【正文】 .............................. 49 結論與展望 .............................................................................................................................. 54 致 謝 .................................................................................................................................. 55 參考文獻 .................................................................................................................................. 56 附錄 A：主要參考文獻摘要及題錄 ...................................................................................... 57 附錄 B：英文原文及翻譯 ....................................................................................................... 59 劉松：反應釜冷卻器設計 IV 插圖清單 圖 21 折流板 ………… ……………………………………………………………………… 9 圖 31 封頭的結構形式 ……………………………………… …………………………… ..18 圖 32 管箱法蘭的結構 …………………………………………………………………… ..22 圖 33 凸面法蘭的結構 …………………………………………………………………… ..22 圖 34 板式平焊法蘭的結構 …… ………………………………………………………… ..23 圖 35 墊片的結構 ………………………………………………………………………… ..24 圖 36 換熱管與管板的連接結構型式 …………………………………………………… ..25 圖 37 折流板布置圖 …………………………………… ………………………………… ..33 圖 38 管板的結構尺寸 …………………………………………………………………… ..41 圖 39 筒體接管位置 ……………………………………………………………………… ..42 圖 310 管箱接管位置 …………………… ………………………………………………… 42 圖 311 管箱尺寸 …………………………………………………………………………… 43 圖 312 管箱法蘭與管箱 的連接 …………………………………………………………… 44 圖 313 管板與筒體的連接 ……………………………… ………………………………… 45 圖 314 管箱與管板的連接 ………………………………………………………………… 45 圖 315 拉桿的尺寸 ………………………………………………………………………… 46 圖 316 定距管的結構尺寸 ………………………………………… ……………………… 46 圖 317 分程隔板的結構 …………………………………………………………………… 46 圖 318 鞍式支座的安裝 …………………………………………………………………… 47 圖 41 筒體受力分析 ………………………………………………… …………………… ..50 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） V 表格清單 表 21 設計有關參數(shù) ………………………………………………………………………… 6 表 22 換熱器常用的流速范圍 ……………………………………………………………… 8 表 23 常用換熱管管心距 …………………… ……………………………………………… 8 表 24 換熱管最大無支承長度 ……………………………………………………………… 9 表 25 合理壓力降的選取 ………………………………………………………………… ..14 表 26 換熱器主要工藝結構參數(shù)和計算結 果一覽 表 …………………………………… ..15 表 31 不另行補強的接管最小厚度 ……………………………………………………… ..19 表 32 法蘭參數(shù) …………………………………………………………………………… ..22 表 33 筒體法蘭的結構尺寸 ………………………………… …………………………… ..23 表 34 管箱法蘭的結構尺寸 ……………………………………………………………… ..23 表 35 鞍座尺寸表 ………………………………………………………………………… ..47 表 41 各部件質量表 ………………… …………………………………………………… ..48 表 42 原始數(shù)據(jù)表 ………………………………………………………………………… ..49 劉松：反應釜冷卻器設計 1 引 言 在化工生產中，反應釜中的化學反應都是在一定溫度下進行的，物料進入到反應釜中受到溫度的限制，因此在物料進入反應釜之前進行換熱以達到所要求的溫度，這就是反應釜冷卻器產生的背景。 本設計要求設計一臺合適的列管式換熱器，列管式換熱器是目前應用最為廣泛的換熱設備， 列管式換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能進行機械清洗。為了滿足不同 的工藝要求，產生了許多種列管式換熱器，有固定管板式換熱器、填料函式換熱器、浮頭式換熱器和 U型管式換熱器。 傳統(tǒng)的列管式換熱器 長期運行會導致設備被水垢堵塞，將會使效率降低、功耗增加、壽命縮短。如果水垢不能被及時地清除，就會面臨設備維修、停機或者報廢更換的危險。而且傳統(tǒng)的列管式換熱器大部分是碳鋼材料，容易 引起腐蝕，現(xiàn)在很多換熱器換上了新材料，比如高分子復合材料和陶瓷 ,特別是陶瓷換熱器在金屬換熱器的使用局限下得到了很好的發(fā)展，因為它較好地解決了耐腐蝕、耐高溫等課題，成為了回收余熱最佳換熱器 ，目前，陶瓷換熱器可以用 于冶金、有色、耐材、化工、建材等行業(yè)主要熱工窯爐，正在為世界節(jié)能減排事業(yè)作出了巨大的貢獻。 本文 首先要根據(jù)前人的經(jīng)驗選擇選擇合適的列管式換熱器，再對換熱器進行設計。現(xiàn)在列管式換熱器的設計方法已經(jīng)很成熟，對于工藝設計，可以根據(jù)《化工原理》上面的方法進行計算。對于結構設計和強度校核，可以根據(jù)換熱器結構手冊和換熱器設計標準 GB1511999 進行計算和校核。傳統(tǒng)的手工校核不僅計算量大，而且稍不注意可能影響校核結果，所以現(xiàn)在我們的設計單位和工廠都采用 SW6 軟件進行校核，這也大大減少了工程設計人員的工作量。 隨著科技 的不斷發(fā)展，各種新技術在列管式換熱器上的應用，列管式換熱器在我們化工生產中的地位也越來越重要，因而列管式換熱器的推廣應用前景十分可觀。 安徽工程大學畢業(yè)設計（論文） 2 第 1 章 緒論 換熱器的應用 換熱 裝置是以傳遞熱量為主要 功能的通用機械，通常稱為熱交換器，簡稱換熱器。換熱器在化工、石油、制冷、動力、食品等部門中均有廣泛的應用 。在化工廠中，換熱設備的投資約占總投資的 10%~20%；在煉油廠中，約占總投資的 35%~40%。近二十年來，換熱設備在能量儲存、轉化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了廣泛的應用。 在 工業(yè)生產中，換熱設備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝過程規(guī)定的指標，以滿足 工藝過程的需要。此外，換熱設備也是回收余熱、廢熱特別是低品位熱能的有效裝置。 換熱器隨使用目的的不同，可分為：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。在換熱設備中，應用最為廣泛的是管殼式換熱器。目前這種換熱器被當作為一種傳統(tǒng)的標準換熱器，在許多工業(yè)部門中被大量的使用。 換熱器的分類 根據(jù)換熱的目的和工藝要求不同，換熱器的結構型式必然是五花八門，其分類也是多種多樣。 ：直接接觸式、蓄熱式和間壁式三種類型。 ：加熱器、冷卻器、再沸器、冷凝器 ， 蒸發(fā) 器、涼水塔、廢熱鍋爐等。 ：緊湊式換熱器（換熱面積密度 23700m /m? ）和非緊湊式換熱器 (換熱面積密度 23700m /m? ﹚ 。 ：單程型換熱器和多程型換熱器。 為：管式換熱器（主要有管殼式、套管式、螺 旋盤管式或蛇管式換熱器）； 熱管式換熱器（主要有吸液芯熱管、重力熱管、旋轉式熱管換熱器）；板式換熱器（主要有板式、螺旋板式、傘板式、板殼式換熱器）；擴展表面式換熱器（主要有板翅式和管翅式換熱器）；蓄熱式換熱器（主要有回轉式和固定格室式換熱器）；其他（孔塊式換熱器、空冷器及薄膜式換熱器等）。 換熱器的選型 傳熱設備選型時需要考慮的因素是多方面的，主要有： ； 體的性質： 、壓力及允許的壓降范圍； 、維修的要求； 、尺寸、重量； 、使用安全性和壽命等。 流體的性質對換熱器類型的選擇 往往會產生重大的影響，如流體的物理性質（如比熱容、熱導率、粘度） 、化學性質（如腐蝕性、熱敏性）、結垢情況以及是否有腐蝕性顆粒等因素。如用于硝酸的加熱器，流體的強腐蝕性決定了設備的結構材料，限制了可能采用的結構范圍。又如對于熱敏性大的液體，能否精確控制它在加熱過程中的溫度和停留時間，往往就成為選型的主要前提。流體的清凈程度和易否結構，有時在選型上也起決定性的作用，如對于需要的經(jīng)常清洗換熱面的物料，就不能選用高效的板翅式或其他不可拆卸的結 構。 同樣，換熱介質的流量、工作溫度、壓力等參數(shù)在選型時也很重要，例如板式換熱器雖然高效緊湊、性能好，但是由于受結構和墊片性能的限制，當壓力或溫度稍高，或者流量很大時就不適用了。 在換熱器選型時，還應考慮材料的價格、制造成本、動力消耗費和使用壽命等因素，劉松：反應釜冷卻器設計 3 力求使換熱器在整個使用壽命內最經(jīng)濟地運行。 列管式換熱器 列管式換熱器是一種廣泛使用的換熱設備。 列管式換熱器是把換熱管束與管板連接后，再用筒體與管箱包起來，形成兩個獨立的空間：管內的通道及相連通的管箱，稱為管程空間（簡稱管程 ） ；換熱管束外的通 道及相貫通的部分，稱為殼程空間（簡稱殼程）。 列管式換熱器具有可靠性能高、適應性廣等優(yōu)點，在各工業(yè)領域中得到最為廣泛的應用。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，列管式換熱器仍占主導地位。 列管式換熱器根據(jù)它的結構特點，可分為固定管板式、浮頭式、 U形管式、填料函式和釜式重沸器五類。 (1)固定管板式換 換熱器 。 這類換熱器的結構比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機械清洗。此種 換熱器管束連接在管板上，管板分別焊在外殼兩段，并在其上連接有頂蓋 ，頂蓋和殼體沒有流體進出口接管。通常在管外設置一系列垂直于管束的擋板。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的，而管內管外是兩種不同溫度的流體。因此，當管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹性不同，產生了很大的溫差應力，以致管子扭彎或使管子從管板上松脫，甚至毀壞了換熱器。 為了克服溫差 應力必須設有溫差補償裝置，一般在管壁與殼壁溫度相差 50℃ 以上時，為安全起見，換熱器應有相應的溫差補償裝置。但補償裝置（波形膨脹節(jié)）只能用于殼壁與管壁溫差低于 6070℃ 和殼程流體壓力不高的情況。一般殼程壓力超過 時，由于 補償圈過厚難以伸縮，會失去溫差補償作用，此時就應考慮其他結構。 (2)浮頭式換熱器 浮頭式 換熱器的一塊管板用法蘭與外殼相連接，另一塊管板不與外殼連接，以使管子受熱或冷卻時可以自由伸縮，但在這塊管板上連接一個頂蓋，稱為“浮頭”，所以這種換熱器叫做浮頭式換熱器。其優(yōu)點是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨脹不受殼體約束，因而當兩種換熱介質的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量不同而產生溫差應力。其缺點是結構復雜，造價高，且浮頭管板和浮頭蓋連接處發(fā)生 泄漏時不易檢查。 需要說 明的是為克服裝配與檢修時抽裝管束 的困難，避免損壞折流板和支撐板 ,當換熱器直徑較大或管束較長時，需在管束下方安裝滑道。 (3)U形管式換熱器 U 形管換熱器每根管子都彎成 U形，兩端固定在同一塊管板上，每根管子皆可自由伸縮，從而解決熱補償問題。管程至少為兩程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨脹。其缺點是管子內壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點是結構簡單，質量輕，適用于高溫高壓條件。 (4)填料函式換熱器 這類換熱器管束一端可以自由伸縮，結構比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內介質有外泄的可能，殼程中不宜處理 易揮發(fā)、易燃、 易 爆和有毒介質。 (5)釜式重沸器 這種換熱器是管束可以分為浮頭式、 U 形管式和固定管板式結構，所以它具有浮頭式、 U 形管式換熱器的特性。在結構上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設置一個蒸