畢業(yè)設計---浮頭式換熱器設計

1、<p><b>　　浮頭式換熱器</b></p><p>　　1；浮頭式換熱器設計概述</p><p>　　2；浮頭式換熱器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢</p><p>　　3；設計研究技術路線和目標</p><p>　　4；研究內(nèi)容和擬解決的關鍵問題</p><p>　　5；計劃安排和預期

2、成果</p><p><b>　　6；參考文獻</b></p><p><b>　　成人高等教育</b></p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目_________________________________</p>

3、<p>　　_________________________________</p><p>　　學 生_________________________________</p><p>　　聯(lián)系電話 </p><p>　　指導教師_________________________

4、________</p><p>　　評 閱 人_________________________________</p><p>　　教學站點_________________________________</p><p>　　專 業(yè)_________________________________</p><p>　　完成日期__

5、_______________________________</p><p><b>　　浮頭式換熱器的設計</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次設計的題目為浮頭式換熱器。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。

6、浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于拆卸方便，易清洗。在化工工業(yè)中應用非常廣泛。本文對浮頭式換熱器進行了整體的設計，按照設計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，采用了2-4型，即殼側(cè)兩程，管側(cè)四程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。然后按照設計的要求以及一系列國際標準進行結(jié)構(gòu)設計，設計的前半部分是工藝計算部分，主要設根據(jù)設計傳熱系數(shù).壓強校核.殼程壓降.

7、管程壓降的計算。設計的后半部分則是關于結(jié)構(gòu)和強度的設計，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進行設備內(nèi)各零部件（如殼體. 折流板. 管箱固定管板.分程隔板.拉桿.進出口管.浮頭箱.浮頭.支座.法蘭.補強圈）的設計，</p><p>　　[關鍵詞]換熱器；浮頭；管殼 </p><p><b>　　工況：</b></p><p>　　一種浮頭式換熱器，它

8、由殼體、換熱管束、管板、浮頭、外接管、法蘭螺栓連接件、膨脹件等組成，其特點是殼體與換熱管束之間可連接一個膨脹節(jié)，以消除熱膨脹差，浮頭直接與外接管相接，以減小流阻。膨脹節(jié)與法蘭連接件全部在殼體外，安裝和檢修方便，該種浮頭換熱器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，流阻小，熱效率高，便于檢修，適用于換熱介質(zhì)之間溫差大的工況，尤為適用石油、化工等高溫高壓的換熱裝置中。</p><p><b>　　目錄</b></

9、p><p><b>　　前言</b></p><p><b>　　熱力計算</b></p><p><b>　　原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　定性溫度和物性參數(shù)計算</p><p><b>　　初選結(jié)構(gòu)</b></p>

10、;<p>　　管程換熱計算及流量計算</p><p><b>　　殼程換熱計算</b></p><p><b>　　傳熱系數(shù)</b></p><p><b>　　管程壓降</b></p><p><b>　　壓強校核</b></p>

11、;<p><b>　　殼程壓降</b></p><p><b>　　結(jié)構(gòu)設計</b></p><p><b>　　換熱流程設計</b></p><p><b>　　管子和傳熱面積</b></p><p><b>　　管子排列方式&l

12、t;/b></p><p><b>　　殼體</b></p><p><b>　　管箱</b></p><p><b>　　固定管板</b></p><p><b>　　分程隔板</b></p><p><b>　　

13、折流板</b></p><p><b>　　拉桿</b></p><p><b>　　進出口管</b></p><p><b>　　浮頭箱</b></p><p><b>　　支座</b></p><p><b&g

14、t;　　補強圈</b></p><p><b>　　法蘭</b></p><p><b>　　浮頭</b></p><p><b>　　安裝與拆卸</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>&

15、lt;b>　　致謝</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　換熱器是國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)領域中應用十分廣泛的熱量交換設備。 隨著現(xiàn) 代新工藝、新技術、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴重，世界各國已普遍 把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新 的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系

16、統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性 起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已 達 96%。換熱設備在現(xiàn)代裝置中約占設備總重的 30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，約 70%。其余 30%為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。 在繼續(xù)提高設備熱效率的同時，促進換熱設備的結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標準化和專業(yè)化，并朝大型化的方向發(fā)展。浮頭式

17、換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有</p><p>　　換熱器（熱交換器）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式（混

18、合式換熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器）、蓄熱式（蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進行熱量交換的換熱器）和間壁式（隨間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應用最廣）三類。</p><p>　　在我國換熱器的制造技術遠落后于外國，由于制造工藝和科學水平的限制，早期的換熱器

19、只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 </p><p>　　在我國隨著經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標準，形成了系列。完善的換熱器在

20、設計或選型時應滿足以下基本要求：</p><p>　?。?） 合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；</p><p>　?。?） 結(jié)構(gòu)安全可靠；</p><p>　　（3） 便于制造、安裝、操作和維修；</p><p>　?。?） 經(jīng)濟上合理。</p><p>　　所謂提高換熱器性能，就是提高其傳熱性能。狹義的強化傳熱系數(shù)指提高

21、流體和傳熱之間的傳熱系數(shù)。其主要方法歸結(jié)為下述兩個原理：溫度邊界層減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。</p><p>　　因此最近十幾年來，強化傳熱技術受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，凝結(jié)是工業(yè)中普遍遇到的另一種相變換熱過程，凝結(jié)換熱系數(shù)很高，但經(jīng)過強化措施還可以進一步提升換熱效率。</p><p>　　1. 管外凝結(jié)換熱的強化</p><p>　　（1）

22、冷卻表面的特殊處理</p><p>　?。?）冷卻表面的粗糙化</p><p><b>　?。?）采用擴展表面</b></p><p>　　2. 管內(nèi)凝結(jié)換熱的強化</p><p><b>　　（1）擴展表面法</b></p><p>　?。?）采用流體旋轉(zhuǎn)法</p&g

23、t;<p>　?。?）改變傳熱面形狀</p><p>　　按照設計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，為了增大溫差校正系數(shù)，采用了2-4型，即殼側(cè)兩程管側(cè)四程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。然后按照設計的要求以及一系列國際標準進行結(jié)構(gòu)設計，在結(jié)構(gòu)設計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及便于拆卸等等。之后對有些部件用ANSYS進行了強度校核并進行對其優(yōu)化設計

24、。由于時間和資料有限，本人的認識也不夠全面，在設計過程中可能還存在許多問題，望老師們給予批評和指正。</p><p><b>　　1 熱力計算</b></p><p><b>　　1.1原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　水進口溫度：=144℃</p><p>　　水出口溫度：=163℃</

25、p><p>　　水工作壓力：P2=2MPa</p><p>　　油進口溫度：=175℃</p><p>　　油出口溫度：=155℃</p><p>　　油工作壓力：P1=1.6MPa</p><p>　　殼體內(nèi)徑：DS=700mm</p><p>　　管箱內(nèi)徑：DN=750mm</p>

26、<p>　　換熱管規(guī)格：Φ19×3 L=8m</p><p>　　1.2定性溫度和物性參數(shù)計算</p><p><b>　　水的定性溫度：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　水的密度：ρ2=913kg/m3</p><p

27、>　　水的比熱：Cp2=4.32kJ/kg℃</p><p>　　水的導熱系數(shù)：k2=0.686W/m℃ </p><p>　　水的粘度：μ2=168.8×10-6</p><p>　　水的柏朗特數(shù)：Pr2=1.08</p><p>　　油（柴油）的定性溫度：</p><p><b>　?。?

28、）</b></p><p>　　油的密度：ρ1=715 kg/m3</p><p>　　油的比熱：Cp1=2.48 kJ/kg℃</p><p>　　油的導熱系數(shù)：k1=0.133 W/m℃</p><p>　　油的粘度：μ1=6.4×10-4</p><p><b>　　油的柏朗特數(shù)：

29、</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　1.3初選結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　管排列方式 ：分程隔板兩側(cè)正方形，其余三角形</p><p>　　管子外徑：d0=0.019m</p><p><b>　　管

30、子內(nèi)徑：</b></p><p>　　di=d0-（2×3/1000）=0.013m（4）</p><p><b>　　管長：L=8m</b></p><p><b>　　管間距：</b></p><p>　　s=1.5d0=1.5×0.19=0.0285m（5）

31、</p><p>　　殼體內(nèi)徑：Ds=0.7m</p><p>　　管束中心排管數(shù)：由公式</p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　得Nc=22</b></p><p><b>　　總管子數(shù)：由</b></p>

32、<p><b>　　（7）</b></p><p><b>　　得Nt=400</b></p><p>　　選型：采用2-4型即雙殼程四管程。</p><p>　　1.4管程換熱計算及流量計算</p><p>　　試選傳熱系數(shù)：k0=240 W/m2℃（查表）</p>&

33、lt;p><b>　　傳熱面積：由</b></p><p><b>　　（8）</b></p><p>　　得F0=190.91 m2</p><p><b>　　逆流平均溫差：</b></p><p><b>　?。?）</b></p>

34、<p><b>　　參數(shù)：</b></p><p><b>　?。?0）</b></p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　溫差校正系數(shù)：按2殼程4管程查表得 </p><p><b>　　有效平均溫差：</b><

35、;/p><p><b>　?。?2）</b></p><p><b>　　設計傳熱量：</b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p>　　換熱效率：取η=0.98</p><p><b>　　油流量：</b>&l

36、t;/p><p><b>　?。?4）</b></p><p><b>　　水流量：</b></p><p><b>　?。?5）</b></p><p>　　管程流通截面（按4管程）：</p><p><b>　?。?6）</b>&l

37、t;/p><p><b>　　管程流速：</b></p><p><b>　　（17）</b></p><p><b>　　管程雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　?。?8）</b></p><p><b>　　管程換

38、熱系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?9）</b></p><p><b>　　1.5殼程換熱計算</b></p><p>　　折流板的設計：縱向折流板中間分程，橫向安置弓形折流板</p><p><b>　　弓形折流板弓高：</b></p>

39、<p><b>　?。?0）</b></p><p><b>　　折流板間距：</b></p><p><b>　　（21）</b></p><p><b>　　殼程流通截面：</b></p><p><b>　?。?2）</

40、b></p><p><b>　　殼程流速：</b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p><b>　　殼程量流速</b></p><p><b>　　（24）</b></p><p><b>

41、;　　殼程當量直徑：</b></p><p><b>　　（25）</b></p><p><b>　　殼程雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　?。?6）</b></p><p>　　切去弓形面積所占比例：查圖得</p><p>&l

42、t;b>　?。?7）</b></p><p>　　殼程傳熱因子：查圖得</p><p>　　管外壁溫度：假定后再復核，設=160℃</p><p><b>　　壁溫下的粘度： </b></p><p><b>　　（28）</b></p><p><b

43、>　　粘度修正系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?9）</b></p><p><b>　　殼程換熱系數(shù)：</b></p><p><b>　?。?0）</b></p><p><b>　　1.6傳熱系數(shù)</b></p&

44、gt;<p>　　水側(cè)污垢熱阻： m2℃/W</p><p>　　油側(cè)污垢熱阻： m2℃/W</p><p><b>　　管壁熱阻：r忽略</b></p><p><b>　　總傳熱熱阻：</b></p><p><b>　?。?1）</b></p>

45、<p><b>　　傳熱系數(shù)：</b></p><p><b>　　（32）</b></p><p><b>　　傳熱系數(shù)的比值：</b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p><b>　　合適</b&

46、gt;</p><p><b>　　管外壁熱流密度：</b></p><p>　　=4118W/m2℃（34）</p><p><b>　　管外壁溫度：</b></p><p>　　=167.2℃（35）</p><p><b>　　誤差校核：</b>

47、;</p><p>　　=167.2-160=7.2℃（36）</p><p>　　誤差不太大，不再重算。</p><p><b>　　1.7管程壓降</b></p><p><b>　　壁溫：</b></p><p>　　=161.3℃（37）</p>&

48、lt;p><b>　　壁溫下水的粘度：</b></p><p>　　管程摩擦系數(shù)：查表得</p><p><b>　　管子沿程壓降：</b></p><p><b>　?。?8）</b></p><p><b>　　回彎壓降：</b></p&g

49、t;<p><b>　?。?9）</b></p><p>　　進出口管處質(zhì)量流速：</p><p><b>　　（40）</b></p><p><b>　　進出管口處壓降：</b></p><p><b>　?。?1）</b></p&

50、gt;<p>　　管程結(jié)垢校正系數(shù)：根據(jù)r2及Φ193得 </p><p><b>　　管程壓降：</b></p><p><b>　?。?2）</b></p><p><b>　　1.8殼程壓降</b></p><p><b>　　當量直徑：<

51、/b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　　（44）</b></p><p>　　殼程摩擦系數(shù)：查表得 </p><p><b>　　管束壓降：</

52、b></p><p><b>　　（45）</b></p><p><b>　　管嘴處質(zhì)量流量：</b></p><p><b>　?。?6）</b></p><p><b>　　進出口管壓降：</b></p><p><

53、;b>　?。?7）</b></p><p>　　導流板阻力系數(shù)：取 </p><p><b>　　導流板壓降：</b></p><p><b>　?。?8）</b></p><p>　　殼程結(jié)垢修正系數(shù)：查表取 </p><p><b>　　殼程壓

54、降：</b></p><p><b>　?。?9）</b></p><p><b>　　1.9壓強校核</b></p><p>　　管程工作壓力，查表得</p><p>　　殼程工作壓力，查表得</p><p><b>　　壓強校核： </b>

55、;</p><p><b>　　符合要求</b></p><p><b>　　符合要求</b></p><p><b>　　2 結(jié)構(gòu)設計</b></p><p><b>　　2.1換熱流程設計</b></p><p>　　采用2殼程

56、4管程的2-4型換熱器。由于換熱器尺寸不大，可以用一臺，未考慮采用多臺組合使用。管程分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點是布管緊密。殼體分程采用縱向隔板。</p><p>　　管程的分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要優(yōu)點是布管緊密。</p><p><b>　　圖1 丁字形隔板</b></p><p>　　2.2管子和傳熱面積</p

57、><p>　　換熱管除要求具有足夠的強度外，當采用脹管法固定時，還要求管子有良好的塑性，避免因脹接而產(chǎn)生裂縫。焊接固定時，要求管子可焊性好，一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，以保證管子質(zhì)量，一般對于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10號鋼和20號鋼管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用不銹鋼（189）、鋼、鋁等無縫管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油腐蝕性不大，故可采用碳鋼，現(xiàn)選擇20號鋼的無縫鋼管。&l

58、t;/p><p>　　根據(jù)設計要求采用的無縫鋼管</p><p>　　管子總數(shù)為400根。其傳熱面積為：</p><p><b>　　2.3管子排列方式</b></p><p>　　管子在管板上的排列方式，應力求均布、緊湊并考慮清掃和整體結(jié)構(gòu)的要求?；镜呐帕蟹绞接形宸N：</p><p>　　等邊三角

59、形。其一邊與流向垂直，是最常用的形式。與正方形排列相比傳熱系數(shù)高，可節(jié)省15%的管板面積。適用于不生污垢或可用化學清洗污垢以及允許壓降較高的工況；</p><p>　　轉(zhuǎn)角三角形。三角形的一邊與流向平行，其特點介于等邊三角行和正方形兩種排列之間，不宜用于臥式冷凝器，因下方管子形成的厚度越來越厚的凝膜會使傳熱削弱；</p><p>　　正方形排列最不緊湊，但便于機械清掃，常用于殼程介質(zhì)易生污

60、的浮頭式換熱器；</p><p>　　同心圓排列。用于小殼徑換熱器時比正三角形排列還緊湊，靠近殼體的地方布管均勻。</p><p>　　對于多管程換熱器常采用組合排列法，每程均屬正三角形排列，而各層面間呈正方形排列，以便于安排分程隔板。</p><p>　　綜合比較以上幾種布管方式，可采用組合排列形式，中間正方形，其余三角形。布管位置如圖2示。十字形的走廊是為了裝設

61、分程隔板，故有殼程流體的泄漏和旁流的問題，共有406個管孔，其中6個孔為安裝拉桿用。</p><p><b>　　圖2 管子排列</b></p><p><b>　　2.4殼體</b></p><p>　　殼體材料除要滿足一定的強度外，由于制造過程中經(jīng)過卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低

62、的、等，現(xiàn)選用鋼。</p><p>　　殼體內(nèi)徑Ds=700mm </p><p><b>　　殼體壁厚：</b></p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　為殼體工作溫度下的許用應力，已知殼程設計溫度為220℃，則tw<220℃。根據(jù)碳鋼板許用應力，表查得=167&l

63、t;/p><p>　　為焊縫系數(shù)，取=0.85</p><p>　　，p1為工作壓力，等于1.6MPa</p><p><b>　　c=2mm</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　實取，之后要用有限元分析軟件ANSYS進行強度校核。</p&g

64、t;<p><b>　　2.5管箱</b></p><p><b>　　2.5.1.封頭</b></p><p>　　根據(jù)壓力容器設計規(guī)范采用材質(zhì)為16MnR的標準橢圓封頭，在滿足強度要求的情況下，其壁厚可用以下公式計算：</p><p><b>　?。?1）</b></p>

65、<p>　　已知管程設計溫度為200℃，則tw<200℃。根據(jù)碳鋼板許用應力，表查得=170MP</p><p>　　p=1.2p1=1.2×1.6</p><p><b>　　則</b></p><p>　　實取，之后用ANSYS進行強度校核。</p><p><b>　　曲面高

66、度：</b></p><p><b>　　（52）</b></p><p>　　D——封頭的平均直徑</p><p><b>　　直邊高度</b></p><p><b>　　2.5.2.箱殼</b></p><p><b>　　壁

67、厚：</b></p><p>　　實取，之后要用ANSYS進行強度校核。</p><p><b>　　內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　長度：</b></p><p><b>　　2.6固定管板</b></p><p><b&

68、gt;　　外徑：</b></p><p><b>　　板厚：</b></p><p>　　管板上開孔數(shù)與孔間距與管的排列一致。管板材料選用A3鋼。</p><p>　　管子與管板的連接必須牢固、不泄漏，不產(chǎn)生大的應力變形，最常見的連接方法為脹接，脹接只能用于工作壓力低與4MPa和溫度低于300℃的場合；對于高溫、高壓、易燃、易爆的運

69、行條件多采用焊接，但采用焊接容易產(chǎn)生熱應力且間隙中流體不流動很容易造成間隙腐蝕，采用脹焊并用的方法可以避免。</p><p>　　由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子的連接采用脹接。換熱管在管板內(nèi)的脹接長度L=38mm。</p><p><b>　　2.7分程隔板</b></p><p>　　2.7.1管程分程隔板&

70、lt;/p><p>　　管箱的分程在固定端管箱與浮頭端管箱內(nèi)都要安裝分程隔板，隔板的布置見圖1，由于兩端管箱不是很長，卸下清洗時不用拆下來，因此可以將隔板直接焊接在箱體上。管程隔板要考慮密封問題，它們的密封是通過在固定管板和浮動管板插隔板的槽內(nèi)安放密封填料。為了保證填料能起到密封作用，隔板的長度要按安裝的尺寸進行計算。具體尺寸見三維實體圖。</p><p>　　2.7.2殼程分程隔板</

71、p><p>　　安裝殼體的分程隔板一方面要考慮到密封問題，另一方面要便于拆卸，因此采用圖3所示的裝置來安裝隔板，當轉(zhuǎn)動偏心桿手柄，偏心桿的凸輪推動與其相接的端頭包有密封填料的板可使兩端夾緊也可使其松開，便于拆卸。對于浮頭式管束要能夠拆卸必須要隔板可以拆卸。因此，此裝置是必須要用的。</p><p>　　圖3 殼體分程隔板</p><p><b>　　2.8折

72、流板</b></p><p>　　采用弓形折流板，材料A3F鋼板，由于殼內(nèi)分程，每程均采用半弓形如圖4示，布置方式采用垂直切口流動方向。</p><p><b>　　圖4 折流板</b></p><p>　　按一個殼程計算（計算過程見熱力學計算）得：</p><p><b>　　拱高：</b

73、></p><p><b>　　板間距：</b></p><p><b>　　板數(shù)：</b></p><p><b>　　板厚：</b></p><p>　　由于考慮到實際安裝時由于第一塊折流板的位置殼體接管位置的影響，在一個殼程內(nèi)折流板的實際個數(shù)應為32個，總的折流板數(shù)

74、為64。</p><p><b>　　2.9拉桿</b></p><p>　　材質(zhì)為A3F鋼。直徑φ12，共6根。拉桿是用來安裝折流板的，由于折流板是半弓形的，在布置拉桿時要考慮到定位的問題。每個折流板最好由三個拉桿來定位。其布置位置見圖紙。</p><p><b>　　2.10進出口管</b></p>&l

75、t;p>　　2.10.1.管程進出管</p><p><b>　　按取 則</b></p><p>　　進出口流通截面積為：</p><p><b>　?。?2）</b></p><p><b>　　進出口管內(nèi)徑為：</b></p><p><

76、;b>　?。?3）</b></p><p><b>　　取用的熱扎鋼管</b></p><p>　　2.10.2.殼程進出口管</p><p><b>　　按取 則</b></p><p>　　進出口流通截面積為：</p><p><b>　?。?

77、4）</b></p><p><b>　　進出口管內(nèi)徑為：</b></p><p><b>　?。?5）</b></p><p><b>　　取用的熱扎鋼管</b></p><p><b>　　2.11浮頭箱</b></p>&l

78、t;p><b>　　外頭蓋內(nèi)直徑：</b></p><p><b>　?。?6）</b></p><p>　　外頭蓋同樣采用材質(zhì)為16MnR的標準橢圓形封頭，δ=12mm</p><p><b>　　曲面高度：</b></p><p><b>　　（57）<

79、;/b></p><p><b>　　直邊高度</b></p><p><b>　　2.12浮頭</b></p><p>　　如圖示為浮頭端的裝配圖，包括碟形蓋，鉤圈法蘭和浮動管板，由于浮動管板要與管子脹接后從殼體一端伸到另一端，因此管板的外直徑應小于殼體內(nèi)徑，其主要尺寸如下：</p><p>

80、;<b>　　圖5 浮頭結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　浮動管板外直徑：</b></p><p><b>　　浮動管板厚：</b></p><p><b>　　浮頭法蘭外徑：</b></p><p><b>　　（58）</b&

81、gt;</p><p><b>　　浮頭法蘭內(nèi)直徑：</b></p><p><b>　　mm（59）</b></p><p><b>　　碟形蓋內(nèi)半徑：</b></p><p><b>　?。?0）</b></p><p>&l

82、t;b>　　厚度：取15mm</b></p><p><b>　　2.13補強圈</b></p><p>　　在實際設計和制義厚度大于12mm時，接管Dg>80mm就必須加開孔補強， 當殼體名義厚度小于或等于12mm時，接管Dg>50mm就必須加開孔補強，。因此，對于Dg100的管箱接管和Dg150的殼體接管都必須進行開孔補強。</

83、p><p>　　在補強圈標準中規(guī)定了補強圈的尺寸，按標準尺寸Dg100的接管補強圈外直徑D0=210mm，Dg150的接管補強圈外直徑D0=300mm。補強圈的厚度可通過等面積補強法進行計算。這里不作具體計算，設定補強圈的厚度均為15mm。</p><p><b>　　2.14法蘭</b></p><p>　　2.14.1法蘭密封面的型式</

84、p><p>　　壓力容器和管道法蘭聯(lián)接中，常用的密封面型式有以下三種。</p><p><b>　　1.平面型密封面</b></p><p>　　密封表面是一個突出的光滑平面（又稱突平面）。這種密封面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于進行防腐襯里。但螺栓上緊后，墊圈材料容易往兩側(cè)伸展，不易壓緊，用于所需壓緊力不高且介質(zhì)無毒的場合。</p>&l

85、t;p><b>　　2.凹凸型密封面</b></p><p>　　它是由一個凸面和一個凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時，由于凹面的外側(cè)有擋臺，墊圈不會擠出來。</p><p><b>　　3.榫槽型密封面</b></p><p>　　密封面是由一個榫和一個槽所組成，在墊圈放在槽內(nèi)。這種密封面規(guī)定不用非金屬軟墊圈，

86、可采用纏繞式金屬包墊圈，易獲得良好的密封效果。它適用于密封易燃、易爆、有毒介質(zhì)。密封面的凸面部分容易破壞，運輸與裝拆時都應注意。</p><p>　　在選取密封面時綜合考慮介質(zhì)因素和裝拆的因素，殼體法蘭均采用凹凸面型密封面，管箱接管法蘭采用平面型密封面，殼體接管法蘭采用凹凸型密封面。</p><p>　　2.14.2殼體法蘭</p><p>　　殼體接管采用平頸對焊

87、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，不能只按標準選取。如圖6為殼體與浮頭箱的對接法蘭，DN=800mm的是按標準選取的，而DN=700的法蘭是按DN800法蘭螺栓孔的位置來設計其尺寸的，</p><p>　　圖6 凹凸面密封法蘭</p><p><b>　　大致尺寸如下:</b></p><p>　　DN=800mm的

88、法蘭，D=960mm， D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm， h=35mm，δ=48mm，δ1=16倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。</p><p>　　DN=700mm的法蘭，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm， H=115mm， h=35mm， δ=46mm，δ1=16，倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。<

89、;/p><p>　　其它的法蘭裝配尺寸見三維實體圖。</p><p>　　2.14.3接管法蘭</p><p>　　管箱接管采用平頸對焊法蘭，如圖示：</p><p><b>　　圖6 接管法蘭</b></p><p>　　設計尺寸按化工機械標準設計，其尺寸大致如下：</p><

90、p>　　管箱接管：DN=100 　PN=2.5MPa時：</p><p>　　N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法蘭厚度C=24mm螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個</p><p>　　殼體接管：DN=150　 PN=1.6MPa時：</p><p>　　N=132mm，K=190mm，D=28

91、5mm，H=61mm，H1=12mm，S=6.5mm，法蘭厚度C=22mm，螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個</p><p>　　另外，對焊時法蘭要在頸部開坡口。</p><p><b>　　2.15支座</b></p><p>　　臥式設備一般采用兩個鞍座。這是因為基礎水平高度有可能不一致，如果使用多個支座，將會造成支座反力分布不均

92、勻，從而引起設備的局部應力增大，因此采用兩個支座。</p><p>　　采用雙支座時，一個鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個鞍座為活動支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個螺母，第一個螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個螺母鎖緊。這樣，可以使設備在溫度變化是自由伸縮。如圖示：</p><p><b>　　圖6 鞍式支座</b></p><p>

93、　　其主要尺寸為：h=200mm；l1=640mm；b1=150mm； =10mm； =8mm；l3=350mm；b3=120mm； =8mm；弧長830mm；b4=200mm； =6mm；e=36mm；l2=460mm。</p><p>　　支座的安放位置也有一定的標準，一般支座與殼體端面的距離A<0.2L，L為殼體的長度。</p><p><b>　　3安裝與拆卸<

94、;/b></p><p>　　設計中要考慮到安裝問題，各零部件的結(jié)構(gòu)不能影響整個裝配體的安裝，對于浮頭式換熱器，設計的初衷是可以拆下管束進行清洗。因此也要考慮到拆卸的問題，其安裝步驟可概述如下：</p><p>　　第一步：焊接部件 將所有的焊接部件進行焊接，包括管箱，殼體，浮頭箱，碟形蓋，支座等；</p><p>　　第二步：安放折流板 將拉桿的一個螺紋端擰

95、入固定管板的螺紋孔，6根拉桿都裝好，然后每套入一組定距桿再裝一組折流板，依次把折流板裝在拉桿上，直到最后兩塊折流板裝上后用螺母套在拉桿的另一個螺紋端擰緊固定；</p><p>　　第三步：安裝管子將管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上進行脹接。另一端裝上浮動管板并進行脹接；</p><p>　　第四步：安裝殼程隔板 先將殼程隔板兩側(cè)的偏心桿機構(gòu)裝好，將殼程隔板從管束側(cè)面裝入并將一頭插

96、入固定管板上安裝隔板的槽中；</p><p><b>　　圖7 安裝示意圖</b></p><p>　　第五步：安裝殼體 將焊接好的殼體從浮動管板的那一端套入，使之前裝好的組件（如圖7示）完全裝入殼體內(nèi)，在殼程隔板的伸出端扭動偏心桿的搖柄使隔板兩側(cè)的密封填料擠緊，從而達到殼程的分程密封；</p><p>　　第六步：安裝管箱 在固定管板端接已焊

97、接好的管箱，將管箱法蘭與殼體法蘭對接用雙頭螺柱連接。在浮頭端裝上鉤圈法蘭和碟形蓋，（鉤圈法蘭由兩個半圓形構(gòu)成，使其安裝方便）用雙頭螺柱連接；</p><p>　　第七步：安裝浮頭箱 將浮頭箱法蘭與殼體法蘭對接用雙頭螺柱連接；</p><p>　　第八步：安裝支座 將支座焊接到殼體上。</p><p>　　如果要拆下管束進行清洗，將第四、五、六步反過來操作即可。折流板

98、是不能拆下的。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過六個月的辛苦努力，我的畢業(yè)設計終于圓滿完成。雖然做的過程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作為大學四年的最后一道大作業(yè)——畢業(yè)設計，使我在各個方面都有了很大的提高，收獲很大。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：通過在設計中經(jīng)常查資料提高了我們檢索和查閱資料的能力；進一步扎實了所學的理論知識，

99、對所學基礎知識和專業(yè)知識進行了一次綜合應用和系統(tǒng)復習；思維方式和設計思想更加全面化和系統(tǒng)化。養(yǎng)成了勤學好問的習慣，敢于面對困難，能夠獨立的查找和解決問題，也提高了自己的創(chuàng)新能力。將理論知識和生產(chǎn)實際相結(jié)合，為以后的工作和學習打下了很好的基礎，但是，設計過程中仍然存在不足之處，有的問題還需要進一步展開研究。具體如下：</p><p>　　1. 管子的脹接沒有進行分析計算；</p><p>　

100、　2.由于管程與殼程的分程使管子的排列不均勻，故存在旁流與側(cè)流的問題，此問題尚未進行分析；</p><p>　　3.通常在進液管口有擋板控制流速和引流，此結(jié)構(gòu)尚未設計。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]朱聘冠.換熱器原理及計算[M].北京 ：清華大學出版社，1987</p><p>

101、;　　[2]史美中，王中錚.熱交換器原理與設計[M].北京：東南大學出版社，1996</p><p>　　[3]錢頌文.換熱器設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[4]莊俊，徐通明，石壽椿.熱管與熱管換熱器[M].上海：上海交通大學出版社，1987</p><p>　　[5]董大勤.化工設備機械基礎[M].北京：化學工業(yè)出版社，199

102、0</p><p>　　[6]化工設備機械基礎編寫組.化工設備機械基礎[M].北京：石油化學工業(yè)出版社，1978</p><p>　　[7]趙克勤，王秀珍，王正.石油化工容器及設備[M].武漢：華中理工大學出版社，1990</p><p>　　[8][美]賈瓦特M.H.化工設備結(jié)構(gòu)分析與設計[M].北京：中國石化出版社，2003</p><p&g

103、t;　　[9]顧芳珍，陳國桓.化工設備設計基礎[M].天津：天津大學出版社，1997</p><p>　　[10]黃振仁，魏新利.過程裝備成套技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[11]黃振仁，魏新利.過程裝備成套技術設計指南[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[12]鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程裝備設計[M].北

104、京：化學工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[13]鄒廣華，劉強.過程裝備制造與檢測[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[14] [美]James R.Farr Maan H.Jawad，ASME壓力容器設計指南第二版[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003 </p><p>　　[15]濮良貴，紀名剛.機械設計第八版[M].北京：高等教

105、育出版社，2006</p><p>　　[16]鄧文英.金屬工藝學第四版[M].北京：高等教育出版社2007</p><p>　　[17]教育部高等學校機械學科過程裝備與控制工程專業(yè)教學指導分委員會.過程裝備與控制工程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[18]成大先.機械設計手冊第五版[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008</p>

106、;<p>　　[19]GB 150-1998.鋼制壓力容器[S].北京：中國標準出版社，2003</p><p>　　[20]GB 151-1999.管殼式換熱器[S].北京：中國標準出版社，2004</p><p>　　[21]HG 20582-1998.鋼制化工容器強度計算規(guī)定[S].化工部工程建設標準編輯中心出版，1998</p><p>　　[

107、22]JB 4732-1995.鋼制壓力容器——分析設計標準[S].北京：新華出版社，1995</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在整個設計過程中我的老師xx給了我很大的幫助和支持。在設計中，我經(jīng)常遇到一些問題難以解決，當我?guī)е鴨栴}去請教時，他都不是直接給出答案，而是旁敲側(cè)擊的給我一些指引，讓我充分發(fā)揮自己的思維，一步步地將問題慢慢的解決。