過程設備課程設計講稿

1、12一、課程設計的目的一、課程設計的目的 過程設備課程設計是學習化工設備設計基礎知識、過程設備課程設計是學習化工設備設計基礎知識、培養(yǎng)學生化工設備設計能力的重要教學環(huán)節(jié)，通過這一培養(yǎng)學生化工設備設計能力的重要教學環(huán)節(jié)，通過這一實踐教學環(huán)節(jié)的訓練，掌握化工設備設計的基本方法，實踐教學環(huán)節(jié)的訓練，掌握化工設備設計的基本方法，熟悉查閱和正確使用技術資料，能夠在獨立分析和解決熟悉查閱和正確使用技術資料，能夠在獨立分析和解決實際問題的能力方面有較大提高，增強工程觀念和實踐實際問題的能力方面有較大提高，增強工程觀念和實踐能力。能力。3 南京工程學院 化工設備圖固定管板換熱器裝配圖固定管板換熱器裝配圖4浮頭

2、式換熱器裝配圖浮頭式換熱器裝配圖浮頭式換熱器裝配圖浮頭式換熱器裝配圖5返回返回標題欄標題欄U形管式換熱器裝配圖形管式換熱器裝配圖6部件圖部件圖7 南京工程學院 化工設備圖零件圖零件圖8二、設計數(shù)據(jù)二、設計數(shù)據(jù)1、設計題目：、設計題目：列管式換熱器設計列管式換熱器設計固定管板式換熱器固定管板式換熱器浮頭式換熱器浮頭式換熱器U型管式換熱器型管式換熱器2、設計條件、設計條件名稱名稱物料名稱物料名稱循環(huán)水循環(huán)水混合氣體混合氣體工作壓力，工作壓力，MPa0.43.5操作溫度，操作溫度，20/40140/60推薦鋼材推薦鋼材10，Q235-A，Q345R圖圖1 1 工藝條件圖工藝條件圖表表1 換熱器設計工

3、藝條件換熱器設計工藝條件9表表2 2 換熱器設計工藝條件接管表換熱器設計工藝條件接管表符號符號公稱尺寸，公稱尺寸，mm用途用途a自行設計自行設計冷卻水進口冷卻水進口b自行設計自行設計氣體進口氣體進口c20放氣口放氣口d自行設計自行設計氣體出口氣體出口e20排凈口排凈口f自行設計自行設計冷卻水出口冷卻水出口 注意：注意：U型管式和浮頭式換熱器的管程物料進出口型管式和浮頭式換熱器的管程物料進出口位置與固定管板式可能不同。位置與固定管板式可能不同。10表表3 3 物性數(shù)據(jù)表物性數(shù)據(jù)表內(nèi)容內(nèi)容數(shù)值數(shù)值混合氣體混合氣體循環(huán)水循環(huán)水密度（密度（kg/m3）100995定壓比熱容定壓比熱容（kJ/kg.）3

4、.104.10熱導率（熱導率（W/m.）0.0260.64黏度（黏度（Pa.s）1.4510-50.7510-311表表4 4 換熱器設計任務分配表換熱器設計任務分配表固固定定管管板板學號順學號順序序流量流量104 kg/h浮浮頭頭式式學號順學號順序序流量流量104 kg/hU型型管管式式學號順學號順序序流量流量104 kg/h第第1組組118第第2組組1318第第3組組25182191419261932015202720421162128215221722292262318233023724192431248252025322592621263326102722273427112823283

5、52812292429362912v本設計為列管式換熱器設計（本設計為列管式換熱器設計（固定管板式換熱器；固定管板式換熱器；浮頭式換熱器；浮頭式換熱器；U型管式換熱器），三種換熱器型管式換熱器），三種換熱器根據(jù)工藝條件的不同分為根據(jù)工藝條件的不同分為12種參數(shù)，種參數(shù)，12人為一組。人為一組。v設計要求：設計要求：v1、換熱器工藝設計計算；、換熱器工藝設計計算；v2、換熱器機械設計；、換熱器機械設計；v3、換熱器軸向強度校核；、換熱器軸向強度校核；v4、圖紙三張：換熱器裝配圖（、圖紙三張：換熱器裝配圖（0號圖紙），管板零件號圖紙），管板零件圖（圖（2號圖紙）及管箱部件圖（號圖紙）及管箱部件圖（

6、2號圖紙）；號圖紙）；v5、設計計算說明書、設計計算說明書1份（約份（約25頁）。頁）。13三、提交成果的內(nèi)容及裝訂順序三、提交成果的內(nèi)容及裝訂順序v封面封面v設計任務書設計任務書v計算說明書正文計算說明書正文v一、一、 設計方案設計方案v 二、列管式換熱器工藝計算及工藝結構設計二、列管式換熱器工藝計算及工藝結構設計v 三、換熱器核算三、換熱器核算v 四、列管式換熱器零部件的工藝結構設計四、列管式換熱器零部件的工藝結構設計v 五、列管式換熱器機械結構設計五、列管式換熱器機械結構設計v六、列管式換熱器其它結構設計六、列管式換熱器其它結構設計v七、列管式換熱器機械設計（強度計算）七、列管式換熱器機

7、械設計（強度計算）v八、列管式換熱器校核計算（筒體壓力與彎矩綜合作用下的強八、列管式換熱器校核計算（筒體壓力與彎矩綜合作用下的強度校核）度校核）v課程設計總結課程設計總結v參考文獻參考文獻14列管式換熱器設計提綱列管式換熱器設計提綱計算說明書正文內(nèi)容計算說明書正文內(nèi)容一、設計方案一、設計方案根據(jù)給定的換熱器類型進行流程安排。根據(jù)給定的換熱器類型進行流程安排。二、工藝計算及主要結構設計二、工藝計算及主要結構設計（課程設計指導書第（課程設計指導書第3章）章）1、估算傳熱面積；、估算傳熱面積； 2、選擇管徑及管內(nèi)流速；、選擇管徑及管內(nèi)流速；3、選擇管長，確定管程數(shù)和總管數(shù)；、選擇管長，確定管程數(shù)和總

8、管數(shù)； 管程數(shù)：對固定管板式，可選單管程或雙管程；對浮頭式管程數(shù)：對固定管板式，可選單管程或雙管程；對浮頭式和和U型管式，只能選雙管程。型管式，只能選雙管程。154、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)計算；、平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)計算；5、管子排列方式選擇、管子排列方式選擇 正三角形排列、正方形排列、同心圓排列。對前兩種正三角形排列、正方形排列、同心圓排列。對前兩種排列方式，注意弓形區(qū)的布管。排列方式，注意弓形區(qū)的布管。6、管心距、管心距 脹接、焊接時的管心距不同，脹接、焊接時的管心距不同， 脹接時，管心距脹接時，管心距t=(1.31.5)d0， 焊接時，管心距焊接時，管心距t=1.25)d0， 有隔

9、板時，隔板中心到離其最近一排管中心的距離：有隔板時，隔板中心到離其最近一排管中心的距離： s = 0.5t+6 mm7、管束分程、管束分程16v8、殼體內(nèi)徑、殼體內(nèi)徑v換熱器殼體內(nèi)徑與傳熱管數(shù)目、管心距和傳熱管的排換熱器殼體內(nèi)徑與傳熱管數(shù)目、管心距和傳熱管的排列方式有關。對單管程和多管程換熱器，列方式有關。對單管程和多管程換熱器， 計算方式計算方式不同。詳見指導書不同。詳見指導書p50-51。殼體內(nèi)徑需圓整為標準尺。殼體內(nèi)徑需圓整為標準尺寸。以寸。以400mm為基數(shù)，以為基數(shù)，以100mm為進級檔，必要時為進級檔，必要時可以可以50 mm為進級檔。為進級檔。v9、折流板和支持板、折流板和支持板

10、v常用弓形折流板，缺口高度為殼體內(nèi)徑的常用弓形折流板，缺口高度為殼體內(nèi)徑的20-25%。折流板的間距選擇見指導書折流板的間距選擇見指導書P51-52。v10、旁路擋板和防沖擋板：、旁路擋板和防沖擋板：P52v11、接管、接管17v1、熱流量核算；、熱流量核算；v2、傳熱管和殼體壁溫核算；、傳熱管和殼體壁溫核算；v3、換熱器內(nèi)流體阻力計算。、換熱器內(nèi)流體阻力計算。三、列管式換熱器核算三、列管式換熱器核算181、管程分程隔板結構及厚度等有關尺寸：、管程分程隔板結構及厚度等有關尺寸：P94-952、折流板或支持板：、折流板或支持板：P97-100v 一般選用弓形折流板，水平或垂直缺口；折流板厚度、外

11、徑一般選用弓形折流板，水平或垂直缺口；折流板厚度、外徑及管孔尺寸和允許偏差見表及管孔尺寸和允許偏差見表4-24-5。v 支持板：當換熱器殼程介質(zhì)有相變化時，無需設置折流板，支持板：當換熱器殼程介質(zhì)有相變化時，無需設置折流板，當跨距超過一定數(shù)值時（表當跨距超過一定數(shù)值時（表4-6），需設置支持板，其形狀和尺），需設置支持板，其形狀和尺寸均按折流板一樣。對浮頭式換熱器浮頭端需設置支持板，此寸均按折流板一樣。對浮頭式換熱器浮頭端需設置支持板，此支持板可采用加厚的環(huán)板。支持板可采用加厚的環(huán)板。四、列管式換熱器零部件的工藝結構設計四、列管式換熱器零部件的工藝結構設計 （指導書第四章第一節(jié)）指導書第四章第

12、一節(jié)）193、拉桿、定距管、拉桿、定距管v 固定折流板與支持板，常用結構為拉桿、定距管結構，拉桿固定折流板與支持板，常用結構為拉桿、定距管結構，拉桿的直徑和數(shù)量見表的直徑和數(shù)量見表4-7、4-8，尺寸見表，尺寸見表4-9。定距管的結構同。定距管的結構同換熱管。拉桿的布置應均勻布置在管束的外邊緣。換熱管。拉桿的布置應均勻布置在管束的外邊緣。4、旁路擋板或擋管、旁路擋板或擋管v 推薦數(shù)量：根據(jù)公稱直徑，分別設置一對到三對擋推薦數(shù)量：根據(jù)公稱直徑，分別設置一對到三對擋板。分程隔板槽背面兩管板之間應設置擋管，與換熱板。分程隔板槽背面兩管板之間應設置擋管，與換熱管規(guī)格相同。也可用拉桿代替。管規(guī)格相同。也

13、可用拉桿代替。205、 防沖擋板防沖擋板v 防止殼程物料進口處流體沖刷換熱管而設置，一般防止殼程物料進口處流體沖刷換熱管而設置，一般當殼程介質(zhì)為氣體和蒸汽時需設置防沖擋板。當殼程介質(zhì)為氣體和蒸汽時需設置防沖擋板。6、接管、接管v 已給定，接管高度估算后應圓整到標準尺寸，見表已給定，接管高度估算后應圓整到標準尺寸，見表4-12、4-13。接管位置最小尺寸的估算。接管位置最小尺寸的估算。v 接管法蘭的選?。阂姼戒浰模汗芊ㄌm。接管法蘭的選?。阂姼戒浰模汗芊ㄌm。217、管板結構尺寸、管板結構尺寸v 管板的設計：選定合適的結構形式，確定結構尺寸和強度尺寸。管板的設計：選定合適的結構形式，確定結構尺寸和強

14、度尺寸。7.1固定管板式換熱器固定管板式換熱器v固定管板兼作法蘭：指導書固定管板兼作法蘭：指導書p107。v管板結構尺寸的確定：管板結構尺寸的確定：v首先確定殼體內(nèi)徑：換熱器殼體內(nèi)徑與傳熱管數(shù)目、管心距和首先確定殼體內(nèi)徑：換熱器殼體內(nèi)徑與傳熱管數(shù)目、管心距和傳熱管的排列方式有關。對單管程和多管程換熱器，傳熱管的排列方式有關。對單管程和多管程換熱器， 計算方式計算方式不同。詳見指導書書。殼體內(nèi)徑需圓整為標準尺寸。以不同。詳見指導書書。殼體內(nèi)徑需圓整為標準尺寸。以400mm為基數(shù)，以為基數(shù)，以100mm為進級檔，必要時可以為進級檔，必要時可以50 mm為進級檔。為進級檔。v殼體內(nèi)徑確定后，依據(jù)確定

15、的設計壓力、殼體內(nèi)徑來選擇法蘭殼體內(nèi)徑確定后，依據(jù)確定的設計壓力、殼體內(nèi)徑來選擇法蘭（長頸對焊法蘭、甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭），然后根據(jù)（長頸對焊法蘭、甲型平焊法蘭、乙型平焊法蘭），然后根據(jù)法蘭的相應結構尺寸確定管板的最大外徑、密封面位置、寬度、法蘭的相應結構尺寸確定管板的最大外徑、密封面位置、寬度、螺栓直徑、位置、個數(shù)等，也可直接查表螺栓直徑、位置、個數(shù)等，也可直接查表4-14固定管板式換熱器固定管板式換熱器管板尺寸得到有關尺寸管板尺寸得到有關尺寸 。227.2 浮動端管板外徑確定浮動端管板外徑確定一般有兩種方式：一般有兩種方式：7.2.1 若采用標準內(nèi)徑作為殼體內(nèi)徑時，浮頭若采用標準內(nèi)徑

16、作為殼體內(nèi)徑時，浮頭管板外徑為：管板外徑為： Do = Di - 2b1v 詳見指導書詳見指導書P107。這種方法是通過標準內(nèi)。這種方法是通過標準內(nèi)徑求出管板直徑徑求出管板直徑D0，再求出最大布管直徑，再求出最大布管直徑DL，但根據(jù)傳熱面積所確定的管子根數(shù)能否合理排但根據(jù)傳熱面積所確定的管子根數(shù)能否合理排進進DL中，可能需反復計算。中，可能需反復計算。23v先按工藝計算確定總管數(shù)，進行排管，做出排管圖，依據(jù)排先按工藝計算確定總管數(shù)，進行排管，做出排管圖，依據(jù)排管圖確定布管外徑管圖確定布管外徑DL，考慮浮頭蓋的密封結構后定出管板直，考慮浮頭蓋的密封結構后定出管板直徑徑Do，再確定殼體內(nèi)徑，最后將

17、內(nèi)徑圓整到標準值，再確定殼體內(nèi)徑，最后將內(nèi)徑圓整到標準值Di。即。即vDo = DL + 2b + 2(bn+1.5)vDi = Do + 2b17.2.2 無拘束地確定殼體內(nèi)徑無拘束地確定殼體內(nèi)徑24v 固定端管板主要指浮頭式、填料函式、固定端管板主要指浮頭式、填料函式、U形管式換熱器形管式換熱器和釜式重沸器的前管板，由殼體法蘭和管箱法蘭夾持的管板和釜式重沸器的前管板，由殼體法蘭和管箱法蘭夾持的管板組成，見圖組成，見圖4-21。這種管板主要是確定最大外徑及密封面寬。這種管板主要是確定最大外徑及密封面寬度，一般程序是先確定浮動管板的直徑，而確定殼體內(nèi)徑，度，一般程序是先確定浮動管板的直徑，而確

18、定殼體內(nèi)徑，再由殼體內(nèi)徑結合操作壓力、溫度選擇相應法蘭，再由法蘭再由殼體內(nèi)徑結合操作壓力、溫度選擇相應法蘭，再由法蘭的密封面確定管板密封面寬度及管板最大直徑。的密封面確定管板密封面寬度及管板最大直徑。p1077.4管板孔直徑和允許偏差管板孔直徑和允許偏差v見表見表4-17。7.3 固定端管板外徑確定固定端管板外徑確定25五、列管式換熱器機械結構設計五、列管式換熱器機械結構設計（指導書第四章第二節(jié)）指導書第四章第二節(jié)）v1、傳熱管與管板的連接、傳熱管與管板的連接v1.1 強度脹接強度脹接v1.2 強度焊接強度焊接v1.3 脹焊結合脹焊結合262、管板與殼體及管箱的連接、管板與殼體及管箱的連接2.

19、1 管板與殼體的連接管板與殼體的連接v延長部分兼作法蘭的管板延長部分兼作法蘭的管板v不帶法蘭的管板不帶法蘭的管板2.2 管板與管箱的連接管板與管箱的連接v固定管板式換熱器管板與管箱的連接固定管板式換熱器管板與管箱的連接v浮頭式、填料函式、浮頭式、填料函式、U形管式換熱器和釜式重沸器管板與殼體形管式換熱器和釜式重沸器管板與殼體及管箱的連接及管箱的連接v 一般用管箱法蘭、殼體法蘭將管板夾持固定而成為固定端一般用管箱法蘭、殼體法蘭將管板夾持固定而成為固定端管板，另一端無論有無管板均是自由伸縮。管板，另一端無論有無管板均是自由伸縮。27v3.1 管箱的結構形式管箱的結構形式v3.2 管箱結構尺寸的確定

20、管箱結構尺寸的確定vp1183、管箱、管箱28v主要指標準件主要指標準件v1、法蘭選用、法蘭選用v1.1 設備法蘭設備法蘭vJB4701-2000 甲型平焊法蘭甲型平焊法蘭vJB4702-2000 乙型平焊法蘭乙型平焊法蘭vJB4703-2000 長頸對焊法蘭長頸對焊法蘭v1.2 管法蘭管法蘭v指導書附錄四指導書附錄四六、列管式換熱器其他結構設計六、列管式換熱器其他結構設計（指導書第四章第三節(jié)）（指導書第四章第三節(jié)）29v2、墊片選用、墊片選用v設備墊片標準設備墊片標準vJB4704-2000 非金屬軟墊片非金屬軟墊片vJB4705-2000 纏繞墊片纏繞墊片vJB4706-2000 金屬包墊

21、片金屬包墊片30v3、膨脹節(jié)（、膨脹節(jié)（不要求不要求）v3.1、膨脹節(jié)的設計、膨脹節(jié)的設計 設置膨脹節(jié)的作用：設置膨脹節(jié)的作用：v（1）膨脹節(jié)是撓性構件，其軸向柔度大，在不大的）膨脹節(jié)是撓性構件，其軸向柔度大，在不大的軸向力作用下，可產(chǎn)生較大的軸向變形，可以有效地軸向力作用下，可產(chǎn)生較大的軸向變形，可以有效地減小殼體和管子由于溫差產(chǎn)生的熱應力。減小殼體和管子由于溫差產(chǎn)生的熱應力。v（2）防止管子與管板連接處不被拉脫）防止管子與管板連接處不被拉脫31ttttAFF 231管壁應力：tSSSAFF221殼壁應力：0qldaqt要求：應力評定：應力評定：（1）管子和殼體的軸向應力校核）管子和殼體的軸向應力校核 （2）管子和管板連接處的拉脫力校核）管子和管板連接處的拉脫力校核 其中：其中： q-管子和管板連接處的拉脫力管子和管板連接處的拉脫力 a-單根換熱管的橫截面積單根換熱管的橫截面積 l-管子與管板的脹接深度管子與管板的脹接深度（3）管子軸向穩(wěn)定性校核）管子軸向穩(wěn)定性校核 要求：要求：tcr 管子和殼體的軸向應力、管子和管板連接處的拉、管子軸向穩(wěn)管子和殼體的軸向應力、管子和管板連接處的拉、管子軸向穩(wěn)定性均應滿足強度要求，其中只要有一項條件不能滿足要求，就必