管殼式換熱器的設計化工機械課程設計

管殼式換熱器的設計化工機械課程設計北京理工大學珠海學院課程設計任務書的設計n頭選擇，容器及位置，儀表接管選擇、工藝接管管徑計算等計算及其強度、穩(wěn)定性校核 (1)根據(jù)設計壓力初定壁厚； (2)確定管板結(jié)構(gòu)、尺寸及拉脫力、溫差應力； (3)計算是否安裝膨脹節(jié)； (4)確定殼體的壁厚、封頭的選擇及壁厚，并進行強度和穩(wěn)定性校核。力校核構(gòu)設計及強度校核包括：裙座體(采用裙座)、基礎環(huán)、地腳螺栓書一份 (1)氣體工作壓力 (2)殼、管壁溫差50℃，t＞tts0-420℃。 (4)殼體與封頭材料在低合金高強度剛中間選用，并查出其參數(shù)，接管及其他數(shù)據(jù)根據(jù)表 (5)殼體與支座對接焊接，塔體焊接接頭系數(shù)Φ= (6)圖紙：參考圖7-52，注意：尺寸需根據(jù)自己的設計的尺寸標注。時間安排：從第7周(2012年3月31日)至第10周(2012年4月20日)1容23456機械設計；班長負責組織借用繪圖儀器、圖板、丁字尺；學生自備圖紙、橡皮與鉛筆； (1)設計條件； (2)設計依據(jù)； (3)設備結(jié)構(gòu)形式概述。 (1)選擇材料的原則； (2)確定各零、部件的材質(zhì)； (3)確定焊接材料。圖 (1)換熱器裝配圖 (2)確定支座、接管、人孔、控制點接口及附件、內(nèi)部主要零部件的軸向及環(huán)向位置，以單線圖表示； (3)標注形位尺寸。 (4)寫出圖紙上的技術要求、技術特性表、接管表、標題明細表等 (1)筒體、封頭及支座壁厚設計； (2)焊接接頭設計； (3)壓力試驗驗算；.標準化零、部件選擇及補強計算： 號，PN,DN,法蘭密封面形式，法蘭標記，用途)。補強計算。 (2)人孔選擇：PN,DN,標記或代號。補強計算。 (3)其它標準件選擇。，經(jīng)驗與收獲。標準件均要寫明標記或代號；2.計算過程及說明應清楚；冊。冊刁與瑋王立業(yè)編著；5.《化工設備機械基礎》參考資料；管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設計摘要課程設計理論是學生理論聯(lián)系實際的一次很好的機會，本次實驗就管殼式換熱器進握并了解在工業(yè)生產(chǎn)中節(jié)能、高效、環(huán)保等概念。換熱設備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設備，但它具有結(jié)構(gòu)堅固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點，所要(得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等)。Abstract導作用，主要有殼體、管等組成。一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點是單位體積所具置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流體流速，往往在殼互垂直的折流擋板。折流擋板不僅可防止流體短路、增加流使管束和殼體的溫度也不相同，因此它必須考慮這種熱膨脹的影響。熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和。換熱器是借助于熱容量較大的固體體。當蓄熱體與熱流體接觸時，從熱流體處接受熱體接觸，將熱量傳給冷流體，蓄熱體溫度下降，從而簡單，可耐高溫，常用于高溫氣體熱量的回收或冷式換熱器可以分為管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，以實現(xiàn)不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器。換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體則溫度較低，吸收熱量。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質(zhì)上的區(qū)別。換熱設備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他以在各工程中仍得到普遍使用。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設計，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進行設計，以滿足工藝上的需要 (得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等)。為了滿足電廠對在較高壓力下運行的大型換熱器(如冷凝器和供水加熱器)的需餾分和有關的有機流體的冷凝條件下運行，流體常常不干凈而且又要求高溫和高壓，因殼管式換熱器發(fā)展的早期階段，出現(xiàn)的最大量的嚴重問題，不是在傳熱方面(這個污垢熱阻起很大的作用，殼側(cè)流動的粘性流是一個困難的問題，而條件下性能預計的精度要求越來相很大的設計和使用條業(yè)國家熱回收。隨著工業(yè)裝置的大型化熱器開發(fā)等形成了一個高技術體系[1]。運用可靠性良好的一類換熱條途徑,即改變傳熱面的形狀和在2300<Re<105范圍內(nèi),提高傳熱效率~倍,當200<Re<1500時,提高傳熱效mmMPa不僅強化了管內(nèi)外的給熱,還由于溫差作用易脫落,因此具有較強的防垢和自動除垢能力。其傳流體傳熱行之有效的方法之一。目前管內(nèi)插入物、螺旋片和靜態(tài)混合器等。最近,英國CalGarinLtdHitranMatrixElements式插入物[6],它是一種金屬(Wire2FinTubeInserts),能增強湍流。中國石化北京設計院與華數(shù)能力的措施流平均溫差最小,在實際換熱器設計中,冷、熱流體多采用交熱器對于殼程安裝折流板的換熱器來說,Re>100時,殼程介質(zhì)即達湍因壁面溫度與換熱系數(shù)大的介質(zhì)溫度接近,為減小管束與殼體的的介質(zhì)走殼程更加合理,而冷、熱介質(zhì)溫差小,兩介質(zhì)換熱系數(shù)相用強化傳熱的措施來提高換熱器的傳熱能力。強化傳熱的管管束能增加換熱面具有良好的自潔作用,能夠有效防止管束外壁的結(jié)垢,減小換熱器殼程熱阻,條件下,采用Φ19mm管束比采用Φ25mm管束能提高傳同心圓排列等,對于殼程介質(zhì)不易結(jié)垢或可的介質(zhì),采用三角形排列可使換熱器的外徑減小15%;對于需要機太長(對臥式換熱器管長比殼徑換熱介質(zhì)的流速。因為決定管程介質(zhì)的流態(tài)的雷諾數(shù)Rei熱系數(shù)hi,可采用管程分程的辦法提高管程力,且不使換熱管太長,殼程利用橫向折流可增加對殼程換熱介質(zhì)的擾動,使殼程換熱介質(zhì)流速增徑在考慮管程壓降允許的條件下,通過計熱器管程的底部和頂部。器的使用壽命影響較大,特別是殼程換熱介質(zhì)流速較高或介質(zhì)中含有固體顆熱器的使用性能,可在殼程入口加裝防沖板,對介質(zhì)沖刷起到緩沖的作用,為避免殼程入口流速過高,殼程介質(zhì)流速有一定的限制:ρω2<2固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。圖1-1固定管板式換熱器固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程上廣泛應用。殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質(zhì)不宜采用。當膨脹之差較大時，可在殼體上設置膨脹節(jié)，以減少因管、殼程溫差而產(chǎn)生的熱應力。固定管板式換熱器的缺點是，殼體和管壁的溫差較大，易產(chǎn)生溫差力，殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報廢，設備壽命較低，不適用于殼程易結(jié)垢場合。2、浮頭式換熱器：其兩端管板只有一端與殼體完全固定，另一端課相對于殼體作某些移動，該端稱之為浮頭。此種換熱器的管束不受殼體的約束，殼體與管束之間不會因為膨脹量的不同而檢修時，僅將管束從殼體中抽出即可。圖1-2浮頭式換熱器特點：該種換熱器結(jié)構(gòu)復雜、笨重，造價比固定管板式要高出約20％，材料的消耗量較大，浮頭的端蓋在操作中無法檢查，所以安裝時要特別注意其密封，以免發(fā)生內(nèi)漏，且管束和殼體間隙較大，設計時避免短路。該種換熱器比較適合管殼壁間溫差較大，或易于腐蝕和易于結(jié)垢的場合。僅有一個管板，管子兩端均固定于同一管板上。圖1-3U型管式換熱器這類換熱器的特點是：管束可以自由伸縮，不會因為管殼之間的溫差而產(chǎn)生熱應宜。但是管內(nèi)清洗不變，管束中間分布的管子難以更換，管板中心部分布管不緊湊，管子數(shù)目不能太多。僅適用于管殼壁溫相差較大，或殼程截止易于結(jié)垢而管程介質(zhì)不易結(jié)垢，高溫高壓腐蝕性強的情形。此類換熱器的管板也僅有一端與殼體固定，另一端采用填料函密封。膨脹，所以管殼間不會產(chǎn)生熱應力，且管程與殼程都能消耗較少。填料密封處于泄露，故殼程壓力不能的、換熱介質(zhì)物性等因素的不同,決定了管式。固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、造價低,每根換熱管可以在外形尺寸相同的條件下,與浮頭式和U形管式換熱器相比,換熱面換熱器的殼程清洗困難和適應熱膨脹能力差,決定了固定管板式清潔,殼程壓力不高,換熱介質(zhì)溫差不大的場合。浮頭式換熱器殼體的約束,而且可拆卸抽出管束,檢修更換換熱管、清理管束和殼程污垢方便,因此,浮頭式換熱器應用最廣泛,在油田儲運集輸系統(tǒng)中,60%~70%，浮頭便于拆卸、清洗，且半水煤氣走殼程也方便散熱，與產(chǎn)生溫差應力產(chǎn)生管道變形。綜上所述，換熱器選擇浮頭接3、壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高，宜走管4、飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關6、需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。7、粘度大的液體或流量較小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。8、若兩流體的溫度差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程，因為壁溫接近傳熱膜系數(shù)較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。綜合考慮以上標準，確定半水煤氣應走殼程，變換氣走管程。流速的選擇循環(huán)水新鮮水一般液體易結(jié)垢液體低粘度油高粘度油氣體流速流流~~~~~>>~~~~s大對流傳熱系數(shù)，減少污垢在管子表面上沉積低了污垢熱阻，使總傳熱系數(shù)增大，從而可減小換熱器的傳熱面積。但多。故擬取變換氣流速為20m/s。管殼式換熱器的材料應根據(jù)操作壓強、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機械性能及耐腐蝕性能要下降。同時具有耐熱性、高強度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實際需要，可以選擇使用不銹鋼材料。管程結(jié)構(gòu)換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如下圖所示。(a)正方形直列(b)正方形錯列(c)三角形直列 (d)三角形錯列(e)同心圓排列，常采用組了便于安裝隔板，采用正方來。管板2殼體直徑的確定與殼體壁厚的計算力，而且管壁較??；同時，對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。所以，在管程結(jié)垢不很嚴重以及允許壓力降較高的情況下，采用φ19mm×2mm直徑的管子更為合理。如果管程走的是易結(jié)垢的流體，則應常用較大直徑的管子。標準管子的長度常用的有1500mm，2000mm，2500mm，mmmmm均n均niii及校核cppD0mm;0=;[住]t=92Mpa(設殼壁溫度為350°C)cci將數(shù)值代入上述厚度計算公式，可以得知：21nn1eG5MpasTs2、強度校核t2625.55et最大允許工作壓力[P]=2[]t06e=2920.95.55=1.02Mpa(2-7)wD+6900+5.55ie3換熱器封頭的選擇及校核JBTDN00×7，查pie所以，封頭的尺寸如下圖：5管板體等連接外，還是換熱器中的一個重要的受壓器件。查(《化工單元設備設計》P25-27)得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸：Db螺栓孔cd數(shù)9001060101596696358442724外徑d/mm03d/40：3接頭系數(shù)，無量綱；F——換熱面積，㎡；b形對角線上的管子數(shù)，個；Ln——換熱管長度，mm； DN——直徑(公稱)，mm；△t——管殼壁溫度，°C; [q]——許用拉脫力，MPa;a——線膨脹系數(shù)，1／°C;ttqt——溫差應力，MPa；qp——在操作壓力下，每平方米脹接周邊受到的力，MPa； [1]匡國柱史啟才：《化工單元過程與設