固定管板式換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文煤油固定管板式換熱器設(shè)計(jì)摘要本文主要進(jìn)行煤油冷卻器設(shè)計(jì)，其設(shè)備型式為管殼式固定管板換熱器；主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)，其中包含了傳熱計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、密封設(shè)計(jì)等。工藝設(shè)計(jì)是根據(jù)給定工藝設(shè)計(jì)條件選定換熱器型式為固定管板式帶膨脹節(jié)，估算傳熱面積、核算傳熱系數(shù)、計(jì)算實(shí)際換熱面積、驗(yàn)證傳熱面積達(dá)到設(shè)計(jì)要求、管程及殼程壓降滿足工藝要求等。設(shè)備設(shè)計(jì)主要包括筒體、封頭、管箱、管板、換熱管、膨脹節(jié)、接管法蘭，支座及內(nèi)件等設(shè)計(jì)及選擇；其中主要包含對筒體、封頭、管板、膨脹節(jié)的壁厚強(qiáng)度計(jì)算和應(yīng)力校核；對管殼程接管進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算和校核，達(dá)到各承壓元件均滿足強(qiáng)度要求。關(guān)鍵詞煤油冷卻器；換熱器；設(shè)計(jì)；校核西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文KEROSENEFIXEDTUBEHEATEXCHANGERDESIGNABSTRACTINTHISPAPER,THEDESIGNOFKEROSENECOOLER,THETYPEOFEQUIPMENTFORTUBESHELLTYPEFIXEDTUBEPLATEHEATEXCHANGERTHEMAINCONTENTOFTHEDESIGNTHEDESIGNOFPROCESSANDEQUIPMENT,WHICHCONTAINSAHEATTRANSFERCALCULATION,STRENGTHCALCULATION,STRUCTUREDESIGNANDSEALDESIGNETCPROCESSDESIGNISACCORDINGTOTHEGIVENPROCESSDESIGNCONDITIONSSELECTEDFORFIXEDTUBESHEETEXCHANGERWITHEXPANSIONJOINT,THEHEATEXCHANGERTYPEHEATEXCHANGER,ESTIMATETHEHEATTRANSFERAREA,THECALCULATIONOFHEATTRANSFERCOEFFICIENT,CALCULATIONACTUALEXCHANGINGHEATAREA,TOVALIDATETHEHEATTRANSFERAREATOMEETTHEDESIGNREQUIREMENTS,TUBESIDEANDSHELLSIDEPRESSUREDROPTOMEETTHEPROCESSREQUIREMENTSANDSOONEQUIPMENTDESIGNMAINLYINCLUDESCYLINDER,HEAD,TUBEBOX,TUBESHEET,HEATPIPE,EXPANSIONJOINT,PIPEFLANGE,BEARINGANDINNERPARTSSUCHASDESIGNANDSELECTION,WHICHMAINLYINCLUDESTHECYLINDER,HEAD,TUBESHEET,THEINTENSITYOFTHEWALLTHICKNESSCALCULATIONANDSTRESSCHECKOFTHEEXPANSIONONTHETUBESIDEANDSHELLSIDETAKEOVEROFOPENINGREINFORCEMENTCALCULATIONANDVERIFICATION,TOTHEPRESSUREBEARINGCOMPONENTSMEETTHESTRENGTHREQUIREMENTKEYWORDSKEROSENECOOLER,HEATEXCHANGER,DESIGN,VERIFICATION西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文目錄第1章緒論111換熱器的應(yīng)用112換熱設(shè)備分類及特點(diǎn)113換熱器的發(fā)展方向414設(shè)計(jì)課題的意義515課題主要研究內(nèi)容6第2章工藝計(jì)算721設(shè)計(jì)任務(wù)7211研究內(nèi)容7212設(shè)計(jì)思想7213主要工作方法722傳熱計(jì)算9221計(jì)算熱流量9222平均傳熱溫差9223冷卻水用量9224總傳熱系數(shù)10225工藝結(jié)構(gòu)尺寸12226熱量核算13227換熱器內(nèi)流體的阻力計(jì)算15第3章結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度計(jì)算1731圓筒設(shè)計(jì)17311厚度設(shè)計(jì)17西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文312腐蝕裕量17313焊接接頭系數(shù)18314許用應(yīng)力18315接管選型19316殼程接管的最小位置1932管箱設(shè)計(jì)20321厚度設(shè)計(jì)20322管箱的最小內(nèi)側(cè)深度20323最小接管位置21324分程隔板21325管箱設(shè)備法蘭選型22326墊片選型22327接管法蘭選型2333換熱管2434封頭設(shè)計(jì)2535膨脹節(jié)2536折流板2637拉桿與定距管2638管板設(shè)計(jì)27381管板厚度計(jì)算27382管板結(jié)構(gòu)尺寸3939膨脹節(jié)校核39391系數(shù)計(jì)算39西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文392應(yīng)力計(jì)算40310開孔補(bǔ)強(qiáng)41311鞍座45第4章?lián)Q熱器的制造、檢驗(yàn)與維修4641換熱器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收46411筒體46412換熱管46413管板46414折流板、支持板46415管束的組裝47416換熱器的組裝47417壓力試驗(yàn)4742換熱器的安裝與維護(hù)47421安裝47422維護(hù)48結(jié)論49致謝50參考文獻(xiàn)51西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文1第1章緒論11換熱器的應(yīng)用過程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是在化工、煉油、輕工、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱器則是廣泛使用的一種通用的過程設(shè)備。換熱器的基建投資在一般化工廠、石化廠約占設(shè)備總投資的20，在煉油廠中，約占總投資的3540。其中固定管板式換熱器約占換熱器的70。隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著的經(jīng)濟(jì)效益。用于兩種或兩種以上流體間、一種流體一種固體間、固體粒子間或者熱接觸且具有不同溫度的同一種流體間的熱量傳遞的裝置成為換熱設(shè)備。它是化工、煉油、食品、輕工、能源、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝要求的指標(biāo)，以滿足工藝過程的需要。此外，換熱設(shè)備也是回收余熱、廢熱特別是低品位熱能的裝置。例如，煙道氣、高爐爐氣、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣等的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供熱、供汽、發(fā)電和動(dòng)力的輔助能源，從而提高熱利用率，降低燃料消耗和電能消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。12換熱設(shè)備分類及特點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了各種不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱設(shè)備。按照作用原理或傳熱方式分類，換熱設(shè)備可分為以下幾種形式。（1）直接接觸式換熱器這類換熱器又稱為混合式換熱器。它是利用冷熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱的換熱器。在工藝上允許兩種流體相互混合的情況下，這是比較方便和有效的，且其結(jié)構(gòu)比較簡單，傳熱面積大，價(jià)格也便宜。直接接觸式換熱器常用于氣體的冷卻或水蒸汽的冷凝。（2）蓄熱式換熱器西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文2這類換熱器又稱為回?zé)崾綋Q熱器。它主要由熱容量較大的蓄熱室構(gòu)成，室中可填耐火磚或金屬帶等作為填料。當(dāng)冷、熱兩種流體交替地通過同一蓄熱室時(shí)，即可通過填料將得自熱流體的熱量，傳遞給冷流體，達(dá)到換熱的目的。由于兩種流體交替與蓄熱體接觸，因此不可避免地會(huì)使兩種流體少量混合。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜、單位體積傳熱面大，故比較適合用于氣氣熱交換的場合。（3）間壁式換熱器這類換熱器又稱為表面式換熱器。它是利用間壁使冷熱兩種流體分開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。間壁使換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多樣，如常見的管殼式換熱器和板式換熱器都屬于間壁式換熱器，（4）中間載體式換熱器這類換熱器是把兩個(gè)間壁使換熱器由在其中循環(huán)的載熱體連接起來的換熱器。載體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)。在高溫?fù)Q熱器中吸收熱量，在低溫?fù)Q熱器中釋放熱量。管殼式換熱器具有可靠性高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中得到了最為廣泛的使用。近年來，盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促進(jìn)了其自身的發(fā)展。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，管殼式換熱器依然占據(jù)著主導(dǎo)地位。管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板、折流板和管箱等部件組成。殼體多位圓形，內(nèi)部放置由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體軸線平行。進(jìn)行熱交換的兩種流體，一種在管內(nèi)流動(dòng)，稱為管程流體，一種在殼層流動(dòng)，成為殼程流體。為增加殼層流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝折流板，折流板可以提高殼程流體速度，增強(qiáng)流體湍流程度。流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次稱為一個(gè)殼程。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子分為若干個(gè)組。這樣流體每次只能通過部分管子，因而在管束中往返多次，這成為多管程。為提高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，成為多殼程。多管程和多殼程可以配合使用。這種換熱器結(jié)構(gòu)不算負(fù)責(zé)，造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文3性強(qiáng)，處理量大，高溫高壓條件也能夠應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗等方面尚待改善。由于管內(nèi)外的流體溫度不同，因此換熱器的殼體與管束的溫度也不同。若兩流體的溫度差較大，換熱器將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上脫落。因此，管束與殼體溫差超過50時(shí)，需采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償措施，以消除或減少熱應(yīng)力。根據(jù)采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為一下幾種主要類型（1）固定管板式換熱器換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)殼體直徑相同時(shí)，可安排更多的管子，也便于分程，同時(shí)制造成本較低。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)容易更換。主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。這類換熱器適用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不宜結(jié)垢并能進(jìn)行清洗，管、殼程兩側(cè)溫差不打或溫差較大但殼側(cè)壓力不大的場合。（2）浮頭式換熱器管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接，另一端可相對殼體自由移動(dòng)，成為浮頭。故當(dāng)管束與殼體受熱伸長時(shí)，兩者互不牽制，因而不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭部分是由浮頭管板，鉤圈與浮頭端蓋組成的可拆聯(lián)接，因此可以容易抽出管束，故管內(nèi)管外都能進(jìn)行清洗，也便于檢修。主要缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高，設(shè)備笨重，材料消耗量大，且浮頭端小蓋在操作中無法檢查，對密封性要求較高。由上述特點(diǎn)可知，浮頭式換熱器多用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼層介質(zhì)易結(jié)垢的場合。（3）U型管式換熱器一束管子被彎制成不同曲率半徑的U型管，其兩端固定在同一塊管板上，組成管束，從而省去了一塊管板與一個(gè)管箱。因?yàn)楣苁c殼體是分離的，在受熱膨脹時(shí)，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。其結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜，管束可以在殼體中抽出，管外清洗方便，但管內(nèi)清洗困難，故最好讓不易結(jié)垢的物料從管內(nèi)通過。由于彎管的外側(cè)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文4管壁較薄以及管束的中央部分存在較大的空隙，故U型管換熱器具有承壓能力差、傳熱能力不佳的缺點(diǎn)（4）填料函式換熱器管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。拆下管箱、填料壓蓋等有關(guān)零件后，可將管束抽出殼體外，便于清洗管間。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。由于減少了殼體大蓋，它的結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡單，造價(jià)也較低，但填料處容易泄漏，工作壓力與溫度受一定限制，直徑也不宜過大。（5）釜式重沸器這種換熱器的管束可以為浮頭式、U型管式和固定管板式結(jié)構(gòu)，所以它具有浮頭式、U型管式換熱器的特性。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)置一個(gè)蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸汽品質(zhì)所決定。這種換熱器清洗維修方便，可處理不清潔、易結(jié)垢的介質(zhì)，并能承受高溫、高壓。13換熱器的發(fā)展方向換熱器相關(guān)技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）防腐技術(shù)的應(yīng)用近年來，在換熱器防腐領(lǐng)域的研究和設(shè)計(jì)方面取得了較為顯著的成果，如陽極保護(hù)技術(shù)的開發(fā)和新型防腐技術(shù)的應(yīng)用等。（2）大型化與微型化并重隨著成套的大型化，換熱器向大型化發(fā)展，同時(shí)由于微電子、航空航天、醫(yī)療、化學(xué)生物工程、材料科學(xué)等場合的特殊要求而向微小型化發(fā)展。微小型換熱器與普通換熱器相比的主要特點(diǎn)是單位體積內(nèi)傳熱面積很大。（3）強(qiáng)化技術(shù)各種新型、高效的換熱器將逐步取代現(xiàn)在有的常規(guī)產(chǎn)品。電場動(dòng)力效應(yīng)強(qiáng)化傳熱技術(shù)、添加物強(qiáng)化沸騰傳熱技術(shù)、納米流體傳熱技術(shù)、磁場動(dòng)力傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強(qiáng)化傳熱技術(shù)等將得到研究和發(fā)展。（4）抗振技術(shù)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文5換熱器尺寸過大，因流體誘導(dǎo)振動(dòng)所造成的破壞事故顯著增多。目前以出現(xiàn)多種應(yīng)用新型殼程支撐結(jié)構(gòu)和其他的抗振方法的新型換熱器。（5）防結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)構(gòu)不僅會(huì)使換熱器的傳熱效率降低，輸送壓力增大，而且大大減少有效傳熱面積和增大材料的浪費(fèi)，甚至?xí)箵Q熱器發(fā)生堵塞失效。隨著結(jié)垢機(jī)理的研究，防結(jié)垢的方法也獲得了很大的發(fā)展。如采用表面涂層或特殊表面形狀、管內(nèi)插入物或清洗球等在線除垢、聲波除垢、改變流道結(jié)構(gòu)等技術(shù)得到了一定的工業(yè)應(yīng)用。（6）先進(jìn)的制造技術(shù)制造技術(shù)的進(jìn)步主要表現(xiàn)在各種強(qiáng)化管加工工藝的日漸成熟和新材料焊接工藝水平的提高。許多新材料在換熱器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用帶來了焊接工藝的進(jìn)步，進(jìn)一步推動(dòng)了新型材料換熱器的發(fā)展。（7）研究手段隨著計(jì)算機(jī)流體力學(xué)（CFD）的發(fā)展和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，以及大型商業(yè)化CFD的日漸成熟，通過計(jì)算機(jī)程序來對負(fù)責(zé)的流體流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行模擬和仿真已成為可能。當(dāng)前用CFD方法對換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬已成為新型換熱器開發(fā)和研究的一種重要手段，CFD方法已成為性能檢驗(yàn)和性能評價(jià)的有效方法之一。隨著工業(yè)中經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)中環(huán)境保護(hù)的要求，制造水平的不斷提高，新能源的逐漸開發(fā)，研究手段的日益發(fā)展，各種新思路和新結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，換熱器朝著更高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方向發(fā)展。14設(shè)計(jì)課題的意義在我國石油化工產(chǎn)業(yè)換熱器受到普遍的重視，而換熱器的應(yīng)用的廣泛性，決定了換熱器換熱性能的改善設(shè)計(jì)理念的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益和工業(yè)的飛速發(fā)展都具有一定的積極作用，也對節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境方面有著顯著的貢獻(xiàn)。在換熱器這個(gè)大家庭中，使用量最大的就屬管可視換熱器，這種換熱器憑借其結(jié)構(gòu)簡單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，成為了化工工業(yè)換熱器的首選。雖然在傳熱效率、緊湊性和金屬消耗量等方面相比新型換熱器還有一定得差距。但是憑借其悠久的歷史，設(shè)計(jì)資料的完善，并已經(jīng)存在的一系列標(biāo)準(zhǔn)，加上其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在近年不斷涌現(xiàn)的新型換熱設(shè)備中，仍然不失其重要地位，特別是在高溫高壓和大型換熱設(shè)備中仍然占據(jù)著絕對優(yōu)勢。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文6本文依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行煤油冷卻器的設(shè)計(jì)，其中包含傳熱設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)三個(gè)部分。通過設(shè)計(jì)提高換熱器的傳熱效率和減少能源消耗，達(dá)到更加高效和節(jié)能的原則。15課題主要研究內(nèi)容本文對煤油冷卻器進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括一下內(nèi)容。（1）煤油冷卻器的傳熱設(shè)計(jì)；（2）煤油冷卻器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（3）煤油冷卻器的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文7第2章工藝計(jì)算21設(shè)計(jì)任務(wù)211研究內(nèi)容設(shè)備名稱煤油冷卻器設(shè)備型式管殼式換熱器處理能力35T/H煤油；操作條件煤油入口溫度135，出口溫度35冷卻介質(zhì)循環(huán)水，入口溫度25，出口溫度35允許壓降不大于105PA操作壓力煤油03MPA，循環(huán)水04MPA設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量設(shè)計(jì)計(jì)算書及說明書的要求編寫設(shè)計(jì)計(jì)算書及說明書和中英文摘要說明書及計(jì)算書中應(yīng)有設(shè)計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算書、設(shè)計(jì)說明書工程圖紙要求A總圖B主要零部件圖其他212設(shè)計(jì)思想根據(jù)任務(wù)書給定的條件，計(jì)算換熱器工藝條件，確定傳熱面積，其次遵循現(xiàn)行的會(huì)煩標(biāo)準(zhǔn)，在確保安全的前提下，對換熱器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定主要部件包括換熱管、管板、管箱、折流板等的結(jié)構(gòu)和尺寸；最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和密封設(shè)計(jì)，保證換熱器能夠安全、正常的滿足生產(chǎn)需要。213主要工作方法依據(jù)GB1502011，GB1511999，設(shè)計(jì)主要分成三個(gè)部分工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算和強(qiáng)度校核。（1）工藝計(jì)算根據(jù)給出的條件，如流體進(jìn)出口溫度、壓力和物性參數(shù)，確定殼層和管程，有對數(shù)平均溫差和修正系數(shù)確定傳熱系數(shù)，從而計(jì)算出傳熱面積的大小。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文8（2）結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)計(jì)算得出的傳熱面積計(jì)算熱交換器主要部件和構(gòu)件的尺寸和結(jié)構(gòu)，以及確定時(shí)候需要設(shè)置膨脹劑，確定折流板數(shù)目及尺寸。（3）強(qiáng)度校核計(jì)算熱交換部件，如殼體的厚度、應(yīng)力大小及開孔強(qiáng)度是否在允許的范圍內(nèi)。換熱器初選型兩流體出口和入口溫度變化（1）煤油入口溫度135，出口溫度35（2）水入口溫度25，出口溫度35該換熱器用循環(huán)冷水進(jìn)行冷卻，冬季操作時(shí)，出口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，而且管壁溫度和殼體溫度相差較大，需要考慮熱膨脹的影響，相應(yīng)應(yīng)該進(jìn)行熱補(bǔ)償設(shè)計(jì)，所以初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。流動(dòng)空間安排及流速選擇已知兩流體允許壓降不大于105PA；兩流體分別為水和煤油，相比煤油，水的對流傳熱系數(shù)較大。由于冷卻水易結(jié)垢，若流速過低，則會(huì)增加污垢增長的速度，使換熱器熱流量下降，再考慮散熱方面的因素，所以應(yīng)使煤油走殼層，水走管程。根據(jù)下表21和22，我們初步設(shè)定管內(nèi)流速為UI15M/S,選用管子規(guī)格為25MM25MM的碳鋼管。表21列管換熱器中常用的流速范圍流體的種類一般液體易結(jié)垢液體氣體流速/MS1管程0531530殼層021505315表22不同粘度液體的流速（以普通鋼壁為例）液體粘度MPAS15001500500500100100353511最大流速M(fèi)/S0607511151824確定物性參數(shù)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文9定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。殼體內(nèi)流體煤油的定性溫度T13535285，管子內(nèi)流體水的定性溫度T2535230。在確定的定性溫度下查的物質(zhì)的物性參數(shù)如下表23表23定性溫度下流體物性流體密度/KGM3比熱容/KJKG11黏度/103PAS熱導(dǎo)率/WM1煤油825222074014水995741740800706176給定的操作條件如下表24。表24操作條件類別管程殼層工作介質(zhì)煤油水入口溫度（）13525出口溫度（）3535操作壓力（MPA）030422傳熱計(jì)算221計(jì)算熱流量QQ1112777109KWH222平均傳熱溫差暫按單殼層、雙管程進(jìn)行計(jì)算。逆流時(shí)平均溫度差為逆1212391223冷卻水用量由上面的計(jì)算結(jié)構(gòu)可以算得W221777109417410310186152/西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文10224總傳熱系數(shù)總傳熱系數(shù)K值取決于流體的特性、傳熱過程的操作條件及換熱器的類型等多種因素，因而變化范圍很大。根據(jù)表25估計(jì)一個(gè)合適的總傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值，才能進(jìn)行下一步計(jì)算。表25常見流體的傳熱系數(shù)冷流體熱流體總傳熱系數(shù)/WM21水水8501700水氣體17280水有機(jī)溶劑280350水輕油340910水重油60380有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑115340水水蒸氣冷凝14204250氣體水蒸氣冷凝20300水低沸點(diǎn)烴類冷凝4551140水沸騰水蒸氣冷凝20004250輕油沸騰水蒸氣冷凝4551020（1）管程傳熱系數(shù)1RE2UD310080079957150203730621PRPC617601008007101744335412200230882712C23（2）殼層傳熱系數(shù)先假設(shè)殼層傳熱系數(shù)為0340W（M2）污垢熱阻為管內(nèi)、外側(cè)污垢熱阻分別取為RSI000035M2/W，RS0000017M2/W，管壁導(dǎo)熱系數(shù)K45W/M2。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文11K112662C24計(jì)算傳熱面積S3600326621077792542考慮15的面積裕度，取S115S115254292M2。工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）選用的是2525MM的碳鋼管，初取管內(nèi)流速15M/S（2）管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)NSIIUDV41500241433600799518615221102111根按照單管程計(jì)算，所需換熱管長度為L355如果按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，應(yīng)采取多管程結(jié)構(gòu)。取傳熱管長為L6M，換熱管管程數(shù)為2，則NSLD0S60025143292620根。每程管數(shù)為6202310根管內(nèi)流速42053/（3）平均傳熱溫差及殼層數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)P2111009西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文12R122110上式中1、2表示熱流體的進(jìn)出口溫度，1、2表示冷流體的進(jìn)出口溫度，由上面計(jì)算的值通過查表得到修正系數(shù)082。所以修正后的溫度差為TMT逆08239132。225工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）傳熱管排列及分程方法每程采用正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距T115D0則T1252532MM。橫過管束中心線的管數(shù)NC11962030根。（2）殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，去管板利用率07，則殼體內(nèi)徑為D105TN1053270472998MM，圓整取D1000MM。（3）折流擋板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的35，則切去的圓缺高度為H0351000350MM取折流擋板間距為B06D，則B061000600MM折流擋板數(shù)為NB1折流擋板間距傳熱管長160060009塊折流擋板圓缺面水平裝配。（4）接管殼體內(nèi)流體進(jìn)出口接管去接管內(nèi)煤油的流速為U11M/S，則接管內(nèi)徑為D11U4V131436008253500040123M管程流體進(jìn)出口接管取循環(huán)水進(jìn)出口的流速為U215M/S西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文13則接管內(nèi)徑為D231415995736001861524021M226熱量核算（1）殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺型折流擋板，可采用克恩公式140W03155000360REEPRD25由正三角形排列得當(dāng)量直徑020DD4T2342ED002531400250785003223422002M殼程流通截面積100TDBDS0611032002500131M殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為09001318253600350000U20071007482500902030ER普蘭特?cái)?shù)PR711140100741022233粘度校正取W37482C（2）管程對流傳熱系數(shù)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文144080I10230REIPRD214管程流通截面積SI07850022230620009M2管程流體流速U58000999573600186152M/S14425100800799570580203ER普蘭特?cái)?shù)4561760100800710174433RP296254144250020617602300408IW/M2（3）傳熱系數(shù)K000II01D1SOMISIRKDBDDDRD83741000170002450025002500020025000350002962202501266W/M226（4）傳熱面積S25352西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文15該換熱器的實(shí)際換熱面積為2752該換熱器的面積裕度為87100253253275100SSSHP該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。227換熱器內(nèi)流體的阻力計(jì)算管程流動(dòng)阻力PSTNNFPPP21I27FS結(jié)垢校正系數(shù)，25MM25MM的換熱管取14，NS1，NP2，2UP2I1DL，2UP22，由RE14425，傳熱管相對粗糙度0005020010，查莫迪圖得0270IW/（M）。流速580UM/S，9957KG/M3，5022058995732PUP222PA5202421450261356PIPA1200MM時(shí)，L5MM。墊片反包形式如圖34所示。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文23圖34墊片反包尺寸327接管法蘭選型接管法蘭參考HG/T205922009鋼制管法蘭，選擇板式平焊法蘭，其結(jié)構(gòu)如圖35。圖35板式平焊鋼制管法蘭示意圖本次設(shè)計(jì)選擇接管法蘭尺寸如表37。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文24表37接管法蘭尺寸PN10MPA公稱尺寸DN鋼管外徑連接尺寸法蘭厚度法蘭內(nèi)徑法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)目N螺栓TH100108220180188M1622110200219340295228M202422233換熱管本次設(shè)計(jì)選用換熱管為2525MM的碳鋼管。換熱管的擺列主要有以下四種，如圖36所示。圖36換熱管排列形式西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文2534封頭設(shè)計(jì)選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,故K1，則封頭的計(jì)算厚度為20536計(jì)算得到312MM。設(shè)計(jì)厚度2462MM名義厚度12662M圓整去8MM，經(jīng)檢查沒有變化，故可行。根據(jù)JB1154選型，選擇的封頭型號為DG10008JB115473，其參數(shù)如表38所示。表38封頭基本尺寸公稱直徑（MM）曲面高度（MM）直邊高度（MM）厚度（MM）內(nèi)表面積（M2）容積（M3）質(zhì)量（KG）1000250258116015174135膨脹節(jié)膨脹節(jié)是裝在固定管板式換熱器殼體上的撓性構(gòu)件，依靠這種易變形的撓性構(gòu)件，對管束與殼體間的變形差進(jìn)行補(bǔ)償，以此來消除殼體與管束間因溫差而引起的溫差應(yīng)力。由DN1000MM，選擇的膨脹節(jié)基本參數(shù)如表39所示。表39膨脹節(jié)基本參數(shù)波高H150圓弧半徑45壁厚S8MM單波最大位移量46MM波紋管層數(shù)1波數(shù)1波長170MM直邊段長度L430MM單波重量512KG腐蝕裕量2膨脹節(jié)的形式結(jié)構(gòu)如圖37所示。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文26圖37膨脹節(jié)尺寸及結(jié)構(gòu)36折流板前面已經(jīng)計(jì)算得出折流板采用弓形折流板，切去的圓缺高度為350MM，折流板間距為600MM，折流板數(shù)為9塊。厚度選擇10MM，管孔直徑選擇258MM。37拉桿與定距管采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)，由于換熱管外徑為25MM，所以采用的拉桿直徑為D16MM，數(shù)量為6根。拉桿的連接尺寸如圖38所示。圖38拉桿尺寸拉桿的尺寸如表310所示。表310拉桿尺寸表拉桿直徑D拉桿螺紋公稱直徑LALBB1616206020定距管如見表311。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文27表311定距管數(shù)量定距管長度數(shù)量59016104074401450338管板設(shè)計(jì)管板是管殼式換熱器的一個(gè)重要元件，它除與殼體、換熱管等部件連接之外，還是換熱器的一個(gè)主要受壓元件。本次設(shè)計(jì)管板形式選擇為整體管板。381管板厚度計(jì)算（1）材料選擇選用鍛件，材料16MN（2）根據(jù)布管尺寸計(jì)算以下參數(shù)A、。A殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積A247850002式中殼程圓筒內(nèi)直徑，；A在布管區(qū)范圍內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面積，2A0866193244086632120002式中S換熱管中心距，；隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距，；沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)。A管板開孔后的面積西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文28A245618002式中換熱管根數(shù)；換熱管外徑，。A圓筒殼壁金屬橫截面積A3141080010221502式中殼程圓筒壁厚，。A管板布管區(qū)面積三角形排列A08662A56181052A一根換熱管管壁金屬的橫截面積A31425220241766252系數(shù)A02278當(dāng)量組合壓力1MPA式中殼程設(shè)計(jì)壓力，；管程設(shè)計(jì)壓力，。D管板布管區(qū)當(dāng)量直徑D4A8458換熱管有效長度600052325890管束模數(shù)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文293586（37）式中換熱管材料的彈性模量，MA。換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度700換熱管的回轉(zhuǎn)半徑0252228004式中換熱管壁厚，。C系數(shù)C21328（38）式中設(shè)計(jì)溫度時(shí)，換熱管材料的屈服點(diǎn)，MA。換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力由于C6875212C711（39）系數(shù)A06125殼體帶波形膨脹節(jié)時(shí)，換熱管束與圓筒剛度比A4613（310）式中殼程圓筒材料的彈性模量，MA。管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比系數(shù)西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文30D08458040615898（311）系數(shù)0411069002（312）（3）對于其延長部分兼作法蘭的管板，計(jì)算和。計(jì)算基本法蘭力矩按GB150，設(shè)計(jì)部分法蘭相關(guān)公式計(jì)算螺栓材料選擇40MNB1961915室溫下螺栓材料的許用應(yīng)力，MA。設(shè)計(jì)溫度下下螺栓材料的許用應(yīng)力，MA。參數(shù)計(jì)算基本密封寬度2422402211（313）式中墊片寬度，。有效密封寬度當(dāng)64時(shí)，2530832西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文31墊片壓緊力作用中心圓直徑墊片外徑21037螺栓中心至作用位置處的徑向距離2114010372515式中螺栓中心圓直徑，。墊片選擇墊片選用石棉橡膠板，其厚度為3，則墊片系數(shù)3，比壓力11。螺栓載荷預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷3143105預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力，N。操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷式中內(nèi)壓引起的總軸向力07852操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓緊力628計(jì)算壓力，取管程設(shè)計(jì)壓力10所以07852628954105螺栓面積需要的螺栓面積需要的螺栓面積取與中的最大值預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文3215306操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積55799所以，3258520107計(jì)算管程壓力操作工況下的法蘭力矩螺栓中心至作用位置處的徑向距離05127805172364式中螺栓中心至法蘭頸部（或焊縫）與法蘭背面交點(diǎn)的徑向距離，；1法蘭頸部大端有效厚度，。螺栓中心至作用位置處的徑向距離123815作用于法蘭內(nèi)徑截面上的內(nèi)壓引起的軸向力078520785640010502400內(nèi)壓引起的總軸向力與內(nèi)徑截面上的軸向力之差07852785000844522窄面法蘭墊片壓緊力07852628954105所以西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文333647107（4）假定管板計(jì)算厚度，當(dāng)管板延長部分兼作法蘭時(shí)，還需按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度，計(jì)算、。假定管板計(jì)算厚度45K換熱管加強(qiáng)系數(shù)1318125403管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比0765管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度108332補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。補(bǔ)強(qiáng)圈厚度4026考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，去殼體和管箱上補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為4MM，但為方便選制，補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度取殼體厚度，即8（5）管程開口補(bǔ)強(qiáng)管程公稱直徑為200MM，補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算與前面殼層補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法相同。所以設(shè)計(jì)過程不予贅述，最終設(shè)計(jì)結(jié)果如下西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文44所需最小補(bǔ)強(qiáng)面積79接管材料許用應(yīng)力（10鋼）殼體材料許用應(yīng)力1241890656A554MM2有效寬度B4064有效高度外側(cè)1144內(nèi)測220筒體多余金屬面積1筒體有效厚度82接管有效厚度792651109762接管多余金屬面積接管計(jì)算厚度255230882接管區(qū)焊縫面積（焊腳取60MM）33602有效補(bǔ)強(qiáng)面積123109763088361442425542開孔后不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文45311鞍座根據(jù)JB/T47122007，選擇鞍座BV10005SF，其如下表313。表313鞍座尺寸公稱直徑DN允許載荷底板1腹板筋板2墊板弧長螺栓間距鞍座質(zhì)量10003057608170118060063西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文46第4章?lián)Q熱器的制造、檢驗(yàn)與維修41換熱器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收換熱器的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收，應(yīng)遵守GB1511999和GB1501998的有關(guān)規(guī)定。411筒體A、圓筒內(nèi)直徑允許偏差用板材卷制時(shí)，內(nèi)直徑允許偏差可通過外圓周長加以控制，其外圓周長允許上偏差為10MM，下偏差為0。B、圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為E05DN，DN056003MMC、圓筒直線度偏差為L/1000，且當(dāng)L6000MM時(shí)，其值不大于45MM。L6000MM所以直線度允許偏差45MM。進(jìn)行檢查時(shí)，應(yīng)通過中心線和垂直面即沿圓周0、90、180、270四個(gè)部位測量。D、殼體內(nèi)壁凡有礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應(yīng)磨至與母材表面齊平。E、插入式接管不應(yīng)伸出管箱、殼體和頭蓋的內(nèi)表面。412換熱管A、換熱管管端外表面應(yīng)除銹，用于焊接時(shí)，管端清理長度應(yīng)不小于管外徑，且不小于25MM。B、管端坡口應(yīng)采用機(jī)械方法加工，焊前應(yīng)清洗干凈。413管板A、管板由不銹鋼0CR18NI10TI制成，加工前表面不平度不得大于2MM，如超過此值，應(yīng)先進(jìn)行校平，然后進(jìn)行加工。B、拼接管板的對接接頭應(yīng)進(jìn)行100射線或超聲檢測，按JB473094進(jìn)行表面檢測，檢測結(jié)果不低于級，或超聲檢測中的級為合格。C、換熱管與管板的連接二者采用焊接的形式連接，連接部位的換熱管和管板孔表面，應(yīng)清理干凈，不得有毛刺、鐵屑、銹斑、油污等。焊渣及凸出于換熱器內(nèi)壁的焊瘤均應(yīng)清除。D、管板與換熱管焊接時(shí)，管孔表面粗糙度RA值25M。414折流板、支持板西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文47A、折流板、支持板的管孔直徑及允許誤差按GB1511999中593的規(guī)定為196，但允許超差01MM的管孔數(shù)不得超過4。B、折流板、支持板外圓表面粗糙度RA值不得大于25M，外圓面兩側(cè)的尖角應(yīng)倒鈍。還應(yīng)取出折流板、支持板上的任何毛刺。415管束的組裝A、拉桿上的螺母應(yīng)擰緊，以免在裝入或抽出管束時(shí)，因折流板竄動(dòng)而損傷換熱管。B、穿管時(shí)不應(yīng)強(qiáng)行敲打，換熱管表面不應(yīng)出現(xiàn)凹癟或劃傷。C、除換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準(zhǔn)與換熱管相焊。D、管箱應(yīng)在補(bǔ)焊后作消除應(yīng)力的熱處理，設(shè)備法蘭應(yīng)在熱處理后加工。D、換熱器的密封面應(yīng)予以保護(hù)，不得因磕碰劃傷、電弧損傷、焊瘤、飛濺等二損壞密封面。416換熱器的組裝A、換熱器零、部件在組裝前應(yīng)認(rèn)真檢查和清掃，不應(yīng)留有焊疤、焊接飛濺物、浮銹及其他雜物等。B、吊裝管束時(shí)，應(yīng)防止管束變形和損傷換熱管。C、螺栓的緊固至少應(yīng)分三遍進(jìn)行，每遍的起點(diǎn)應(yīng)相互錯(cuò)開120角。417壓力試驗(yàn)壓力試驗(yàn)的方法及要求應(yīng)符合GB1501998鋼制壓力容器第十章109的規(guī)定。U型管換熱氣的壓力試驗(yàn)的順序先用試驗(yàn)壓環(huán)進(jìn)行殼程試驗(yàn)，同時(shí)檢查接頭，水壓試驗(yàn)壓力60MPA（表壓）在進(jìn)行殼程試驗(yàn)，合格后，再以40MPA（表壓）進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。42換熱器的安裝與維護(hù)421安裝（1）安裝位置根據(jù)該換熱器的結(jié)構(gòu)形式，在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝、維修的需要。（2）基礎(chǔ)必須使換熱器不發(fā)生下沉。在活動(dòng)支座的一端應(yīng)予埋滑板。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文48（）地腳螺栓和墊鐵A活動(dòng)支座的地腳螺栓應(yīng)裝有兩個(gè)緊鎖的螺母，螺母與底板間應(yīng)留有13MM的間隙。B地腳螺栓兩側(cè)均有墊鐵。設(shè)備找平后，斜墊鐵，可與設(shè)備支座底板焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死