【正文】 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)到了很多知識(shí)，理論與實(shí)際的結(jié)合，讓我們?cè)诩磳⒆呦蚬ぷ鲘徫粫r(shí)，對(duì)于如何做好一個(gè)課題提供了良好的鍛煉機(jī)會(huì)。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是：工藝計(jì)算，包括確定出換熱面積、換熱器筒體的內(nèi)徑等；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括封頭、管板支座等部件的設(shè)計(jì)選擇；強(qiáng)度校核計(jì)算，包括殼體厚度、耐壓試驗(yàn)、開孔補(bǔ)強(qiáng)等；設(shè)備制造、檢測(cè)與驗(yàn)收條款的編寫。 本次設(shè)計(jì)，換熱管材料為20鋼，管板材料為Q245R，兩種材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力幾乎相等為147MPa；殼程流體為干凈的介質(zhì)，不易結(jié)垢、堵塞和產(chǎn)生腐蝕，綜上所述：管板和換熱管之間采用強(qiáng)度焊，結(jié)構(gòu)形式及尺寸如下圖515：圖515結(jié) 論U形管換熱器是化工、煉油工業(yè)中普遍應(yīng)用的典型工藝設(shè)備。 （1）強(qiáng)度脹接 用于管殼之間介質(zhì)滲漏不會(huì)引起不良后果的情況下，脹接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，管子修不容易。 圓筒部分的縱向接頭、球形封頭與圓筒連接的環(huán)向接頭、各類凸型封頭中的所有拼焊接頭以及嵌入式接管與殼體對(duì)接連接的接頭，均屬于A類焊接接頭。 符號(hào)規(guī)定： d 換熱管外徑，mm； δ 換熱管厚度，mm； R 彎管段彎曲半徑，mm； 彎曲前換熱管的最小壁厚，mm； 直管段的計(jì)算厚度，mm； （3）管子的排列型式換熱管的排列主要有以下圖59四種方式：圖59正三角形排列用得最普遍，因?yàn)楣茏娱g距都相等，所以在同一管板面積上可排列最多的管子數(shù)，而且便于管板的劃線與鉆孔。 （3）折流板管孔設(shè)計(jì) 根據(jù)GB151規(guī)定，換熱管外徑小于32mm時(shí)，折流板管孔為: d+=25+=，下偏差為0，上偏差偏差為+。 具體尺寸位置如下圖51： 圖 51（3）殼體法蘭尺寸 查JB/T4700~4703200壓力容器法蘭標(biāo)準(zhǔn)表一規(guī)定： PN=,DN=800時(shí)，D=915,D1=880,D2=850,D3=840,D4=837,厚度=36mm,螺栓孔直徑d=18mm，螺栓孔數(shù)量n=32個(gè)，螺紋M16。 接管設(shè)計(jì) 接管設(shè)計(jì)一般由以下幾個(gè)要求： （1）接管宜與殼體內(nèi)表面平齊； （2）接管應(yīng)盡量沿?fù)Q熱器的徑向或軸向設(shè)置； （3）設(shè)計(jì)溫度高于或等于300℃時(shí)，應(yīng)采用對(duì)焊法蘭； （4）對(duì)于不能利用接管進(jìn)行放氣和排液的換熱器，應(yīng)在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置排氣口，或在最低點(diǎn)設(shè)置排液口，其最小公稱直徑為20mm。碟形封頭 是一個(gè)不連續(xù)曲面，在經(jīng)線曲率半徑突變的兩個(gè)曲面連接處，由于曲率的較大變化而存在著較大邊緣彎曲應(yīng)力。 (6)繞板式和整體多層包扎式具有的特點(diǎn)與多層包扎式和熱套式類似。結(jié)論是采用10號(hào)無(wú)縫鋼管滿足補(bǔ)強(qiáng)要求，不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。 由以上規(guī)定可知，本次接管外徑為均大于不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑，故開孔需另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。墊片基本密封寬度： （417）墊片有效密封寬度： （418） 由管板厚度計(jì)算公式： （419） 式中， —管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，—設(shè)計(jì)溫度下管板材料的許用應(yīng)力，147 管板計(jì)算厚度為： （420） 管板名義厚度 根據(jù)GB1511999 管板的名義厚度不小于下列三者之和： （1）管板的計(jì)算厚度或最小厚度，取大者； （2）殼程腐蝕裕量或結(jié)構(gòu)開槽深度，取大者； （3）管程腐蝕裕量或分程隔板槽深度，取大者；所以，管板名義厚度應(yīng)不小于下列三部分之和即： （421） 考慮到拉桿固定，取管板名義厚度 換熱管軸向應(yīng)力計(jì)算及校核換熱管材料為20（GB9948），其設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力，許用拉脫力 。 計(jì)算厚度 （48） 設(shè)計(jì)厚度 （49） 名義厚度 （410） 綜合考慮結(jié)構(gòu),補(bǔ)強(qiáng),焊接的需要,由GB1511999表8有 有效厚度 則短節(jié)圓筒名義厚度 壓力及應(yīng)力計(jì)算 根據(jù)《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》圓筒殼應(yīng)力校核公式為： （411） 其中Pc=，Di=800，=C1C2=+=，帶入數(shù)據(jù)得：=[]t=147Mpa，滿足要求。封頭形狀系數(shù)K=1。當(dāng)厚度為10mm時(shí)Q245R鋼板的[]t無(wú)變化，厚度合適。（GB1511999） （2）封頭和管箱短節(jié)材料 本次U型管換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，與封頭接觸的介質(zhì)均為干凈、無(wú)腐蝕、不易結(jié)垢的氣體介質(zhì)；并且設(shè)計(jì)壓力為常壓，在保證強(qiáng)度和成本的基礎(chǔ)上考慮到殼體材料，為了焊接方便，因此殼體封頭、管箱封頭和管箱短節(jié)材料均采用Q245R鋼板。 16MnDR、15MnNiDR和09MnNiDR三種鋼板是使用溫度低于等于20℃的壓力容器專用鋼板。根據(jù)GB1511999規(guī)定：當(dāng)壓力容器圓筒公稱直徑DN≤400mm時(shí)，可用鋼管制作。 （4）耐酸不銹鋼應(yīng)盡量不用做設(shè)計(jì)溫度小于或等于500℃的耐熱鋼。 接管尺寸： ①殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)空氣流速為u1=40m/s，則接管內(nèi)徑為 （213） 圓整后可取殼程接管內(nèi)徑為350mm。 確定介質(zhì)物性參數(shù)根據(jù)定性溫度，分別從《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》中查取殼程和管程流體的相關(guān)物性數(shù)據(jù)如下表21：表21 相關(guān)介質(zhì)物性參數(shù)介質(zhì)空氣水蒸氣溫度/℃30℃35℃（差值法取值）40℃100℃密度kg/m3定壓比熱容kJ/(kg.℃)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m.℃)21 計(jì)算總傳熱系數(shù) 熱流量： （21） 平均傳熱溫差： （22） 水蒸氣用量： 常壓下100℃的水蒸氣汽化熱為r=2258KJ/Kg，則 （23） 總傳熱系數(shù)K ①管程傳熱系數(shù)： （24） ②殼程傳熱系數(shù)： 假設(shè)殼程傳熱系數(shù)；污垢熱阻， ；管壁的導(dǎo)熱系數(shù)；則傳熱系數(shù)K： （25） 傳熱面積計(jì)算： （26） 考慮25%的面積裕度， （27） 工藝結(jié)構(gòu)尺寸：本次U型管換熱器設(shè)計(jì)采用單殼程雙管程結(jié)構(gòu)，若取傳熱管長(zhǎng)L=3m，換熱器程數(shù)為2，則 （27）每程管束為226/2=113根。除此之外，換熱設(shè)備也是回收余熱、廢熱特別是低品位熱能的有效裝置。管束中心部分存在空隙，所以流體易發(fā)生短路而影響傳熱效果。由于U型換熱管的兩端都同時(shí)固定在上同一塊管板上，管子可以自由伸縮，因此，當(dāng)殼體與U形換熱管有溫差時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力。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(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）U型管換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模學(xué)院名稱制造科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)名稱過(guò)程裝備與控制工程學(xué)生姓名XX學(xué)號(hào)XX 指導(dǎo)教師XX 講師二〇一五年六月 目錄緒論第一章 換熱器的生產(chǎn)需求第二章 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)參數(shù) 方案確定 確定介質(zhì)物性參數(shù) 計(jì)算總傳熱系數(shù) 熱流量 平均傳熱溫差 水蒸氣用量 總傳熱系數(shù)K 傳熱面積計(jì)算 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 傳熱管排列和分程方式 殼體內(nèi)徑Di 折流擋板 接管尺寸第三章 構(gòu)件材料選擇 一般選材原則 壓力容器常用鋼 構(gòu)件材料終定第四章 筒體計(jì)算 厚度計(jì)算 校核筒壁壓力 封頭尺寸計(jì)算 封頭厚度計(jì)算 校核封頭應(yīng)力 管箱短節(jié)圓筒厚度的計(jì)算 壓力及應(yīng)力計(jì)算 管箱短節(jié)長(zhǎng)度計(jì)算 管板設(shè)計(jì)及校核 布管面積 管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑 管板名義厚度 換熱管軸向應(yīng)力計(jì)算及校核 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 殼程接管開孔補(bǔ)