固定管板換熱器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文Abstract沈陽(yáng)化工大學(xué)本科畢業(yè)論文題目：臥式油-油固定管板換熱器設(shè)計(jì)院系：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：班級(jí)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：論文提交日期：年月日論文答辯日期:目錄第一章引言1第二章文獻(xiàn)綜述2第三章設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)73.1、傳熱工藝計(jì)算73.1.1原始數(shù)據(jù)73.1.2定性溫度及物性參數(shù)73.1.3傳熱量與柴油出口溫度及定性溫度83.1.4有效平均溫度83.1.5管程換熱系數(shù)計(jì)算93.1.6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)：103.1.7殼程換熱系數(shù)計(jì)算103.1.8傳熱系數(shù)計(jì)算113.1.9管壁溫度計(jì)算123.1.10管程壓降計(jì)算123.1.11殼程壓降計(jì)算133.2、強(qiáng)度計(jì)算143.2.1換熱

2、管材料及規(guī)格的詵擇和根數(shù)確定143.2.2管子的排列方式143.2.3確定筒體直徑15沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.4筒體壁厚的確定153.2.5液壓試驗(yàn)173.2.6封頭厚度的計(jì)算173.2.7法蘭的選擇183.2.8管板的設(shè)計(jì)203.2.9折流板的選擇313.2.10接管及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)323.2.11管箱短節(jié)壁厚的計(jì)算353.2.12拉桿和定距管的確定353.2.13分層隔板厚度選取363.2.14支座的選擇及應(yīng)力校核36參考文獻(xiàn)42致謝44沈陽(yáng)化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文第三章設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第三章設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3、1傳熱工藝計(jì)算3.1.1 原始數(shù)據(jù)殼程柴油的進(jìn)口溫度t；=175C殼程柴油的工作壓力

3、?i=1.6MPa管程原油的進(jìn)口溫度t2=70C管程原油的出口溫度t；=110C管程原油的工作壓力=1.6MPa殼程柴油的流量G1=68000kgh管程原油的流量G2=88000*3.1.2 定性溫度及物性參數(shù)管程原油定性溫度t2=(t2t2)/2=90C管程原油密度查物性表得p2=815kgm3管程原油比熱查物性表得CP2=2.2KJ/g，七管程原油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得%=0.128wm.久管程原油的粘度=310-3Pa.s管程原油普朗特?cái)?shù)查物性表得Pr2=51.56殼程柴油密度查物性表得；1=715kg3m殼程柴油比熱查物性表得Cp1=2.48%g產(chǎn)C殼程柴油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得人i=0.13

4、3%七殼程柴油黏度1=64010-6Pas殼程柴油普朗特?cái)?shù)查物性表得Pri=100OX仙iXCp/入1=11.933.1.3 傳熱量與柴油的出口溫度及柴油的定性溫度取定換熱效率為=0.98則設(shè)計(jì)傳熱量Q=G2Cp2t2-t210003600=880002.2(70-110)0.981000/3600=2108089W則柴油的出口溫度t1=t13600Q036002108089=1/5二130CGCP11000680002.481000.一一，一一、，.，一.、.一冗程柴油止性溫度t1=t1+Fc(t1-t1)=175+0.3(175130)=188.53.1.4 有效平均溫度溫差校正系數(shù)：中=

5、0.93：tNt1-t2-t；-t2175-110-130-70InFj、t1-t2,.t1-t2JIn175-110；f1-.0190.06m2is）i0.025J殼程流速為：1G360068000=0.44殼程質(zhì)量流速為:殼程當(dāng)量直徑為:殼程雷諾數(shù)為:36007150.06W1=1R=7150.44=314.8deRei二s_22_2_2DNd.=0.7-4060.019-0.0445Ntdg4060.019巳值7150.440.0445_664010=21874切去弓形面積所占比例按2=0.2查得為0.145Di殼程傳熱因子由管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)書(shū)圖2-12可查得：Js=120管外壁溫

6、度假定值為：145C壁溫下油的黏度為：U=64010Pas0.140.14黏度修正系數(shù)為：電=I上=4I=1【%)1640J1殼程換熱系數(shù)為：%=量匚中Js=0.133X(11.93)1x1x120=819.44de0.04453.1.8 傳熱系數(shù)計(jì)算查GB151999書(shū)第138頁(yè)可知：殼程選用柴油、管程選用原油則油側(cè)污垢熱阻為：1=0.0001722=0.000172由于管壁比較薄，管殼層阻力損失都不超過(guò)0.3X103N/m3所以管壁的熱阻了可以忽略不計(jì)。所以可以計(jì)算出總傳熱系數(shù)為：Kj1：idi 二 2 di1819.440.0190.0190.000172 0.000172 -0.015

7、 6740*0.015=553.72WmC則傳熱系數(shù)比為：Kj=55372=1.11(合理)K0500所以假設(shè)合理。3.1.9 管壁溫度計(jì)算管外壁熱流溫度計(jì)算為:QoNt 二 d0l2108089406 3.14 0.019 3口28996 w m2管外壁溫度為：tw1=t1q+?1=188.828996父一1+0.0001721=148.49曲)819.44)誤差校核：tw1-tw1=148.4-145=3.4C因?yàn)檎`差不大，所以合適。3.1.10 管程壓降計(jì)算tw2M。d0di二十12口20.019 =90 28996 -0.01567400.000172 =102 C壁溫下油的黏度為：w

8、2=310Pas黏度修正系數(shù)：燈=口乜=，嗎)=1I”01查得管程摩擦系數(shù)為：2=0.0122管程數(shù)nt=2管內(nèi)沿程壓為：W22lnt26792320.0122Pi=-=1380Pa2：2,di228150.0151回彎壓降為：二些4nt=679242=2263Pa2%2815取出口處質(zhì)量流速為：wN2=1000kgm2s22進(jìn)出口管處壓降為：-：?N2=Wn21.5=10001.5=8402Pa2：22815管程污垢校正系數(shù)為：；2=1.2則管程壓降：P2=：mi：Pbd2：Pn2=”38022631.28402=12773.6Pa3.1.11殼程壓降計(jì)算殼程當(dāng)量直徑為:deDi2 - N

9、0Nt do0.72 -406 0.0192 =0.0445m406 0.019殼程雷諾數(shù)為：Q1Wde380.3 0.0334910 10-6=13958經(jīng)查殼程的摩擦系數(shù)為：1 = 0.42管束壓降為:亞 D nb 1=3W 07 180422:1 也 de2 7150.04451= 4121Pa取進(jìn)口管處質(zhì)量流速為:1000取進(jìn)口管壓降為：；：Pni=W21.5=100021.5=1049Pa2i2715取導(dǎo)流板阻力系數(shù)為：d=522導(dǎo)流板壓降為：.曰當(dāng)d=儂5=6993Pa2：1715殼程結(jié)垢修正系數(shù)d=1.38殼程壓降為：1=0d；d匚、1=1.38412169931049=1372

10、9Pa管程、殼程允許壓降為：1”1M匚31-35000Pa?1：Pi1符合壓降條件.叫仃t12設(shè)計(jì)溫度下封頭的最大許用工作壓力RMPaBJeb.w版+旌）2.8813pPaM(/N(%jx-1%+K2x(V2-m)/2ml72.514管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)IpTp=(1+v)/4(Q+G2)0.05815管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力MPaLp，Pa%1516法蘭的外徑與內(nèi)徑之比KK=D0/D11.1417系數(shù)丫1GB150-1998表9-510.7518殼體法蘭應(yīng)力JMPa仃f=%父丫父MwsMPax人2“）網(wǎng)）7.919換熱管的軸向應(yīng)力5MPa1Go-vQ叫=4Pc-xPatPQ+G28.1

11、20殼程圓筒的軸向應(yīng)力仃cMPaA.(1+v)crc=xXPaAsQ+G241.0521一根換熱管管壁金屬的橫界a2mmnaa=n176.622換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力qMPaaq一%父jndl0.005b、只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0,并且計(jì)入膨脹變形差。序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1殼程圓筒材料線膨脹系數(shù)as1/0cGB150-1998-611.62X102換熱管材料線膨脹系數(shù)at1/0cGB150-1998-610.88X103換熱管與殼程圓筒的膨脹變形差rrat(tt-t0)-as(ts-10)-6-173X104沿長(zhǎng)度平均的殼程圓筒金屬溫度ts0c工2給定16

12、05沿長(zhǎng)度平均的換熱管金屬溫度tt0C工2給定1106制造環(huán)境溫度t0207當(dāng)量壓力組合PcMPaPc=Ps-Pt(1+P)0.888有效壓力組合PaMPaPayPs-tMPt+pMr父Et30.0539基本法蘭力矩系數(shù)Mm3Mm=4Mm/(人父冗M(jìn)D；父Pa)0.00210管程壓力下的法蘭力矩系數(shù)MpMp=4Mp/(九乂冗M(jìn)D；父Pa)0.00411管板邊緣力矩系數(shù)MM=Mm+M父Mi0.00712管板邊緣剪切系數(shù)vv=M父小0.2513管程總彎矩系數(shù)mm=(m1+vxm2)/(1+v)0.90614系數(shù)GG尸maxGie,GQ0.17515殼體法蘭力矩系數(shù)MwsM；s=?xMm-iMtXM

13、1-0.005416管板徑向應(yīng)力系數(shù)(Or)=(1+v)Gi/4(Q+G2)0.0013517管板的徑向應(yīng)力巴MPa%=Pa/D_N16J2|5318管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù)（。）(仃)=3(1+v)m/4K(Q+G2)0.0719布周徑應(yīng)板區(qū)外的管管邊向力仃rMPa5=何因乂兒2尸(%)2x1%+白(72my2ml16520管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力系數(shù)TpTp=(1+v)/4(Q+G2)0.0821管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力TpMPa.九一DiT_T乂Paxj乂1P1Ppan68922換熱管的軸向應(yīng)力3MPa1Go-vQ仃=Pc-_-xPatPq+g2423換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力qM

14、Paq-at父ndl0.031c、只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt,而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0,不計(jì)膨脹節(jié)變形差時(shí):序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值備注1當(dāng)量壓力組合PcMPaPc=Ps02有效壓力組合PaMPaPa=EsPs+BrEt-6.4013管板邊緣力矩系數(shù)MM=Mm+AM父M10.0074管板邊緣剪切系數(shù)vv=M黑牛0.255管板總彎矩系數(shù)mm=(m,+vm2)/(1+v)0.9066系數(shù)GG1=maxGLe,GL。0.0048167管板的徑向應(yīng)力MPa0r=(%產(chǎn)Pax(九/N)x,2(D/6)-2.713M1.5b18管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù))(%)=3(1+v)m/4K(Q+G2)

15、-0.0749管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力%MPa0r=(%jxPax(九/N產(chǎn)(XLrFM+Yx(V2-m)/2m1-89.73W1.5b：10管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力系數(shù)TpTp=(1+v)/4(Q+G2)0.070411管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力TpMPaTp/PaW；%J-4.5870.5lrir12殼體法蘭應(yīng)力*MPaaf=n/4XYXMwsxPax2九乂/3)-8213換熱管的軸向應(yīng)力仃tMPa1rcG2vQ/c5=甘Pc-xPaPQ+G219.2tEki14殼程圓筒的軸向應(yīng)力仃cMPaoc=A/AsX1+V)XPaQ+G2-39.2-bi15換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力qMPaaq=/

16、Mndl0.02M0.5hjd、只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt,而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0,同時(shí)計(jì)入膨脹變形差時(shí):序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值備注1換熱管與殼程圓筒的膨脹艾形差rrat(tt-t0as(ts-t0)-173X10-62當(dāng)量壓力組合PcMPaPc=Ps-Pt(1+P)-1.0323有效壓力組合PaMPaPa=8sMPs%MPt+0xrMEt-11.724基本法蘭力矩系數(shù)Mm3Mm=4Mm/(九*冗D13父Pa)-0.005235管板邊緣力矩系數(shù)MM=Mm+AMMM10.000196管板邊緣剪切系數(shù)vv=Mm0.00677管程總彎矩系數(shù)mm=(m1+vxm2)/(1+v)0.2048系

17、數(shù)G1G尸maxGe,Gii0.005249管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù)（，）(%)=3(1+v)m/4K(Q+G2)0.013310管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù)仃rMPa%=HrFPaT2(D1/6)Mb-K/m+KM(1.414-m)/2m11.4W3kl11管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力系數(shù)TpTp=(1+v)/4(Q+G2)0.06512管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力TpMPaTp=TpMPax-xppk每-27.961.5fcr13換熱管的軸向應(yīng)力9MPa1Go-vQ54Pc-/xPaPQ+G230.63btr14換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力qMPaaq=5父ndl0.190.5foH、由管板

18、計(jì)算厚度來(lái)確定管板的實(shí)際厚度:在舁廳p項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值備注1管板計(jì)算厚度6mm6=0皿度184.22殼程腐蝕裕量Gmm23管程腐蝕裕量C2mm24結(jié)構(gòu)開(kāi)槽深度h1mm根據(jù)結(jié)構(gòu)確定35管板的實(shí)際厚度8mm90考慮圓整是否安裝膨脹節(jié)的判定由G,a、b、c、d計(jì)算結(jié)果可以看出：四組危險(xiǎn)組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒(méi)超過(guò)設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，并且各項(xiàng)應(yīng)力均沒(méi)超過(guò)設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。3.2.9 .折流板的選擇3.2.9.1 選型根據(jù)GB1511999管殼式換熱器圖37選擇單弓形水平放置的折流板。3.2.9.2 折流板尺寸缺口弦高h(yuǎn)值，一般取0.200.45倍的圓筒內(nèi)

19、直徑，取h=0.2di=0.20.7=0.14m3.2.9.3 換熱管無(wú)支撐跨距或折流板間距由GB1511999表42知，但換熱管為外徑19父2鋼管時(shí)，換熱管的最大無(wú)支撐跨距為l=1500mm，且折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑五分之一且不小于50mm由傳熱計(jì)算得到折流板間距B=350mm3.2.9.4 折流板厚度由GB1511999表34,DN=700mml=1500mm查得折流板最小厚度為10mm,實(shí)取折流板厚度10mm由GB1511999表36查得管孔直徑為19.6mm允許偏差為00.4mm3.2.9.5 折流板直徑由GB1511999表41查得折流板名義外直徑為DN=695.5mm允

20、許偏差為-0.80mm3.2.10 .接管及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別補(bǔ)強(qiáng)判別由GB150-1998表81知當(dāng)滿足下列所有條件時(shí)不另行補(bǔ)強(qiáng)。1設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa兩相鄰開(kāi)孔中心距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；2接管公稱直徑小于或等于89mm3接管最小壁厚滿足表81要求(GB1501998p75)由于接管200mm的公稱直徑大于89mm所以要補(bǔ)強(qiáng)，但由于設(shè)計(jì)的筒體或封頭的厚度遠(yuǎn)大于理論厚度，所以要進(jìn)行計(jì)算看是否要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開(kāi)孔直徑d=di2c=20021=202mm本凸形封頭開(kāi)孔直徑d=202mm2021.9-20mmh2=0故取h2-0有效補(bǔ)強(qiáng)面積封頭多余金屬面積封頭有

21、效厚度e=、n-C=8-1=7mm封頭多余金屬面積A=(B-d誦e-6)-2$ete-6(1-f,)=(230-202)(10.2-8)=16.8mm2接管多余金屬面積2A=2h1、戌一、tfr2h2、戌一C2fr=223.92.51.57=44.45mm=3.14mm苴中M1.76200/t2?。21700.85-1.76接管區(qū)焊縫面積（焊角取6.0mm）1ccccccc2A3=26.06.0=36.0mm32有效補(bǔ)強(qiáng)面積2Ae=Aa2A3=16.844.4536.0=97.25mm2所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積2A4=A-A1A2A3=2939.2-97.25=2842mm2擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)

22、根據(jù)接管公稱直徑DN200選補(bǔ)強(qiáng)圈，參!I補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D=400mm內(nèi)徑d=215mm因B=420mmaD補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)償范圍內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為、.=A=1842=8.5mmD-d400-215考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為6n=10mm3.2.11. 管箱短節(jié)壁厚的計(jì)算在舁廳P項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1設(shè)計(jì)壓力PcMPaPc=1.1P1.762選材GB150-1998鋼制壓力容器選Q345R3計(jì)算厚度5mmB-PcDi一2kH-Pc4.34設(shè)計(jì)厚度6dmm8d=5+C26.35名義厚度&nmmGn=GdC17.36實(shí)取名義厚度6nmm87有效厚度5

23、emme&n-C7注：其符號(hào)意義及取值同筒體壁厚計(jì)算的符號(hào)及意義水壓試驗(yàn)比較筒體的水壓試驗(yàn)和短節(jié)的水壓試驗(yàn)同樣可以滿足要求3.2.12. 拉桿和定距管的確定在舁廳p項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1拉桿直徑dnmmGB151-1999管殼式換熱器表43122拉桿數(shù)量nGB151-1999管殼式換熱器表4483定距管規(guī)格GB151-1999管殼式換熱器取619父24拉桿在管板端螺紋長(zhǎng)度LdmmGB151-1999管殼式換熱器表45505拉桿在折流板端螺紋長(zhǎng)度LsmmGB151-1999管殼式換熱器表45156拉桿上倒角高bmmGB151-1999管殼式換熱器表452.03.2.13. 分程隔板

24、厚度選取根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器，分層隔板厚度取10mm3.2.14. 支座的選擇及應(yīng)力校核3.2.14.1 支座的選擇BI根據(jù)鋼制管法蘭墊片緊固件JB/T4712-92鞍式支座的選擇重型型焊制鞍式支座（表7）當(dāng)DN=700mm取鞍式支座的相關(guān)尺寸如下:在舁廳P項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值1公稱直徑DNmm7002允許載荷QKN1703鞍座局度hmm2004底板1imm640bimm150mm105腹板占2mm86筋板l3mm350b2mm140b3mm200壇mm107墊板弧長(zhǎng)mm830b4mm350S4mm6emm368螺栓間距l(xiāng)2mm4609帶墊板鞍座質(zhì)量Mkg2810包角otQ12011型號(hào)BI7003.2.14.2鞍座的應(yīng)力校核(1)原始數(shù)據(jù)表在舁廳p項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值1設(shè)計(jì)壓力PMPa1.762設(shè)計(jì)溫度T(1453物料密度pkg/3/m8154筒體內(nèi)徑Dimm7005筒體長(zhǎng)度Lmm30906公稱厚度6nmm87厚度附加量Cmm28鞍座型號(hào)BIF,S型各一個(gè)9鞍座中心線離封頭切線的距離Amm84810鞍座腹寬bmm17011腹板厚度bom