固定管板式换热器(毕业设计).doc

《固定管板式换热器(毕业设计).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固定管板式换热器(毕业设计).doc（41页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.固定管板式换热器(毕业设计)【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.新疆工程学院新疆工程学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）2013届题目固定固定管管板板式式换热器换热器设计设计专业设备维修技术设备维修技术学生姓名韩向阳学号2010232247小组成员 侯 磊、张立东、蒋颖超指导教师蔡香丽、薛风完成日期新疆工程学院教务处印制新疆工程学院教务处印制【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.新新 疆疆 工工 程程 学学 院院毕毕 业业 论论 文（设文（设 计）任计）任 务务 书书班级化班级

2、化设备设备 10-610-6 班班专业专业设备维修技术设备维修技术姓名姓名韩向阳韩向阳日期日期 2013.3.42013.3.41、论文（设计）题目：固定固定管管板板式式换热器换热器设计设计2、论文（设计）要求：（1） 学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量， 最好是独立完成。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。（3）主题明确，思路清晰。（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。（5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。（6）所有学生必须在 5 月 15 日之前交论文初稿。3、论文（设计）日期：任务下达日期2013.3.4

3、2013.3.4完成日期2013.4.104、指导教师签字：新新 疆疆 工工 程程 学学 院院毕毕 业业 论论 文（设文（设 计）成计）成 绩绩 评评 定定报报 告告序号评分指标具体要求分数范围得分【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.1学习态度努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规定的任务。010 分2能力与质量调研论证能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。015 分综合能力论文能运用所学知识和技能，有一定见解和实用价值。025 分论文 （设计） 质量论证、分析逻辑清晰、正确合理，

4、020 分3工作量内容充实， 工作饱满， 符合规定字数要求。 绘图(表)符合要求。0 15 分4撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，字迹工整，书写格式规范，0 15 分合计0100 分评语：成绩：评阅人（签名） ：日期：毕业论文答辩及综合成绩答辩情况自述情况清晰、完整流利简练清晰完整完整熟悉内容基本完整熟悉内容不熟悉内容提出问题回答问题【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩小组评语及建议成绩：答辩委员会综合成绩：答辩委员会主任签字：年月日固定管板式换热器固定管板式换热器2010232247201023

5、2247韩向阳韩向阳(新疆工程学院, 乌鲁木齐830091)摘要摘要：本设计以安全为前提，并尽可能保证其质量、经济合理性以及实用性等技术指标。本说明书在编写过程中语言力求简洁明了， 对来源于实践中的结构和方案在使用时作了详细的分析和校核， 对借鉴的理论、公式、方案以及结论都注明了出处，以便查询。本设计过程主要分五部分内容：1.工艺流程；2.工艺设计及计算；3.机械设计及计算；4.技术条件的编制。绪论中详述了本换热器在工艺流程中的地位以及该换热器的特点、 合理选型， 并对该换热器在实用【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.中的发展状况作了简要的分析。 工艺设计及计算主要

6、是通过介质的物性参数以及它们所处的工作状况进行了设备轮廓尺寸的计算， 即换热器筒体的内径等； 通过热负荷的计算得到了设备的换热面积以及排管数等参数。 机械设计及计算主要解决的是结构和强度两个问题， 其思路大致如下： 在设计条件的规范下，从材料的选择和结构的设计入手，辅以合理的强度计算与校核得到设备所需的结构。关键词关键词：工艺流程，工艺计算，机械计算，技术要求目录目录第一章 工艺流程设计及控制说明.01.1 工艺流程文字说明.01.1.1 尿素生产工艺概述.01.1.2 反应机理.01.1.3 具体说明.11.2 部分设备性能一览表.31.3 部分机器性能一览表.31.4 调节阀阀门一览表.4

7、1.4.1 尿素合成及一段分解.41.4.2 一段循环.错误！未定义书签。错误！未定义书签。1.4.4 二段循环.5第二章 单体设备一分加热器设计.52.1 一分加热器概述及结构特点.52.1.1 设备在化工工艺中的地位.52.1.2 结构特点.5第三章 化工工艺设计及计算.73.1 设计方案.73.2 确定物性数据.73.3 估计传热面积.73.3.1 热流量.73.3.2 平均传热温差.83.3.3 传热面积.83.3.4 冷却水用量.83.4 工艺结构尺寸.83.4.1 管径和管内流速.83.4.2 管程数和传输管数.83.4.3 平均传热温差校正及壳程数.93.4.4 壳体内径.93.

8、4.5 折流板.93.4.6 接管.103.5 换热器核算.103.5.1 热流量核算.103.5.2 管内表面传热系数.103.5.3 污垢热阻和管壁热阻.11【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.3.5.4 传热系数.113.5.5 平均温差.113.5.6 换热器内流体的流动阻力.12第四章 结构设计.134.1 设计条件的确定.134.1.1 设计压力.134.1.2 设计温度.134.2 筒体壁厚的结构设计.134.2.1 圆筒材料.134.2.2 圆筒壁厚.144.3 封头的结构设计.144.3.1 封头厚度的计算.144.3.3 封头与管板的连接.144

9、.4 管板的结构设计.154.4.1 管板厚度的计算.154.4.1 管板结构设计. 错误！未定义书签。错误！未定义书签。4.4.3 管板与换热管的连接.174.4.4 管板与壳体的连接.174.5 折流板的结构设计.174.5.5 折流板厚度.174.6 拉杆的结构设计.174.6.1 拉杆的结构形式.174.6.2 拉杆的数量和直径.184.6.3 拉杆的尺寸.184.6.4 拉杆的布置.184.7 换热管的结构设计.184.7.1 换热管的规格.184.7.2 尺寸公差.184.7.3 换热管的中心距.184.7.4 换热管的排列图.184.8 填料密封的结构设计.194.9 吊耳和吊环

10、螺钉的结构设计.194.9.1 吊耳的结构设计.194.10 壳程和管程进出料口法兰的选择.194.10.1 接管法兰的结构设计.194.10.2 双头螺柱的结构设计.204.11 管箱法兰和壳体法兰以及垫片设计.204.11.1 法兰的选择.204.11.2 垫片的选择.204.12 主螺栓的结构设计.214.12.1 主螺栓结构如下如所示.214.13 管箱圆筒的结构设计.214.14 支座的结构设计.21【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.4.14.1 支座的选型.214.14.2 鞍座的安装位置.224.15 进出口接管位置以及外审长度.234.15.1 接

11、管外审长度.234.15.2 接管位置.23第 5 章 强度校核.24第 6 章 技术条件的说明.286.1 钢材.286.2 冷热加工成型.286.2.1 焊接.296.2.2 热处理.296.2.3 无损探伤.296.3 换热器的尺寸偏差.296.4 装配图的技术条件.296.4.1 技术要求.296.4.2 折流板、支持板技术条件.306.4.3 管板技术条件.306.4.4 法兰技术条件.30参考文献.错误！未定义书签。错误！未定义书签。致谢.错误！未定义书签。错误！未定义书签。前前言言在设计中， 第一部分重点介绍了该厂的合成尿素全过程的工艺流程。 第二部分重点介绍化工工艺设计及计算，

12、 主要是换热器的型式及换热器的传热系数的阐述和计算， 在此基础上， 进行了换热器的选择。第四部分重点介绍了换热器的结构设计及计算，主要是封头、换热管、折流板、拉杆的选择，筒体端部、螺栓的设计和校核。第五部分介绍技术条件的编制，并且对焊接工艺进行了说明。以上达到了对设计完整性的介绍，具体的设计内容在设计说明书中将具体阐述。在本次设计中，得到了许多老师和同学的帮助，特别是辅导老师的大力帮助。绪绪论论在工业生产中，总避免不了进行传热（升温和冷却）的处理，而在此过程中用的最多的装置就是换热器。在大型的工厂中换热器所占的比例是很高的，故换热器的应用领域是非常广泛的。在生产中，由于不同的需要，换热器的型式

13、是各不相同的。以下大致介绍一下换热器的型式：依据换热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式三类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。随着人类的发展，换热器的型式也出现了新的型式，但多是用于特殊的场合，故在此就不去论述。在众多的换热器中，又以列管式换热器的造价和制造简单而应用最广泛。列管式换热器的基本型式分为：固定管板式、U 型管式、浮头式换热器。本次设计的换热器为固定管板式换热器。【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.1 1 工艺流程工艺流程第一章第一章 工艺流程设计及控制说明工艺流程设计及控制说明1.1 工艺流程文字说明工艺流程文字说明1.1.1 尿

14、素生产工艺概述在各种化学化学肥料中，氮素肥料需要量最大，应用范围最广，而尿素是氮素肥料中占重要地位的一个品种。尿素的化学名称为 CO（NH2）2。它是一种无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶。分子量为 60.06，含氮量为 46.65%。工业上由氨和二氧化碳合成尿素大致可分为下面四个步骤：（1）氨和二氧化碳原料的供应与净化；（2）氨和二氧化碳合成尿素；（3）尿素熔融液与未反应成尿素的物质的分离与回收；（4）尿素熔融物的加工。按上述四步，可画出生产尿素概略工艺流程图，如图 1-1 所示：解吸气解吸废液蒸发冷凝液成品尿素解吸原料净化和压缩尿素合成一段吸收一分气部分蒸发冷凝液二段吸收一段分解一段分解二

15、分气尾吸塔一段分解二段分解尿液加工图图 1-11-1 流程图流程图1.1.2 反应机理工业上生产尿素都是采用由氨和二氧化碳直接合成的方法。其反应总式如下；2NH3+CO2 =CO2（NH2）2+H2O+Q这是一个强放热的可逆反应。这个反应在合成塔中是分两步进行的。【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.第一步，液氨与二氧化碳作用生成液体氨基甲酸铵（简称甲铵） 。2NH3+CO2= NH4CO2NH2+Q1这个反应速度很快，极易达到平衡，二氧化碳转化率可高达 90%以上。第二步，液态甲铵在一定温度压力下脱水生成尿素。NH4CO2NH2= CO（NH2）2+H2O-Q2这是

16、一个吸热反应。反应速度较慢，要较长时间才能达到平衡。即使达到了平衡也不可能使全部甲铵脱水转化为尿素。一般只有 5070%，是合成尿素过程中的控制反应。1.1.3 具体说明一合成尿素：1.二氧化碳压缩及脱硫：来自脱碳工段的 3540，0.1053Mpa（绝） ，加防腐空气后纯度为 95.7（体积） ，含氧量为 0.4%0.5%（体积）的原料二氧化碳气体，经气液分离器后进入压缩机；经一二段压缩到 0.9811.128Mpa（绝） ，冷却抽水后送往二氧化碳脱硫槽，经脱硫后气体进入压缩机，经三四五段压缩到 20.69 Mpa（绝） ，约 125，送往合成塔。2.氨输送及尿素合成来自冷冻工段液氨贮槽的2

17、02.06Mpa（绝）的原料液，经液氨流量计后至尿素主框架上的液氨过滤器再进入液氨缓冲槽的原料室。来自氨冷凝器的循环液氨缓冲槽的回流室，其中一部分过档板，与原料氨混合，经泵加压送往氨预热器，然后进入合成塔。液氨缓冲槽回流室，液氨缓冲槽回流室的液氨作为一吸塔的回流氨。二循环回收1.分离回收的方法由于尿素化学反应平衡的限制，原料氨和二氧化碳在合成塔内不可能完全转化为尿素。在水溶液全循环尿素生产中，一般取合成压力为 20Mpa，反应温度为（188190），进料 NH3/CO2摩尔比为 4，H2O/CO2摩尔比为 0.65，此种情况下，只有部分氨和部分 CO2转化生成尿素.其余氨和二氧化碳则以氨基甲酸

18、铵游离铵和二氧化碳的形式存在于合成尿素的反应液中。对这部分物料的回收与利用此车间采用多段减压加热的方法来分离和回首未反应的氨和二氧化碳的。2.减压加热分解的基本原理：二氧化碳和氨的溶解是一个放热和体积缩小的过程。所以：当温度一定时，随着压力下降，溶解度减小；当压力一定，随温度升高，溶解度减小。如果对合成反应液进行减压加热处理。有利于将溶解的游离氨和游离 CO2从液体中分离出来。另外，因为氨基甲酸铵的分解是一个吸热和体积增大的过程，故减压加热处理也有利于氨基甲酸铵的分解。【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.3.一段分解吸收（中压分解吸收）尿素合成塔的反应熔融物经出口压

19、力调节阀减压至 1.77Mpa（绝） ，进入预蒸馏塔上部，在此分离出闪蒸气体后，溶液自流至中部蒸馏段，与一分加热器分离段来的热气体逆流接触进行换热蒸馏，使液相中的部分甲铵分解与过剩氨蒸出，汽化进入气相。同时气相中的水蒸汽部分冷凝。预蒸馏后的尿液自蒸馏段下部流往一分加热器，在蒸汽加热作用下。约 88%的甲铵在此分解，约（155160）的气液混合物经过一分加热器上升到预蒸馏塔底部的分离段分离为两相，液相自塔底流出，经减压后送往二分塔，气相自上而下地通过蒸馏段自塔顶至一段蒸发加热器的热能回收段。一段分解系统所需的防腐空气由空压机提供。空气由一分加热器尿液入口管道上补入。来自预蒸馏塔的一段分解气与二甲

20、泵送来的二甲液在一段蒸发加热器热能回收段混合，发生部分冷凝，放出热量用于加热尿素溶液。热能回收段排出的气液混合物进入一段冷却器底部，在循环脱盐冷却水冷却作用下，气体进一步发生冷凝。出一吸冷却器的气液混合物进入尾吸塔底部鼓泡段，气相经鼓泡吸收后，未吸收的气体进入精洗段被来自惰洗器的浓氨水与来自液氨缓冲槽的回流氨进一步精洗吸收， 塔顶排出的约 45， 含 CO210010-6进入氨冷器 A，部分气相在此处被冷凝下来流往液氨缓冲槽。出 A 的气体经惰洗器的防爆空间后，依次进入氨冷（B） ，氨冷（C） ，被冷凝的同样流入液氨缓冲槽，未冷凝气体送至惰洗器，被来自二循二冷凝器的氨水吸收，尾气减压至尾吸塔。

21、惰洗器排出的 45氨水流往一吸塔顶部，一吸塔底部得到的（9095） 的一甲液经一甲泵加压送往尿素合成塔。4.二段循环（低压分解吸收）一分塔蒸馏段排出的尿液（质量浓度为 57.9%）减压至约 0.290.39MPa 后，送入二分塔上部的填料段，与来自二分塔加热段的气体逆流接触后进入加热段，由二分加热器进行循环加热，其中二加热器排出的冷凝液到二分液位槽，然后至膨胀槽。经过二分塔的尿液（质量浓度为 66.5%）经过脱盐水冲洗后去了闪蒸槽进行蒸发造粒。尿液中残存的过剩氨和甲铵经汽化后进入气相，由二分塔塔顶排出，与来自解吸系统的解吸气混合后进入二循一冷凝器，在此处被被蒸发冷凝液吸收后生成二甲液由二甲泵送

22、入一段蒸发加热器热能利用段。出二循一冷的气体在二循二内继续被蒸发冷凝液吸收，生成氨水送往一段惰洗器，尾气去尾吸塔。惰洗器尾气和二循二冷的尾气分别进入尾吸塔底部，被来自尾吸泵的蒸发冷凝液吸收，生成碳铵液送至碳铵液位槽贮存，尾气通过放空总管放空。碳铵液由解吸泵送至解吸换热器，与来自解吸塔底部的废液进行换热后进解吸塔上部，经填料层蒸馏后，塔顶将得到的混合气体进入解吸冷凝器，在此部分冷凝，冷凝液返回解吸塔顶作为回流液，气相去二循一冷。解吸塔底部约 143，含 NH30.007%（重量）含尿素约 1.15%的废液经解吸换热器后排往污水处理装置。【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文

23、档.解吸冷凝器的作用是根据解吸负荷工艺生产系统的水平衡情况，通过改变进入解吸冷凝器的脱盐水流量来解吸气温度，来控制解吸气的冷凝程度，使得使得随解吸气返回生产系统的水量得到适宜的控制。三蒸发造粒来自二分塔的尿液减压至约 0.064MPa/（绝）后进入闪蒸槽，在此分离为气液两相，约 95 、71%（重量）的尿液至一段蒸发器，在 0.033MMPa 下，经热能回收和蒸气加热段被加热到 130约 96%（重量） 。在一段蒸发分离段分离出的尿液去二段蒸发器。在0.0033MPa（绝） ，140下被浓缩到约 99.7%（重量）的熔融尿素，经分离后的熔融尿素由熔融泵送至造粒塔进行造粒。1.2 部分设备性能一

24、览表部分设备性能一览表表 1-1 压力温度表表 1-2 压力温度表1.3 部分机器性能一览表部分机器性能一览表表 1-3 部分机器性能一览表中间冷二表冷一表冷一蒸分离器一蒸加热器工作压力（MPa）0.00330.0330.0330.0330.033工作温度（）407070130130介质水二表液一表液尿液尿液、蒸汽闪蒸槽氨缓冲槽尾吸塔二分塔一蒸恒位槽工作压力（Mpa）0.0671.70.150.40.6工作温度（）951603014090介质尿液尿液甲铵碳氨水尿液冷凝液二蒸恒位槽二蒸加热器一冷二冷二分加热器工作压力（Mpa）0.61.70.150.150.3工作温度（）95904040140介

25、质冷凝液甲铵NH3CO2氨水尿液一段分离器二表槽气液分离器一分液位槽二分液位槽工作压力（Mpa）1.7常压0.40.40.4工作温度（）351401408080介质尿液二表液蒸汽、水冷凝液尿液容器往复泵（1#氨泵）高压泵（2#氨泵）高压泵（3#氨泵）冲洗水泵【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.1.4 调节阀阀门一览表调节阀阀门一览表1.4.1 尿素合成及一段分解表 1-4 一段1.4.2 一段循环表 1-5 一段循环型号3D-YA2A/21-B3W-2B423W-2BA2进口压力1.7MPa18 公斤力/cm22.25 公斤力 cm21.25MPa出口压力2.1 M

26、Pa18 公斤力/cm218 公斤力/cm20.2 MPa柱塞数3333柱塞直径(mm)60858525柱塞行程(mm)17024024070电动机功率（Kw）18021515重量 （Kg）93241390513905每分钟往复次数105105160齿轮减速器型号中心距齿轮减速比高速轴转速重量功率(w)5W-28A211509.32980RPM3420Kg215空气压缩机(1#,2#)排气压力排气量净重转速长宽高功率(kw)3MPa60m3/h380Kg750r/min7184501076P15kw仪表号管线号阀尺寸尺寸等级法兰PV-837201V-83701DN32PN226H12-67LV

27、-837302V-83705DN50PN40FV-837303A-83701DN20PN40仪表号管线号阀尺寸尺寸等级法兰LV-837301NH-83702DN40PN40凹凸对焊HV-837301NH-83721DN40PN40凹凸对焊TV-837308NH-83722DN40PN40凹凸对焊PV-8373IG-83702DN40PN40凹凸平焊【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.1.4.3 蒸发造粒表 1-6 蒸发造粒表11.4.4 二段循环表 1-7 蒸发造粒1-7第二章第二章单体设单体设备一备一分加热分加热器设计器设计2.1 一分加热器概述及结构特点一分加热

28、器概述及结构特点2.1.1 设备在化工工艺中的地位一分加热器即中压分解加热器在中压分解阶段中处于较为重要的地位，其作用是用蒸汽加热尿液， 使其中大约 88%的甲铵分解， 加热后的气液混合物进入分离段分离。故两相介质分别为尿液和蒸汽，通过热交换，尿液温度由 124升至 160，189的水蒸汽发生相变，满足了工艺要求。2.1.2 结构特点一分加热器是列管式换热器，由于尿液具有强腐蚀性， 故列管和管板及上下封头材料为含钼不锈钢。物料从下封头均匀进入每一根列管， 在列管的外有蒸汽加热， 将热量传递给物料，物料受热后部分分解，产生了气体，因气体的比重比液体小得多，故气体上升速度快，在每根管的中心形成了巨

29、大的抽力，使物料能沿管壁上升。被分解后的物料中混有大量的气体，从上封头盖的出口管进入分离器。中压加热器进口物料管比出口物料管的管径小得多。 其原因是： 物料经加热溶液中的气液增大；05HV-837304IG-83702DN40PN40凹凸平焊仪表号管线号阀尺寸尺寸等级法兰TV-837402ST-83706DN50PN40TV-837401ST-83708DN100PN40LV-837908SC-83708DN20PN40LV-837909SC-83710DN20PN40仪表号管线号阀尺寸尺寸等级FV-837304Pw-83707DN20PN40LV-837306Pw-83706DN65PN40

30、LV-837304Pw-83710DN20PN40HV-837303PL-83703DN20PN40PV-837315PG-83705DN20PN40TV-837319ST-83702DN86PN40LV-837907SC-83706DN20PN40EV-837308PL-83719DN20PN40【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.物料的重度就减小，而进出口物料重量流量又相等，所以出口物料体积流量将随着分解后物料的温度升高而增大。如果进出口加热器的物料管一样大时，则管内的流速随着体积流量的增高而增高，流速的增高会使尿液在管内的阻力增大。【精品文档】如有侵权，请联系

31、网站删除，仅供学习与交流.精品文档.2 化工工艺设计及计算化工工艺设计及计算第三章第三章 化工工艺设计及计算化工工艺设计及计算表 2.1 工作条件工 艺参数： 参考日用化工品理化数据手册石油化工工业出版社 1976 年表2.2物性参数3.1设计设计方案方案固定管板式换热器属于管壳式换热器，从操作压力上看，应使氨气走管程，冷却水走壳程。但由于冷却水比较容易结垢，若流速太低，将会加快污垢生长速度，使换热器传热能力下降，所以从整体考虑，应使冷却水走管程，氨气走壳程。3.2 确定物性数据确定物性数据定性温度：对于一般气体和水成低黏度流体，其定性温度可取体进出口温度的平均值。故壳程混合气体的定性温度为管

32、程流体的定性温度为换热器的设计，首先要根据生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热的传热面积，同时选择管径、管长、决定管数、管程数和壳程数.3.3 估计传热面积估计传热面积3.3.1 热流量此过程选逆流有：项目壳程管程物料名称氨气冷却水工作压力1.7Mpa1.6Mpa进出口温度36-4430-34质量流量16.083kg/s未知项目密度(kg/m3)黏度 （pa.s）导热系数(w/.m）比热 cp(kj/kg.)气化潜热（kj/kg）氨气11.871x10-60.02622.1181673冷却水995.10.768x10-30.6234.1742500【精品文档】如有侵权，请联系网站删除

33、，仅供学习与交流.精品文档.3.3.2 平均传热温差逆流计算，根据1212lnmttttt ,有3.3.3 传热面积由于壳程气体的压力较高，由化工原理131P表 3-5 知：K=320W/( k)则估算的传热面积为考虑到有 20%的面积裕度，则需面积为：3.3.4 冷却水用量3.4 工艺结构尺寸工艺结构尺寸3.4.1 管径和管内流速选用252.5 较高级冷拔传热管，取管内流速1u=1m/s3.4.2 管程数和传输管数因为换热管的换热是依靠传热管构成传热面来进行，所以管子的尺寸、形状对传热有很大影响。同时。管子的大小。管子的排列对清洁污垢非常重要。可依据传热管内径和流速确定单程传热管数、5944

34、.58102. 0785. 01 .995/26.184221udqnvs（根）按单管程计算，所需的传热管长度为根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=10m，则该换热器的管程数为41040lLNp（管程）传热管总根数236459TN（根）【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.3.4.3 平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数由86P图 3-22 查校正系数89. 0平均传热温差)(783. 789. 0Cttmm平均传热温差由于平均传热温差校正系数大于 0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。3.4.4 壳体内径传热管排列和分程方法采用组合排列法，

35、即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距0d25. 1t ，则 t=1.2525=31.2532（mm）隔板中心到离其最近一排管中心距离)mm(2262/3262/ ts各程相邻管的管心距为 44mm壳体内径采用多管程结构，取管板利用率=0.75，则壳体内径为按卷制壳体的进级档 ，可取 D=600mm3.4.5 折流板在换热器中设置折流板，可提高壳程内流体的流速和加强湍流强度，从而提高传热效率，是强化传热的一种结构.常用弓形形折流板.根据经验，折流板间的间隔不大于壳体内径，最小为壳内径的 0.2 倍.板间距太大湍流强度会不够，太小则增加了流动阻力.采用弓形折流板，去弓形之流板

36、圆缺高度为壳体内径的 25%，则切去的圆缺高度为h=0.25600=150mm取折流板最小间距 B=0.2D，则B=0.2600=120mm，可取 B 为 200mm。折流板数目BN4912 . 0101折流板间距传热管长BN(块）【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.本换热器换热管外径为 25mm，故其拉杆直径为16mm 拉杆数量不得少于 4。3.4.6 接管壳 程 流 体 进 出 口 接 管 ： 取 接 管 内 气 体 流 速 为1u=0.9m/s ， 则 接 管 内 径 为)(146. 09 . 014. 387.11184411muVD圆整后可取管内径为 15

37、0mm管程流体进出口接管：取接管内液体流速2u=1.3m/s，则接管内径为圆整后去管内径为 200mm3.5 换热器核算换热器核算3.5.1 热流量核算壳程表面传热系数用克恩法计算4，有当量直径，有壳程流通截面积壳程流体流速及雷洛数取0u为 0.6sm得：普朗特数 Pr=08. 00262. 010121186pc黏度校正1)(14. 0w)/(135808. 013688002. 00262. 036. 0)(PrRe36. 023155. 014. 03155. 0010KmWdhwe3.5.2 管内表面传热系数管内表面传热系数4 . 08 . 0iiiPrRed023. 0h【精品文档】

38、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.管程流体流通截面积)(0926. 0423602. 0785. 04222mNNdSPTi管程流体流速)/(98. 10926. 01 .99526.180smu普朗特数145. 5623. 0103768. 010174. 4Pr3pc)/(18.8094145. 55135002. 0623. 0023. 0)(PrRe023. 024 . 08 . 014. 04 . 08 . 01KmWdhwei3.5.3 污垢热阻和管壁热阻取管外侧污垢热阻WKmR/105 .17250管内侧污垢热阻WKmR/106 .17251材料的导热系数为cm

39、wow8 .51，则管壁热阻为3.5.4 传热系数传热系数有：3.5.5 平均温差壁温计算因为管壁很薄，而且壁热阻很小。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为 15，出口温度为40计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，有式中液体的平均温度和气体的平均温度分别计算为传热管平均壁温壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即 T=40。【精品文

40、档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.壳体壁温和传热管壁温之差为8 . 72 .3240t（） 。虽然该温差较大，但由于换热管各部件所用材料不同，没有校核热应力，无法确定固定管板式换热器是否需要设温度补偿装置。用浮头式换热器则无需温度补偿装置。3.5.6 换热器内流体的流动阻力管程流体阻力：由 Re=51350，传热管对粗糙度 0.2/20=0.01，查莫狄图得05. 0i，流速98. 1um/s,1 .995kg/m75.12438298. 11 .99502. 01005. 0222udlpiii（Pa）65.1492298. 11 .9953222upr（Pa）2 .4

41、17945 . 121)(rispsritppFNNppp（Pa）换热器允许阻力范围是Pa50000p，管程流体阻力在允许范围之内。当壳程装上折流板后，流体在管外流动为平行流和错流的耦合。尽管管束为直管，但流动却变得复杂化。由于制造安装公差不可避免地存在间隙，因而会产生泄漏和旁流，而流体横向冲刷换热管引起的旋涡，也使流动变得更加复杂。由于流动的复杂性，要准确地分析影响这种复杂流动的各种因素，精确地计算压力降是相当的困难。但我们可以大致的算出数值，以判断是否合理。壳程阻力按式计算ssi0sFN)pp(p，且1F, 1Nss流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力总阻力)(04.17335948

42、526207Paps由于壳程流体的操作压力较高，壳程流体的阻力也比较适宜。【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.3 设备的机械设计及计算设备的机械设计及计算第四章第四章 结构设计结构设计4.1 设计条件的确定设计条件的确定4.1.1 设计压力由于无安全阀，取设计压力高于最大操作压力的（1.051.1）倍，即 P设=（1.051.1）P工故有：管程设计压力（绝）P设=1.11.7=1.87Mpa，取 P设=1.87 Mpa壳程设计压力（绝）P设=1.11.6=1.76Mpa，取 P设=1.76Mpa4.1.2 设计温度考虑到温度的波动，故设计温度取最高温度+（1530）

43、，则有：管程设计温度：Tt=44+30=74，取。壳程设计温度：Tt=34+30=64，取。设计压力一般取最高工作压力的（1.051.10）倍。则有：管城设计压力：1.71.10=1.87 MPa, 取。壳程设计压力：1.61.10=1.76 MPa, 取综合以上计算得如下列表：表 4.1 设计参数表4.2 筒体筒体壁厚的结构设计壁厚的结构设计4.2.1 圆筒材料由 于 内筒两侧都是壳程液体，压差很小，对壁厚无特殊要求 ， 根 据GB150-199 取材料为16MnR。t=170Mpa。钢板标准为 GB 6654。名称壳程管程工作介质液氨冷却水工作温度（）44/3630/34工作压力（MPa）

44、1.7（绝）1.6（绝）设计温度（）7565设计压力（MPa）1.9（绝）1.8（绝）传热面积（m2）146.24【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.4.2.2 圆筒壁厚由于外筒承受的压力为，属于中压。设计压力，mmDi600。查 GB 150-1998 表 4-1 得到 16MnR 在设计温度下的许用应力。厚度 12. 32cticpDP腐蚀余量。钢板负偏差。设计厚度mmcd12. 42。名义厚度mmcdn82. 31名义厚度取 12mm。4.3 封头的结构设计封头的结构设计4.3.1 封头厚度的计算腐蚀余量。钢板负偏差。名义厚度mmn81. 33 . 0111.

45、 3圆整后mmn104.3.2 封头选型此换热器内件的上下封头均采用标准椭圆型封头，材料为 16MnR。查 JB/T4737-95 可 知 ， 以 内 径 为 公 称 直 径 的 椭 圆 型 封 头 形 状 与 尺 寸 如 下 所 示 ：图图 4-14-1 封头结构封头结构表 4.2 封头尺寸4.3.3 封头与管板的连接由于壳层走的是自来水，易结垢需要清理，管板与封头的连接采用可拆链接的方法，其结构如下图所示：图图 4 4- -2 2 封头与管板的连接封头与管板的连接公称直径Dg曲边高度H-h （mm）直边高度h（mm）内 表 面积F（m2）容 积 V（m3）厚 度s（mm）600175250

46、.43740.035310【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.4.4 管板的结构设计管板的结构设计4.4.1 管板厚度的计算管板设计压力，MPa管板强度削弱系数一般可取 0.4以下对每个参数分别计算:(1)bD-螺栓中心圆直径mmDb770bd-螺栓孔直径，mmdb36(2)系数的查询GB151 表 22 得到=0.3094（3）（4）把以上数据代入公式圆整后mmn58【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.4.4.1 管板结构设计729mm641mm5mm44mm【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.4.4.3 管

47、板与换热管的连接由于换热器壳程压力属高压，故连接形式用强度焊，其示意图如下所示：图图 4 4- -4 4 管板与换热管的连接管板与换热管的连接表 4.3 连接尺寸4.4.4 管板与壳体的连接由于壳层走的是自来水，易结垢需要清理，管板与壳体的连接采用可拆链接的方法，其结构如下图所示：图图 4 4- -4 4 管板与壳体的连接管板与壳体的连接4.5 折流板的结构设计常用的折流板和支撑板的形式有弓形和圆盘形两种，此换热器采用单弓型折流板。由于自来水中含有少量气体，故在折流板顶部开口小口，防止气体聚集影响换热效果。其结构图如下：表 4.4折流板的尺寸图图 4 4- -5 5 折流板结折流板结构构支承板

48、形式4.P179（选定） ：单弓形支承板支承板外直径按GB151-1999P23 得 Db=770mm支承板缺口弦高取 h=0.3Di=0.23m4.5.5 折流板厚度根据 GB151-1999 的 P72表 34，取折流板的厚度为 10mm。4.6 拉杆的结构设计拉杆的结构设计4.6.1 拉杆的结构形式常用的拉杆有两种结构：1 拉杆定距管结构，适用于换热管外径大于或等于 19mm 的管束。2 拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于 14mm 的管束。管子直径,mm25.5管板孔直径,mm26允许误差,mm0.15换热管最小伸出长度 L1,mm1.5坡口最小深度 L3,mm2.0直径

49、, mm缺口高度 h=30% D, mm770231【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流.精品文档.这里我们选用第 1 种。结构图如下：图图 4 4- -6 6 拉杆结构拉杆结构4.6.2 拉杆的数量和直径根据 GB151-1999 的 P75表 43 和 44 可知，拉杆直径 dn=16mm，数量为 6。4.6.3 拉杆的尺寸图图 4 4- -7 7 拉杆结构拉杆结构表 4.5 拉杆尺寸表表4.6.4 拉杆的布置拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板不少于 3 个支撑点。4.7 换热管的结构设计换热管的结构

50、设计4.7.1 换热管的规格换热管的规格如下表:表 4.6 换热管规格4.7.2 尺寸公差表 4.7 公差尺寸4.7.3 换热管的中心距S=1.25d=0.032m 根据 GB151-1999 表 12 取 S=0.032m。注：管束最外层换热管外表面积与壳体内表面间的距离，最小应为换热管外径的 1/4，在此取 7mm。4.7.4 换热管的排列图换热管的排列图如下图所示：公称直径Dg, mm拉杆螺母工程之境 dLaLbb重量kg/m材料602.00.61720d（mm）（mm）L（mm）个数排列方式材料重 量kg25.2.510000236正三角形20521.4材料标准号规格外径公差壁厚公差上