【正文】 ne assembly drawing, four parts drawings. Keywords: reboiler。structer design .北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 前言 經(jīng)過(guò)四年的本科學(xué)習(xí)和實(shí)踐，到底自己學(xué)到了什么，知識(shí)掌握的怎么樣，實(shí)際應(yīng)用能力怎么樣，平時(shí)的考試時(shí)無(wú)法檢測(cè)到這些的，而畢業(yè)設(shè)計(jì)在大學(xué)本科的學(xué)習(xí)過(guò)程中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要目的非常明確：一是檢測(cè)自己，二是通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)自己的不足，進(jìn)而查漏補(bǔ)缺鞏固所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，為今后解決工程中的實(shí)際問(wèn)題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中作者通過(guò)上網(wǎng)或者圖書館查資料的方式對(duì)再沸器有了具體的認(rèn)識(shí)。大多數(shù)的再沸器為管殼式換熱器。加熱介質(zhì)通常是蒸汽 , 也可以是載熱的流體、氣體等。因此 , 再沸器的蒸發(fā)率受換熱溫差的影響很大。然而 , 為了有效地利用能源 , 要求再沸器能在較小的溫差條件下和穩(wěn)定的加熱介質(zhì)的操作條件下工作 , 因此 , 對(duì)再沸器良好的選擇就顯得十分必要 , 這包括精確地確定傳熱面積 , 較好地分析和預(yù)測(cè)再沸器的性能等。因此 , 為了更有效地利用能源 , 對(duì)再沸器的性能分析和研究方向的討論是非常有意義的。 2．料的粘度； 再沸器送料塔的塔內(nèi)液面高度進(jìn)。標(biāo)準(zhǔn)的釜式熱交換器一直是最普遍，最常采用的再沸器設(shè)計(jì)方案，所以本次設(shè)計(jì)我選用了釜式換熱器。大概思路如下：筒體強(qiáng)度校核、封頭強(qiáng)度校核、管箱短節(jié)的強(qiáng)度校核、換人管的設(shè)計(jì)及北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 校核、管箱法蘭的 設(shè)計(jì)及校核、筒體法蘭的設(shè)計(jì)及校核、管板的設(shè)計(jì)及校核、接管的設(shè)計(jì)及校核、開孔補(bǔ)強(qiáng)方面的考慮，經(jīng)過(guò)這一系列的常規(guī)設(shè)計(jì)，我收獲頗豐，達(dá)到了我剛開始選題的目的。 本次設(shè)計(jì)包括：圖紙（計(jì)算機(jī)繪圖一號(hào)圖六張）、設(shè)計(jì)說(shuō)明書、開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、文獻(xiàn)翻譯。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1章 換熱器概述 第 1． 1 節(jié) 換熱器的發(fā)展 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) 。 30 年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。 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。 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。 70 年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，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。 混合式換熱器是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進(jìn)行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠?jī)闪黧w本身的密度差得以及時(shí)分離。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。 間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過(guò)間壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因 此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣。管式換熱北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱 器 等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設(shè)計(jì)的換熱器，如刮面式換熱器、轉(zhuǎn)盤式換熱器和空氣冷卻器等。順流時(shí)，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。在冷、熱流體的進(jìn)出口溫度一定的條件下，當(dāng)兩種流體都無(wú)相變時(shí)，以逆流的平均溫差最大順流最小。前者可節(jié)省設(shè)備費(fèi)，后者可節(jié)省操作費(fèi)，故在設(shè)計(jì)或生產(chǎn)使用中應(yīng)盡量采用逆流換熱。除 順流和逆流這兩種流向外，還有錯(cuò)流和折流等流向。熱阻主要來(lái)源于間壁兩側(cè)粘滯于傳熱面上的流體薄層 (稱為邊界層 )，和換熱器使用中在壁兩側(cè)形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對(duì)較小。但增加流體流速會(huì)使能量消耗增加，故設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。 一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓 換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫?fù)Q熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。 在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等 ,應(yīng)用更加廣泛。在三類換熱器中 ， 間壁式換熱器應(yīng)用最多。但其加熱面受容器壁面限制 ,傳熱系數(shù)也不高 .為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻 ,可在釜內(nèi)安裝攪拌器 .當(dāng)夾套中通入冷卻水或無(wú)相變的加熱劑時(shí) ,亦可在夾套中設(shè)置螺旋隔板或其它增加湍動(dòng)的措施 ,以提高夾套一側(cè)的給熱系數(shù) .為補(bǔ)充傳熱面的不足 ,也可在釜內(nèi)部安裝蛇管 . 夾套式換熱器廣泛用于反應(yīng)過(guò)程的加熱和冷卻。其缺點(diǎn)是容器內(nèi)液體湍動(dòng)程度低 ,管外給熱系數(shù)小 .為提高傳熱系數(shù) ,容器內(nèi)可安裝攪拌器。 （ 4） 套管式換熱器 套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管 ,并由 U形彎頭連接而成 .在這種換熱器中 ,一種流體走管內(nèi) ,另一種流體走環(huán)隙 ,兩者皆可得到較高的流速 ,故傳熱系數(shù)較大 .另外 ,在套管換熱器中 ,兩種流體可為純逆流 ,對(duì)數(shù)平均推動(dòng)力較大。 （ 5） 管殼式換熱器 管殼式 (又稱列管式 ) 換熱器是最典型的間壁式換熱器 ,它在工業(yè)上的應(yīng)用有著悠久的歷史 ,而且至今仍在所有換熱器中占據(jù)主導(dǎo)地位。在管殼換熱器內(nèi)進(jìn)行換熱的兩種流體 ,一種在管內(nèi)流動(dòng) ,其行程稱為管程；一種在管外流動(dòng) ,其行程稱為殼程。為提高管外流體給熱系數(shù) ,通常在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)量的橫向折流檔板。常用的檔板有圓缺形和圓盤形兩種 ,前者應(yīng)用更為廣泛 .。為提高管內(nèi)流體的速度 ,可在兩端封頭內(nèi)設(shè)置適當(dāng)隔板 ,將全部管子平均分隔成若干組。同樣 ,為提高管外流速 ,可在殼體內(nèi)安裝縱向檔板使流體多次通過(guò)殼體空間 ,稱多殼程。如兩者溫差很大 , 換熱器內(nèi)部將出現(xiàn)很大的熱應(yīng)力 ,可能使管子彎曲 ,斷裂或從管板上松脫。 1． 2． 混合式換熱器 混合式熱交換器是依靠冷、熱流體直接接觸而進(jìn)行傳熱的，這種傳熱方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)的污垢熱阻，只要流體間的接觸情況良好，就有較大的傳熱速率。它的應(yīng)用遍及化工和冶金企業(yè)、動(dòng)力工程、空氣調(diào)節(jié)工程以及其它許多生產(chǎn)部門中。例如熱力發(fā)電廠或核電站的循環(huán)水、合成氨生產(chǎn)中的冷卻水等，經(jīng)過(guò)水冷卻塔降溫之后再循環(huán)使用，這種方法在實(shí)際北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 工程中得到了廣泛的使用。但其最廣泛的用途是冷卻氣體，而冷卻所用的液 體以水居多。噴淋室不但可以像氣體洗滌塔一樣對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，而且還可對(duì)其進(jìn)行加熱處理。但是，在以調(diào)節(jié)濕度為主要目的的紡織廠、卷煙廠等仍大量使用 ! (3)噴射式熱交換器 在這種設(shè)備中，使壓力較高的流體由噴管噴出，形成很高的速度，低壓流體被引入混合室與射流直接接觸進(jìn)行傳熱，并一同進(jìn)入擴(kuò)散管，在擴(kuò)散管的出口達(dá)到同一壓力和溫度后送給用戶。 1． 2． 蓄熱式換熱器 蓄熱式換熱器用于進(jìn)行蓄熱式換熱的設(shè)備。一般用耐火磚等砌成火格子（有時(shí)用金屬波形帶等）。第一階段，熱氣體通過(guò)火格子，將熱量傳給火格子而貯蓄起來(lái)。這兩個(gè)階段交替進(jìn)行。常用于冶金工業(yè)，如煉鋼平爐的蓄熱室。 蓄熱式換熱器一般用于對(duì)介質(zhì)混合要求比較低的場(chǎng)合 ?；A(chǔ)一般分為兩種：一種為磚砌的鞍形基礎(chǔ)，換熱器上沒(méi)有鞍式支北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 座而直接放在鞍形基礎(chǔ)上，換熱器與基礎(chǔ)不加固定，可以隨著熱膨脹的需要自由移動(dòng)。 在安裝換熱器之前應(yīng)嚴(yán)格的進(jìn)行基礎(chǔ)質(zhì)量的檢查和驗(yàn)收工作，主要項(xiàng)目如下：基礎(chǔ)表面概況；基礎(chǔ)標(biāo)高，平面位置，形狀 和主要尺寸以及預(yù)留孔是否符合實(shí)際要求；地腳螺栓的位置是否正確，螺紋情況是否良好，螺帽和墊圈是否齊全；放置墊鐵的基礎(chǔ)表面是否平整等。墊鐵厚度可以調(diào)整，使換熱器能達(dá)到設(shè)計(jì)的水平高度。墊鐵可分為平墊鐵、斜墊鐵和開口墊鐵。地腳螺栓兩側(cè)均應(yīng)有墊鐵，墊鐵的安裝不應(yīng)妨礙換熱器的熱膨脹。找平后，斜墊鐵可與芝座焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死?？沙楣苁鴵Q熱器安裝前應(yīng)抽芯檢查，清掃，抽管束時(shí)應(yīng)注意保護(hù)密封面和折流板。 根據(jù)換熱器的形式，應(yīng)在換熱器的兩端留有足夠的空間來(lái)滿足條件（操作）清洗、維修的需要。 固定管板式換熱器的兩端應(yīng)留出足夠的空間以便能抽出和更換管子。兩端都可以對(duì)管子進(jìn)行刷洗操作。 換熱器不得在超過(guò)銘牌規(guī)定的條件下運(yùn)行。管殼式換熱器就是利用管子使其內(nèi)外的物料進(jìn)行熱交換、冷卻、冷凝、加熱及蒸發(fā)等過(guò)程，與其他設(shè)備相比較，其余腐蝕介質(zhì)接觸的表面積就顯得非常大，發(fā)生腐蝕穿 孔結(jié)合處松弛泄漏的危險(xiǎn)性很高，因此對(duì)換熱器的防腐蝕和防泄漏的方法也比其他設(shè)備要多加考慮，當(dāng)換熱器用蒸汽來(lái)加熱或用水來(lái)冷卻時(shí)，水中的溶解物在加熱后，大部分溶解度都會(huì)有所提高，而硫酸鈣類型的物質(zhì)則幾乎沒(méi)有變化。又因水中含有腐蝕性溶解氣體及氯離子等引起設(shè)備腐蝕，腐蝕與結(jié)垢交替進(jìn)行，激化了鋼材的腐蝕。由于清洗的困難程度是隨著垢層厚度或沉積的增加而迅速增大的，所以清洗間隔時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)裝置的特點(diǎn)，換熱介質(zhì)的性質(zhì) ，腐蝕速度及運(yùn)行周期等情況定期進(jìn)行檢查，修理及清洗。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門。 換熱器既可是一種單獨(dú)的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的熱交換器。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好 。 耐壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)： 制造完工的換熱器應(yīng)對(duì)換熱器管板的連接接頭，管程和殼程進(jìn)行耐壓試驗(yàn)或增加氣密性試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)包括水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)。 如果介質(zhì)毒性為極度，高度危害或管、殼程之間不允許有微量泄漏時(shí)，必須增加北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 氣密性試驗(yàn)。 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 2． 1 節(jié) 換熱器型式的確定 根據(jù)換熱器工藝條件可知，其工作壓力殼程為 ，管程為 ，工作溫度殼程為 ，管程為 。 2． 1． 總體結(jié)構(gòu) 有工藝條件表可知，換熱器面積為 1189，布管方式采用正三角形排列，殼程為蒸汽，管程為 C4，乙腈。管程材料用 16Mn。 1 所示： 圖 2178。 ，壁厚偏差 +， 。 2 所示： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 2178。 3所示： 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 2178。 （ 5）接管 容器接管一般采用無(wú)縫鋼管，物料入口處的接管公稱直徑為 500mm，根據(jù)HG205801998《鋼制壓力容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定》表 56 可得最小接管壁厚為 10mm，接管外徑為 =508mm，管側(cè)物料出口接管的公稱直徑為 600mm，根據(jù)上表 56 可知最小接管壁厚為 10mm，接管外徑為 =610mm。殼側(cè)放凈口接管公稱直徑為 25mm，由表 56 可知最小接管壁厚為 ，接管外徑為 ，放空口和放凈口一樣。根據(jù)P47 表 選?。? DN500mm的接管：蘭外徑 D 為 715mm，螺栓孔中心圓直徑 K 為 650mm，法螺栓孔直徑 L 為 33mm，螺栓孔數(shù)量為 20 個(gè)，螺栓選 M30，法蘭厚度為 44mm，法蘭內(nèi)徑為 578mm，法蘭高度 90mm； DN600mm的接管：蘭外徑 D 為 840mm，螺栓孔中心圓直徑 K 為 770mm，法螺栓孔直徑 L 為 36mm，螺栓孔數(shù)量為 20 個(gè)，螺栓選 M33，法蘭厚度為 54mm，法蘭內(nèi)徑為 670mm，法蘭高度 95mm； DN400mm的接管：蘭外徑 D 為 580mm，螺栓孔中心圓直徑 K 為 525mm，法螺栓孔直徑 L 為 30mm，螺栓孔數(shù)量為 16 個(gè)，螺栓選 M27，法蘭厚度為 32mm，法蘭內(nèi)徑為 464mm，法蘭高度 85m。 （ 8）附件 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》可知，質(zhì)量大于 30kg 的管箱封頭宜設(shè)置吊耳。 （ 9）換熱器主體材料的選用 根據(jù) GB1511999《管殼式換熱器》的材料選擇原則及工藝要求，管程選用 16Mn，殼程選用 16MnR。 1 計(jì)算： 式中： δ：筒體的計(jì)算厚度， mm； ：計(jì)算壓力（取設(shè)計(jì)壓力）， MPa； ：筒體的內(nèi)直徑， mm。 參數(shù)值的確定： 在該工藝條件下取 ，有工藝條件表得知 =1800mm，由 GB1511999《管殼式換熱器》 P19 表 8 知筒體的焊接接頭系數(shù)按 100%無(wú)損探傷檢測(cè)，選 =。 名義厚度： ==14mm 所以有效厚度： == 筒體的強(qiáng)度校核： 液壓試驗(yàn)（ GB1511999《管殼式換熱器》 P14 公式 33 可知）： 式中： ：試驗(yàn)壓力， MPa； P：設(shè)計(jì)壓力（有工藝條件確定）， MPa； ：換熱器元件材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力， MPa； 北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ：換熱器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力， MPa； 經(jīng)查 GB1501998《鋼制壓力容器》表 41 知 =170MPa =144