圓直徑1030mm。 螺柱 個(gè)數(shù)，螺柱材料 墊片選用 包墊，JB4718 尺寸 厚度 D0為浮頭管板外直徑， 則， 墊片有效密封寬度 管板墊片壓緊力作用中心圓直徑 查表，墊片系數(shù)，墊片比壓力 螺柱按300℃設(shè)計(jì)，可取

37、 設(shè)法蘭厚度 2、按GB151-99表47內(nèi)壓計(jì)算（Pt=0MPa，Ps=1.32MPa），結(jié)果見表3-4： 表3-4 浮頭法蘭內(nèi)壓計(jì)算 設(shè)計(jì)條件 墊片及螺栓計(jì)算 計(jì)算壓力 墊片 材料：0Cr18Ni19 包耐油石棉橡膠板 設(shè)計(jì)溫度 外徑內(nèi)徑厚度= 法蘭 材料： 螺栓直徑 螺栓數(shù)量個(gè) 許用應(yīng)力 設(shè) 螺栓 材料 許用應(yīng)力 或（取兩者較大值）為4004mm2 操作情況下法蘭受力 力臂 力矩 操作情況下法蘭

38、總力矩： 預(yù)緊螺栓時(shí)法蘭受力 力臂 力矩 操作狀態(tài)： 預(yù)緊狀態(tài)： 法蘭厚度 操作狀態(tài)： 預(yù)緊狀態(tài)： 法蘭厚度取與之大者，且不小于球冠形封頭名義厚度的兩倍。 (3)外壓計(jì)算Pt=0MPa，Ps=1.32MPa。見表3-5 表3-5 浮頭法蘭外壓計(jì)算表 設(shè)計(jì)條件 墊片及螺栓計(jì)算 計(jì)算壓力 墊片 材料：0Cr18Ni19 包耐油石棉橡膠板 設(shè)計(jì)溫度 外徑內(nèi)徑厚度= 法蘭 材料： 螺栓直徑 螺栓數(shù)量個(gè) 許用應(yīng)力 設(shè) 螺栓

39、 材料 許用應(yīng)力 或（取兩者較大值）為4004mm2 操作情況下法蘭受力 力臂 力矩 操作情況下法蘭總力矩： 預(yù)緊螺栓時(shí)法蘭受力 力臂 力矩 操作狀態(tài)： 預(yù)緊狀態(tài)： 法蘭厚度 操作狀態(tài)： 預(yù)緊狀態(tài)： 法蘭厚度取與之大者，且不小于球冠形封頭名義厚度的兩倍。 (4)綜合內(nèi)壓及外壓的計(jì)算結(jié)果取大值，確定。 根據(jù)內(nèi)外壓工況計(jì)算結(jié)果，故取 此時(shí)考慮雙面腐蝕，有 3.9.鉤圈 查選B型鉤圈， 為鉤圈設(shè)計(jì)厚度，；為

40、浮動(dòng)管板厚度，； 則 3.10 分程隔板 由于是多管程換熱器，故此處需要用到分程隔板。查可知：分程隔板槽槽深，取為,槽寬為，取分程隔板的最小厚度為。 3.11其他結(jié)構(gòu)的選擇 3.11.1支座選擇 鞍式支座如圖2-9所示。鞍式支座在換熱器上的布置，因，取。 采用雙支座時(shí)，一個(gè)鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個(gè)鞍座為活動(dòng)支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個(gè)螺母，第一個(gè)螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個(gè)螺母鎖緊。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。如圖示： 圖3-1 鞍式支座 JB/T4712.1-2007,鞍座BI 600-S 材料Q345R 置于對(duì)稱分布的鞍座上臥

41、式容器所受的外力包括載荷和支座反力。容器受重力作用時(shí)，雙鞍座臥式容器可近似看成支承在兩個(gè)鉸支點(diǎn)上受均布載荷的外伸簡支梁 支座的安放位置也有一定的標(biāo)準(zhǔn)，一般支座與殼體端面的距離A<0.2L，L為殼體的長度。查JB/T4712.1-2007標(biāo)準(zhǔn)，在DN500mm~900mm、120o包角重型帶墊板或不帶墊板鞍式支座結(jié)構(gòu)。 3.11.2法蘭選擇 3.11.2.1殼體的接管法蘭的選擇 壓力容器法蘭是壓力容器的常用部件，是連接壓力容器部件的基本元件。法蘭應(yīng)該是個(gè)組件，包括法蘭墊片和連接螺栓或螺柱以及螺母。其作用是使不同的受壓元件組合在一起，同時(shí)保證連接部位不產(chǎn)生泄露。 本次設(shè)計(jì)的換熱器公稱直徑

42、為800mm，設(shè)計(jì)壓力為1.32MPa,參考設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)選擇對(duì)焊法蘭。 殼體法蘭 我國壓力容器行業(yè)，壓力容器法蘭分類主要按結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行劃分。本設(shè)計(jì)采用對(duì)焊法蘭。 殼體接管采用平頸對(duì)焊法蘭，由于管箱、殼體、浮頭箱直徑都不一樣，因此在選用法蘭時(shí)，不能只按標(biāo)準(zhǔn)選取。如圖6為殼體與浮頭箱的對(duì)接法蘭，DN=800mm的是按標(biāo)準(zhǔn)選取的。 3.11.2.2管箱接管法蘭選擇 管箱接管采用平頸對(duì)焊法蘭，如圖示： 圖4-2 接管法蘭 設(shè)計(jì)尺寸按化工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì) 3.11.3.拉桿的選取 常用的拉桿結(jié)構(gòu)有兩種，拉桿定距管結(jié)構(gòu)和拉桿折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)。這里

43、選用拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或者等于19mm的管束。如圖所示： 圖4-3拉桿定距管結(jié)構(gòu)簡圖 拉桿的直徑和數(shù)量 拉桿的直徑和數(shù)量可以按GB151《管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)》 表43和表44選用 因?yàn)閾Q熱管的外徑為 由表得拉桿直徑選擇為 進(jìn)一步選擇拉桿的數(shù)目8 Lb=60mm La=15mm d=12mm 在保證大于或者等于所給定的拉桿中截面積的前提下，拉桿的直徑和數(shù)量可以變動(dòng)，但其直徑不得小于10mm，數(shù)量不得小于4根。 拉桿的長度按需要確定。 拉桿的布置 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。對(duì)于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或者靠近折流板的缺口處應(yīng)布置適當(dāng)

44、數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個(gè)支撐點(diǎn)。 3.11.4防沖與導(dǎo)流 管程設(shè)置防沖板的條件 當(dāng)管程采用軸向入口接管或換熱管內(nèi)流體流速超過時(shí)，應(yīng)設(shè)置防沖板，以減少流體不均勻分布和對(duì)換熱管端的沖蝕。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)管內(nèi)水流速為0.95m/s，所以不需要設(shè)計(jì)防沖擋板。 第四章 管殼式換熱器檢修、安裝、使用和維修 4.1概述 設(shè)計(jì)確定后，制造質(zhì)量是換熱器最終建造質(zhì)量的重要組成部分。因此，換熱器制造單位必須按照《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（1999版）的規(guī)定具備健全的質(zhì)量保證體系，并持有國家主管部門頒發(fā)的批準(zhǔn)書和許可證。在全國制造過程中接受安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)（或其授權(quán)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)）的全面監(jiān)督。

45、如果建造主要制造監(jiān)理時(shí)（監(jiān)理內(nèi)容在合同中商定）制造單位還應(yīng)配合業(yè)主做好監(jiān)理。 制造完成后，制造單位必須向業(yè)主提供完整的制造出廠資料，資料應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并附有安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)的監(jiān)督檢驗(yàn)報(bào)告。還應(yīng)向業(yè)主提供監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)打好鋼印的產(chǎn)品銘牌。 4.2檢測 接接頭先經(jīng)形狀尺寸及外觀檢查合格后，再進(jìn)行無損檢測，所有A、B類焊縫應(yīng)進(jìn)行20%的射線或局部超聲檢測，檢測長度不小于250mm?？v焊縫和環(huán)焊縫相交叉部位必須進(jìn)行無損檢測，對(duì)焊縫交叉部位及開孔區(qū)將被其它元件覆蓋的焊縫部位必須全部檢測；對(duì)經(jīng)過局部超聲或射線檢測的焊接接 頭，如果在檢測部位發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行不少于該焊縫接頭長度10%的補(bǔ)充

46、局部檢測，且不少于250mm，如仍不合格，則應(yīng)對(duì)該焊接接頭全部檢測，另外，對(duì)于公稱直徑大于或等于250mm的接管對(duì)接接頭的無損檢測比例及合格級(jí)別應(yīng)與殼體主體焊縫焊縫要求相同；對(duì)于公稱直徑小于250mm，其壁厚小于28mm時(shí)僅做表面無損檢測，合格級(jí)別為Ⅰ級(jí)。 4.3安裝、使用、維修 安裝換熱器得基礎(chǔ)必須足以使換熱器不發(fā)生下沉，安裝時(shí)采用混泥土基礎(chǔ)，換熱器通過鞍式支座由地腳螺栓將其與基礎(chǔ)牢固的連接起來。在裝換熱器之前應(yīng)嚴(yán)格地進(jìn)行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收工作，主要項(xiàng)目如下：基礎(chǔ)表面狀況；基礎(chǔ)標(biāo)高、表面位置、形狀和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合設(shè)計(jì)要求；地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈

47、是否齊全；放置墊圈的表面是否平整等。 基礎(chǔ)驗(yàn)收完后，需在安裝換熱器之前在基礎(chǔ)上放墊鐵，安放墊鐵處的基礎(chǔ)表面必須鏟平，以使兩者很好得接觸。 4.4本章小結(jié) 本章主要介紹了筒體、法蘭、管束、管箱的組裝和焊接問題，另外稍微介紹了一點(diǎn)檢測和安裝、使用和維修時(shí)注意的問題。 結(jié)論 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)首先根據(jù)所給的任務(wù)書查閱相關(guān)書籍、了解換熱器的背景和現(xiàn)階段的主要成果。首先查閱相關(guān)書籍資料，確定兩介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)，然后對(duì)管殼式換熱器進(jìn)行工藝計(jì)算。確定固定管板式換熱器為4管程，以及換熱管Φ192，傳熱面積S=184㎡，DN800，換熱管長度L=5500mm，初步定折流板間距為320mm，管程接管尺

48、寸為φ1949mm，殼程接管尺寸φ1946mm，固定管板厚為44mm，外徑為863mm，鉤圈厚為44mm，外徑計(jì)算為880mm，內(nèi)徑為762mm。為通過壓強(qiáng)將校核和總傳熱系數(shù)校核確定所選換熱器型號(hào)符合要求。按標(biāo)準(zhǔn)選取接管，封頭，法蘭，墊片，支座，折流板的形式和尺寸。最終確定了工藝結(jié)構(gòu)尺寸，在之后根據(jù)GB151-99、GB150-98等有關(guān)換熱器設(shè)計(jì)的書籍對(duì)換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和強(qiáng)度進(jìn)行了校核，包括筒體壁厚和標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭壁厚的計(jì)算，得出壁厚均為8mm；水壓試驗(yàn)和殼體的強(qiáng)度校核，其都滿足要求；四種危險(xiǎn)工況的校核，都滿足要求；開孔補(bǔ)強(qiáng)，經(jīng)過計(jì)算，接管不需補(bǔ)強(qiáng)。并了解了一些管殼式換熱器的檢驗(yàn)，安裝和維

49、修知識(shí)。最后進(jìn)行換熱器的繪圖。 經(jīng)過計(jì)算和校核，選取此型號(hào)的固定管板式列管換熱器滿足工藝要求和強(qiáng)度要求，所以此換熱器合格。 主要參考文獻(xiàn) [1]姚玉英，陳常貴，柴誠敬編著.化工原理（第2版）[M].天津：天津大學(xué)出版社，2004.3 [2]賈紹義，柴誠敬主編.化工原理課程設(shè)計(jì)[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002.8 [3]秦叔經(jīng)，葉文邦等編.換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.12 [4]全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)編.GB151-1999《管殼式換熱》標(biāo)準(zhǔn)釋義[M].昆明：云南科技出版社，2000.11 [5]T.Kuppan著.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].錢頌文

50、等譯.北京：中國石化出版社，2003 [6] 中國石化集團(tuán)上海工程有限公司編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.6 [7] 于風(fēng)葉，史紅剛. 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)原則[J].石油化工設(shè)計(jì),2009,26(4):19-21 [8]周蕾.固定管板式換熱器的研究與優(yōu)化[D].青島，青島科技大學(xué)化工過程機(jī)械專業(yè)，2006. [9] 鄭津洋，董其伍，桑芝富主編.過程設(shè)備設(shè)計(jì)（第2版）[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5 [10].GB150《鋼制壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》石油化工出版社,2009,26(4):19-21 [11].GB151《管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手

51、冊(cè)》北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5 [12].JB/T4712.1-2007標(biāo)準(zhǔn)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5 [13].JB/T4700-4707-2000<<壓力容器法蘭>>石油化工設(shè)計(jì)2009,26(4):19-21 致謝 在近四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我的導(dǎo)師和同學(xué)們給予了我很多的幫助和支持。喬老師積極地指導(dǎo)我們，努力引導(dǎo)我們搜集相關(guān)的資料和書籍解決我們畢業(yè)設(shè)計(jì)遇到得問題。雖然我是這個(gè)組里唯一一個(gè)做設(shè)計(jì)的，但在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，導(dǎo)師既鼓勵(lì)我獨(dú)自思考問題和解決問題，又熱情幫助我解決所碰到的問題，幫我找其他老師一起輔導(dǎo)我。 此次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多東西。我通

52、過查閱大量相關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)，向老師請(qǐng)教等多種方式，在設(shè)計(jì)中才明白很多以前學(xué)過的東西是應(yīng)該這樣應(yīng)用的，還有以前不懂得知識(shí)問題這次也解決可。深深地知道做設(shè)計(jì)的不易，不僅要了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)，還要了解各個(gè)部件的特殊設(shè)計(jì)，材料的選擇。此次設(shè)計(jì)大大增強(qiáng)了我的自學(xué)以及接受新知識(shí)的能力，也補(bǔ)充了以前學(xué)習(xí)中的不足，增強(qiáng)了對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的理解，知道如何去設(shè)計(jì)它，如何組裝等等細(xì)節(jié)為問題。由于經(jīng)驗(yàn)以及所學(xué)知識(shí)的有限，對(duì)一些知識(shí)和問題理解不夠深刻，設(shè)計(jì)中有很多不足之處，這需要我更努力學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，不斷提高自己的能力。 選擇做設(shè)計(jì)，提高了我的動(dòng)手能力，也讓我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和樂趣。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)

53、做的不是很好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的重大收獲和財(cái)富。特別要感謝我的指導(dǎo)老師們，孫老師傾心的指導(dǎo)，喬老師的尊尊教誨，郭老師的細(xì)心解答。我深深地感受到老師們的兢兢業(yè)業(yè)的精神，以及他們平易近人的性格。最后還要感謝其他同學(xué)，沒有我們大家的努力和相互學(xué)習(xí)不可能完成設(shè)計(jì)，謝謝大家！給了我一溫馨圓滿的大學(xué)生活。再次真心的感謝。 附錄1 燕山大學(xué)里仁學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 課題名稱：石腦油/急冷水換熱器設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院建環(huán)系 年級(jí)專業(yè)： 10級(jí)過程裝備

54、4班 學(xué)生姓名： 趙 金 英 指導(dǎo)教師： 喬 桂 英 完成日期： 2014 年 3月 17 日 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備,因其換熱效率、流體力學(xué)性能等方面有著突出的表現(xiàn)而得到越來越多的關(guān)注和研究，在石油、化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)應(yīng)用普遍。目前,在換熱設(shè)備中,管殼式換熱器使用量最大。它適用于冷卻、冷凝、加熱 、蒸發(fā)及廢熱回收方面，是理論研究水平最高、設(shè)計(jì)技術(shù)最完善、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、歷史久遠(yuǎn)及計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)最早

55、的換熱設(shè)備。它的工藝設(shè)計(jì)一般是指傳熱設(shè)計(jì)和壓降（或流動(dòng)）設(shè)計(jì)，傳熱尤為復(fù)雜。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展,管殼式換熱器向高溫、高壓以及大容量的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，給管殼式換熱器增添了新的生命力。因此對(duì)其進(jìn)行研究就具有很大的意義。 管殼式換熱器是換熱器的基本類型之一，19世紀(jì)80年代開始就已應(yīng)用在工業(yè)上。這種換熱器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，處理能力大、選材范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，易于制造，生產(chǎn)成本較低，清洗較方便，在高溫高壓下也能適用。為了提高和強(qiáng)化管殼式換熱器的傳熱效率，近年來 各國開展了許多研究工作，除了對(duì)管殼式換熱器的設(shè)計(jì)方法作改進(jìn)外，主要是對(duì)該換熱器的傳熱管件及結(jié)構(gòu)做改動(dòng)，從而

56、實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱。 管殼式換熱器管程結(jié)構(gòu)發(fā)展 管程強(qiáng)化傳熱可歸結(jié)為兩個(gè)方面:改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內(nèi)設(shè)置各種形狀的物體。改變傳熱面形狀，在管子壁面上形成有規(guī)律或無規(guī)律分布的凸起物,或?qū)⒐鼙诒旧硌剌S向制成波紋狀或螺旋狀等,這些傳熱面上的各種形狀的凸起物既是促進(jìn)體,又起斷續(xù)阻斷邊界層發(fā)展的作用，提高傳熱面積。試驗(yàn)研究表明,管內(nèi)插入紐帶之后,層流換熱,則對(duì)流傳熱系數(shù)可增大2~3倍,最大可達(dá)10倍,壓降增加3倍以上。管內(nèi)插入不同形式的螺旋線圈強(qiáng)化層流區(qū)加熱油的情況,結(jié)果表明內(nèi)插螺旋線圈強(qiáng)化層流區(qū)換熱,傳熱系數(shù)可高達(dá)35倍,而強(qiáng)化紊流區(qū)換熱時(shí),傳熱系數(shù)只提高30%~50%。

57、殼程的傳熱強(qiáng)化研究包括管型與管間支撐物的研究。根據(jù)不同的管束支承結(jié)構(gòu)可分為板式支承、桿式支承、管子自支承等幾種形式。傳熱管外表面形狀的改變主要是在其外表面上加工出溝槽和翅片,外表面有溝槽的傳熱管主要包括螺旋槽管、橫紋管、波紋管等。新近又由瑞士Allares公司技術(shù)，后經(jīng)Brown Fintube Ltd改進(jìn)的高效傳熱元件-偏置折邊翅邊管和螺旋扁管。Hamon-Lummus公司又新推出一種SRC翅片管，用于冷凝傳熱。最近，江楠等提出了一種新型的管束自支承結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)將太陽棒針翅管或釘頭管與變截面混合管束支承有機(jī)結(jié)合在一起。其具有相當(dāng)理想的強(qiáng)化傳熱效果,針翅管或釘頭管在換熱管有規(guī)律的分布,構(gòu)成諸多

58、擾流元,破壞流體邊界層起到強(qiáng)化傳熱作用，管子各段受力均勻,起到良好的支承和抗振作用。換熱器的選材也要綜合考慮，既要考慮材料的抗腐蝕性，強(qiáng)度，韌度，又要考慮其經(jīng)濟(jì)性。 總之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為了適應(yīng)節(jié)約資源和能源的時(shí)代要求，對(duì)換熱器的要求也越來越高。綜合考慮各方面因素，要制造出低成本，高能效的換熱器，在推動(dòng)生產(chǎn)發(fā)展因素的同時(shí)，也會(huì)獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。故其的提升空間很大，有待改進(jìn)的方面還很多。 2、 研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題 1、研究基本內(nèi)容：熟悉和掌握相關(guān)理論知識(shí)和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照國際壓力容器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范完成所有設(shè)計(jì)內(nèi)容，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)要求選材合理，結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)

59、度計(jì)算完整準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)計(jì)算說明書書寫工整，設(shè)計(jì)圖紙表達(dá)清晰，圖面整潔。 2擬解決的主要問題： (1)．工藝計(jì)算：殼程:混合石腦油，流量66613kg/h，操作壓力1.2Mpa，進(jìn)口溫度9.85℃，出口溫度為60℃；管測：急冷水，初始溫度為85℃，流量為82835kg/h，操作壓力為1.2Mpa。按此條件設(shè)計(jì)換熱器。 (2)．進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行各主要構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算； (3)．編制設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，字?jǐn)?shù)20千字以上，外文資料翻譯5千字以上，設(shè)計(jì)圖紙繪圖量6A1以上。 三、研究步驟、方法及措施 1.查閱相關(guān)資料了解設(shè)計(jì)意義和目的。 2.根據(jù)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算

60、。 3.查閱標(biāo)準(zhǔn)核對(duì)計(jì)算結(jié)果是否符合要求。 4.根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)繪制按要求繪制圖紙。 四、研究工作進(jìn)度 1 — 3周：檢索相關(guān)技術(shù)資料，熟悉畢業(yè)課題，并撰寫開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。 4 — 7周：完成初步方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行工藝計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算，完成外文資料翻譯。 8 — 11周：完成換熱器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制設(shè)備總圖。 12 —14周：繪制設(shè)備的零部件圖。 15 —16周：撰寫設(shè)計(jì)說明書，并答辯。 五、主要參考文獻(xiàn) [1]鄧頌九,提高管殼式換熱器傳熱性能的途徑[M].化學(xué)工程,1992,20（2）:30-36. [2]棚澤一郎,換熱技術(shù)研究開發(fā)與最新動(dòng)向.配管技術(shù) [日],

61、1995,37（7）:51-56. [3]化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書《換熱器》. [4]柴誠敬,張國亮.化工流體流動(dòng)與傳熱[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000. [5]王元文,管殼式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 江蘇:廣東化工 2005,（3）:43-44. [6]秦叔經(jīng)，葉文邦等編管殼式換熱器[J].化學(xué)工業(yè)出版社,2005.12.1. [7]董其伍,劉敏珊,蘇立建 .管殼式換熱器研究進(jìn)展 [D].上海. 上海冶金研究所.2000.1. [8]董其伍,劉敏珊.管殼式換熱器研究進(jìn)展[J].化工設(shè)備與管道,2006,43(6):18-22. [9]鄧先河,鄧頌九螺旋

62、槽管管殼式換熱器的傳熱與阻力研究[J]化學(xué)工程,1991,(1):12-14. [10]程俊國,馮俊,等,螺旋管的傳熱及流阻性能[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),1980,(3):81-94. [11]江楠.管殼式換熱器管束的支承結(jié)構(gòu)[J].化工進(jìn)展,2006,25(增刊):204-207. [12]李華.太陽棒針翅優(yōu)化和針翅結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳熱和壓降的影響[J].制冷，2002,2(1):2-6. [13]董寶春.管殼式換熱器的工藝設(shè)計(jì)[J].甘肅石油和化工, 2009,3(3):34. [14]賀運(yùn)初.換熱器的強(qiáng)化傳熱與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].化工裝備技術(shù)

63、,1997,(2):25-28. [15] 吳金星,董其武,劉敏珊,鄭州大學(xué);王志文,華東理工.管殼式換熱器失效分析\預(yù)防及在線測量.安全分析[J].鄭州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,6(4):58-59. [16]Mukherjee Raji Effectively design shell-and -tube heat exchangers Chemical Engineering Prog- -ress,1998. [17] Gulyani BB.Estimating numbuer of shells in shell and tube heat exchangers

64、 a new approach based on temperature cross [J] . Transactions of the ASME J.of Heat Transfer ,2000,122(3);566-571. [18] Aurioules G.Comply with ASME code during early design stage[J].Cemical engineering progress 1998,94(6):45-50. 附錄2 燕山大學(xué)里仁學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 課題

65、名稱： 石腦油/急冷水換熱器設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院建環(huán)系 年級(jí)專業(yè)： 10級(jí)過程裝備4班 學(xué)生姓名： 趙 金 英 指導(dǎo)教師： 喬 桂 英 完成日期： 2014年3月17日 一、課題國內(nèi)外現(xiàn)狀 60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型換熱器的蓬勃發(fā)

66、展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。 在石油、化工、冶金、電力、輕工、能源等部門所使用的換熱設(shè)備中,管殼式換熱器處于主導(dǎo)地位。它適用于冷卻、冷凝、加熱 、蒸發(fā)及廢熱回收方面，是理論研究水平最高、設(shè)計(jì)技術(shù)最完善、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、歷史久遠(yuǎn)及計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)最早的換熱設(shè)備[1]。它的工藝設(shè)計(jì)一般是指傳熱設(shè)計(jì)和壓降（或流動(dòng)）設(shè)計(jì)，傳熱尤為復(fù)雜[2]。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展,換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益[3]，給管殼式換熱器增添了新的生命力。因此對(duì)其進(jìn)行研究就具有很大的意義[4]。這種換熱器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，處理能力大、選材范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，易于制造，生產(chǎn)成本較低，清洗較方便，在高溫高壓下也能適用。為了提高和強(qiáng)化管殼式換熱器的傳熱效率，近年來 各國開展許多了研究工作，除了對(duì)管殼式換熱器的設(shè)計(jì)方法作改進(jìn)外，主要是對(duì)該換熱器的傳熱管件及結(jié)構(gòu)做改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱[5] 。新近由瑞士Allares公司技術(shù)，后經(jīng)Brown Fintube Ltd改進(jìn)