38萬(wàn)噸原油換熱器課程設(shè)計(jì)

1、化工原理 化工設(shè)備課 程設(shè)計(jì) 任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：3.8 萬(wàn)噸原油換熱器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：專業(yè)班級(jí)：資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理學(xué) 號(hào)： 100704指導(dǎo)教師：宜賓學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院2012年12月13 日1. 概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介 11.1. 換熱器的類型 11.2. 換熱器 11.2.1. 換熱器類型 21.2.2. 固定管板式換熱器 21.2.3. U 型管換熱器 21.2.4. 浮頭式換熱器 21.2.5. 填料函式換熱器 31.3. 換熱器類型的選擇 31.4. 流徑的選擇 31.5. 材質(zhì)的選擇 41.6. 管程結(jié)構(gòu) 42. 換熱器選型及工藝計(jì)算 52.1. 確定基本操作參數(shù) 52.2. 初算傳熱

2、面積 52.2.1. 傳熱量 52.2.2. 平均溫差 62.2.3. 初算傳熱面積 72.3. 換熱器基本參數(shù)確定 72.3.1. 換熱管和管內(nèi)流速 72.3.2. 管程數(shù)和殼體內(nèi)徑 82.3.3. 換熱器工藝尺寸結(jié)構(gòu) 82.3.4. 換熱器選型 92.4. 總傳熱系數(shù)核算 92.4.1. 管程傳熱膜系數(shù) 92.4.2. 殼程傳熱系數(shù) 102.4.3. 污垢系數(shù) 112.4.4. 總傳熱系數(shù) 112.4.5. 計(jì)算傳熱面積 122.5. 換熱器核算 122.5.1. 殼程壓降 122.5.2. 管程壓降 123. 工藝設(shè)計(jì)表 134. 換熱器設(shè)備的計(jì)算 144.1. 殼體壁厚設(shè)計(jì) 144.1

3、.1. 壁厚的計(jì)算 144.1.2. 換熱器校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度 154.2. 封頭的設(shè)計(jì) 164.3. 法蘭的設(shè)計(jì) 174.4. 支座的設(shè)計(jì) 174.4.1. 質(zhì)量核算 174.4.2. 鞍座選型 184.5. 管板的設(shè)計(jì) 194.5.1. 管板尺寸確定 194.5.2. 管板與管子連接 204.5.3. 管板與殼體的連接 204.6. 流體進(jìn)、出口接管直徑的計(jì)算 214.7. 容器開孔補(bǔ)強(qiáng) 215. 設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表 22設(shè)計(jì)心得 23參考文獻(xiàn) 241. 概述與設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介1.1. 換熱器的類型列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用， 主要有殼體、 管束、

4、管板、 折流擋板和封頭等組成。 一種流體在關(guān)內(nèi)流動(dòng)， 其行程稱為管程； 另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。其主要優(yōu)點(diǎn)是單位體積所具有的傳熱面積大， 傳熱效果好， 結(jié)構(gòu)堅(jiān)固， 可選用的結(jié)構(gòu)材料范 圍寬廣，操作彈性大，因此在高溫、 高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。為提高殼程流 體流速， 往往在殼體內(nèi)安裝一定數(shù)目與管束相互垂直的折流擋板。 折流擋板不僅可防止流體 短路、增加流體流速，還迫使流體按規(guī)定路徑多次錯(cuò)流通過(guò)管束，使湍流程度大為增加。 列管式換熱器中， 由于兩流體的溫度不同， 使管束和殼體的溫度也不相同， 因此它們的熱膨 脹程度也有差別。若兩流體溫差較大（50C以

5、上）時(shí)，就可能由于熱應(yīng)力而引起設(shè)備的變形， 甚至彎曲或破裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。1.2. 換熱器換熱器是化工、石油、食品及其他許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。 由于生產(chǎn)規(guī)模、物料的性質(zhì)、傳熱的要求等各不相同，故換熱器的類型也是多種多樣。按用途它可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。根據(jù)冷、熱流體熱量交 換的原理和方式可分為三大類：混合式、蓄熱式、間壁式。間壁式換熱器又稱表面式換熱器或間接式換熱器。 在這類換熱器中， 冷、熱流體被固體 壁面隔開， 互不接觸，熱量從熱流體穿過(guò)壁面?zhèn)鹘o冷流體。該類換熱器適用于冷、熱流體不允許直接接觸的場(chǎng)合。間壁式換熱器的應(yīng)用廣泛，形

6、式繁多。將在后面做重點(diǎn)介紹。直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器。在此類換熱器中，冷、熱流體相互接觸，相互 混合傳遞熱量。 該類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高，適用于冷、熱流體允許直接接觸和混合 的場(chǎng)合。常見(jiàn)的設(shè)備有涼水塔、洗滌塔、文氏管及噴射冷凝器等。蓄熱式換熱器又稱回流式換熱器或蓄熱器。 此類換熱器是借助于熱容量較大的固體蓄熱 體，將熱量由熱流體傳給冷流體。當(dāng)蓄熱體與熱流體接觸時(shí)，從熱流體處接受熱量，蓄熱體溫度升高后， 再與冷流體接觸， 將熱量傳給冷流體， 蓄熱體溫度下降， 從而達(dá)到換熱的目的。 此類換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 可耐高溫， 常用于高溫氣體熱量的回收或冷卻。 其缺點(diǎn)是設(shè)備的體積 龐大，且不能完

7、全避免兩種流體的混合。工業(yè)上最常見(jiàn)的換熱器是間壁式換熱器。 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 間壁式換熱器可以分為管殼式 換熱器和緊湊式換熱器。緊湊式換熱器主要包括螺旋板式換熱器、板式換熱器等。 管殼式換熱器包括了廣泛使用的列管式換熱器以及夾套式、 套管式、 蛇管式等類型的換 熱器。其中，列管式換熱器被作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備，在許多工業(yè)部門被大量采用。 列管式換熱器的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固，能承受高溫高壓，換熱表面清洗方便，制造工藝成熟，選 材范圍廣泛， 適應(yīng)性強(qiáng)及處理能力大等。 這使得它在各種換熱設(shè)備的競(jìng)相發(fā)展中得以繼續(xù)存 在下來(lái)。使用最為廣泛的列管式換熱器把管子按一定方式固定在管板上，而管板則安裝在殼體內(nèi)。因此

8、，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見(jiàn)的列管換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和 U形管式等幾種類型。1.2.1. 換熱器類型根據(jù)列管式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要分為以下四種。以下根據(jù)本次的設(shè)計(jì)要求，介紹幾種常見(jiàn)的列管式換熱器。1.2.2. 固定管板式換熱器這類換熱器如圖1-1所示。固定管辦事?lián)Q熱器的兩端和殼體連為一體，管子則固定于管板上，它的結(jié)余構(gòu)簡(jiǎn)單；在相同的殼體直徑內(nèi)，排管最多，比較緊湊；由于這種結(jié)構(gòu)式殼測(cè) 清洗困難，所以殼程宜用于不易結(jié)垢和清潔的流體。當(dāng)管束和殼體之間的溫差太大而產(chǎn)生不同的熱膨脹時(shí)，用使用管子于管板的接口脫開，從而發(fā)生介質(zhì)的泄漏。|知I I 闔宅鶉扳式換妳器

9、1 一折甫擠柢 2W41冃一莊怵斗一封去 &-搖普占一箕檢1.2.3. U型管換熱器U型管換熱器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只有一塊管板，換熱管為U型，管子的兩端固定在同一塊管板上，其管程至少為兩程。 管束可以自由伸縮，當(dāng)殼體與U型環(huán)熱管由溫差時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生溫差 應(yīng)力。U型管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有一塊管板，密封面少，運(yùn)行可靠；管束可以 抽出，管間清洗方便。其缺點(diǎn)是管內(nèi)清洗困難；喲由于管子需要一定的彎曲半徑，故管板的利用率較低；管束最內(nèi)程管間距大， 殼程易短路；內(nèi)程管子壞了不能更換， 因而報(bào)廢率較高。 此外，其造價(jià)比管定管板式高 10%£右。lil i 2 tr覘代我換齡陸1.2.4. 浮

10、頭式換熱器浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)如下圖1-3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩端管板之一不與外科固定連接,可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，該端稱為浮頭。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是黨環(huán)熱管與殼體間有溫差存在，殼體或環(huán)熱管膨脹時(shí)，互不約束，不會(huì)產(chǎn)生溫差應(yīng)力；管束可以從殼體內(nèi)抽搐，便 與管內(nèi)管間的清洗。 其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，用材量大，造價(jià)高；浮頭蓋與浮動(dòng)管板間若密封 不嚴(yán)，易發(fā)生泄漏，造成兩種介質(zhì)的混合。陽(yáng)評(píng)頭武換鴨裁I代2周電皆3 隔椀汙丸啊獨(dú)飛 3 -浮rfjWK 6 佇認(rèn)靜1.2.5. 填料函式換熱器填料函式換熱器的結(jié)構(gòu)如圖 1-4所示。其特點(diǎn)是管板只有一端與殼體固定連接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸縮， 不會(huì)產(chǎn)生

11、因殼壁與管壁溫差而引起的溫差應(yīng)力。填料函式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較浮頭式換熱器簡(jiǎn)單，制造方便，耗材少，造價(jià)也比浮頭式的低； 管束可以從殼體內(nèi)抽出，管內(nèi)管間均能進(jìn)行清洗，維修方便。其缺點(diǎn)是填料函乃嚴(yán)不高，殼 程介質(zhì)可能通過(guò)填料函外樓，對(duì)于易燃、易爆、有度和貴重的介質(zhì)不適用。|対4 城料圍成;換體娜I構(gòu)勒tr粗 1境料程總 34IM 45媒向NK1.3. 換熱器類型的選擇由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使水走管程。石油由于粘度較大， 所以走殼程。1.4. 流徑的選擇在具體設(shè)計(jì)時(shí)考慮到盡量提高兩側(cè)傳熱系數(shù)較小的一個(gè)，使傳熱面兩側(cè)傳熱系數(shù)接近； 在運(yùn)行溫度較高的換熱器中，應(yīng)盡量減少熱量損失， 而

12、對(duì)于一些制冷裝置， 應(yīng)盡量減少其冷量損失；管、殼程的決定應(yīng)做到便于清洗除垢和修理，以保證運(yùn)行的可靠性。參考標(biāo)準(zhǔn)：1) 不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走便于清洗管子，浮頭式換熱器殼程便于清洗。2) 腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。3) 壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓，其中冷卻介質(zhì)循環(huán)水操作壓力高，宜走管程。4) 飽和蒸氣宜走管間， 以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。5) 被冷卻的流體宜走殼程，便于散熱，增強(qiáng)冷卻效果。6) 需要提高流速以增大其對(duì)流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。7) 粘

13、度大的液體或流量較小的流體，宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達(dá)到湍流，以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。8) 若兩流體的溫度差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體宜走殼程，因?yàn)楸跍亟咏鼈鳠崮は禂?shù)較大的流體溫度，以減小管壁和殼壁的溫度差。綜合考慮以上標(biāo)準(zhǔn)，確定煤油應(yīng)走殼程，水走管程。1.5. 材質(zhì)的選擇列管換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來(lái)選用。在高溫下一般材 料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。 目前 常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟 乙烯和玻璃

14、等。根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇使用不銹鋼材料。1.6. 管程結(jié)構(gòu)換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯(cuò)列、三角形直列、三角形錯(cuò)列和同心圓排列，如下圖所示。(c) 三角形直列(b)正方形錯(cuò)列(a)正方形直列(d)三角形錯(cuò)列(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。對(duì)于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內(nèi)都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。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來(lái)。管板與管子的 連接可脹接或焊接。2. 換熱器選型及工藝計(jì)算2.1. 確定基本操作參數(shù)(1) 熱流體：入口溫度 140C ;出口溫度40C(

15、2) 冷卻介質(zhì)：岷江水(3) 允許壓降：不大于 O.IMPa(4) 物性數(shù)據(jù)(5) 每年按360天計(jì)算，每天分成 3班，每班8小時(shí)(6) 確定定性溫度下的參數(shù)：原油的定性溫度T (140 40) 290C冷卻水的定性溫度T (20 35)2275C原油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)密度。815kg /m3粘度。3.0 10 3Pa s定壓比熱容Cpo 2.2kJ / kg oC導(dǎo)熱系數(shù)o 0.128W/ moC循環(huán)冷卻水在27.5 C下的物理數(shù)據(jù)密度998kg m3粘度c 1.005 10-3 Pa s定壓比熱容Cpc 4.18kJ (kg °C)導(dǎo)熱系數(shù)c 0.599W (m C)污垢熱阻0

16、.21m2 C kW 1材料：碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)0 45W(m C)2.2. 初算傳熱面積2.2.1. 傳熱量原油流量:qm o3.8 10 kg 4398.2kg/h360 24h75.4m3/h3qv o4398.2kg/h3815kg/m3傳熱量:Q qm oCp o (T2 T1 )4398.2kg. h 2.2kg kg C 100 C96704kJ h2.7 105w2.2.2.平均溫差qmc 16000kg /ht2Qqmc Cp c20 C9.7 105kJ /h41.6 104kg/h 4.18kJ/(kg C)34.5 C已知岷江水的最高溫度t120 C且用水作冷卻劑時(shí)，冷卻水的

17、出口溫度不應(yīng)高于工藝有：1qm cc p o40 C又知：Q9.7105kJ / hqmc1.1104kg/h物流的出口溫度則取冷卻水用量:冷卻水出口溫度:9上式計(jì)算結(jié)果與假設(shè)的定性溫度相符合逆流時(shí)的平均傳熱溫差：水34.5 C 20 C 原油140 C 40 Ctm c51.41 C(140 34.5) (40 20)40 34.5In40 20參數(shù):P I2_LT1 t134.5 20140 200.12T1140406.9參照化工過(guò)程設(shè)計(jì) 第282頁(yè)根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)或文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，估算出傳熱系數(shù)，則初選200w m-2 C-1則S參考化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)第2.7 10K tm46頁(yè)227.7m2 2

18、00 48.1t2 t134.5 20查化工工藝設(shè)計(jì)手第 2-279頁(yè)圖15-14(a)得 t 0.94故平均傳熱溫差：tmttmc 0.94 51.41°C 48.3°C2.2.3. 初算傳熱面積13取安全系數(shù)為1.042則 S 29.0m2.3. 換熱器基本參數(shù)確定2.3.1. 換熱管和管內(nèi)流速選用換熱器管規(guī)格25 2.5mm用6m長(zhǎng)的管子。原油的粘度大，所以走殼程,水走管程。所需總管數(shù):Sd°L29 .03.140.025662 (根)參照環(huán)境工程原理表3.5-1，取水的流速為0.96m/s2.3.2. 管程數(shù)和殼體內(nèi)徑qvh16000 kg / h998

19、kg / m316m3 /hUiqvhdi n4 i163 142(0.0250.005)262 360040.23 m / s則管程數(shù)為：nU optUi0.9640.23每管程的管子數(shù)為:Nb62416(根)換熱管是轉(zhuǎn)角三角形排列D 1.05Pt、. D ( : 0.6 0.8)1.0532. 62 0.6341 .5mm2.3.3. 換熱器工藝尺寸結(jié)構(gòu)1. 橫過(guò)管束中心線的管數(shù)nc 1.19 . N 1.19 . 651(根)2. 折流板頁(yè) 選用圓缺形折流板，圓缺形折流板的圓缺高度0.25 400 100mm參考化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)第 2-263為殼體內(nèi)徑的25%則切去的圓缺高度 h設(shè)定的折

20、流板數(shù)為16000 12920LnBB3. 管心距1.5 25 32mm管心距一般取1.5d。 則管心距Pt4. 接管1. 殼程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)油品流速為1m/s則接管內(nèi)徑為,：4V,'(4 4398.2)/(3600 815) 一d0.044 mV u %3.14 1參考化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表3-31取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 57 mm 6mm2. 管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)循環(huán)水流速為1.5m/ s則接管內(nèi)徑為0.063md17000)/(3600 998)3.14 1.5#則取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 76mm 8mm2.3.4. 換熱器選型根據(jù)初步計(jì)算結(jié)果：傳熱面積27.9m2、總管數(shù)62根、4管程、

21、管長(zhǎng)6m，殼體直徑D=341.5mm查JB/T 4715-92和GB 151-1999初選管板式換熱器型號(hào)為BEM 4001.6 35.26/25 4I該管板式殼體直徑 D 400mm、換熱面積為 35.2m2、公稱壓力為1.6MPa、總管數(shù)為76、并且為4管程、每管程的管子數(shù)為 19根、中心排管數(shù)為11根、管程流通面積為20.0060m。2.4. 總傳熱系數(shù)核算2.4.1. 管程傳熱膜系數(shù)冷卻水質(zhì)量流量量:QCpi(t29.7 1054.18 (34.520)41.6 10 kg/h4.45 kg. s管程截面積:-di4 n吐(0.02)246245.1 10 3m2管程相關(guān)系數(shù):1.6

22、1033.18 107kg/(h m2)775kg/(s m2)Gi W流速Ui5.1 10Gi匹 0.78m/s998PriGpi Ui空遊 10 37.010.599ReidiGi0.02 775Ui1.005 10 31.5 104參考化工裝置實(shí)用工藝設(shè)計(jì)原著第三版圖10-46查得JH 50Jh衛(wèi)JH(呦1驢()。.14w假定（一 ）0.141(PG) di150 °.599 (7.01f0.0222866 w/(m2C)15流速U0色沁 0.093m/s0815Regd0Ge0.025 93,083.0 10 3782Pr。Cp o 02.2 3.0 100.1283-51.

23、62.4.2. 殼程傳熱系數(shù)熱交換器中心線或距中心線最近的管排上錯(cuò)流流動(dòng)的最大通道面積SA。 BD（1 屯）0.15 0.4 （1°025）0.013125m2Pt0.032熱交換器中心線或距中心線最近的管排上錯(cuò)流流動(dòng)的最小質(zhì)量流速GeGeqmoA04398.2335100kg /(h m2)93.08kg/(s m2)0.013125正三角形排列時(shí)管群的當(dāng)量直徑:0.020m24(0.43FT2 亜生) De4d。28(0.43 0.0322°5 314 °.°25 )43.14 0.025帶入克恩公式假設(shè)（）°.140.95得到管程傳熱系數(shù)

24、1 0.36 Re0°.55Pr0氣一)De0.142.4.3.污垢系數(shù)由已知：管內(nèi)側(cè)rs,i管外側(cè)rs,o碳鋼管導(dǎo)熱系數(shù)2.4.4.總傳熱系數(shù)其中dm噲1.d0 In - di25將dm帶入上式得到0.128 0 55 0.36 782 .0.0202318w/(m C)2.1 10 4 m2 T W2 10 4 m220.25In -201318 W m2 Cs,o22.4mm2.1 10 4 m2 C Wk 196.3W. m2 CCWb蟲dm410 40.025mm0.02mmw151.630.95rs,idodi£ do1 d iC, W28660.0025 m4

25、5 W m C0.0250.0225 mm22 .4mm172.4.5.計(jì)算傳熱面積195Q2.7 10 W28 4m2K tm 196.3W m2 C 48.4'與初選值基本相同由換熱器換熱面積為32.5 m2面積裕度：(35.2葺 1) 100%24.9%28.4m2.5. 換熱器核算2.5.1. 殼程壓降1.管束由式阻力系數(shù)2.折流板缺口殼程：PsP2D(Nb 1)s1.720.49690Pade1.72780.4 (19Nb(3.516 (3.5155.1Pa0.491)815 (0.093)20.02 m2馬衛(wèi)D 22 0.15m、0.4m晉(0.093)2P殼，總P1P28

26、45 . 1 Pa2.5.2. 管程壓降由P ( RP2) Ns Np Ft其中29汕 1,Np 4,Ft1.51 u1 d2P2u2由Re=17743,傳熱管粗糙度0.01200.005，查圖得 i 0.038W mC ,流體流速50.78ms,998 kg m360.0380.023460 Pa998 (0.78)22P23 998 (0.78)2910Pa得到P 4370 4 1.526220Pa由以上計(jì)算知：殼程與管程的壓降均小于0.1MPa，故選用BEM 400 1.6 35.2 6/25 4I是合理的。3. 工藝設(shè)計(jì)表?yè)Q熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。參數(shù)管程殼程流量 /(kg/

27、s)1600004398.2進(jìn)/出口溫度/錯(cuò)誤！未找到 引用源。20/34.7140/40定性溫度/錯(cuò)誤!未找 到引用源。27.590物密度/（錯(cuò)誤！未找到 引用源。）998815性定壓比熱容/（錯(cuò)誤!未找到引用 源。）4.182.2黏度/（Pa錯(cuò)誤!未找0.0010050.003到引用源。s）熱導(dǎo)率/（錯(cuò)誤!未找 到引用源。）0.5990.128普朗特?cái)?shù)7.0151.6設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù)形式固定式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑mm400殼程數(shù)1管徑/mm025 X 2.5管心距/mm32管長(zhǎng)/mm6000管子排列A管數(shù)目/根76折流板數(shù)/塊29傳熱面積/錯(cuò)誤！未 找到引用源。35.2折流板間距/mm20

28、0管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)0.780.093表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/（錯(cuò)誤！未找 到引用源。）2866318污垢阻力/（錯(cuò)誤！未找到引 用源。）0.000210.0002阻力/Pa26220841.5傳熱溫差/錯(cuò)誤!未找到引用 源。51.41傳熱系數(shù)/（錯(cuò)誤！未找到引 用源。）196.3面積裕度/%24.94. 換熱器設(shè)備的計(jì)算4.1. 殼體壁厚設(shè)計(jì)4.1.1. 壁厚的計(jì)算根據(jù)工藝設(shè)計(jì)，選用 錯(cuò)誤！未找到引用源。的碳素鋼管，其鋼號(hào)為20R,鋼板標(biāo)準(zhǔn)為GB6654由于換熱器為內(nèi)壓容器，故可采用內(nèi)壓容器的設(shè)計(jì)方法來(lái)確定其壁厚，殼壁計(jì)算壁厚計(jì)算公式為：錯(cuò)誤!未找到引用源。PcDiP

29、c式中，錯(cuò)誤!未找到引用源。 一一計(jì)算壓力，取 pc l.6MPa錯(cuò)誤！未找到引用源。一一殼體內(nèi)徑，錯(cuò)誤!未找到引用源。Dj 400mm錯(cuò)誤！未找到引用源。 一一焊接接頭系數(shù)， 錯(cuò)誤！未找到引用源。t殼程溫度，設(shè):=錯(cuò)誤！未找到引用源。一一殼程溫度為 錯(cuò)誤！未找到引用源。時(shí)的的許用應(yīng)力, 取錯(cuò)誤！未找到引用源。（查化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)附表一得）則殼體計(jì)算壁厚為：PcDc2 t Pc1.6 4002 1322.9mm0.85 1.6在確定筒體所需厚度時(shí)，還應(yīng)在計(jì)算厚 G壁厚附加量C是指在滿足強(qiáng)度要求 包括鋼板負(fù)偏差（或鋼板負(fù)偏差）考慮到鋼板厚度不均勻介質(zhì)對(duì)筒壁的腐蝕作用， 度錯(cuò)誤！未找到引用源。的基

30、礎(chǔ)上，增加壁厚附加量 而計(jì)算出的壁厚之外，考慮其他因素而額外增加的壁厚量， 錯(cuò)誤！未找到引用源。、腐蝕裕量錯(cuò)誤！未找到引用源。，即錯(cuò)誤！未找到引用源。取錯(cuò)誤！未找到引用源。，錯(cuò)誤！未找到引用源。，故G C22.9 0.6 1 4.5mm圓整后，取名義厚度為 錯(cuò)誤！未找到引用源。4.1.2. 換熱器校核水壓試驗(yàn)強(qiáng)度按強(qiáng)度、剛度計(jì)算確定的容器壁厚，由于材質(zhì)、鋼板彎曲、焊接及安裝等造成加工過(guò)程不完善，有可能導(dǎo)致容器不安全，會(huì)在規(guī)定的工作壓力下發(fā)生過(guò)大變形或焊縫有滲漏現(xiàn)象等， 故必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)予以校核。最常用的壓力試驗(yàn)方法是液壓試驗(yàn)。本設(shè)計(jì)采用水壓試驗(yàn)方法。液壓試驗(yàn)時(shí)要求滿足的強(qiáng)度條件是：錯(cuò)誤！未找

31、到引用源。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)附表一可知，對(duì)于 未找到引用源。，則有Pt Dj e0.920R剛在壁厚為6mm時(shí)，其屈服極限錯(cuò)誤！0.9(p(79 = 0.9 X 0.85 X 245 = 187.43JIPaPt 1.25p 1.25 1.6 2MPa6 0.6 14.4mm代入得:Pt Dj e-400 4.491.9MPa2 4.4ffT < 0.9卩務(wù)水壓試驗(yàn)時(shí)滿足強(qiáng)度要求。42封頭的設(shè)計(jì)左右封頭均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T 4337-95標(biāo)準(zhǔn)，封頭為錯(cuò)誤!未找到引用源。DN400 6mm,曲面高度為 錯(cuò)誤！未找到引用源。，直邊高度 錯(cuò)誤！未找到引用源。，材料選 用20R鋼。

32、公稱直徑Dgmm曲面咼度hl mm直邊高度h2mm壁厚Smm內(nèi)表面積F（怦）容積Vm質(zhì)量GKg碳鋼高合金40010025330.2040.01154.90446.5358.16669.904.3.法蘭的設(shè)計(jì)殼體與封頭采用法蘭連接，材料選用20R碳素鋼，本設(shè)計(jì)的壓力和殼體內(nèi)徑都較小，根據(jù)JB/T4701 2000選用DN400,1.6MPa的甲型平焊法蘭。法蘭尺寸如下：?jiǎn)挝唬簃m公稱直徑DN甲型平焊法蘭平 PN=1.6MPa螺柱DD1D2D3D4d規(guī)格數(shù)量4005154804504404373018M162044支座的設(shè)計(jì)4.4.1. 質(zhì)量核算 殼體質(zhì)量m：由上計(jì)算知：DN400mm，錯(cuò)誤!未找

33、到引用源。查化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 附表4得：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的筒體質(zhì)量為 錯(cuò)誤!未找到引用源。q 65kg則m q1 L 65 6390kg 封頭的質(zhì)量 錯(cuò)誤!未找到引用源。：DN=400mm錯(cuò)誤!未找到引用源。，直邊高度 錯(cuò)誤!未找到引用源。的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其質(zhì)量錯(cuò)誤!未找到引用源。=9.9kg。所以錯(cuò)誤！未找到引用源。m2 9.9 2 19.8kg 水的質(zhì)量錯(cuò)誤!未找到引用源。：m3(7.4.1)式中，錯(cuò)誤!未找到引用源。 一一裝填系數(shù)，1.0儲(chǔ)罐體積：V V封 V管 2 0.0115 0.176 6 1.0791.1m3則m31.0 1.1 9981097.8kg 附件質(zhì)量錯(cuò)誤!未找到引用源。：m

34、4300 Kg 管子質(zhì)量錯(cuò)誤!未找到引用源。：錯(cuò)誤！未找到引用源。m5 76m1 76 5.21 395.96kg式中錯(cuò)誤!未找到引用源。一一錯(cuò)誤！未找到引用源。 的管子單重，錯(cuò)誤！未找到引用源。 法蘭質(zhì)量錯(cuò)誤！未找到引用源。：PN=1.6MPa DN=400mm ;法蘭質(zhì)量27Kg。則m627 4108kg390 19.8 1097.8 300 395.96 108m4m5mb所以，設(shè)備總質(zhì)量:2311.56kg支座計(jì)算：mg2311.56 9.8F11326.644 11.33KN22mmim2m34.4.2. 鞍座選型每個(gè)支座承受11.33KN,選用重型B1型，120度包角，焊制，雙筋，

35、帶墊片的鞍座。 鞍座標(biāo)準(zhǔn)類型參考標(biāo)準(zhǔn)材料BI400-SJB/T 4712-92Q235 A,Q235 BBIV400-FJB/T 4712-92Q235 A,Q235 B鞍座結(jié)構(gòu)尺寸公稱直 徑DN鞍座高度h底板墊板筋板地腳螺栓支座質(zhì)量l1b11S2l3b22el3b33規(guī)格B型40012510060630160125620160805M201.6鞍座示意圖4.5. 管板的設(shè)計(jì)管板用來(lái)固定換熱管并騎著分隔管程、殼程的作用。4.5.1. 管板尺寸確定由于固定管板式換熱器計(jì)算十分復(fù)雜，需要綜合考慮多種因素，可采用下表選取： 材質(zhì)：在選用管板時(shí)的材料時(shí)， 當(dāng)換熱介質(zhì)無(wú)腐蝕或有輕微腐蝕時(shí)， 可按規(guī)定采用

36、低 碳鋼或普通低合金； 處理腐蝕性介質(zhì)時(shí)， 應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)的耐腐蝕材料， 本設(shè)計(jì)采用與殼體相同 的低碳鋼Q235-AF。 管板尺寸：根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)公稱壓力pc=1.6MPa,及公稱直徑 DN=400mmPc 1.6MPa公稱 直徑DDiD2D4D5bbicd質(zhì)量4005304903904434004033232042.54.5.2. 管板與管子連接在管殼式換熱器設(shè)計(jì)中，管子與管板的連接是否緊密十分重要。如果連接不緊密，在操作時(shí)連接處發(fā)生泄漏，冷熱流體相互混合，會(huì)造成物料和熱量損失；若物料帶有腐蝕性、放 射性或者兩種流體接觸會(huì)產(chǎn)生易燃易爆物質(zhì)，后果將更加嚴(yán)重。管子在管板上的固定方法主要有脹接和

37、焊接兩種，其原則是必須保證管子與管板連接牢 固，連接處不會(huì)產(chǎn)生泄露。第一，脹接法。此法是利用脹接管器擠壓伸入管板孔中的管子端部,使端部發(fā)生塑性變使管子與管板間同時(shí)產(chǎn)生一定擠緊力而緊密的貼在一起,從而達(dá)到密封緊固連接的目的。采用脹接時(shí)，管板的形，管板同時(shí)也產(chǎn)生彈性形變，當(dāng)取去脹管器后由于管板孔的彈性收縮,2硬度應(yīng)比管端高，以保證脹接質(zhì)量，這樣可以免除應(yīng)管板孔塑性變形，而影響脹接緊密性。第二，焊接法。由于此法具有高溫高壓下仍能保持連接的緊密性，對(duì)管板孔的加工精度 要求低，加工工藝較簡(jiǎn)單，當(dāng)壓強(qiáng)不太高使，可用較薄管板等優(yōu)點(diǎn)， 因此焊接法應(yīng)用較廣泛;因此選用密封性能較好的脹接但焊接法工藝要求管子與管孔

38、之間應(yīng)留有一定間隙。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的操作物質(zhì)為有原油且操作壓力與溫度均不太高, 法。4.5.3. 管板與殼體的連接考慮到換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，管板與殼體的連接結(jié)構(gòu)可以分成可拆式和不可拆式兩大類型。固定管板式換熱器的管板與殼體間常采用不可拆連接，可采用焊接的方式。即選用其中的(e)型4.6. 流體進(jìn)、出口接管直徑的計(jì)算1. 殼程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)油品流速為1m/ s則接管內(nèi)徑為,.'4V ：(4 4398.2)/(3600 815)一d0.044 m u 3.14 1參考化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表 3-31取標(biāo)準(zhǔn)管徑為57 mm 6mm2. 管程流體進(jìn)出口接管取接管內(nèi)循環(huán)水流速為1.5m/s則接管

39、內(nèi)徑為d . u .(4 17000)/(3600 998)0.063m3.14 1.5則取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 76mm 8mm4.7. 容器開孔補(bǔ)強(qiáng)開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)是在開孔附近區(qū)域增加補(bǔ)強(qiáng)金屬，使之達(dá)到提高器壁強(qiáng)度、滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的目的。開孔補(bǔ)強(qiáng)的形式分為整體補(bǔ)強(qiáng)和局部補(bǔ)強(qiáng)。按照GB150-1998鋼制壓力容器第8章中開孔和開孔補(bǔ)強(qiáng)的有關(guān)規(guī)定： 圓筒11. Di 1500mm時(shí)，開孔最大直徑dDi，且d 520mm;2當(dāng)圓筒的內(nèi)徑12. Di 1500mm時(shí)，開孔最大直徑d -Di,且d 1000mm3不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大開孔直徑，殼體開孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)： 設(shè)計(jì)壓力小于或等于 2.5MP

40、a; 兩相鄰的開孔中心間距應(yīng)不小于直徑之和的兩倍； 接管公稱外徑小于或等于 89mm 接管壁厚不小于5mm（公稱外徑為57mm；本設(shè)計(jì)的固定管板式換熱器筒體為碳鋼，壁厚為6mm管程設(shè)計(jì)壓力為1。6MPa殼程設(shè)計(jì)壓力為1.6MPa，根據(jù)計(jì)算結(jié)果知，接管壁厚均大于5mm因此開孔不必補(bǔ)強(qiáng)。5. 設(shè)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表參數(shù)數(shù)據(jù)壁厚 *6mm鋼板負(fù)偏差 錯(cuò)誤!未找到引用源。0.6mm腐蝕裕量 錯(cuò)誤!未找到引用源。1.0mm碳素鋼管型號(hào)封頭型號(hào)DN400mm6mm法蘭標(biāo)準(zhǔn)JB/T4701 2000殼體質(zhì)量 錯(cuò)誤!未找到引用源。390.00kg封頭的質(zhì)量 錯(cuò)誤!未找到引用源。19.80kg水的質(zhì)量 錯(cuò)誤!未找到引用

41、源。1097.8kg附件質(zhì)量 錯(cuò)誤!未找到引用源。300.00kg管子質(zhì)量 錯(cuò)誤!未找到引用源。395.96kg法蘭質(zhì)量 錯(cuò)誤!未找到引用源。108kg設(shè)備總質(zhì)量2311.56k各支座承受P11.33KN管板直徑400mm管板厚度40.0mm殼程接管內(nèi)徑42mm殼程接管外徑57mm管程接管內(nèi)徑65mm管程接管外徑76mm設(shè)計(jì)心得緊張的課程設(shè)計(jì)終于落下了帷幕，回首這些天來(lái)做課程設(shè)計(jì)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。每一個(gè)細(xì)節(jié)，每一次與同學(xué)們的討論都讓我記憶猶新。通過(guò)這些天的課程設(shè)計(jì)，并最終順利地完成使我感觸頗多，同時(shí)也讓我受益匪淺。 正是在這次疼苦并快樂(lè)的課程設(shè)計(jì)中，我找到了運(yùn)用知識(shí)和更有效率的學(xué)習(xí)知識(shí)的方法，在運(yùn)用和學(xué)習(xí)的同時(shí)也加深了我對(duì)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)的理解、提升了我考慮事情的全面性和做事情的嚴(yán)謹(jǐn)行性，讓我分析問(wèn)題、考慮問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力有了進(jìn)一步的提升。課程設(shè)計(jì)老師們都說(shuō)是畢業(yè)設(shè)計(jì)的模擬考試，它也完全顛覆我們以前對(duì)知識(shí)的應(yīng)用形 式。之前，對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用就體現(xiàn)在平時(shí)的作業(yè)、考試和課堂上。對(duì)于專業(yè)知識(shí)在實(shí)際生 活生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用并不是很了解， 以至于讓我產(chǎn)生了知識(shí)無(wú)用的愚蠢想法。 當(dāng)接觸了課程設(shè) 計(jì)之后才發(fā)現(xiàn)知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用是如此的多， 而自己欠缺的也是如此的多。 在與實(shí)際的 應(yīng)用相比， 我