換熱器課程設計--冰機油冷器

1、<p>　　《化工設備設計基礎》</p><p><b>　　課程設計計算說明書</b></p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　所在學院： 化學與材料工程學院 </p><p>　　專

2、 業(yè)： 化學工程與工藝 </p><p>　　設計題目： 冰機油冷器（F=40 m2）設計 </p><p>　　2015 年 1 月 18 日</p><p><b>　　目錄</b></p

3、><p><b>　　一、設計任務書2</b></p><p><b>　　1、設計題目2</b></p><p><b>　　2、設計任務2</b></p><p>　　二. 設計參數與結構簡圖3</p><p><b>　　1、設計參數

4、3</b></p><p><b>　　2、結構簡圖3</b></p><p>　　三．設備的總體及結構設計4</p><p>　　四.設備的機械強度與穩(wěn)定性設計計算5</p><p><b>　　1.殼程圓筒。5</b></p><p><b&g

5、t;　　2.管箱圓筒。6</b></p><p><b>　　3.管箱封頭。6</b></p><p>　　4.水壓試驗應力校核。7</p><p><b>　　5.開孔補強8</b></p><p><b>　　6.法蘭選型10</b></p>

6、;<p><b>　　五、設計小結11</b></p><p>　　六、參考資料：12</p><p><b>　　一、設計任務書</b></p><p><b>　　1、設計題目</b></p><p><b>　　設計題目：</b>&

7、lt;/p><p>　　冰機油冷器（F=40 m2）設計</p><p><b>　　2、設計任務</b></p><p><b>　　設計參數：</b></p><p><b>　　接管表</b></p><p>　　二. 設計參數與結構簡圖</p&

8、gt;<p><b>　　1、設計參數</b></p><p>　　本課程設計的設計參數</p><p><b>　　2、結構簡圖</b></p><p>　　圖1 換熱器結構簡圖</p><p>　　三．設備的總體及結構設計</p><p>　　材料選擇。根

9、據換熱器的工作狀況及介質特性，殼程選用16MnR，管程選用T2，管板選用16MnR。</p><p>　?、趽Q熱管。選用較高等級換熱管，管束為Ⅰ級管束。</p><p>　?、酃馨濉９馨暹x用兼做法蘭結構，管板密封面選用JB/T4701標準中的凸面密封面。換熱管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板兩側換熱管中心距取38mm，實際排列218根換熱管。</p><p&

10、gt;　?、軣o分程隔板與分程隔板槽。因為換熱器程數為1。</p><p>　　⑤換熱管與管板的連接。換熱管與管板的連接采用焊接，其中l(wèi)1 = 1.5mm，l2=2mm。</p><p>　?、拗С职?。換熱器的殼程介質為F22和油，選用弓形折流板，折流板最小間距一般不應大于圓筒內直徑的1/5，且不小于50mm，換熱管最大無支撐跨距為1300mm，所以取間距為240mm，因此至少需要11

11、塊折流板。本設計采用11塊折流板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度為25%的筒體內直徑。</p><p>　　⑦拉桿與拉桿孔。選用4根φ12mm拉桿，拉桿與板管采用螺紋連接。拉桿兩端螺紋為M12，拉桿孔深度為18mm。</p><p>　　⑧管箱。管箱法蘭選用容器法蘭，規(guī)格為SO80（B）-2.5RF。封頭選用標準橢圓形封頭。 管箱接管采用徑向接管，前端管箱開設冷卻水進、出

12、管口，后端管箱開設3/4〞壓力表接口，下部開設DN20排液口。前端管箱筒節(jié)長度410mm,后端管箱筒節(jié)長度280mm。</p><p>　　⑨支座。換熱器采用鞍式支座，型號為“B Ⅰ 1000JB/T 4712.1-2007”，固定式和滑動式支座各一個，固定式支座安裝在靠近冷卻水進口端，兩支座距離為3186mm，支座螺栓孔中心距管板密封面150mm。</p><p>　?、饨庸?。換熱器

13、鋼管選用無縫鋼管。排污口為對焊連接，壓力表口采用螺紋連接，其余為法蘭連接，連接法蘭標準HG20592，法蘭類型為帶頸平焊法蘭（SO），法蘭密封面為凸面（RF），法蘭公稱壓力均為2.5Mpa。</p><p>　　? 壓力容器類型：壓力容器類別的劃分按《壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》，本設計換熱器為中壓換熱設備，介質為易燃介質，故劃分為----------Ⅱ類壓力容器。</p><p>　　四.

14、設備的機械強度與穩(wěn)定性設計計算</p><p><b>　　1.殼程圓筒。</b></p><p>　　已知條件：筒體內徑Di = 450 mm，工作壓力Pw = 1.85Mpa，工作溫度（進/出）tw = 100/70℃，材料16MnR,筒體長度L= 3500mm。</p><p>　　設計參數：設計壓力p= 2Mpa，設計溫度t =100℃

15、，筒體計算長度L= 3500mm，腐蝕裕量C2= 2mm，ReL=345Mpa。圓筒承受外壓，故需進行穩(wěn)定性計算。根據試差法，取名義厚度δn=15mm，取鋼板厚度負偏差C1=15×15%=2.25mm，則筒體有效厚度為</p><p>　　δe=15-2-2.25=10.75mm</p><p>　　筒體外直徑D0=450+2×15=480mm</p>&

16、lt;p><b>　　= =44.65</b></p><p>　　由《化工設備機械基礎》P132圖5-5查得A=0.00066。查P138圖5-13，E=1.98×105Mpa，B=100Mpa</p><p>　　[P]= ＞P=2Mpa 圓筒穩(wěn)定性滿足要求。</p><p><b>　　2.管箱圓筒。<

17、/b></p><p>　　已知條件：筒體內徑Di=450mm,工作壓力Pw=0.5Mpa,工作溫度（進/出）tw =25/40℃，材料T2</p><p>　　設計參數：設計壓力P=0.6Mpa,設計溫度t=40℃，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數φ=0.85，計算壓力Pc=0.6Mpa，[σ]t=109Mpa [σ]=109Mpa, ReL=200Mpa</p>

18、<p>　　圓筒計算厚度 δ= </p><p>　　設計厚度 δd=δ+ C2=1.5+2=3.5mm</p><p>　　考慮鋼板厚度負偏差，可取筒體名義厚度δn=4mm</p><p>　　根據《化工設備課程設計指導》表5-1管箱最小厚度應不小于8mm。所以取管箱名義厚度δn=8mm，有效厚度δe=8-1.2-2=4.8mm。</p

19、><p><b>　　3.管箱封頭。</b></p><p>　　已知條件：筒體內徑Di=450mm,工作壓力Pw=0.5Mpa,工作溫度（進/出）tw =25/40℃，材料T2</p><p>　　設計參數：設計壓力P=0.6Mpa,設計溫度t=40℃，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數φ=0.85，計算壓力Pc=0.6Mpa，[σ]t=109M

20、pa [σ]=109Mpa, ReL=200Mpa</p><p>　　圓筒計算厚度 δ= </p><p>　　設計厚度 δd=δ+ C2=1.5+2=3.5mm</p><p>　　考慮鋼板厚度負偏差，可取筒體名義厚度δn=4mm</p><p>　　根據《化工設備課程設計指導》表5-1管箱最小厚度應不小于8mm。所以取管箱名

21、義厚度δn=8mm，有效厚度δe=8-1.2-2=4.8mm>0.15%Di=0.15%×450=0.675mm</p><p><b>　　滿足最小厚度要求。</b></p><p>　　4.水壓試驗應力校核。</p><p>　　1.管程水壓試驗壓力</p><p>　　PT=1.25P =1.25&

22、#215;0.6×1=0.75Mpa</p><p><b>　　管程試驗時圓筒應力</b></p><p><b>　　σT= = </b></p><p>　　<0.9ReLφ=0.9×200×0.85=153Mpa</p><p>　　所以試驗應力滿足要求

23、。</p><p>　　2.殼程水壓試驗壓力</p><p>　　PT=1.25P =1.25×2×1=2.5Mpa</p><p><b>　　殼程試驗時圓筒應力</b></p><p><b>　　σT= = </b></p><p>　　<0

24、.9 ReLφ=0.9×345×0.85=263.9Mpa</p><p>　　所以試驗應力滿足要求。</p><p><b>　　5.開孔補強</b></p><p><b>　　殼程筒體開孔補強。</b></p><p>　　已知條件：殼體材料16MnR,許用應力[σ]t=1

25、81Mpa,內徑Di=450mm，名義厚度δn=15mm，厚度負偏差C1=2.25mm，腐蝕裕量C2=2mm，有效厚度δe=10.75mm；</p><p>　　接管材料20，許用應力[σ]tt=152Mpa,外徑d0=89mm，名義厚度δnt=6mm，厚度負偏差C1t=0.9mm，腐蝕裕量C2t=2mm，Ct=C1t+ C2t=2.9mm，有效厚度δet=3.1mm；</p><p>　

26、　強度削弱系數 fr=1.0</p><p>　　開孔直徑 d= d0-2δnt+2Ct=89-2×6+2×2.9=82.8mm</p><p>　　有效補強寬度 B=2d=2×82.8=165.6mm</p><p>　　外側有效高度 h1= </p><p>　　內側有效高度 h2=0

27、</p><p>　　根據外壓圓筒穩(wěn)定性計算方法，試算得到圓筒和接管的計算厚度分別為δ=3mm， </p><p>　　開孔削弱所需的補強面積：</p><p>　　A=0.5[dδ+2δδet(1-fr)]=0.5×82.8×3=202.86mm2</p><p><b>　　殼體多余金屬面積：</b&g

28、t;</p><p>　　A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)=(165.6-82.8)×(10.75-3)=641.7mm2</p><p>　　接管多余金屬面積： </p><p>　　A2=2h1(δet -δt)fr+2h2(δet-C2)fr=2×22.3×(3.1-0.056)=135.76mm2&

29、lt;/p><p><b>　　焊縫金屬面積：</b></p><p>　　A3=15×15=225mm2</p><p><b>　　有效補強面積：</b></p><p>　　Ae=A1+A2+A3=641.7+135.76+225=1002.46mm2</p><p&

30、gt;<b>　　管箱筒體開孔補強</b></p><p>　　已知條件：管箱筒體材料T2,許用應力[σ]t=109Mpa,內徑Di=450mm，名義厚度δn=8mm，厚度負偏差C1=1.2mm，腐蝕裕量C2=2mm，有效厚度δe=4.8mm；</p><p>　　接管材料20，許用應力[σ]t=152Mpa,外徑d0=89mm，名義厚度δnt=6mm，厚度負偏差C1

31、t=0.9mm，腐蝕裕量C2t=2mm，Ct=C1t+ C2t=2.9mm，有效厚度δet=3.1mm；</p><p>　　強度削弱系數 fr=1.0</p><p>　　開孔直徑 d= d0-2δnt+2 Ct=89-2×6+2×5=82.8mm</p><p>　　有效補強寬度 B=2d=2×82.8=165.6m

32、m</p><p>　　外側有效高度 h1= =22.3mm</p><p>　　內側有效高度 h2=0</p><p>　　根據外壓圓筒穩(wěn)定性計算方法，試算得到圓筒和接管的計算厚度分別為δ=3mm， </p><p>　　δt=0.056mm</p><p>　　開孔削弱所需的補強面積：</p

33、><p>　　A=0.5[dδ+2δδet(1-fr)]=0.5×82.8×3=124.2mm2</p><p><b>　　殼體多余金屬面積：</b></p><p>　　A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)=(165.6-82.8)×(4.8-3)=149.04mm2</p>

34、<p>　　接管多余金屬面積： </p><p>　　A2=2h1(δet -δt)fr+2h2(δet-C2)fr=2×22.3×(3.1-0.056)=135.76mm2</p><p><b>　　焊縫金屬面積：</b></p><p>　　A3=8×8=64mm2</p><

35、p><b>　　有效補強面積：</b></p><p>　　Ae=A1+A2+A3=149.04+135.76+64=348.8mm2</p><p><b>　　6.法蘭選型</b></p><p>　　殼程法蘭：根據《化工設備機械基礎》P160-161表6-4可知，如果法蘭按公稱壓力2.5Mpa，材料用20，其最

36、高工作壓力為1.86Mpa,小于設計壓力2.0Mpa,故按公稱壓力4.0Mpa査取法蘭尺寸。由《化工設備機械基礎》P330附表8-6得乙型平焊法蘭尺寸(mm)：</p><p>　　DN=450,D=610,D1=565，D2=526，D3=516，D4=513，δ=61，H=205, δt=16,a=21,a1=18,d=27,螺柱規(guī)格M24，螺柱數量20.</p><p>　　管程法蘭

37、：根據《化工設備機械基礎》P160-161表6-4可知，如果法蘭按公稱壓力2.5Mpa，材料用20，其最高工作壓力為1.86Mpa,大于設計壓力0.6Mpa,故按公稱壓力2.5Mpa査取法蘭尺寸。由《化工設備機械基礎》P330附表8-6得乙型平焊法蘭尺寸(mm)：</p><p>　　DN=450,D=590,D1=550，D2=515，D3=505，D4=502，δ=43，H=90, δt=12,a=17,a1

38、=14,d=23,螺柱規(guī)格M20，螺柱數量20.</p><p><b>　　五、設計小結</b></p><p>　　這次的課程設計對于我來說有著深刻的意義。這種意義不光是自己能夠獨立完成了設計任務，更重要的是在這段時間內使自己深刻感受到設計工作的那份艱難。而這份艱難不僅僅體現在設計內容與過程中為了精益求精所付出的艱辛，更重要的是背負惡劣的天氣所付出的決心與毅力!

39、</p><p>　　從設計開始就落在大家的后面。不過還好，很快就將基本的數據設計與整理出來，不至于遠離大家的進度。由于考試已經結束，我可以有充分的時間搞設計?？上?，圖書館閉館，不能參考一些資料，以至在有些結構設計上還是不太明白為什么要那樣設計?？磥碜约簩W的東西太少了！</p><p>　　天氣情況很糟糕！我只能這樣評價這段時間內的艱辛。雖然穿地挺厚實的，但是整天的坐著，不運動，會感覺冷。

40、為了畫圖一做就是一天。手除了麻木，還是麻木！ </p><p>　　對于課程設計，我只能說我已經盡了我最大的努力。這就是我最好，最出色的設計。過程我只能用不堪回首來形容，但是結果確實意義重大的。我付出了遠比設計內容更多的毅力與決心。而我也應該保留這份精神，繼續(xù)奮斗。</p><p>　　感覺設計對我們這些剛剛入門（或者在某種意義上來說還是門外漢）就是按照條條款款依葫蘆畫瓢的過程，有的時候感

41、覺挺沒有勁的。反正按照步驟一定可以完成設計任務，其實不然。設計過程中有許多內容必須靠我們自己去理解，去分析，去取舍。</p><p>　　通過這次的設計，感慨頗多，收獲頗多。更多的是從中學到很多東西，包括書本知識以及個人素質與品格方面。感謝老師的辛勤指導，也希望老師對于我的設計提出意見?！?</p><p><b>　　六、參考資料：</b></p>&

42、lt;p>　　[1] 喻健良 王立業(yè) 刁玉瑋.化工設備機械基礎[M]. 大連：大連理工大學出版社，2013. </p><p>　　[2] 方書起. 化工設備課程設計指導[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2010 </p><p>　　[3] GB150.1~150.4-2011.鋼制壓力容器[S]．</p><p>　　[4] 鄭曉梅.化工工程制圖 化工制圖