列管式煤油冷卻器的設(shè)計使用說明

1、合肥工業(yè)大學(xué)化工原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目列管式煤油冷卻器的設(shè)計學(xué)生姓名謝繼強(qiáng)學(xué)生學(xué)號 同組學(xué)生祝尚宋響亮鄧威指導(dǎo)老師 陳亞中學(xué) 院醫(yī)學(xué)工程學(xué)院專業(yè)班級制藥工程12-2班完成時間2014年3月27日設(shè)計任務(wù)書一設(shè)計題目：列管式煤油冷卻器的設(shè)計二設(shè)計任務(wù)及操作條件1 .處理能力：10萬噸/年煤油2 .設(shè)備形式：列管式換熱器3 .操作條件(1 )煤油：入口溫度14CTC.出口溫度4CTC(2 )冷卻介質(zhì)：自來水.入口溫度3CTC.出口溫度4CTC(3 )允許壓強(qiáng)降：不大于lOOOkPa(4 )煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3.黏度7.15*10-4Pa.s .比熱容 2.22kJ/(

2、kgC)導(dǎo)熱系數(shù) 0.14W/ ( m. )(5 )每年按330天計.每天按24小時連續(xù)運行4 .提交文件(1) )設(shè)計說明書一份(2) A3工藝流程圖一張(3) A1換熱器裝配圖一張化工原理課程設(shè)計成績評定表評定基兀評審要素評審內(nèi)涵滿分指導(dǎo)教師 實評分評閱教師 實評分設(shè)計說明書40%格式規(guī)范設(shè)計說明書是否符5內(nèi)容完整設(shè)計說明書是否包5設(shè)計方案方案是否合理及符10工藝計算工藝計算過程是否20設(shè)計圖紙40%圖紙規(guī)范圖紙是否符合規(guī)范5標(biāo)注清晰標(biāo)注是否清晰明了5與設(shè)計吻合圖紙是否與設(shè)計計10圖紙質(zhì)量設(shè)計圖紙的整體質(zhì)20平時成績10%上課出勤上課出勤考核5制圖出勤制圖出勤考核5答辯成績10%內(nèi)容表述答

3、辯表述是否清楚5回答問題回答問題是否止確5綜合成績成績等級指導(dǎo)教師評閱教師答辯小組負(fù)責(zé)人(簽名)(簽名)(簽名)年 月日年 月日年 月 日合計100說明：評定成績分為優(yōu)秀(90-100),良好(80-89).中等(70-79).及微60-69 )和不及格(<60)。第一章緒論1.1 換熱器的概述換熱器是許多工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備.尤其是石油、化工、制藥生產(chǎn)應(yīng)用更為廣泛。在化工廠中換熱器可用做加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器、和再沸器等。換熱器類型眾多.性能各異.各具特點.可以適應(yīng)絕大多數(shù)工藝過程對換熱器的要求。進(jìn)行換熱器的設(shè)計.首先是根據(jù)工藝要求選用適當(dāng)?shù)念愋?同時計算完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的

4、傳熱面積.并確定換熱器的工藝尺寸。1.2 換熱器的分類換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式。其中間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛.其中管殼式換熱器的分類見表1口叫表管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)分類類型特點固定管剛性結(jié)構(gòu)用于管殼溫差較小的情況（一般45（rc）.管間不能清洗間管列板式帶膨脹節(jié)有一定的溫度補(bǔ)償能力.殼程只能承受低壓力璧頭式管內(nèi)外均能承受高壓.可用于高溫高壓場合式管式U型管式管內(nèi)外均能承受高壓.管內(nèi)清洗及檢修困難換執(zhí) 八、殼填料函式外端斗函管間容易泄露.不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質(zhì)nn 崩內(nèi)蝴函密封性能差只能用于壓差較小的場合式釜式殼體上部有個蒸發(fā)空間用十冉沸、蒸煮雙套管

5、式結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜.主要用于高溫高壓場合和固定床反應(yīng)器中套管式能逆流操作.用于傳熱面積較小的冷卻器、冷凝器或預(yù)熱命螺旋管式沉浸式用于管內(nèi)流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱噴淋式只用十管內(nèi)流體的冷卻或冷凝1.3 列管式換熱器列管式換熱器(tubular exchanger)是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的 一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì). 可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時.一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入.在管流動.從封頭另一端的出 口管流出.這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入從殼體上的另一接管處流出. 這稱為殼程列管式換熱器。1.4定管板式

6、換熱器固定管板式換熱器由兩端管板和殼體構(gòu)成。由于其結(jié)構(gòu)簡單.運用比較廣泛。固定管板式換熱器是一種實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備.是在石油、化工、石油化工、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)普遍應(yīng)用的一種工藝設(shè)備。在煉油、 化工裝置中換熱器占總設(shè)備數(shù)量的40%左右.占總投資的30%-45%o隨著節(jié)能 技術(shù)的發(fā)展.應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大.利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑砹孙@著 的經(jīng)濟(jì)效益。固定管板式換熱器的特點是：（1）旁路滲流較??；（2）鍛件使用較少.造 價低；（3）無內(nèi)；（4 ）傳熱面積比浮頭式換熱器大20%30%。固定管板式換熱器的缺點是：（1 ）殼體和管壁的溫差較大.殼體和管子壁溫 差已50。當(dāng)仁

7、50工時必須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；（2 ）易產(chǎn)生溫差力.管板與 管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；（3）殼程無法機(jī)械清洗；（4）管子腐蝕后 連同殼體報廢.設(shè)備壽命較低。1.4 設(shè)計要求完善的換熱器在設(shè)計和選型時應(yīng)滿足以下各項基本要求4】：（1 ）合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件：可以從：增大傳熱系數(shù)提高平均溫 差妥善布置傳熱面等三個方面具體著手。（2 ）在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、溫差應(yīng)力以及疲勞壽命計算時.應(yīng)遵循我國鋼制 石油化工壓力容器設(shè)計規(guī)定和鋼制管殼式換熱器設(shè)計規(guī)定等有關(guān)規(guī)定與標(biāo) 準(zhǔn)。根據(jù)需要可添置氣液排放口檢查孔與敷設(shè)保溫層。（3）經(jīng)濟(jì)合理評價換熱器的最終指標(biāo)是：在一定時間內(nèi)（通常1年內(nèi)的） 固定費用（設(shè)

8、備的購置費、安裝費等）與操作費（動力費、清洗費、維修費）等 的總和為最小。在設(shè)計或選型時如果有幾種換熱器都能完成生產(chǎn)任務(wù)的需要.這 一標(biāo)準(zhǔn)就尤為重要了。1.5 設(shè)計的目的和意義通過設(shè)計把在“過程設(shè)備”及其它相關(guān)課程（機(jī)械制圖、金屬材料、化工原 理等）中所學(xué)的理論知識在具體工作中綜合地加以應(yīng)用.達(dá)到了理論知識和實踐密 切結(jié)合的目的。其次.在設(shè)計過程中.我們可以接受到必備的基本工程技能系統(tǒng)訓(xùn) 練.能夠熟練地應(yīng)用計算圖表、手冊、規(guī)范和AutoCAD制圖.能熟悉有關(guān)國家標(biāo) 準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)（如GB、HG等）等。1.6 設(shè)計的方法和步驟本次設(shè)計主要是進(jìn)行換熱器的工藝計算.結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核.主要步驟有： （

9、1）工藝計算；（2）估算傳熱面積；（3）工藝結(jié)構(gòu)尺寸；（4）換熱器熱量 核算；（5）結(jié)構(gòu)設(shè)計；（6）確定筒體內(nèi)徑；（7）確定管箱結(jié)構(gòu)；（8）確定 管板結(jié)構(gòu)；（9 ）選擇鞍座結(jié)構(gòu)；（10 ）強(qiáng)度校核；（11 ）給出制造安裝的原則 和要求。第二章2.1設(shè)計任務(wù)和操作條件1 .處理能力：io萬噸/年煤油2 .設(shè)備形式：列管式換熱器3 .操作條件：(1)煤油：入口溫度140。出口溫度4CTC(2)冷卻介質(zhì)：自耒水.入口溫度30。出口溫度4CTC 允許壓強(qiáng)降：不大于100 kPa4)煤油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度825kg/m3.黏度7.15 xlO-4Pas比熱容2.22 kJ/(kgC).導(dǎo)熱系數(shù)

10、0.14W/(m.) 每年按330天計.每天24小時連續(xù)運行2.23 定設(shè)計方案2.23.1 擇換熱器的類型兩流體溫的變化情況：熱流體進(jìn)口溫度140。出口溫度4CTC ；冷流體進(jìn)口 溫度3CTC.出口溫度為40。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻.初步確定選用固定管板 式換熱器。2.23.2 程安排由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢.若其流速太低.將會加快污垢增長速度.使換熱器的熱流量下降.并且粘度大的流體應(yīng)走殼程.因為殼程內(nèi)的流體在折流擋板的作用 下.流通截面和方向都不斷變化.在較低的雷諾數(shù)下就可達(dá)湍流狀態(tài)。所以從總體 考慮.應(yīng)使循環(huán)水走管程.煤油走殼程。選用25mmx2.5mm的碳鋼管.管內(nèi)流速 取 u = 1

11、.25m/s2.24 定物性數(shù)據(jù)定性溫度：對于一般油類和水等低黏度流體.其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度 的平均值。故殼程煤油的定性溫度為:T = 吆竺=90 2管程流體的定性溫度為："吟絲= 35( 溫差 T' = 90-35 = 55 故初步可取帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。根據(jù)定性溫度.分別查取殼程和管程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)。煤油在9(rc下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下(來自生產(chǎn)中的實測值)：密度Po= 825kg/m3定壓比熱容 = 2.22kJ/(kg K)導(dǎo)熱系數(shù)入。=0.140W/(mK)粘度|.i0 =7.15xlO4Pas 循環(huán)水在35T下的物性數(shù)據(jù):密度p、= 994.4k

12、g/nB定壓比熱容 cpi= 4.08kJ/(kg K)熱導(dǎo)率% = 0.626W/(m K)粘度乩=7.25 xlO 4Pa -s2.4計算總傳熱系數(shù)我們的煤油為年產(chǎn)量10萬噸每年.則qo = 12626kg/h(1 )熱流量Qo = qmoCpoAto = 12626 x2.22 x(140-40)= 2802972kJ/ h = 778.6kW(2)平均傳熱溫差(3)冷卻水用量Atm =Atl-At2 _ (140-40)-(40-30) f Atlf 140-40hi hit240-30Qmi =Qo _2802972CpiApi 4.08x(40 一 30)=687003kg/h(4

13、)總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)八 diUi/?/ 0.02x1.25 x 994 三八”R° = - = 342760.000725=0.023X嗎x34276- x皿"。725=5689w/Q/C )0.0210,626)殼程傳熱系數(shù)假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)4 = 350vv/(m2 )污垢熱阻 & =3.4394 xl()7陽2七/ r 172乂10722，/卬St/所以管壁導(dǎo)熱系數(shù)2 = 45 w/(m )K - d d bd 1 方+凡芳+丁廣+ & + 122 +。.。344><竺2 °.°°25x0025 +().

14、()()()72+5689x0.02= 268vv/(/W.)0.0245x0.02253002.5 計算傳熱面積S，二旦= 778.6X1。： 75/Kttn 268x39 考慮到15%的面積裕廢5 = 75x1.15 = 86.3加2.6 工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算(1)管徑和管內(nèi)流速 選用25x2.5傳熱管(碳鋼).取管內(nèi)流速Ui=1.25m/s(2)管程數(shù)和傳熱管數(shù)=68700.3/(994x360。)= 49 根, ld2u 0.785x0.022xl.25 I '按單程管計算.所需的傳熱管長度為86.33.14 x 0.025 x 49= 22.4/7；按單程管計算.設(shè)計傳熱管過長

15、.宜采用多管程結(jié)構(gòu).現(xiàn)取傳熱管長I=6m,則該換熱器管程數(shù)為& =)=歲、4管程。I 6所以傳熱管總根數(shù)N=49x4=196根。(3)平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)：R =二°一4° = 10, P= "J。= 0.091 40-30140-30按單殼程.雙管程結(jié)構(gòu).溫差校正系數(shù)應(yīng)查有關(guān)圖標(biāo).但R=10的點在圖上難以讀出.因而相應(yīng)以%代替R.PR代替R查同一圖線.可得et=0.82,平均傳熱溫差 tm =公4=0.82x39 = 32(4)傳熱管排列和分程方法采用組合排列方法.即每程內(nèi)均按正三角形排列.隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距 a=1

16、.25do 則 a=1.25x25=31.25«32 ( mm)橫過管束中心線的管數(shù)4 = 19冊=1.19V196、17根(5)殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu).取管板利用率n=07則殼體內(nèi)徑為D = L05”N/0.7 = 1.05 x32 x V196 /0.7 = 563nm 圓整可取 D=600mm.(6)折流板采用弓形折流板.取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%.則切去的圓缺高度為 h=0.25x600=150mm取折流板間距B=0.3D=0.3x600=180mmo可取折流板間距B=200mm折流板數(shù)Nb二傳熱管長/折流板間距=(6000/200)-1=29塊折流板圓缺面水平配

17、置。(7 )接管殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)油品流速為u = 1.0m/so則接管內(nèi)徑為 理陛匣畫叵=007.Vu V 3.14x1.0取標(biāo)準(zhǔn)管徑為e78mm x2mm管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u = 1.5m/s,則接管內(nèi)徑為：3.14x1.5用68700 .3/(3600 x&。/28m取標(biāo)準(zhǔn)管徑為e132mm x2.0mm2.7換熱器核算(1)熱量核算殼程對流傳熱系數(shù)。對圓缺形折流板.采用凱恩公式% = 0.36壬七de0.14當(dāng)量直徑住正三角形排列得一 2 成1 Jx 0.032z-x 0.02524 0243.14x0.025=0.020/77殼程流通截面積:S=

18、BDfl-l = 02x0.6xf 1-21 = 0.02625 m2a0.032 J殼程流體流速極其雷諾數(shù)分別為：J262 磯 36OOx825）= o/62?/s0.026250.02x0.162x825 0.000715= 3738普蘭特準(zhǔn)數(shù):2.22x103 x715 x10y 一= 11.340.140.14所以黏度校正 4= 0.95IZ<J1 1/ 、“ =0.36;尺廣外h1L0 14-=o.36x3738°55 x 11.343 x0.950.02=495.9卬/（產(chǎn)）管程對流傳熱系數(shù) 2=0.023余次。4管程流通截面積：V = 0.78 5 x 0.022

19、 x = 0.03nr2管程流體流速及其雷諾數(shù)和普蘭特準(zhǔn)數(shù)：4=68700.3/(3600x994)0.031=0.62m/ s0.02x0.62x9940.725 x10-3= 170014.08x103x0.725 x10-=4B0.626= 0.023x0.6260.02x17001O 8x4.73O4 = 3248,/(蘇C )傳熱系數(shù)KK =J4+/?心+也+4,+工24 Sldi Ad,n “ 1%J+0.000344X 耍+ 3 +。172+3248x0.02= 326w/(m2-)0.02045x0.0225495.9傳熱面積Sr Q 778.6x1()3、 KM m 326x

20、32=74.64/該換熱器的實際傳熱面積SPS產(chǎn) 血0/N = 3.14 x 0.025 x 6x(196-17)= 84.309/n284.309-76.6476.64x 100% = 12.6%傳熱面積裕度合適.該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。(2)換熱器內(nèi)流體的流動阻力管程流動阻力£Ap, =(1+ JEMMM.=l,Np =4,耳=1.5,A，/"J A 匕 8,W7 TM=4 萬由Re=17001.傳熱管相對粗糙度0.01/20=0.005.查莫狄圖得入=0.036流速 Ui=0.62m/s 密度p=994kg/m3。所以API = 0.036 x-x 994 X0 6

21、22 = 2063 3Pa0.022AD 儼 2 2 994 x 0.622AF)= = 3x= 573 APaZ片=(2063.3 + 573.1)x1.5x4 = 15818 APa管程流動阻力在允許范圍內(nèi)殼程阻力地二姐+隹比乂Ns=l , Ft=1.15流體流經(jīng)管束的阻力為2P； = Ff°MNB + l) F=O.5,fo=5x3738 0-228=O.7663nc=17 根，Nb=29 塊，uo=O.162m/sAP； = 0.5 x 0.7663 xl7x (29 + l)x 必義 7 62 = 2115 Apa 流體流過折流板缺口的阻力：2AP； = Nb*5當(dāng)-2 八

22、 D 2B=0.2m,D=0.6mA、” zo - 2x0.2、825 x0.1622二八AP, =29x(3.5° 6 )x= 889.5尸。.Z為=(2115 .4 + 889.5)x1.15x1 = 3455 Ptz 殼程流動阻力也比較適宜。2.8 壁溫計算由于該換熱器用循環(huán)水冷卻.進(jìn)口溫度30。出口溫度為4(rc計算傳熱管壁 溫。另外.由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大.會使傳熱管壁溫升高.降低了殼體傳熱 管壁溫之差。但在操作初期.污垢熱阻較小.殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計 算中.應(yīng)按最不利的操作條件考慮。因此取兩側(cè)污垢熱阻為零計算傳熱管壁溫.于 是T=(140+40)xl/2=

23、90t=(40 + 30)xl/2 = 35ao=495.9w/(m2-k)ai=3248w/(m2-k)Td. + td. 90 x495.9 + 35 x 32484f = - = 42 z9 U紜 + 23248 +495.9/.Q=42.29殼體壁溫和傳熱壁溫之差為止=90-42.29=47.71 < 50一般在管壁與殼壁溫度相差5CTC以上時.為了克服溫差應(yīng)為必須有溫差補(bǔ)償裝置.故不需要設(shè)溫度補(bǔ)償裝置。2.9 換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果各主要結(jié)構(gòu)和尺寸的計算結(jié)果見表2-1。表2-1結(jié)構(gòu)和尺寸的計算結(jié)果表參數(shù)管程冗程解/(Kg/h)68700.312626進(jìn)(出)口溫度/30.

24、40140.40物性定性溫度/3590密度/ ( Kg/m3 )994825定壓比熱容/KJ/(Kg)4.082.22粘度/Pas0.0.熱導(dǎo)率/W/(m)0.6260.140普朗特數(shù)4.7311.34設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)型號殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600臺數(shù)1規(guī)格 25x2.5管心距/mm32管"K/mm6000管子排列組合排列管數(shù)目/根196折流板數(shù)/個29傳熱面積/m?86.3折流板間距/mm180管程數(shù)4材質(zhì)碳鋼主要計算結(jié)果管程流速/(m/s)0.620.162表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/3248495.9污垢熱阻/(W/W)3.4394 xlO-41.72x10-4阻力/Pa3455熱流量/KW7

25、78.6傳熱溫差/K39傳熱系數(shù)/W/(/)326面積裕度/%12.6%第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計與選用3.1管箱法蘭的選用法蘭的形式法蘭的結(jié)構(gòu)形式：分平焊法蘭和對焊法蘭。法蘭的密封面形式：分平面、凹凸面和樟槽面。法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式.應(yīng)根據(jù)使用介質(zhì)、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、公稱直徑等因素來 確定。標(biāo)準(zhǔn)法蘭的選用法蘭標(biāo)準(zhǔn)有：管法蘭：HG5001 5028-58 和 JB74-90-59.設(shè)備法蘭：JB1157 1164-82。接管法蘭.本手冊規(guī)定只按HG5001 5028-58選用。對法蘭的結(jié)構(gòu)形式和密封面形式.未作具體規(guī)定.由設(shè)計者根據(jù)使用條件確定。管箱上的設(shè)備法蘭.本手冊規(guī)定：公稱直徑Dgv325m

26、m.按HG5012-58平焊法蘭和HG5016-58對焊法蘭選用；公稱直徑Dg 2 400mm.按JB1158-82甲型平焊法蘭。JB1159-82乙型平焊法蘭和JB1160-82長頸對焊法蘭選用。法蘭的密封面采用凹面。接管法蘭的要求1.1 凸或棒槽密封面的法蘭.密封面向下的.一般應(yīng)設(shè)計成凸面或棒面其他朝向的則設(shè)計成 凹面或槽面。1.2 疊式換熱器中間接管的法蘭密封面.在保證受封的前提下.可采用平面依工藝條件：按管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力中的較大值.設(shè)計溫度和公稱直徑中600mm.按JB/T 4701-2000標(biāo)準(zhǔn)選取甲型平焊凹凸面法蘭;并確定各結(jié)構(gòu)尺寸見表3-1.結(jié)構(gòu)見圖3-1。表3-1甲型平焊凹凸

27、面法蘭尺寸JB/T 4701-2000 單位：mm名稱公稱直徑DNDD1D2D3D48d雌數(shù)量法蘭質(zhì)量/kg材質(zhì)容器600736965646425423M204凸面凹面16Mn法蘭0055054.252.7鍛圖3-1甲型平焊凹凸面法蘭結(jié)構(gòu)尺寸1.3 管箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計管箱的作用是把管道中來的流體均勻分布到各傳熱管中和把管內(nèi)流體匯集在一 起送出換熱器。在多程換熱器中.管箱還起著改變流體流向的作用。管箱側(cè)或管 箱頂部有介質(zhì)流體的出、入口接管。管箱也有許多種結(jié)構(gòu)形式：A型：用于單程和多程管箱。具優(yōu)點是便于清洗換熱器的管程.缺點是管箱蓋 結(jié)構(gòu)用材較多.尺寸較大時.需要鍛件。因此.國內(nèi)目前所使用的范圍較小。

28、本手冊 規(guī)定用于Dg<900mmB型：用于單程和多程管箱。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單.便于制造；缺點是檢修和清洗 換熱器的管程時.需將管程上的接管法蘭都拆開.并取下整個管箱。國內(nèi)目前采用最多。C型：用于多管程換熱器的介質(zhì)返回管箱。D型：用于單管程換熱器的管箱。A型管箱圖 4-34選用的標(biāo)準(zhǔn)換熱器代號是BEM.表示前端管箱為B型標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭管箱.后D型端管箱為M型標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭管箱.管板延長部分兼作法蘭的固定管板式釜式重沸器.支座為鞍式支座；選材為20號碳鋼。圖3-2 B型標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭管箱M型標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭管箱是和B型標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭管箱相似的固定管板結(jié)構(gòu)。選用B型封頭管箱(見圖3-3 ).因換熱器直徑較小

29、.且為四管程.管箱的最小 長度:圖3-3 B型封頭管箱3.2.1前端管箱(1)按流通面積計算:I，N$ . c x202x49。L min > ：- + /2. + Sn =+ 100 + 8 = 133.64/77m4E 1 p 4x600(2)按相鄰焊縫間距離計算:之 4 + 4 + L4 = 150 + 80 + 90 = 320 管箱最小長度取兩者中的較大值.人.=320取管箱內(nèi)分程隔板厚度取15mm。3.2.2后端管箱后端管箱沒有接管.其最小長(1)按流通面積計算為：度：B型 、7id：N, . c ) x20?x49 1AA。"乙Lz,m- > !- + /?

30、. + Sn =+ 100 + 8 = 133 .(Amm3 4f 14x600(2)按相鄰焊縫間距離計算：Umm N I* + c + L. = 38 +142 +90 = 270 nun g minj4取管箱最小長度取兩者中的較大值.取4mln = 270 Mm1.4 折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計折流板或支撐板的形式折流板或支撐板(以下簡稱折流板)有圓缺形.圓盤圓環(huán)形。其中以圓缺形 用的較多。圓缺形折流板.按缺邊的位置分為上、下和左、右缺邊折流板(對立 式換熱器.上、下是指殼程物料進(jìn)口管與折流板缺邊垂直者.左、右是指平行者)。 左、右缺邊折流板有單缺邊和雙缺邊.本手冊中采用圓缺形.單缺邊折流板。臥式換熱

31、器.當(dāng)殼程全是氣相或全是液相的清S物料時.宜用上、下缺邊折流 板。若氣體中有少量液體.則應(yīng)在上缺邊折流板的下部最低處開小槽.如圖4-5 (a);若液體中有少量氣體.則應(yīng)在下缺邊折流板的上部最高處開小槽.如圖4-5 (b)o臥式換熱器.冷凝器和再沸器.當(dāng)殼程是氣、液相共存或液體中帶有固體的物料時. 宜用左、右缺邊折流板。為了排除殼體下部的液體.在折流板下部最低處應(yīng)開小 槽.如圖4-6圖4-7折流板缺邊位置尺寸由于本次設(shè)計殼體直徑較大.宜采用多弓形折流板.缺口高度一般取0.2 0.45倍的殼體內(nèi)直徑.本次設(shè)計取常用值0.25倍。選材為A3Fo折流板與管板間距圖見圖3-5圖3-5折流板與管板間距圖1

32、.4.1 殼程.管程接管的選用由上面工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計算.可以得到殼程時取煤油的流速 = 1.0% d = 0.074”,所以按 HG/T20592-2009 標(biāo)準(zhǔn)中取管徑。78x2。管程走循環(huán)水.取循環(huán)水的流速為 =1.5，% .d = 028m.所以按HG/T20592-2009 標(biāo)準(zhǔn)中取。=132x 2.0。3.32折流板根據(jù)折流板數(shù)目（29 ）和管長（6000mm ）.確定前后端折流板距離管板200mm。通過計算折流板間距B = 0.30 = 0.3x600= 180” 幾取折流板的間距為200mm.DN = 600mm時.折流板外徑D=DN-3 = 597mm。二25x2.5,的鋼管.

33、換熱管 無支撐跨距L= 1900mm。L>1900mm時.折流板厚度d取12mm。折流板的數(shù)目為29塊。容器公稱直徑DN折流板直徑Do管程did2孔數(shù)也600597425.8184115厚度dhb折流板間距數(shù)量折流板與管板間距L折流板材料12143.620029200a3f圖3-6折流板標(biāo)準(zhǔn)尺寸圖1.5 管板結(jié)構(gòu)的設(shè)計選材為16Mn鍛。依據(jù)所選用的管箱法蘭.管箱側(cè)法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸.確定固定端管板最大外徑為 D=730mm.固定管板最大布管圓直徑：DL=Di-2f=600-2x5 = 590mm。管板結(jié) 構(gòu)尺寸見圖3-4和表3-2。T1圖3-4管板結(jié)構(gòu)表3-2管板尺寸表 單位：mmDNDD1

34、D2D3D4D5Cch60073069065560764261012.523螺柱（栓）bfb材料質(zhì)量/kg規(guī)格數(shù)量M2040505416Mn 鍛139.5須用鍛件的場合a.板厚大于60 mm。當(dāng)厚度大于60 mm時專岡板質(zhì)量降低（分層、夾雜無法 避免.各頂指標(biāo)波動大）。b.形狀復(fù)雜的管板。此時若用板材則即費料又費時.c.以凸肩直接與殼體相焊的管板。此時一般管板過厚且對夾雜、分層要求更在下列條件下可以選用16Mn結(jié)構(gòu)鋼板座管板符合GB 3274-88碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋厚鋼板和鋼帶標(biāo)準(zhǔn)： 按GB 1591-79低合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件復(fù)驗化學(xué)成分和機(jī)械性能；設(shè)計壓 *.p<1.6MPa

35、 ;設(shè)計溫度.0-350 度。1.6 換熱管采用 JB/T4714. 4715-92 標(biāo)準(zhǔn).換熱管選用。25x2.5.材料采用20號碳鋼.t = 130M尸"選擇正三角形排列.主要是考慮這種排列布管比較緊湊.傳熱系數(shù)較高.傳熱 效果好.便于管板劃線及鉆孔。換熱管的管心距a=32mm.分程隔板槽兩側(cè)相鄰管 的中心距為37mm ;同時.由于換熱管管間需要進(jìn)行機(jī)械清洗.故相鄰兩管間的凈 空距離（S-d ）不宜小于6mm。根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度及操作狀況選擇換熱 管與管板的連接方式為強(qiáng)度焊。因為強(qiáng)度焊加工簡單、焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高.抗拉脫 力強(qiáng).在高溫高壓下也能保證連接處的密封性能和抗拉脫能力。管

36、子數(shù)為196根. 管長為6000mm.管中心距32mm。1.7 拉桿和定距管設(shè)計拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。若對于殼體內(nèi)徑大于或等于400mm 的換熱器.在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿.任何折流板應(yīng) 不少于4個支承點。拉桿直徑取10.數(shù)量取6根。定距管的規(guī)格同換熱管.其 長度同實際需要確定。本臺換熱器定距管的布置可以參照部件圖。拉桿的尺寸見 表3-5.結(jié)構(gòu)簡圖見圖3-7.拉桿與定距管結(jié)構(gòu)見圖3-8 o表3-5拉桿尺寸單位：mm容器DN拉桿直徑d拉桿螺紋公稱直徑dnUM600101212.56010管板上拉桿孔深k拉桿數(shù)量拉桿重量kg材料1860.617a3結(jié)構(gòu)簡圖3-7

37、38拉桿與定距管結(jié)構(gòu)圖1.8 分程隔板由于是多管程換熱器.故此處需要用到分程隔板。查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深之4".取4mm.槽寬為12mm.且 分程隔板的最小厚度為8mm.取厚度為llmirio選材為A3。3-4分程隔板參數(shù)表槽深槽室厚度個數(shù)材料4mm12mm11mm3A31.9 接管設(shè)計選材20號碳鋼。在換熱器的設(shè)計中.為了使傳熱面積得以充分利用.殼程流體進(jìn)、出口接管應(yīng) 盡量靠近兩端管板.而管箱進(jìn)、出口接管應(yīng)盡量靠近管箱法蘭.可縮短管箱殼體長 度.減輕設(shè)備重量。然而.為了保證設(shè)備的制造、安裝.管口距管板或管箱法蘭的距 離也不能靠得太近.它受到最小位置的限制。圖3-

38、9殼程接管ism1.9.1 殼程接管位置殼程接管位置的最小尺寸.見圖3-5.可按下式進(jìn)行計算:帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管Dh+ (Z?-4) + C mm不帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管4之與+ ( - 4) + Cmm以上兩式中取C>4S ( S為管箱殼體厚度.mm ).且230mm。我們采用的是不加補(bǔ)強(qiáng)圈接管.所以我們用的公式是mm。殼程接管 DN=74mm,78x 2?。殼程接管位置.其最小尺寸為：4 2% + (-4) + c = 7% +(54_4) + 48 = 135mm取4=140 mm o管箱接管位置的最小尺寸.見圖3-6.可按下式進(jìn)行計算:帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管mm不帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管Lg*+ hf + Cmm以上

39、兩式中取C>4S （ S為管箱殼體厚度.mm ）.且N30mm。以上四式中b.hf-管板厚度.mm ;L1/L2殼程/管箱接管位置最小尺寸.mm ;C補(bǔ)強(qiáng)圈外緣（無補(bǔ)強(qiáng)圈時為管外壁）至管板（或法蘭）與殼 體連接焊縫之間的距離.mm ;Dh補(bǔ)強(qiáng)圈外圓直徑.mm ;d h接管外徑.m m o通過計算我們選用的不用加補(bǔ)強(qiáng)圈故我們的公式選用右之。+與+ C。管箱接管 DN = 128mm. 132x2/7?/o管箱接管位置.其最小尺寸為：4之% +卅+C = 12% + 38+48 = 150mm。3.8.3接管最小高度表3-4網(wǎng)PNv4.0MPa的接管外伸長度7D0-5051-7576-100

40、101-125126-150151-175176-20080150150200200250250300150200200200200250250300由于是冷卻器.不需要設(shè)置保溫層故S=Omm。因此殼程接管外伸長度為150m m.管程接管外伸長度為200m m。1.10 防沖板設(shè)計為了防止殼程物料進(jìn)口處流體對換熱管表面的直接沖刷應(yīng)在殼程物料進(jìn)口 管處設(shè)置防沖板。其設(shè)置條件為：對于氣體和蒸汽(包括飽和蒸汽或者氣液混合物料)應(yīng)設(shè)置防沖板。對于液體物料.當(dāng)其PV2值超過下列數(shù)值時.應(yīng)設(shè)置防沖板：(1 )非腐蝕.非磨損性的單相液體.其pv2>2230kg/m-s2 ;( 2 )其它各種液體.其p

41、v2>740kg/m-s2。防沖板的形式防沖板的形式推薦以下四種喇叭管.D4273mm 的換熱器。圖中 al5 = 15mm.a2-d4.d4-2di.a=6mm<,防沖板焊在殼體上.用于D>325mm左、右缺邊折流板和D<600mm上、 下缺邊折流板的換熱器。防沖板焊在定距管上.用于D>700mm上、下缺邊折流板的換熱器。防沖板焊在定距管上.用于D<1200mm上、下缺邊折流板的換熱器。防沖板選矩形防沖板.其與殼體內(nèi)壁的高度為Hl= ( 1/4-1/3 )接管外徑.取Hi=25mm ;防沖板邊長L大于接管外徑20mm.取為120mm ;厚度取圖防沖板安裝形

42、式1.11 接管法蘭的選取查HG20602-97中表PNL6MPa.選取接管法蘭為不銹鋼襯里法蘭.選取各管口 公稱直徑.查得各法蘭的尺寸。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定.法蘭的密封面均采用MFM (凹 凸面密封)。將查得的各參數(shù)整理見表。選材16Mn鍛。PN1. 6MPa不銹例襯里法蘭盅(HG20602 97)稱轉(zhuǎn)N 公通D連接尺寸法蘭 熔度 C密封面 尺寸襯里厚度塞焊孔(突硝理論亙量kg法當(dāng) 外徑 D媒孔 分布 直徑 K像孔 直逐 L集孔 數(shù)量 n螺奴 Th笑而凸面 W® t中心網(wǎng) iff孔林政宣法蘭蓋襯里層ddlXWf2ttlp4>n突面凸面 樟面40150110184M161884307

43、561432102. 350. 130.4350165125184M162099458773432103.20. 180.665185145184M16201186010995432104.060.260.8780200160188M162013275120106432104.610.331.11100220180188M1622156951491294.532106.210.451.5125250210188M16221841101751554.532108.120.632.09150285240228M20242111302031834.5321015111.40.822. 7220034

44、02952212M20242661902592394.5421015116.21.744.362504053552612M24263192353122924.54210151252. 526.313004604102612M24283702853434.5531017015435.14.318.623505204702616M243042933042139555310220154485.811.64005805253016M27324803804734475531023015463.57.2514.54506405853020M27365484305234975531025015486.99.

45、1518.35007156503320M3 0*23660947557554956410260157108.613.622.76008407703620M33*24472057067564956410320157184.319. 131.8表3-6凸面平焊鋼制管法蘭PN 1.6MPa(16bar)單位：mm公稱通徑DN80125連接尺寸法蘭外徑D200250螺孔分布直徑K160210螺孔直徑L1818螺孔數(shù)量n88螺紋ThM16M16法蘭厚度c2022密封面尺寸d132184di75110X120175W106155f244.5襯里厚度凸面t32ti22凸面梯度t1010理論重量kg7.341

46、0.84D凸 fi(M)棒面（T）圖3-13接管法蘭3.n墊片查BS EN 1514-1-1997 -中文版-法蘭及其連接件一法蘭用墊片尺寸（米 制）.根據(jù)設(shè)計壓力.選取的法蘭結(jié)構(gòu)和尺寸.選擇各管口的密封墊片見（圖3-14 ）.各 墊片的尺寸見表3-7。墊片類型如下:A）FF型墊片.適用于A型（平面）或B型（凸面）法蘭密封面B）IBC型墊片.適用于A型（平面）或B型（凸面）法蘭密封面C）TG型墊片.適用于C/D型（樵或槽）法蘭密封面D）SR型墊片.適用于E/F型（凸或凹）法蘭密封面圖3-14 （ 2 ）使用IBC型墊片的B型法蘭密封面表 3-7 墊片尺寸表(BS EN 1514-1-1997

47、)管口名稱公稱直徑/mm內(nèi)徑Dl/mm外徑D2/mm厚度材料管程進(jìn)料口1251411821.5mmA3管程出料口125141182殼程進(jìn)料口8089132殼程出料口8089132容器法蘭墊片600610679注：填充材料為石棉橡膠板。3.12螺柱（螺栓）查HG/T 20592-2009得螺柱的長度和平墊圈尺寸見表3-8。表3-8螺栓及墊片尺寸HG/T 20592-2009 單位：mm法蘭/DN螺栓規(guī)格（直徑x長度）每千個螺栓重 量（帶 螺母）kg數(shù)量材料平墊圈規(guī)格內(nèi)徑dl外徑d2公稱厚度h殼程進(jìn)口法蘭/75M16x701388A317303殼程出口法蘭/75M16x70138817303管程進(jìn)

48、口法蘭/125M16x70138817303管程出口法蘭/125M16x70138817303容器法蘭/600M20x12035940213733.13鞍座3.13.工鞍座選用設(shè)備上的支座是支撐設(shè)備質(zhì)量和固定設(shè)備位置用的一種不可缺少的部件.支座的結(jié)構(gòu)形式和尺寸往往決定于設(shè)備的形式、載荷情況及構(gòu)造材料。由于本次設(shè) 計的換熱器為臥式設(shè)備.所以本次設(shè)計選用鞍式支座。目前常用的鞍式支座標(biāo)準(zhǔn) 為JB/T4712-2007o鞍式支座材料一般為Q235B.加強(qiáng)墊板的材料則應(yīng)與筒 體一致。按照J(rèn)B/T4712-92標(biāo)準(zhǔn).選擇鞍座的型號為：DN600、120。包角BI重型帶 墊板鞍式支座；選材為16Mno具體尺

49、寸見表3-9。JB/T 4712-92公稱直徑 mmDN600腹板mm8墊板mma200心6e36蹣 mm4550筋板mma120螺栓間距 mm124001508鞍座質(zhì)量（帶墊片）Kg2410墊板mm弧長710每增加100mm 高度增加的質(zhì)量Kg5允許載荷Q/KN165鞍座高度h200墊片數(shù)量23.13.2鞍座的安裝位置鞍座的安裝結(jié)構(gòu)見圖3-10和3-11U3;由于換熱管束長度L>3000mm.所以選?。篖b= ( 0.5-0.7 ) L= 0.5x6000=3000 ；并且4 =4。L需滿足殼程接管焊縫與支座焊縫間的距離要求.即：LcNk + Bl2 + b0 + C =105mm查表得,心/及二2700/式中:取cn 4s .且之50皿。B為補(bǔ)強(qiáng)圈的外徑.S為 900mm筒體壁厚。鞍座安裝位置圖I-I6X45V16X45" 蝶心1 .2 420 配F型16螺饞f士土小：鞍式支座結(jié)構(gòu)圖第四章、強(qiáng)度校核4.1 筒體壁厚計算由工藝設(shè)計給定設(shè)計溫度150 ,設(shè)計壓力1.6MPa,選16MnR鋼板卷制. 材料15