【正文】 ...................... 23 管箱封頭厚度計(jì)算 ........................................................................................ 24 外頭蓋封頭計(jì)算 ............................................................................................ 25 管板計(jì)算與校核 ..................................................................................................... 26 管板的厚度計(jì)算 ............................................................................................ 26 浮頭式換熱器管板計(jì)算 ................................................................................ 27 管子與管板連接拉脫力的計(jì)算與校核 ........................................................ 28 螺栓計(jì)算與校核 ....................................................................................................... 29 螺栓載荷 ........................................................................................................ 29 螺栓面積 ........................................................................................................ 30 螺栓設(shè)計(jì)載荷 ................................................................................................ 30 法蘭的計(jì)算與校核 ................................................................................................... 30 接管開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ................................................................................................... 33 壓力實(shí)驗(yàn) ................................................................................................................... 35 殼體水壓試驗(yàn) ................................................................................................ 35 管程水壓 試驗(yàn)壓力 ........................................................................................ 36 第六章 制造、檢驗(yàn)和驗(yàn)收 .................................................................................................... 37 總則 ........................................................................................................................... 37 浮頭式換熱器的制造 ............................................................................................... 37 封頭和管箱 .................................................................................................... 37 折流板 ............................................................................................................ 37 管束的組裝 .................................................................................................... 38 換熱器的組裝 ................................................................................................ 38 浮頭式換熱器的檢驗(yàn)與驗(yàn)收 ................................................................................... 38 總結(jié) .......................................................................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 41 第一章 緒論 1 第一章 緒論 工程背景 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備。近年來 ,由于新科學(xué)技術(shù)和節(jié)約能源的發(fā)展 ,對被廣泛應(yīng)用的換熱器 ,提高換熱器的傳熱性能和開發(fā)新的節(jié)能型換熱器 ,已成為換熱器設(shè)計(jì)、制造方面的重要課題。在化工廠，換熱器的費(fèi)用約占總費(fèi)用的10%20%，在煉油廠約占總費(fèi)用的 35%40%。我國石化行業(yè)的換熱設(shè)備以管殼式換熱器為主，而且傳統(tǒng)弓形折流板換熱器占到總量的 70％～ 80％。弓形折流 板換熱器固然有其優(yōu)點(diǎn)，并在產(chǎn)業(yè)節(jié)能方面做出了巨大貢獻(xiàn)，但在新的節(jié)能減排形勢下，其缺點(diǎn) (壓降大、存在大量流動死區(qū)、振動大、傳熱效率低等 )嚴(yán)重限制了自身的生存和發(fā)展空間，同時(shí)也推進(jìn)了強(qiáng)化傳熱理論和換熱器的發(fā)展 。 研究的目的和意義 隨著現(xiàn)代新工藝、 新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重 ，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用 ，有時(shí)甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的 工業(yè)國家熱回收率已達(dá) 96% 。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的 30% 左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，約 70% 。其余 30% 為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時(shí)，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性 ，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，并朝大型化的方向研究發(fā)展。 廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 2 第二章 換熱器介紹 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展 換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機(jī)械及其它許多工業(yè)部門廣 泛使用的一種通用設(shè)備。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%。例如，如煙道氣（約 200～ 300℃）、高爐爐氣（約 1500℃）、需要冷卻的化學(xué)反應(yīng)工藝氣（ 300～ 1000℃）等的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動力的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成 一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 二十世紀(jì) 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱。 30 年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。 60 年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 此外，自 60 年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。 近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。能源緊缺已成為世界性重大問題之一，各工業(yè)部分都在大力發(fā)展大容量、高性能設(shè)備，以減少設(shè)備的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大 的換熱設(shè)備。特別是 20 世紀(jì) 70 年代的世界能源危機(jī)，加速了當(dāng)代先進(jìn)換熱技術(shù)和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。世界各國十分重視傳熱強(qiáng)化和熱能回收利用的研究和開發(fā)工作，開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備來提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，并取得了豐碩成果。到目前為止，已研究和開發(fā)出多種新的強(qiáng)化傳熱技術(shù)和高效傳熱元件。為了強(qiáng)化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。 第二章 換熱器介紹 3 換熱器的主要分類 在工業(yè)生產(chǎn)中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了各種不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱設(shè)備。 換熱器的分類及特點(diǎn) 按換熱設(shè)備 熱傳遞原理或傳熱方式進(jìn)行分類，可分為以下幾種主要形式： 1）直接接觸式換熱器 又稱混合式換熱器，它利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。這類換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工藝允許兩種流體混合的場合。 2）蓄熱式換熱器 這類換熱器又稱回?zé)崾綋Q熱器。它是借助于由固體 (如固體調(diào)料或多孔性格子磚等 )構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜、單體體積傳熱面積大，故較適合用于氣 氣熱交換的場合。 3）間壁式換熱器 這種換熱器又稱表面式換熱器。它是利用間壁（固體壁面）將進(jìn)行熱交換的冷、熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣可分為： a)管式換熱器 這類換熱器都是通過管子壁面進(jìn)行傳熱的換熱器。按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同大致可以分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、管殼式換熱器和纏繞管式換熱器等。 b)板面式換熱器 此類換熱器都是以板面作為傳熱面，按傳熱板面的結(jié)構(gòu)形式可分分為以下五種：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換 熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器。 板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使流體能在較低的速度下就達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)化了傳熱。板面式換熱器采用板材制造，在大規(guī)模組織成產(chǎn)時(shí)，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。 c)其他型式換熱器 這類換熱器是指一些具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器，一般是為滿足某些工藝特殊要求而設(shè)計(jì)的，如石墨換熱器、聚四氟乙烯換熱器和熱管換熱器等。 廣東石油化工學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 4 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) 管殼式換熱器是目前用得最為廣泛的一種換熱器，主要是由殼體、傳熱管束、管板、折流 板和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。進(jìn)行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內(nèi)流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。折流板可以提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強(qiáng)流體湍流程度。 流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次就稱為