【正文】 cooling apparatus, kettletype reboiler, heat exchanger, ethylene 目錄摘要 IABSTRACT II1緒論 1 引言 1 換熱器的基本要求及選型時需要考慮的因素 1 管殼式換熱器的研究現(xiàn)狀 2 釜式重沸器 32換熱器材料選擇 3 43 換熱器主要部件設(shè)計(jì) 4 換熱管設(shè)計(jì) 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 8 8 8 管板設(shè)計(jì) 9 9 10 13 13 14 15 15 16 17 17 19 接管法蘭的選取 19 墊片的選取 21 緊固件的選用 22 設(shè)備法蘭設(shè)計(jì) 23 法蘭的選取 23 25 25 支持板 26 支持板的尺寸 26 27 28 拉桿與定距管 29 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 29 29 拉桿的尺寸 29 30 定距管尺寸 30 滑道結(jié)構(gòu) 30 鞍座的選取 315換熱器的制造、檢驗(yàn)、安裝與維修 3檢驗(yàn)與驗(yàn)收 31 31 32 32 32 32 32 33 33 33 33總結(jié) 34參考文獻(xiàn) 35致謝 361緒論 引言化工生產(chǎn)中，絕大多數(shù)的工藝過程都有加熱、冷卻、汽化和冷凝的過程，這些過程總稱為傳熱過程。它是化工、煉油、食品、輕工、能源、制藥、機(jī)械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。適用于不同的介質(zhì)、工況、溫度和壓力的換熱器，其結(jié)構(gòu)和形式也都不相同。根據(jù)間壁的形狀，間壁式換熱器大體上分為“管式”和“板面式”兩大類。其中管殼式換熱器具有悠久的使用歷史，雖然在傳熱效率、緊湊性及金屬耗量等方面不如近年來出現(xiàn)的其他新型換熱器，但其具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可承受較高的壓力、制造工藝成熟、適應(yīng)性強(qiáng)及選材范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，目前，仍是化工生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種間壁式換熱器。 換熱器的基本要求及選型時需要考慮的因素?fù)Q熱器的基本要求有以下幾點(diǎn)：（1）熱量能有效地從一種流體傳遞到另一種流體，即傳熱效率高，單位傳熱面上能傳遞的熱量多。（2）換熱器的結(jié)構(gòu)能適應(yīng)所規(guī)定的工藝操作條件，運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠，密封性好，清洗、檢修方便，流體阻力小。在化工生產(chǎn)中所使用的換熱設(shè)備往往需要頻繁的清洗和檢修，停車的時間多，造成的經(jīng)濟(jì)損失有時會比換熱器價格更大。換熱設(shè)備的類型很多，各種形式都有它特定的應(yīng)用范圍。選型時需要考慮的因素也是多方面的。例如硝酸加熱器，由于流體的強(qiáng)腐蝕性決定了設(shè)備的結(jié)構(gòu)和材料。流體的潔凈程度和是否易結(jié)垢，有時在選型上也起決定性的作用，如對于需要經(jīng)常清洗換熱面的物料就不能選用高效的板翅式或其他不可拆卸的結(jié)構(gòu)。 （3）隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，各種換熱器的適用范圍也在不斷的發(fā)展。但由于其流體處理量小，價格高，不能適應(yīng)現(xiàn)代大型化裝置的需要，因此隨著結(jié)構(gòu)材料和制造工藝的發(fā)展，正在把管殼換熱器逐步推廣到高溫高壓的場合下應(yīng)用，目前國外這種換熱器的最高使用壓力為84MPa，溫度達(dá)1000℃。由于管殼式換熱器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，且能選用多種材料制造，故適應(yīng)性極強(qiáng)，尤其在高溫、高壓和大型裝置中得到普遍應(yīng)用。因?yàn)樵S多工藝過程都具有高溫、高壓、高真空、有腐蝕性等特點(diǎn)，而管殼式換熱器具有選材范圍廣（可為碳鋼、低合金鋼、鋁材、銅材等），換熱表面清洗方便，適應(yīng)性強(qiáng)，處理能力大，特別是能承受高溫和高壓等特點(diǎn)，所以管殼式換熱器廣泛應(yīng)用，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等方面。管束是管殼式換熱器的核心，其中換熱管作為導(dǎo)熱元件，決定著換熱器的熱力性能。管箱和殼體主要決定管殼式換熱器的承壓能力及操作運(yùn)行的安全可靠性。管程和殼程分別通過兩種不同溫度的流體時，溫度較高的流體通過換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體，溫度較高的流體被冷卻，溫度較低的流體被加熱，實(shí)現(xiàn)了兩流體換熱的工藝目的。從間壁式換熱器的發(fā)展史來看，管殼式換熱器的技術(shù)提高受到下列因素的限制：（1）流體熱附面層熱阻的限制。這一厚度僅為35 mm的薄層，其熱阻幾乎占了整個附面層熱阻的80％。(2）流體壓力損失的限制。但是，提高流體速度卻引起一個矛盾的后果，流體的壓力損失增加，其增加的速率巨大，所以不得不降低流速來接受較低的傳熱系數(shù)。擴(kuò)大傳熱面積是提高預(yù)熱溫度和增加熱回收率的簡單而有效的辦法，但卻受到換熱器成本和價格提高、換熱器尺寸擴(kuò)大與安裝重量加大、換熱器體積龐大與運(yùn)輸車輛超重等等的限制。產(chǎn)氣量大、蒸氣品質(zhì)要求高者蒸發(fā)空間大，否則可以小些。管束有的采用浮頭式，有的采用U型管束。浮頭式在開工過程中，常因管束受熱不均引起金屬伸縮不勻，容易造成小浮頭的墊片泄漏。2換熱器材料選擇元件名稱材料狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)號供貨狀態(tài)殼體S30408板材GB 245112009固溶換熱管0Cr18Ni9管材GB 149762002固溶管板S30408鍛件NB/T 470102010固溶管箱S30408板材GB 245112009固溶管箱法蘭S30408鍛件NB/T 470102010固溶殼程接管S30408鍛件NB/T 470102010固溶殼程管法蘭S30408鍛件NB/T 470102010固溶管程接管S30408鍛件NB/T 470102010固溶管程管法蘭S30408鍛件NB/T 470102010固溶 在進(jìn)行換熱器設(shè)計(jì)時，對換熱器各種零部件的材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的操作壓力、操作溫度、流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。一般為了滿足設(shè)備操作壓力和操作溫度，即從設(shè)備的強(qiáng)度或剛度的角度來考慮，是比較容易達(dá)到的，但對于材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復(fù)雜的問題。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。另一方面過冷器所裝載的主要是混合碳二和乙烯這兩種氣體，所以選擇材料主要依據(jù)自然就是這兩種介質(zhì)的性質(zhì)。而在管程方面，乙烯沒有腐蝕性，再加上設(shè)計(jì)溫度極低等多方面的考慮，因此封頭的材料選擇也定為與殼體相同的S30408。換熱器主要部件的材料選擇見表21。光管是作為管殼式換熱器的傳統(tǒng)形式，當(dāng)前應(yīng)用非常普遍，廉價，易于制造、安裝、檢修、清洗方便。采用標(biāo)準(zhǔn)管徑的換熱管。但小管徑流體阻力大，不便清洗，易結(jié)垢，堵塞。 無相變換熱時，管子較長則傳熱系數(shù)也增加。但是，管子過長給制造帶來困難。對于傳熱面積大，或無相變的換熱器可選用8～9m的管長。換熱管的排列方式主要有以下四種方式：圖31 換熱管的排列方式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。在殼程需要機(jī)械清洗時，一般采用正方形排列，管間通道沿整個管束應(yīng)該是連續(xù)的，且要保證6mm的清洗通道。本設(shè)計(jì)采用正三角形排列。經(jīng)計(jì)算a=15時，NT=721，滿足條件，此時b=31。管束直徑Dd=S(b1)=25(311)=750mm。則D=25（311）+219=但根據(jù)圓筒的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列，只能取Di1=800mm。～2倍，錐形過渡段為30176。則由此可以得到錐體的長度為l=400csc30176。根據(jù)GB1501998式(51)，殼體的計(jì)算厚度為 δ=PcDi2[σ]t?Pc （35） 式中： δ——計(jì)算厚度，mm； Pc——計(jì)算壓力，MPa，取Pc等于設(shè)計(jì)壓力，即Pc=； Di——圓筒內(nèi)徑，mm； [σ]t——許用應(yīng)力，MPa，當(dāng)厚度為2～60mm時，S30408在20℃以下的許用應(yīng)力為137MPa。代入數(shù)值，得小端殼體的計(jì)算厚度為δ1=8002137=大端殼體的計(jì)算厚度為δ2=12002137= 對于S30408，鋼板負(fù)偏差C1=，又腐蝕裕度C2=0，則 設(shè)計(jì)厚度： δd1=δ1+C2=+0=δd2=δ2+C2=+0= 名義厚度：δn1=δd1+C1=+=，經(jīng)圓整取δn1=12mmδn2=δd2+C1=+=，經(jīng)圓整取δn2=16mm因此小端殼體、大端殼體的名義厚度分別可取δn1=12mm，δn2=16mm。由已知條件，殼程水壓試驗(yàn)壓力PT=，則根據(jù)GB1501998式（37）水壓試驗(yàn)的應(yīng)力為 σT=PT（Di+δe）2δe （36）式中：σT——試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力，MPa； Di——圓筒內(nèi)直徑，mm；PT——試驗(yàn)壓力，MPa；δe——圓筒的有效厚度，δe=δnC1 C2==。則σT=（1200+）2=σT?σs=520MPa=468MPa ，壁厚符合強(qiáng)度要求。采用什么樣的封頭要根據(jù)工藝條件的要求、制造的難易程度和材料的消耗等情況來決定。封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成烈，是目前中、低壓容器中，應(yīng)用較多的封頭之一。 δe%Di=%1200=橢圓形封頭的最大允許工作力按GB1501998式（73）計(jì)算：Pw=2[σ]t?δeKDi+ （38）對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭應(yīng)力增強(qiáng)系數(shù)K=1，則Pw=213711200+=PwPwmax=該封頭滿足壓力要求，故取名義厚度δn=16mm合適。管板還是換熱器中的一個重要受壓元件。管板的合理設(shè)計(jì)對于正確選用和節(jié)約材料、減少加工制造的困難、降低成本、確保使用安全都具有重要意義。（1）管板與殼體、管箱的連接管板與殼體的連接形式分為兩類：一種是可拆式，一種是不可拆式。從制造工況以及經(jīng)濟(jì)等方面考慮，本設(shè)計(jì)采用了強(qiáng)度焊加貼脹。（2）計(jì)算a)根據(jù)布管尺寸計(jì)算Ad 、At、Dt；根據(jù)法蘭連接密封面型式和墊片尺寸計(jì)算DG。b)計(jì)算ρt，以1/ρt查表22得Ｃc，或以1/ρt查圖19，由縱坐標(biāo)軸上直接查得Ｃc。e)換熱管軸向應(yīng)力一根換熱管管壁金屬的橫截面積a為ａ＝πδt(dδt) （314）= π2192=σt=psptπd24apt （315）按三種工況分別計(jì)算換熱管的軸向應(yīng)力：① 只有殼程設(shè)計(jì)壓力ps=，管程設(shè)計(jì)壓力pt=0，此時σt=1924=② 只有管程設(shè)計(jì)壓力pt=，殼程設(shè)計(jì)壓力為ps=0，此時σt=1924=③ 殼程設(shè)計(jì)壓力ps和管程設(shè)計(jì)壓力pt同時作用，此時σt=1924=以上三種工況下計(jì)算值的絕對值均小于換熱管設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力[σ]tt=112MPa。管箱的作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到各換熱管內(nèi)，和把管內(nèi)流體匯集在一起送出換熱