合成氨裝置-五級(jí)閃蒸汽熱交換器設(shè)計(jì)含10張CAD圖

合成氨裝置-五級(jí)閃蒸汽熱交換器設(shè)計(jì)含10張CAD圖,合成氨,裝置,閃蒸,熱交換器,設(shè)計(jì),10,cad 題目名稱 合成氨裝置-五級(jí)閃蒸汽熱交換器設(shè)計(jì) 題目來源 國(guó)家、?。ú浚┘?jí) 市、校級(jí) 企業(yè)（公司） √ 其他 題目類型 √ 工程設(shè)計(jì) 應(yīng)用研究 基礎(chǔ)研究 其他 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)概述 1.課題研究的意義 換熱設(shè)備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個(gè)方面。其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等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、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。 石油、化工、熱能、動(dòng)力等工業(yè)部門所使用的換熱器中，管殼式換熱器居主導(dǎo)地位，氨肥行業(yè)也不例外。合成氨工業(yè)中，管殼式換熱器數(shù)量多，換熱器的型式、材質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度等設(shè)計(jì)條件的合理選擇，換熱管布管等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，直接決定了換熱器的使用壽命、投資額度、換熱效果及產(chǎn)品收率。換熱器設(shè)計(jì)在合成氨工業(yè)中的重要性不言而喻。因此，對(duì)合成氨裝置-五級(jí)閃蒸汽熱交換器設(shè)計(jì)有著非常重要的意義。 2.畢業(yè)設(shè)計(jì)的依據(jù)及參數(shù) 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們必須全面掌握熱交換器的工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度計(jì)算以及CAD制圖，掌握熱交換器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法，具備工程設(shè)計(jì)的能力。設(shè)計(jì)要求如下：H2S：進(jìn)出口溫度-55/-20，流量5000 m3/hr，壓力0.12MPa；液氨：進(jìn)出口溫度-18/-30，壓力2MPa。 3.課題的研究現(xiàn)狀 管殼式換熱器單位體積內(nèi)能夠提供較大的傳熱面積，傳熱效果比較好，并且適應(yīng)性較強(qiáng)，是生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的換熱設(shè)備。在經(jīng)濟(jì)水平飛速發(fā)展的現(xiàn)在社會(huì)，人們開始更多地重視生活上每一個(gè)細(xì)節(jié)的品質(zhì)，也愈來愈需要更充裕更加便捷的熱能供應(yīng)形式，作為一種傳統(tǒng)的換熱設(shè)備的管殼式換熱器，由于其構(gòu)造簡(jiǎn)單，解決能力大、選材區(qū)域廣，適應(yīng)性強(qiáng)，容易制造而且成本相對(duì)低，方便清洗，在高溫高壓下也可以適用等很多的優(yōu)點(diǎn)，依然在換熱器中占主導(dǎo)位置。對(duì)于各型換熱器的強(qiáng)化換熱技術(shù)的研究，主要集中在對(duì)換熱器內(nèi)流體流態(tài)變化以及對(duì)各部件的參數(shù)優(yōu)化研究?jī)煞矫?，而?duì)換熱器部件參數(shù)的主要研究對(duì)象就是換熱管（板）排列方式（順排或叉排）、換熱管（板）排數(shù)、換熱管（板）間距大小、肋片布置間距、肋片形狀。 4.課題研究的內(nèi)容 （1）工藝計(jì)算 熱力工藝計(jì)算 ① 熱平衡計(jì)算：熱平衡計(jì)算，并確定傳熱對(duì)數(shù)平均溫差； ② 總傳熱系數(shù)的計(jì)算：初步確定換熱器的結(jié)構(gòu)，冷、熱側(cè)流體的對(duì)流換熱系數(shù)及總傳熱系數(shù)的計(jì)算； ③ 總傳熱面積的確定：由傳熱方程，確定換熱器的總換熱面積和最后結(jié)構(gòu)參數(shù)； ④ 阻力計(jì)算：根據(jù)所確定的設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定流體的流動(dòng)阻力降。 強(qiáng)度校核計(jì)算 ① 換熱器總體結(jié)構(gòu)及零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)； ② 對(duì)受壓元件進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。 （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 管殼式換熱器的材料應(yīng)根據(jù)操作壓強(qiáng)、溫度及流體的腐蝕性等來選用。在高溫下一般材料的機(jī)械性能及耐腐蝕性能要下降。同時(shí)具有耐熱性、高強(qiáng)度及耐腐蝕性的材料是很少的。目前，常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅和鋁等；非金屬材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根據(jù)實(shí)際需要，可以選擇使用不銹鋼材料。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)行壽命，必須考慮很多因素如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等等來選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。 在合成氨裝置中，合理設(shè)計(jì)換熱器結(jié)構(gòu)，對(duì)實(shí)現(xiàn)工藝過程、提高傳熱效率、節(jié)省能源及降低設(shè)備投資等方面有重要的意義。因此，設(shè)計(jì)換熱器時(shí)應(yīng)反復(fù)計(jì)算，綜合分析，不斷調(diào)整優(yōu)化換熱器結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步提高整體傳熱效率，以獲得滿足工藝要求的最優(yōu)結(jié)果。 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求包括：管子數(shù)，管子排列方式，管間距的確定，殼體尺寸計(jì)算，換熱器封頭選擇，容器法蘭的選擇，管板尺寸確定塔盤結(jié)構(gòu)，人孔數(shù)量及位置，儀表接管選擇等。 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）整體安排及進(jìn)度 （1） 第七學(xué)期17周：與導(dǎo)師見面、布置任務(wù)，查閱文獻(xiàn) （2） 第七學(xué)期18-19周：翻譯文獻(xiàn)，撰寫文獻(xiàn)綜述 （3） 第八學(xué)期1-2周：確定設(shè)計(jì)方案，工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 （4） 第八學(xué)期3-4周：確定設(shè)計(jì)方案，工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 （5） 第八學(xué)期5-6周：整理編寫設(shè)計(jì)說明書，并對(duì)說明書進(jìn)行修改完善 （6） 第八學(xué)期7周：畢業(yè)實(shí)習(xí) （7） 第八學(xué)期8-9周：計(jì)算機(jī)繪制總裝配圖，中期檢查 （8） 第八學(xué)期10-11：計(jì)算機(jī)繪圖部件圖、零件圖 （9） 第八學(xué)期12周：所有圖紙匯總、校對(duì)、修改 （10） 第八學(xué)期13周：基于Solidworks或者Pro-E進(jìn)行三維制圖 （11）第八學(xué)期14周：整理畢業(yè)答辯材料，提交全部畢業(yè)設(shè)計(jì)材料 （12）第八學(xué)期15-16周：答辯，根完善據(jù)答辯提出的問題進(jìn)行修改 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）已完成的研究部分 1.工藝計(jì)算 （1）確定設(shè)計(jì)方案 根據(jù)設(shè)計(jì)條件可以確定換熱器的類型，本設(shè)計(jì)中選用管殼式換熱器，液氨走管程，H2S走殼程，并可查詢計(jì)算介質(zhì)的物性參數(shù)，如下表： 表1定性溫度下的有關(guān)物性數(shù)據(jù) 介質(zhì) 密度（kg/m3） 定壓比熱容(kJ/kg·℃) 導(dǎo)熱系數(shù)（W/m·℃） 粘度 (Pa·s) H2S 3.971 1.0617 0.00994 9.73×10-6 液氨 882.26 2.02 0.1875 1.95×10-4 （2）傳熱計(jì)算 熱流量算為198.5KW,平均傳熱溫差為21.5℃，液氨的消耗量為29480.2kg/h ， 先假設(shè)總傳熱系數(shù)為K=300 W/(m2?℃)。 （3）傳熱面積的計(jì)算 先估算傳熱面積，考慮面積裕度則實(shí)際傳熱面積為35.42m2。 （4）工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 考慮管程介質(zhì)的腐蝕性，可選用Φ25mm×2mm的不銹鋼鋼管。根據(jù)計(jì)算選用雙管程， 管長(zhǎng)為6米，傳熱管總根數(shù)為90根。采用單殼程結(jié)構(gòu)，平均傳熱溫差為18.5℃。 傳熱管采用正三角形排列，管心距32mm，橫過管束中心線的管數(shù)為12根。殼體內(nèi)徑計(jì)算為400mm。折流板數(shù)量39塊，采用弓形折流板，間距120mm，高度100mm。 殼程接管內(nèi)徑為350mm，管程接管內(nèi)徑取25mm。 （5）換熱器的核算 對(duì)熱量進(jìn)行核算，計(jì)算殼體對(duì)流傳熱系數(shù)為93.94W/(m2?℃)，管程對(duì)流傳熱系數(shù)為1913.87W/(m2?℃)，管內(nèi)側(cè)污垢熱阻RSO=17.6×10-5m2?k/w，管外側(cè)污垢熱阻RSi=25.4×10-5m2?k/w，則可計(jì)算出實(shí)際傳熱系數(shù)K和傳熱面積S，計(jì)算設(shè)計(jì)的換熱器面積裕度，為25.41%滿足設(shè)計(jì)要求。 經(jīng)過多次計(jì)算，可以得到假設(shè)總傳熱系數(shù)K0=300 W/(m2?℃)時(shí)換熱器的面積裕度滿足工藝計(jì)算要求，計(jì)算過程如下表2所示。 對(duì)換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力進(jìn)行校核，計(jì)算可得管程流動(dòng)阻力為6609.9Pa，小于35KPa，在允許范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算殼程流動(dòng)阻力為2.36KPa，也小于35KPa，滿足設(shè)計(jì)要求。 圖1 工藝流程圖 表2工藝計(jì)算校正過程 假設(shè)總傳熱系數(shù)K0（W/m2·℃） 實(shí)際總傳熱系數(shù)K（W/m·℃） 傳熱面積S(m2) 實(shí)際傳熱面積 SP(m2) 面積裕度H% 是否符合標(biāo)準(zhǔn) 200 284.1 44.3 82.3 85.78 否 400 445.6 24.11 40.25 66.9 否 350 382.3 28.4 47.1 65.86 否 300 317.5 33.8 42.39 25.45 是 換熱器設(shè)計(jì)的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果如下表3 表3換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果 換熱器形式：固定管板式 管口表 換熱面積/m2 35.42m2 符號(hào) 尺寸 用途 連接形式 工藝參數(shù) a DN250 液氨入口 名稱 管程 殼程 b DN250 液氨出口 物料名稱 液氨 H2S c DN250 H2S入口 操作壓力/MPa 2 0.12 d DN250 H2S出口 操作溫度/℃ -18/-30 -55/-20 e DN50 排氣口 流量/（kg/h） 29480.2 19855 f DN50 放凈口 流體密度/（kg/m3） 882.26 3.971 附圖 流速/（m/s） 0.657 10.56 傳熱量/(KW) 198.5 總傳熱系數(shù)/(W/m2·K) 317.5 傳熱系數(shù)/(W/m2·K) 0.1875 0.00994 污垢系數(shù)/( m2·K/W) 0.000176 0.000254 阻力降/MPa 0.023 0.0066 程數(shù) 2 1 推薦使用材料 不銹鋼 不銹鋼 管子規(guī)格 Φ25×2.0 管數(shù)90 管長(zhǎng)6000mm 管間距/mm 32 排列方式 正三角形 折流板形式 上下 間距150mm 切口高度25% 殼體內(nèi)徑/mm 400 保溫層厚度 2.換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）設(shè)計(jì)參數(shù)的選定 按公式計(jì)算管程設(shè)計(jì)壓力為2.2MPa，殼程設(shè)計(jì)壓力為0.132MPa，為使接下來的換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便于計(jì)算，換熱器的管程和殼程的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)該選取合適值，并且滿足所選擇的壓力大小，可選取管程設(shè)計(jì)壓力為2.2Mpa，殼程設(shè)計(jì)壓力為0.2Mpa。設(shè)計(jì)溫度可參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定，則設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度可以初步取下表3數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算： 表4 熱交換器設(shè)計(jì)參數(shù) 殼程 管程 物料名稱 H2S 液氨 設(shè)計(jì)壓力 0.2 2.2 最大工作壓力 0.12 2 設(shè)計(jì)溫度 -40 -30 （2）筒體 由于介質(zhì)在低溫下操作且具有較強(qiáng)的腐蝕性，所以可初步選取筒體材料為15MnNiDR低溫用鋼。初步選定筒體直徑400mm，筒體厚度不低于8mm，長(zhǎng)度取6000mm。筒體結(jié)構(gòu)如下圖： 圖2 筒體結(jié)構(gòu)形式 （3）管箱 原則上選取管箱材料和筒體材料相同的15MnNiDR低溫用鋼。由于該熱交換器為單殼程，雙管程，查《過程設(shè)備設(shè)計(jì)》表6-1可選用B型封頭管箱，管箱結(jié)構(gòu)形式如下圖所示。 圖3 封頭管箱結(jié)構(gòu)形式 （4）封頭 考慮到介質(zhì)的低溫和具有的腐蝕性能，則選取封頭材料為15MnNiDR低溫用鋼。封頭的結(jié)構(gòu)尺寸如下表所示。 表5 DN400標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù) （） 總深度（） 內(nèi)表面積 （） 容積 （） 封頭質(zhì)量（kg） 名義厚度（） 400 125 0.2049 0.0115 13.1 8 （5）換熱管的選取 由于管程走液氨，不發(fā)生相變，且液氨具有腐蝕性，而09MnNiD低溫用鋼管擁有良好的耐腐蝕性和冷加工性能，所以選用09MnNiD不銹鋼鋼管，根據(jù)工藝計(jì)算2.4.1，換熱管的規(guī)格應(yīng)該選取Φ25mm×2mm。 （6）防沖擋板及導(dǎo)流筒 防沖板的直徑應(yīng)大于接管內(nèi)徑50mm，由工藝計(jì)算，已知?dú)こ探庸軆?nèi)徑為350mm，則防沖板的直徑為400mm。材料選取為不銹鋼，所以防沖擋板的最小厚度為3mm。防沖擋板可焊接在筒體上，但不應(yīng)阻礙管束的拆裝。 （7）管板設(shè)計(jì) 換熱器的設(shè)計(jì)中管程和殼程的介質(zhì)均在低溫下操作，且都具有腐蝕性，所以選用15MnNiDR低溫用鋼板作為管板材料。換熱管排列方式為正三角形，換熱管中心距為32mm，管心距44mm。布管方式如下： 圖4 換熱管布管方式 （8）折流板設(shè)計(jì) 采用弓形折流板，高度為100mm，管孔直徑25mm，折流板厚度取4mm。折流板缺口朝上，采用平接口安裝。折流板間距計(jì)算為120mm。 3.校核計(jì)算 （1）筒體計(jì)算 筒體縱向焊接方式采用的是雙面焊，全焊透方式，焊接結(jié)束后進(jìn)行局部無損探傷。腐蝕裕量C1=3.00mm，厚度負(fù)偏差C2=0.3mm。筒體計(jì)算厚度0.27mm，筒體設(shè)計(jì)厚度0.57mm，名義厚度3.57mm，取筒體厚度為8mm。進(jìn)行水壓試驗(yàn)校核，滿足強(qiáng)度要求。 （2）封頭計(jì)算 選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，腐蝕裕量C1=3.00mm，厚度負(fù)偏差C2=0.3mm。封頭計(jì)算厚度2.99mm，筒體設(shè)計(jì)厚度3.29mm，取筒體厚度為8mm，有效壁厚4.7mm。進(jìn)行水壓試驗(yàn)校核，滿足強(qiáng)度要求。 （3）管板計(jì)算 本熱交換器的連接結(jié)構(gòu)是采用管板和殼程圓筒進(jìn)行整體連接，其余延長(zhǎng)部分由螺柱、螺母和墊片進(jìn)行連接。根據(jù)整體連接方式進(jìn)行整體管板的校核計(jì)算，按照6種計(jì)算工況進(jìn)行校核： 1）只有殼程設(shè)計(jì)壓力ps,而管程設(shè)計(jì)壓力pt=0,不計(jì)入膨脹變形差； 2）只有殼程設(shè)計(jì)壓力ps,而管程設(shè)計(jì)壓力pt=0,計(jì)入膨脹變形差； 3）只有殼程設(shè)計(jì)壓力pt,而管程設(shè)計(jì)壓力ps=0,不計(jì)入膨脹變形差； 4）只有殼程設(shè)計(jì)壓力pt,而管程設(shè)計(jì)壓力ps=0,計(jì)入膨脹變形差； 5）管程、殼程壓力共同作用，不計(jì)入膨脹變形差； 6）管程、殼程壓力共同作用，計(jì)入膨脹變形差； 校核結(jié)果均滿足強(qiáng)度要求。 四、下一部分的工作安排 1.計(jì)算機(jī)繪制總裝配圖； 2.計(jì)算機(jī)繪圖部件圖、零件圖； 3.所有圖紙匯總、校對(duì)、修改； 4. 基于Solidworks或者Pro-E進(jìn)行三維制圖； 5. 整理畢業(yè)答辯材料。 五、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作中存在的問題 1.在計(jì)算過程中有些數(shù)據(jù)存在計(jì)算上的錯(cuò)誤，且不易被發(fā)現(xiàn)； 2.相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸的選取參考不到相應(yīng)的資料； 3.在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)上無法準(zhǔn)確查到與自己設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容； 4.在WORD內(nèi)容的書寫過程中有關(guān)格式不清楚 學(xué)生（簽字） 年 月 日 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日