畢業(yè)論文-甲胺裝置e-751塔冷凝器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目： 甲胺裝置E-751塔冷凝器的設(shè)計(jì) </p><p>　　專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 </p><p>　　班 級： 過控1201 </p><p>　　學(xué)生

2、姓名： 00 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 00 </p><p>　　設(shè)計(jì)提交日期： 2016年 05 月 27 日</p><p>　　設(shè)計(jì)答辯日期： 2016年 06 月 06日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p&g

3、t;<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是雙管程固定管板式換熱器，是目前應(yīng)用較為廣泛的換熱器。固定管板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，能承受較高的壓力，造價(jià)低，管程清洗方便，管子損壞時(shí)易于堵管或更換；這種換熱器使用于殼側(cè)介質(zhì)清潔且不宜結(jié)垢，并能進(jìn)行清洗管束，殼程兩側(cè)溫差不大或者溫差較大但殼側(cè)壓力不高的場合。</p><p>　　

4、本臺(tái)換熱器主要完成的是甲醇蒸汽、水蒸氣-水之間的熱量交換，設(shè)計(jì)壓力為管程0.6MPa，殼程0.6MPa，工作溫度管程進(jìn)/出口32/42℃，殼程進(jìn)出口91.86/86.4℃，設(shè)計(jì)溫度管程60℃，殼程150℃，管程介質(zhì)為0.4MPa的水，殼程介質(zhì)主要為0.1MPa的甲醇蒸汽（85%）與水蒸氣（15%）的混合物，傳熱面積為158m2，采用Φ25×2.5×4500的無縫鋼管換熱，則可計(jì)算出446根換熱管，DN=800mm的圓

5、筒。本臺(tái)換熱器的管板延長兼做法蘭，管板與換熱管的連接方式為焊接，因管板上的應(yīng)力較多，且內(nèi)外溫度有一定的差值，因此，對管板強(qiáng)度的校核是一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，本文按照彈性支撐假設(shè)對管板進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核的。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 換熱管； 固定管板； 溫差應(yīng)力</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This

6、 design is about fixed plate heat exchanges. At present this exchanges are most used.</p><p>　　The advantages of the fixed tube-shell exchanged: The exchanged can bear high press; the price of making is low;

7、 Structure is simple and compacted; we can wash the tubes easily; we can change the broken tubes conveniently. The foremost shortcoming of the fixed tube-shell exchanged is the heats tress between the shell and the tubes

8、 is very large. </p><p>　　This exchanged is mainly completed the heat exchange from hot water steam to water. The design pressure of the tube-side is 0.6MPa. The design pressure of the shell-side is 0.6MPa.

9、The work temperature of the import and export of the tube-side is 32/42℃.The work temperature of the import and export of the shell-side is 91.86/86.4℃. The design temperature of the tube-side is 60℃.The design temperatu

10、re of the shell-side is 150℃.The fluid of the tube-side is 0.4MPa water and the fluid of the shell-</p><p>　　Keywords: heat exchange tube； fixed tube sheet； thermal stress</p><p><b>　　目 錄

11、</b></p><p>　　第一章?lián)Q熱器綜述 1</p><p>　　1.1 換熱器的概述 1</p><p>　　1.2 管殼式換熱器的分類 1</p><p>　　1.2.1 固定管板式換熱器 1</p><p>　　1.2.2 浮頭式換熱器 2</p><p>

12、;　　1.2.3 U形管換熱器 2</p><p>　　1.2.4 填料函式換熱器 2</p><p>　　1.3 換熱器設(shè)計(jì)方案的原則 3</p><p>　　1.3.1 滿足工藝和操作的要求 3</p><p>　　1.3.2 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 3</p><p>　　1.3.3 保證安全生產(chǎn)

13、 3</p><p>　　1.4 換熱器管結(jié)垢及除垢 3</p><p>　　1.4.1 手工或機(jī)械方法 4</p><p>　　1.4.2 沖洗法 4</p><p>　　1.4.3 化學(xué)除垢 4</p><p>　　1.5 換熱器泄漏后如何進(jìn)行試漏檢查及堵管 4</p><

14、p>　　1.5.1 試漏檢查 4</p><p>　　1.5.2堵管 4</p><p>　　1.6 換熱器腐蝕的主要部位及腐蝕原因 5</p><p>　　1.6.1 換熱器腐蝕的主要部位 5</p><p>　　1.6.2 腐蝕原因如下 5</p><p>　　1.7 換熱器的發(fā)展前景

15、 5</p><p>　　第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算 7</p><p>　　2.1 原始數(shù)據(jù) 7</p><p>　　2.2 定性溫度及確定其物性參數(shù) 7</p><p>　　2.3 傳熱量與水流量計(jì)算 8</p><p>　　2.4 有效平均溫差計(jì)算 9</p><p>　　

16、2.5 管程換熱系數(shù)計(jì)算 10</p><p>　　2.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì) 11</p><p>　　2.7 殼程換熱系數(shù)計(jì)算 11</p><p>　　2.8 傳熱系數(shù)計(jì)算 13</p><p>　　2.9 管壁溫度計(jì)算 13</p><p>　　2.10 管程壓力降計(jì)算 14</p>&l

17、t;p>　　2.11 殼程壓力降計(jì)算 15</p><p>　　第三章固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 17</p><p>　　3.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 17</p><p>　　3.2 布管方式的選擇 17</p><p>　　3.3 筒體內(nèi)徑的確定 18</p><p>　　3.4

18、筒體壁厚的確定 18</p><p>　　3.5 管箱短節(jié)壁厚的計(jì)算 19</p><p>　　3.6 筒體水壓試驗(yàn) 20</p><p>　　3.7 封頭厚度的確定 20</p><p>　　3.8 管箱水壓試驗(yàn) 20</p><p>　　3.9 容器法蘭的選擇 21</p><p&g

19、t;　　3.10 管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算 21</p><p>　　3.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定 33</p><p>　　3.12 防沖板尺寸的確定 33</p><p>　　3.13 折流板尺寸的確定 34</p><p>　　3.14 各管孔接管及其法蘭的選擇 34</p><p>　　3.15 開

20、孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 38</p><p>　　3.16 鞍座 擇及應(yīng)力校核 41</p><p><b>　　總結(jié) 44</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn) 45</b></p><p><b>　　致 謝 46</b></p><p>&l

21、t;b>　　第一章 換熱器綜述</b></p><p>　　換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。</p><p>　　1.1 換熱器的概述</p><

22、p>　　換熱器在石油、化工、動(dòng)力、能源、輕工、核能、食品等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其中管殼式換熱器最為廣泛。在化工生產(chǎn)的工藝過程中，各種傳熱單元，如：加熱、蒸發(fā)、冷凝等。換熱器是一種將熱量從高溫流體傳遞到低溫流體的工藝設(shè)備。在化工廠中換熱設(shè)備的投資約占總的投資的10%~20%，在煉油廠中約占總投資的35%~40%。</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不

23、斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機(jī)裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。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。它的主要功能是保證工藝過程對介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器既可是一種單元設(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)的換熱器。</p

24、><p>　　1.2 管殼式換熱器的分類</p><p>　　管殼式換熱器是把換熱管與管板連接，再用殼體固定的一種換熱器。根據(jù)管板和殼體的連接方式，管殼式大致可將其分為：固定管板式、浮頭式、U型管式、填料函式等幾種。</p><p>　　1.2.1 固定管板式換熱器</p><p>　　固定管板式換熱器兩端管板采用焊接方式與殼體連接。由于結(jié)構(gòu)簡單

25、、緊湊、制造成本低，能得到最小的殼體內(nèi)徑，管程可分為多程，殼程也可分為雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應(yīng)用。該換熱器的缺點(diǎn)是殼程清洗困難，管殼程間有溫差應(yīng)力存在，當(dāng)熱冷流體溫差較大時(shí)，需在殼體設(shè)置膨脹節(jié)。固定管板式換熱器適用于介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，以及溫差不大或溫差雖大但殼程壓力不高的場合。</p><p>　　1.2.2 浮頭式換熱器</p><p>　　浮頭式換熱器只有一端管板與殼體固定

26、，而另一端的管板殼在殼體自由浮動(dòng)。這種換熱器最大的優(yōu)點(diǎn)是解除了殼體與換熱管之間的相互約束，管束和殼體間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力，因而可適用于溫差較大的場合。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易地插入或抽出殼體，這樣為檢修、清洗提供方便。但是該換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且浮頭端小蓋在操作時(shí)無法判斷泄露情況，因此在安裝時(shí)要特別注意其密封。</p><p>　　1.2.3 U形管換熱器</p><p>　　換熱器是

27、將換熱管彎曲成U型，換熱管的兩端固定在同一塊管板上。該換熱器由于殼體與換熱管相互之間不產(chǎn)生相互的約束，因此不會(huì)產(chǎn)生由于熱變形不同而產(chǎn)上的溫差應(yīng)力。該換熱器由于只有一塊管板，且無浮頭，故結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低。由于管束可以從殼體內(nèi)抽出，換熱管的外壁便于清洗，但換熱管內(nèi)清洗困難，因此換熱管內(nèi)應(yīng)走清潔且不易結(jié)垢的物料。該換熱器的缺點(diǎn)是由于管束中心存在空隙，液體易短路，影響傳熱效率。同時(shí)一旦換熱管出現(xiàn)問題，更換非常困難，只能采用堵死的方法，這將造成傳

28、熱面積的損失。該換熱器由于結(jié)構(gòu)簡單，特別適用于高溫高壓的場合。</p><p>　　1.2.4 填料函式換熱器</p><p>　　填料函式換熱器是又一種為消除管子與殼體間熱變形的不同而發(fā)展起來的固定管板式換熱器，該換熱器適用于殼程壓力不高、介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重、 溫差大而經(jīng)常需要更換管束的場合。從結(jié)構(gòu)上說它具有浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，又克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易于清洗。但由

29、于填料的密封效果較差，因此該換熱器不適宜于操作壓力和溫度過高的場合，殼程內(nèi)不適宜于走易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)。</p><p>　　1.3 換熱器設(shè)計(jì)方案的原則</p><p>　　1.3.1 滿足工藝和操作的要求</p><p>　　設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備首先要保證質(zhì)量，操作穩(wěn)定，這就必須配置必要的閥門和計(jì)量儀表等，并自確定方案時(shí)，考慮到各種流體的流量，溫

30、度和壓強(qiáng)變化使采取什么措施來調(diào)節(jié)，而在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，維修應(yīng)方便。1.3.2 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求</p><p>　　在確定某些操作指標(biāo)和選定設(shè)備型式以及儀表配置時(shí),要有經(jīng)濟(jì)核算的觀點(diǎn),既能滿足工藝和操作要求,又使施工簡便,材料來源容易,造價(jià)低廉。如果有廢熱可以利用,要盡量節(jié)省熱能,充分利用,或者采取適當(dāng)?shù)拇胧┻_(dá)到降低成本的目的。1.3.3 保證安全生產(chǎn)</p><p>　　在工藝流程和

31、操作中若有爆炸、燃燒、中毒、燙傷等危險(xiǎn)性,就要考慮必要的安全措施。又如設(shè)備的材料強(qiáng)度的演算,除按規(guī)定應(yīng)有一定的安全系數(shù)外,還應(yīng)考慮防止由于設(shè)備中壓力突然升高或者造成真空而需要裝置安全閥等。以上提到的都是為了保證安全生產(chǎn)所需要的。設(shè)計(jì)方案也可能一次定不好,后來需要修改,但各物料流通路線和操作指標(biāo)的改動(dòng)都對后面的計(jì)算有影響,所以最好第一次確立就考慮周到些.</p><p>　　1.4 換熱器管結(jié)垢及除垢</p&

32、gt;<p>　　因?yàn)閾Q熱器大多是以水為載熱體的換熱系統(tǒng)，由于某些鹽類在溫度升高時(shí)從水中結(jié)晶析出，附著于換熱管表面，形成水垢。在冷卻水中加入聚磷酸鹽類緩沖劑，當(dāng)水的PH值較高時(shí)，也可導(dǎo)致水垢析出。初期形成的水垢比較松軟，但隨著垢層的生成，傳熱條件惡化，水垢中的結(jié)晶水逐漸失去，垢層即變硬，并牢固地附著于換熱管表面上。 此外，如同水垢一樣，當(dāng)換熱器的工作條件適合溶液析出晶體時(shí)，換熱管表面上即可積附由物料結(jié)晶形成的垢層；當(dāng)流體所

33、含的機(jī)械雜質(zhì)有機(jī)物較多、而流體的流速又較小時(shí)，部分機(jī)械雜質(zhì)或有機(jī)物也會(huì)在換熱器內(nèi)沉積，形成疏松、多孔或膠狀污垢。換熱器管束除垢的方法主要有下列三種。 </p><p>　　1.4.1 手工或機(jī)械方法 </p><p>　　并用壓縮空氣，高壓水和蒸汽等配合吹洗。當(dāng)管子結(jié)垢比較嚴(yán)重或全部堵死時(shí)，可用管式?jīng)_水鉆（又稱為捅管機(jī)）進(jìn)行清理。當(dāng)管束有輕微堵塞和積垢時(shí)，借助于鏟削、鋼絲刷等手工或機(jī)械方法

34、來進(jìn)行清理，1.4.2 沖洗法 </p><p>　　沖洗法有兩種。第一種是逆流沖洗，一般是在運(yùn)動(dòng)過程中，或短時(shí)間停車時(shí)采用，可以不拆開裝置，但在設(shè)備上要預(yù)先設(shè)置逆流副線，當(dāng)結(jié)垢情況并不嚴(yán)重時(shí)采用此法較為有效。 第二種方法是高壓水槍沖洗法。對不同的換熱器采用不同的旋轉(zhuǎn)水槍頭，可以是剛性的，也可以是撓性的，壓力從10MPa至200Mpa自由調(diào)節(jié)。利用高壓水除污垢，無論對管間、管內(nèi)及殼體均適用。高壓水槍沖洗換熱器效

35、果較好,應(yīng)用廣泛。 </p><p>　　1.4.3 化學(xué)除垢 </p><p>　　換熱器管程結(jié)垢，主要是因?yàn)樗|(zhì)不好形成水垢及油垢的結(jié)焦沉淀和粘附兩種形式，用化學(xué)法除垢，首先應(yīng)對結(jié)垢物質(zhì)化驗(yàn)分析，搞清結(jié)垢物性質(zhì)，就可以決定采用哪種溶劑清洗。一般對硫酸鹽和硅酸鹽水垢采用堿洗（純堿、燒堿、磷酸三鈉等），碳酸鹽水垢則用酸洗（鹽酸、硝酸、磷酸、氟氫酸等）。對油垢結(jié)焦可用氫氧化鈉、碳酸鈉、洗衣粉

36、、液體洗滌劑、硅酸鈉和水按一定的配比配成清洗液進(jìn)行清洗。采用化學(xué)清洗的辦法，現(xiàn)場需要重新配管，比較花費(fèi)時(shí)間。</p><p>　　1.5 換熱器泄漏后如何進(jìn)行試漏檢查及堵管</p><p>　　1.5.1 試漏檢查 </p><p>　　為了查明管子的泄漏情況，首先要作水壓試驗(yàn)，一般均采用在管子外側(cè)加壓力的外壓試驗(yàn)。其方法是：把水通入殼體，保持一定時(shí)間，用目測檢查兩

37、端管板處管子的泄漏情況，對漏管做出記錄。 </p><p><b>　　1.5.2堵管</b></p><p>　　管子本身的泄漏一般情況下是無法修復(fù)的，假如泄漏管子的數(shù)量不多時(shí)，可以用圓錐形的金屬堵頭將管口兩端堵塞，如管程壓力較高時(shí)，堵緊后再焊住更可靠。堵頭的長度一般為管內(nèi)徑的2倍，小端直徑應(yīng)等于0.85倍的內(nèi)徑，錐度為1:10，堵頭材料的硬度應(yīng)低于或等于管子的硬度

38、。用堵管來消除泄漏時(shí)堵管數(shù)不得超過10%。</p><p>　　1.6 換熱器腐蝕的主要部位及腐蝕原因 </p><p>　　1.6.1 換熱器腐蝕的主要部位 </p><p>　　換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。</p><p>　　1.6.2 腐蝕原因如下 </p><p&g

39、t;　　(1).換熱管腐蝕 </p><p>　　由于介質(zhì)中污垢、水垢以及入口介質(zhì)的渦流磨損易使管子產(chǎn)生腐蝕，特別是在管子入口端的40-50mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產(chǎn)生渦流擾動(dòng)有關(guān)。</p><p>　　(2).管子與管板、折流板連接處的腐蝕</p><p>　　換熱管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應(yīng)力集中，容易在脹管部位出現(xiàn)裂紋，當(dāng)管與管

40、板存在間隙時(shí)，易產(chǎn)生Cl+的聚積及氧的濃差，從而容易在換熱管表面形成點(diǎn)坑或間隙腐蝕使它成為SCC的裂源。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應(yīng)力腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。</p><p><b>　　(3).殼體腐蝕 </b></p><p>　　由于殼體及附件的焊縫質(zhì)量不好也

41、易發(fā)生腐蝕，當(dāng)殼體介質(zhì)為電解質(zhì)，殼體材料為碳鋼，管束與折流板為銅合金時(shí)，易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，把殼體腐蝕穿孔。</p><p>　　1.7 換熱器的發(fā)展前景</p><p>　　換熱器的所有種類中，管殼式換熱器是一個(gè)量大而品種繁多的產(chǎn)品，由于國防工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，換熱器操作條件日趨苛刻迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料。近年來，我國在發(fā)展不銹鋼銅合金復(fù)合材料鋁鎂合金及碳化硅等非金屬材料等

42、方面都有不同程度的進(jìn)展，其中尤以鈦材發(fā)展較快。鈦對海水氯堿醋酸等有較好的抗腐蝕能力，如再強(qiáng)化傳熱，效果將更好，目前一些制造單位已較好的掌握了鈦材的加工制造技術(shù)。鋁鎂合金具有較高的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性，價(jià)格比鈦材便宜。近年來國內(nèi)在節(jié)能增效等方面改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究取得了顯著成績。</p><p>　　第二章 換熱器傳熱工藝計(jì)算</p><p&

43、gt;<b>　　2.1 原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　管程水的進(jìn)口溫度t=32 ℃</p><p>　　管程水的出口溫度t=42 ℃</p><p>　　管程水的工作壓力P=0.4</p><p>　　殼程物料的進(jìn)口溫度t=91.86℃</p><p>　　殼程水蒸汽的出口溫度t=86.

44、4℃</p><p>　　殼程水蒸汽的工作壓力P=0.1</p><p>　　殼程物料的流量G=21894</p><p>　　2.2 定性溫度及確定其物性參數(shù)</p><p><b>　?、?管程：</b></p><p>　　管程水定性溫度 t===37℃

45、 (2­1)</p><p>　　管程水密度查物性表得=993.3</p><p>　　管程水比熱查物性表得=4.174</p><p>　　管程水導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得=0.628</p><p>　　管程水粘度=6.9941</p><p>　　管程水普朗特?cái)?shù)查物性表得Pr=4.71</p>

46、<p><b>　?、?殼程：</b></p><p><b>　　殼程物料定性溫度：</b></p><p><b>　　殼程水蒸汽冷凝點(diǎn):</b></p><p>　　冷卻段：==89.13℃</p><p><b>　　冷凝段：</b>&l

47、t;/p><p>　　殼程物料密度查物性表計(jì)算得：</p><p>　　冷卻段：=85%×725.957+15%×965.866=761.943</p><p>　　冷凝段：=85%×3.1364+15%0.4527=2.734</p><p>　　殼程物料比熱查物性表計(jì)算得：</p><p>

48、;　　冷卻段：=4.522</p><p>　　冷凝段：=3.653</p><p>　　殼程物料導(dǎo)熱系數(shù)查物性表計(jì)算得：</p><p>　　冷卻段：=0.268</p><p>　　冷凝段：=0.024</p><p><b>　　殼程物料粘度：</b></p><p>

49、;　　冷卻段：= 264.8</p><p>　　冷凝段：= 11.65</p><p>　　殼程物料普朗特?cái)?shù)查物性表計(jì)算得：</p><p>　　冷卻段：=3.417</p><p>　　冷凝段：=2.159</p><p>　　2.3 傳熱量與水流量計(jì)算</p><p>　　取定換熱效率=0

50、.98</p><p>　　時(shí)的汽化潛熱r=85%×1046.28+15%×2276.802=1231.019</p><p><b>　　冷凝段傳熱量:</b></p><p>　　W (2­3)</p><p><b>　　則設(shè)計(jì)傳熱量:<

51、/b></p><p>　　==（150665.8+7484595.52）×0.98=7482556.094W</p><p><b>　　水流量: </b></p><p>　　設(shè)冷凝段和冷卻段分界處的溫度為</p><p><b>　　根據(jù)熱量衡算:</b></p>

52、<p>　　= (2­4)</p><p>　　2.4 有效平均溫差計(jì)算</p><p>　　逆流冷卻段平均溫差:</p><p>　　==52℃ (2­5)</p><p>　　逆流冷凝段平均溫差:</p><p>　　℃

53、 (2­6)</p><p><b>　　冷卻段:</b></p><p>　　參數(shù):P===0.164</p><p>　　參數(shù):R===0.557</p><p>　　換熱器按單殼程雙管程設(shè)計(jì)則查圖2-6(a)，得:</p><p>　　溫差校正系數(shù)=0.995</p>

54、<p>　　有效平均溫差:=0.995×52=51.7℃</p><p><b>　　冷凝段：</b></p><p><b>　　參數(shù):P=</b></p><p><b>　　參數(shù):R=</b></p><p>　　換熱器按單殼程4管程設(shè)計(jì)則查圖2-

55、6(a)，得:</p><p>　　溫差校正系數(shù)=1.0</p><p>　　有效平均溫差:=1.0×59.8=59.8℃</p><p>　　2.5 管程換熱系數(shù)計(jì)算</p><p>　　初選冷卻段傳熱系數(shù):=650</p><p>　　初選冷凝段傳熱系數(shù): </p><p>　　則

56、初選冷卻段傳熱面積為:==</p><p>　　初選冷卻段傳熱面積為:== </p><p>　　選用的無縫鋼管做換熱管</p><p>　　則: 管子外徑=25</p><p><b>　　管子內(nèi)徑=20</b></p><p>　　管子長度L=4500㎜</p><p>

57、;　　則需要換熱管根數(shù):==根</p><p>　　可取換熱管根數(shù)為450根</p><p>　　管程流通面積: ==0.071㎡</p><p>　　管程流速: ==2.542</p><p>　　管程雷諾數(shù): ==72201.7

58、 </p><p>　　管程冷卻段的定性溫度: ℃</p><p>　　管程冷卻段傳熱系數(shù):</p><p>　　==10303.596 (2­7)</p><p>　　管程冷凝段傳熱系數(shù)為:</p><p>　　管程冷凝段的定性溫

59、度: (2­8)</p><p>　　管程冷凝段傳熱系數(shù): ==9007.117 (2­9)</p><p>　　2.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　查GB151-1999知管間距按1.25取</p><p>　　管間距:s=0.032&

60、lt;/p><p>　　管束中心排管數(shù):=1.1==23.3根，取23根</p><p>　　則殼體內(nèi)徑:==804</p><p>　　圓整為: =0.8㎜</p><p>　　則長徑比:== 5.625合理</p><p>　　折流板選擇弓形折流板:</p><p>　　弓形折流板的弓高:=0.

61、16m</p><p>　　折流板間距:= 取=250㎜</p><p>　　折流板數(shù)量:=16塊</p><p>　　2.7 殼程換熱系數(shù)計(jì)算</p><p>　　殼程流通面積: (2­10)</p><p><b>　　殼程流速:</b&

62、gt;</p><p><b>　　冷卻段:0.171</b></p><p><b>　　冷凝段: </b></p><p>　　殼程當(dāng)量直徑: (2­11)</p><p>　　冷凝段管外壁溫度假定值:℃</p>&

63、lt;p><b>　　膜溫:</b></p><p><b>　　膜溫下液膜的粘度:</b></p><p><b>　　膜溫下液膜的密度:</b></p><p>　　膜溫下液膜的導(dǎo)熱系數(shù)為:</p><p><b>　　正三角形排列</b><

64、;/p><p>　　冷凝負(fù)荷: (2­12)</p><p>　　殼程冷凝段雷諾數(shù): (2­13)</p><p>　　殼程冷凝段傳熱系數(shù):</p><p><b>　　(2

65、­14)</b></p><p>　?、?冷卻段管外壁溫假定值:</p><p><b>　　冷卻段雷諾數(shù):</b></p><p><b>　　壁溫下水粘度:</b></p><p><b>　　粘度修正系數(shù):</b></p><p&

66、gt;　　殼程傳熱因子查圖2-12得: </p><p>　　冷卻段殼程換熱系數(shù): (2­15)</p><p>　　2.8 傳熱系數(shù)計(jì)算</p><p>　　查GB-1999第138頁可知</p><p>　　物料的側(cè)污垢熱阻:=</p><p>　　管程水選用地下水

67、，污垢熱阻為:=</p><p>　　由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計(jì)</p><p><b>　　冷卻段總傳熱系數(shù):</b></p><p>　　傳熱面積比為: （合理）</p><p>　　冷凝段總傳熱系數(shù): </p><p>　　傳熱面積比為: （合理）</p>&l

68、t;p>　　2.9 管壁溫度計(jì)算</p><p><b>　　設(shè)定冷凝段的長度:</b></p><p><b>　　冷卻段的長度:</b></p><p>　　冷卻段管外壁熱流密度計(jì)算:</p><p><b>　　(2­16)</b></p>

69、<p><b>　　冷卻段管外壁溫度:</b></p><p>　　℃ (2­17)</p><p>　　誤差校核:℃ 誤差不大</p><p>　　冷凝段管外壁熱流密度計(jì)算:</p><p><b>　　(2­1

70、8)</b></p><p><b>　　冷凝段管外壁溫度:</b></p><p><b>　　℃</b></p><p>　　誤差校核:℃ 誤差不大</p><p>　　2.10 管程壓力降計(jì)算</p><p><b>　　管程水的流速:<

71、/b></p><p>　　=2.542 (2­19)</p><p>　　管程雷諾準(zhǔn)數(shù):72202.8</p><p>　　管程摩擦系數(shù):=0.0193</p><p>　　壓降結(jié)垢校正系數(shù):1.4</p><p>　　沿程壓降:

72、 (2­20)</p><p>　　管程數(shù):2 管程回彎次數(shù): n=1</p><p><b>　　回彎壓降:</b></p><p>　　取管程出入口接管內(nèi)徑:250mm</p><p><b>　　管程出入口流速:</b><

73、/p><p><b>　　局部壓降:</b></p><p>　　管程總壓降:26558.192</p><p>　　管程允許壓降:[]=35000Pa</p><p>　　<[] 即壓降符合要求。</p><p>　　2.11 殼程壓力降計(jì)算</p><p>　　

74、殼程當(dāng)量直徑: (2­21)</p><p>　　殼程流通面積: (2­22)</p><p><b>　　殼程流速:</b></p><p><b>　　冷卻段:</b></p>

75、<p>　　查表殼程摩擦系數(shù): 冷卻段:</p><p>　　殼程粘度修正系數(shù):冷卻段</p><p><b>　　管束周邊壓降:</b></p><p>　　冷卻段管束周邊壓降:</p><p><b>　　(2­23)</b></p><p>　　導(dǎo)

76、流板壓降:（無導(dǎo)流板）</p><p>　　查表取殼程壓降結(jié)垢系數(shù):</p><p><b>　　冷卻段 </b></p><p>　　取殼程進(jìn)口接管內(nèi)徑: </p><p><b>　　殼程出口接管內(nèi)徑:</b></p><p><b>　　殼程出口流速:<

77、/b></p><p><b>　　殼程進(jìn)口流速: </b></p><p><b>　　局部壓降:</b></p><p><b>　　冷卻段</b></p><p><b>　　殼程總壓降:</b></p><p><

78、;b>　　冷卻段殼程總壓降:</b></p><p>　　殼程允許壓降: []=35000Pa</p><p>　　<[]即壓降符合要求 ；<[] 即壓降符合要求。</p><p>　　第三章 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　3.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定</p>

79、<p>　　表3-1 換熱管材料及規(guī)格</p><p>　　3.2 布管方式的選擇</p><p>　　表3-2 布管方式</p><p>　　3.3 筒體內(nèi)徑的確定</p><p>　　表3-3 筒體內(nèi)徑表</p><p>　　3.4 筒體壁厚的確定</p><p>　　表3-

80、4 筒體壁厚確定表</p><p>　　3.5 管箱短節(jié)壁厚的計(jì)算</p><p>　　表3-5 管箱短節(jié)壁厚計(jì)算表</p><p>　　3.6 筒體水壓試驗(yàn)</p><p>　　3-6 筒體水壓表</p><p>　　3.7 封頭厚度的確定</p><p>　　3-7 封頭厚度表<

81、;/p><p>　　3.8 管箱水壓試驗(yàn)</p><p>　　表3-8 管箱水壓計(jì)算表</p><p>　　3.9 容器法蘭的選擇</p><p>　　3-9 容器法蘭的選擇</p><p>　　3.10 管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB1

82、51-1999項(xiàng)目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板，材料16MnR鍛件。</p><p>　　A、確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板的布管方式；以上項(xiàng)目的確定見項(xiàng)目一至九。</p><p>　　B、計(jì)算、、、、、、、、、、、、；</p><p>　　表3-10 管板尺寸確定及強(qiáng)度計(jì)算表</p><p>　　A

83、 C.對于延長部分兼作法蘭的管板，計(jì)算和</p><p>　　D、假定管板的計(jì)算厚度為δ，然后按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度，計(jì)算K，k、和。</p><p>　　表3-11 法蘭厚度計(jì)算</p><p>　　E、由GB151-1999 P51圖27按照K和查，并計(jì)算值，由圖29按照K和查G2值</p><p><b>　　表3-12

84、 </b></p><p>　　F、計(jì)算M1，由GB151-1999圖30按照K和Q查，計(jì)算，、。</p><p>　　表3-13 ，、。的計(jì)算</p><p>　　G、按殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力，膨脹變形差r，法蘭力矩管板延長部分兼做法蘭時(shí)的危險(xiǎn)組合（GB151-1999項(xiàng)目5.7.3.2分別討論）。</p><p>　　

85、a、當(dāng)只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力，不計(jì)膨脹變形差。</p><p><b>　　表3-14 </b></p><p>　　b、只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力，并計(jì)入膨脹變形差。</p><p>　　表3-15 膨脹變形差計(jì)算</p><p>　　c、只有管程設(shè)計(jì)壓力，。而殼程設(shè)計(jì)壓力，不計(jì)膨脹節(jié)變形差時(shí)：&l

86、t;/p><p><b>　　表3-16 </b></p><p>　　d、只有管程設(shè)計(jì)壓力，。而殼程設(shè)計(jì)壓力，計(jì)入膨脹節(jié)變形差時(shí):</p><p><b>　　表3-17 </b></p><p>　　H、由管板計(jì)算厚度來確定管板的實(shí)際厚度：</p><p>　　表3-18

87、 管板的實(shí)際厚度計(jì)算</p><p>　　3.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定</p><p>　　由十.G. a、b、c、d計(jì)算結(jié)果可以看出：四組危險(xiǎn)組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，并且各項(xiàng)應(yīng)力均沒超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。</p><p>　　3.12 防沖板尺寸的確定</p><p>　　由GB15

88、1-1999《管殼式換熱器》項(xiàng)目5.11.2.1確定出殼程入口需要設(shè)置防沖板。根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》項(xiàng)目5.11.4確定防沖板的長為300mm，寬為250mm，厚度為5mm，防沖板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離為65mm。</p><p>　　3.13 折流板尺寸的確定</p><p>　　1、根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》圖37選擇單弓行折流板，且由于換熱介質(zhì)為氣液共

89、存，折流板缺口應(yīng)水平左右布置。</p><p>　　2、換熱管無支撐跨距</p><p>　　由GB151-1999表42知，當(dāng)換熱管為外徑25的鋼管時(shí)，換熱管的最大無支撐跨距為L=1850mm，且折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑五分之一且不小于50mm，取折流板間距B=250mm。</p><p><b>　　3、折流板管孔</b><

90、/p><p>　　有GB151-1999表35查得管孔直徑為25.25允許偏</p><p><b>　　其主要尺寸如下表：</b></p><p><b>　　表3-19 </b></p><p>　　3.14 各管孔接管及其法蘭的選擇</p><p>　　接管a、b選擇相同

91、型號(hào)的法蘭，設(shè)水的流速u1=2.5m/s，則</p><p><b>　　根據(jù)公式 </b></p><p>　　取d=300mm，設(shè)計(jì)壓力為0.60Mpa</p><p>　　由HG/T 20592～20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭(PL)，公稱壓力為1.0Mpa，相關(guān)尺寸如下：</p><

92、p>　　a、b進(jìn)出水口接管法蘭的選擇：</p><p>　　表3-20 法蘭的選擇</p><p>　　c、蒸汽入口接管法蘭的選擇，設(shè)水蒸氣的流速u2=80m/s,則</p><p><b>　　根據(jù)公式</b></p><p>　　取d=200mm，設(shè)計(jì)壓力為0.6MPa</p><p>

93、;　　由HG/T 20592～20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭(PL)，公稱壓力為1.0Mpa，相關(guān)尺寸如下：</p><p>　　表3-21 法蘭尺寸</p><p>　　d、冷凝水出口接管法蘭的選擇</p><p>　　設(shè)水蒸氣全部冷凝成水,且設(shè)出口速度為u=1m/s則</p><p><b>

94、　　根據(jù)公式</b></p><p>　　取d=100mm，設(shè)計(jì)壓力為0.6MPa</p><p>　　由HG/T 20592～20635-2009《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》選擇板式平焊法蘭(PL)，公稱壓力為1.0Mpa，相關(guān)尺寸如下：</p><p>　　表3-22 法蘭尺寸</p><p>　　e．放凈口接管法蘭的選擇&

95、lt;/p><p>　　表3-23 放凈口接管法蘭的選擇</p><p>　　3.15 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　a、f孔DN=300mm</p><p>　　表3-24 開孔補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算</p><p>　　因?yàn)椋?所以a、b孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　b孔DN=200mm&l

96、t;/p><p>　　表2-25 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</p><p>　　因?yàn)?gt; 所以c孔不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　根據(jù)GB150-1998項(xiàng)目8.3知其它各孔也不需要補(bǔ)強(qiáng)。</p><p>　　3.16 鞍座 擇及應(yīng)力校核</p><p>　　根據(jù)JB/T 4712-92鞍式支座選擇重型型雙筋、帶墊板焊制式鞍式

97、支座。鞍座 800-F、S各一個(gè)。材料為Q235-A.F，材料許用應(yīng)力。</p><p>　　當(dāng)DN=800mm時(shí)所選鞍式支座的相關(guān)尺寸見表3-26</p><p><b>　　表3-26</b></p><p><b>　　鞍座校核：</b></p><p>　　封頭高度H=200mm，筒體長L=

98、4500mm，設(shè)備總重量4950Kg，相關(guān)系數(shù)計(jì)算如下</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)束，意味著大次學(xué)生活接近了尾聲。剛開始以為做畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對大學(xué)這幾年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)，可是通過畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中明白了這不僅僅是所學(xué)知識(shí)的一次體驗(yàn)，更是對自己能了的一次提高。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要針對甲胺裝

99、置E751塔冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，使其具有更好的性能和更高的使用年限。</p><p>　　（1）改進(jìn)了管板與換熱管焊接方式，使其連接更加緊密，提高了設(shè)備的強(qiáng)度。</p><p>　?。?）對設(shè)備內(nèi)外表面進(jìn)行了防腐處理，提高了使用年限。</p><p>　　通過這次對甲胺裝置E-751塔冷凝器的設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到很多：</p><p&g

100、t;　　實(shí)踐出真知：這次專業(yè)性較強(qiáng)的課程設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識(shí)到：光掌握理論知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，只有在實(shí)踐中提高自己才能更加體現(xiàn)出理論知識(shí)的重要性。</p><p>　　做什么都要認(rèn)真:在畫圖的過程中，首先要做到的就是認(rèn)真，剛開始看到別人畫的圖很是羨慕，當(dāng)我把圖紙給我的時(shí)候，我再次遭遇挫折，畫的圖我自己都認(rèn)不出是啥，但是認(rèn)真下來之后，確定了零件的尺寸，就感覺得到繪制的簡單，美觀，局部細(xì)節(jié)要準(zhǔn)確，不僅是體力和腦力活啊。</

101、p><p>　　查閱文獻(xiàn)資料的重要性：在設(shè)計(jì)的過程中，我通過在圖書館查閱資料、上網(wǎng)搜等多個(gè)渠道去充實(shí)設(shè)計(jì)知識(shí)，可以說如果沒有這些渠道就不可能那么容易的完成設(shè)計(jì)，當(dāng)然這只是其中一小部分。</p><p>　　在課程設(shè)計(jì)構(gòu)成中，湯方麗老師也一再給我們解答疑惑，多次的位我們的繪畫和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。湯方麗老師花費(fèi)了寶貴的休息時(shí)間為我們解決了問題，使我們在設(shè)計(jì)的過程中少走了許多彎路，學(xué)生雖然口頭上說什么都沒有

102、，但是心很感動(dòng)，感謝老師。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出我對專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)掌握的很多不足之處，比方說對材料的了解程度不夠、對相關(guān)軟件操作不熟練等。使我明白了自己的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要繼續(xù)學(xué)習(xí)，只有在學(xué)習(xí)中才能夠提高自己，為社會(huì)做貢獻(xiàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 朱聘冠.換熱器原理及計(jì)算

103、「M].北京:清華大學(xué)出版社，1987:36.</p><p>　　[2] 中國石化集團(tuán)上海工程有限公司.化工工藝設(shè)計(jì)手冊上冊[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2003:88.</p><p>　　[3] 史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì)[M].北京:東南大學(xué)出版社，1996:27.</p><p>　　[4] 莊俊,徐通明,石壽椿.熱管與熱管換熱器[M].上海:上

104、海交通大學(xué)出版社，1987:70.</p><p>　　[5] 董大勤.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1990:15.</p><p>　　[6] 朱有庭,曲文海,于浦義.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004:19.</p><p>　　[7] 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì)(2版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版，2005:39.

105、</p><p>　　[8] 譚天恩,麥本熙,丁惠華.化工原理(三版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:115.</p><p>　　[9] 匡國柱,史啟才.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2002:28.</p><p>　　[10] Brownell,L.E,YoungE.H.Process Equipment Design-Ves

106、sel Design[M]. New York: John Wiley &Sons,1959:94.</p><p>　　[11] Jacobs P. F. Stereo lithography and other RP&M Techno logies[M]. New York: Society of Manufacturing Engineers, 2003:40.</p>&l

107、t;p>　　[12] 錢頌文換熱器設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:83.</p><p>　　[13] GB150,鋼制壓力容器[S].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1998:52.</p><p>　　[14] GB151,管殼式換熱器[S].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1999:27.</p><p>　　[15] Henry H.bednar.Pr

108、essure Vessel Design Handbook [M]. Florida:Krieger Publishing Company,1991:27.</p><p>　　[16] 潘紅良,郝俊文.過程設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì)[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,2005:66.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)

109、計(jì)在選題及研究過程中得到**老師的悉心指導(dǎo)，*老師多次詢問設(shè)計(jì)進(jìn)程，加以修改，幫我開拓研究思路，使我在設(shè)計(jì)的速度與準(zhǔn)確方面都有所提高。感謝老師在學(xué)習(xí)、為人處世等方面給我的關(guān)心和幫助！他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和富于創(chuàng)造的精神都深深地影響著我，使我在設(shè)計(jì)中遇到的疑點(diǎn)、難點(diǎn)迎刃而解。在他耐心的點(diǎn)撥和啟發(fā)下，使我能及時(shí)擺脫不佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)，并且在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容的同時(shí)視野也顯得更加開闊，為我以后能夠更好的融入工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p>&