过程装备与控制工程毕业设计（论文）：BJS1200浮头式冷凝器设计.doc

1、毕业设计（论文）专业过程装备与控制工程题目BJS1200浮头式冷凝器设计作者姓名导师及职称导师所在单位二一三年六月十六日本科毕业设计（论文）任务书2012届机械与汽车工程学院过程装备与控制工程专业学生姓名毕业设计（论文）题目中文BJS1200浮头式冷凝器设计英文THEDESIGNOFBJS1200FLOATINGHEADCONDENSER原始资料1马小明、钱颂文、朱冬生等管壳式换热器M，北京中国石化出版社，20102董其伍、张垚。换热器M，北京化学工业出版社，20083GB_1511999_管壳式换热器毕业设计（论文）任务内容1、课题研究的意义换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量

2、交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96。换热设备在现代装置中约占设备总重的30左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70。其余30为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大

3、型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。分程隔板可将管程及壳程介质分成多程，以满足工艺需要。管壳式换热器主要有固定管板式，U型管式和浮头式换热器。针对固定管板式与U型管式的缺陷，浮头式作了结构上的改进，两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于

4、管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力。浮头式换热器的优点还在于方便拆卸，清洗方便，对于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况很能适应。其缺点在于结构复杂、填塞式滑动面处在高压时易泄露，这使其应用受到限制，适用压力为10MPA64MPA。换热器（热交换器）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器按传热方式的不同可分为混合式（混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器）、蓄热式（蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器）和间壁式（随间壁式换热器的冷、热流体被固体

5、间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广）三类。在我国换热器的制造技术远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。在我国随着经济快速发展的同时，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。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。2、本课题研究的主要内容（1）完成冷凝器（管程设计压力

6、为25MPA，壳程设计压力为10MPA,壳程介质R113即三氯三氟乙烷进出口温度65C/40C，管程介质自来水进出口温度18C/34C，公称换热面积610M2）整体结构及零部件设计计算。（2）进行冷凝器的热力过程分析，完成换热器受压元件的强度计算，完成传热面积及换热量的计算。3、提交的成果（1）毕业设计（论文）正文；（2）A1图纸1张，A2图纸1张，A3图纸1张；（3）至少一篇引用的外文文献及其译文；（4）附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要。指导教师（签字）教研室主任（签字）批准日期接受任务书日期完成日期接受任务书学生（签字）BJS1200浮头式冷凝器设计摘要换热器是国民经济和工业生产领域

7、中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96。换热设备在现代装置中约占设备总重的30左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70。其余30为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标

8、准化和专业化，并朝大型化的方向发展。本设计旨在本课题研究的主要内容（1）完成冷凝器整体结构及零部件设计计算。（2）进行冷凝器的热力过程分析，完成换热器受压元件的强度计算，完成传热面积及换热量的计算。浮头式换热器的一端管板与壳体固定，一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管板对热膨胀是自由的，因此当两种介质温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易地插入或抽出壳体，这样方便清洗和检修。由于该换热器结构复杂，而且浮动端小盖在操作时无法得知其泄露情况，所以在安装时应特别注意其密封。在我国换热器的制造技术远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简

9、单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。在我国随着经济快速发展的同时，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。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。关键词浮头换热器换热管筒体强度THEDESIGNOFBJS1200FLOATINGHEADCONDENSERABSTRACTTHEHEATEXCHANGERISTHENATIONALECONOMYANDINDUSTRIALPRODU

10、CTIONISWIDELYUSEDINTHEFIELDOFHEATEXCHANGEEQUIPMENTWITHMODERNNEWTECHNIQUES,NEWTECHNOLOGIES,NEWMATERIALSANDTHECONTINUOUSDEVELOPMENTOFINCREASINGLYSERIOUSENERGYPROBLEMS,THEWORLDHASGENERALLYBEENTHEDEPTHOFPETROCHEMICALPROCESSINGANDCOMPREHENSIVEUTILIZATIONOFENERGYPLACEDAVERYIMPORTANTPOSITIONHEATEXCHANGERAN

11、DTHUSFACINGNEWCHALLENGESTHEPERFORMANCEOFTHEHEATEXCHANGERPRODUCTQUALITY,ENERGYEFFICIENCYANDSYSTEMRELIABILITY,ECONOMYOFOPERATIONANDPLAYSANIMPORTANTROLE,ANDSOMETIMESADECISIVEROLECURRENTLYINTHEADVANCEDINDUSTRIALCOUNTRIESHASREACHED96HEATRECOVERYHEATEXCHANGEREQUIPMENTINMODERNDEVICESACCOUNTEDFOR30OFTHETOTA

12、LWEIGHT,SHELLANDTUBEHEATEXCHANGERSWHICHSTILLACCOUNTFORTHEABSOLUTEADVANTAGE,ABOUT70THEREMAINING30FORALLTYPESOFEFFICIENTANDCOMPACTHEATEXCHANGERS,HEATPUMPSANDNEWHEATPIPEHEATSTORAGEANDOTHEREQUIPMENT,INCLUDINGPLATE,SPIRALPLATE,PLATEFINHEATTRANSFERCOMPONENTSANDAVARIETYOFEFFICIENTDEVELOPMENTVERYRAPIDLYCONT

13、INUETOIMPROVETHETHERMALEFFICIENCYOFTHEDEVICEATTHESAMETIME,TOPROMOTEHEATTRANSFEREQUIPMENT,COMPACTSTRUCTURE,PRODUCTSERIALIZATION,STANDARDIZATIONANDSPECIALIZATION,ANDTHEDIRECTIONTOWARDTHELARGESCALEDEVELOPMENTTHEDESIGNOFTHEMAINAIMSOFTHISRESEARCHCONTENT1COMPLETIONOFTHEOVERALLSTRUCTUREANDCOMPONENTSCONDENS

14、ERDESIGNCALCULATIONS2FORTHECONDENSERTHERMODYNAMICPROCESSANALYSIS,THECOMPLETIONOFTHEINTENSITYOFTHEHEATEXCHANGERCALCULATIONOFPRESSUREPARTSTOCOMPLETETHEHEATTRANSFERAREAANDHEATTRANSFERCALCULATIONSFLOATINGHEADHEATEXCHANGERTUBESHEETANDTHECASEISFIXEDATONEEND,ONEENDOFTHETUBEPLATECANBEFREEFLOATINGWITHINTHEHO

15、USING,THEHOUSINGANDTHETUBEPLATEISFREETOTHERMALEXPANSION,SOTHATWHENALARGETEMPERATUREDIFFERENCEBETWEENTHETWOMEDIA,THEBUNDLEANDTHEHOUSINGNOTEMPERATUREDIFFERENCEBETWEENTHESTRESSFLOATINGTERMINALDESIGNEDDETACHABLESTRUCTURE,THEBUNDLECANBEEASILYINSERTEDINTOOROUTOFTHEHOUSING,SOEASYCLEANINGANDMAINTENANCESINCE

16、THECOMPLEXSTRUCTUREOFTHEHEATEXCHANGER,ANDASMALLFLOATINGENDCAPINOPERATIONNOTKNOWITLEAKS,SOTHEINSTALLATIONSHOULDPAYPARTICULARATTENTIONTOTHESEALINGINTHEMANUFACTUREOFHEATEXCHANGERTECHNOLOGYISFARBEHINDTHEOTHERCOUNTRIES,DUETOTHEMANUFACTURINGPROCESSANDSCIENTIFICLEVELCONSTRAINTS,EARLYHEATEXCHANGERONLYSIMPLE

17、STRUCTURE,ANDTHEHEATTRANSFERAREAISSMALL,BULKYANDBULKY,SUCHASSNAKESANDTUBEHEATEXCHANGERANDSOONWITHTHEDEVELOPMENTOFMANUFACTURINGPROCESSES,ANDGRADUALLYFORMASHELLANDTUBEHEATEXCHANGER,ITNOTONLYHASALARGERUNITVOLUMEHEATTRANSFERAREA,ANDTHEHEATTRANSFEREFFECTISALSOGOODFORALONGTIMEININDUSTRIALPRODUCTIONASATYPI

18、CALEXCHANGEHEAT目录引言3第1章绪论2第2章热力分析及计算321换热量计算3211计算冷却水流量322换热管的设计3221管径及管长的选择3222换热管数量的计算4223换热管排布方式4224管中心距和相邻管中心距的确定4第3章结构设计531折流板的尺寸6312板外径的确定6313厚度和间距的确定632防冲板的设计733换热管与管板连接734壳体、封头和管箱壳体的设计7341壳体的厚度7352接管外伸长度8353壳体接管最小位置的确定8354管箱接管位置的最小尺寸936管板的设计9361固定管板管板最小厚度9362管板尺寸937拉杆的选择10371拉杆的尺寸1038法兰的设计11

19、381法兰密封面的型式11382法兰种类11384管箱接管法兰12385壳体法兰1539支座设计15391支座尺寸15392支座的安装尺寸16310补强圈的设计16311垫片选择163111垫片的分类163112管箱、壳体接管和筒体法兰连接垫片17312焊接173122焊接坡口形式183123焊接材料18V第4章水压试验和受压元件校核1841封头水压试验错误未定义书签。42壳体水压试验错误未定义书签。43管箱封头计算强度校核21432压力计算2144筒体计算强度校核23致谢24参考文献25附录A参考文献摘要26附录B参考英文文献及译文27附录C装配图及零件图43VI插图清单图21换热管3图31

20、接管位置7图32管板尺寸9图33拉杆的连接尺寸9图34带颈平焊法兰的尺寸11图35接管法兰11图36法兰尺寸12图37支座尺寸12图38管箱垫片14图39壳体接管法兰尺寸14图310筒体法兰垫片14VII表格清单表21总传热系数K一般范围2表22流体常用流速2表23换热管中心距4表31板外直径及允许偏差5表32折流板最大无支撑跨距5表33折流板最小厚度5表34换热器壳体最小厚度6表35管板最小厚度8表36拉杆直径选用表10表37拉杆的数量12表38支座尺寸121引言换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是各种工业部门最常见的通用热工设备，广泛应用于化工、能源、机械、交通、制冷、空调及航空

21、航天等各个领域。换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛使用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能的主要设备。工业生产中使用的换热器型式很多，而且仍在不断发展。按使用目的不同，换热器可分为加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。由于使用的条件和工作的环境不同，换热器又有各种各样的型式和结构。按传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式3类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。间壁式换热器种类很多，如夹套式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器、板式换热器、板翅式换热器和列管式换热器，列管式换热器又叫做管壳式换热器，是目前应用最广泛的一种换热器。管壳式换热器的应用已有十分悠久

22、的历史。管壳式换热器是一种传统的标准换热设备，广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业。由于世界性的能源危机，工业生产中对换热器的需求量越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。在近代的许多化工过程中，如裂解、合成和聚合等，大都要求在高温高压下进行，有的压力高达250MPA，温度则高达750，又腐蚀的情况下，实现换热更困难。而管壳式结构具有选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、能承受高温和高压等特点。一方面，伴随着现代化工厂生产规模的日益增大，换热设备也相应地向大型化方向发展，以降低动力消耗和余属消耗；另一方面，随着精细化工的迅速崛起，换热设备也有向小而精方向发展的趋势。管壳式

23、结构的换热器能满足这样的要求。近几十年来，随着紧凑式换热器板式、板翅式等、热管式换热器和直接接触式换热器等的发展，管壳式换热器面临着挑战，在某些场合，管壳式换热器已被一些新型换热器所取代，但由于管壳式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性，它的产量至今仍占统治地位。目前工业装置中管壳式换热器的用量占全部用量的70。管壳式换热器结构也有较大的改进和发展，从原来传统的弓形隔板加光滑管的结构，发展为其它类型的管间支撑物加强化管的结构，由于这些结构上的改进，使得管壳式换热器的传热与流体阻力性能有了明显的改善，加上本身固有的优点，如耐高温、耐高压、结构简单和清洗方便等，使得管壳式换热器在激烈的换热器竞争中

24、得以生存和发展。2第1章绪论换热器（热交换器）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器按传热方式的不同可分为混合式（混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器）、蓄热式（蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器）和间壁式（随间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广）三类。在我国换热器的制造技术远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的

25、发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。换热器（热交换器）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器按传热方式的不同可分为混合式（混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器）、蓄热式（蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器）和间壁式（随间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广）三类。在我国换热器的制造技术远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的

26、限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。在我国随着经济快速发展的同时，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。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求（1）合理地实现所规定的工艺条件；（2）结构安全可靠；（3）便于制造、安装、操作和维修；（4）经济上合理。70年代的世界能源危机，有力促进了换热强化技术的发展。

27、为了节能将耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效换热设备。所以这些年来，换热器的开发和研究成了人们关注的课题。当今换热器技术的发展以CFD（计算流体力学技术）、模型化技术、强化传热技术等形成一个高技术体系。所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系数指提高流体和传热之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理温度边界层减勃和调换传热面附近的流体。因此最近十几年来，强化传热技术受到了工业界的广泛重视，得到了十分迅速的发展，凝结是工业中普遍遇到的另一种相变换热过程，凝结换热系数很高，但经过强化措施还可以进一步提升换热效率。3第2章热力分析及计算21换热量计算本

28、设计为非标准换热器、逆流，换热量计算由公式11得出QKATM（21）式中K总传热系数；A总传热面积；TM对数平均温差；其中A610；TMT1T2/LNT1T2；K值是衡量换热器性能的重要参数，取决于流体特性，传热过程的操作条件及换热器的类型等多种因素，变化范围很大。确定K的值一般采用两种方法，即生产实际的经验数据和现场直接测定。本设计采用生产实际的经验数据选取，如表21表21总传热系数K一般范围冷流体热流体总传热系数K/W/（）水水8501700水气体17280水有机溶剂280850水轻油340910水重油60280有机溶剂有机溶剂115340本设计取K估600W/（）得出Q96W211计算冷

29、却水流量由公式12得QMPMTCQ22（22）式中M2Q冷却水流量；2PC冷却水比热容；代入求得2MQ1435KG/S；22换热管的设计221管径及管长的选择选用换热管为252（外径壁厚）根据管内流体粘度及常用流速如下表226104表22流体常用流速流体性质及情况常用流速/1SM一般液体（水及黏度低于水的流体）1530黏性液体0510饱和水蒸气2030冷凝水0305本设计管内流体为液体且流体黏度小于水，则选择管内流体流速为15M/S222换热管数量的计算由公式23得N42MQ/2ID（23）式中2ID换热管内径；管内流体流速；代入各参数，得换热管根数N277，按单程管程计算管长L28M（太长）

30、，又因为DN1200MM，允许选用4壳程，则管程数N4，L7M则管数为27741108根223换热管排布方式管子在管板上的排列方式，应力求均布、紧凑并考虑清扫和整体结构的要求。基本的排列方式有五种等边三角形。其一边与流向垂直，是最常用的形式。与正方形排列相比传热系数高，可节省15的管板面积。适用于不生污垢或可用化学清洗污垢以及允许压降较高的工况；转角三角形。三角形的一边与流向平行，其特点介于等边三角行和正方形两种排列之间，不宜用于卧式冷凝器，因下方管子形成的厚度越来越厚的凝膜会使传热削弱；正方形排列最不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器；同心圆排列。用于小壳径换热器时比正

31、三角形排列还紧凑，靠近壳体的地方布管均匀。对于多管程换热器常采用组合排列法，每程均属正三角形排列，而各层面间呈正方形排列，以便于安排分程隔板。综合比较以上几种布管方式，采用三角形排列方式。布管位置及尺寸如图21所示图21换热管224管中心距和相邻管中心距的确定根据换热管的外径由文献1查表23所得5表23换热管中心距本设计中换热管外径OD25MM，所以管中心距为32MM。换热管外径D/MM19202530323538455055换热管中心距S/MM25263238404448576470分程隔板槽两侧相邻管中心距NS/MM384044505256606876786第3章结构设计31折流板的尺寸折

32、流板的结构设计主要是根据工艺工程要求来确定，设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结垢。常用的折流板形式有弓形和圆盘圆环形两种。其中弓形折流板又分为单弓形和双弓形，本设计选用单弓形如图所示311弓形折流板的缺口高度弓形折流板的缺口高度应使与横过管束时的流速接近，缺口大小用切去的弓形高度占圆筒直径的百分比来确定单弓形折流板缺口，缺口弦高一般取02045倍的圆筒内直径。本设计中取OD02DN240MM，角度为90度。312板外径的确定由文献2得如表31表31板外直径及允许偏差公称直径DN/MM400500500

33、900900130013001700折流板名义外直径/MMDN25DN35DN6DN8折流板外直径允许偏差/MM005008012则名义外直径为ND1196MM。313厚度和间距的确定折流板的厚度的确定是根据最大无支撑间距和公称直径由文献1经查表32、33确定表32折流板最大无支撑跨距换热管外径OD/MM10141925323845最大无支撑跨距/MM110015001850220025002750表33折流板最小厚度公称直径DN/MM换热管无支撑跨距/MM600900L900120012001500折流板或支持板的最小厚度/MM40070061010700900810129001500101

34、218由上可确定折流板厚度为20MM。7314折流板间距的确定折流板间距过大会影响传热效果，所以通常情况下，折流板的最大间距不大于筒体内径，最小间距不小于筒体内经的1/5，且不小于50MM。取间距800MM。32防冲板的设计为了防止壳程物料进口处,流体对换热管的直接冲刷，应在壳程进口管处设置防冲板。为了使气液介质更均匀的流入管间，防止流体对进口处的冲刷，并减少远离接管处的死区，提高传热效果，可考虑在壳程处设置防冲板，下面是设置防冲板的条件对有腐蚀性或有磨蚀的气体、蒸气及气液混合物，应设置防冲板。对液体物料，当壳程进口处流体的2（为流体密度，3/MKG；为流体流速，SM/）非腐蚀、非磨蚀性的单相

35、流体，22300/2SMKG其他液体、包括沸点以下的液体，2730/2SMKG本设计22300，所以不需要设置防冲板。33换热管与管板连接连接形式有胀接、焊接、胀焊并用，无论采用什么形式都要满足两个基本条件良好的气密性和足够的结合力。强度胀接系指为保证换热器与管板连接的密封性能及抗拉强度的胀接；1设计压力小于等于4MPA；2设计温度小于等于300；3操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无明显的应力腐蚀。强度焊系指保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉强度的焊接。可适用于本标准（GB151）规定的设计压力，但不适用于有较大振动及有间隙腐蚀的场合。胀焊并用适用于1密封性能要求较高的场合；2承受振动

36、或疲劳载荷的场合；3有间隙腐蚀的场合；4采用复合管板的场合综合考虑以上因素，本设计采用强度胀接。34壳体、封头和管箱壳体的设计壳体、管箱壳体和封头共同组成换热器外壳，管壳式换热器的壳体通常是由管材或者板材卷制而成。当直径大于400MM时，采用板材卷制壳体和管箱壳体。341壳体的厚度可按GB1501998钢制压力容器中强度计算公式进行计算。但实际为了保证壳体具有足够的刚度，由文献1最小厚度如下表34表34换热器壳体最小厚度公称直径DN/MM400700800100011001500浮头式、U型管式81012固定管板式6810壳体材料除要满足一定的强度外，由于制造过程中经过卷板、冲压和焊接，故要求

37、材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量较低的R3、NR16等，现选用NR16钢。壳体内径DI1200MM8由文献3壁厚公式31CPPDTS2（31）式中T为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为220，则TW3000MM，BL0507L,取BL07L0770004900MM，且CCLLCCLL必须满足壳程接管焊缝与支座地脚螺栓孔中心线至支座点半边远距离要求，即LCL1D/2BAC（BAB1/2）式中，C80MM，BA为地脚螺栓孔中心线至支座垫板边缘的距离,D为接管直径L1275MM,则LC510MM。圆整，取CCLL800MM。310补强圈的设计在实际设计和制造中，并不是容器上所有的开

38、孔都需要补强，按规定，当壳体名义厚度大于12MM时，接管DG80MM就必须加开孔补强，当壳体名义厚度小于或等于12MM时，接管DG50MM就必须加开孔补强，。因此，对于本设计的管箱和壳体接管都必须进行开孔补强。在补强圈标准中规定了补强圈的尺寸，按标准尺寸500MM的接管补强圈外直径DH840MM，内径DH534MM,350MM的接管补强圈外直径DH620,内径DH381，厚度均为3MM。设定补强圈的厚度均为16MM。311垫片选择3111垫片的分类非金属垫片用石棉、橡胶、合成树脂、聚四氟乙烯等非金属制成的垫片。半金属垫片用金属和非金属材料制成的垫片，如缠绕式垫片、金属包覆垫片。A缠绕式垫片由V

39、形或W形断面的金属带夹非金属带，螺旋缠绕而成的垫片。1内环设置在缠绕式垫片内圈的金属环。2外环设置在缠绕式垫片外圈的金属环。金属垫片用钢、铝、铜、镍或蒙乃尔合金等金属制成的垫片。缠绕垫片是指用金属带一般是V型钢带与非金属带缠绕成环形的垫片,金属带与非金属带交替缠绕,由于其具有较好的弹性,广泛用于石化、化工、电力等行业的法兰密17封结构中，根据具体部位，可在垫片的内层或外层加上钢环来定位或加强。3112管箱、壳体接管和筒体法兰连接垫片本设计采用均采用非金属垫片，材料为耐油石棉橡胶板，管箱垫片具体尺寸查5如图37图38管箱垫片/MM壳体接管法兰尺寸如图38所示图39壳体接管法兰尺寸/MM筒体法兰垫

40、片尺寸如图39所示图310筒体法兰垫片/MM312焊接焊接接头，指两个或两个以上零件要用焊接组合的接点。或指两个或两个以上零件用焊接方法连接的接头，包括焊缝、熔合区和热影响区。3121焊接的分类对接接头两焊件相对平行的接头称为对接接头，这种接头从力学角度看是较理想的接头型式，受力状况较好，应力集中较小，能承受较大的静载荷或动载荷，是焊接结构中采用最多的一种接头型式。根据焊件厚度、焊接方法和坡口准备的不同，对接接头可分为不开坡口对接接头和开坡口对接接头两种T形接头一焊件的端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，称为T形接头。T形接头在钢结构件中应用较多，作为一种联系焊缝，它能承受各方向的力和

41、力矩。在选用时尽量避免单面角焊缝，因其根部有较深的缺口，承载能力很低。对于要求较高的焊件可采用K形坡口，根据受力状况决定是否根部焊透，这样比不开坡口而用大焊脚的焊缝经济，而且接头疲劳强度高。183122焊接坡口形式为了保证焊接接头的焊接质量，根据实施焊接工艺的需要，经常将接头的熔化面加工成各种形式的坡口，有五种基本形式I型、V型、单边V型、U型、J型。本设计在筒体和封头焊接时选择对接接头、V型焊接坡口、对接焊缝形式，其他采用角接接头、V型焊接坡口、角接焊缝形式。3123焊接材料焊接材料包括手工电弧焊焊条和埋弧焊用的焊丝和焊剂。本设计选用焊条。焊条就是涂有药皮的供电弧焊使用的熔化电极。它是由药皮

42、和焊芯两部分组成。（L）焊芯。焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。焊接时，焊芯有两个作用一是传导焊接电流，产生电弧把电能转换成热能；二是焊芯本身熔化为填充金属与母材金属熔合形成焊缝。用于焊接的专用钢丝可分为碳素结构钢钢丝、合金结构钢钢丝和不锈钢钢丝三类。（2）药皮。压涂在焊芯表面的涂层称为药皮。在光焊条外面涂一层由各种矿物等组成的药皮，能使电弧燃烧稳定，焊缝质量得到提高。药皮中要加入一些还原剂，使氧化物还原，以保证焊缝质量。选用低合金钢焊条，代号为E5018A1。19第4章水压试验和受压元件校核41封头水压试验设试验温度为常温，由文献3得代入公式31TTP

43、P251（41）封头材料为16MNR，则170MPA，T125MPA，代入得17012512525425125TTPPMPA则校核水压试验时圆筒的薄膜压力T42560082821615090913453105TIETESPDMPA。（1）压力容器水压试验后，无渗漏、无可见的异常变形，试验过程中无异常的响声，水压试验合格。（2）水压试验时，在受压元件金属壁和焊缝上没有水珠和水雾；胀口处，在降到工作压力后不滴水珠；水压试验后，没有发生残余变形。符合上述情况，水压试验合格。42壳体水压试验设试验温度为常温，则有17012512525425125TTPPMPA，材料为16MNR则校核水压试验时圆筒的薄

44、膜压力T42560082821615090913453105TIETESPDMPA。（1）压力容器水压试验后，无渗漏、无可见的异常变形，试验过程中无异常的响声，水压试验合格。（2）水压试验时，在受压元件金属壁和焊缝上没有水珠和水雾；胀口处，在降到工作压力后不滴水珠；水压试验后，没有发生残余变形。符合上述情况，水压试验合格。43管箱封头计算强度校核计算条件操作压力P10MPA设计温度T65内径DI1200MM，材料16MNR（正火、板材）实验许用应力170MPA,设计应力T1412MPA钢板负偏差C10，腐蚀裕量C210MM，焊接接头系数085由于是标准椭圆形法兰，则形状系数由文献3公式42所得

45、2022612IHDIK（42）代入得0122612IHDIK431计算厚度由文献3公式43所得CTICPDKP502（43）代入得MMPDKPCTIC264502有效厚度MMCCNE521，最小厚度为5MM，成形后的厚度为14MM，满足要求，合格。432压力计算由由文献3公式44所得EIETNKDP502（44）代入得EIETNKDP5021MPA，合格。44筒体计算强度校核计算条件操作压力P10MPA设计温度T65内径DI1200MM，材料16MNR（正火、板材）实验许用应170MPA,设计应力T1412MPA钢板负偏差C10，腐蚀裕量C210MM，焊接接头系数085计算厚度PDPCITC

46、2502MM名义厚度N7MM18MM，合格。441压力及应力计算PW2ETIED336MPA10MPA，大于最大工作压力，合格。21结论与展望本课题参考有关资料，整体设计了浮头式冷凝器的结构及其零部件。是在现阶段我国制糖工业不断发展，生产工艺比较落后，机械设备需要不断升级的情况下，进行的研究设计。在熟练掌握浮头式换热器的有关知识的前提下，进行结构的选型与改进，以求创新，博采众长，并结合所学知识创新出新的有助于实际生产的结构与技术。本设计的主要成果是参照有关标准对换热器的整体进行设计，并依照生产需求对换热器一些参数做了一些改变，使之更符合实际生产，提高了生产效率。参考的有关资料是国内外以前的文献

47、、期刊，并未达到先进发达多家的水平，有待提升。对该方面的研究,为解决一些实际问题,积累一些理论知识,对以后设备的改进具有一定的意义本课题是针对换热器的整体及其零部件进行设计，对于了解换热器零部件和工作原理的熟悉有很大帮助，在做本课题的过程中遇到了很多困惑，针对这种情况，我积极向老师请教并查阅相关资料，积极解决问题并对问题和只是有进一步的认识，这对本课题和自身发展都有很大的帮助。本课题符合现阶段的实际生产方面的需要，对于装备制造业和化工产业的发展有很好的作用。但是若仅仅是对同一问题的反复研究，重复，未免有失其最初的意义。我希望以后能在老师的指导下深入实际，发现问题，并对某一重要问题重点分析，边实

48、践边研究，这样才真正有利于实际生产。22致谢在指导老师孙老师的指导和帮助下，经过一个学期的不懈努力，我顺利的完成了本次课程设计。在此，我要感谢我的指导老师，孙铜生老师，感谢您在我设计过程遇到疑问时的耐心细致的讲解。孙老师以高度的责任心、渊博的知识、严谨的治学态度和对学生学业的奉献精神，为我们营造了浓厚的学术气氛，他的谆谆教导让我们受益匪浅。在本课题的完成过程中，孙老师既积极参与，对我们不懂的问题认真解答，锻炼了我们的创造能力，培养了我们一丝不苟的工作作风。最后，我还要感谢所有帮助过我的同学。在此，祝愿所有一直关心和帮助我的老师同学在今后的工作、学习和生活中事事如意23参考文献1钱颂文换热器设计

49、手册M北京化学工业出版社，20022杨祖荣化工原理M北京化工原理出版社，20043郑津洋，董其伍，桑芝富过程装备设计M北京化学工业出版社，20054张铁军机械工程材料M北京北京大学出版社，20105董大勤化工设备机械基础M北京化学工业出版社，19906康勇，张建伟，李桂水过程流体机械M北京化学工业出版社，20087顾芳珍，陈国桓化工设备设计基础M天津天津大学出版社，19978王毅，张早校过程装备成套技术M北京化学工业出版社，20019邹广华，刘强过程装备制造与检测M北京化学工业出版社，200310濮良贵，纪名刚机械设计第八版M北京高等教育出版社，200611成大先机械设计手册第五版M北京化学工业出版社，200812GB1501998钢制压力容器S北京中国标准出版社，200313GB1511999管壳式换热器S北京中国标准出版社，200414HG2058