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正文內(nèi)容

年產(chǎn)37萬噸酒精精餾換熱器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-展示頁

2025-07-06 09:46本頁面
  

【正文】 管箱對管子進(jìn)行清洗或更換。用以分配液體和起封頭的作用。焊接法應(yīng)用廣泛,這次用到的換熱器內(nèi)流體溫度不高,壓力不大,所以選擇焊接的方式連接管子和管板。厚度計(jì)算應(yīng)根據(jù)我國“鋼制壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定”進(jìn)行,一般采用20到30個毫米的。管子與管板及其連接方式的選擇管板的作用是將受熱管束連接在一起,并將管程和殼程的流體分隔開。我國換熱器系列中,固定管板式多采用正三角形排列;浮頭式則以正方形錯列排列居多,也有正三角形排列。(D)三角形錯列 (C) 三角形直列(B)正方形錯列 A B C D E(A) 正方形直列本次設(shè)計(jì)采用ф25 mm碳鋼管。在管程結(jié)垢不很嚴(yán)重以及允許壓力降較高的情況下,采用ф19mm2mm直徑的管子更為合理。 換熱管布置和排列間距管束的多少和長短由傳熱面積的大小和換熱器結(jié)構(gòu)來決定,它的材質(zhì)選擇主要考慮傳熱效果、耐腐蝕性能、可焊性等。固定管板式換熱器主要分為管程和殼程兩大部分。固定管板式換熱器最容易出現(xiàn)的故障就是管子和管板連接部分泄漏、串液、壓降大。根據(jù)制定的流程方案,可選擇帶補(bǔ)償圈的和不帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器,此類換熱器的結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉,宜處理兩流體溫差50℃到70℃且殼方流體較清潔及不宜結(jié)垢的物料,流體壓強(qiáng)不高于600Kpa的情況。在具體選型時,我們需要抓住實(shí)際工況下最重要的影響因素或者說是所需換熱器要滿足的最主要目的,解決主要矛盾。 換熱器類型的選擇對于所選擇的換熱器,應(yīng)盡量滿足以下要求:具有較高的傳熱效率、較低的壓力降;重量輕且能承受操作壓力; 可靠長的使用壽命;產(chǎn)品質(zhì)量高,操作安全可靠;所使用的材料與過程流體相容;設(shè)計(jì)計(jì)算方便,制造簡單,安裝容易,易于維護(hù)與維修。填料涵式換熱器這類換熱器管束一端可以自由膨脹,結(jié)構(gòu)比浮頭式簡單,造價也比浮頭式低。浮頭式換熱器浮頭式換熱器的管板有一個不與外殼連接,該端被稱為浮頭,管束連同浮頭可以自由伸縮,而與外殼的膨脹無關(guān)。但補(bǔ)償裝置(膨脹節(jié))只能用在殼壁與管壁溫差低于60~70℃和殼程流體壓強(qiáng)不高的情況。因此,當(dāng)管壁與殼壁溫差較大時,由于兩者的熱膨脹不同,產(chǎn)生了很大的溫差應(yīng)力,以至管子扭彎或使管子從管板上松脫,甚至毀壞換熱器。通常在管外裝置一系列垂直于管束的擋板。 固定管板式換熱器 這類換熱器的結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、造價便宜,但管外不能機(jī)械清洗。由于列管式換熱器管束與殼體內(nèi)通過流體的溫度不同,會引起管束與殼體熱膨脹程度的差異,若兩側(cè)流體的溫度差較大時,就可能由于熱應(yīng)力二引起管子彎曲或使管子從管板上拉托,因此,必須考慮熱補(bǔ)償。 換熱器設(shè)計(jì)方案的確定 換熱器的類型列管式換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、牢固,操作彈性大,應(yīng)用材料廣,歷史悠久,設(shè)計(jì)資料完善,并已有系列化標(biāo)準(zhǔn),特別是在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中占絕對優(yōu)勢。本次換熱系統(tǒng)為精餾系統(tǒng)的換熱設(shè)備,包括原料預(yù)熱器,塔頂全凝器,塔頂產(chǎn)品冷卻器,塔底再沸器,塔底殘液冷卻器。 換熱系統(tǒng)流程方案的設(shè)計(jì)原料液原料液預(yù)熱器再沸器精餾塔分配器釡液貯罐冷卻器塔頂冷凝器預(yù)熱器器產(chǎn)品貯罐進(jìn)行換熱器的設(shè)計(jì),首先應(yīng)根據(jù)工藝要求確定換熱系統(tǒng)的流程方框圖并選用適當(dāng)類型的換熱器,確定所選換熱器中流體的流動空間及流速等參數(shù),同時計(jì)算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所在地需的傳熱面積,并確定換熱器的工藝尺寸。ξ—— 阻力系數(shù),列管換熱器管內(nèi)ξ=3——折流擋板數(shù)目;——按殼程流通面積So計(jì)算的流速,m/s第1章 確定設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)設(shè)備在生產(chǎn)中的作用換熱器是化工、石油、動力、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備,是必不可少的單元設(shè)備,在生產(chǎn)中占有很重要的地位。do、di 、dm——分別為換熱器列管的外徑、內(nèi)徑及平均直徑,m;b——列管管壁厚度, m;k一列管管壁的導(dǎo)熱系數(shù),w/(m——基于換熱器外表面積的總傳熱系數(shù),w/((m2.℃); ——基于管內(nèi)及管外的對流傳熱系數(shù),w/(m2℃);T ——熱流體的溫度,℃;t ——冷流體的溫度,℃;r ——飽和蒸汽的冷凝潛熱,kJ/kg。內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)符號說明Q——傳熱速率(即熱負(fù)荷),W;K——總傳熱系數(shù),W/(m2.℃);S——與K值對應(yīng)的換熱器傳熱面積,m2; Δtm——平均溫度差,℃。W ——流體的質(zhì)量流量,kg/h;Cp——流體的平均定壓比熱容,J/(kgK。℃);Rso、Rsi——分別為管外側(cè)及管內(nèi)側(cè)表面上的污垢熱阻,(m2.℃)/w?!?Δt——蒸汽的飽和溫度與壁溫之差,nc——水平管束在垂直列上的管數(shù);——直管中因摩擦阻力引起的壓力降Pa;——回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降,Pa;——結(jié)垢校正系數(shù),無因次,φ25;φ19;——串聯(lián)的殼程數(shù);——管程數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì),在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中,換熱器投資約占裝備建設(shè)總投資的30%40%;在合成氨廠中,換熱器占全部設(shè)備臺數(shù)的10%,由此可見,換熱器對整個企業(yè)的建設(shè)投資及經(jīng)濟(jì)效益有著重要的影響。流程方案圖的初步設(shè)計(jì)中,考慮使用塔底殘液的廢熱來預(yù)熱原料液,達(dá)到廢熱再利用的效果,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,資源的綜合利用。對原料預(yù)熱器和塔頂產(chǎn)品冷凝器進(jìn)行精算,塔頂冷卻器和塔底殘液冷卻器只作初算,而塔底再沸器不作要求。不同形式的列管換熱器主要針對換熱器管程與殼程流體的溫度差的不同設(shè)計(jì)。根據(jù)熱補(bǔ)償方法的不同,列管換熱器有以下幾種形式。此種換熱器管束連接在管板上,管板分別焊在外殼兩端,并在其上連接有頂蓋,頂蓋和殼體裝有流體進(jìn)出口接管。同時管子和管板與外殼的連接都是剛性的,而管內(nèi)管外是兩種不同溫度的流體。為了克服溫差應(yīng)力必須有溫差補(bǔ)償裝置,一般在管壁與殼壁溫度相差50℃以上時,為安全起見,換熱器應(yīng)有溫差補(bǔ)償裝置。難以伸縮,失去溫差補(bǔ)償?shù)淖饔?,就?yīng)考慮其他結(jié)構(gòu)。浮頭式換熱器的管束可以拉出,便于清晰和維修,適用于兩流體溫差較大的各種物料的換熱器,應(yīng)用極為普遍,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價高。但殼程內(nèi)介質(zhì)有外漏的可能,殼程中不應(yīng)處理易揮發(fā)、易燃、易爆和有毒的介質(zhì)。 在實(shí)際選型中,這些選擇原則往往是相互矛盾、相互制約的。本文中兩流體溫差介于50℃和70℃之間的選擇帶補(bǔ)償圈的固定管板式換熱器,小于50℃的選擇不帶補(bǔ)償圈固定管板式換熱器。 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)的確定固定管板式換熱器由管板、殼體、封頭等組成。所以必須注意固定管板式換熱器的連接方法和質(zhì)量。 管程結(jié)構(gòu) 換熱器管程由換熱管、管板、封頭 。常用管徑和壁厚有¢192,¢25;管長有1500mm、2000mm和3000mm;材料有普碳鋼或不銹鋼等。這次用到的換熱器的壓力不大,換熱器中流體沒有腐蝕性,所以選擇ф25 mm碳鋼管。換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正三角形排列、同心圓排列,正三角形排列比較緊湊,管板利用率高,管外流體湍動程度高,對流傳熱系數(shù)大,但管外清洗較困難;正方形排列便于機(jī)械清洗;同心圓排列用于小殼徑換熱器,外圓管布管均勻,結(jié)構(gòu)更為緊湊。 (E)同心圓排列 正三角形排列結(jié)構(gòu)緊湊;正方形排列便于機(jī)械清洗;同心圓排列用于小殼徑換熱器,外圓管布管均勻,結(jié)構(gòu)更為緊湊。本次設(shè)計(jì)選擇正三角形的排列方式。列管式換熱器管板是用來固定管束連接殼體和端蓋的一個圓形厚板,它的受力關(guān)系比較復(fù)雜。管板與管子的連接可脹接,焊接和脹焊并用。封頭、管箱的確定列管式換熱器管箱即換熱器的端蓋,也叫分配室。壓力較低時可采用平蓋,壓力較高時則采用凸形蓋,用法蘭與管板連接。 殼程結(jié)構(gòu) 殼程內(nèi)的結(jié)構(gòu),主要由折流板、支承板、縱向隔板及緩沖板等元件組成。直徑小于400mm的殼體通常用鋼管制成,大于400mm的用鋼板卷焊而成。列管式換熱器折流板的作用是;增強(qiáng)流體在管間流動的湍流程度;增大傳熱系數(shù);提高傳熱效率。這次設(shè)計(jì)中的原料預(yù)熱器和塔頂全凝器的殼程走的是蒸汽所以不安裝折流板。影響選擇結(jié)果的因素很多,主要從以下三方面考慮:傳熱效果(1)粘度大的流體或流量小的流體宜走管程。(2)待冷卻的流體宜走殼程,便于傳熱。3 、清洗方便不潔凈的或易結(jié)垢的流體宜走管程,便于清洗管子。 提高流體在換熱器中的流速,將增大對流傳熱系數(shù),減少污垢在管子表面上沉積的可能性,即降低了污垢熱阻,使總傳熱系數(shù)增加,所需傳熱面積減小,設(shè)備費(fèi)用降低。因此,應(yīng)選擇適當(dāng)流速。表1 工業(yè)列管式換熱器常用的流體流速范圍液體的種類一般液體易結(jié)垢液體氣體流速m/s管程-3>15-30殼程->3-15 流體出口溫度的確定 在換熱器的設(shè)計(jì)中,被處理物料的進(jìn)出口溫度由工藝要求確定;加熱劑或冷卻劑的進(jìn)口溫度,一般由來源而定,但它的出口溫度則應(yīng)由社記者根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算來確定,例如:用冷卻水作某物料冷卻劑時,在一定熱符合條件下,選用較高的冷水出口溫度,可節(jié)省材料,但傳
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