【正文】 1 目 錄 摘要 ................................................................. 1 Abstract ............................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 前言 ................................................................. 2 第一章 換熱器概述 .................................................... 3 換熱器的應(yīng)用 .................................................. 3 換熱器的主要分類 .............................................. 3 管 殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) .......................................... 8 換熱管簡(jiǎn)介 .................................................... 9 第二章 工藝計(jì)算 ..................................................... 10 設(shè)計(jì)條件 ..................................................... 10 核算換熱器傳熱面積 ........................................... 10 壓力降的計(jì)算 ................................................. 15 換熱器壁溫計(jì)算 ............................................... 18 第三章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 .................................... 21 殼體與管箱厚度的確定 ......................................... 21 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ................................................. 23 水壓試驗(yàn) ..................................................... 29 換熱管 ....................................................... 30 管板設(shè)計(jì) ..................................................... 32 折流板 ....................................................... 38 拉桿與定距管 ................................................. 40 防沖板 ....................................................... 41 保溫層 ....................................................... 41 法蘭與墊片 .................................................. 41 鉤圈式浮頭 .................................................. 45 分程隔板 .................................................... 51 鞍座 ........................................................ 51 接管的最小位置 .............................................. 53 2 第四章 換熱器的腐蝕、制造與檢驗(yàn) ..................................... 55 換熱器的腐蝕 ................................................. 55 換熱器的制造與檢驗(yàn) ........................................... 55 第五章 焊接工藝評(píng)定 ................................................. 59 殼體焊接工藝 ................................................. 59 換熱管與管板的焊接 ........................................... 59 法蘭與筒體的焊接 ............................................. 60 第六章 換熱器的安裝、試車與維護(hù) ..................................... 61 安裝 ......................................................... 61 試車 ......................................................... 61 維護(hù) ......................................................... 62 總結(jié) ................................................................ 63 致謝 ................................................................ 65 參考文獻(xiàn) ............................................................ 66 附錄Ⅰ浮頭法蘭厚度計(jì)算程序 .......................................... 67 附錄Ⅱ 相關(guān)文獻(xiàn) ..................................................... 71 1 摘 要 本設(shè)計(jì)說(shuō)明書是關(guān)于 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行了換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)的前半部分是工藝計(jì)算部分，主要是根據(jù)給定的設(shè)計(jì)條件估算換熱面積，從而進(jìn)行換熱器的選型，校核傳熱系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際的換熱面積，最后進(jìn)行壓力降和壁溫的計(jì)算。設(shè)計(jì)的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè) 計(jì)，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件（如接管、 折 流板、定距管、 鉤圈、 管箱等）的設(shè)計(jì)，包括：材料的選擇、具體尺寸確定、確定具體位置、 管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋 和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。最后設(shè)計(jì)結(jié)果可通過(guò) 6 張圖表現(xiàn)出來(lái)。 關(guān)于浮頭式換熱器設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書中都有詳細(xì)的說(shuō)明。 關(guān)鍵詞：管殼式換熱器 浮頭 式換熱器 管板 浮頭 蓋 浮頭法蘭 2 前 言 畢業(yè)設(shè)計(jì) 是完成教學(xué)計(jì)劃實(shí)現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)；是教學(xué)計(jì)劃中綜合性最強(qiáng)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié) 。它對(duì)提高學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及培養(yǎng)學(xué)生的工作作風(fēng)、工作態(tài)度和處理問(wèn)題等方面具有很重要的意義。 本次 畢業(yè)設(shè)計(jì) 的題目是 浮頭式換熱器設(shè)計(jì)。 浮頭式換熱器是長(zhǎng)嶺煉油廠的典型設(shè)備，主要用于原油和油品等的換熱，并且設(shè)計(jì)的原始資料及數(shù)據(jù)均來(lái)源于工廠中正在運(yùn)行的設(shè)備。 這次設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容為換熱器的工藝計(jì)算、換熱器的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)。其中，工藝計(jì)算主要是確定換熱器的換熱面積、換熱器的選型、壓降計(jì)算、壁溫計(jì)算等；而結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)則主要包括：管板厚度計(jì)算、換熱管的分布、折流板的選型、浮頭蓋及浮頭法 蘭的計(jì)算、開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算以及各種零部件的材料選擇等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我盡量采用 較新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，做到既滿足設(shè)計(jì)要求，又使結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低成本，以提高經(jīng)濟(jì)效益為主，力爭(zhēng)使產(chǎn)品符合生產(chǎn)實(shí)際需要，適合市場(chǎng)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。 同時(shí) 為了使本次設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行順利，我在設(shè)計(jì)前參閱了許多有關(guān)書籍和英文文獻(xiàn)，并做了一定的摘要。 因?yàn)閾Q熱器設(shè)計(jì)是屬于壓力容器設(shè)計(jì)范疇，與我所學(xué)的課程有緊密的聯(lián)系，所以這次設(shè)計(jì)對(duì)我的設(shè)計(jì)能力有了很大的提高。它不僅使我貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)理 論知識(shí)，還培養(yǎng)和提高我們?nèi)后w合作、相互配合的工作能力。 換熱器在設(shè)計(jì)過(guò)程中為技術(shù)分析與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)可以為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)廣闊的思維想象空間，還能激發(fā)設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新意識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們可以很好地將所學(xué)的知識(shí)加以應(yīng)用，在自己的腦海中鞏固，這是我選擇這個(gè)課題的初衷，而事實(shí)上我也達(dá)到了預(yù)期的目的。 由于水平有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中一定存在許多疏漏和不夠合理之處，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。特此致謝！ 3 第一章 換熱器 概述 過(guò)程設(shè)備在生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，是在化工、煉油、輕工、交通、食品、制藥、冶金、紡織、城建、海洋工程等傳統(tǒng)部門所必需的關(guān)鍵設(shè)備，而換熱設(shè)備則是 廣泛使用的一種通用的過(guò)程設(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，約占總投資的 35%～ 40%。 換熱器的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中 ， 換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱 特別是低位熱能的有效裝置。例如，高爐爐氣（約1500℃）的余熱，通過(guò)余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。 隨著我國(guó)工業(yè) 的不斷發(fā)展，對(duì)能源利用、開(kāi)發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對(duì)換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。 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)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。 換熱器的分類及特點(diǎn) 按照傳熱方式的不同，換熱器可分為三類： 又稱混合式換熱器，它是利用冷、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(jiǎn)單、價(jià)格便宜，常做成塔狀，但僅適用于工 藝上允許兩種流體混合的場(chǎng)合。 在這類換熱器中，熱量傳遞是通過(guò)格子磚或填料等蓄熱體來(lái)完成的。首先讓熱 4 流體通過(guò)，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后再讓冷流體通過(guò)，把熱量帶走。由于兩種流體交變轉(zhuǎn)換輸入，因此不可避免地存在著一小部分流體相互摻和的現(xiàn)象，造成流體的“污染”。 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣氣熱交換的場(chǎng)合。 這是工業(yè)中最為廣泛使用的一類換熱器。冷、熱流體被一固體壁面隔開(kāi)，通過(guò)壁面進(jìn)行傳熱。按照傳熱面的形狀與結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)它又可分為： （ 1） 管式換熱器：如套管式、螺旋管式、管殼式、熱管式等； （ 2） 板面式換熱器：如板式、螺旋板式、板殼式等； （ 3） 擴(kuò)展表面式換熱器：如板翅式、管翅式、強(qiáng)化的傳熱管等。 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) 由于設(shè)計(jì)題目是 浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)，而浮頭式又屬于 管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類型以及結(jié)構(gòu)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，其具體 結(jié)構(gòu)如 下 圖所示 。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(dòng)，稱為管程流體；另一種在管外流動(dòng)，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(guò)管束，增強(qiáng)流體湍流程度。 流體每通過(guò)管束一次稱為一個(gè)管程；每通過(guò)殼體一次就稱為一個(gè)殼程，而圖 121所示為最簡(jiǎn)單的單殼程單管程換熱器。為提高管內(nèi)流體速度，可在兩端管箱內(nèi)設(shè)置隔板，將全部管子均分為若干組。這樣流體每次只通過(guò)部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程；同樣。為提 高管外流速，也可以在殼體內(nèi)安裝縱向擋板，迫使流體多次通過(guò)殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可以配合使用。 這種換熱器的結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，造價(jià)不高，可選用多種結(jié)構(gòu)材料，管內(nèi)清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理量較大，高溫高壓條件下也能應(yīng)用，但傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性、單位傳熱面的金屬消耗量等方面尚有待改善。 5 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。因此， 當(dāng)管束與殼體溫度差超過(guò) 50℃時(shí)，需采取適當(dāng)補(bǔ)償措施，以消除或減 少熱應(yīng)力。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類型： （ 1） 固定管板式換熱器： 其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。 與其它型式的管殼式換熱器