毕业设计(论文)-U型管式换热器设计(全套图纸)Word文档下载推荐.docx
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6
3.2
管箱圆筒短节设计....................................................
3.3
壳体圆筒设计........................................................
7
3.4
封头设计............................................................
8
3.4.2
管箱封头计算...................................................
10
3.4.1
后封头计算......................................................
9
3.5
换热管设计.........................................................
11
3.5.1
换热管的规格和尺寸偏差.........................................
3.5.2U
形管的尺寸....................................................
12
3.5.3
管子的排列型式.................................................
3.5.4
换热管中心距...................................................
13
3.5.5
布管限定圆.....................................................
3.5.6
换热管的排列原则...............................................
15
3.6
管板设计...........................................................
3.6.1
管板连接设计...................................................
17
3.6.2
管板设计计算...................................................
19
3.7
管箱结构设计.......................................................
22
3.7.1
管箱的最小内侧深度.............................................
3.7.2
分程隔板....................................................... 22
4换热器其他各部件结构..................................... 23
4.1.1
接管法兰设计...................................................
23
4.1
进出口接管设计.....................................................
4.1.2
接管外伸长度...................................................
25
ii
4.1.3 接管与筒体、管箱壳体的连接....................................
25
4.1.4 接管开孔补强的设计计算........................................
4.1.5 接管最小位置...................................................
29
4.1.6 壳程接管位置的最小尺寸.........................................
30
4.1.7 管箱接管位置的最小尺寸.........................................
4.2 管板法兰设计......................................................
31
4.2.1 垫片的设计.....................................................
33
4.2.2 螺栓设计.......................................................
34
4.2.3 法兰设计.......................................................
36
4.3折流板.............................................................
38
4.3.1 折流板尺寸.....................................................
39
4.3.2 折流板的布置..................................................
4.3.3 折流板的固定..................................................
4.4拉杆与定距管.......................................................
4.4.1 拉杆的结构型式.................................................
4.4.2 拉杆的直径和数量...............................................
4.4.3 拉杆的尺寸.....................................................
42
4.4.4 拉杆的布置.....................................................
43
4.4.5 定距管尺寸.....................................................
4.5防冲与导流.........................................................
4.5.1 防冲板的形式...................................................
4.5.2 防冲板的位置和尺寸.............................................
4.5.3 导流筒.........................................................
44
4.6双壳程结构.........................................................
4.7防短路结构.........................................................
4.7.1 旁路挡板的结构尺寸.............................................
45
4.7.2 挡管...........................................................
4.7.3 中间挡板.......................................................
4.8鞍座...............................................................
结论...................................................
46
参考文献................................................
47
致谢...................................................
48
附录英文文摘及翻译.......................................
49
绪论
能源是当前人类面临的重要问题之一,能源开发及转换利用已成为各国的重要课
题,而换热器是能源利用过程中必不可少的设备,几乎一切工业领域都要使用,化工、
冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。
近几年由于新技术发展和新能源
开发利用,各种类型的换热器越来越受到工业界的重视,而换热器又是节能措施中较为
关键的设备,因此,无论是从工业的发展,还是从能源的有效利用,换热器的合理设计、
制造、选型和运行都具有非常重要的意义。
近年来随着节能技术的发展,应用领域不断扩大,利用换热器进行高温和低温热能
回收带来了显著的经济效益。
换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:
直接接触式
换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,间壁式换热器又可分为列管式和板壳式
换热器两类,其中列管式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程
中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,
随着经济的发展,各种不同型式和种类的
换热器发展很快,新结构、新材料的换热器不断涌现。
近年来尽管列管式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于它具有结构简单、牢
固、操作弹性大、应用材料广等优点,列管式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中
使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。
列管式换热器适用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业的液和液,
汽和汽,汽和液的对流传热,蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。
列管式换热器是
由一个圆筒形壳体及其内部的管束组成。
管子两端固定在管板上,并将壳程和管程的流
体分开。
壳体内设有折流板,以引导流体的流动并支承管子。
用拉杆和定距管将折流板
与管子组装在一起。
列管式换热器共有三种结构型式:
固定管板式、浮头式和U形管式。
固定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低,每根换热管可以单独清洗和更换,在结构
尺寸相同的条件下,与浮头式和U形管式换热器相比,换热面积最大。
固定管板式换热
器的壳程清洗困难,适应热膨胀能力差,决定了固定管板式换热器适用于换热介质清洁,
壳程压力不高,换热介质温差不大的场合。
浮头式换热器由于管束的热膨胀不受壳体的
约束,而且可拆卸抽出管束,检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便,因此,浮头
式换热器应用最广泛,在油田储运集输系统中,60%~70%的换热器为浮头式换热器。
U
形管式换热器是管壳式换热器的一种,它由管板、壳体、管束等零部件组成。
在同样直
径情况下,U形管换热器的换热面积最大;
它结构简单、紧凑、密封性能高,
检修、清
洗方便、在高温、高压下金属耗量最小、造价最低;
U形管换热器只有一块管板,热补偿
性能好、承压能力较强,适用于高温、高压工况下操作。
换热器的零部件名称
表1.1
序号
名称
接管法兰
11
活动鞍座(部件)
21
纵向隔板
管箱法兰
12
U形换热管
22
接管
壳体法兰
13
挡管
内导流筒
防冲板
14
固定鞍座(部件)
24
圆筒
补强圈
15
滑到
管箱侧垫片
壳体(部件)
16
管箱垫片
26
凸形封头
折流板
17
管箱圆筒(短节)
27
双头螺柱或螺栓
拉杆
18
封头管箱(部件)
28
放气口
定距管
19
分层隔板
螺母
支持板
20
中间挡板
图1.1U型管式换热器
换热器的主要组合部件
换热器的主要组合部件有前段管箱、壳体和后端结构(包括管束)三部分。
详细分
类见图1.2。
图1.2[2]
主要部件的分类及代号
表2.1材料
许用应
零部件
材料
设计压力 设计温度
标准
壳程接管法
15CrMo
PN16
323
HG20592-97
兰
PN6.4
273
GB470O-4703-2000
2换热器材料选择
在进行换热器设计时,对换热器各种零部件的材料,应根据设备的操作压力、操
作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。
当然,最后还要
考虑材料的经济合理性。
一般为了满足设备的操作压力和操作温度,即从设备的强度或
刚度的角度来考虑,是比较容易达到的,但对于材料的耐腐蚀性能,有时往往成为一个
复杂的问题。
如在这方面考虑不周,选材不妥,不仅会影响换热器的使用寿命,而且也
大大提高设备的成本。
至于材料的制造工艺性能,是与换热器的具体结构有着密切的关
系。
选材原则
换热器用钢的标准、冶炼方法、热处理状态、许用应力、无损检测标准及检测项目
均按GB150-1998第四章及其附录A的规定。
换热器的目的是为了传热,经常与腐蚀性介质接触的换热表面积很大,为了保护金
属部受腐蚀,最根本的方法是选择耐腐蚀的金属或非金属材料。
换热器主要部件材料选
择见表2.1
力[s]t
管箱封头
15CrMoR
8.0
128.24
GB6654
后封头
8.5
136.4
筒体
管箱圆筒短节
管板
0Cr18Ni10Ti
4.5
112.62
GB4728
换热管
100.4
GB/T13296-2007
壳程接管
105.86
GB6479
管程接管
筒体法兰
管程接管法
3换热器结构设计
管壳式换热器的结构设计,必须考虑许多因素,如材料、压力、温度、比温差、结
垢情况、流体的性质以及检修与清理等等来选择一些适合的结构型式。
对同一种型式的换热器,由于各种条件不同,往往采用的结构亦不相同。
在工程设
计中,除尽量选用定型系列产品外,也常按其特定的条件进行设计,以满足工艺上的需
要。
U形管式换热器仅有一块管板,且无浮头,所以结构简单,造价比其它换热器便宜,
管束可以从壳体内抽出,管外便于清洗,但管内清洗困难,所以管内介质必须清洁及不
易结垢的物料。
U形管的弯管部分曲率不通,管子长度不一。
管子因渗漏而堵死后,将
造成传热面积的损失。
U型管式换热器,使用在压力较高的情况下,在弯管段的壁厚要加厚,以弥补弯管
后管壁的减薄。
壳程内可按工艺要求装置折流板、纵向隔板等,折流板由拉杆固定,以提高换热设
备的传热效果。
纵向隔板是一矩形平板,安装在平行于传热管方向(纵向隔板按工艺要
求决定)以增加壳侧介质流速。
符号:
C1----
C2----
C----
钢材厚度负偏差mm,应按相应钢材标准的规定选取;
钢材的腐蚀裕量,mm;
套圆筒只考虑内侧第一层套盒圆筒的C值;
厚度附加量(按[1]第三章取),mm;
对多层包扎圆筒只考虑内筒的C值,对热
圆筒或球壳的内直径,mm;
Di----
Do----
pc----
Pd----
Pt----
Ps----
圆筒或球壳的外直径(Do=Di+2dn),mm;
计算压力(按[1]第3章),MPa;
设计压力,Mpa;
ë
pwù
û
----
圆筒或球壳的最大允许工作压力,MPa;
管程设计压力,Mpa;
壳程设计压力,Mpa;
d 圆筒或球壳的计算厚度,mm;
de 圆筒或球壳的有效厚度,mm;
dn 圆筒或球壳的名义厚度,mm;
st 设计温度下圆筒或球壳的计算应力,MPa;
[s]t 设计温度下圆筒或球壳材料的许用应力(按[1]第4章),MPa;
[s] 试验温度下材料的许用应力(按[1]第4章),MPa;
公称直径
浮头式,U形管式
固定式管板式
f----
焊接接头系数(按[1]第3章);
对热套圆筒取
f=1.0
;
壁厚的确定
壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。
管壳式换热器的壳体通常
由管材或板材卷制而成。
压力容器的公称直径按GB9019-88规定,当直径<400㎜时,
通常采用管材做壳体和管箱壳体。
当直径≥
400㎜时,采用板材卷制壳体和管箱壳体。
其直径系列应与封头、连接法兰的系列相匹配,以便于法兰、封头的选型。
卷制圆筒的
公称直径以400㎜为基数,一般情况下,当直径<1000㎜时,直径相差100㎜为一个系
列,必要时也可采用50㎜;
当直径>1000㎜时直径相差200㎜为一个系列,若采用旋
压封头,其直径系列的间隔可以取为100㎜。
圆筒的厚度按GB150-1998第5章计算,但碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小
于表3.1.1
的规定,高合金钢圆筒的最小厚度应不小于3.1.2
的规定。
表3.1.1
[2]
m
400
~
≤
>
700~
1000~
1500~
>2000~
700
≤1000
≤1500
≤2000
≤2600
最小厚度
管箱圆筒短节设计
管箱圆筒(短节)计算按
GB150-1998第五章的有关规定;
其开孔补强计算按
GB150-1998第八章有关规定。
圆筒的最小厚度按表3.1.2
设计条件见表3.1.3
。
表3.1.3
Mpa
表3.1.2[2]
500~>700~
≤700 ≤1000
4.5 6
>1000~>1500~
≤1500 ≤2000
8 10
400~
500
>2000~
部件
设计温度℃
设计压力Mpa
[s]t
[s]
C2
1.0
GB665
f C1
0 0
圆筒计算:
设计温度下圆筒的计算厚度
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- 毕业设计 论文 型管式 换热器 设计 全套 图纸