換熱器課程設(shè)計(jì)--冰機(jī)油冷器

1、<p>　　《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　所在學(xué)院： 化學(xué)與材料工程學(xué)院 </p><p>　　專

2、 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 冰機(jī)油冷器（F=40 m2）設(shè)計(jì) </p><p>　　2015 年 1 月 18 日</p><p><b>　　目錄</b></p

3、><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)題目2</b></p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)任務(wù)2</b></p><p>　　二. 設(shè)計(jì)參數(shù)與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3</p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)參數(shù)

4、3</b></p><p><b>　　2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3</b></p><p>　　三．設(shè)備的總體及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4</p><p>　　四.設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)計(jì)算5</p><p><b>　　1.殼程圓筒。5</b></p><p><b&g

5、t;　　2.管箱圓筒。6</b></p><p><b>　　3.管箱封頭。6</b></p><p>　　4.水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核。7</p><p><b>　　5.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)8</b></p><p><b>　　6.法蘭選型10</b></p>

6、;<p><b>　　五、設(shè)計(jì)小結(jié)11</b></p><p>　　六、參考資料：12</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目：</b>&

7、lt;/p><p>　　冰機(jī)油冷器（F=40 m2）設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)：</b></p><p><b>　　接管表</b></p><p>　　二. 設(shè)計(jì)參數(shù)與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p&

8、gt;<p><b>　　1、設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p><b>　　2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</b></p><p>　　圖1 換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　三．設(shè)備的總體及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　材料選擇。根

9、據(jù)換熱器的工作狀況及介質(zhì)特性，殼程選用16MnR，管程選用T2，管板選用16MnR。</p><p>　?、趽Q熱管。選用較高等級(jí)換熱管，管束為Ⅰ級(jí)管束。</p><p>　?、酃馨?。管板選用兼做法蘭結(jié)構(gòu)，管板密封面選用JB/T4701標(biāo)準(zhǔn)中的凸面密封面。換熱管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板兩側(cè)換熱管中心距取38mm，實(shí)際排列218根換熱管。</p><p&

10、gt;　　④無(wú)分程隔板與分程隔板槽。因?yàn)閾Q熱器程數(shù)為1。</p><p>　?、輷Q熱管與管板的連接。換熱管與管板的連接采用焊接，其中l(wèi)1 = 1.5mm，l2=2mm。</p><p>　?、拗С职?。換熱器的殼程介質(zhì)為F22和油，選用弓形折流板，折流板最小間距一般不應(yīng)大于圓筒內(nèi)直徑的1/5，且不小于50mm，換熱管最大無(wú)支撐跨距為1300mm，所以取間距為240mm，因此至少需要11

11、塊折流板。本設(shè)計(jì)采用11塊折流板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度為25%的筒體內(nèi)直徑。</p><p>　?、呃瓧U與拉桿孔。選用4根φ12mm拉桿，拉桿與板管采用螺紋連接。拉桿兩端螺紋為M12，拉桿孔深度為18mm。</p><p>　　⑧管箱。管箱法蘭選用容器法蘭，規(guī)格為SO80（B）-2.5RF。封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。 管箱接管采用徑向接管，前端管箱開(kāi)設(shè)冷卻水進(jìn)、出

12、管口，后端管箱開(kāi)設(shè)3/4〞壓力表接口，下部開(kāi)設(shè)DN20排液口。前端管箱筒節(jié)長(zhǎng)度410mm,后端管箱筒節(jié)長(zhǎng)度280mm。</p><p>　　⑨支座。換熱器采用鞍式支座，型號(hào)為“B Ⅰ 1000JB/T 4712.1-2007”，固定式和滑動(dòng)式支座各一個(gè)，固定式支座安裝在靠近冷卻水進(jìn)口端，兩支座距離為3186mm，支座螺栓孔中心距管板密封面150mm。</p><p>　?、饨庸堋Q熱器

13、鋼管選用無(wú)縫鋼管。排污口為對(duì)焊連接，壓力表口采用螺紋連接，其余為法蘭連接，連接法蘭標(biāo)準(zhǔn)HG20592，法蘭類型為帶頸平焊法蘭（SO），法蘭密封面為凸面（RF），法蘭公稱壓力均為2.5Mpa。</p><p>　　? 壓力容器類型：壓力容器類別的劃分按《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，本設(shè)計(jì)換熱器為中壓換熱設(shè)備，介質(zhì)為易燃介質(zhì)，故劃分為----------Ⅱ類壓力容器。</p><p>　　四.

14、設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　1.殼程圓筒。</b></p><p>　　已知條件：筒體內(nèi)徑Di = 450 mm，工作壓力Pw = 1.85Mpa，工作溫度（進(jìn)/出）tw = 100/70℃，材料16MnR,筒體長(zhǎng)度L= 3500mm。</p><p>　　設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力p= 2Mpa，設(shè)計(jì)溫度t =100℃

15、，筒體計(jì)算長(zhǎng)度L= 3500mm，腐蝕裕量C2= 2mm，ReL=345Mpa。圓筒承受外壓，故需進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。根據(jù)試差法，取名義厚度δn=15mm，取鋼板厚度負(fù)偏差C1=15×15%=2.25mm，則筒體有效厚度為</p><p>　　δe=15-2-2.25=10.75mm</p><p>　　筒體外直徑D0=450+2×15=480mm</p>&

16、lt;p><b>　　= =44.65</b></p><p>　　由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P132圖5-5查得A=0.00066。查P138圖5-13，E=1.98×105Mpa，B=100Mpa</p><p>　　[P]= ＞P=2Mpa 圓筒穩(wěn)定性滿足要求。</p><p><b>　　2.管箱圓筒。<

17、/b></p><p>　　已知條件：筒體內(nèi)徑Di=450mm,工作壓力Pw=0.5Mpa,工作溫度（進(jìn)/出）tw =25/40℃，材料T2</p><p>　　設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力P=0.6Mpa,設(shè)計(jì)溫度t=40℃，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，計(jì)算壓力Pc=0.6Mpa，[σ]t=109Mpa [σ]=109Mpa, ReL=200Mpa</p>

18、<p>　　圓筒計(jì)算厚度 δ= </p><p>　　設(shè)計(jì)厚度 δd=δ+ C2=1.5+2=3.5mm</p><p>　　考慮鋼板厚度負(fù)偏差，可取筒體名義厚度δn=4mm</p><p>　　根據(jù)《化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表5-1管箱最小厚度應(yīng)不小于8mm。所以取管箱名義厚度δn=8mm，有效厚度δe=8-1.2-2=4.8mm。</p

19、><p><b>　　3.管箱封頭。</b></p><p>　　已知條件：筒體內(nèi)徑Di=450mm,工作壓力Pw=0.5Mpa,工作溫度（進(jìn)/出）tw =25/40℃，材料T2</p><p>　　設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)壓力P=0.6Mpa,設(shè)計(jì)溫度t=40℃，腐蝕裕量C2=2mm，焊接接頭系數(shù)φ=0.85，計(jì)算壓力Pc=0.6Mpa，[σ]t=109M

20、pa [σ]=109Mpa, ReL=200Mpa</p><p>　　圓筒計(jì)算厚度 δ= </p><p>　　設(shè)計(jì)厚度 δd=δ+ C2=1.5+2=3.5mm</p><p>　　考慮鋼板厚度負(fù)偏差，可取筒體名義厚度δn=4mm</p><p>　　根據(jù)《化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表5-1管箱最小厚度應(yīng)不小于8mm。所以取管箱名

21、義厚度δn=8mm，有效厚度δe=8-1.2-2=4.8mm>0.15%Di=0.15%×450=0.675mm</p><p><b>　　滿足最小厚度要求。</b></p><p>　　4.水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核。</p><p>　　1.管程水壓試驗(yàn)壓力</p><p>　　PT=1.25P =1.25&

22、#215;0.6×1=0.75Mpa</p><p><b>　　管程試驗(yàn)時(shí)圓筒應(yīng)力</b></p><p><b>　　σT= = </b></p><p>　　<0.9ReLφ=0.9×200×0.85=153Mpa</p><p>　　所以試驗(yàn)應(yīng)力滿足要求

23、。</p><p>　　2.殼程水壓試驗(yàn)壓力</p><p>　　PT=1.25P =1.25×2×1=2.5Mpa</p><p><b>　　殼程試驗(yàn)時(shí)圓筒應(yīng)力</b></p><p><b>　　σT= = </b></p><p>　　<0

24、.9 ReLφ=0.9×345×0.85=263.9Mpa</p><p>　　所以試驗(yàn)應(yīng)力滿足要求。</p><p><b>　　5.開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)</b></p><p><b>　　殼程筒體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)。</b></p><p>　　已知條件：殼體材料16MnR,許用應(yīng)力[σ]t=1

25、81Mpa,內(nèi)徑Di=450mm，名義厚度δn=15mm，厚度負(fù)偏差C1=2.25mm，腐蝕裕量C2=2mm，有效厚度δe=10.75mm；</p><p>　　接管材料20，許用應(yīng)力[σ]tt=152Mpa,外徑d0=89mm，名義厚度δnt=6mm，厚度負(fù)偏差C1t=0.9mm，腐蝕裕量C2t=2mm，Ct=C1t+ C2t=2.9mm，有效厚度δet=3.1mm；</p><p>　

26、　強(qiáng)度削弱系數(shù) fr=1.0</p><p>　　開(kāi)孔直徑 d= d0-2δnt+2Ct=89-2×6+2×2.9=82.8mm</p><p>　　有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 B=2d=2×82.8=165.6mm</p><p>　　外側(cè)有效高度 h1= </p><p>　　內(nèi)側(cè)有效高度 h2=0

27、</p><p>　　根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計(jì)算方法，試算得到圓筒和接管的計(jì)算厚度分別為δ=3mm， </p><p>　　開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積：</p><p>　　A=0.5[dδ+2δδet(1-fr)]=0.5×82.8×3=202.86mm2</p><p><b>　　殼體多余金屬面積：</b&g

28、t;</p><p>　　A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)=(165.6-82.8)×(10.75-3)=641.7mm2</p><p>　　接管多余金屬面積： </p><p>　　A2=2h1(δet -δt)fr+2h2(δet-C2)fr=2×22.3×(3.1-0.056)=135.76mm2&

29、lt;/p><p><b>　　焊縫金屬面積：</b></p><p>　　A3=15×15=225mm2</p><p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p>　　Ae=A1+A2+A3=641.7+135.76+225=1002.46mm2</p><p&

30、gt;<b>　　管箱筒體開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)</b></p><p>　　已知條件：管箱筒體材料T2,許用應(yīng)力[σ]t=109Mpa,內(nèi)徑Di=450mm，名義厚度δn=8mm，厚度負(fù)偏差C1=1.2mm，腐蝕裕量C2=2mm，有效厚度δe=4.8mm；</p><p>　　接管材料20，許用應(yīng)力[σ]t=152Mpa,外徑d0=89mm，名義厚度δnt=6mm，厚度負(fù)偏差C1

31、t=0.9mm，腐蝕裕量C2t=2mm，Ct=C1t+ C2t=2.9mm，有效厚度δet=3.1mm；</p><p>　　強(qiáng)度削弱系數(shù) fr=1.0</p><p>　　開(kāi)孔直徑 d= d0-2δnt+2 Ct=89-2×6+2×5=82.8mm</p><p>　　有效補(bǔ)強(qiáng)寬度 B=2d=2×82.8=165.6m

32、m</p><p>　　外側(cè)有效高度 h1= =22.3mm</p><p>　　內(nèi)側(cè)有效高度 h2=0</p><p>　　根據(jù)外壓圓筒穩(wěn)定性計(jì)算方法，試算得到圓筒和接管的計(jì)算厚度分別為δ=3mm， </p><p>　　δt=0.056mm</p><p>　　開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積：</p

33、><p>　　A=0.5[dδ+2δδet(1-fr)]=0.5×82.8×3=124.2mm2</p><p><b>　　殼體多余金屬面積：</b></p><p>　　A1=(B-d)(δe-δ)-2δet(δe-δ)(1-fr)=(165.6-82.8)×(4.8-3)=149.04mm2</p>

34、<p>　　接管多余金屬面積： </p><p>　　A2=2h1(δet -δt)fr+2h2(δet-C2)fr=2×22.3×(3.1-0.056)=135.76mm2</p><p><b>　　焊縫金屬面積：</b></p><p>　　A3=8×8=64mm2</p><

35、p><b>　　有效補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p>　　Ae=A1+A2+A3=149.04+135.76+64=348.8mm2</p><p><b>　　6.法蘭選型</b></p><p>　　殼程法蘭：根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P160-161表6-4可知，如果法蘭按公稱壓力2.5Mpa，材料用20，其最

36、高工作壓力為1.86Mpa,小于設(shè)計(jì)壓力2.0Mpa,故按公稱壓力4.0Mpa査取法蘭尺寸。由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P330附表8-6得乙型平焊法蘭尺寸(mm)：</p><p>　　DN=450,D=610,D1=565，D2=526，D3=516，D4=513，δ=61，H=205, δt=16,a=21,a1=18,d=27,螺柱規(guī)格M24，螺柱數(shù)量20.</p><p>　　管程法蘭

37、：根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P160-161表6-4可知，如果法蘭按公稱壓力2.5Mpa，材料用20，其最高工作壓力為1.86Mpa,大于設(shè)計(jì)壓力0.6Mpa,故按公稱壓力2.5Mpa査取法蘭尺寸。由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》P330附表8-6得乙型平焊法蘭尺寸(mm)：</p><p>　　DN=450,D=590,D1=550，D2=515，D3=505，D4=502，δ=43，H=90, δt=12,a=17,a1

38、=14,d=23,螺柱規(guī)格M20，螺柱數(shù)量20.</p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)對(duì)于我來(lái)說(shuō)有著深刻的意義。這種意義不光是自己能夠獨(dú)立完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，更重要的是在這段時(shí)間內(nèi)使自己深刻感受到設(shè)計(jì)工作的那份艱難。而這份艱難不僅僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)內(nèi)容與過(guò)程中為了精益求精所付出的艱辛，更重要的是背負(fù)惡劣的天氣所付出的決心與毅力!

39、</p><p>　　從設(shè)計(jì)開(kāi)始就落在大家的后面。不過(guò)還好，很快就將基本的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)與整理出來(lái)，不至于遠(yuǎn)離大家的進(jìn)度。由于考試已經(jīng)結(jié)束，我可以有充分的時(shí)間搞設(shè)計(jì)?？上?，圖書(shū)館閉館，不能參考一些資料，以至在有些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還是不太明白為什么要那樣設(shè)計(jì)?？磥?lái)自己學(xué)的東西太少了！</p><p>　　天氣情況很糟糕！我只能這樣評(píng)價(jià)這段時(shí)間內(nèi)的艱辛。雖然穿地挺厚實(shí)的，但是整天的坐著，不運(yùn)動(dòng)，會(huì)感覺(jué)冷。

40、為了畫圖一做就是一天。手除了麻木，還是麻木！ </p><p>　　對(duì)于課程設(shè)計(jì)，我只能說(shuō)我已經(jīng)盡了我最大的努力。這就是我最好，最出色的設(shè)計(jì)。過(guò)程我只能用不堪回首來(lái)形容，但是結(jié)果確實(shí)意義重大的。我付出了遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)內(nèi)容更多的毅力與決心。而我也應(yīng)該保留這份精神，繼續(xù)奮斗。</p><p>　　感覺(jué)設(shè)計(jì)對(duì)我們這些剛剛?cè)腴T（或者在某種意義上來(lái)說(shuō)還是門外漢）就是按照條條款款依葫蘆畫瓢的過(guò)程，有的時(shí)候感

41、覺(jué)挺沒(méi)有勁的。反正按照步驟一定可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，其實(shí)不然。設(shè)計(jì)過(guò)程中有許多內(nèi)容必須靠我們自己去理解，去分析，去取舍。</p><p>　　通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，感慨頗多，收獲頗多。更多的是從中學(xué)到很多東西，包括書(shū)本知識(shí)以及個(gè)人素質(zhì)與品格方面。感謝老師的辛勤指導(dǎo)，也希望老師對(duì)于我的設(shè)計(jì)提出意見(jiàn)。　 </p><p><b>　　六、參考資料：</b></p>&

42、lt;p>　　[1] 喻健良 王立業(yè) 刁玉瑋.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M]. 大連：大連理工大學(xué)出版社，2013. </p><p>　　[2] 方書(shū)起. 化工設(shè)備課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010 </p><p>　　[3] GB150.1~150.4-2011.鋼制壓力容器[S]．</p><p>　　[4] 鄭曉梅.化工工程制圖 化工制圖