畢業(yè)設(shè)計(jì)---浮頭式換熱器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　浮頭式換熱器</b></p><p>　　1；浮頭式換熱器設(shè)計(jì)概述</p><p>　　2；浮頭式換熱器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　3；設(shè)計(jì)研究技術(shù)路線和目標(biāo)</p><p>　　4；研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題</p><p>　　5；計(jì)劃安排和預(yù)期

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

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

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

5、_______________________________</p><p><b>　　浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)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(diǎn)是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對(duì)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(huì)因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)還在于拆卸方便，易清洗。在化工工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。本文對(duì)浮頭式換熱器進(jìn)行了整體的設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)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(guò)換熱計(jì)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(shè)計(jì)的要求以及一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的前半部分是工藝計(jì)算部分，主要設(shè)根據(jù)設(shè)計(jì)傳熱系數(shù).壓強(qiáng)校核.殼程壓降.

7、管程壓降的計(jì)算。設(shè)計(jì)的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)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(jìn)出口管.浮頭箱.浮頭.支座.法蘭.補(bǔ)強(qiáng)圈）的設(shè)計(jì)，</p><p>　　[關(guān)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(diǎn)是殼體與換熱管束之間可連接一個(gè)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(jiǎn)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(jì)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(jì)算</p><p><b>　　初選結(jié)構(gòu)</b></p>

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

11、;<p><b>　　殼程壓降</b></p><p><b>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　換熱流程設(shè)計(jì)</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(jìn)出口管</b></p><p><b>　　浮頭箱</b></p><p><b>　　支座</b></p><p><b&g

14、t;　　補(bǔ)強(qiáng)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(xiàn)</b></p><p>&

15、lt;b>　　致謝</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　換熱器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備。 隨著現(xiàn) 代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，世界各國(guó)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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系

16、統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性 起著重要的作用，有時(shí)甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家熱回收率已 達(dá) 96%。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的 30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，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(shè)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(shè)備熱效率的同時(shí)，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)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(jìn)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(guò)間壁進(jìn)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(yīng)用最廣）三類。</p><p>　　在我國(guó)換熱器的制造技術(shù)遠(yuǎn)落后于外國(guó)，由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器

19、只能采用簡(jiǎn)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(zhǎng)期以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 </p><p>　　在我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，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(yīng)發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。完善的換熱器在

20、設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以下基本要求：</p><p>　?。?） 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；</p><p>　　（2） 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(jì)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(qiáng)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(gè)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(lái)，強(qiáng)化傳熱技術(shù)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(guò)程，凝結(jié)換熱系數(shù)很高，但經(jīng)過(guò)強(qiáng)化措施還可以進(jìn)一步提升換熱效率。</p><p>　　1. 管外凝結(jié)換熱的強(qiáng)化</p><p>　?。?）

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(kuò)展表面</b></p><p>　　2. 管內(nèi)凝結(jié)換熱的強(qiáng)化</p><p><b>　　（1）擴(kuò)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(shè)計(jì)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(guò)換熱計(jì)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(shè)計(jì)的要求以及一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)有些部件用ANSYS進(jìn)行了強(qiáng)度校核并進(jìn)行對(duì)其優(yōu)化設(shè)計(jì)

24、。由于時(shí)間和資料有限，本人的認(rèn)識(shí)也不夠全面，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可能還存在許多問(wèn)題，望老師們給予批評(píng)和指正。</p><p><b>　　1 熱力計(jì)算</b></p><p><b>　　1.1原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　水進(jìn)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(jìn)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(jì)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(dǎo)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?cái)?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(dǎo)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?cái)?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(zhǎng)：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>　　（6）</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(jì)算及流量計(jì)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>　?。?）</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(shè)計(jì)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>　　（14）</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>　　（16）</b>&l

37、t;/p><p><b>　　管程流速：</b></p><p><b>　?。?7）</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(jì)算</b></p><p>　　折流板的設(shè)計(jì)：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>　?。?1）</b></p><p><b>　　殼程流通截面：</b></p><p><b>　　（22）</

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>　?。?4）</b></p><p><b>

41、;　　殼程當(dāng)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?gòu)?fù)核，設(shè)=160℃</p><p><b>　　壁溫下的粘度： </b></p><p><b>　?。?8）</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>　?。?2）</b></p><p><b>　　傳熱系數(shù)的比值：</b></p><p><b>　　（33）</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(jìn)出口管處質(zhì)量流速：</p><p><b>　　（40）</b></p><p><b>　　進(jìn)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(dāng)量直徑：<

51、/b></p><p><b>　?。?3）</b></p><p><b>　　雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　?。?4）</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>　?。?5）</b></p><p><b>　　管嘴處質(zhì)量流量：</b></p><p><b>　　（46）</b></p><p><b>　　進(jìn)出口管壓降：</b></p><p><

53、;b>　?。?7）</b></p><p>　　導(dǎo)流板阻力系數(shù)：取 </p><p><b>　　導(dǎo)流板壓降：</b></p><p><b>　　（48）</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>　　（49）</b></p><p><b>　　1.9壓強(qiáng)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(qiáng)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(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1換熱流程設(shè)計(jì)</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(tái)，未考慮采用多臺(tái)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(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)度外，當(dāng)采用脹管法固定時(shí)，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(shí)，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(duì)于無(wú)腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10號(hào)鋼和20號(hào)鋼管，在強(qiáng)腐蝕性流體的情況下，可采用不銹鋼（189）、鋼、鋁等無(wú)縫管，在強(qiáng)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(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。&l

58、t;/p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用的無(wú)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(yīng)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(xué)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(diǎn)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(lái)越厚的凝膜會(huì)使傳熱削弱；</p><p>　　正方形排列最不緊湊，但便于機(jī)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(shí)比正三角形排列還緊湊，靠近殼體的地方布管均勻。</p><p>　　對(duì)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(shè)

61、分程隔板，故有殼程流體的泄漏和旁流的問(wèn)題，共有406個(gè)管孔，其中6個(gè)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(qiáng)度外，由于制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)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(yīng)力，已知?dú)こ淘O(shè)計(jì)溫度為220℃，則tw<220℃。根據(jù)碳鋼板許用應(yīng)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(shí)取，之后要用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行強(qiáng)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(shè)計(jì)規(guī)范采用材質(zhì)為16MnR的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，在滿足強(qiáng)度要求的情況下，其壁厚可用以下公式計(jì)算：</p><p><b>　　（51）</b></p>

65、<p>　　已知管程設(shè)計(jì)溫度為200℃，則tw<200℃。根據(jù)碳鋼板許用應(yīng)力，表查得=170MP</p><p>　　p=1.2p1=1.2×1.6</p><p><b>　　則</b></p><p>　　實(shí)取，之后用ANSYS進(jìn)行強(qiáng)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(shí)取，之后要用ANSYS進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p><b>　　內(nèi)徑：</b></p><p><b>　　長(zhǎng)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(yīng)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(chǎng)合；對(duì)于高溫、高壓、易燃、易爆的運(yùn)

69、行條件多采用焊接，但采用焊接容易產(chǎn)生熱應(yīng)力且間隙中流體不流動(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)，卸下清洗時(shí)不用拆下來(lái)，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(wèn)題，它們的密封是通過(guò)在固定管板和浮動(dòng)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(zhǎng)度要按安裝的尺寸進(jìn)行計(jì)算。具體尺寸見三維實(shí)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(wèn)題，另一方面要便于拆卸，因此采用圖3所示的裝置來(lái)安裝隔板，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心桿手柄，偏心桿的凸輪推動(dòng)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(duì)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(dòng)方向。</p><p><b>　　圖4 折流板</b></p><p>　　按一個(gè)殼程計(jì)算（計(jì)算過(guò)程見熱力學(xué)計(jì)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(shí)際安裝時(shí)由于第一塊折流板的位置殼體接管位置的影響，在一個(gè)殼程內(nèi)折流板的實(shí)際個(gè)數(shù)應(yīng)為32個(gè)，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(lái)安裝折流板的，由于折流板是半弓形的，在布置拉桿時(shí)要考慮到定位的問(wèn)題。每個(gè)折流板最好由三個(gè)拉桿來(lái)定位。其布置位置見圖紙。</p><p><b>　　2.10進(jìn)出口管</b></p>&l

75、t;p>　　2.10.1.管程進(jìn)出管</p><p><b>　　按取 則</b></p><p>　　進(jìn)出口流通截面積為：</p><p><b>　?。?2）</b></p><p><b>　　進(jìn)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(jìn)出口管</p><p><b>　　按取 則</b></p><p>　　進(jìn)出口流通截面積為：</p><p><b>　　（5

77、4）</b></p><p><b>　　進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)管板，由于浮動(dòng)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(yīng)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(dòng)管板外直徑：</b></p><p><b>　　浮動(dòng)管板厚：</b></p><p><b>　　浮頭法蘭外徑：</b></p><p><b>　?。?8）</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(bǔ)強(qiáng)圈</b></p><p>　　在實(shí)際設(shè)計(jì)和制義厚度大于12mm時(shí)，接管Dg>80mm就必須加開孔補(bǔ)強(qiáng)， 當(dāng)殼體名義厚度小于或等于12mm時(shí)，接管Dg>50mm就必須加開孔補(bǔ)強(qiáng)，。因此，對(duì)于Dg100的管箱接管和Dg150的殼體接管都必須進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)。</

83、p><p>　　在補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了補(bǔ)強(qiáng)圈的尺寸，按標(biāo)準(zhǔn)尺寸Dg100的接管補(bǔ)強(qiáng)圈外直徑D0=210mm，Dg150的接管補(bǔ)強(qiáng)圈外直徑D0=300mm。補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度可通過(guò)等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行計(jì)算。這里不作具體計(jì)算，設(shè)定補(bǔ)強(qiáng)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(gè)突出的光滑平面（又稱突平面）。這種密封面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，便于進(jìn)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(wú)毒的場(chǎng)合。</p>&l

85、t;p><b>　　2.凹凸型密封面</b></p><p>　　它是由一個(gè)凸面和一個(gè)凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時(shí)，由于凹面的外側(cè)有擋臺(tái)，墊圈不會(huì)擠出來(lái)。</p><p><b>　　3.榫槽型密封面</b></p><p>　　密封面是由一個(gè)榫和一個(gè)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(yùn)輸與裝拆時(shí)都應(yīng)注意。</p><p>　　在選取密封面時(shí)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(duì)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(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，而DN=700的法蘭是按DN800法蘭螺栓孔的位置來(lái)設(shè)計(jì)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(shí)體圖。</p><p>　　2.14.3接管法蘭</p><p>　　管箱接管采用平頸對(duì)焊法蘭，如圖示：</p><p><b>　　圖6 接管法蘭</b></p><p>　　設(shè)計(jì)尺寸按化工機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其尺寸大致如下：</p><

90、p>　　管箱接管：DN=100 　PN=2.5MPa時(shí)：</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(gè)</p><p>　　殼體接管：DN=150　 PN=1.6MPa時(shí)：</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(gè)</p><p>　　另外，對(duì)焊時(shí)法蘭要在頸部開坡口。</p><p><b>　　2.15支座</b></p><p>　　臥式設(shè)備一般采用兩個(gè)鞍座。這是因?yàn)榛A(chǔ)水平高度有可能不一致，如果使用多個(gè)支座，將會(huì)造成支座反力分布不均

92、勻，從而引起設(shè)備的局部應(yīng)力增大，因此采用兩個(gè)支座。</p><p>　　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(zhǎng)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：</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(zhǎng)830mm；b4=200mm； =6mm；e=36mm；l2=460mm。</p><p>　　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(zhǎng)度。</p><p><b>　　3安裝與拆卸<

94、;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)中要考慮到安裝問(wèn)題，各零部件的結(jié)構(gòu)不能影響整個(gè)裝配體的安裝，對(duì)于浮頭式換熱器，設(shè)計(jì)的初衷是可以拆下管束進(jìn)行清洗。因此也要考慮到拆卸的問(wèn)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(jìn)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(gè)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(gè)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(jìn)行脹接。另一端裝上浮動(dòng)管板并進(jìn)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(jī)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(dòng)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(dòng)偏心桿的搖柄使隔板兩側(cè)的密封填料擠緊，從而達(dá)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(duì)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(gè)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(duì)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(jìn)行清洗，將第四、五、六步反過(guò)來(lái)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(guò)六個(gè)月的辛苦努力，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于圓滿完成。雖然做的過(guò)程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作為大學(xué)四年的最后一道大作業(yè)——畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在各個(gè)方面都有了很大的提高，收獲很大。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：通過(guò)在設(shè)計(jì)中經(jīng)常查資料提高了我們檢索和查閱資料的能力；進(jìn)一步扎實(shí)了所學(xué)的理論知識(shí)，

99、對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了一次綜合應(yīng)用和系統(tǒng)復(fù)習(xí)；思維方式和設(shè)計(jì)思想更加全面化和系統(tǒng)化。養(yǎng)成了勤學(xué)好問(wèn)的習(xí)慣，敢于面對(duì)困難，能夠獨(dú)立的查找和解決問(wèn)題，也提高了自己的創(chuàng)新能力。將理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了很好的基礎(chǔ)，但是，設(shè)計(jì)過(guò)程中仍然存在不足之處，有的問(wèn)題還需要進(jìn)一步展開研究。具體如下：</p><p>　　1. 管子的脹接沒(méi)有進(jìn)行分析計(jì)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(wèn)題，此問(wèn)題尚未進(jìn)行分析；</p><p>　　3.通常在進(jìn)液管口有擋板控制流速和引流，此結(jié)構(gòu)尚未設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]朱聘冠.換熱器原理及計(jì)算[M].北京 ：清華大學(xué)出版社，1987</p><p>

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103、t;　　[9]顧芳珍，陳國(guó)桓.化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].天津：天津大學(xué)出版社，1997</p><p>　　[10]黃振仁，魏新利.過(guò)程裝備成套技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[11]黃振仁，魏新利.過(guò)程裝備成套技術(shù)設(shè)計(jì)指南[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[12]鄭津洋，董其伍，桑芝富.過(guò)程裝備設(shè)計(jì)[M].北

104、京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[13]鄒廣華，劉強(qiáng).過(guò)程裝備制造與檢測(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[14] [美]James R.Farr Maan H.Jawad，ASME壓力容器設(shè)計(jì)指南第二版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003 </p><p>　　[15]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)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(xué)第四版[M].北京：高等教育出版社2007</p><p>　　[17]教育部高等學(xué)校機(jī)械學(xué)科過(guò)程裝備與控制工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì).過(guò)程裝備與控制工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[18]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版[M].北京：化學(xué)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003</p><p>　　[20]GB 151-1999.管殼式換熱器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004</p><p>　　[21]HG 20582-1998.鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定[S].化工部工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編輯中心出版，1998</p><p>　　[

107、22]JB 4732-1995.鋼制壓力容器——分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：新華出版社，1995</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我的老師xx給了我很大的幫助和支持。在設(shè)計(jì)中，我經(jīng)常遇到一些問(wèn)題難以解決，當(dāng)我?guī)е鴨?wèn)題去請(qǐng)教時(shí)，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(wèn)題慢慢的解決。