1、吉 林 化 工 学 院本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ）蒸 汽 冷 却 器 的 设 计性 质 : 毕 业 设 计 毕 业 论 文教 学 院 ：系 别 ：学 生 学 号 ：学 生 姓 名 ：专 业 班 级 ：指 导 教 师 ：职 称 ： 教 授起 止 日 期 ： 2015.5.20 2015.7.11吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology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
2、 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 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 。
3、 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
4、计 ； 结 构 设 计AbstractCondenser is a kind of 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 e
5、quipment and the material of its shell pass 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
6、board are influenced by the arrangement and 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 vit
7、al to design the intensity of components 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, imping
8、ement baffle, slide and support. During the 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.Keywo
9、rds: heat exchanger； strength design； structure design目 录摘要 Abstract 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
10、 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 护 29结 论 30致 谢 31参 考 文 献 321 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
11、 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，瑞典首次制成螺旋
12、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，换热器
13、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良好
14、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 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
15、 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 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
16、 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。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
17、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 。)(9由 换 热 面 积 得 ：)(0LdnA（ 公 式 2-1）283)1.0(9.143)(0 dn取 管 子 数 n 为 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
18、 距 a 为 25mm.管 子 采 用 正 方 形 排 列 具 体 方 式 如 下 图正 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)(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 。n19.l mi 5192)10(25按 标 准 圆 整 取 筒 体 内
19、 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 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 用 相t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 量mC8.1， 。C23C41计 算 厚 度 （ 公 式 2-
20、3）PDcti 8.6235.0172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p设 计 厚 度 （ 公 式 2-4）mCd 102.3862根 据 文 献 1查 得 公 称 直 径 在 400mm 到 700mm 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 2-6）PaDPeitt 53.1426042（ 公 式 2-7）MPat .15379.0. 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
