固定管板式換熱器設(shè)計(jì)

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1、文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 前言 ........................................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì) ........................................................................................... 錯(cuò)誤 !未

2、定義書簽。 一、問題重述 ........................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1.1 設(shè)計(jì)題目 ........................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 1.2 已知條件 .....................

3、...................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 二、計(jì)算 ................................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.1 管子數(shù) N......................................................

4、...................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.2 管子的排列方式，管間距的確定................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.3 換熱器殼體直徑的確定 ................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.4 換熱器殼體壁厚的計(jì)算

5、 ................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.5 換熱器封頭換熱器封頭的選擇....................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.6 封頭法蘭的選擇 ..................................................................................

6、............. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.7 管板尺寸的確定 ............................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.8 管子拉脫力計(jì)算 ............................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.9 折流板設(shè)計(jì) .............

7、.......................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2． 10 拉桿、定距管 ............................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.11 波形膨脹節(jié)的計(jì)算 .......................................................

8、.................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.12 接管法蘭的選擇 ............................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.13 開孔補(bǔ)強(qiáng) ......................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。

9、 2.14 封頭法蘭墊片 ................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 2.15 底座 ................................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 三、課程設(shè)計(jì)小結(jié) ..........................

10、......................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 參考資料 ................................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 前言 換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的十分廣泛，在日常生活中也隨處可見， 是不可缺少的工藝設(shè)備之一。 換熱器的研究備受各種研

11、究機(jī)構(gòu)的關(guān)注和重視， 其 性能的每一點(diǎn)提高都意味巨大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。 管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備體積和金屬材料的消耗方面不如 其他新型的換熱設(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、操作彈性大、可靠程度高、使 用范圍廣等，所以在各領(lǐng)域中仍得到廣泛的應(yīng)用。 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 對(duì)于學(xué)習(xí)化工機(jī)械的大學(xué)生來說， 換熱器設(shè)計(jì)是必須要了解和掌握的知識(shí)之 一。換熱器設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜而艱辛的過程， 它不僅僅是確定一個(gè)或者多個(gè)可行的解決方案，還要求確定最可能的或接近最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須

12、考慮很多的因素，如壓力、溫度、材料、流體性質(zhì)及檢修清理等，通過各種因素的綜合考慮，來選擇合適的設(shè)計(jì)方案。 本次課程設(shè)計(jì)通過對(duì)固定管板式換熱器的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整體裝配的設(shè)計(jì)， 了解到換熱器大體的設(shè)計(jì)過程和裝配過程， 豐富了我們所學(xué)習(xí)的知識(shí)， 學(xué)以致用，加強(qiáng)了我們對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力， 并且在設(shè)計(jì)過程中一些新的知識(shí)， 開闊了自己是思維，對(duì)我們以后的工作具有很大是指導(dǎo)意義。 本次課程設(shè)計(jì)由陳慶和王海波老師指導(dǎo)， 特此表示感謝。 由于設(shè)計(jì)者水平有限，不足之處，還望指導(dǎo)。 xxx 2011年 12 月 26 日 列管式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì) 一、

13、問題重述 1.1 設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn) 3000 噸合成氨廠變換工段換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)。 1.2 已知條件 （1）氣體平均壓力： 管程：半水煤氣 0.7 MPa ( 絕壓 ) ； 殼程：變換氣 0.6 MPa （絕壓）； （2）半水煤氣進(jìn)口溫度 180℃，出口溫度 370℃；變換氣進(jìn)口溫度 400℃，出口溫度 220℃。 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . （3）由工藝計(jì)算求得換熱面積為 130 m2 。 二、計(jì)算 2.1 管

14、子數(shù) n 換熱管選用Φ 323 的無縫鋼管，材質(zhì)為 20 號(hào)鋼，換熱管的長度推薦采用 1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0 ， 12.0 m ，本次設(shè)計(jì)選取管長為 3 米。 管子的當(dāng)量直徑為 : d n 32 3 29mm 0.029m 。 換熱面積 : A 130 n 475.877 根 d n L 0.029 3 考慮到換熱過程中的各種熱量損失，圓整確換熱管數(shù)量 n=476 根。 2.2 管子的排列方式，管間距的確定 換熱管的排列方式采用正

15、三角形排列，換熱管中心距不宜小于 熱管外徑，由 GB151-1999《管殼式換熱器表》 中表 12 可知換熱管外徑  1.25 倍的換 d 32mm 時(shí)，換熱管中心距 S 40mm。查表得六角形層數(shù)為 12 層，六角形對(duì)角線上的管子數(shù)為 25 個(gè)。 2.3 換熱器殼體直徑的確定 殼體內(nèi)徑 : S——換熱管中心距， S=40mm； b——正六角形對(duì)角線上的管子數(shù)， b=25 個(gè)； l 最外層管子的中心到殼體邊緣的距離，取 l =2d；選取殼體內(nèi)徑 Di 1100mm。 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .w

16、ord 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 2.4 換熱器殼體壁厚的計(jì)算 殼體材料選取 A3R，已知?dú)んw承受壓力為 0.68MPa ，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)該取大于 0.68MPa 取設(shè)計(jì)壓力 Pc 1MPa 400 3-16 mm 之間， ，設(shè)計(jì)溫度取℃，設(shè)壁厚在 此時(shí)材料的許用應(yīng)力 [ ]t 106MPa ；鋼板寬度在 2500-4000 mm 時(shí)，材料的允 許負(fù)偏差 C1=-0.8 mm ；對(duì)于碳素鋼，腐蝕裕量 C2 不小于 1 mm ，取 C2=2 mm ；焊接接頭形式為單面焊對(duì)接接頭， 局部無損檢測(cè)， 焊接接頭系數(shù)Φ =0.

17、8 。此時(shí)筒體的計(jì)算厚度： 實(shí)際所需厚度 所以材料的名義厚度可以圓整取 10mm。 2.5 換熱器封頭換熱器封頭的選擇 上下封頭均選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭材料選  A3R，根據(jù)  JB/T4746-2002  標(biāo) 準(zhǔn)，以內(nèi)徑為基準(zhǔn)，封頭公稱直徑  DN  D i  1100mm  ，封頭厚度也取  10mm, 曲面高度  h  1 D i  275 mm 

18、, 查表可知封頭總高度  H  300mm。封頭結(jié)構(gòu)如 4 下圖： 2.6 封頭法蘭的選擇 材料選擇 16Mn，根據(jù) JB/T 4703-2000，選用 DN 1100mm, PN 1.6MPa 的 榫槽密封面長頸對(duì)焊法蘭，其規(guī)格尺寸如下圖： 2.7 管板尺寸的確定 選用固定式換熱器管板 e型，管板與殼程圓筒連為整體，期延長部分兼做法 蘭，與管箱用螺柱、墊片連接；管板材料選用 16Mn。單管程 ( 延長部分兼作法蘭 固定管板換熱器管板，管板周邊布管區(qū)較窄

19、( 管板周邊布管區(qū)無量綱寬度 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . k 1.0 ) ，假定管板厚度為 10mm，管子加強(qiáng)系數(shù)為 K ，則 K 2 1.318 DiEt na Ep L 式中： D i ——?dú)こ虉A筒內(nèi)徑， mm； —— 管板計(jì)算厚度， mm； n —— 管子根數(shù)； a —— 一根換熱管管壁金屬的橫截面積， mm2 ； —— 管板剛度削弱系數(shù)，取 =0.4 ； L —— 管子有效長度， m ； E i —

20、—管子設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量， GPa ； E p ——管板設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量； GPa 。  （1） Dt  4 At  （2） 式中： Dt —— 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑， mm； At —— 管板布管區(qū)面積， mm2 。 t  D t D i  （3） 式中： t —— 管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比。 對(duì)單管程換熱器，三角形排列時(shí)： At 0 .8

21、66 nS 2 n a n t ( d t ) 式中： S —— 管間距， mm；  （4） （5） 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . t —— 管子壁厚， mm； d —— 管子外徑， mm 。 （4）式代入（ 2）式中得： Dt 4 At 1.05S n （6） （60）式代入（ 3）式化簡(jiǎn)

22、得： t 1.05 S n （7） D i 在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中， k K (1 t ) (8) 且知： k 1.0 得：K (1 t ) 1.0, ，即 (1 1 .0 所以，由 (8) t ) (9) K 由(9) 代入 (1) 中，經(jīng)化簡(jiǎn)得： 2 .389 3 n t

23、( d t ) E t D i 2 (1 t ) 4 （ 10） E p L 由已知條件計(jì)算得： 設(shè)計(jì)溫度為 400℃時(shí)，管子材料為 20 鋼，彈性模量 E i 187 GPa ，管板 材料為 ，彈性模量 E 185 GPa 16Mn p 所以管板的最小有效厚度為 23.587 mm . 取管板的有效厚度 40mm，并 且將管板延長部分作為法蘭和封頭法蘭配合形成榫槽面密封結(jié)構(gòu)， 則其他尺寸如 下圖所

24、示： 2.8 管子拉脫力計(jì)算 管子和管板采用開槽脹接的方式連接，管板厚度大于 25 mm時(shí)，需要開二 個(gè)槽。開槽，換熱管外徑為 32 時(shí)，查表可知開槽深度 K=0.6 mm ，管子伸出段 +2 長度為 4 mm，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示： 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 管子 殼體 材質(zhì) 20 號(hào)鋼 A3R 尺寸 32 3 3000 1100 10 管字?jǐn)?shù)： 476 根； 管間距： S 40mm ； 管殼壁溫差： t 50 C ； 管子與管板連接結(jié)構(gòu)： 開

25、槽脹接； 脹接長度： l 44mm 。 (1) 在操作壓力下，脹接周邊所產(chǎn)生的應(yīng)力 qP 式中： (2) 在溫差應(yīng)力作用下，脹接周邊所產(chǎn)生的應(yīng)力 qT 式中： qP 與 qT 的作用方向相同，則 查表知碳素鋼在開槽脹接時(shí)許用拉脫應(yīng)力 [ q] 4MPa 由于 q [q] 4MPa ，拉脫力在許用范圍內(nèi)。 2.9 折流板設(shè)計(jì) 折流板為弓形，查表可知折流板的名義外徑： 折流板高度 h DN (0.2 0.45)DN (0.55 0.8)DN 605 880mm 范圍內(nèi)，取 h 850m

26、m。 查表知公稱直徑為 1100 mm時(shí)，折流板的厚度 8mm。 折流板的間距一般不小于圓筒內(nèi)徑的五分之一， 換熱管外徑為 32 時(shí)，鋼管 的最大無支撐跨距為 2200 mm ，在此范圍內(nèi)取折流板間距 l 600mm，則折流 板數(shù)量為 4 個(gè)。 查表知，在間距 l 600mm 900mm 時(shí)，折流板管孔直徑取 d 0.700.30 折流板結(jié)構(gòu)如下圖： 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . 2．10 拉桿、定距管 常用拉桿形式有兩種： （1）拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于

27、換熱管外徑大于或等于 19 mm的管束， l 2 L a ； （2）拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)， 適用于換熱管外徑小于或等于 14 mm的管束。 由于本次設(shè)計(jì)所用換熱管外徑為 32 mm ，故采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 換熱管外徑為 32 時(shí)，查表得對(duì)應(yīng)的拉桿直徑 dn 16mm；圓筒公稱直徑 DN為 1100mm ，查得拉桿數(shù)量為 6 根， L a 20mm， Lb 60mm， b 2mm， 拉桿長度根據(jù)結(jié)構(gòu)所需來確定，拉桿結(jié)構(gòu)如下： 拉桿定距管結(jié)構(gòu)以及和管板的連接方式如下圖所示 l2 L a : 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束外緣， 在布管區(qū)內(nèi)或靠近折

28、流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿， 任何折流板應(yīng)不少于 3 個(gè)支撐點(diǎn)。 合理布置完拉桿后， 根據(jù)結(jié)構(gòu)得出定距管數(shù)量為 18 根。 2.11 波形膨脹節(jié)的計(jì)算 根據(jù) GB16749-1999標(biāo)準(zhǔn)，選用一個(gè) ZDL型（立式）波形膨脹節(jié)，材料 Q235， 其壁厚按下列兩式計(jì)算，選用二者中較大值。 （1） ex Di 0.7 ，由表查得ex 0.990, ex 0.103 Dex （2） 取波形膨脹節(jié)的厚度與殼體厚度一樣， 即 ex 為 10 mm，按下式進(jìn)行應(yīng)力校 核： 故膨脹節(jié)厚度符合要求

29、，查表知膨脹節(jié)尺寸如下圖所示： 2.12 接管法蘭的選擇 變換氣進(jìn)口選 356 10 的接管，根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn) JB/T4703-2000 ，PN=1.6 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 . MPa ， DN=350 325 10 的接管， PN=1.6 mm的對(duì)焊接管法蘭，半水煤氣選 MPa ， DN=300mm的對(duì)焊接管法蘭，材料為 20 鋼。結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 2.13 開孔補(bǔ)強(qiáng) 容器開口需要補(bǔ)強(qiáng)，常用的結(jié)構(gòu)是在開口外面焊上一塊與容

30、器器壁材料和厚度都相同，即 10 mm的 A3R鋼板，查表可知補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)尺寸，見下圖： 2.14 封頭法蘭墊片 由于封頭法蘭所選的是長頸對(duì)焊法蘭， 采用榫槽密封面密封， 故墊片選用適用于長頸對(duì)焊法蘭的纏繞墊片中的基本型墊片， 根據(jù) JB/T4075-2000 標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示： 2.15 底座 本次設(shè)計(jì)的換熱器圓筒公稱直徑在 800～4000 mm范圍內(nèi)，圓筒長度 L 與公稱直徑 DN之比小于 5，容器總高度小于 10 m ，故采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的支承式支座中 的 B 型支座即可，根據(jù) JB/T4712.4-2007

31、 支承式支座標(biāo)準(zhǔn)， 其結(jié)構(gòu)尺寸具體見裝配圖。 三、課程設(shè)計(jì)小結(jié) 三周的機(jī)械設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識(shí)到了作為一名工程技術(shù)人員需具備的素質(zhì)， 扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和較寬的知識(shí)面， 我們?cè)O(shè)計(jì)者之間團(tuán)隊(duì)的重要性， 三周的時(shí)間里的能夠讓我們學(xué)到很多很多的實(shí)際性的知識(shí)， 怎樣才能在這三周里更好的運(yùn)用學(xué)的知識(shí)來完成設(shè)計(jì)任務(wù)呢？這無疑讓我們有時(shí)間做一個(gè)理性的思考。 把所學(xué)的知識(shí)在這次設(shè)計(jì)中和自己的想法結(jié)合起來并在自己 的設(shè)計(jì)中形象而生動(dòng)的表現(xiàn)出來，我認(rèn)為此次課程設(shè)計(jì)是我們走向工作的前奏也算是對(duì)個(gè)人的一個(gè)實(shí)踐性的訓(xùn)練。 文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載

32、支持 . 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練， 著是我們邁向社會(huì)， 從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程。 ”千里之行始于足下 ”，通過這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義。 我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)， 學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 通過這次換熱器設(shè)計(jì)， 本人在很方面都有所提高。 綜合運(yùn)用本專業(yè)所學(xué)課程 的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)， 行一次設(shè)計(jì)工作的實(shí)際訓(xùn)練從而培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立工 作能力，鞏固與擴(kuò)充了課程所學(xué)的內(nèi)容， 掌握換熱器設(shè)計(jì)的方法和步驟， 掌握換 熱器的基本技能，提高了計(jì)算能力，繪圖能力，熟

33、悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相 關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提高。 在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)機(jī)械的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能 力，體會(huì)了學(xué)以致用、 突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情， 從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的 不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。在這段時(shí)間里我們通過彼此之間的相互合作， 交流學(xué)習(xí)，了解了許多新知識(shí)， 尤其對(duì)化工機(jī)械設(shè)計(jì)有了系統(tǒng)的掌握。 但由于時(shí) 間有限，學(xué)習(xí)心得不夠深刻， 還不能對(duì)所學(xué)的知識(shí)達(dá)到熟練的運(yùn)用， 這就需要我 們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦杏写龑W(xué)習(xí)和提高。 由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，懇請(qǐng)老師們多多指教 ,我十分樂意接受你們的批評(píng)與指正，本人將萬分感謝。 參考資料 1. 《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》  主編鄭津洋 董其伍 桑芝富 化學(xué)工業(yè)出版社 2010.6 2. 《過程設(shè)備工程設(shè)計(jì)概論》 主編 陳慶 邵澤波 化學(xué)工業(yè)出版社 2008.1 3. 《換熱器》 秦叔經(jīng) 葉文邦 2002.12 化學(xué)工業(yè)出版社 4. 《冷換設(shè)備》 主編 劉巍 中國石化出版社 2003 5. 《壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)匯編》