【正文】 MDEA貧液再沸器設(shè)計摘要：換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型的工藝設(shè)備。因此設(shè)計和選擇適用、高效的換熱器對降低設(shè)備的造價和操作費(fèi)用具有十分重要的作用。釜式再沸器就是換熱器分類中很重要的一種。 本文主要包含了對釜式再沸器及換熱器的設(shè)計背景及概述和再沸器的強(qiáng)度校核、結(jié)構(gòu)計算以及零件設(shè)計這四部分。背景及概述部分主要包括換熱器的定義；強(qiáng)度校核、結(jié)構(gòu)計算部分主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件的設(shè)計，包括：材料的選擇、具體尺寸確定、確定具體位置、管板厚度的計算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計算等；零件設(shè)計部分則重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了法蘭、墊片、拉桿、鞍式支座等的選取。關(guān)于釜式再沸器設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，設(shè)計說明書中都有詳細(xì)的說明。同時為以后計算機(jī)繪圖時能更加方便。關(guān)鍵詞：再沸器；換熱管；結(jié)構(gòu)設(shè)計；管板MDEA barren solution design of reboilerAbstract: the heat exchanger is an important technics device in chemical bination and oil refining industry. So it is very important to design and choose the appropriate and efficient exchangingheat machine for decreasing the cost of manufacturing and operation. Kettle reboiler is one of the most important classifications of the heat exchanger. There are 4 parts in my thesis which includes the background of the kettle reboiler and the heat exchanger, the proofread of the intensity, structure calculations and part design. The background includes the major concepts. the proofread of the intensity and structure calculations are just on the selected type of heat exchanger to design the heat exchanger’s ponents and parts. This part of design mainly include：the choice of materials，identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the opening reinforcement calculation etc. Parts design includes the choice and verification of the flanges, the gaskets, the rods and saddle each aspects of the kettle reboiler has detailed instructions in the design manual. At the same time it can provide convenient for puter graphics.Key words: kettle reboiler；heat transfer tube；structure design；the tube plate 目 錄 1 1 2 32 再沸器結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 4 4 5 5 7 83再沸器殼體強(qiáng)度設(shè)計與校核 10 10 12 13 16 17 17 18 19 204主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 21 21 21 22 24 245標(biāo)準(zhǔn)零部件的選型 26 26 26 27 27 2定距管 2螺栓和螺母 29 29 30 30 30 30 33 35 36 36 37 406 主要焊接接頭結(jié)構(gòu)及要求 43 43 設(shè)備中的對接接頭 43 44計算結(jié)果表 45符號說明表 46設(shè)計總結(jié) 47謝辭 48參考文獻(xiàn) 49IV 寧夏大學(xué)新華學(xué)院2014屆本科畢業(yè)設(shè)計 換熱器是是一種實(shí)現(xiàn)物料之間能量傳遞的節(jié)能設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于石油、化工及冶金等領(lǐng)域?；ぱb置中換熱器比例占設(shè)備總數(shù)的40%左右，占總投資的30%——45%。近幾年來，因換熱器進(jìn)行高低溫間熱能回收帶來了顯著地經(jīng)濟(jì)效益。目前在換熱設(shè)備中，用量最多的是管殼式換熱器。在近年來國內(nèi)在節(jié)能、增效等方面研究效果顯著。大量使用換熱器提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。雖然在換熱效率、設(shè)備體積及金屬材料的耗量等方面管殼式換熱器不如其他換熱設(shè)備，但是他卻具有結(jié)構(gòu)堅固、操作彈性大、可靠度較高等方面的優(yōu)點(diǎn)，故仍受到普遍應(yīng)用。而釜式再沸器就是管殼式換熱器的一種。 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。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，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。 換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小。 在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減??；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。 當(dāng)冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進(jìn)出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關(guān)了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。 在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。 增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設(shè)計時應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設(shè)法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。 一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。 管殼式換熱器是一個量大而品種繁多的產(chǎn)品，由于國防工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻，迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等方面都有不同程度的進(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水、氯堿、醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強(qiáng)化傳熱，效果將更好，目前一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術(shù)。對材料的噴涂，我國已從國外引進(jìn)生產(chǎn)線。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性，價格比鈦材便宜，應(yīng)予注意。近年來國內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要，“十一五”％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)展的勢頭，預(yù)計2010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。未來，國內(nèi)市場需求將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：對產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點(diǎn)；要求產(chǎn)品性價比提高；對產(chǎn)品的個性化、多樣化的需求趨勢強(qiáng)烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項(xiàng)目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)產(chǎn)品。 據(jù)統(tǒng)計，在一般石油化工企業(yè)中，換熱器的投資占全部投資的40﹪50﹪；在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中約占30﹪40﹪；在熱電廠中，如果把鍋爐也作為換熱設(shè)備，換熱器的投資約占整個電廠總投資的70﹪；在制冷機(jī)中，蒸發(fā)器的質(zhì)量要占制冷機(jī)總質(zhì)量的30﹪40﹪，其動力消耗約占總值的20﹪30﹪。由此可見，換熱器的合理設(shè)計和良好運(yùn)行對企業(yè)節(jié)約資金、能源和空間都十分重要。提高換熱器傳熱性能并減小其體積，在能源日趨短缺的今天更是具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 對國外換熱器市場的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。螺旋折流板換熱器是最新發(fā)展起來的一種管殼式換熱器是由美國ABB 公司提出的。其基本原理為:將圓截面的特制板安裝在”擬螺旋折流系統(tǒng)”中每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一其傾角朝向換熱器的軸線即與換熱器軸線保持一定傾斜度。相鄰折流板的周邊相接與外圓處成連續(xù)螺旋狀。每個折流板與殼程流體的流動方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運(yùn)動能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。在氣一水換熱的情況下傳遞相同熱量時該換熱器可減少30 %40 %的傳熱面積節(jié)省材料20 %30 %。相對于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn)象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動誘導(dǎo)振動。在相同流速時殼程流動壓降小。基本不存在震動與傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。對于低雷諾數(shù)下(Re 1 000) 的傳熱螺旋折流板效果更為突出。（1）對MDEA貧液再沸器做參數(shù)設(shè)計使其成為一個合理可用的設(shè)備；（2）設(shè)計畫出的二維圖可以對MDEA貧液再沸器的結(jié)構(gòu)有更加充分的認(rèn)識；（3）達(dá)到實(shí)踐和理論相結(jié)合的目標(biāo)。 本設(shè)計使我對所學(xué)的專業(yè)知識有了更深刻地認(rèn)識，并從中學(xué)到了很多課本上無法得到的東西，通過自身的努力學(xué)習(xí)和導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)，不僅使我在知識水平上和解決實(shí)際問題的能力上有了很大的提高，而且讓我深刻體會到要把所學(xué)的知識理論變成可實(shí)際應(yīng)用的設(shè)備時，所面對的種種難題。更加認(rèn)識到運(yùn)用專業(yè)知識解決實(shí)際問題的能力的重要性。522 再沸器結(jié)構(gòu)設(shè)計 進(jìn)行設(shè)備的參數(shù)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，要設(shè)計MDEA貧液再沸器合理的結(jié)構(gòu)形式，并完成設(shè)備的機(jī)械設(shè)計計算，主要包括確定設(shè)備的殼體、封頭、換熱管、管箱、法蘭以及其它零部件的結(jié)構(gòu)尺寸和材料，對設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核，完成標(biāo)準(zhǔn)件的選型，最后繪制設(shè)備裝配圖和零部件圖，借助圖形對其有更加充分的認(rèn)識，最后使之成為一個可用的實(shí)際設(shè)備設(shè)計，達(dá)到實(shí)踐和理論相結(jié)合的目標(biāo)。完成之后按照相關(guān)文件要求編寫論文并翻譯外文專業(yè)技術(shù)文章。設(shè)計條件如表21所示。表21主要技術(shù)參數(shù) 殼程管程介質(zhì)MDEA貧液工藝氣設(shè)計壓力（MPa）設(shè)計溫度（℃）125364換熱面積（m2）262蒸汽體積流量（m3/s）接管規(guī)格MDEA貧液進(jìn)口 DN300MDEA貧液出口 DN300工藝氣進(jìn)口 DN300工藝氣出口 DN3001 DN400 再沸器是精餾工藝中的核心裝備之一，屬于換熱器的范疇，但是由于在其中發(fā)生了相變，其設(shè)計、施工、維修和管理方面也與日常的無相變換熱器有所不同。再沸器就其形式而言，可分為交叉流和軸向流兩種類型。在交叉流類型中，相變過程全部發(fā)生在殼程。最常用交叉流再沸器的有釜式再沸器、內(nèi)置式再沸器和水平熱虹吸再沸器。在軸向流類型中，沸騰流體沿軸向流動，在管程完成汽化過程。最常用的軸向流再沸器為立式熱虹吸再沸器。當(dāng)熱虹吸再沸器的循環(huán)量不夠時，則使用泵來增加循環(huán)量，這時，稱之為強(qiáng)制流動再沸器。強(qiáng)制流動再沸器既可以為立式結(jié)構(gòu)，也可以為水平結(jié)構(gòu)。通常釜式再沸器非常適合應(yīng)用在汽化量大，沸點(diǎn)范圍寬的場合。根據(jù)設(shè)計條件和制造使用等因素，選用釜式再沸器。其優(yōu)點(diǎn)是：(1)對操作條件的變化不敏感，可達(dá)到很高的汽化率，很低的溫差。(2)在真空下或接近臨界壓力下操作時，設(shè)計比較可靠。(3)無熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)可靠，清洗方便。 釜式再沸器管束選擇U型與U型換熱器有相同的特性，結(jié)構(gòu)上不同之處在于殼體上部設(shè)置了一個蒸發(fā)空間，蒸發(fā)空間的大小由產(chǎn)氣量和所要求的蒸汽品質(zhì)所決定。產(chǎn)氣量大，蒸汽品質(zhì)要求高的蒸發(fā)空間大，否則可以小些。釜式換熱器由前端管箱﹑小端殼體﹑斜錐殼體﹑大端殼體﹑管板﹑換熱管等零部件組成。如圖21所示。圖21釜式再沸器(