原油-汽油浮頭式換熱器設(shè)計(jì)含5張CAD圖-獨(dú)家.zip

原油-汽油浮頭式換熱器設(shè)計(jì)含5張CAD圖-獨(dú)家.zip,原油,汽油,頭式,換熱器,設(shè)計(jì),CAD,獨(dú)家 任務(wù)書 學(xué)院 XXX 專業(yè) XXX 班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師/職稱 XX 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 原油-汽油換熱器設(shè)計(jì) 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間： 20XX年 10月 30日～ 20XX年 06 月 05日 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分） 換熱器設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 項(xiàng)目 殼程 管程 設(shè)計(jì)壓力（Mpa） 1.5 1.2 操作溫度（進(jìn)口/出口）℃ 256/220 20/60 介質(zhì) 汽油 原油 [1] 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [2] 史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1989 [3] 潘國昌,郭慶豐.化工設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996 [4] 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [5] 尾花英朗著,徐忠權(quán)譯.熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1982 [6] 卓震.化工容器及設(shè)備[M].北京：中國石化出版社，1998 [7] 董舒民,姜德林煉油廠換熱器腐蝕分析及防護(hù)[J].化工技術(shù)與開發(fā), 2006年10期 35卷. [8] 趙淑芝.換熱器技術(shù)新進(jìn)展[J].石油化工動(dòng)態(tài), 1996年4期 4卷 [9] 王海名.換熱器的強(qiáng)化傳熱[J].石油化工建設(shè),2005年第2期第27卷 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要任務(wù) （1）開題報(bào)告1份 （2）設(shè)計(jì)說明書1份 （3）設(shè)計(jì)圖樣裝配圖1張 （4）主要零件圖樣3-5張 5．任務(wù)書下達(dá)日期 20XX年 10 月 30日 指導(dǎo)教師(簽字) Ⅰ 原油-汽油換熱器設(shè)計(jì)開題報(bào)告 一、題目來源及類型 生產(chǎn)實(shí)際 二、研究目的和意義 節(jié)約能源是當(dāng)今世界的一種重要社會(huì)意識(shí)，是指盡可能的減少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行為。加強(qiáng)用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費(fèi)，有效、合理地利用能源。目前，在我國石油化工產(chǎn)業(yè)換熱器受到普遍的重視，而換熱器的廣泛應(yīng)用性，決定了換熱器換熱性能的改善設(shè)計(jì)理論的不斷創(chuàng)新，企業(yè)經(jīng)濟(jì)的收益和工業(yè)的飛速發(fā)展都具有一定的積極作用為節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境有顯著的貢獻(xiàn)。國內(nèi)一些技術(shù)設(shè)備依然落后于國外，我們應(yīng)該不怕吃苦刻苦專研尋找各種技術(shù)的突破 三、主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 [1] 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [2] 史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1989 [3] 潘國昌,郭慶豐.化工設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996 [4] 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [5] 尾花英朗著,徐忠權(quán)譯.熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1982 [6] 卓震.化工容器及設(shè)備[M].北京：中國石化出版社，1998 [7] 董舒民,姜德林煉油廠換熱器腐蝕分析及防護(hù)[J].化工技術(shù)與開發(fā), 2006年10期 35卷. [8] 趙淑芝.換熱器技術(shù)新進(jìn)展[J].石油化工動(dòng)態(tài), 1996年4期 4卷 [9] 王海名.換熱器的強(qiáng)化傳熱[J].石油化工建設(shè),2005年第2期第27卷 [10]吳金星（編），《高效換熱器及其節(jié)能應(yīng)用》，化學(xué)工業(yè)出版社，2009 [11]馬曉馳。國內(nèi)外新型高效換熱器[J]?；みM(jìn)展，2001，（01）：49-51 [12]盧煥章. 石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 1982. [13]李世玉. 壓力容器工程師設(shè)計(jì)指南[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 1996 [14]Spence.J. Tooth.A.S.Pressure Vessels Design：Concepts and Principles. Oxford： Alden Press UK 1994. [15]熊勇剛1 機(jī)械CAD 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)[ J ]1 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 1999, 18 (6) : 1025～ 1029 [16]文懷興1 對(duì)話框技術(shù)在參數(shù)化繪圖中的應(yīng)用[J ]1 西北輕工業(yè) 學(xué)院學(xué)報(bào), 1999, 17 (3) : 36～ 39 [17]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB1512891 鋼制管殼式換熱器[S ]1北京:學(xué)苑出版社, 1989 [18]賀小華1 化工設(shè)備常用結(jié)構(gòu)的參數(shù)化CAD 設(shè)計(jì)[J ]1 南京化 工大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 19 (4) : 17～ 21。 四、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述） 4.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 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(duì)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)。對(duì)材料的噴涂，我國已從國外引進(jìn)生產(chǎn)線。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，應(yīng)予注意[5]。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。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要，“十一五”期間我國經(jīng)濟(jì)增長將保持年均7.5％的速度。而石化及鋼鐵作為支柱型產(chǎn)業(yè)，將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢(shì)頭，預(yù)計(jì)2010年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過5000億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破4000億元。這些行業(yè)的發(fā)展都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)展空間。未來，國內(nèi)市場(chǎng)需求將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點(diǎn)；要求產(chǎn)品性價(jià)比提高；對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化的需求趨勢(shì)強(qiáng)烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項(xiàng)目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)產(chǎn)品。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一般石油化工企業(yè)中，換熱器的投資占全部投資的40﹪-50﹪；在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中約占30﹪-40﹪；在熱電廠中，如果把鍋爐也作為換熱設(shè)備，換熱器的投資約占整個(gè)電廠總投資的70﹪；在制冷機(jī)中，蒸發(fā)器的質(zhì)量要占制冷機(jī)總質(zhì)量的30﹪-40﹪，其動(dòng)力消耗約占總值的20﹪-30﹪。由此可見，換熱器的合理設(shè)計(jì)和良好運(yùn)行對(duì)企業(yè)節(jié)約資金、能源和空間都十分重要。提高換熱器傳熱性能并減小其體積，在能源日趨短缺的今天更是具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 對(duì)國外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù) 向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。螺旋折流板換 熱器是最新發(fā)展起來的一種管殼式換熱器是由美國ABB 公司提出的。其基本原理為:將圓截面的特制板安裝在”擬螺旋折流系統(tǒng)”中每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一其傾角朝向換熱器的軸線即與換熱器軸線保持一定傾斜度。相鄰折流板的周邊相接與外圓處成連續(xù)螺旋狀。每個(gè)折流板與殼程流體的流動(dòng)方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運(yùn)動(dòng)能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。在氣一水換熱的情況下傳遞相同熱量時(shí)該換熱器可減少30 %-40 %的傳熱面積節(jié)省材料20 %-30 %。相對(duì)于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn)象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng);在相同流速時(shí)殼程流動(dòng)壓降小;基本不存在震動(dòng)與傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。對(duì)于低雷諾數(shù)下(Re< 1 000) 的傳熱螺旋折流板效果更為突出。 4.2 生產(chǎn)需求狀況 換熱器廣泛地應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備量和設(shè)備投資的40%左右。在換熱器設(shè)備中，因管殼式換熱器具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高、適應(yīng)性大、材料范圍廣等優(yōu)。市場(chǎng)供需關(guān)系是影響市場(chǎng)變化的主要因素，在激烈地市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)及投資人能否全面準(zhǔn)確地了解自己以及所處的環(huán)境，做出適時(shí)有效的市場(chǎng)決策是制勝的關(guān)鍵。市場(chǎng)供需情況就是為了解行情、分析環(huán)境提供依據(jù)，是企業(yè)了解市場(chǎng)和把握發(fā)展方向的重要手段，是輔助企業(yè)決策的重要工具。除了一些新材料新型換熱設(shè)備外管殼式換熱器需求量依然很大，如果能更近一步發(fā)展管殼式換熱器前途遠(yuǎn)大。 五、主要研究內(nèi)容、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 5.1換熱器設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 項(xiàng)目 殼程 管程 設(shè)計(jì)壓力（Mpa） 1.5 1.2 操作溫度（進(jìn)口/出口）℃ 256/220 20/60 介質(zhì) 汽油 原油 5.2主要研究內(nèi)容? 第一部分：準(zhǔn)備工作 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解固定管殼式換熱器的基本原理、性質(zhì)及應(yīng)用。在化工生產(chǎn)中的地位和作用、換熱器應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)、設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)、技術(shù)路線及其意義。 第二部分：工藝計(jì)算 固定管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)和類型、操作條件的選擇和操作方式選擇。熱量衡算、物料衡算、傳熱膜系數(shù)的確定、傳熱面積的確定、壓力降計(jì)算。 第三部分：主要受壓元件強(qiáng)度計(jì)算 換熱器殼體、管箱短節(jié)、封頭厚度確定，容器法蘭、螺栓、墊片的校核計(jì)算，管板厚度的計(jì)算，開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 第四部分 計(jì)算機(jī)繪圖及說明書的編寫 利用Auto CAD 軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個(gè)零件圖，并編寫說明書。 六、完成設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及采取的措施方法 6.1 工作條件 按照設(shè)計(jì)的需要及老師的要求查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料手冊(cè)、工具書等。并且通過autoCAD軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖。 6.2 采取的措施方法 行動(dòng)研究法是一種適應(yīng)小范圍教育改革的探索性的研究方法，起目的不在于建立理論，歸納規(guī)律，而是對(duì)教育活動(dòng)和教育實(shí)踐中的問題，在行動(dòng)研究中不斷地探索，改進(jìn)工作，解決教育實(shí)際問題。行動(dòng)研究將改革行動(dòng)與研究工作相結(jié)合，與教育實(shí)踐的具體改革行動(dòng)機(jī)密相連。（特點(diǎn)是邊執(zhí)行、邊評(píng)價(jià)、邊修改）。 模式：預(yù)診-——收集資料初步研究——擬定總體計(jì)劃——制定具體計(jì)劃——行動(dòng)——總結(jié)評(píng)價(jià) 這個(gè)方法的具體特點(diǎn)： 一是具有動(dòng)態(tài)性，所有的設(shè)想，計(jì)劃都處于一個(gè)開放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，都有可修改的； 二是較強(qiáng)的聯(lián)合性與參與性； 三是在整個(gè)研究過程中，診斷性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)貫穿于行動(dòng)研究法工作流程的始終。 首先要對(duì)研究過程進(jìn)行考察?？疾靸?nèi)容有：一是行動(dòng)背景因素以及影響行動(dòng)的因素。二是行動(dòng)過程，包括什么人以什么方式參與了計(jì)劃實(shí)施，使用了什么材料，安排了什么活動(dòng)，有無意外的變化、如何排除干擾。三是行動(dòng)的結(jié)果，包括預(yù)期的與非預(yù)期的，積極和消極的。要注意收集三方面的資料，背景資料是分析計(jì)劃設(shè)想有效性的基礎(chǔ)材料，過程資料是判斷行動(dòng)效果是不是、由方案帶來和怎樣帶來的考察依據(jù);結(jié)果資料是分析方案帶來的什么樣的效果的直接依據(jù)。 七、研究目標(biāo)、主要特色（創(chuàng)新）及工作進(jìn)度 7.1 工作的主要階段、進(jìn)度 第1周 調(diào)研、收集資料、英文翻譯 第2周 英文翻譯、組織文獻(xiàn) 第3周 組織文獻(xiàn)、撰寫開題報(bào)告 第4周 研究換熱工藝、確定設(shè)計(jì)方案 第6周 換熱工藝流程的計(jì)算、換熱器總圖設(shè)計(jì) 第8周 換熱器總圖的設(shè)計(jì) 第9周 換熱器總圖的設(shè)計(jì) 第10周 換熱器總圖的設(shè)計(jì)、主要零部件圖的設(shè)計(jì) 第11周 主要零部件圖的設(shè)計(jì) 第12周 指導(dǎo)老師全面審閱、修改圖紙 第13-15周 整理、撰寫論文、檢查、修改圖紙與論文 第16周 裝訂、檢查論文、準(zhǔn)備答辯 7.2 完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足如下基本條件 1、合理的實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； 2、結(jié)構(gòu)安全可靠； 3、便于制造、安裝、操作和維修； 4、具有較好的經(jīng)濟(jì)性。 本文在設(shè)計(jì)固定管殼式換熱器的時(shí)候，根據(jù)各方面的條件和資料仔細(xì)、合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足給出數(shù)據(jù)要求，并力求合理、經(jīng)濟(jì)。同時(shí)。在數(shù)據(jù)完成后，經(jīng)過熱量、溫度、阻力、強(qiáng)度的核算，使換熱器安全可靠，并便于操作和安裝，以人為本。 管殼式換熱器追求的目標(biāo)是：綜合傳熱系數(shù)K值高；兩側(cè)流體的壓力損失△P值低；體積的緊湊度a值高；低廉的成本和價(jià)格；性能持久和使用壽命長；制造容易和操作方便。 八、指導(dǎo)老師審查意見 Ⅱ 任務(wù)書 學(xué)院 XXX 專業(yè) XXX 班級(jí) XX 學(xué)生姓名 XX 指導(dǎo)教師/職稱 XX 1．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 原油-汽油換熱器設(shè)計(jì) 2．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)起止時(shí)間： 20XX年 10月 30日～ 20XX年 06 月 05日 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分） 換熱器設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 項(xiàng)目 殼程 管程 設(shè)計(jì)壓力（Mpa） 1.5 1.2 操作溫度（進(jìn)口/出口）℃ 256/220 20/800000 介質(zhì) 汽油 原油 [1] 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [2] 史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1989 [3] 潘國昌,郭慶豐.化工設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996 [4] 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [5] 尾花英朗著,徐忠權(quán)譯.熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1982 [6] 卓震.化工容器及設(shè)備[M].北京：中國石化出版社，1998 [7] 董舒民,姜德林煉油廠換熱器腐蝕分析及防護(hù)[J].化工技術(shù)與開發(fā), 2006年10期 35卷. [8] 趙淑芝.換熱器技術(shù)新進(jìn)展[J].石油化工動(dòng)態(tài), 1996年4期 4卷 [9] 王海名.換熱器的強(qiáng)化傳熱[J].石油化工建設(shè),2005年第2期第27卷 4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要任務(wù) （1）開題報(bào)告1份 （2）設(shè)計(jì)說明書1份 （3）設(shè)計(jì)圖樣裝配圖1張 （4）主要零件圖樣3-5張 5．任務(wù)書下達(dá)日期 20XX年 10 月 30日 指導(dǎo)教師(簽字) 原油-汽油換熱器設(shè)計(jì)開題報(bào)告 一、題目來源及類型 生產(chǎn)實(shí)際 二、研究目的和意義 節(jié)約能源是當(dāng)今世界的一種重要社會(huì)意識(shí)，是指盡可能的減少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行為。加強(qiáng)用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理以及環(huán)境和社會(huì)可以承受的措施，從能源生產(chǎn)到消費(fèi)的各個(gè)環(huán)節(jié)，降低消耗、減少損失和污染物排放、制止浪費(fèi)，有效、合理地利用能源。目前，在我國石油化工產(chǎn)業(yè)換熱器受到普遍的重視，而換熱器的廣泛應(yīng)用性，決定了換熱器換熱性能的改善設(shè)計(jì)理論的不斷創(chuàng)新，企業(yè)經(jīng)濟(jì)的收益和工業(yè)的飛速發(fā)展都具有一定的積極作用為節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境有顯著的貢獻(xiàn)。國內(nèi)一些技術(shù)設(shè)備依然落后于國外，我們應(yīng)該不怕吃苦刻苦專研尋找各種技術(shù)的突破 三、主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 [1] 錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 [2] 史美中,王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1989 [3] 潘國昌,郭慶豐.化工設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996 [4] 鄭津洋,董其伍,桑芝富.過程設(shè)備設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [5] 尾花英朗著,徐忠權(quán)譯.熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：石油工業(yè)出版社,1982 [6] 卓震.化工容器及設(shè)備[M].北京：中國石化出版社，1998 [7] 董舒民,姜德林煉油廠換熱器腐蝕分析及防護(hù)[J].化工技術(shù)與開發(fā), 2006年10期 35卷. [8] 趙淑芝.換熱器技術(shù)新進(jìn)展[J].石油化工動(dòng)態(tài), 1996年4期 4卷 [9] 王海名.換熱器的強(qiáng)化傳熱[J].石油化工建設(shè),2005年第2期第27卷 [10]吳金星（編），《高效換熱器及其節(jié)能應(yīng)用》，化學(xué)工業(yè)出版社，2009 [11]馬曉馳。國內(nèi)外新型高效換熱器[J]?；みM(jìn)展，2001，（01）：49-51 [12]盧煥章. 石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 1982. [13]李世玉. 壓力容器工程師設(shè)計(jì)指南[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社. 1996 [14]Spence.J. Tooth.A.S.Pressure Vessels Design：Concepts and Principles. Oxford： Alden Press UK 1994. [15]熊勇剛1 機(jī)械CAD 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)[ J ]1 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 1999, 18 (6) : 1025～ 1029 [16]文懷興1 對(duì)話框技術(shù)在參數(shù)化繪圖中的應(yīng)用[J ]1 西北輕工業(yè) 學(xué)院學(xué)報(bào), 1999, 17 (3) : 36～ 39 [17]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB1512891 鋼制管殼式換熱器[S ]1北京:學(xué)苑出版社, 1989 [18]賀小華1 化工設(shè)備常用結(jié)構(gòu)的參數(shù)化CAD 設(shè)計(jì)[J ]1 南京化 工大學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 19 (4) : 17～ 21。 四、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4.1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 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(duì)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)。對(duì)材料的噴涂，我國已從國外引進(jìn)生產(chǎn)線。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，應(yīng)予注意[5]。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。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業(yè)成本降低，效益提高。根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要，“十一五”期間我國經(jīng)濟(jì)增長將保持年均7.5％的速度。而石化及鋼鐵作為支柱型產(chǎn)業(yè)，將繼續(xù)保持快速發(fā)展的勢(shì)頭，預(yù)計(jì)2010年鋼鐵工業(yè)總產(chǎn)值將超過5000億元，化工行業(yè)總產(chǎn)值將突破4000億元。這些行業(yè)的 發(fā)展都將為換熱器行業(yè)提供更加廣闊的發(fā)展空間。未來，國內(nèi)市場(chǎng)需求將呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點(diǎn)；要求產(chǎn)品性價(jià)比提高；對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化、多樣化的需求趨勢(shì)強(qiáng)烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項(xiàng)目青睞大企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)產(chǎn)品。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一般石油化工企業(yè)中，換熱器的投資占全部投資的40﹪-50﹪；在現(xiàn)代石油化工企業(yè)中約占30﹪-40﹪；在熱電廠中，如果把鍋爐也作為換熱設(shè)備，換熱器的投資約占整個(gè)電廠總投資的70﹪；在制冷機(jī)中，蒸發(fā)器的質(zhì)量要占制冷機(jī)總質(zhì)量的30﹪-40﹪，其動(dòng)力消耗約占總值的20﹪-30﹪。由此可見，換熱器的合理設(shè)計(jì)和良好運(yùn)行對(duì)企業(yè)節(jié)約資金、能源和空間都十分重要。提高換熱器傳熱性能并減小其體積，在能源日趨短缺的今天更是具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 對(duì)國外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動(dòng)力、石油化工工業(yè)的發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù) 向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。螺旋折流板換 熱器是最新發(fā)展起來的一種管殼式換熱器是由美國ABB 公司提出的。其基本原理為:將圓截面的特制板安裝在”擬螺旋折流系統(tǒng)”中每塊折流板占換熱器殼程中橫剖面的四分之一其傾角朝向換熱器的軸線即與換熱器軸線保持一定傾斜度。相鄰折流板的周邊相接與外圓處成連續(xù)螺旋狀。每個(gè)折流板與殼程流體的流動(dòng)方向成一定的角度使殼程流體做螺旋運(yùn)動(dòng)能減少管板與殼體之間易結(jié)垢的死角從而提高了換熱效率。在氣一水換熱的情況下傳遞相同熱量時(shí)該換熱器可減少30 %-40 %的傳熱面積節(jié)省材料20 %-30 %。相對(duì)于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混現(xiàn)象、卡門渦街從而提高有效傳熱溫差防止流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng);在相同流速時(shí)殼程流動(dòng)壓降小;基本不存在震動(dòng)與傳熱死區(qū)不易結(jié)垢。對(duì)于低雷諾數(shù)下(Re< 1 000) 的傳熱螺旋折流板效果更為突出。 4.2 生產(chǎn)需求狀況 換熱器廣泛地應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域，在煉油、化工裝置中換熱器占總設(shè)備量和設(shè)備投資的40%左右。在換熱器設(shè)備中，因管殼式換熱器具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高、適應(yīng)性大、材料范圍廣等優(yōu)。市場(chǎng)供需關(guān)系是影響市場(chǎng)變化的主要因素，在激烈地市 -3 場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，企業(yè)及投資人能否全面準(zhǔn)確地了解自己以及所處的環(huán)境，做出適時(shí)有效的市場(chǎng)決策是制勝的關(guān)鍵。市場(chǎng)供需情況就是為了解行情、分析環(huán)境提供依據(jù)，是企業(yè)了解市場(chǎng)和把握發(fā)展方向的重要手段，是輔助企業(yè)決策的重要工具。除了一些新材料新型換熱設(shè)備外管殼式換熱器需求量依然很大，如果能更近一步發(fā)展管殼式換熱器前途遠(yuǎn)大。 五、主要研究內(nèi)容、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 5.1換熱器設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)： 項(xiàng)目 殼程 管程 設(shè)計(jì)壓力（Mpa） 1.5 1.2 操作溫度（進(jìn)口/出口）℃ 256/220 20/60 介質(zhì) 汽油 原油 5.2主要研究內(nèi)容? 第一部分：準(zhǔn)備工作 查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解固定管殼式換熱器的基本原理、性質(zhì)及應(yīng)用。在化工生產(chǎn)中的地位和作用、換熱器應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)、設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)、技術(shù)路線及其意義。 第二部分：工藝計(jì)算 固定管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)和類型、操作條件的選擇和操作方式選擇。熱量衡算、物料衡算、傳熱膜系數(shù)的確定、傳熱面積的確定、壓力降計(jì)算。 第三部分：主要受壓元件強(qiáng)度計(jì)算 換熱器殼體、管箱短節(jié)、封頭厚度確定，容器法蘭、螺栓、墊片的校核計(jì)算，管板厚度的計(jì)算，開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 第四部分 計(jì)算機(jī)繪圖及說明書的編寫利用Auto CAD 軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個(gè)零件圖，并編寫說明書。 六、完成設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件及采取的措施方法 6.1 工作條件 按照設(shè)計(jì)的需要及老師的要求查閱技術(shù)文獻(xiàn)、資料手冊(cè)、工具書等。并且通過 -3 autoCAD軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖。 6.2 采取的措施方法 行動(dòng)研究法是一種適應(yīng)小范圍教育改革的探索性的研究方法，起目的不在于建立理論，歸納規(guī)律，而是對(duì)教育活動(dòng)和教育實(shí)踐中的問題，在行動(dòng)研究中不斷地探索，改進(jìn)工作，解決教育實(shí)際問題。行動(dòng)研究將改革行動(dòng)與研究工作相結(jié)合，與教育實(shí)踐的具體改革行動(dòng)機(jī)密相連。（特點(diǎn)是邊執(zhí)行、邊評(píng)價(jià)、邊修改）。 模式：預(yù)診-——收集資料初步研究——擬定總體計(jì)劃——制定具體計(jì)劃——行動(dòng)——總結(jié)評(píng)價(jià) 這個(gè)方法的具體特點(diǎn)： 一是具有動(dòng)態(tài)性，所有的設(shè)想，計(jì)劃都處于一個(gè)開放的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，都有可修改的； 二是較強(qiáng)的聯(lián)合性與參與性； 三是在整個(gè)研究過程中，診斷性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)貫穿于行動(dòng)研究法工作流程的始終。 首先要對(duì)研究過程進(jìn)行考察。考察內(nèi)容有：一是行動(dòng)背景因素以及影響行動(dòng)的因素。二是行動(dòng)過程，包括什么人以什么方式參與了計(jì)劃實(shí)施，使用了什么材料，安排了什么活動(dòng)，有無意外的變化、如何排除干擾。三是行動(dòng)的結(jié)果，包括預(yù)期的與非預(yù)期的，積極和消極的。要注意收集三方面的資料，背景資料是分析計(jì)劃設(shè)想有效性的基礎(chǔ)材料，過程資料是判斷行動(dòng)效果是不是、由方案帶來和怎樣帶來的考察依據(jù);結(jié)果資料是分析方案帶來的什么樣的效果的直接依據(jù)。 7、 預(yù)期成果（達(dá)到目標(biāo)） （1）開題報(bào)告1份 （2）設(shè)計(jì)說明書1份 （3）設(shè)計(jì)圖樣裝配圖1張 （4）主要零件圖樣3-5張 八、工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排 第1周 調(diào)研、收集資料、英文翻譯 第2周 英文翻譯、組織文獻(xiàn) -3 第3周 組織文獻(xiàn)、撰寫開題報(bào)告 第4周 研究換熱工藝、確定設(shè)計(jì)方案 第6周 換熱工藝流程的計(jì)算、換熱器總圖設(shè)計(jì) 第8周 換熱器總圖的設(shè)計(jì) 第9周 換熱器總圖的設(shè)計(jì) 第10周 換熱器總圖的設(shè)計(jì)、主要零部件圖的設(shè)計(jì) 第11周 主要零部件圖的設(shè)計(jì) 第12周 指導(dǎo)老師全面審閱、修改圖紙 第13-15周 整理、撰寫論文、檢查、修改圖紙與論文 第16周 裝訂、檢查論文、準(zhǔn)備答辯 九、指導(dǎo)老師審查意見 -3 原油-汽油換熱器設(shè)計(jì) [摘要] 換熱器是用于各種物料之間進(jìn)行熱量傳遞的過程設(shè)備。 在浮頭換熱器設(shè)計(jì)過程中，嚴(yán)格按照GB150-98《鋼制壓力容器》和GB151-99《鋼制管殼式換熱器》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。 在本次的設(shè)計(jì)過程中，包括了兩個(gè)部分：計(jì)算部分和繪圖部分。計(jì)算部分主要是對(duì)筒體、封頭、管板、換熱管、法蘭、折流板、拉桿、鞍座等進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選型,并且，對(duì)殼體和管箱進(jìn)行了開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，最終選擇了浮頭式換熱器。除此之外，還參閱相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)及大量的文獻(xiàn)，完成了一張總裝配圖和4張零件圖的繪制。 [關(guān)鍵詞]：換熱器，浮頭，設(shè)計(jì) I Crude oil-?gasoline heat exchanger design [Abstract] Heat exchanger in oil refining,petrochemical,and widely used in other professions,it is suitable for cooling,heating,evaporation and condensation,heat recovery,and various other aspects. Among them,shell-and-tube heat exchanger in the heat transfer efficiency,size of equipment and metal consumption than other new type of heat-exchange equipment,but it has a strong structure,flexibility,high reliability,widely used and so on,so the project is still being widely used. Structure design of shell-and-tube heat exchanger,is to ensure that the heat exchanger and the quality of life,you must consider many factors,such as material,pressure,temperature and wall temperature difference,scaling,fluid properties,as well as maintenance and cleaning,and so on to choose an appropriate structure. With a form of heat exchangers,for a variety of conditions,often used structures are not the same. In the engineering design, in addition to the series of training as much as possible, it is often designed according to its own specific conditions to meet the needs of the technology (the most efficient and economical manufacturing of heat exchangers supported by the most reasonable and appropriate conditions, So on). [Key words]:shell-and-tube heat exchanger;use;heat exchanger I 目錄 1 前言 1 1.1 換熱器的應(yīng)用 1 1.2 換熱器的主要分類 1 1.3 換熱器簡(jiǎn)介 6 1.4 選擇換熱器類型 6 2 工藝計(jì)算 7 2.1設(shè)計(jì)條件 7 2.2 初算換熱器傳熱面積 7 2.3 壓力降的計(jì)算 13 2.4 換熱器的壁溫計(jì)算 14 3 換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度的計(jì)算 16 3.1 殼體與管箱厚度的確定 16 3.2 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 18 3.3 水壓試驗(yàn) 22 3.4 換熱管 23 3.5 管板設(shè)計(jì) 24 3.6 折流板 28 3.7 拉桿與定距管 29 3.8 防沖板 31 3.9 保溫層 31 3.10法蘭與墊片 31 3.11 鉤圈式浮頭 33 3.12 分程隔板 39 3.13 鞍座 39 3.14 接管的最小位置 41 4 總結(jié) 43 參考文獻(xiàn) 44 致 謝 45 III 1 前言 換熱器是將熱流體的一部分的熱量傳遞給冷流體的換熱設(shè)備，使流體的溫度能夠滿足工藝過程的要求，又稱換熱器。換熱器是化工、汽油、電力、食品等工業(yè)部門常用的設(shè)備，在生產(chǎn)中起著重要作用。換熱器種類龐雜，但根據(jù)冷熱流體換熱的原理和方式，可大致分為三類：內(nèi)壁式、混合式和再生式。在三種換熱器中，壁間換熱器是應(yīng)用最廣泛的。 1.1 換熱器的應(yīng)用 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要功能是將能量從高溫流體傳遞到低溫流體。達(dá)到流體溫度以滿足工藝要求。另外，換熱器也是收受接管廢熱、廢熱，特別是低熱能的有效裝置。 1.2 換熱器的主要分類 工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)用途、工作條件和物料特性的不同，出現(xiàn)了不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱器。 1.2.1 換熱器的分類及特點(diǎn) 根據(jù)不同的傳熱方式，換熱器可分為三種類別： 1、直接接觸式換熱器 這種換熱器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格優(yōu)惠。它通常被制成一個(gè)塔，但它只適用于兩種流體在技術(shù)上混合的情況。 2、再生換熱器在這種換熱器中，換熱是由格子磚或填料等再生器完成的。 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，單位體積傳熱面積大，更適合燃?xì)鈸Q熱的局面。 3、壁間換熱器 這是工業(yè)上使用最廣泛的換熱器。冷熱流體由固體壁分離，并且通過壁面進(jìn)行傳熱。 1.2.2 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) 管殼式換熱器是最廣泛使用的換熱器中的一個(gè)。主要的構(gòu)件有外殼，傳熱管束，管板，擋板，管箱等。具體的結(jié)構(gòu)示于下圖。外殼是大多與管內(nèi)的一束圓柱形的。管端部被固定到管板。該管的軸線平行于所述殼體的軸線。有兩種類型的熱流體和冷流體，一個(gè)是管內(nèi)的流體，被稱為管側(cè)的流體，而另一個(gè)是在管外流體，被稱為殼側(cè)流體。為了增加在殼過程中的流體的速度，提高了傳熱性能，擋板設(shè)置在殼側(cè)。擋板可以增加流體的速度在殼，從而允許流體通過束多次在指定距離傳遞，從而增加了流體的湍流。 每次流體通過管束時(shí)稱為管程；每次流體通過殼體時(shí)的過程稱為殼程，圖0顯示了最簡(jiǎn)單的單殼單管換熱器。為了提高管道內(nèi)的流體速度，可在兩頭的箱體內(nèi)安裝分離器，所有管道可分為若干組。這樣，流體一次只通過管道的一部分，因此它在管束中往來運(yùn)動(dòng)多次，稱為多管；類似地。多管多殼可同時(shí)使用。 該換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的特點(diǎn)。多種結(jié)構(gòu)材料是可用的。管容易清潔，適應(yīng)性強(qiáng)，并且可在高溫和高壓下使用。然而，有必要提高每單位傳熱表面的熱傳遞效率，結(jié)構(gòu)緊湊，以及金屬的消耗。 圖1 管殼式換熱器 固定管板換熱器:其結(jié)構(gòu)如圖1所示。換熱器的管端通過焊接或收縮固定在兩個(gè)管板上,管板通過焊接與殼體連接。與其它類型的管殼式換熱器相比,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。當(dāng)殼體直徑相同時(shí),可以布置更多的管子。而且易于分割,制造成本較低。由于沒有彎曲部分，這是不容易在管道藏污納垢，即使它是臟的，很容易潔凈。如果管道泄漏或損害，很容易勸止或調(diào)換管，但它不能在管的外表面上機(jī)械清洗，并且難以檢查。不適合處。 45 理臟或有腐蝕性介質(zhì)。的主要缺點(diǎn)是，當(dāng)管壁溫度或材料的線性膨脹系數(shù)大大不同，該管殼會(huì)產(chǎn)生大的溫度差的應(yīng)力。因此，為了降低溫度差應(yīng)力，它通常需要在外殼上安裝一個(gè)膨脹接頭，和膨脹接頭能夠在外力作用下產(chǎn)生大的變形，并且所述束和之間的溫差應(yīng)力套管被降低。 圖2 固定管板式換熱器 浮頭式換熱器：在圖2中它的結(jié)構(gòu)中示出了管板的浮頭式換熱器的一個(gè)端部被固定在殼體上，并與管板在另一端是自由浮動(dòng)在殼體中。在殼體和管束可自由膨脹。所以，當(dāng)兩種介質(zhì)間的溫度差較大時(shí)，管束與殼體之間沒有溫度差的應(yīng)力。浮動(dòng)端可以被設(shè)計(jì)為可拆卸的結(jié)構(gòu)，從而使得管束可以容易地插入或著拉出外殼。(也可以設(shè)計(jì)為不可移動(dòng))。這為維護(hù)和潔凈提供了方便。但換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在運(yùn)行過程中不知道浮頭的暴露情況。因此,安裝時(shí)應(yīng)特別注意密封。 浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)是：（1）在管束可以取出以便于殼側(cè)的清洗;（2）在介質(zhì)之間的溫度差沒有局限;（3），它可以在高溫和高壓下工作，并且溫度一般小于或者等于450度。壓力小于或等于6.4兆帕;（4）可在結(jié)垢嚴(yán)重的狀況下使用;（5）可以在上管側(cè)容易腐蝕的情況下使用。浮頭換熱器的缺點(diǎn)是:(1)浮頭小,容易發(fā)生內(nèi)部泄漏;(2)金屬材料消耗量比較大,成本高約20%;3)結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜 圖3 浮頭式換熱器 U型管換熱器：其結(jié)構(gòu)示于圖3中管束被盤曲成不同的曲率半徑的U形管。U形管的兩頭被固定在同一個(gè)管板，以形成一個(gè)管束，從而消除了管板和管箱。由于管束從外殼分離，當(dāng)加熱膨脹時(shí)，管束是不受約束，并且溫度差應(yīng)力被消除了。因?yàn)閺濐^的外壁較薄，管束的中間間隙是大的，并且U形管換熱器具有的壓力差承受能力和較差的熱傳遞能力的缺點(diǎn)。 圖4 U型管換熱器 U型管換熱器:其結(jié)構(gòu)如圖3所示。一束管子彎成不同曲率半徑的U形管。U形管的兩端固定在同一管板上形成管束,從而清除了管板和管箱。由于管束與殼體分離,加熱膨脹時(shí),有管束之間沒有束縛，消除了溫差應(yīng)力。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，管束可在殼體被拉出，并且在管道外部的潔凈是方便的，但管內(nèi)的潔凈是困難的，所以最好讓防污材料直接穿過管道。由于彎頭的外壁較薄，在管束的中間的間隙是大的，并且U形管換熱器具有的壓力差承受能力和較差的熱傳遞能力的缺點(diǎn)。 圖5 雙重管式換熱器 填料漏斗換熱器:圖5為填料漏斗換熱器的結(jié)構(gòu)。管束一頭用填料密封,另一頭用螺栓夾在管箱法蘭和殼體法蘭之間。去除管箱、包裝蓋等相關(guān)部件后,即可將管束從殼體中取出,這是很容易清潔。管束可以自由地膨脹和收縮，并具有相同的優(yōu)點(diǎn)浮頭熱大的蓋殼體的的減少，該結(jié)構(gòu)比浮頭式換熱器更簡(jiǎn)單和成本低。然而，該填料是容易側(cè)漏，工作壓力和溫度的限制，并且直徑不應(yīng)該太大。 圖6 填函式換熱器 1.3 換熱管簡(jiǎn)介 換熱管是管殼式換熱器的重要傳熱元件。采用高效換熱元件是提高換熱器傳熱性能最妥當(dāng)、最有效率的途徑。 殼管式換熱器具有應(yīng)用有著悠久的歷史。作為一個(gè)傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)熱交換器，殼和管式熱交換器已被廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域。特別是在化學(xué)，石油，能源設(shè)備和其他部門，殼和管式熱交換器中使用的熱交換器仍處于領(lǐng)先地位。因此，這種設(shè)計(jì)畢業(yè)的重點(diǎn)是工藝設(shè)計(jì)和浮頭熱交換器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1.4 選擇換熱器類型 兩流體溫度變化情況：原油進(jìn)口溫度20℃，出口溫度60℃；汽油進(jìn)口溫度256℃，出口溫度220℃。由于溫差較大和要便于清洗殼程污垢，故采用浮頭式列管換熱器為宜。 2 工藝計(jì)算 2.1 設(shè)計(jì)條件 表1汽油與原油的操作參數(shù) 原 油 汽 油 設(shè)計(jì)壓力 （Mpa） 進(jìn)口溫度（°C） 出口溫度（°C） 流 量 （kg/h） 進(jìn)口溫度 （°C） 出口溫度 （°C） 流 量 （kg/h） 20 80 44000 256 220 34000 1.5/1.2 定性溫度：取流體進(jìn)、出口溫度的平均值。 ℃； （1） ℃； （2） 表2汽油與原油的物性參數(shù) 名稱 平均溫度（℃） 比熱kJ/kg·℃ 導(dǎo)熱系數(shù)W/（m·℃） 密度 kg/ m3 粘度（ ×10-3）Pa·S 熱阻（ ×10-3）m2·K/w 原油 50 3.17 0.140 805 8.10 0.52 汽油 238 2.89 0.089 685 0.262 0.52 2.2初算換熱器傳熱面積 2.2.1 流程安排 選擇汽油走殼程、原油走管程。以便于清理。 2.2.2估算換熱器傳熱面積 （1）傳熱計(jì)算（熱負(fù)荷計(jì)算） 熱負(fù)荷： （3） 式中：mc，mh——冷熱流體的質(zhì)量流量，kg/s； cpc，cph——冷熱流體的定壓比熱，J/(kg·k)； ti，to——冷流體的進(jìn)、出口溫度，k； Ti，To——熱流體的進(jìn)、出口溫度，k。 理論上，=，實(shí)際上由于熱量損失，≠，通常熱負(fù)荷應(yīng)該取max（，）。 ； ； 故。 （2）有效平均溫差的計(jì)算 ℃； （4） （3）按經(jīng)驗(yàn)值初選總傳熱系數(shù) 查表選得=180W/（㎡﹒℃）； （4）初算出所需的傳熱面積 ； （5） 2.2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸 （1）管徑和管內(nèi)流速 在φ25mm×2.5毫米較高等級(jí)的冷拔傳熱管（碳素鋼）被選擇，并且在管中的流動(dòng)速度是UI =1.2米/秒。 （2）管程數(shù)和傳熱管數(shù) 依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速來確定單程傳熱管數(shù) (根）； （6） 根據(jù)單管程進(jìn)行計(jì)算，所需要的傳熱管長度為 ； （7） 根據(jù)單管程設(shè)計(jì)，傳熱管變長，因此可以采用多管程結(jié)構(gòu)。依據(jù)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，取傳熱管長l=7m，則該換熱器的管程數(shù)為 （管程）； （8） 傳熱管總根數(shù)n=39×4=156（根） （3）殼體直徑 取用多管程結(jié)構(gòu)，換熱管采用正方形排列法，查GB151-1999可知管心距Pt=32，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為44mm。殼體直徑按下式進(jìn)行預(yù)算。取管板利用率η=0.6，則殼體直徑為 ； （9） 取D=1000mm。 （4）折流板 本次設(shè)計(jì)應(yīng)用弓形折流板，弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，所以切去的圓缺高度為 h=0.25×1000=250mm； 故取h=250mm。 取折流板間距B=0.2D，則 B=0.2×1000=200mm； 取B=200mm 折流板數(shù)目NB 塊； （10） 2.2.4總傳熱系數(shù)K的校驗(yàn) 總傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式如下： ； （11） （1）管程流體傳熱膜系數(shù) 管程流體流通截面積： si=0.785×0.022×39=0.0122m2； （12） 管程流速： ； （13） 雷諾數(shù)： ； （14） 可知流體處于過渡流狀態(tài)； ； （15） 當(dāng)流體處于過渡流狀態(tài)的時(shí)候，對(duì)流傳熱系數(shù)可先按湍流的公式計(jì)算，然后把計(jì)算結(jié)果乘以校正系數(shù)f，即可得到過渡流下的對(duì)流傳熱膜系數(shù)。 ； （16） 而湍流情況下的計(jì)算如下： 由于，因?yàn)樵褪歉哒承粤黧w時(shí)，Sieder-泰特對(duì)比中的應(yīng)用： ； (17) 工程，當(dāng)液體被加熱時(shí)，取，當(dāng)液體被冷卻，取，管式流體原油被加熱，則存在 W/（m2﹒K）； 故管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)為： W/（m2﹒K）； (18) （2）殼程流體傳熱膜系數(shù)： 管程流體流通截面積： ； (19) 管程流速： ； (20) 當(dāng)換熱管正方形陳列時(shí)，其當(dāng)量直徑為 ； (21) 雷諾數(shù)： ； (22) ； (23) 故可用Kern法求，即： ； (24) 與都已經(jīng)算出，而，， ，同時(shí)查鋼管壁熱導(dǎo)率為，則有 ； （25） 故，合適。 2.2.5校核平均溫差 與平均溫差有關(guān)參數(shù)的計(jì)算如下： ； （26） ； （27） 由已知的R值和P值，根據(jù)單殼程、6管工藝，通過檢查溫度校正系數(shù)圖可以得到溫度校正系數(shù)，因此，有效平均溫度差為： ℃ ； （28） ，采用單殼程合適。 2.2.6校核換熱面積 實(shí)際傳熱面積： ； （29） ； （30） 面積裕度： ； （31） 由此可知，滿足換熱器類型要求。 2.3壓力降的計(jì)算 按管程壓降、殼程壓降分別計(jì)算。 2.3.1管程壓力降 ； （32） 式中：——結(jié)構(gòu)修正系數(shù)，對(duì)于的管子，采取Ft=1.4；對(duì)于的管子，采取Ft=1.5； ——管程數(shù)； ——串聯(lián)的殼程數(shù)。 由Re=2365，傳熱管的相對(duì)粗糙度為0.1，查λ-Re雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖可以得出λ=0.04 ； （33） ； （34） ； 經(jīng)查，管程壓力降在允許的范圍內(nèi)。 2.3.2殼程的壓力降 當(dāng)擋板安裝在殼體側(cè)時(shí)，管子外部的流體流動(dòng)是平行流動(dòng)和交叉流動(dòng)的重合。雖然管束是筆直的，但流動(dòng)會(huì)變復(fù)雜。源于制造和安裝公差當(dāng)中不可避免的縫隙，可能發(fā)生側(cè)漏和旁路，由于在熱交換器管中橫向清洗流體引起的渦流，使得流動(dòng)變得更加的復(fù)雜。 下面通過埃索法來計(jì)算： ； （35） 式中：——流體通過管束的壓力降，Pa； ——流體通過折流板缺口的壓力降，Pa； ——?dú)こ虊毫档慕Y(jié)垢修正系數(shù)，1.15可用于液體；1.0氣體。 ； （36） ； （37） 式中：——管子陳列方法對(duì)壓力降的修正系數(shù)，三角形排列。正方形排列，轉(zhuǎn)置正方形排列； ——?dú)こ塘黧w的摩擦系數(shù)，當(dāng)時(shí)，； ——橫過管束中心線的管子數(shù)，對(duì)于三角形排列；對(duì)于正方形排列； ； （38） ； （39） 則有： Pa； Pa； ； 經(jīng)查，殼程壓力降在允許的范圍內(nèi)。 2.4換熱器壁溫計(jì)算 2.4.1換熱管壁溫計(jì)算 熱流體側(cè)的壁溫： ； （40） 冷流體側(cè)的壁溫： ； （41） ℃。 （42） 2.4.2圓筒壁溫的計(jì)算 由于熱交換器殼體具有在外部具有良好的絕緣層，所述殼壁溫度下進(jìn)行的殼側(cè)流體的平均溫度：℃。 3 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 3.1殼體與管箱厚度的確定 設(shè)計(jì)溫度選擇為350℃;設(shè)計(jì)壓力是2.5兆帕。 3.1.1殼體和管箱材料的選擇 綜合成本和運(yùn)行條件，選用Q345R作為管殼箱材料。 焊接方法：被選擇為雙面焊接的對(duì)接接頭，100％的非破壞性測(cè)試，因此焊接系數(shù)：。 根據(jù)GB6654《壓力容器用鋼板》和GB3531《低溫壓力容器用低合金鋼板》規(guī)定可知對(duì)Q345R鋼板其。 假設(shè)材料的許用應(yīng)力兆帕MPa（當(dāng)厚度為6～16mm），如下所述殼的計(jì)算的厚度的計(jì)算方法： ； （43） 設(shè)計(jì)厚度； 名義厚度（是向上圓整量）； 檢查最小厚度為12mm，則厚度符合要求，檢查后，沒有變化，所以它是適合的。 3.1.2管箱厚度計(jì)算 管箱由兩部分組成：短節(jié)和頭部，由于前后管箱的形式不同，因此前后管箱的厚度計(jì)算是分開的。 （1）前端管箱厚度計(jì)算 由于橢圓封頭的應(yīng)力分布很均勻，橢圓封頭的深度比半球形封頭要小，所以前管箱是橢圓的，易沖壓成形。 此時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭被選用，故，和上述相同，所以封 頭計(jì)算厚度為： ； （44） 設(shè)計(jì)厚度； 名義厚度（為向上圓整量）； 經(jīng)過檢查，無變化，查JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可以得到封頭的參數(shù)型號(hào)如下： 表3 DN1000標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度H(mm) 內(nèi)表面積A(m2) 容積V(m3) 封頭質(zhì)量（kg） 1000 275 1.1625 0.1505 109.1 短節(jié)部分的厚度和封頭處的厚度都為12mm。 （2）后端管箱厚度計(jì)算 外頭蓋的內(nèi)直徑為1100mm，這可在“浮頭蓋計(jì)算”部分看到。 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭被選用，，和上述一樣，所以計(jì)算厚度為： ； 厚度； 故取厚度為13mm 查得，沒有變化，合適。查得JB/T4746—2002《鋼制壓力容器用封頭》可得封頭的參數(shù)型號(hào)如下： 表4 DN1100標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) DN(mm) 總深度H(mm) 內(nèi)表面積A(m2) 容積V(m3) 封頭質(zhì)量（kg） 1100 300 1.3980 0.1980 153.3 短節(jié)部分的厚度和封頭處厚度都是14mm。 3.2開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的浮頭換熱器，殼程流體進(jìn)出口布置在殼程上，管程流體進(jìn)出口布置在前管箱上，換熱器上不可避免地要開孔。開孔不僅削弱了換熱器壁的強(qiáng)度，而且破壞了管殼之間的連接，產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，給換熱器的安全運(yùn)行帶來隱患。因此，有必要對(duì)結(jié)構(gòu)開孔進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，以保證換熱器的正常運(yùn)行。 3.2.1殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 殼程出口和入口的公稱直徑都是350mm，應(yīng)該按照無縫鋼管厚度系列，選擇接管的規(guī)格為mm，外伸高度為200mm，接管為20號(hào)碳鋼管。 （1）補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： 補(bǔ)強(qiáng)判斷：根據(jù)GB150表8-1，不允許額外補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為，本次開孔接管外徑為377mm，因此再需考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 開孔直徑： ； （45） 上述滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的要求，所以可以使用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 （2）開孔補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算： 強(qiáng)度削弱系數(shù)： ； （46） 接管有效厚度： ； （47） 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： ； （48） （3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍： 有效寬度B： ； （49） 有效高度： （a）外側(cè)有效高度為： ； （50） （b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ； （51） （4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 殼體有效厚度： ； （52） 殼體多余的金屬面積： ； （53） 接管計(jì)算厚度： ； （54） 接管多余金屬面積： ； （55） 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）： ； （56） 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： ； （57） （5）另需補(bǔ)強(qiáng)面積： ； （58） 采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，依據(jù)接管公稱直徑DN350，對(duì)照J(rèn)B/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈的標(biāo)準(zhǔn)，取用D型坡口的補(bǔ)強(qiáng)圈，其外徑，內(nèi)徑。因?yàn)?，所以補(bǔ)強(qiáng)圈在有效的補(bǔ)強(qiáng)范圍。 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度： ； (59) 圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列，。 3.2.2前端管箱開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì) 管程出入口公稱直徑都為250mm，依據(jù)無縫鋼管厚度系列，選擇接管的規(guī)格是mm，外伸高度是200mm，接管是20號(hào)碳鋼管。 （1）補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別： 補(bǔ)強(qiáng)判斷：依據(jù)GB150表8-1，不允許額外補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為，本次開孔接管外徑為273mm，所以需要另行考慮其補(bǔ)強(qiáng)。 開孔直徑： ； (60) 滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的要求，所以可以選用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。 （2）開孔補(bǔ)強(qiáng)面積計(jì)算： 強(qiáng)度削弱系數(shù)： ； (61) 接管有效厚度： ； (62) 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： ； (63) （3）有效補(bǔ)強(qiáng)范圍： 有效寬度B： ； (64) 有效高度： （a）外側(cè)有效高度為： ； (65) （b）內(nèi)側(cè)有效高度為： ； (66) （4）有效補(bǔ)強(qiáng)面積： 殼體有效厚度： ； (67) 殼體多余的金屬面積： ； (68) 接管計(jì)算厚度： ； (69) 接管多余金屬面積： (70) 接管區(qū)焊縫面積（焊腳取為6mm）： ； (71) 有效補(bǔ)強(qiáng)面積： ； (72) （5）另需補(bǔ)強(qiáng)面積： ； (73) 采取補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)，依據(jù)接管公稱直徑DN250，對(duì)照J(rèn)B/T4736-2002補(bǔ)強(qiáng)圈的標(biāo)準(zhǔn)，采用D型坡口的補(bǔ)強(qiáng)圈，外徑為，內(nèi)徑為。由于，所以補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)。 補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度： ； (74) 圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列，。 3.3 水壓試驗(yàn) 設(shè)試驗(yàn)溫度為常溫，則有 ； (75) 則校核水壓試驗(yàn)時(shí)圓筒的薄膜壓力： 。 （76） 3.4 換熱管 采用mm的換熱管，20號(hào)鋼為選用材料。 3.4.1 換熱管的排列方式 換熱管在管板上的布置形式主要有三角形布置、方形布置、角三角形布置和角方形布置。正三角形布置可以在同一管板區(qū)域布置最多數(shù)量的管子，因此最常用，但不容易清理管子外部。為了便于管外清潔，可采用方形或角方形布置的管數(shù)。 圖7 換熱管排列形式 檢查GB151-1999，熱交換管的中心距離Pt=32mm，并在相鄰的管的上分割分區(qū)箱的兩側(cè)上的中心距為44毫米；與此同時(shí)，因?yàn)闊峤粨Q管所需要的管之間的機(jī)械清洗，在相鄰的兩個(gè)管中的間隙距離（SD）在兩者之間不應(yīng)該小于6mm。 3.4.2 布管限定圓 ； （77） 根據(jù)GB151-1999得，b=5，b1=5，bn=13.5，故b2= bn+1.5=15，所以 。 3.4.3 排管 拉桿應(yīng)該均勻布置在管束的外邊緣，在折流板缺邊處布置拉桿，距離小于或著等于700mm。拉桿中心到折流板缺邊的距離最好控制在換熱管中心距（0.5～1.5）的范圍。 多管式換熱器應(yīng)具有相同的數(shù)目的管中的每個(gè)處理，并且相對(duì)誤差應(yīng)在10％之內(nèi)進(jìn)行控制，最大不應(yīng)超過20％。 相對(duì)誤差計(jì)算： ； （78） 式中：——各程的平均管數(shù)； ——各程中最小或最大的管數(shù)。 3.5 管板設(shè)計(jì) 管板是殼和管式熱交換器中的重要部件之一。它被用來安排換熱管在管側(cè)的流體從所述殼側(cè)流體中分離，避免了熱和冷流體的混合，并且還壓力和管側(cè)的溫度和殼側(cè)。由于流體的低腐蝕性，在工程中常用的單片16MnR鋼管板被使用 3.5.1 管板與殼體的連接 因?yàn)楦☆^式換熱器要求管束必須要從殼體上拆分下來進(jìn)行潔凈和修護(hù)，所以換熱器固定端的管板選擇可以拆卸的連接方式。 3.5.2 管板計(jì)算 （1）管板名義厚度計(jì)算： 管板外圓直徑選用1087mm（依據(jù)JB4703—1992，A1000—2.5中D4）； 密封面寬度： ； (79) 則 mm， （80） mm； （81） ； （82） mm2； （83） mm2； （84） ; （85） mm2； （86） ； （87） ； （88） ，； （89） L為熱交換管的有效長度，等于兩管板的內(nèi)部的長度，并且所述管板的公稱厚度（包括結(jié)構(gòu)尺寸），則： 。 （90） 查GB150可知，；則： ； （91） ； （92） ； （93） ； （94） 查GB151—1999圖23（b），得C=0.41，查GB150—1998表F2,，。 ； （95） 根據(jù)GB151—1999圖32查算： ； （96） 查GB151—1999附錄J，i=8.004mm ； （97） ； （98） 管板計(jì)算厚度為： ； （99） 管板的公稱厚度為計(jì)算厚度加上結(jié)構(gòu)尺寸和腐蝕裕量； 管側(cè)：結(jié)構(gòu)開槽5mm，C2=3mm（小于開槽深度，不計(jì)入）； 殼側(cè)：結(jié)構(gòu)尺寸為零，C2=3mm。 ； 取=85mm。 原設(shè)=100mm，計(jì)算值為=85mm；重新假設(shè)=85mm，重復(fù)以上步驟進(jìn)行計(jì)算： ； （100） ； （101） ； （102） ； （103） 重查C，得，則： (104) ； 故取=85mm是合適的。 （2）換熱管的軸向應(yīng)力校核： 軸向應(yīng)力應(yīng)按下列三種條件分別計(jì)算： 管程設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力： ； ； (105) ； (106) ； (107) 查GB151—1999圖24（b）得 ； (108) ，校核通過。 殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力： ； (109) ； (110) ； (111) ； (112) 查GB151—1999圖24（b）得 ； (113) ，校核通過。 殼程設(shè)計(jì)壓力與管程設(shè)計(jì)壓力同時(shí)作用： ； (114) ； (115) ； (116) ，校核通過。 它可以從上面的三個(gè)工作條件，該熱交換管的軸向應(yīng)力是正確的是已知的，并且該熱交換管的軸向應(yīng)力滿足要求。 （3）換熱管與管板連接的拉脫力校核： ——取換熱管軸向應(yīng)力三種工況的絕對(duì)值最大值，故 ——換熱管最小伸出長度，查GB151-1999可知 ； ——最小坡口深度，； ； (117) ； (118) 許用拉脫力： ； (119) ，校核通過。 3.6 折流板 擋板可以增加殼側(cè)流體的速度，增加湍流，并且可以垂直沖洗管式流體用來改善熱傳遞，增加了殼側(cè)流體的傳熱系數(shù)，并減少結(jié)垢。它們還支持水平熱交換器。常見的擋板是弓形的且圓盤狀。有三種類型的弓導(dǎo)流板：?jiǎn)魏Y(jié)，雙弓和三鞠躬。然而,單弓形折流板在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。 3.6.1 折流板的型式和尺寸 在這個(gè)過程中的設(shè)計(jì)，在環(huán)形擋板的兩端選擇，并且所述單弓擋板在中間，其被布置在向上和向下方向上使用。這可能會(huì)導(dǎo)致液體的嚴(yán)重干擾，增加傳熱膜系數(shù)，并且還支持浮頭。 為了材料的便利，選擇折流板的材料為16MnR，通過上述計(jì)算，弓形缺口高度為250mm，折流板的間距為200mm，數(shù)量為29塊，查GB151-1999可知折流板的最小厚度為8mm，故此時(shí)可選其厚度為8mm。同時(shí)查GB151-1999可知折流板名義外直徑為。 3.6.2 折流板排列 該臺(tái)換熱器折流板排列示意圖如下所示： 圖8 折流板排列示意圖 3.6.3 折流板的布置 管束兩頭的折流板應(yīng)該盡可能靠近殼程進(jìn)、出口管，其余折流板按照等距離布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的距離l應(yīng)按下式計(jì)算： ； (120) 式中：——?dú)こ探庸芪恢玫淖钚〕叽?，mm； ——管板的名義厚度，mm； ——獲得耐沖擊板的長度，如果沒有防撞擊板，它應(yīng)該是管道，毫米的內(nèi)徑； 3.7 拉桿與定距管 3.7.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式 常見的拉桿有兩種：固定節(jié)距拉桿管結(jié)構(gòu)，可以用于外徑大于或著等于19mm的換熱器管束；拉桿和擋板的點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)；外徑小于或等于14mm的管束。當(dāng)管板較薄時(shí)，也可采用其他連接結(jié)構(gòu)。 本次設(shè)計(jì)換熱管的外徑為25 mm，可以選用橫拉桿定距管結(jié)構(gòu)。這個(gè)換熱器的橫拉桿兩端都是螺紋連接的。 3.7.2 拉桿的直徑、數(shù)量及布置 其具體尺寸如下圖所示： 圖9 拉桿的連接尺寸 表5 拉桿的參數(shù) 拉桿的直徑d 拉桿螺紋公稱直徑dn La Lb b 拉桿的數(shù)量 16 16 20 ≥60 2 8 其中拉桿的長度L按需要確定。 3.7.3 定距管 定距管的規(guī)格和換熱管一樣，長度需要實(shí)際情況確定。本臺(tái)換熱器定距管的布置可以參照部件圖。 3.8 防沖板 防沖板是為了減少流體的不均分布和流體對(duì)換熱管端的直接沖蝕而固定在殼程進(jìn)口處的保護(hù)裝置，由于殼程流體 ； (121) 而且管程流體的流速，所以在本臺(tái)換熱器中沒必要設(shè)置的殼程與管程的防沖板。 3.9 保溫層 根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選取保溫層材料，脲甲醛泡沫塑料，其物性性能如下： 表6 保溫層物性參數(shù) 密度 （kg/