換熱器設計 畢業(yè)論文

1、河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術學院畢業(yè)設計列管式換熱器設計專業(yè)班級學號指導教師成績列管式換熱器設計摘要化工設備課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關先修課程的基本知 識去完成某一設備設計任務的一次訓練。本次的設計的內容是水一CO2列管式固定管板換熱器的設計。這方面的知識 雖然我們在大三上學期進行了理論課的學習，但是了解和掌握的東西仍然很有 限。在這次的課程設計，通過熱量衡算，工藝計算，結構設計和校核等一系列工 作，我們基本上完成了設計任務，也讓我明白了怎么應用所學的化工設備知識， 結合我們所掌握的其他相關學科的知識、計算機技術、參照相關的書籍文獻等去 解決實際的設計問題。并且通過在設計過程中，不斷的發(fā)

2、現(xiàn)問題解決問題，使我 們能夠更加熟練的運用這些知識與技能。這些經驗的積累是對課堂學習的鞏固和 拓展，也是一次寶貴的經驗積累。當然在整個設計過程種，也離不開老師的悉心指導和同組各位組員的同心 協(xié)力。在我們的實踐過程中，通過小組各位組員的分工合作和相互配合，我們才 能比較順利的完成各個時段的工作，在遇到問題時，我們能夠一起參與討論，通 過查閱資料、咨詢老師等來解決。雖然在這個過程中，我們有發(fā)生過計算失誤而 重頭開始計算，有過發(fā)現(xiàn)畫圖過程中的設計缺陷而重新設計等等問題，但這不但 沒有讓我們知難而退，反而讓我們更加深刻的認識到科學設計中所應該持有的嚴 謹務實的態(tài)度的重要性。這些寶貴經驗的積累，對我們今

3、后的學習工作也一定會 有很大的幫助。關鍵詞:結構設計，工藝計算目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第一章設計條件3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第二章?lián)Q熱器結構設計3 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 2.1管子數(shù)計算32.2排列方式確定3 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 2.3殼體直徑確定4 HYPERLINK l bookmark36 o Current

4、 Document 2.4殼體壁厚計算5 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.5管板尺寸確定52.6封頭尺寸確定6 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 2.7容器法蘭選擇62.8管子拉脫力計算62.9折流板計算82.10支座確定9 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 第三章?lián)Q熱器主要結構尺寸和計算結果列表9 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 參考文獻 11 HYPERLINK l bookmark8

5、4 o Current Document 致謝12第一章設計條件1.1已知條件:(1)氣體工作壓力：管程：CO2壓力1.5MPa，進口溫度100。C ,出口溫度60 C殼程：冷卻水，壓力1.0MPa，進口溫度20。C ,出口溫度50。C(2) Z = 100 - 50 = 50。C1At 2 = 60 - 20 = 40。CAt =1Atln1At2Af = 3 = 44。C50 ln40100 - 60 =1.33口 = 0.37550 - 20t t P = 1T -11 100 - 20經查得t = 0.91At =Ot xAt = 0.91x 44C = 40C m殼、管壁溫差40.C

6、，t t。(3)由工藝計算求得換熱面積為40m2。第二章結構設計2.1管子數(shù)n：選25 x 2.5的無縫鋼管，材質2 0號鋼，管長4.5mSn= 兀d均L n = M 400=126 根兀d均L 兀 x 0.0225 x 4.5其中因安排拉桿需增加6根，實際空數(shù)120個。2.2管子排列方式，管間距確定管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形錯列，正方形直列和 正方形錯列。a.正三角形錯列b .正方形直列c.正方形列列正三角形排列比較緊湊，在一定的殼徑內可排列較多的管子，且傳熱 效果好，但管外清洗較為困難。而正方形排列，管外清洗方便，適用于殼程中的 流體易結垢的情況，其傳熱效果較正三角形差些

7、。以上排列方式中最常用的是正 三角形錯列，用于殼側流體清潔，不易結垢，后者殼側污垢可以用化學處理掉 的場合。本設計采用正三角形排列，經查得層數(shù)為13層。取管間距a=32mm，如圖1-1圖1-1排管圖2.3換熱器殼體直徑的確定殼體內徑為D = a (b -1) + 21式中D 換熱器內徑；b正六角形對角線上的管子數(shù)，查得b=13l最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取l=2d0.D = 32 x (13 -1) + 2 x 2 x 25 = 484取殼體內徑D = 500mm。2.4換熱器殼體壁厚的計算材料選用Q235，計算壁厚為跖=舊+C2bJ甲一P式中P設計壓力，取P=1.25MPa;D =5

8、00mm中=0.85;In = 113MPa1.25 x 500 。仁6 n =+ 3.5x 113 x 0.85 -1.25=6.77mm圓整后實取6 n =7mm.2.5管板尺寸確定選用固定式換熱器管板，并兼作法蘭。由鋼制列管式固定管板換熱器結構設計手冊4.11.7節(jié)，查得Pt=P = 16kgf /cm2（1.6MPa）（取管板的公稱壓力為16 kgf/cm 2）的碳鋼管板尺寸。2.6換熱器封頭選擇上下封頭均選用標準橢圓形封頭，根據(jù)JB1154-73標準，封頭為DN500 x 8，曲面高度七=125mm，直邊高度h2= 25mm,材料選用20鋼2.7容器法蘭的選擇材料：16MnR根據(jù)JB

9、116。-82標準，選用DEgPMPa）的突面密封面甲型平焊法蘭。法蘭尺寸如圖1-3所示。2.8管子拉脫力計算管子殼體材質20鋼Q235a (1/oC)11.8 X 10 -611.8 X10 -6E(MPa)0.21 X 106尺寸4 25 x 2.5 x 45004 500 X 8管子數(shù)120根管間距32 mm管殼壁溫差At = 40 oC管子與管板連接方式脹接脹接長度30mm在操作壓力下，每平方脹接周邊所產生的力qpq-p Fd 0/式中 f =0.866a2-Xd 240=0.866x 322 -x 2524=396mm2=3.96 x 10 -4 m2P=1.5MPal =30mm1

10、.5 x 3.96 x 10-4 x 106 q =p -X 0.025 X 0.03=0.25MPa2溫差力導致的每平方米脹接周邊上的拉脫力_Q 2 d 2 ）% - 4d0i _ aE（t -t）C 1 + tAsA =兀 D S=兀 x 508 x 8=1.276 x 10-2 m2A = d 2 - d 21t 4 i=-x252 - 202 )x 1204=21800mm2=0.022m211.8 x 10-6 x 0.21 x 106 x 400.0220.0127=42.3MPa42.3 x 00252 - 0.022 q =t 4 x 0.025 x 0.03=3.17MPa由

11、已知條件可知：q與qt的作用方向相同，合拉脫力 q = q + q =3.42 =4.0MPa拉脫力在范圍之內2.9折流板設計3折流板為弓形3 = -D =-x500 = 375mm，經查得折流板最小厚度為4mm;折流i 4板外徑為496.5mm，材料為Q235A鋼，。拉桿選用412，共6根，材料為Q235折流板數(shù)量M L 0.1 N = 1Bh04500 100 1N =一 1 =6.33B 600取整的NB=7塊 實際折流板間距為：4500 100 h = 550mm7 +1折流板開孔直徑由參考文獻3表4-23查得為4 25.8 x 0.402.10支座設計采用鞍座查文獻二314，315頁

12、取DN500-A I M200型鞍式支座第三章?lián)Q熱器主要結構尺寸和計算結果列表項目結果單位換熱器公稱直徑D500mm換熱器管程數(shù)p1-換熱器管子總數(shù)Nt120根換熱器單管長度L4.5m換熱器管子規(guī)格4 25 x 2.5mm換熱器管子排列方式正三角形管心距，32mm管板厚度T30mm折流板間距B550mm折流板個數(shù)NB7根折流板外徑496.5mm折流板厚度4mm殼體厚度5d7mm殼程流體進口接管規(guī)格4 65 x 6mm殼程流體出口接管規(guī)格4 65 x 4mm管程流體進出口接管規(guī)格4100 x 4mm封頭厚度5d8mm封頭內徑500mm封頭曲面高度125mm封頭直徑高度25mm參考文獻國家質量技術

13、監(jiān)督局.GB151-1999管殼式換熱器.北京：中國標準出版社， 1999化工設備機械基礎.刁玉瑋.大連理工大學出版社1992.12中華人民共和國機械工業(yè)部，石油工業(yè)部，化學工業(yè)部鋼制管殼式換熱器 設計規(guī)定1983年，化學工業(yè)出版社化工原理.張宏麗.北京.化學工業(yè)出版社2008.2化工機械工程手冊余國宗.化學工業(yè)出版社2003.1化工設備設計手冊朱有庭.化學工業(yè)出版社2005.6化工設備與維修王靈果.孫愛萍2009.8化工設備制造技術龐春虎.化學工業(yè)出版社2009.5常用化工單元設備設計李慶樣.華南理工大學出版社 2003.4化工設備設計全書編輯委員會.化工設備設計全書一一換熱器.北京：化學 工業(yè)出版社，2003JB1154-73北京：中國標準出版社，JB1160-82北京：中國標準出版社，致謝在本次論文設計過程中，老師對該論文從選題，構思到最后定稿的各