【正文】 管箱法蘭密封面，管板密封面與分程槽面必須處于同一基面，本設(shè)計(jì)管程隔板形式采用上圖中 最常用的結(jié)構(gòu)形式（ a），如圖 。本設(shè)計(jì)按照題目要求設(shè)計(jì)管程為 2，其中管束分程方法常采用平行方式。為使制造、維修和操作方便，一般采用偶數(shù)管程。 第四章 換熱器結(jié)構(gòu)型式選擇 9 圖 前端管箱 管束分程和分程隔板的布置 管束分程 在設(shè)計(jì)中，若采用多管程，則需要在管箱中安裝分程隔板 。用于單程或多程管箱，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，適于高壓，清潔介質(zhì)，可省掉一塊造價(jià)高的盲板、法蘭和幾十對(duì)螺栓，且橢圓封頭受力情況要比平端蓋好得多，缺點(diǎn)是檢查管子和清洗管程時(shí)必須拆下連接管道和管箱，但這種形式用的最多。一般多用于 DN900mm 的浮頭式換熱器中。但由于具備上述特點(diǎn)，適用于管、殼壁溫差較大和介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗的場合，因此石油化工系統(tǒng)裝置中有大量的應(yīng)用。浮頭部分由浮頭管板、溝圈和浮頭端蓋組成，為可拆結(jié)構(gòu)，便于制造、安裝和檢修，但浮頭端蓋部件在操作中無法檢查，所以在制 造和安裝時(shí)要特別注意它的密封性能，以免發(fā)生內(nèi)漏。廣東石油化工學(xué)院專科畢業(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 8 第 四 章 換熱器結(jié)構(gòu) 型式 選擇 換熱器結(jié)構(gòu)型式的選擇 本設(shè)計(jì)的換熱器結(jié)構(gòu)形式選擇浮頭式換熱器。 鞍座 鞍座是換熱器受載元件之一，要求有足夠的強(qiáng)度和良好的焊接性能。根據(jù) HG2061497鋼制管法蘭、墊片、緊固件選配規(guī)定，選用纏繞墊片，墊片材料選用柔性石墨作為填充帶材料，根據(jù) GB /T 47052021 選用 06Cr19Ni10 作為加強(qiáng)環(huán)材料。 容器法蘭墊片 墊片可用材料有橡膠墊片、石棉橡 膠板墊片、聚四氟乙烯墊片、柔性石墨復(fù)合墊、纏繞墊、金屬包裹墊、金屬環(huán)墊等。通常所用的鋼材有 Q23 Q235F、16Mn、 15MnV、 20 等。鍛件通常所用的鋼材有 Q235R、 Q235F、 16Mn、 20 等。 本次設(shè)計(jì)螺柱與螺母選擇的材料是： 30CrMoA， 35CrMoA 法蘭 高壓容器的平蓋、端部法蘭、中（低）壓設(shè) 備的法蘭及接管法蘭等常用鍛件制成。 30CrMoA鋼調(diào)質(zhì)后，在高溫（低于 550℃）條件下也有較高的強(qiáng)度，鋼的低溫韌性良好。 本設(shè)計(jì)選用 10 號(hào)鋼作為換熱管的材料。 鋼管 10 號(hào)鋼塑性、韌性很好，易冷熱加工成形，正火或冷加工后切削加工性能好， 此鋼第三章 換熱器設(shè)計(jì)主要參數(shù)與材料選擇 7 的可焊性非常好，可以用任何方法進(jìn)行焊接，焊前和焊后不必進(jìn)行熱處理， 無回火脆性，淬透性和淬硬性均差。主要用于建筑、橋梁工程上質(zhì)量要求較高的焊接結(jié)構(gòu)件 。本設(shè)計(jì)中選用 Q345R 作為殼體、管箱、管板的材料。它是目前我國用途最廣、用量最大的壓力容器專用鋼板。 鋼板 Q345R 是普通低合金鋼 ,是鍋爐壓力容器常用鋼材， 使用狀態(tài)為 ：熱軋 、控軋 或正火。 圖 填料函式換熱器廣東石油化工學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)：蒸餾塔冷凝器的機(jī)械設(shè)計(jì) 6 第 三 章 換熱器 設(shè)計(jì)主要參數(shù)與材料選擇 設(shè)計(jì)條件 表 換熱器初始條件 殼程 管程 程數(shù) 1 2 介質(zhì) MTBE 循環(huán)水 工作壓力 MPa 設(shè)計(jì)壓力 MPa 設(shè)計(jì)溫度 C0 83 60 入口溫度 C0 63 33 出口溫度 C0 54 40 焊縫系數(shù) ? = 換熱面積 2m 0F =217 換熱器 材料選擇 壓力容器用鋼的基本要求是有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性、制造性能和與介質(zhì)相容性。管束可自由伸縮，具有與浮頭式換熱器相同的優(yōu)點(diǎn)。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間，用螺栓連接。因此，它適用于溫差很大的兩流體換熱，但管程流體的阻力較大，設(shè)備造價(jià)較高。管程流體（ B流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高，便于清洗和檢修，消除溫差應(yīng)力，應(yīng)用普遍。 3） 浮頭式 換熱器兩端的管板，一端不與殼 體相連，該端稱浮頭。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，適用于高溫和高壓的場合。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結(jié)垢的物料。根據(jù)所采用的補(bǔ)償措施，管殼式換熱器可以分為以下幾種主要類型： 1） 固定管板式 固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當(dāng)兩流體的溫度差較大 時(shí)，在外殼的適當(dāng)位置上焊上一個(gè)補(bǔ)償圈，（或膨脹節(jié)）。如果兩流體溫度相差較大，換熱器內(nèi)將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫。多管程與多殼程可以配合使用。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管 束中往返多次，這稱為多管程；同樣。 流體每通過管束一次稱為一個(gè)管程；每通過殼體一次就稱為一個(gè)殼程。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。殼體多為圓筒形，內(nèi)部放置了由許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。 c)其他型式換熱器 這類換熱器是指一些具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器，一般是為滿足某些工藝特殊要求而設(shè)計(jì)的，如石墨換熱器、聚四氟乙烯換熱器和熱管換熱器等。 板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使流體能在較低的速度下就達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)化了傳熱。按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同大致可以分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、管殼式換熱器和纏繞管式換熱器等。它是利用間壁（固體壁面）將進(jìn)行熱交換的冷、熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格便宜、單體體積傳熱面積大，故較適合用于氣 氣熱交換的場合。 2）蓄熱式換熱器 這類換熱器又稱回?zé)崾綋Q熱器。 換熱器的分類及特點(diǎn) 按換熱設(shè)備 熱傳遞原理或傳熱方式進(jìn)行分類，可分為以下幾種主要形式： 1）直接接觸式換熱器 又稱混合式換熱器，它利用冷、熱流體直接接觸與混合的作用進(jìn)行熱量的交換。為了強(qiáng)化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。世界各國十分重視傳熱強(qiáng)化和熱能回收利用的研究和開發(fā)工作，開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備來提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，并取得了豐碩成果。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大 的換熱設(shè)備。 近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。 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。 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。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 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)。 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的 10%～ 20%；在煉油廠中，約占總投資的 35%～ 40%。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時(shí)，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性 ，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，并朝大型化的方向研究發(fā)展。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的 30% 左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，約 70% 。換熱器的性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用 ，有時(shí)甚至是決定性的作用。 研究的目的和意義 隨著現(xiàn)代新工藝、 新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重 ，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。我國石化行業(yè)的換熱設(shè)備以管殼式換熱器為主，而且傳統(tǒng)弓形折流板換熱器占到總量的 70％～ 80％。近年來 ,由于新科學(xué)技術(shù)和節(jié)約能源的發(fā)展 ,對(duì)被廣泛應(yīng)用的換熱器 ,提高換熱器的傳熱性能和開發(fā)新的節(jié)能型換熱器 ,已成為換熱器設(shè)計(jì)、制造方面的重要課題。 設(shè)計(jì)內(nèi)容主體是換熱器的換熱器的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)，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(jì)，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(jì)算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算等。浮頭式換熱器 主要由管箱、管板、殼體、換熱管、折流板、拉桿、定距管、鉤圈、浮頭蓋等零部件組成。 I 摘 要 本設(shè)計(jì)說明書是關(guān)于蒸餾塔冷凝器的設(shè)計(jì) ，用來實(shí)現(xiàn) MTBE 與 循環(huán)水 之間的熱交換，提高 MTBE 的 生產(chǎn)效率 ?？紤]到工藝需求和造價(jià)，我們選用了浮頭式換熱器。其優(yōu)點(diǎn)為熱應(yīng)力較小，便于檢查和清洗，缺點(diǎn)是浮頭蓋與管板法蘭連接有相當(dāng)大的面積，結(jié)果殼體直徑增大，在管束與殼體之間形成了阻力較小的環(huán)形通道，部分流體將由此旁通而不參加熱交換過程。 關(guān)鍵詞： 浮頭式換熱器、 機(jī)械設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核 II 目錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I 第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1 工程背景 ..................................................................................................................... 1 研究的目的和意義 ...................................................................................................... 1 第二章 換熱器介紹 .................................................................................................................. 2 換熱器的應(yīng)用及發(fā)展 ................................................................................................. 2 換熱器的主要分類 ..................................................................................................... 3 換熱器的分類及特點(diǎn) ....................................................................................... 3 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) .......................................................................... 4 第三章 換熱器設(shè)計(jì)主要參數(shù)與材料選擇 .............................................................................. 6 設(shè)計(jì)條件 ..................................................................................................................... 6 換熱器材料選擇 ......................................................................................................... 6 鋼板 .................................................................................................................. 6 鋼管 .........................................................................................