1、本 科 毕 业 设 计 (论 文)蒸汽冷凝器设计Design of Steam Condenser 学 院 ：机械工程学院 专 业 班 级 ：过程装备与控制工程 装备 092 学 生 姓 名 ：戴晓伟 学 号：050916105 指 导 教 师 ： 张志文（副教授） 2013 年 6 月毕业设计（论文）中文摘要蒸汽冷凝器的设计摘 要：冷凝器是使用范围很广的一种化工设备，属于换热器的一种。本设计任务主要是根据已知条件选择采用浮头式换热器机的设计。首先根据给出的设计温度和设计压力来确定设备的结构形式以及壳程和管程的材料，然后根据物料性质和传热面积来确定换热管的材料，尺寸，根数。根据换热管的根数确定
2、换热管的排列，并根据换热管的排列和长度来确定筒体直径以及折流板的选择。通过对容器的内径和内外压的计算来确定壳体和封头的厚度并进行强度校核。然后是对换热器各部件的零部件的强度设计，有法兰的选择和设计计算与校核，钩圈及浮头法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算。还包括管板的结构设计、防冲挡板、滑道结构的设计以及支座设计。结构设计中的标准件可以参照国家标准根据设计条件直接选取；非标准件，设计完结构后必须进行相应的应力校核。关键词：换热器；强度设计；结构设计毕业设计（论文）外文摘要The Design of Steam CondenserAbstract: Condenser is a kind of
3、 chemical equipment which has wide range of application and it is also a kind of heat exchanger.The main task of this thesis is to design a floating heat exchanger based on some known information. It is important to determine the type of construction of the equipment and the material of its shell pa
4、ss and tube pass first. Then, the material, size and number of the exchange tube are decided by material property and its heat transfer area. The exchange tubes need to be arranged on the basis of its number. Whats more, the diameter and the choice of baffle board are influenced by the arrangement a
5、nd length of exchange tubes. Furthermore, the thickness of the shell and shell cover is determined by the inner diameter and the calculation of inner and outer pressure of the container. Meanwhile, its intensity also needed to be checked. Next, it is also vital to design the intensity of components
6、of heat exchanger, including the choice, calculation and checking of flange, floating flange and backing device, also the calculation of pulling-out force of the tubes. In addition, there are other things to be designed carefully, including tube plate, impingement baffle, slide and support. During t
7、he design of structure, standard components can be referred to national standards according to the design conditions of the direct selection; as to the non standard components, corresponding stress checking is needed after the design of the construction.Keywords: heat exchanger；strength design；struc
8、ture design目 录1 绪论11.1 换热设备冷凝器过内外研究现状水平和发展趋势11.2 冷凝器的类型及特点12 换热器的结构计算与强度校核32.1 已知条件32.2 确定管子数32.3 壳体的内径和厚度42.4 拉杆的确定52.5 确定折流板52.6 右端管箱的设计62.7 接管和管法兰的设计72.8 后端管板的设计102.9 浮头盖的设计152.10 右端管箱的设计 222.11 侧法兰的设计 232.12 支座的设计与选择 272.13 吊环螺钉的设计 272.14 防冲板的设计 282.15 滑道的设计 283 设备的维护与检修293.1 设备的检查293.2 换热器的清理和维
9、护29结论 30致谢 31参考文献 32淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 1 页 共 32 页 1 绪论1.1 换热设备冷凝器国内外发展现状冷凝器是一种用于冷却流体的换热设备。把压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽，通过散热冷凝为液体制冷剂，制冷剂从蒸发器中吸收的热量，被冷凝器周围的介质所吸收。有蒸汽冷凝器，锅炉用冷凝器等。冷凝器常被用于空调系统，工业化工程序，发电厂及其他热交换系统中。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；二十世纪 20 年代出现板式换热器，并应用于食品工业；30 年代初，瑞典首次制成
10、螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热；30 年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂；60 年代左右，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展；70 年代中期，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。尽管我国在部分重要换热器产品领域获得了突破，但我国换热器技术基础研究仍然薄弱。与国外先进水平相比较，我国换热器产业最大的技术差距在于换热器产品的基础研究和原理研究，尤其是缺乏介质物性数据，对于流场、温度场、流动状态等工作原理研究不足。近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换
11、热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。目前我国在换热器设计过程中还不能实现虚拟制造、仿真制造，缺乏自主知识产权的大型专业计算软件。根据中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要， “十一五”期间我国经济增长将保持年均7.5的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，预计 2010 年钢铁工业总产值将超过 5000 亿元，化工行业总产值将突破 4000 亿元。这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。国内经济发展带来的良好机遇，以及进口产品巨大的可转化性共同预示着我国换热器行业
12、良好的发展前景。1.2 冷凝器的类型和特点冷凝器有蒸汽冷凝器和锅炉用冷凝器。蒸汽冷凝器这种冷凝常应用于多效蒸发器末效二次蒸汽的冷凝，保证末效蒸发器的真空度。喷淋式冷凝器，冷水从上部喷嘴喷入，蒸汽从侧面入口进入，蒸汽与冷水充分接触后被冷凝为水，同时沿管下流，部分不凝汽体也可能被带出。充填式冷凝器，蒸汽从侧管进入后一上面喷下的冷水相接触冷凝器里面装淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 2 页 共 32 页 了满了瓷环填料，填料被水淋湿后，增大了冷水与蒸汽的接触面积，蒸汽冷凝成水后沿下部管路流出，不凝气体同上部管路被真空泵抽出，以保证冷凝器内一定的真空度。淋水板或筛板冷凝器，目的是增大冷水与蒸
13、汽的接触面积。混合式冷凝器具有结构简单，传热效率高等优点，腐蚀性问题也比较容易解决。锅炉用冷凝器，又称烟气冷凝器，锅炉使用烟气冷凝器后，可有效节约生产成本，降低锅炉的排烟温度，提高锅炉热效率。使锅炉运行符合国家节能减排标准。节能减排是国家“ 十一五”规划纲要转变经济发展方式的关键和保证，是落实科学发展观和保证经济又好又快发展的重要标志，特种设备作为耗能大户，同时也是环境污染的重要源头、加强特种设备节能减排的任务任重道远。 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要确立了单位国内生产总能源消耗降低20%左右，主要污染物排放总量减少 10%为经济社会发展的约束性指标。其是有着工业生产“ 心脏” 之称的
14、锅炉是我国能源消耗的大户。高效能特种设备主要是指锅炉、压力容器中的换热设备等。淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 3 页 共 32 页 2 结构设计与强度校核2.1 已知条件表 1 设计参数管程 壳程工作介质 冷却水 氢气等工作压力 0.45MPa 2.3MPa设计压力 2.5MPa 3.2MPa设计温度 60 C170 C换热面积 49m两流体的温差为 110 50 .所以需要热补偿，可采用浮头式换热器。2.2 确定管子数选用 ，长为 3m，材料为 10 号钢管的换热管。)(219m由换热面积 得：)(0LdnA（公式 2-283)1.0(9.143)(0 Ldn1）取管子数 n 为
15、 286 根换热管一般不小于 1.25 倍的换热管外径，参照文献1取中心距 a 为 25mm.管子采用正方形排列具体方式如下图淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 4 页 共 32 页 正方形排列图 1 管子的排列2.3 壳体的内径和厚度2.3.1 筒体的内径参考文献3筒体的内径可由下列公式计算（公式 2-2）lbaDi 2)1(式中 为换热管间距， 位于管束中心线上的管束管子按正方形排列时b， 为最外层管子的中心到壳壁的距离一般取 2 倍的管子外径。n9.l mi 5192)10(25按标准圆整取筒体内径 Di602.3.2 筒体的壁厚根据设计要求筒体材料选择 Q345R，取设计压力
16、3.2MPa。根据国标 150-1998 查得设计压力下许用 Q345R 许用应力 为 170MPa。 。筒体上的焊接均采t用相当于双面焊的全焊透对接接头（局部无损检测） ，根据参考文献2，取焊缝系数为 0.85，估计厚度在 8mm 到 25mm，取厚度负偏差 ，腐蚀裕mC8.01量 ， 。mC2.3mC421计算厚度 （公式 2-PDcti .62385.073）工艺要求需要取计算压力 取设计压力 3.2MPa，以下计算皆如此cp淮海工学院二一三届本科毕业设计（论文） 第 5 页 共 32 页 设计厚度 （公式 2-mCd 102.38624）根据文献1查得公称直径在 400mm 到 700
17、mm 的浮头换热器壳体最小厚度不得低于 8mm，取名义厚度为 14mm2.3.3 筒体的压力试验设备用于非极度危害的介质，所以不需要进行气密性试验，但需要做液压试验。 8.170t（公式 2- MPaPaPCtct 3.1041702.3525. 5）液压试验产生的应力（公式 2-aDeitt 53.1426426）（公式 2-MPat .153709.07）因此所选封头的强度足够。2.4 拉杆与定距管的确定拉杆与管板螺纹连接的拉杆螺纹结构如下图图 2 拉杆与管板的连接拉杆采用拉杆定距管结构，按文献1表 43 和表 44 取拉杆直径 12mm，拉杆数为 8，材料使用 Q235-A.拉杆结构如下
