基于SW6軟件的固定管板式換熱器設計.doc

1題目：基于SW6軟件的固定管板式換熱器設計基于SW6軟件的固定管板式換熱器設計摘要在科技日新月異的今天，石化工業(yè)也在不斷地創(chuàng)新，換熱器在其中起到的作用也越來越顯著。而本次設計中的固定管板式換熱器就屬于換熱器中較為常見的一種。它是利用間壁式換熱達到冷流體與熱流體的熱量轉(zhuǎn)換從而實現(xiàn)物料間的熱量傳遞。本次設計：說明部分，計算部分，繪圖部分。說明部分簡述了固定管板式換熱器在生產(chǎn)過程中的工藝流程及在石化工業(yè)中起到的重要作用，換熱器在國內(nèi)外的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展前景，同時介紹了換熱器的結(jié)構(gòu)設計和主要零部件結(jié)構(gòu)的設計及其容器常用材料等。也介紹了各個部件之間的鏈接如法蘭連接。最后則介紹了換熱器主要零件壓力容器的檢驗和驗收。計算部分則介紹了因工作要求和物料等因素給出的基本數(shù)值，再通過它求出換熱面積和筒體、管箱、封頭、管板、法蘭、膨脹節(jié)及其他零件的加工數(shù)值，在滿足了換熱器對材料，厚度，應力，強度要求等設計要求的同時，以節(jié)省的原則對各部件也進行了優(yōu)化。并對管板兼做法蘭的危險工況分別進行了校核，使其能在滿足在高溫高壓的工作條件下進行正常工作。在繪圖部分則通過CAD軟件把本次設計的固定管板式換熱器以繪圖的方式直觀的表現(xiàn)出來。其中有許多部分的設計借鑒了其他的一些先進理論和方法，不但節(jié)省了原料，更使換熱器的質(zhì)量得到了技術保證。以節(jié)省能耗與提高使用性能為設計原則，最終滿足設計的目的，即低能耗、低成本、高質(zhì)量。關鍵詞：固定管板式換熱器；應力；校核；SW6計算軟件11緒論.12設計概述.22.1熱量傳遞的意義及概念.22.2換熱器的概念及意義.32.3固定管板式換熱器簡介.33.換熱器的分類及其工作原理.43.1換熱器的分類及其工作原理.43.2換熱器的材料.73.2.1換熱器常用鋼.73.2.2有色金屬.83.2.3非金屬.83.3換熱器研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.93.3.1換熱器的發(fā)展歷程.93.3.2發(fā)展現(xiàn)狀.93.3.3換熱器的研究及發(fā)展動向.104.換熱器設備各部分的設計說明.104.1換熱器設備各部分的材料選擇.104.2設備制造工藝過程.114.2.1筒體.114.2.2管箱.124.2.3管板.124.2.4換熱管.124.2.5折流板及支撐板.124.2.6管束組裝.134.3換熱設備中換熱管與管板的連接.134.3.1脹接.134.3.2焊接.134.2.3脹焊連接.144.2.4換熱管與管板連接方式的選擇.154.4.1無損檢測.1524.4.2焊后熱處理.164.4.3壓力測驗.164.4.4換熱管與管板連接接頭的密封性能檢驗.164.5換熱設備的日常檢測與維修.174.5.1日常檢查.174.5.2換熱器腐蝕的防護.174.5.3換熱器的檢修.184.6換熱器各部分結(jié)構(gòu)的選擇.184.6.1筒體的選擇.194.6.2封頭的選擇.194.6.3管箱的選擇.194.6.4管板的選擇.195SW6計算書.206結(jié)論.43謝詞.44參考文獻.451基于SW6軟件的固定管板式換熱器設計1緒論固定管板式換熱器因其結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，無內(nèi)漏，旁路滲流較小等因素，成為現(xiàn)今換熱器中主要產(chǎn)品。成為現(xiàn)今許多行業(yè)的寵兒。固定式管板式換熱器其結(jié)構(gòu)主要由兩端管板和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當位置上焊上一個補償圈，（或膨脹節(jié)）。當殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補償因溫差應力引起的熱膨脹，從而減小熱應力。同是在本次設計中運用到SW軟件。SW6包括有十個設備計算程序（分別為臥式容器、塔器、固定管板換熱器、浮頭式換熱器、填函式換熱器、U形管換熱器、帶夾套立式容器、球形儲罐、高壓容器及非圓形容器等），以及零部件計算程序和用戶材料數(shù)據(jù)庫管理程序的。它便于用戶對圖紙和計算結(jié)果進行校核，并符合壓力容器管理制度原始數(shù)據(jù)存檔的要求。允許用戶分多次輸入同一臺設備的原始數(shù)據(jù)、在同一臺設備中對不同零部件原始數(shù)據(jù)的輸入次序不作限制、輸入原始數(shù)據(jù)時還可借助于示意圖或幫助按鈕給出提示等，極大地方便用戶使用。一個設備中各個零部件的計算次序，既可由用戶自行決定，也可由程序來決定，十分靈活。固定管板式換熱器的換熱效率高設計科學，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小維修方便選用的材料范圍廣，管程清洗方便等優(yōu)異的條件使其倍受親愛，而能承受較高的操作壓力和溫度，管子損壞時易于堵管或更換等優(yōu)點，在高溫、高壓和大型換熱器中，管殼式換熱器占有絕對優(yōu)勢，研究與開發(fā)此類新型的換熱器，對工業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟增長具有重大意義。22設計概述2.1熱量傳遞的意義及概念A.熱量傳遞的概念熱量傳遞是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，簡稱傳熱。由熱力學第二定律可知，在自然界中凡是有溫差存在時，熱就必然從高溫處傳遞到低溫處，因此傳熱是自然界和工程技術領域中極普遍的一種傳遞現(xiàn)象。B.化學工業(yè)與熱傳遞的關系化學工業(yè)與傳熱的關系密切。這是因為化工生產(chǎn)中的很多過程和單元操作，多需要進行加熱和冷卻，例如：化學反應通常要在一定的溫度進行，為了達到并保持一定溫度，就需要向反應器輸入或輸出熱量；又如在蒸發(fā)、蒸餾、干燥等單元操作中，都要向這些設備輸入或輸出熱量。此外，化工設備的保溫，生產(chǎn)過程中熱能的合理利用以及廢熱的回收利用等都涉及到傳熱的問題，由此可見；傳熱過程普遍的存在于化工生產(chǎn)中，且具有極其重要的作用?？傊?，無論是在能源，宇航，化工，動力，冶金，機械，建筑等工業(yè)部門，還是在農(nóng)業(yè)，環(huán)境等部門中都涉及到許多有關傳熱的問題。應予指出，熱力學和傳熱學既有區(qū)別又有聯(lián)系。熱力學不研究引起傳熱的機理和傳熱的快慢，它僅研究物質(zhì)的平衡狀態(tài)，確定系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)變成另一個平衡狀態(tài)所需的總能量；而傳熱學研究能量的傳遞速率，因此可以認為傳熱學士熱力學的擴展。C.傳熱的基本方式根據(jù)載熱介質(zhì)的不同，熱傳遞有三種基本方式：（1）熱傳導（又稱導熱）物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導。熱傳導的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差。3（2）熱對流（簡稱對流）流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程稱為熱對流。熱對流僅發(fā)生在流體中，產(chǎn)生原因有二：一是因流體中各處溫度不同而引起密度的差別，使流體質(zhì)點產(chǎn)生相對位移的自然對流；二是因泵或攪拌等外力所致的質(zhì)點強制運動的強制對流。此外，流體流過固體表面時發(fā)生的對流和熱傳導聯(lián)合作用的傳熱過程，即是熱由流體傳到固體表面（或反之）的過程，通常稱為對流傳熱。（3）熱輻射因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞稱為熱輻射。熱輻射的特點是：不僅有能量的傳遞，而且還有能量的轉(zhuǎn)移。2.2換熱器的概念及意義在化工生產(chǎn)中為了實現(xiàn)物料之間能量傳遞過程需要一種傳熱設備。這種設備統(tǒng)稱為換熱器。在化工生產(chǎn)中，為了工藝流程的需要，往往進行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝。換熱器就是用來進行這些熱傳遞過程的設備，通過這種設備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞到溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。它是化工煉油，動力，原子能和其他許多工業(yè)部門廣泛應用的一種通用工藝設備，對于迅速發(fā)展的化工煉油等工業(yè)生產(chǎn)來說，換熱器尤為重要。換熱器在化工生產(chǎn)中，有時作為一個單獨的化工設備，有時作為某一工藝設備的組成部分，因此換熱器在化工生產(chǎn)中應用是十分廣泛的。任何化工生產(chǎn)中，無論是國內(nèi)還是國外，它在生產(chǎn)中都占有主導地位。2.3固定管板式換熱器簡介固定管板式換熱器的兩端管板采用焊接方法與殼體連接固定。換熱管可為光管或低翅管。其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，能得到較小的殼體內(nèi)徑，管程可分成多樣，殼程也可用縱向隔板分成多程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應用。固定管板式換熱器主要特點固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、頂蓋（又稱封頭）等部件構(gòu)成。在圓形外殼內(nèi)，裝入平行管束，管束兩端用焊接或脹接的方法固定在管板上，兩塊管板與外管直接焊接，裝有進口或出口管的頂蓋用螺栓與外殼兩端法蘭相連。它的特點是結(jié)構(gòu)簡單，沒有殼側(cè)密封連接，相同的殼體內(nèi)徑排管最多，在有折流板的流動中旁路最小，管程可以分成任何管程數(shù)，因兩個管板由4管子互相支撐，故在各種管殼式換熱器中它的管板最薄，造價最低，因而得到廣泛應用。這種換熱器的缺點是：殼程清洗困難，有溫差應力存在。當冷熱兩種流體的平均溫差較大，或殼體和傳熱管材料膨脹系數(shù)相差較大，熱應力超過材料的許用應力時，在殼體上需設膨脹節(jié)，由于膨脹節(jié)強度的限制，殼程壓力不能太高。這種換熱器適用于兩種介質(zhì)溫差不大，或溫差較大但殼程壓力不高，及殼程介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢的場合。3.換熱器的分類及其工作原理3.1換熱器的分類及其工作原理換熱器：用來實現(xiàn)熱冷流體相互交換熱量的設備分類：工程上的換熱器種類很多，但按工作原理可分為混熱式、蓄熱式（回熱式）和間壁式（表面式）換熱器三類。一、按工作原理分類1.蓄熱式換熱器（1）工作原理：蓄熱式換熱器又稱為再生式換熱器或回熱式換熱器，其工作原理式利用換熱面的蓄熱作用，熱、冷流體交替流過換熱面，使其周期性加熱和冷卻，從而實現(xiàn)熱量周期性由熱流體傳給冷流體，達到換