【正文】 .............................. 49 結(jié)論與展望 .............................................................................................................................. 54 致 謝 .................................................................................................................................. 55 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 56 附錄 A：主要參考文獻(xiàn)摘要及題錄 ...................................................................................... 57 附錄 B：英文原文及翻譯 ....................................................................................................... 59 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) IV 插圖清單 圖 21 折流板 ………… ……………………………………………………………………… 9 圖 31 封頭的結(jié)構(gòu)形式 ……………………………………… …………………………… ..18 圖 32 管箱法蘭的結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………… ..22 圖 33 凸面法蘭的結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………… ..22 圖 34 板式平焊法蘭的結(jié)構(gòu) …… ………………………………………………………… ..23 圖 35 墊片的結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………………… ..24 圖 36 換熱管與管板的連接結(jié)構(gòu)型式 …………………………………………………… ..25 圖 37 折流板布置圖 …………………………………… ………………………………… ..33 圖 38 管板的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)尺寸 ………………………………………… ……………………… 46 圖 317 分程隔板的結(jié)構(gòu) …………………………………………………………………… 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） V 表格清單 表 21 設(shè)計(jì)有關(guān)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(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié) 果一覽 表 …………………………………… ..15 表 31 不另行補(bǔ)強(qiáng)的接管最小厚度 ……………………………………………………… ..19 表 32 法蘭參數(shù) …………………………………………………………………………… ..22 表 33 筒體法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸 ………………………………… …………………………… ..23 表 34 管箱法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸 ……………………………………………………………… ..23 表 35 鞍座尺寸表 ………………………………………………………………………… ..47 表 41 各部件質(zhì)量表 ………………… …………………………………………………… ..48 表 42 原始數(shù)據(jù)表 ………………………………………………………………………… ..49 劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 1 引 言 在化工生產(chǎn)中，反應(yīng)釜中的化學(xué)反應(yīng)都是在一定溫度下進(jìn)行的，物料進(jìn)入到反應(yīng)釜中受到溫度的限制，因此在物料進(jìn)入反應(yīng)釜之前進(jìn)行換熱以達(dá)到所要求的溫度，這就是反應(yīng)釜冷卻器產(chǎn)生的背景。 本設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一臺合適的列管式換熱器，列管式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱設(shè)備， 列管式換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能進(jìn)行機(jī)械清洗。為了滿足不同 的工藝要求，產(chǎn)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(yùn)行會導(dǎo)致設(shè)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(shè)備維修、停機(jī)或者報(bào)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(fù)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?yàn)樗^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(xiàn)。 本文 首先要根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)選擇選擇合適的列管式換熱器，再對換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在列管式換熱器的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)很成熟，對于工藝設(shè)計(jì)，可以根據(jù)《化工原理》上面的方法進(jìn)行計(jì)算。對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，可以根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)手冊和換熱器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB1511999 進(jìn)行計(jì)算和校核。傳統(tǒng)的手工校核不僅計(jì)算量大，而且稍不注意可能影響校核結(jié)果，所以現(xiàn)在我們的設(shè)計(jì)單位和工廠都采用 SW6 軟件進(jìn)行校核，這也大大減少了工程設(shè)計(jì)人員的工作量。 隨著科技 的不斷發(fā)展，各種新技術(shù)在列管式換熱器上的應(yīng)用，列管式換熱器在我們化工生產(chǎn)中的地位也越來越重要，因而列管式換熱器的推廣應(yīng)用前景十分可觀。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 緒論 換熱器的應(yīng)用 換熱 裝置是以傳遞熱量為主要 功能的通用機(jī)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(yīng)用 。在化工廠中，換熱設(shè)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(shè)備在能量儲存、轉(zhuǎn)化、回收，以及新能源利用和污染治理中得到了廣泛的應(yīng)用。 在 工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)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(dá)到工藝過程規(guī)定的指標(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(shè)備中，應(yīng)用最為廣泛的是管殼式換熱器。目前這種換熱器被當(dāng)作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(kuò)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(zhuǎn)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(shè)備選型時需要考慮的因素是多方面的，主要有： ； 體的性質(zhì)： 、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(zhì)對換熱器類型的選擇 往往會產(chǎn)生重大的影響，如流體的物理性質(zhì)（如比熱容、熱導(dǎo)率、粘度） 、化學(xué)性質(zhì)（如腐蝕性、熱敏性）、結(jié)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(qiáng)腐蝕性決定了設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，限制了可能采用的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(jié) 構(gòu)。 同樣，換熱介質(zhì)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(jié)構(gòu)和墊片性能的限制，當(dāng)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(yīng)考慮材料的價格、制造成本、動力消耗費(fèi)和使用壽命等因素，劉松：反應(yīng)釜冷卻器設(shè)計(jì) 3 力求使換熱器在整個使用壽命內(nèi)最經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。 列管式換熱器 列管式換熱器是一種廣泛使用的換熱設(shè)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(dú)立的空間：管內(nèi)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(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在各工業(yè)領(lǐng)域中得到最為廣泛的應(yīng)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，列管式換熱器仍占主導(dǎo)地位。 列管式換熱器根據(jù)它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜，但管外不能機(jī)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(jìn)出口接管。通常在管外設(shè)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(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。因此，當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時，由于兩者的熱膨脹性不同，產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)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(yīng)力必須設(shè)有溫差補(bǔ)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(yīng)有相應(yīng)的溫差補(bǔ)償裝置。但補(bǔ)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(bǔ)償圈過厚難以伸縮，會失去溫差補(bǔ)償作用，此時就應(yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。 (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(diǎn)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(dāng)兩種換熱介質(zhì)的溫差大時，不會因管束與殼體的熱膨脹量不同而產(chǎn)生溫差應(yīng)力。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)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(dāng)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(bǔ)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(diǎn)是管子內(nèi)壁清洗困難，管子更換困難，管板上排列的管子少。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)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(jié)構(gòu)比浮頭式簡單，造價也比浮頭式低。但殼程內(nèi)介質(zhì)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(zhì)。 (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(jié)構(gòu)，所以它具有浮頭式、 U 形管式換熱器的特性。在結(jié)構(gòu)上與其他換熱器不同之處在于殼體上部設(shè)