換熱器設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告-抽余液塔底換熱器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p>　　論文題目: 抽余液塔底換熱器設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 院 化工裝備學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 過(guò)程裝備與控制工程 </p><p>　　學(xué)生姓名： 鄧 華

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 翟 英 明 (高級(jí)工程師)</p><p>　　開(kāi)題時(shí)間： 2015年 3月 16日</p><p><b>　　一、選題目的</b></p><p>　　通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，練習(xí)綜合運(yùn)用課程和實(shí)踐的基本知識(shí)，進(jìn)行融會(huì)貫通的獨(dú)立思考。</p><

3、;p>　　在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成指定的設(shè)計(jì)任務(wù)，從而得到化工換熱器設(shè)計(jì)的主要程序和方法。</p><p>　　培養(yǎng)分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　　樹(shù)立正確的設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是，嚴(yán)肅認(rèn)真，高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。</p><p>　　通過(guò)此次設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)會(huì)換熱器的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算及制造、檢修和維護(hù)方法。</p><p>

4、<b>　　二、選題意義 </b></p><p>　　在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱(chēng)為熱交換器，簡(jiǎn)稱(chēng)換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度高，放熱；另一種流體溫度低，吸熱。換熱器是實(shí)現(xiàn)傳熱過(guò)程的基本設(shè)備。而此設(shè)備是比較典型的傳熱設(shè)備。</p><p>　　二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。30年代初，瑞典首次制成螺旋

5、板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。 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、釬焊和密封等技術(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)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

6、此外，自60年代開(kāi)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。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。</p><p>　　化工、石油等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，它們是化工,石油,動(dòng)力,食品及其它許多工業(yè)部門(mén)的通用設(shè)備，在工業(yè)設(shè)備價(jià)值及作用方面占有十分重要的地位。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，能源消耗量不斷增加，能源緊張已成為一個(gè)世界性問(wèn)題。為緩

7、和能源緊張的狀況，世界各國(guó)競(jìng)相采取節(jié)能措施，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，已成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中一個(gè)重要課題。換熱器在節(jié)能技術(shù)改造中具有很重要的作用，表現(xiàn)在兩方面：一方面是在生產(chǎn)工藝流程中使用著大量的換熱器，提高這些換熱器效率，顯然可以減少能源的消耗；另一方面，用換熱器來(lái)回收工業(yè)余熱，可以顯著地提高設(shè)備的熱效率。 </p><p><b>　　三、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀</b></p>

8、<p>　　目前，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模大概為700億人民幣，主要集中于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調(diào)、機(jī)械、食品、制藥等領(lǐng)域。其中，石油化工領(lǐng)域仍然是換熱器產(chǎn)業(yè)最大的市場(chǎng)?；谑?、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對(duì)換熱器穩(wěn)定的需求增長(zhǎng)，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。2010年至2020年期間，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)將保持年均10～15%左右的速度增長(zhǎng)。到2015年，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)

9、規(guī)模將突破880億元；到2020年我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1500億元。</p><p>　　石油、化工行業(yè)是換熱器最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，約占換熱器30%的市場(chǎng)份額。石油、化工生產(chǎn)中幾乎所有的工藝過(guò)程都有加熱、冷卻或冷凝過(guò)程，都需要用到換熱器。換熱器的性能對(duì)石化產(chǎn)品質(zhì)量、熱量利用率以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要作用。換熱器主要包括管殼式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器（冷箱）板殼式換熱器、高壓螺紋鎖緊環(huán)式換熱

10、器、高壓空冷器和廢熱鍋爐等。目前，換熱器正朝著大型化、高效率、高合金化、低溫差、低壓力損失方向發(fā)展。</p><p><b>　　四、國(guó)外現(xiàn)狀</b></p><p>　　70年代的世界能源危機(jī)，有力地促進(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)經(jīng)濟(jì)效益，要求開(kāi)發(fā)適用于不同工業(yè)過(guò)程要求的高效能換熱設(shè)備。因?yàn)殡S著能源的短缺，可利用熱源的溫度越來(lái)越低，換熱允許溫差

11、將變得更小，當(dāng)然，對(duì)換熱技術(shù)的發(fā)展和換熱器性能的要求也就更高。所以，這些年來(lái)，換熱器的開(kāi)發(fā)與研究成為人們關(guān)注的課題。改進(jìn)和提高換熱器的傳熱效率和性能是節(jié)省投資、節(jié)約能源、提高生產(chǎn)能力的重要途徑。二十余年來(lái),換熱器的開(kāi)發(fā)與研究始終是人們關(guān)注的課題 。</p><p>　　國(guó)外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的

12、發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。最近，隨著工藝裝置的大型化和高效率化，換熱器也趨于大型化，并向低溫差設(shè)計(jì)和低壓力損失設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。同時(shí)，對(duì)其一方面要求成本適宜，另一方面要求高精度的設(shè)計(jì)技術(shù)。當(dāng)今換熱器技術(shù)的發(fā)展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開(kāi)發(fā)等形成了一個(gè)高技術(shù)體系。</p>

13、<p>　　近年來(lái)，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、釬焊和密封等技術(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)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，強(qiáng)化傳熱元件的開(kāi)發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與換熱工況設(shè)計(jì)制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器，并已在化工、煉油、石油化工、制冷、空分及制藥各行業(yè)得到應(yīng)用與推廣，取得了較大的

14、經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b>　　五、題目發(fā)展趨勢(shì)</b></p><p>　　本課題主要是研究抽余液塔底冷換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析塔底換熱器各部分性能影響，探究換熱器結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的合理性，以期獲得具有較高抗拉強(qiáng)度、壓縮回彈、耐腐蝕性、耐介質(zhì)性等綜合性能良好的換熱器設(shè)備。 設(shè)計(jì)主要包括殼體形式、課程數(shù)、換熱管類(lèi)型、管長(zhǎng)、管子排列、管子支承結(jié)構(gòu)、冷熱流體的通道

15、等工藝設(shè)計(jì)和封頭、殼體、管板等零部件的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　由于石油化工設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用于抽余液塔底的不同型式和種類(lèi)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)。在滿(mǎn)足工藝過(guò)程要求的前提下，換熱器應(yīng)達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。換熱器設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳熱計(jì)算及壓降計(jì)算等。隨著石油、化工行業(yè)換熱器的發(fā)展，對(duì)廣泛應(yīng)用的傳熱裝置的結(jié)構(gòu)型式、傳熱效果、成本費(fèi)用、使用維護(hù)等方面提出了

16、越來(lái)越高的要求，其主要成果表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是逐步形成典型換熱器的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，適應(yīng)了大批量、專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)需要，方便了使用和日常維護(hù)檢修；二是創(chuàng)新傳熱理論，奠定了傳熱技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)；三是換熱器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與更新，提高了傳熱效果。</p><p><b>　　六、課題的主要工作</b></p><p>　　第一部分：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：</p><p

17、>　　1.根據(jù)確定的換熱器題目與給定實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，確定抽余液塔底換熱器的基本結(jié)構(gòu)[1]。</p><p>　　第二部分：熱力計(jì)算：</p><p>　　計(jì)算介質(zhì)定性溫度及確定其物性數(shù)據(jù)；</p><p>　　2.平均有效溫差計(jì)算；</p><p><b>　　3.熱量衡算；</b></p><p

18、><b>　　4.物料衡算；</b></p><p>　　5.傳熱膜系數(shù)的確定； </p><p>　　6.傳熱面積的確定；</p><p><b>　　7.壓力降計(jì)算。</b></p><p>　　第三部分：主要受壓元件強(qiáng)度計(jì)算與校核：</p><p>　　換熱器強(qiáng)度

19、計(jì)算參數(shù)的確定[2]；</p><p>　　換熱器殼體的強(qiáng)度計(jì)算；</p><p>　　管箱短節(jié)、封頭厚度的確定；</p><p>　　法蘭[4]、螺栓、墊片的強(qiáng)度校核計(jì)算[3]；</p><p>　　管板強(qiáng)度計(jì)算[5]；</p><p>　　開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)[6]。</p><p>　　七、完成課

20、題的實(shí)驗(yàn)條件</p><p>　　1．通過(guò)參觀和實(shí)習(xí)已全面了解化工壓力容器用材的力學(xué)性能試驗(yàn)方法、焊接工藝試驗(yàn)方法以及無(wú)損檢測(cè)、壓力試驗(yàn)等壓力容器強(qiáng)度監(jiān)測(cè)和驗(yàn)證性試驗(yàn)方法。</p><p>　　2.通過(guò)生產(chǎn)實(shí)習(xí)已全面了解化工壓力容器的制造所需設(shè)備及化工壓力容器的制造工藝過(guò)程。</p><p>　　3．可根據(jù)具體情況，在遼陽(yáng)石油化纖公司機(jī)械廠進(jìn)行各種工藝試驗(yàn)。<

21、/p><p>　　4．進(jìn)行課題設(shè)計(jì)前閱讀有關(guān)資料、圖紙、觀察實(shí)物或模型以及調(diào)研等。</p><p>　　八、設(shè)計(jì)過(guò)程可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決的方法和措施</p><p><b>　　一、工藝計(jì)算部分：</b></p><p>　　1.查詢(xún)物料的物性數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤；查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)確定介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)[7]。</p>

22、<p>　　2.壓力降計(jì)算缺少管程回彎壓力降；計(jì)算過(guò)程中細(xì)致的將各部分壓力降損失計(jì)算在內(nèi)[8]。</p><p><b>　　二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分：</b></p><p>　　1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，認(rèn)真選擇合理可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　強(qiáng)度設(shè)計(jì)部分：</b></p>

23、;<p>　　未進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)；強(qiáng)度設(shè)計(jì)過(guò)程中將開(kāi)孔處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　強(qiáng)度校核錯(cuò)誤；進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，將材料的力學(xué)性能與計(jì)算結(jié)果認(rèn)真比較，得出正確結(jié)論。</p><p><b>　　計(jì)算機(jī)繪圖部分：</b></p><p>　　1.CAD繪圖不夠熟練；平時(shí)抓緊時(shí)間多加練習(xí)，并向同學(xué)老師認(rèn)真虛心請(qǐng)教。</p

24、><p>　　2.計(jì)算機(jī)繪圖不正確；勤于向指導(dǎo)老師請(qǐng)教指正，認(rèn)真修改誤誤之處。</p><p>　　九、畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)施計(jì)劃：</p><p>　　第1周：結(jié)合課題或所學(xué)專(zhuān)業(yè)查閱和收集有關(guān)英文資料，查閱設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)；</p><p>　　第2周：結(jié)合課題或所學(xué)專(zhuān)業(yè)選擇英文資料[19][20]并進(jìn)行翻譯[15][16]，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；</p&g

25、t;<p>　　第3周：了解和掌握畢業(yè)設(shè)計(jì)課題內(nèi)容及要求，初步確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式，確定設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　第4周：確定工藝計(jì)算的物性數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備的工藝計(jì)算；</p><p>　　第5周：完成開(kāi)題報(bào)告和英文資料翻譯；</p><p>　　第6周：完成設(shè)備的工藝計(jì)算，確定工藝結(jié)構(gòu)尺寸，確定設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸[9]。</p><p

26、>　　第7周：確定設(shè)備各元件的基本尺寸、強(qiáng)度計(jì)算方法，各元件強(qiáng)度設(shè)計(jì)參數(shù)及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)[10]； </p><p>　　第8周：設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算[11]；</p><p>　　第9周：完成設(shè)備的強(qiáng)度計(jì)算，確定設(shè)備的最終尺寸[12]；</p><p>　　第10周：施工圖設(shè)計(jì)，確定施工圖繪制方案[14]；</p><p>　　第11周：計(jì)算機(jī)繪

27、圖；</p><p>　　第12周：計(jì)算機(jī)繪圖； </p><p>　　第13周：基本完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)圖紙，交指導(dǎo)教師初步審查；</p><p>　　第14周：修改、整理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)圖紙[17]；</p><p>　　第15周：完善設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)圖紙[18]； </p><p>　　第16周：打印圖紙、設(shè)計(jì)說(shuō)

28、明書(shū)，撰寫(xiě)答辯自述材料； </p><p>　　第17周：指導(dǎo)教師審查設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；準(zhǔn)備答辯；</p><p>　　第18周：答辯，整理裝訂全部設(shè)計(jì)文件。</p><p><b>　　十、主要參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　?。?］GB 150-1998 鋼制壓力容器［M］. 

29、</p><p>　　［2］GB 151-1999 管殼式換熱器［M］. </p><p>　?。?］JBT4700～4703-2000 壓力容器法蘭與技術(shù)條件 ［M］. </p><p>　?。?］何銘新等.機(jī)械制圖［M］.北京：高等教育出版社，2010</p><p>　　［5］化工設(shè)備全書(shū)—換熱

30、器［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社 </p><p>　?。?］付水根.機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010 </p><p>　　［7］鄭津洋等.過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 </p><p>　?。?］王文友.過(guò)程裝備制造工藝［M］.中國(guó)石化出版社，2009</p><p>

31、;　?。?］鄭品森等.化工機(jī)械制造工藝［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社 </p><p>　?。?0］王志魁等.化工原理［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 </p><p>　　[11] 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)——換熱器. 化學(xué)工業(yè)出版社.</p><p>　　[12] 錢(qián)頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社.</p>

32、<p>　　[14] 盧煥章.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社.</p><p>　　[15] John F. Harvey, P. E. Theory and Design of Pressure Vessels. New York：Van Nostrand Reinhold Company, 1991</p><p>　　[16] Burgreen.D.Elements

33、of Thermal Stress Analysis. New York：C.P.Press, Jamaica, 1971</p><p>　　[17] 化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)編輯委員會(huì).換熱器設(shè)計(jì).上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.</p><p>　　[18] 中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn). JB/T4731-2005. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.</p><p>　　[19]ASME Boiler

34、& Pressure Vessel Code, Section Ⅷ, Rules for Construction of Pressure Vessels, Division 3, Alternation Rules, 2004</p><p>　　[20] Spence.J., Tooth.A.S.Pressure Vessels Design：Concepts and Principles. Oxfo