【正文】 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 蒸汽冷凝器 設(shè)計(jì) Design of Steam Condenser 學(xué) 院 ： 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) ： 過程裝備與控制工程 裝備 092 學(xué)生姓名 ： 戴曉偉 學(xué) 號(hào)： 050916105 指導(dǎo)教師 ： 張志文（副教授 ） 2021 年 6 月 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）中文摘要 蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì) 摘 要： 冷凝器是使用范圍很廣 的一種化工設(shè)備，屬于換熱器的一種。本設(shè)計(jì)任務(wù)主要是根據(jù)已知條件選擇采用 浮頭式換熱器機(jī)的設(shè)計(jì)。首先根據(jù)給出的設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力來確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式以及殼程和管程的材料，然后根據(jù)物料性質(zhì)和傳熱面積來確定換熱管的材料，尺寸，根數(shù)。根據(jù)換熱管的根數(shù)確定換熱管的排列，并根據(jù)換熱管的排列和長(zhǎng)度來確定筒體直徑以及折流板的選擇。通過對(duì)容器的內(nèi)徑和內(nèi)外壓的計(jì)算來確定殼體和封頭的厚度并進(jìn)行強(qiáng)度校核。然后是對(duì)換熱器各部件的零部件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，有法蘭的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算 與校核，鉤圈及浮頭法蘭的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核和管子拉脫力的計(jì)算。還包括管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、防沖擋板、滑道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及支座設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)件可以參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)設(shè)計(jì)條件直接選??；非標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)完結(jié)構(gòu)后必須進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)力校核。 關(guān)鍵詞： 換熱器 ； 強(qiáng)度設(shè)計(jì) ； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要 The Design of Steam Condenser Abstract: Condenser is a kind of chemical equipment which has wide range of application and it is also a kind of heat main task of this thesis is to design a floating heat exchanger based on some known information. It is important to determine the type of construction of the equipment and the material of its shell pass and tube pass first. Then, the material, size and number of the exchange tube are decided by material property and its heat transfer area. The exchange tubes need to be arranged on the basis of its number. What’s more, the diameter and the choice of baffle board are influenced by the arrangement and length of exchange tubes. Furthermore, the thickness of the shell and shell cover is determined by the inner diameter and the calculation of inner and outer pressure of the container. Meanwhile, its intensity also needed to be checked. Next, it is also vital to design the intensity of ponents of heat exchanger, including the choice, calculation and checking of flange, floating flange and backing device, also the calculation of pullingout force of the tubes. In addition, there are other things to be designed carefully, including tube plate, impingement baffle, slide and support. During the design of structure, standard ponents can be referred to national standards according to the design conditions of the direct selection。 as to the non standard ponents, corresponding stress checking is needed after the design of the construction. Keywords: heat exchanger； strength design； structure design 目 錄 1 緒論?????????????????????????????? 1 換熱設(shè)備冷凝器過內(nèi)外研究現(xiàn)狀水平和發(fā)展趨勢(shì) ??????? ??? 1 冷凝器的類型及特點(diǎn) ?????????????????????? 1 2 換熱器的結(jié)構(gòu)計(jì)算 與強(qiáng)度校核 ???????????????????? 3 已知條件 ????????????????????????? 3 確定管子數(shù) ??????????????? ??????????? 3 殼體的內(nèi)徑和厚度???????????????????????? 4 拉桿的確定 ?????????????????????????? 5 確定折流板 ??????????????????????????? 5 右端管箱的設(shè)計(jì) ????????????????????????? 6 接管和管法蘭的設(shè)計(jì) ??????????????????????? 7 后端 管板的設(shè)計(jì)????????????????????????? 10 浮頭蓋的設(shè)計(jì)?????????? ???????????????? 15 右端管箱的設(shè)計(jì)???????????????????????? 22 側(cè)法蘭的設(shè)計(jì) ???? ?? ??????????????????? 23 支座的設(shè)計(jì)與選擇??????????????????????? 27 吊環(huán)螺釘?shù)脑O(shè)計(jì) ???????????????????????? 27 防沖板的設(shè)計(jì) ????????????????????????? 28 滑道的設(shè)計(jì) ?????????????????????????? 28 3設(shè)備 的維護(hù)與檢修????????????????????????? 29 設(shè)備的檢查??????????????????????????? 29 換熱器的清理和維護(hù) ??????????????????????? 29 結(jié)論 ??????????????????????????????? 30 致謝 ??????????????????????????????? 31 參考文獻(xiàn) ????????????????????????????? 32淮海工學(xué)院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 32 頁(yè) 1 緒論 換熱設(shè)備冷凝器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 冷凝器是一種用于冷卻流 體的換熱設(shè)備。把壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽，通過散熱冷凝為液體制冷劑，制冷劑從蒸發(fā)器中吸收的熱量，被冷凝器周圍的介質(zhì)所吸收。有蒸汽冷凝器，鍋爐用冷凝器等。冷凝器常被用于空調(diào)系統(tǒng)，工業(yè)化工程序，發(fā)電廠 及其他熱交換系統(tǒng)中 。 早期的換熱器 只能采用簡(jiǎn)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；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)； 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)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(dòng) 機(jī)的散熱； 30 年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠； 60 年代左右，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； 70 年代中期，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。盡管我國(guó)在部分重要換熱器產(chǎn)品領(lǐng)域獲得了突破，但我國(guó)換熱器技術(shù)基礎(chǔ)研究仍然薄弱。與國(guó)外先進(jìn)水平相比較，我國(guó)換熱器產(chǎn)業(yè)最大的技術(shù)差距在于換熱器產(chǎn)品的基礎(chǔ)研究和原理研究，尤其是缺乏介質(zhì)物性數(shù)據(jù)，對(duì)于流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、流動(dòng)狀態(tài)等工作原理研究不足。近年來，隨著我國(guó)石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展，換熱器的 需求水平大幅上漲，但國(guó)內(nèi)企業(yè)的供給能力有限，導(dǎo)致?lián)Q熱器行業(yè)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的市場(chǎng)狀態(tài)，巨大的供給缺口需要進(jìn)口來彌補(bǔ)。目前我國(guó)在換熱器設(shè)計(jì)過程中還不能實(shí)現(xiàn)虛擬制造、仿真制造，缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型專業(yè)計(jì)算軟件。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要， “ 十一五 ” 期間我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)將保持年均 ％的速度。而石化及鋼鐵作為支柱型產(chǎn)業(yè)，將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢(shì)頭，預(yù)計(jì) 2021 年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過 5000 億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破 4000 億元。這些行業(yè)的發(fā)展都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)展空間。國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì) 發(fā)展帶來的良好機(jī)遇，以及進(jìn)口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國(guó)換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。 冷凝器的類型和特點(diǎn) 冷凝器有蒸汽冷凝器和鍋爐用冷凝器 。 蒸汽冷凝器這種冷凝常應(yīng)用于多效蒸發(fā)器末效二次蒸汽的冷凝，保證末效蒸發(fā)器的 真空度。 噴淋式冷凝器，冷水從上部噴嘴噴入，蒸汽從側(cè)面入口進(jìn)入，蒸汽與冷水充分接觸后被冷凝為水，同時(shí)沿管下流，部分不凝汽體也可能被帶出。 充填式冷凝器，蒸汽從側(cè)管進(jìn)入后一上面噴下的冷水相接觸冷凝器里面裝了滿了瓷環(huán)填料，填料被水淋濕后，增大了冷水與蒸汽的接觸面積，蒸汽冷凝成水淮海工學(xué)院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 32 頁(yè) 后沿下部 管路 流出 ，不凝氣體同上部管路被 真空泵 抽出，以保證冷凝器內(nèi)一定的真空度。 淋水板或篩板冷凝器，目的是增大冷水與蒸汽的接觸面積?；旌鲜嚼淠骶哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，腐蝕性問題也比較容易解決。 鍋爐用冷凝器，又稱 煙氣冷凝器 ，鍋爐使用煙氣冷凝器后，可有效節(jié)約生產(chǎn)成本，降低鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐熱效率。使鍋爐運(yùn)行符合國(guó)家節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)。 節(jié)能減排 是國(guó)家 “十一五 ”規(guī)劃綱要轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的關(guān)鍵和保證，是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀和保證經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的重要標(biāo)志，特種設(shè)備作為耗能大戶，同時(shí)也是環(huán)境污染的重要源頭、加強(qiáng)特種設(shè)備節(jié)能減排的 任務(wù)任重道遠(yuǎn)?！秶?guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》確立了單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總能源消耗降低 20%左右，主要污染物排放總量減少 10%為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的約束性指標(biāo)。其是有著工業(yè)生產(chǎn) “心臟 ”之稱的鍋爐是我國(guó)能源消耗的大戶。高效能特種設(shè)備主要是指鍋爐、壓力容器中的換熱設(shè)備等 。 淮海工學(xué)院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 32 頁(yè) 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 已知條件 表 1 設(shè)計(jì)參數(shù) 管程 殼程 工作介質(zhì) 冷卻水 氫氣等 工作壓力 設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)溫度 60 C? 170 C? 換熱面積 49m178。 兩流體的溫差為 110 C? ＞ 50 C? .所以需要熱補(bǔ)償，可采用浮頭式換熱器。 確定管子數(shù) 選用 )(219 mm?? ，長(zhǎng)為 3m，材料為 10 號(hào)鋼管的換熱管。 由換熱面積 )(00 ??? LdnA ? 得： 283)( 49)(0 0 ???????? Ld An ? （公式 21） 取管子數(shù) n 為 286 根 換熱管一般不小于 倍的換熱管外徑，參照 文獻(xiàn) [1]取中心距 a 為 25mm. 管子采用正方形排列具體方式如下圖 正方 形排列 圖 1 管子的排列 淮海工學(xué)院二〇一三屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 共 32 頁(yè) 殼體的內(nèi)徑和厚度 筒體的內(nèi)徑 參考文獻(xiàn) ［ 3］ 筒體的內(nèi)徑可由下列公式計(jì)算 lbaDi 2)1( ??? （公式 22） 式中 a 為換熱管間距， b 位于管束中心線上的管束管子按正方形排列時(shí)nb ? ， l 為最外層管子的中心到殼壁的距離一般取 2 倍的管子外徑。 mmD i 5511922)120(25 ??????? 按標(biāo)準(zhǔn)圓整取筒體內(nèi)徑 mmDi 600? 筒體的壁厚