畢業(yè)論文-甲胺裝置e-751塔冷凝器的設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： 甲胺裝置E-751塔冷凝器的設計 </p><p>　　專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 </p><p>　　班 級： 過控1201 </p><p>　　學生

2、姓名： 00 </p><p>　　指導教師： 00 </p><p>　　設計提交日期： 2016年 05 月 27 日</p><p>　　設計答辯日期： 2016年 06 月 06日</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p&g

3、t;<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設計是雙管程固定管板式換熱器，是目前應用較為廣泛的換熱器。固定管板式換熱器的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊，能承受較高的壓力，造價低，管程清洗方便，管子損壞時易于堵管或更換；這種換熱器使用于殼側介質清潔且不宜結垢，并能進行清洗管束，殼程兩側溫差不大或者溫差較大但殼側壓力不高的場合。</p><p>　　

4、本臺換熱器主要完成的是甲醇蒸汽、水蒸氣-水之間的熱量交換，設計壓力為管程0.6MPa，殼程0.6MPa，工作溫度管程進/出口32/42℃，殼程進出口91.86/86.4℃，設計溫度管程60℃，殼程150℃，管程介質為0.4MPa的水，殼程介質主要為0.1MPa的甲醇蒸汽（85%）與水蒸氣（15%）的混合物，傳熱面積為158m2，采用Φ25×2.5×4500的無縫鋼管換熱，則可計算出446根換熱管，DN=800mm的圓

5、筒。本臺換熱器的管板延長兼做法蘭，管板與換熱管的連接方式為焊接，因管板上的應力較多，且內外溫度有一定的差值，因此，對管板強度的校核是一個重點，也是一個難點，本文按照彈性支撐假設對管板進行設計和校核的。</p><p>　　關鍵詞： 換熱管； 固定管板； 溫差應力</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This

6、 design is about fixed plate heat exchanges. At present this exchanges are most used.</p><p>　　The advantages of the fixed tube-shell exchanged: The exchanged can bear high press; the price of making is low;

7、 Structure is simple and compacted; we can wash the tubes easily; we can change the broken tubes conveniently. The foremost shortcoming of the fixed tube-shell exchanged is the heats tress between the shell and the tubes

8、 is very large. </p><p>　　This exchanged is mainly completed the heat exchange from hot water steam to water. The design pressure of the tube-side is 0.6MPa. The design pressure of the shell-side is 0.6MPa.

9、The work temperature of the import and export of the tube-side is 32/42℃.The work temperature of the import and export of the shell-side is 91.86/86.4℃. The design temperature of the tube-side is 60℃.The design temperatu

10、re of the shell-side is 150℃.The fluid of the tube-side is 0.4MPa water and the fluid of the shell-</p><p>　　Keywords: heat exchange tube； fixed tube sheet； thermal stress</p><p><b>　　目 錄

11、</b></p><p>　　第一章?lián)Q熱器綜述 1</p><p>　　1.1 換熱器的概述 1</p><p>　　1.2 管殼式換熱器的分類 1</p><p>　　1.2.1 固定管板式換熱器 1</p><p>　　1.2.2 浮頭式換熱器 2</p><p>

12、;　　1.2.3 U形管換熱器 2</p><p>　　1.2.4 填料函式換熱器 2</p><p>　　1.3 換熱器設計方案的原則 3</p><p>　　1.3.1 滿足工藝和操作的要求 3</p><p>　　1.3.2 滿足經濟上的要求 3</p><p>　　1.3.3 保證安全生產

13、 3</p><p>　　1.4 換熱器管結垢及除垢 3</p><p>　　1.4.1 手工或機械方法 4</p><p>　　1.4.2 沖洗法 4</p><p>　　1.4.3 化學除垢 4</p><p>　　1.5 換熱器泄漏后如何進行試漏檢查及堵管 4</p><

14、p>　　1.5.1 試漏檢查 4</p><p>　　1.5.2堵管 4</p><p>　　1.6 換熱器腐蝕的主要部位及腐蝕原因 5</p><p>　　1.6.1 換熱器腐蝕的主要部位 5</p><p>　　1.6.2 腐蝕原因如下 5</p><p>　　1.7 換熱器的發(fā)展前景

15、 5</p><p>　　第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計算 7</p><p>　　2.1 原始數據 7</p><p>　　2.2 定性溫度及確定其物性參數 7</p><p>　　2.3 傳熱量與水流量計算 8</p><p>　　2.4 有效平均溫差計算 9</p><p>　　

16、2.5 管程換熱系數計算 10</p><p>　　2.6 結構的初步設計 11</p><p>　　2.7 殼程換熱系數計算 11</p><p>　　2.8 傳熱系數計算 13</p><p>　　2.9 管壁溫度計算 13</p><p>　　2.10 管程壓力降計算 14</p>&l

17、t;p>　　2.11 殼程壓力降計算 15</p><p>　　第三章固定管板式換熱器結構設計計算 17</p><p>　　3.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數的確定 17</p><p>　　3.2 布管方式的選擇 17</p><p>　　3.3 筒體內徑的確定 18</p><p>　　3.4

18、筒體壁厚的確定 18</p><p>　　3.5 管箱短節(jié)壁厚的計算 19</p><p>　　3.6 筒體水壓試驗 20</p><p>　　3.7 封頭厚度的確定 20</p><p>　　3.8 管箱水壓試驗 20</p><p>　　3.9 容器法蘭的選擇 21</p><p&g

19、t;　　3.10 管板尺寸的確定及強度計算 21</p><p>　　3.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定 33</p><p>　　3.12 防沖板尺寸的確定 33</p><p>　　3.13 折流板尺寸的確定 34</p><p>　　3.14 各管孔接管及其法蘭的選擇 34</p><p>　　3.15 開

20、孔補強計算 38</p><p>　　3.16 鞍座 擇及應力校核 41</p><p><b>　　總結 44</b></p><p><b>　　參考文獻 45</b></p><p><b>　　致 謝 46</b></p><p>&l

21、t;b>　　第一章 換熱器綜述</b></p><p>　　換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。</p><p>　　1.1 換熱器的概述</p><

22、p>　　換熱器在石油、化工、動力、能源、輕工、核能、食品等行業(yè)有著廣泛的應用，其中管殼式換熱器最為廣泛。在化工生產的工藝過程中，各種傳熱單元，如：加熱、蒸發(fā)、冷凝等。換熱器是一種將熱量從高溫流體傳遞到低溫流體的工藝設備。在化工廠中換熱設備的投資約占總的投資的10%~20%，在煉油廠中約占總投資的35%~40%。</p><p>　　隨著經濟的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結構、新材料的換熱器不

23、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建立了標準，形成了系列。換熱器的應用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。它的主要功能是保證工藝過程對介質所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設備之一。換熱器既可是一種單元設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設備的組成部分，如氨合成塔內的換熱器。</p

24、><p>　　1.2 管殼式換熱器的分類</p><p>　　管殼式換熱器是把換熱管與管板連接，再用殼體固定的一種換熱器。根據管板和殼體的連接方式，管殼式大致可將其分為：固定管板式、浮頭式、U型管式、填料函式等幾種。</p><p>　　1.2.1 固定管板式換熱器</p><p>　　固定管板式換熱器兩端管板采用焊接方式與殼體連接。由于結構簡單

25、、緊湊、制造成本低，能得到最小的殼體內徑，管程可分為多程，殼程也可分為雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應用。該換熱器的缺點是殼程清洗困難，管殼程間有溫差應力存在，當熱冷流體溫差較大時，需在殼體設置膨脹節(jié)。固定管板式換熱器適用于介質清潔，不易結垢，以及溫差不大或溫差雖大但殼程壓力不高的場合。</p><p>　　1.2.2 浮頭式換熱器</p><p>　　浮頭式換熱器只有一端管板與殼體固定

26、，而另一端的管板殼在殼體自由浮動。這種換熱器最大的優(yōu)點是解除了殼體與換熱管之間的相互約束，管束和殼體間不產生溫差應力，因而可適用于溫差較大的場合。浮頭端設計成可拆結構，使管束能容易地插入或抽出殼體，這樣為檢修、清洗提供方便。但是該換熱器結構復雜，而且浮頭端小蓋在操作時無法判斷泄露情況，因此在安裝時要特別注意其密封。</p><p>　　1.2.3 U形管換熱器</p><p>　　換熱器是

27、將換熱管彎曲成U型，換熱管的兩端固定在同一塊管板上。該換熱器由于殼體與換熱管相互之間不產生相互的約束，因此不會產生由于熱變形不同而產上的溫差應力。該換熱器由于只有一塊管板，且無浮頭，故結構簡單，造價低。由于管束可以從殼體內抽出，換熱管的外壁便于清洗，但換熱管內清洗困難，因此換熱管內應走清潔且不易結垢的物料。該換熱器的缺點是由于管束中心存在空隙，液體易短路，影響傳熱效率。同時一旦換熱管出現(xiàn)問題，更換非常困難，只能采用堵死的方法，這將造成傳

28、熱面積的損失。該換熱器由于結構簡單，特別適用于高溫高壓的場合。</p><p>　　1.2.4 填料函式換熱器</p><p>　　填料函式換熱器是又一種為消除管子與殼體間熱變形的不同而發(fā)展起來的固定管板式換熱器，該換熱器適用于殼程壓力不高、介質腐蝕嚴重、 溫差大而經常需要更換管束的場合。從結構上說它具有浮頭式換熱器的優(yōu)點，又克服了固定管板式換熱器的缺點，結構簡單，制造方便，易于清洗。但由

29、于填料的密封效果較差，因此該換熱器不適宜于操作壓力和溫度過高的場合，殼程內不適宜于走易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質。</p><p>　　1.3 換熱器設計方案的原則</p><p>　　1.3.1 滿足工藝和操作的要求</p><p>　　設計出來的流程和設備首先要保證質量，操作穩(wěn)定，這就必須配置必要的閥門和計量儀表等，并自確定方案時，考慮到各種流體的流量，溫

30、度和壓強變化使采取什么措施來調節(jié)，而在設備發(fā)生故障時，維修應方便。1.3.2 滿足經濟上的要求</p><p>　　在確定某些操作指標和選定設備型式以及儀表配置時,要有經濟核算的觀點,既能滿足工藝和操作要求,又使施工簡便,材料來源容易,造價低廉。如果有廢熱可以利用,要盡量節(jié)省熱能,充分利用,或者采取適當的措施達到降低成本的目的。1.3.3 保證安全生產</p><p>　　在工藝流程和

31、操作中若有爆炸、燃燒、中毒、燙傷等危險性,就要考慮必要的安全措施。又如設備的材料強度的演算,除按規(guī)定應有一定的安全系數外,還應考慮防止由于設備中壓力突然升高或者造成真空而需要裝置安全閥等。以上提到的都是為了保證安全生產所需要的。設計方案也可能一次定不好,后來需要修改,但各物料流通路線和操作指標的改動都對后面的計算有影響,所以最好第一次確立就考慮周到些.</p><p>　　1.4 換熱器管結垢及除垢</p&

32、gt;<p>　　因為換熱器大多是以水為載熱體的換熱系統(tǒng)，由于某些鹽類在溫度升高時從水中結晶析出，附著于換熱管表面，形成水垢。在冷卻水中加入聚磷酸鹽類緩沖劑，當水的PH值較高時，也可導致水垢析出。初期形成的水垢比較松軟，但隨著垢層的生成，傳熱條件惡化，水垢中的結晶水逐漸失去，垢層即變硬，并牢固地附著于換熱管表面上。 此外，如同水垢一樣，當換熱器的工作條件適合溶液析出晶體時，換熱管表面上即可積附由物料結晶形成的垢層；當流體所

33、含的機械雜質有機物較多、而流體的流速又較小時，部分機械雜質或有機物也會在換熱器內沉積，形成疏松、多孔或膠狀污垢。換熱器管束除垢的方法主要有下列三種。 </p><p>　　1.4.1 手工或機械方法 </p><p>　　并用壓縮空氣，高壓水和蒸汽等配合吹洗。當管子結垢比較嚴重或全部堵死時，可用管式沖水鉆（又稱為捅管機）進行清理。當管束有輕微堵塞和積垢時，借助于鏟削、鋼絲刷等手工或機械方法

34、來進行清理，1.4.2 沖洗法 </p><p>　　沖洗法有兩種。第一種是逆流沖洗，一般是在運動過程中，或短時間停車時采用，可以不拆開裝置，但在設備上要預先設置逆流副線，當結垢情況并不嚴重時采用此法較為有效。 第二種方法是高壓水槍沖洗法。對不同的換熱器采用不同的旋轉水槍頭，可以是剛性的，也可以是撓性的，壓力從10MPa至200Mpa自由調節(jié)。利用高壓水除污垢，無論對管間、管內及殼體均適用。高壓水槍沖洗換熱器效

35、果較好,應用廣泛。 </p><p>　　1.4.3 化學除垢 </p><p>　　換熱器管程結垢，主要是因為水質不好形成水垢及油垢的結焦沉淀和粘附兩種形式，用化學法除垢，首先應對結垢物質化驗分析，搞清結垢物性質，就可以決定采用哪種溶劑清洗。一般對硫酸鹽和硅酸鹽水垢采用堿洗（純堿、燒堿、磷酸三鈉等），碳酸鹽水垢則用酸洗（鹽酸、硝酸、磷酸、氟氫酸等）。對油垢結焦可用氫氧化鈉、碳酸鈉、洗衣粉

36、、液體洗滌劑、硅酸鈉和水按一定的配比配成清洗液進行清洗。采用化學清洗的辦法，現(xiàn)場需要重新配管，比較花費時間。</p><p>　　1.5 換熱器泄漏后如何進行試漏檢查及堵管</p><p>　　1.5.1 試漏檢查 </p><p>　　為了查明管子的泄漏情況，首先要作水壓試驗，一般均采用在管子外側加壓力的外壓試驗。其方法是：把水通入殼體，保持一定時間，用目測檢查兩

37、端管板處管子的泄漏情況，對漏管做出記錄。 </p><p><b>　　1.5.2堵管</b></p><p>　　管子本身的泄漏一般情況下是無法修復的，假如泄漏管子的數量不多時，可以用圓錐形的金屬堵頭將管口兩端堵塞，如管程壓力較高時，堵緊后再焊住更可靠。堵頭的長度一般為管內徑的2倍，小端直徑應等于0.85倍的內徑，錐度為1:10，堵頭材料的硬度應低于或等于管子的硬度

38、。用堵管來消除泄漏時堵管數不得超過10%。</p><p>　　1.6 換熱器腐蝕的主要部位及腐蝕原因 </p><p>　　1.6.1 換熱器腐蝕的主要部位 </p><p>　　換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。</p><p>　　1.6.2 腐蝕原因如下 </p><p&g

39、t;　　(1).換熱管腐蝕 </p><p>　　由于介質中污垢、水垢以及入口介質的渦流磨損易使管子產生腐蝕，特別是在管子入口端的40-50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產生渦流擾動有關。</p><p>　　(2).管子與管板、折流板連接處的腐蝕</p><p>　　換熱管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應力集中，容易在脹管部位出現(xiàn)裂紋，當管與管

40、板存在間隙時，易產生Cl+的聚積及氧的濃差，從而容易在換熱管表面形成點坑或間隙腐蝕使它成為SCC的裂源。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產生局部應力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應力腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　(3).殼體腐蝕 </b></p><p>　　由于殼體及附件的焊縫質量不好也

41、易發(fā)生腐蝕，當殼體介質為電解質，殼體材料為碳鋼，管束與折流板為銅合金時，易產生電化學腐蝕，把殼體腐蝕穿孔。</p><p>　　1.7 換熱器的發(fā)展前景</p><p>　　換熱器的所有種類中，管殼式換熱器是一個量大而品種繁多的產品，由于國防工業(yè)技術的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復合材料鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等

42、方面都有不同程度的進展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水氯堿醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強化傳熱，效果將更好，目前一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導熱性，價格比鈦材便宜。近年來國內在節(jié)能增效等方面改進換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。</p><p>　　第二章 換熱器傳熱工藝計算</p><p&

43、gt;<b>　　2.1 原始數據</b></p><p>　　管程水的進口溫度t=32 ℃</p><p>　　管程水的出口溫度t=42 ℃</p><p>　　管程水的工作壓力P=0.4</p><p>　　殼程物料的進口溫度t=91.86℃</p><p>　　殼程水蒸汽的出口溫度t=86.

44、4℃</p><p>　　殼程水蒸汽的工作壓力P=0.1</p><p>　　殼程物料的流量G=21894</p><p>　　2.2 定性溫度及確定其物性參數</p><p><b>　?、?管程：</b></p><p>　　管程水定性溫度 t===37℃

45、 (2­1)</p><p>　　管程水密度查物性表得=993.3</p><p>　　管程水比熱查物性表得=4.174</p><p>　　管程水導熱系數查物性表得=0.628</p><p>　　管程水粘度=6.9941</p><p>　　管程水普朗特數查物性表得Pr=4.71</p>

46、<p><b>　?、?殼程：</b></p><p><b>　　殼程物料定性溫度：</b></p><p><b>　　殼程水蒸汽冷凝點:</b></p><p>　　冷卻段：==89.13℃</p><p><b>　　冷凝段：</b>&l

47、t;/p><p>　　殼程物料密度查物性表計算得：</p><p>　　冷卻段：=85%×725.957+15%×965.866=761.943</p><p>　　冷凝段：=85%×3.1364+15%0.4527=2.734</p><p>　　殼程物料比熱查物性表計算得：</p><p>

48、;　　冷卻段：=4.522</p><p>　　冷凝段：=3.653</p><p>　　殼程物料導熱系數查物性表計算得：</p><p>　　冷卻段：=0.268</p><p>　　冷凝段：=0.024</p><p><b>　　殼程物料粘度：</b></p><p>

49、;　　冷卻段：= 264.8</p><p>　　冷凝段：= 11.65</p><p>　　殼程物料普朗特數查物性表計算得：</p><p>　　冷卻段：=3.417</p><p>　　冷凝段：=2.159</p><p>　　2.3 傳熱量與水流量計算</p><p>　　取定換熱效率=0

50、.98</p><p>　　時的汽化潛熱r=85%×1046.28+15%×2276.802=1231.019</p><p><b>　　冷凝段傳熱量:</b></p><p>　　W (2­3)</p><p><b>　　則設計傳熱量:<

51、/b></p><p>　　==（150665.8+7484595.52）×0.98=7482556.094W</p><p><b>　　水流量: </b></p><p>　　設冷凝段和冷卻段分界處的溫度為</p><p><b>　　根據熱量衡算:</b></p>

52、<p>　　= (2­4)</p><p>　　2.4 有效平均溫差計算</p><p>　　逆流冷卻段平均溫差:</p><p>　　==52℃ (2­5)</p><p>　　逆流冷凝段平均溫差:</p><p>　　℃

53、 (2­6)</p><p><b>　　冷卻段:</b></p><p>　　參數:P===0.164</p><p>　　參數:R===0.557</p><p>　　換熱器按單殼程雙管程設計則查圖2-6(a)，得:</p><p>　　溫差校正系數=0.995</p>

54、<p>　　有效平均溫差:=0.995×52=51.7℃</p><p><b>　　冷凝段：</b></p><p><b>　　參數:P=</b></p><p><b>　　參數:R=</b></p><p>　　換熱器按單殼程4管程設計則查圖2-

55、6(a)，得:</p><p>　　溫差校正系數=1.0</p><p>　　有效平均溫差:=1.0×59.8=59.8℃</p><p>　　2.5 管程換熱系數計算</p><p>　　初選冷卻段傳熱系數:=650</p><p>　　初選冷凝段傳熱系數: </p><p>　　則

56、初選冷卻段傳熱面積為:==</p><p>　　初選冷卻段傳熱面積為:== </p><p>　　選用的無縫鋼管做換熱管</p><p>　　則: 管子外徑=25</p><p><b>　　管子內徑=20</b></p><p>　　管子長度L=4500㎜</p><p>

57、;　　則需要換熱管根數:==根</p><p>　　可取換熱管根數為450根</p><p>　　管程流通面積: ==0.071㎡</p><p>　　管程流速: ==2.542</p><p>　　管程雷諾數: ==72201.7

58、 </p><p>　　管程冷卻段的定性溫度: ℃</p><p>　　管程冷卻段傳熱系數:</p><p>　　==10303.596 (2­7)</p><p>　　管程冷凝段傳熱系數為:</p><p>　　管程冷凝段的定性溫

59、度: (2­8)</p><p>　　管程冷凝段傳熱系數: ==9007.117 (2­9)</p><p>　　2.6 結構的初步設計</p><p>　　查GB151-1999知管間距按1.25取</p><p>　　管間距:s=0.032&

60、lt;/p><p>　　管束中心排管數:=1.1==23.3根，取23根</p><p>　　則殼體內徑:==804</p><p>　　圓整為: =0.8㎜</p><p>　　則長徑比:== 5.625合理</p><p>　　折流板選擇弓形折流板:</p><p>　　弓形折流板的弓高:=0.

61、16m</p><p>　　折流板間距:= 取=250㎜</p><p>　　折流板數量:=16塊</p><p>　　2.7 殼程換熱系數計算</p><p>　　殼程流通面積: (2­10)</p><p><b>　　殼程流速:</b&

62、gt;</p><p><b>　　冷卻段:0.171</b></p><p><b>　　冷凝段: </b></p><p>　　殼程當量直徑: (2­11)</p><p>　　冷凝段管外壁溫度假定值:℃</p>&

63、lt;p><b>　　膜溫:</b></p><p><b>　　膜溫下液膜的粘度:</b></p><p><b>　　膜溫下液膜的密度:</b></p><p>　　膜溫下液膜的導熱系數為:</p><p><b>　　正三角形排列</b><

64、;/p><p>　　冷凝負荷: (2­12)</p><p>　　殼程冷凝段雷諾數: (2­13)</p><p>　　殼程冷凝段傳熱系數:</p><p><b>　　(2

65、­14)</b></p><p>　?、?冷卻段管外壁溫假定值:</p><p><b>　　冷卻段雷諾數:</b></p><p><b>　　壁溫下水粘度:</b></p><p><b>　　粘度修正系數:</b></p><p&

66、gt;　　殼程傳熱因子查圖2-12得: </p><p>　　冷卻段殼程換熱系數: (2­15)</p><p>　　2.8 傳熱系數計算</p><p>　　查GB-1999第138頁可知</p><p>　　物料的側污垢熱阻:=</p><p>　　管程水選用地下水

67、，污垢熱阻為:=</p><p>　　由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計</p><p><b>　　冷卻段總傳熱系數:</b></p><p>　　傳熱面積比為: （合理）</p><p>　　冷凝段總傳熱系數: </p><p>　　傳熱面積比為: （合理）</p>&l

68、t;p>　　2.9 管壁溫度計算</p><p><b>　　設定冷凝段的長度:</b></p><p><b>　　冷卻段的長度:</b></p><p>　　冷卻段管外壁熱流密度計算:</p><p><b>　　(2­16)</b></p>

69、<p><b>　　冷卻段管外壁溫度:</b></p><p>　　℃ (2­17)</p><p>　　誤差校核:℃ 誤差不大</p><p>　　冷凝段管外壁熱流密度計算:</p><p><b>　　(2­1

70、8)</b></p><p><b>　　冷凝段管外壁溫度:</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　誤差校核:℃ 誤差不大</p><p>　　2.10 管程壓力降計算</p><p><b>　　管程水的流速:<

71、/b></p><p>　　=2.542 (2­19)</p><p>　　管程雷諾準數:72202.8</p><p>　　管程摩擦系數:=0.0193</p><p>　　壓降結垢校正系數:1.4</p><p>　　沿程壓降:

72、 (2­20)</p><p>　　管程數:2 管程回彎次數: n=1</p><p><b>　　回彎壓降:</b></p><p>　　取管程出入口接管內徑:250mm</p><p><b>　　管程出入口流速:</b><

73、/p><p><b>　　局部壓降:</b></p><p>　　管程總壓降:26558.192</p><p>　　管程允許壓降:[]=35000Pa</p><p>　　<[] 即壓降符合要求。</p><p>　　2.11 殼程壓力降計算</p><p>　　

74、殼程當量直徑: (2­21)</p><p>　　殼程流通面積: (2­22)</p><p><b>　　殼程流速:</b></p><p><b>　　冷卻段:</b></p>

75、<p>　　查表殼程摩擦系數: 冷卻段:</p><p>　　殼程粘度修正系數:冷卻段</p><p><b>　　管束周邊壓降:</b></p><p>　　冷卻段管束周邊壓降:</p><p><b>　　(2­23)</b></p><p>　　導

76、流板壓降:（無導流板）</p><p>　　查表取殼程壓降結垢系數:</p><p><b>　　冷卻段 </b></p><p>　　取殼程進口接管內徑: </p><p><b>　　殼程出口接管內徑:</b></p><p><b>　　殼程出口流速:<

77、/b></p><p><b>　　殼程進口流速: </b></p><p><b>　　局部壓降:</b></p><p><b>　　冷卻段</b></p><p><b>　　殼程總壓降:</b></p><p><

78、;b>　　冷卻段殼程總壓降:</b></p><p>　　殼程允許壓降: []=35000Pa</p><p>　　<[]即壓降符合要求 ；<[] 即壓降符合要求。</p><p>　　第三章 固定管板式換熱器結構設計計算</p><p>　　3.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數的確定</p>

79、<p>　　表3-1 換熱管材料及規(guī)格</p><p>　　3.2 布管方式的選擇</p><p>　　表3-2 布管方式</p><p>　　3.3 筒體內徑的確定</p><p>　　表3-3 筒體內徑表</p><p>　　3.4 筒體壁厚的確定</p><p>　　表3-

80、4 筒體壁厚確定表</p><p>　　3.5 管箱短節(jié)壁厚的計算</p><p>　　表3-5 管箱短節(jié)壁厚計算表</p><p>　　3.6 筒體水壓試驗</p><p>　　3-6 筒體水壓表</p><p>　　3.7 封頭厚度的確定</p><p>　　3-7 封頭厚度表<

81、;/p><p>　　3.8 管箱水壓試驗</p><p>　　表3-8 管箱水壓計算表</p><p>　　3.9 容器法蘭的選擇</p><p>　　3-9 容器法蘭的選擇</p><p>　　3.10 管板尺寸的確定及強度計算</p><p>　　本設計為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB1

82、51-1999項目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板，材料16MnR鍛件。</p><p>　　A、確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結構尺寸及管板的布管方式；以上項目的確定見項目一至九。</p><p>　　B、計算、、、、、、、、、、、、；</p><p>　　表3-10 管板尺寸確定及強度計算表</p><p>　　A

83、 C.對于延長部分兼作法蘭的管板，計算和</p><p>　　D、假定管板的計算厚度為δ，然后按結構要求確定殼體法蘭厚度，計算K，k、和。</p><p>　　表3-11 法蘭厚度計算</p><p>　　E、由GB151-1999 P51圖27按照K和查，并計算值，由圖29按照K和查G2值</p><p><b>　　表3-12

84、 </b></p><p>　　F、計算M1，由GB151-1999圖30按照K和Q查，計算，、。</p><p>　　表3-13 ，、。的計算</p><p>　　G、按殼程設計壓力，管程設計壓力，膨脹變形差r，法蘭力矩管板延長部分兼做法蘭時的危險組合（GB151-1999項目5.7.3.2分別討論）。</p><p>　　

85、a、當只有殼程設計壓力，而管程設計壓力，不計膨脹變形差。</p><p><b>　　表3-14 </b></p><p>　　b、只有殼程設計壓力，而管程設計壓力，并計入膨脹變形差。</p><p>　　表3-15 膨脹變形差計算</p><p>　　c、只有管程設計壓力，。而殼程設計壓力，不計膨脹節(jié)變形差時：&l

86、t;/p><p><b>　　表3-16 </b></p><p>　　d、只有管程設計壓力，。而殼程設計壓力，計入膨脹節(jié)變形差時:</p><p><b>　　表3-17 </b></p><p>　　H、由管板計算厚度來確定管板的實際厚度：</p><p>　　表3-18

87、 管板的實際厚度計算</p><p>　　3.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定</p><p>　　由十.G. a、b、c、d計算結果可以看出：四組危險組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒超過設計許用應力，并且各項應力均沒超過設計許用應力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。</p><p>　　3.12 防沖板尺寸的確定</p><p>　　由GB15

88、1-1999《管殼式換熱器》項目5.11.2.1確定出殼程入口需要設置防沖板。根據GB151-1999《管殼式換熱器》項目5.11.4確定防沖板的長為300mm，寬為250mm，厚度為5mm，防沖板外表面到圓筒內壁的距離為65mm。</p><p>　　3.13 折流板尺寸的確定</p><p>　　1、根據GB151-1999《管殼式換熱器》圖37選擇單弓行折流板，且由于換熱介質為氣液共

89、存，折流板缺口應水平左右布置。</p><p>　　2、換熱管無支撐跨距</p><p>　　由GB151-1999表42知，當換熱管為外徑25的鋼管時，換熱管的最大無支撐跨距為L=1850mm，且折流板最小間距一般不小于圓筒內直徑五分之一且不小于50mm，取折流板間距B=250mm。</p><p><b>　　3、折流板管孔</b><

90、/p><p>　　有GB151-1999表35查得管孔直徑為25.25允許偏</p><p><b>　　其主要尺寸如下表：</b></p><p><b>　　表3-19 </b></p><p>　　3.14 各管孔接管及其法蘭的選擇</p><p>　　接管a、b選擇相同

91、型號的法蘭，設水的流速u1=2.5m/s，則</p><p><b>　　根據公式 </b></p><p>　　取d=300mm，設計壓力為0.60Mpa</p><p>　　由HG/T 20592～20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭(PL)，公稱壓力為1.0Mpa，相關尺寸如下：</p><

92、p>　　a、b進出水口接管法蘭的選擇：</p><p>　　表3-20 法蘭的選擇</p><p>　　c、蒸汽入口接管法蘭的選擇，設水蒸氣的流速u2=80m/s,則</p><p><b>　　根據公式</b></p><p>　　取d=200mm，設計壓力為0.6MPa</p><p>

93、;　　由HG/T 20592～20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭(PL)，公稱壓力為1.0Mpa，相關尺寸如下：</p><p>　　表3-21 法蘭尺寸</p><p>　　d、冷凝水出口接管法蘭的選擇</p><p>　　設水蒸氣全部冷凝成水,且設出口速度為u=1m/s則</p><p><b>

94、　　根據公式</b></p><p>　　取d=100mm，設計壓力為0.6MPa</p><p>　　由HG/T 20592～20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭(PL)，公稱壓力為1.0Mpa，相關尺寸如下：</p><p>　　表3-22 法蘭尺寸</p><p>　　e．放凈口接管法蘭的選擇&

95、lt;/p><p>　　表3-23 放凈口接管法蘭的選擇</p><p>　　3.15 開孔補強計算</p><p>　　a、f孔DN=300mm</p><p>　　表3-24 開孔補強的計算</p><p>　　因為＞ 所以a、b孔不需要補強。</p><p>　　b孔DN=200mm&l

96、t;/p><p>　　表2-25 開孔補強計算</p><p>　　因為> 所以c孔不需要補強。</p><p>　　根據GB150-1998項目8.3知其它各孔也不需要補強。</p><p>　　3.16 鞍座 擇及應力校核</p><p>　　根據JB/T 4712-92鞍式支座選擇重型型雙筋、帶墊板焊制式鞍式

97、支座。鞍座 800-F、S各一個。材料為Q235-A.F，材料許用應力。</p><p>　　當DN=800mm時所選鞍式支座的相關尺寸見表3-26</p><p><b>　　表3-26</b></p><p><b>　　鞍座校核：</b></p><p>　　封頭高度H=200mm，筒體長L=

98、4500mm，設備總重量4950Kg，相關系數計算如下</p><p><b>　　總結</b></p><p>　　隨著畢業(yè)設計的結束，意味著大次學生活接近了尾聲。剛開始以為做畢業(yè)設計只是對大學這幾年所學知識的總結，可是通過畢業(yè)設計過程中明白了這不僅僅是所學知識的一次體驗，更是對自己能了的一次提高。</p><p>　　本次設計主要針對甲胺裝

99、置E751塔冷凝器的結構設計與加工工藝進行改進，使其具有更好的性能和更高的使用年限。</p><p>　?。?）改進了管板與換熱管焊接方式，使其連接更加緊密，提高了設備的強度。</p><p>　?。?）對設備內外表面進行了防腐處理，提高了使用年限。</p><p>　　通過這次對甲胺裝置E-751塔冷凝器的設計，我認識到很多：</p><p&g

100、t;　　實踐出真知：這次專業(yè)性較強的課程設計，使我認識到：光掌握理論知識遠遠不夠，只有在實踐中提高自己才能更加體現(xiàn)出理論知識的重要性。</p><p>　　做什么都要認真:在畫圖的過程中，首先要做到的就是認真，剛開始看到別人畫的圖很是羨慕，當我把圖紙給我的時候，我再次遭遇挫折，畫的圖我自己都認不出是啥，但是認真下來之后，確定了零件的尺寸，就感覺得到繪制的簡單，美觀，局部細節(jié)要準確，不僅是體力和腦力活啊。</

101、p><p>　　查閱文獻資料的重要性：在設計的過程中，我通過在圖書館查閱資料、上網搜等多個渠道去充實設計知識，可以說如果沒有這些渠道就不可能那么容易的完成設計，當然這只是其中一小部分。</p><p>　　在課程設計構成中，湯方麗老師也一再給我們解答疑惑，多次的位我們的繪畫和設計指導。湯方麗老師花費了寶貴的休息時間為我們解決了問題，使我們在設計的過程中少走了許多彎路，學生雖然口頭上說什么都沒有

102、，但是心很感動，感謝老師。</p><p>　　這次畢業(yè)設計也暴露出我對專業(yè)基礎知識掌握的很多不足之處，比方說對材料的了解程度不夠、對相關軟件操作不熟練等。使我明白了自己的知識還遠遠不夠，還需要繼續(xù)學習，只有在學習中才能夠提高自己，為社會做貢獻。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 朱聘冠.換熱器原理及計算

103、「M].北京:清華大學出版社，1987:36.</p><p>　　[2] 中國石化集團上海工程有限公司.化工工藝設計手冊上冊[M].北京: 化學工業(yè)出版社，2003:88.</p><p>　　[3] 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，1996:27.</p><p>　　[4] 莊俊,徐通明,石壽椿.熱管與熱管換熱器[M].上海:上

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109、計在選題及研究過程中得到**老師的悉心指導，*老師多次詢問設計進程，加以修改，幫我開拓研究思路，使我在設計的速度與準確方面都有所提高。感謝老師在學習、為人處世等方面給我的關心和幫助！他嚴謹的治學態(tài)度和富于創(chuàng)造的精神都深深地影響著我，使我在設計中遇到的疑點、難點迎刃而解。在他耐心的點撥和啟發(fā)下，使我能及時擺脫不佳的學習狀態(tài)，并且在完成畢業(yè)設計內容的同時視野也顯得更加開闊，為我以后能夠更好的融入工作打下堅實的基礎。</p>&