【正文】 5 燕山石化總公司設(shè)計(jì)院化工設(shè)計(jì)院，《鋼制列管式固定管板換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，化工部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，1985 6 化工部第六設(shè)計(jì)院，《化工設(shè)備圖樣技術(shù)要求》（上、下冊(cè)），化工部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站，2000 7 石油化學(xué)工業(yè)部化工設(shè)計(jì)院，《小氮肥廠工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，石油化學(xué)工業(yè)出版社，1979 8 化學(xué)工業(yè)部設(shè)備技術(shù)中心站，全國(guó)壓容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，《化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》（共4冊(cè)）19979《過程裝備成套設(shè)計(jì)》，化學(xué)工業(yè)出版社，200210《過程裝備成套技術(shù)課程設(shè)計(jì)指南》，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年工業(yè)出版社，200211 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《鋼制焊接壓力容器及標(biāo)準(zhǔn)釋義》（JB/T4735 – 1997）12 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《壓力容器用鍛件、壓力容器用鎳銅合金》（JB4726～472JB4741～47432000）13 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》（HG 20592～206352009）14 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定、鋼制壓力容器焊接規(guī)程、鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能測(cè)試》（JB470JB/T470JB47442000）15 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《壓力容器法蘭》（GB4700～47072000）16 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《壓力容器波形膨脹節(jié)及標(biāo)準(zhǔn)釋義》（GB167491997）17 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《容器支座》（JB/T471471472472592）18 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《換熱器基本參數(shù)》（JB/T4714～47JB472JB/T4722～472392）19 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《補(bǔ)強(qiáng)圈、鋼制壓力容器用封頭》（JB/T47347462002）20 國(guó)家壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，2010專業(yè)班級(jí) 學(xué)生 要求設(shè)計(jì)（論文）工作起止日期 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任審查簽字 日期 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 　　第4頁(yè)附表 換熱器設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)設(shè)備名稱第一換熱器設(shè)備位號(hào)W500單臺(tái)設(shè)備性能流體位置流體名稱脫硫煤氣冷煤氣流體流量總kg/h氣體 液體蒸汽水不凝物溫度 (進(jìn)/出)C373密度kg / m3?粘度centipoise?分子量,氣體分子量, 不凝物比熱kcal/kg C?導(dǎo)熱系數(shù)kcal/h m C潛熱kcal/kg進(jìn)口壓力kgf/cm2 (abs)速度m/s壓力降 , 允許 /計(jì)算kgf/cm2污垢系數(shù) (最小)h m2 C/kcal熱負(fù)荷kcal/hC換熱系數(shù), 使用結(jié)垢干凈kcal/h m2 C單個(gè)殼體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖(管束/管口方位)殼側(cè)管側(cè)設(shè)計(jì)/試驗(yàn)壓力kgf/cm2 (g)設(shè)計(jì)溫度C每殼體程數(shù)腐蝕裕度接管進(jìn)口尺寸 amp。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求及原始數(shù)據(jù)（資料） ： 1 設(shè)計(jì)要求掌握最新化工容 器及設(shè)計(jì)的全過程。 ⑹ 2 合成氨生產(chǎn)工藝方塊流程圖一張(A1)、 粗煤氣變換分離工段工藝物料流程圖一 張(A1)、設(shè)備總裝配圖和零部件圖不少于四張（折合 A1 圖紙） 3 相關(guān)題目中文文獻(xiàn)綜述一篇，譯文一篇?？刂品桨傅脑O(shè)計(jì)主要是通過對(duì)整體設(shè)備 的綜合分析，確定設(shè)備的控制方案，達(dá)到自動(dòng)控制目的；工藝計(jì)算主要是通過對(duì)熱量 負(fù)荷的計(jì)算得到換熱器的傳熱面積、 初步確定換熱器的基本尺寸， 為下一步提供依據(jù)； 機(jī)械設(shè)計(jì)主要任務(wù)是在設(shè)計(jì)條件下，從主體到部件，進(jìn)行材料和零部件的設(shè)計(jì)入手， 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度校核是在滿足工藝條件的要求下，對(duì)所設(shè)計(jì)的設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度校 核，以便生產(chǎn)可以順利的進(jìn)行。 strength check is to meet the requirements under process conditions, equipment designed for the strength check, in order to produce a smooth conduct.Key words: Heat Exchanger。天脊煤化工集團(tuán)有限責(zé)任公司是我過于 20 世紀(jì) 80 年代初從國(guó)外成套引進(jìn)技術(shù)和 設(shè)備而興建的，以煤為原料生產(chǎn)生產(chǎn)硝酸磷復(fù)合肥的大型煤化工基地。 變換反應(yīng)為放熱等分子可逆反應(yīng)。 從 300工段出來(lái)的粗煤氣的主要成分是 CO2，H2，CO，CH4，H2S，N2，O2 及碳化物等。 2 工藝設(shè)計(jì) 確定設(shè)計(jì)方案 選擇換熱器的類型 兩流體的溫度變化情況： 熱流體進(jìn)口溫度 ℃，出口溫度 ℃。C 高溫。故殼程變換煤氣的定性溫度為 T? ? ? 379℃ 2 200 ? 325 ? ℃ 2 3 1 管程流體的定性溫度為 T? 已知變換煤氣在 379℃下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下： ? ? ? m ；c1 =℃ ? ? / (m ?℃)。 估算傳熱面積 、 熱流量（忽略熱損失） QT ? qm,?T ? ? ? ? ? ? ? ? kW? 12  粗煤氣用量（忽略熱損失） QT ?103 qm,c ? ? ? 228564kg / h cp ,c ?t ?103 ? （325200） 平均傳熱溫差 先按照純逆流計(jì)算，得 ( ? 200) ? ( ? 325) ?tm ? ? ℃ ? 200 ln ? 325 初算傳熱面積 先假設(shè) K ? 550W / (m2 ?℃)，則估算的傳熱面積為： S 估= QT ?103 ? ? 538(m2 ) K ?tm 550 ? 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 選用 ? 25mm ? 的 20 號(hào)鋼管。換熱器正三角形排列可使流體走短路的機(jī)會(huì)少，增大管外流體湍流程度，從而增大對(duì)流傳熱系數(shù)，節(jié)省傳熱面積，所以換熱器的排列方式采用正 三角形排列。 折流板數(shù)目 NB ? 傳熱管長(zhǎng) 6000 1= 1=5 折流板間距 1000 14  換熱器核算 傳熱面積校核 管程傳熱膜系數(shù) 由 ?3,95? 式 413 計(jì)算 ? ? i ? di ? ? diu ? c p ( ) ( ) di ? ? 式中 ? ——對(duì)流傳熱系數(shù) W / (m2 ?℃)； ? ——流體的熱導(dǎo)率 W / (m ?℃)； d i ——管內(nèi)徑， m ； u ——流體的流速， m / s ： ? ——流體的密度， kg / m3 ； ? ——流體的粘度， Pa ? s ； c p ——流體的比熱容， J / (kg ?℃) ； Re ——雷諾數(shù)； Pr ——普朗特?cái)?shù)。 ? 4( 3 2 ? 3 ? Pt ? d o 2) 4( 2 ? ) 2 2 4 2 4 ? ? (m) ? do ? 殼程流通截面積 do 25 ) ? 1000 ?1400 ? (1 ? ) ? (m 2 ) Pt 32 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為 （ / 3600 ?10979） uo ? ? (m / s ) ? ? Reo ? ? 172322 ?10?5 普朗特?cái)?shù) So ? BD(1 ? Pro ? ?103 ? ?10?5 ? ( 粘度校正 ? ) ? ?w 1 ? ? ? ? 1734[W / (m2 ? ℃)] ? ? ? o 污垢熱阻和管程熱阻。 為 16 S39。由 ? 4, 39? ，對(duì)金屬管，無(wú)縫鋼管，絕對(duì)粗糙 d ? 度可 ? 取 ， 暫取 ,則相對(duì)粗糙度 ? 再由 ? 4, 43? 經(jīng)驗(yàn)公式 154 ， ? ， d 15 查 ? 4, 40? ，摩擦系數(shù) ? 只與 ? ? ( ? di ? 68 68 ) ? ? ( ? ) ? Re l ? ui 2 6 ? ? ? ? ? ( Pa) d 2 2 ?p1 ? ? ?p2 ? 3 ? ui 2 2 ? 3? ? ? ( Pa) 2 17 所以 ? ?p ? ( ? )? ? 1? (Pa ) i 與管程允許壓降 ? 比較，可見管程的壓力降是合適的。 ——流體橫過管束的壓強(qiáng)降 Pa ； ?p2 39。 的計(jì)算： ?p139。 1 ? ?p239。 管壁溫度 符號(hào) 2 K ——以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的總換熱系數(shù)， W / (m ?℃) ； rd ——污垢熱阻， m 2 ? ℃/W ； Tm、tm ——流體的平均溫度，℃； 2 ? ——以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計(jì)算的給熱系數(shù)， W / (m ?℃) ； ?t M ——流體的有效平均溫差，℃； 下標(biāo)： h ——熱側(cè)流體； c ——冷側(cè)流體。 根據(jù)不同的工藝條件，殼體的材料一般選用碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼等。 計(jì)算厚度 ? ： ?? 2 ? ?? ? ? ? Pc t Pc ? Di 式中， Pc 為計(jì)算壓力，其值為設(shè)計(jì)壓力 P 與液柱靜壓力之和。暫取 C 2 ? 2 mm 。則設(shè)計(jì)厚度滿足最小厚度要求，圓 整到 ? n ? 18mm 。 計(jì)算厚度 ? ： ?? 2 ? ?? ? ? ? Pc t Pc ? Di 式中， Pc 為計(jì)算壓力，其值為設(shè)計(jì)壓力 P 與液柱靜壓力之和。暫取 C 2 ? 2 mm 。但是由 ?6,54? 法蘭對(duì)筒體最小厚度為 22mm，應(yīng)當(dāng)取筒體厚度為 ? n ? 22mm 。根據(jù) ?6,11? ，對(duì)長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，適用的公稱壓力為 ~ MPa ，工作溫度 ?70 ~ 450℃ 。 根據(jù) ?6, 63? ，由 DN ? 1400mm, PN ? ，選定墊片的尺寸和結(jié)構(gòu)圖如： 24 管箱墊片尺寸 公稱直徑DN DN / mm D4 1544 D3 1508 D2 1458 D1 1422 1400 墊片系數(shù)和墊片比壓力值由查的 m=,y=69 法蘭螺柱螺母 根據(jù) ?6, 6? ，由螺柱材料選用表，對(duì) PN ? 的應(yīng)當(dāng)選擇螺柱的材料為 35CrMoA ，對(duì)應(yīng)的螺母為 30CrMoA 。因此取 ?=1 。暫取 C 2 ? 2 mm 。但是因?yàn)榉ㄌm對(duì)筒體最小厚度的要求，應(yīng)當(dāng)取筒體厚度為 ? n ? 22mm 。 對(duì)管程： Pr ? ? ? 146 189 ? 對(duì)封頭： Pr ? ? ? 146 對(duì)殼程： Pr ? ? ? 在試驗(yàn)壓力下對(duì)應(yīng)的壓力 ? T PT ? ( Di ? ? e) 2? e ? (1400? ) ? MPa 對(duì)殼程： ? T ? 2 ? ? (1400? ) ? 對(duì)管程： ? T ? 2 ? ?T ? 27 對(duì)封頭： ? T ? ? (1400? ) ? 2 ? 各自對(duì)應(yīng)的 ? T 應(yīng)當(dāng)滿足 ? T ? ?? s 對(duì)殼程： ?? s ? ? ? 310 ? 279? 對(duì)管程： ?? s ? ? ? 345 ? ? 對(duì)封頭： ?? s ? ? ? 345 ? ? 拉桿設(shè)計(jì) 拉桿選材 選擇 Q235A 為拉桿材料，選擇 20 號(hào)鋼作為定距管的材料。 根據(jù) ?3, 75? ，由 DN ? 1400mm, dn ? 16mm，選定拉桿數(shù)量為 10 根，其尺寸和結(jié)構(gòu) 圖如： 拉桿尺寸 拉桿直徑 d 16 拉桿螺紋直徑 dn 16 La 20 Lb b ? 60 拉桿的布置 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣，對(duì)于大直徑的換熱管，在布管區(qū)內(nèi)或靠近 折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于三個(gè)支撐點(diǎn)。換熱管尺寸為 ? 25mm ? ，因此取 換熱管中心距 S 為 S ? 32mm 。 因此得到的布管限定圓直徑 DL ? Di ? 2b3 ? 1400 ? 2 ?10 ? 1380mm 。式中 dn 為拉桿孔直徑。 換熱管與管板的連接采用強(qiáng)度焊接，根據(jù) ?3,69? ，尺寸為 換熱管尺寸及安裝尺寸圖 換熱管最小伸出長(zhǎng)度 mm 最小坡口深度 L3 L1 L2 2 換熱管規(guī)格 ? 25 ? 2 31  接管設(shè)計(jì) 由之前的工藝計(jì)算得出管程接管的流速為 u1 ? 2m / s ，殼程接管流速為 u1 ? / s 。根據(jù) ?9,5? ，各接管對(duì)應(yīng)的公稱通徑為：管程接管 DN ? 400mm ；殼程接管 DN ? 400mm ；排氣管和降液管 DN ? 20mm 。該墊片公稱壓 力 ? PN10 ? PN 63 ，公稱尺寸 DN10 ~ DN 2000 ，最高使用溫度 650℃，適用于凹凸密 封型式。 殼程接管位置 由 ?10,35? ，得到計(jì)算殼程接管位置最小尺寸的公式： 帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管 無(wú)補(bǔ)強(qiáng)圈接管 式中： L1 ? DH ? (b ? 4) ? C 2 dH L1 ? ? (b ? 4) ? C 2 DH ————補(bǔ)強(qiáng)圈外徑， mm ； dH ————接管外徑， mm ； b ————管板厚度， mm ； C ———— C ? 4S ( S為殼體厚度)且C ? 10