【正文】 度低，而且不能有效分離甲苯、二甲苯。粗苯產(chǎn)品的這特性決定了其市場(chǎng)出路主要是銷售到下游精苯生產(chǎn)廠家，只有少量產(chǎn)品進(jìn)入溶劑、農(nóng)藥生產(chǎn)廠家。按照上述60%的回收率數(shù)據(jù)估算，20032005年全國(guó)的粗苯產(chǎn)量分別為76萬噸、96萬噸和122萬噸。一般情況下，原有焦炭年產(chǎn)量100萬噸的焦化廠粗苯回收量一般在1萬噸左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，%；，同比增長(zhǎng)27%。中國(guó)歷年來焦炭產(chǎn)量見表1。因此，煤的綜合加工對(duì)合理利用我國(guó)煤炭資源，提高經(jīng)濟(jì)收益具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。浮頭式換熱器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文目 錄緒 論 11 我國(guó)焦化廠粗苯生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)現(xiàn)狀 12 我國(guó)焦化廠粗苯生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 21 換熱器 3 3 3 3 換熱器的分類 3 根據(jù)傳熱方式分類 4 5 5 6 6 板式換熱器 6 7 82 焦化廠貧富油換熱裝置工藝計(jì)算 10 10 10 10 11 11 12 14 14 16 17 19 22 換熱管壁溫計(jì)算 22 圓筒壁溫的計(jì)算 23 243 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度設(shè)計(jì) 25 25 25 25 26 29 29 32 35 37 換熱管的排列方式 37 38 39 39 41 41 4管箱法蘭及墊片 41 外頭蓋法蘭、墊片與浮頭墊片 43 44 46 46 52 5管箱殼體的連接 5排液管 53 53 53 53 管箱接管位置的最小尺寸 54 55 55 55 56 56 57 57 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 58 59 59 60 60（內(nèi)壓）浮頭蓋的計(jì)算 62 殼程壓力作用下（外壓）浮頭蓋的計(jì)算 64 66 66總 結(jié) 69參考文獻(xiàn) 70專題論文 71翻譯部分 79英文原文 79中文翻譯 89致 謝 94 緒 論本設(shè)計(jì)所涉及到的換熱器是以焦化廠中粗苯工段的貧油和富油的熱交換為目的的，工藝背景是煉焦煤氣中苯族烴的回收工段。良好的換熱設(shè)備對(duì)提高粗苯工段效益有著非常重要的影響，故選擇合適的換熱器至關(guān)重要。中國(guó)也是世界焦炭出口大國(guó)，2000年中國(guó)出口焦炭1520萬t，占世界焦炭出口總量2510萬t的60％以上。我國(guó)焦炭產(chǎn)量的大幅增長(zhǎng)為粗苯生產(chǎn)的發(fā)展提供了可靠的先決條件?？傮w來看，％％。2004年、2005年我國(guó)粗苯產(chǎn)量同比增長(zhǎng)都在26%以上，和焦炭生產(chǎn)同步增長(zhǎng)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)粗苯進(jìn)行深加工制成純苯的生產(chǎn)廠家主要分為兩大類。苯加氫工藝則不同，裝置投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)，但是生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，生產(chǎn)的苯純度高，與石油苯產(chǎn)品性能基本沒有差異，能實(shí)現(xiàn)與甲苯、二甲苯等的有效分離，代表了粗苯加工精制的發(fā)展方向。粗苯收率和全國(guó)焦化行業(yè)的回收率逐年提高。其中山東兗州國(guó)際焦化公司年產(chǎn)200萬噸焦炭，％。國(guó)內(nèi)小型粗苯深加工的精苯裝置多采用酸洗法生產(chǎn)工藝，不但無法實(shí)現(xiàn)多種化工產(chǎn)品的有效分離和環(huán)保達(dá)標(biāo)排放，而且產(chǎn)品質(zhì)量低，生產(chǎn)成本高，銷售價(jià)格上不去，很難與大型精苯裝置競(jìng)爭(zhēng)。1 換熱器在工程中，將某種流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給另一種流體的設(shè)備，稱為換熱器。但是有的熱交換器中也有多種溫度不同的流體在其中傳熱的，例如空分裝置中的可逆式板翅式換熱器。無論什么情況，了解工作流體的特性，都是非常重要的。熱量從高溫度區(qū)移動(dòng)的過程稱為熱量傳遞，稱為傳熱?；鳠徇^程既可以連續(xù)進(jìn)行，也可以間歇進(jìn)行。 換熱器的分類換熱器的類型隨著工業(yè)發(fā)展而擴(kuò)大，早期的換熱設(shè)備由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，多有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱面積小和體積較大等特征，如夾套式和蛇管式等。本世紀(jì)二十年代，開始出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。隨著近代科技的發(fā)展（如高溫高壓、高速、低溫、超低溫）等，又促使了高強(qiáng)度、高效率的緊湊換熱器層出不窮。按照溫度狀況來分，有：溫度工況穩(wěn)定的換熱器，熱流大小以及在指定熱交換區(qū)內(nèi)的溫度不隨時(shí)間而變；溫度工況不穩(wěn)定的換熱器；傳熱面上的熱流和溫度都隨時(shí)間改變?；炝魇剑簝煞N流體在流動(dòng)過程中既有順流部分，又有逆流部分。但是直接接觸式換熱的機(jī)理比較復(fù)雜，在進(jìn)行傳熱的同時(shí)往往伴隨著傳質(zhì)的過程。蓄熱器內(nèi)裝有固體填充物（如耐火磚等），冷、熱流體交替流過蓄熱器，利用固體填充物來積蓄和釋放熱量，從而達(dá)到換熱的目的。可以分為冷卻器、加熱器、冷凝器、汽化器等。按強(qiáng)化傳熱原件分類：螺紋管換熱器、波紋管式換熱器、異形管換熱器、表面多孔管式換熱器、螺旋扁管式換熱器、螺旋槽管式換熱器、環(huán)槽管式換熱器、縱槽管式換熱器、翅管式換熱器、螺旋繞管式換熱器、T型翅片管式換熱器、新結(jié)構(gòu)高效換熱器、內(nèi)插物換熱器、鋸齒管換熱器。在進(jìn)出口處增大殼體直徑，使流體流動(dòng)改變，并使傳熱管可以排滿整個(gè)殼體，從而使旁路泄露和進(jìn)出口死區(qū)減少，效率增加，壓降減少。型管殼式換熱器、帶膨脹節(jié)式換熱器、浮頭式換熱器、分段式換熱器、套管式換熱器等。 浮頭式管殼換熱器,其浮頭不與外殼相連,可自由伸縮,這樣既解決了熱膨脹的問題,也方便清洗,檢修時(shí)可將管芯抽出即可。型管殼式換熱器、浮頭式換熱器每一外殼容積為1m179?！?與同樣流速下的管殼式換熱器相比,此值約為管殼式換熱器的傳熱系數(shù)的35倍,雖然,這時(shí)板式換熱器的阻力會(huì)大一些,如在同樣耗功的條件下相比,則板式換熱器的放熱系數(shù)比管殼式的高一倍左右。允許用的溫度和壓力方面:用于板式換熱器靠每?jī)砂迤g的墊圈,來防止物料泄漏,因而它的密封周邊的總長(zhǎng)非常長(zhǎng),防止墊圈泄漏是板式換熱器的一個(gè)重要環(huán)節(jié),墊圈能承受。通常在化工生產(chǎn)的建設(shè)中，換熱器約占總投資的10～20%。由于使用的條件不同，換熱設(shè)備又有各樣的形式和結(jié)構(gòu)。在換熱設(shè)備中，應(yīng)用最廣泛的是管殼式換熱器。如高壓聚乙烯要求操作壓力高達(dá)250MPa左右，新“德士古”制氫法要求操作溫度在750～1500范圍。由于現(xiàn)代化工廠的生產(chǎn)規(guī)模日益增大，換熱設(shè)備也相應(yīng)向大型化方向發(fā)展，以降低動(dòng)力消耗，減少占地面積和金屬消耗。它適用的介質(zhì)相當(dāng)廣泛，從水到高粘度的非牛頓型液體，從含有小直徑固體顆粒的物料到含有纖維的物料，均可處理?，F(xiàn)在，板翅式換熱器又成功地應(yīng)用于天然氣加工過程中，如進(jìn)料氣冷卻器、部分冷凝器、底部蒸發(fā)器和壓縮機(jī)的中間冷卻器等。螺旋板換熱器在國(guó)內(nèi)首先較普遍地用在小化肥生產(chǎn)中半水煤氣的預(yù)熱器和氨合成塔下部的換熱器，目前已逐步推廣應(yīng)用的到其它化工生產(chǎn)工藝中，在很多焦化廠中已經(jīng)開始普及用螺旋板式換熱器來作為貧富油換熱器了。石墨換熱器已在許多國(guó)家中得到廣泛地應(yīng)用，如用來處理鹽酸、硫酸等腐蝕性介質(zhì)。它能利用小的表面積傳遞大的熱量，因此它能充分體現(xiàn)換熱器的一種優(yōu)良的設(shè)計(jì)。近些年，隨著板式換熱器技術(shù)的改進(jìn)，很多板式換熱器表現(xiàn)出他優(yōu)良的性能，焦化廠中的貧富油換熱器目前主流的是螺旋板式換熱器。 結(jié)構(gòu)可靠； 不易污塞； 成本低； 適用溫度t≤300℃,； 螺旋板式換熱器適用于化工、較輕介質(zhì)場(chǎng)合。 焊縫較長(zhǎng)，易泄漏，易產(chǎn)生壓力腐蝕； 易結(jié)垢場(chǎng)合嚴(yán)禁使用?！?:估算傳熱面積為： () 取貧油流速為： u1=,根據(jù)《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》P257選擇換熱管的尺寸。根據(jù)《化工工程師技術(shù)全書》，采用正三角形排管方式，對(duì)于?19mm2mm的換熱管采用管心距： （）取單管程： 管數(shù)： 根 （） 管長(zhǎng)： （）由于管長(zhǎng)太長(zhǎng)，容易堵塞、彎曲、且換熱器外形太細(xì)長(zhǎng)，需要用多管程。校正系數(shù)為： （）管內(nèi)的普朗特常數(shù)為：按照湍流情況下的計(jì)算公式來計(jì)算關(guān)內(nèi)的給熱系數(shù)： （）則管內(nèi)的實(shí)際給熱系數(shù)為： 殼程的當(dāng)量直徑：管間截面積：管外流速：管外雷諾數(shù)為：管外普朗特準(zhǔn)數(shù)：管外給熱系數(shù)： 污垢熱阻/管壁熱阻： 管外側(cè)的污垢熱阻系數(shù)為：R1=重新計(jì)算殼體直徑： 取K=150 W/(m2(1)管程流動(dòng)阻力 ()其中，結(jié)垢校正因數(shù)；串聯(lián)的殼程數(shù), ；管程數(shù)，Np=4； , 分別為直管及回彎管中因摩擦阻力引起的壓強(qiáng)降,Pa 根據(jù)《換熱器》可知 （）因此，可以計(jì)算 （）==由于采用多管程設(shè)計(jì)，根據(jù)《熱交換管專用設(shè)備》可以知道，局部阻力系數(shù)：ζ=34，?P1，?P2分別為直管和回彎管中因摩擦阻力而引起的壓力降，取管壁粗糙度為ε=，傳熱管的相對(duì)粗糙度εdi=,已知Re1=4003，由《換熱器設(shè)計(jì)》λRe關(guān)系圖中可以查得：λ=，取ζ=3，因此： 根據(jù)《換熱器設(shè)計(jì)》在10000100000Pa之間，因此，管程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。正三角形排列是取F=，正方形排列時(shí)取F=，組合排列時(shí)取F=。℃/w；——分別為熱、冷流體的的平均溫度，℃；——分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，℃；——分別為冷流體的進(jìn)、出口溫度，℃；——流體的有效平均溫差，℃；——以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的給熱系數(shù)， W/（m排列方式：正角三角形折流板形式：?jiǎn)喂?，上下排列，切口高?00mm，間距：600mm折流板數(shù)：6殼體內(nèi)徑：800mm中心排管數(shù)：263 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度設(shè)計(jì)在確定換熱器的換熱面積后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算，主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、材料的選擇、管板厚度的計(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（如管箱、殼體、折流板、拉桿等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等），具體計(jì)算如下。焊接方式：選為雙面焊對(duì)接接頭，100%無損探傷，故焊接系數(shù)；根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》和GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》相關(guān)規(guī)定可知對(duì)16MnR鋼板其鋼板的厚度負(fù)偏差以及腐蝕裕量為為。根據(jù)《壓力容器手冊(cè)》，勞動(dòng)人事出版社查得在常溫條件下材料的許用應(yīng)力[σ]t=170 Mpa，進(jìn)行水壓試驗(yàn)。前端管箱為橢圓形管箱，這是因?yàn)闄E圓形封頭的應(yīng)力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。短節(jié)部分的厚度取與封頭厚度相同，為14mm。外頭蓋的內(nèi)直徑取900mm。開孔之后，出削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，會(huì)給換熱器的安全操作帶來隱患。計(jì)算開孔直徑：滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，因此，可以使用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。開孔直徑滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可以用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：其開孔直徑：；強(qiáng)度削弱系數(shù)：；接管的有效厚度為：；開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： （） 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍：有效寬度：；；取兩者中的最大值，即有效寬度為：；有效高度：a、 外側(cè)有效高度：；實(shí)際外伸長(zhǎng)度=70mm；取兩者中的最小值，即外側(cè)有效高度為：b、 內(nèi)側(cè)有效高度：實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度=0mm取兩者中的最大值，即內(nèi)側(cè)有效高度為： 有效補(bǔ)強(qiáng)面積外頭蓋多余的金屬面積：外頭蓋的有效厚度：則多余的金屬面積為A1：接管多余金屬面積：接管的計(jì)算厚度：接管多余的金屬面積：接管區(qū)焊縫面積（焊腳取8mm）有效補(bǔ)強(qiáng)面積： （）由此可知已經(jīng)達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)目的。各種排列圖如下：在此設(shè)計(jì)中，選擇正三角形排列，主要考慮可以裝入較多的換熱管，提高換熱器的緊湊性。多管程換熱器其各程管數(shù)應(yīng)盡量相等，其相對(duì)誤差應(yīng)該控制在10%范圍內(nèi)，最大不能超過20%。由于所選擇的換熱器是4管程，故管箱選擇為多程隔板的安置形式。除了有較大振動(dòng)及有縫隙腐蝕的場(chǎng)合，強(qiáng)度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何場(chǎng)合。、管箱法蘭及墊片換熱器中的法蘭包括管箱法蘭、殼體法蘭、外頭蓋法蘭、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭蓋法蘭以及接管法蘭，另浮頭蓋法蘭將在下節(jié)進(jìn)行計(jì)算，在此不作討論。 外頭蓋法蘭尺寸DN法蘭