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1、沈阳化工大学科亚学院 本科毕业论文题 目： 流量为 300t/h 汽水浮头式换热器 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 论文提交日期： 20 年 5月 25 日论文答辩日期： 20 年 6月 6日课题名称流量为300t/h汽-水浮头式换热器设计者图号GK31220203-02设计参数管口表容器类别符号公称尺寸用途或名称参数名称壳程管程a300冷水进口工作压力MPa1.52.3b300冷水进口设计压力MPa1.652.53c350蒸汽入口工作温度16790d25备用口设计温度20095e25排气口介质水蒸气水f40排气口介质特性h100冷凝液出口推荐材料Q245Q345g40排污口腐蚀余
2、量mm00m25放净口焊接接头系数0.850.85程数12传热面积59.6859.68换热管推荐尺寸管子与管板连接方式强度焊接强度焊接设计参数： 壳程：壳程介质为蒸汽，由0.75MPa被冷却到60； 管程： 管程介质为水，入口温度为20，出口温度为80；流量为300t/h 结构为浮头式换热器摘要换热器是工业生产，习惯性的装备都不同的工作环境下换热器性能要求不同，冷水和流体让接力卡路里的装备购买了。这次的设计浮头式真空浮头式，最主要的真空管，箱，管子板的时候流板等主要部分构成。浮头真空管的侧固定面板的密切固定，又端是浮动管板连接浮头相。因此，在热应力的优点容易小，检查，检查。这样的结构的缺点是更
3、重要的。这次的设计的主要的设计的参数，设计压力管程1.65Mpa，壳的道路2.53 Mpa，工作温度90管程壳的道路的温度是167的温度设计管程95的温度壳的道路200。管程媒体2.5 Mpa水壳的道路，媒体0.9 Mpa氢)。计算的检方，是与传统工艺的计算和。传统的平山工艺计算，主要有平山的面积，接力的卡路里和系数的确定，流量，圧降温的变化和墙壁核对完毕”等，这些都是应用相关的国家标准规定的检查和计算。颜色是在强度的测定管身体，管道的箱子里，支持，支持，隔断，板厚，其他的零件的设计和管球类，安装，工会，一部分的强度。本设计主要是依GB 151真空管壳式和GB 150压力容器的设计等的不同。真
4、空、工业、农业等各个领域的运用广泛，当然，日常生活的现实的中和平山设备也不应该随处相见，不可缺少的工艺设备和单元的一个。随着研究的发展，工业在深深地应用也显著的成果。关于本设计说明真空浮头式设计分成说明和计算两部分。一部分主要叙述了说明真空的特征和分类，真空发展的现状，国内的推移研究地点和真空浮头式主要部件结构设计和压力容器的常用材料等。计算一部主要対浮头真空筒体，封头和法兰为详细上计算了水压试验检（其中換热管，管板，折流板，滑板和钩圈等各测谎仪元件一样GB 1501998钢压力容器，GB 1511999真空管壳式标准简単的结构设计那个屈服应力是许用应力范围内。这次的设计中，进一步增加了排污口
5、，净口替换了，很高的产品为中心的清洁能力。和数据，增加了多少的数量，保证产品的安全运行。关键词: 换热器; 管板; 传统工艺计算; 强度安全校核; 应用范围AbstractHit (industrial production, the most common use of the device under the other operating conditions of the hit to master the requirements of enterprises, the low performance of other migrating cold, warm flow betwee
6、n. Switch of the design has been successfully held surface is by pipe shell, a slide plate, a tube box brand, YouTube and Jun trend panel, held switches, table, Lord, to Fitch pipe, surface cover. The sliding board and the cab tube switch connect the seeded players. So easy to prosecutors and clean.
7、 In addition, they are in complex structures.The main design of two design related aspects of the pressure. MPA 2.53 box, MPA tube for the 80 temperature is the temperature of Celsius design, box about the temperature of 95 degrees Celsius, the end of the C 200 boxes of shell, 2.5 MPa, the official
8、distance of 0.9 MPa water vapor. Calculation and verification of traditional process calculation and strength calculation. We open party held held the table and switch of transferring the switch to the coefficient of preaching and diameter change of open and switches, and form held mobile coefficien
9、t, pressure drop and wall won calculation and so on. The main points of strength calculation are: tube, tube box, hair, bearing, support, and the calculation of the thickness of the plate and the slide, rap and other parts of the design and the pipeline planning, iPad, setting, group, more strength
10、check. The design has GB151 skin tube hit (GB150, enterprise courage pressure. With the design and other areas of agriculture and industry, the switch is widely used in other fields. Of course, the heat transfer device can be seen everywhere in the real life of an engineering equipment and the capit
11、al. Industrial applications are also in the absence of a significant effect.The design of the divided into vacuum formula design and description of two computational portion. Description of some main characteristics and classification of vacuum, vacuum common materials, such as the development and m
12、ain structure type vacuum parts to pressure vessel design and research trend of domestic spot. The computational cylinder of hydraulic pressure to the experimental and computational sealing flange on one of tube to tube plate, a baffle plate, and the hook saddle area such as the polygraph GB device
13、150 as steel pressure vessel - 1998 and 1999. GB 151 shell type vacuum tube on the basis of the structure of a design of its yield stress in the working stress range.The design of the increase in the export of Wu repair, drainage, storage, cleaning capacity and product safety performance is very hig
14、h. Data, may increase the part of the margin standard Moggy product safe operation.Keywords: Heat exchanged; Floating tube sheet; Heat transfer Calculation; Strength check; Application目 录 第一章 换热器传热工艺计算 11.1 原始数据 11.2 定性温度及确定其物性参数 11.3 传热量与水蒸汽流量计算 21.4 有效平均温差计算 31.5 管程换热系数计算 41.6 管程结构初步设计 51.7 壳程换热系数
15、计算 51.8 总传热系数计算 71.9 管壁温度计算 71.10 管程压力降计算 81.11 壳程压力降计算 9第二章 强度计算 112.1 换热管材料及规格的选择和根数确定 112.2 确定筒体内径 112.3 确定筒体壁厚 122.3.1 筒体液压试验 12 2.4 管箱封头厚度计算 13 2.5 浮头侧封头厚度计算 14 2.6 设备法兰的选择 152.6.1 容器法兰的选择 15 2.6.2 接管法兰的选择 15 2.7管板的设计 162.8 钩圈式浮头 192.8.1 管程压力作用下浮头盖的设计 192.8.2 壳程压力作用下浮头盖的设计 242.9 浮动管板 292.10 钩圈的
16、选择 302.11 折流板的选择 302.12 杆和定距管的确定 312.13 管箱短节壁厚的计算 312.14 筒体、管箱的耐压试验的校核计算 322.15 接管及开孔补强 322.15.1 a,b 孔的补强 322.15.2 d 孔的补强 342.15.3 h 孔的补强 362.16 择及应力校核 372.16.1 支座的选择 372.16.2 支座的应力校核 38参考文献 41致谢 42沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传统工艺计算第一章 换热器传热工艺计算1.1 原始数据管程水的进口温度t1=20管程水的出口温度 t1= 80 管程水的正常工作压力 P1 =2.53MPa
17、管程水的流量 G1=300000 Kg/h壳程水蒸汽的正常入口温度t2=167壳程水蒸汽的出口温度t2=80壳程水蒸汽的正常工作压力 P2 =1.5MPa1.2 定性温度及确定其物性参数(1) 管程：管程水定性温度 t1=（t1+ t1）/2=(20+80)/2=50查表可得管程水密度1=987.99 /m3管程水比热Cp1=4.176KJ/（KgK）管程水导热系数1=0.6418W/（m）管程水粘度1=5.47010-4 Pas管程水普朗特数Pr1=3.60(2) 壳程：壳程水蒸汽定性温度：壳程水蒸汽临界点的冷凝点 : ti = t2=167.7冷却段：t2 =（ti + t2）/2=(16
18、7.7+80)/2=123.85冷凝段：2= （t2+ ti）/2=(167.7+167.7)=167.7壳程水蒸汽密度查物性表得：冷却段：2=939.97/m3 冷凝段: 2=1.2562/ m3壳程水蒸汽比热查物性表得:冷却段：Cp2=4.250KJ/（KgK）冷凝段：p2=2.1996KJ/（KgK）r壳程水蒸汽导热系数查物性表得：冷却段：2 =0.6827 W/（mK）冷凝段：2= 0.0271 W/（mK） 壳程水蒸汽粘度：冷却段：2 =224.310-6 Pas冷凝段：2=13.059910-6 Pas壳程水蒸汽普朗特数查物性表得：冷却段：Pr2 =1.40冷凝段：r2=1.011
19、.3 传热量与水蒸汽流量计算取定换热效率 =0.98则设计传热量 :Q0=G1Cp1(t1- t1)1000/3600=3000004.176(80-20)1000/3600 =2.088107W由Q0=G2r+ Cp2(t2- t2) 导出水蒸气流量G2，r为t2时的汽化潜热，r=2056.57KJ/Kg水蒸汽流量: G2=Q0/r+Cp2(ti-t2) =2.088106/0.98/2056.571000+4.2501000(167.7-80) =8.77Kg/s冷却段传热量： Q2=G2Cp2(ti- t2)=8.7744.250103(167.7-60)=4014248.25 W冷凝段
20、传热量: 2= G2r=8.772056.571000=18036118.9W假设冷凝段和冷却段分界处的温度为t3根据热量衡算 : 2= G1Cp1（t3- t1） t3=2/ G1/ Cp1+ t1=18036118.90.983600/300000/4174+20=70.81.4 有效平均温差计算逆流冷却段平均温差: tn=75.84逆流冷凝段平均温差: tn=120.95冷却段:参数:P=0.1115参数:R=9.97换热器按单壳程 2管程设计则查图得:温差校正系数 =0.98f -有效平均温差: tm= tn=0.9875.84=74.32冷凝段：参数:P=1.1584参数:R=0换热
21、器按单壳程 2管程设计则查图得:温差校正系数 =1.0有效平均温差: tm= tn=1.0127.52=120.951.5 管程换热系数计算 初选冷却段传热系数:K0= 2000 w/(mk) 初选冷凝段传热系数: K0= 4400 w/(mk) 选冷却段传热面积为:F0=Q2/( K0tm) = 4014248.250.98/(200074.32=26.47m2 选冷凝段传热面积为: F0=2/( K0tm) = 18036118.90.98/(4400120.95) =33.21 m2 选用252.5的无缝钢管做换热管则: 管子外径d0=25 mm 管子内径di=20 mm 管子长度 L=
22、3000 mm 则需要的换热管根数为:Nt=( F0+ F0)/( d0L)=253.42可取换热管根数为 258根管程流通面积:a1=2= 0.022/4=0.04管程流速: W1 = 300000/( 3600987.990.02 )= 2.11m/s管程雷诺数:Re1=1w1di/1=987.992.110.02/(5.47010-4)= 76221则管程冷却段的定性温度:t11=(t3+ t1)/2=(70.8+80)/2=75.4管程冷却段传热系数:a1=3605(1+0.015 t11) W10.8/(100di)0.2= 6282.1管程冷凝段的定性温度: t12=(t3+t1)
23、/2=(70.8+20)/2=45.4管程冷凝段传热系数: a1=3605(1+0.015 t12) W10.8/(100di)0.2= 5172.11.6 管程结构初步设计查 GB1511999知管间距按1.25d0选取, 可以取管间距为：s= 0.032m管束中心排管数为：Nc=1.1=17.56，则取18根则经过计算可得壳体内径:Di=s（Nc-1）+4 d0=0.644圆整为: Di=700mm则长径比:=4.29 合理折流板选择弓形折流板:折流板的弓高:h=0.2 Di=0.20.7=0.14折流板间距:B=233.33取B=200折流板数量:Nb=-1=-1=141.7 壳程换热系
24、数计算 壳程流通面积:f2=BDi（1-）=0.20.7（1-0.025/0.032）=0.03063 壳程流速: 冷却段:w2=8.77/（939.970.03063）=0.3046m/s 冷凝段:2=8.77/（1.25620.03063）=220.16 m/s 壳程当量直径:de=（Di2-Ntd02）/（Ntd0）=0.04673m 冷凝段管外壁温度假定值: w=132.3膜温:tm=（w+ t2）/2=（132.3+167.7）/2=150膜温下液膜的粘度:m=18210-6Pas膜温下液膜的密度:m=917.0Kg/m3膜温下液膜的导热系数为:m=0.681/（m）正三角形排列方式
25、为：ns=2.08 Nt 0.495=2.08256 0.495=32.31冷凝负荷：=8.77/（332.31）=0.09048壳程冷凝段雷诺数:=4/um=40.09048/18210-6=1988.6壳程冷凝段传热系数:a2=1.51（m3m2g/m2）（）=7835.5 冷却段管外壁温假定值:tw2=90 冷却段雷诺数：Re=939.970.30460.046737/222.310-6=59649.99 壁温下水粘度:w2=314.210-6 Pas 粘度修正系数:1=（）0.14=0.954 壳程的传热因子经过查图可得: js=130 冷却段壳程换热系数:a2=（2/de）Pr2 1
26、 js =（0.6827/0.04673）1.40 0.954130=1294.61.8 总传热系数计算查 GB-1999可知壳程水蒸汽侧选劣质不含油，污垢热阻:r2=910-5（m2/w）管程水选用海水，污垢热阻为: r1=910-5（m2/w）由于管壁比较薄，热阻忽略不计冷却段总传热系数: Kj=1/1/a2+r2+r1d0/di+d0/（a1di）=825.4传热面积比为: Kj/ K0=0.83(基本合理)冷凝段总传热系数: Kj=1/1/ a2+r2+r1d0/di+d0/（a1di）=1167传热面积比为: Kj/ K0=1.06（合理）1.9 管壁温度计算设定冷凝段的长度:L=2
27、.0424m冷却段的长度:L=1.3125m冷却段管外壁热流密度计算:q2=Q2/(Ntd0 L)=35055.8w/（m2）冷却段管外壁温度:tw=t2-q2(1/a2+r2)=97.46误差校核:e=tw2- tw=-2.46 误差不大冷凝段管外壁热流密度计算: q2=2/( Ntd0 L)=125441.5 w/（m2）冷凝段管外壁温度: tw=tm- q2(1/ a2+r2)=112.7误差校核:= - tw=-8.1 误差不大1.10 管程压力降计算管程水的流速: u1=2.11m/s管程雷诺准数:Re1=1w1di/1=76221可得摩擦系数:=0.3164/(Re10.25)=0
28、.0339压降结垢校正系数:di=1.5沿程压降:P1=112L di/(2di)=16616Pa管程数:nt=2 回弯压降: =P2= 112ntn/2=4398.6 Pa取管程出入口接管内径:d1=250mm管程出入口流速:u1=4G/(3600d121)=1.7m/s局部压降: P3=1 u12(1+0.5)/2=2141Pa管程总压降: P=P1+P2+P3=23155.6Pa管程的正常允许压降: P= 35000 Pa ，P P，符合要求。1.11 壳程压力降计算壳程当量直径:De=（Di2-Ntd02）/（Di+Ntd0）=0.04673m壳程的流通面积为:f2=Bdi（1-d0/
29、s）=0.03063m2壳程流速:冷却段:w2=G2/（2f2）=0.30461m/s冷凝段:2=2/（2f2）=227.96m/s壳程雷诺数:壳程冷却段雷诺数:Re=2w2de/2=59649.99壳程冷凝段雷诺数: =4/um=1988.6查表壳程摩擦系数: 冷却段:1=0.35冷凝段: 2=0.60壳程粘度修正系数:冷却段d1=0.95冷凝段d2=1.0管束周边压降:冷却段管束周边压降:Pa=(2w22/2) Di(nb+1)/De(1/d1)=3609.8Pa冷凝段管束周边压降:a=(2/2)Di(nb+1)/De(2/d2)=18642.8Pa导流板压降: Pb= 0, （无导流板）
30、查表取壳程压降结垢系数:冷却段d0=1.16 冷凝段d0=1.05取壳程进口接管内径:d2=300mm壳程出口接管内径:d2=100mm壳程出口流速:u2=4G2/(2d22)=1.89m/s壳程进口流速:u2=4G2/(d22)=98.8m/s局部压降:冷却段： Pc=2 u22(1+0.5)/2=1332.4Pa冷凝段： c=u22(1+0.5)/2=93.1Pa壳程总压降:冷却段壳程总压降: P=Pa+Pb+Pc=4942.2Pa冷凝段壳程总压降: =a+b+c=18735.9Pa P= 250000 Pa P P 即压降符合要求; P 即压降符合要42沈阳化工大学科亚学院学士学位论文
31、第二章 强度计算第二章强度计算2.1 换热管材料及规格的选择和根数确定序号各项目符号相应单位数据来源及计算过程数值1换热管外径d0mmGB1511999252管长 LmmGB151199930003传热面积sm2F=F0+F059.684换热管根数Nt个Nt=F/(d0L)2585换热管材料GB1511999表4-316MnR6排管方式 GB1511999正三角形2.2 确定筒体内径序号各项目符号相应单位数据来源及计算公式数值1换热管的相邻中心距SmmGB151-1999 表 12322分程隔板槽两侧的相邻管中心距SnmmGB151-1999 表 12443分程隔板的厚度mmGB151-199
32、9 表 6104筒体直径Dimms（Nc-1）+4 d07005b,b1,b2mmGB151-1999 表 14，表15b1=4，b2=15，b=56布管的限定圆直径DLmmDL=Di-2（b+b1+b2）6627管板直径DmmD=Di-2b16922.3 确定筒体壁厚序号各项目符号相应单位数据来源及计算公式 数值1工作压力PMPa给定1.52材料GB150-2011 第四章Q345R3材料许用应力tMPaGB150-2011 表 4-1 7164焊接接头系数过程设备设计 表4-30.855壳程设计压力PcMPaPc=1.1P1.656筒体计算厚度mm=PcDi/(2t-Pc)3.457筒体设
33、计厚度dmmd=+C25.458筒体名义厚度nmmn=+C2+C1+7.489实取名义厚度nmmGB151-1999 表 8 810厚度负偏差C1mm过程设备设计0.311腐蚀余量C2mm过程设备设计012筒体有效厚度emme=n-C1-C2613设计厚度下圆筒的需用应力tMPat=Pc(Di+e)/2e75.8314校核 tt = 141.95故合格15设计温度下圆筒的最大许用应力PwMPaPw=2et /(Di+e)3.116材料的屈服应力sMPaGB150-2011 表 4-1 2452.3.1 筒体液压试验序号各项目符号相应单位数据来源及计算公式数值1试验压力大小PTMPaPT=1.2
34、5Pc/ t1.232圆筒薄膜应力MPa= PT (Di+e)/（2e）56.523校核0.9 s=187.4MPa 合格2.4 管箱封头厚度计算序号各项目符号相应单位数据来源及计算公式数值1工作压力PMPa给定2.32材料GB150-2011 第四章Q345R3材料的许用应力tMPaGB150-2011 表 4-11834焊接接头系数f过程设备设计表 4-30.855壳程设计压力PcMPaPc=1.1P2.536封头的计算厚度mm=PcDi/(2t -0.5Pc)6.277封头设计厚度dmmd=+C28.278封头名义厚度nmmn=+C1+C2+59取名义厚度nmmGB151-1999 表
35、8810厚度负偏差C1mm过程设备设计0.311腐蚀余量C2mm过程设备设计012封头的有效厚度emme=n-C1-C27.713设计厚度下封头的需用应力tmmt=Pc(Di+e)/(2e)116.2714校核tt =155.55 故合格15设计温度下封头的最大许用应力PwMPaPw=2t e/(KDi+0.5e)3.4016校核PcPw 故合格17选用封头尺寸:公称直径为 700 mm ,曲面高度为 175 mm ,直边高度为 40 mm2.5 浮头侧封头厚度计算序号各项目符号相应单位数据来源及计算公式数值1工作压力PMPa给定1.52材料GB150-2011 第四章Q345R3材料的许用应
36、力tMPaGB150-2011 表 4-11674焊接接头的系数过程设备设计 表4-30.855壳程设计压力PcMPaPc=1.1P2.536封头的计算厚度mm=PcDi/(2t -0.5Pc)6.277封头设计厚度dmmd=+C26.578封头名义厚度nmmn=+C1+C2+6.879实取名义厚度nmmGB151-1999 表 8810厚度负偏差C1mm过程设备设计0.311腐蚀余量C2mm过程设备设计012封头的有效厚度可为emme=n-C1-C27.713设计厚度下封头的需用应力tmmt=Pc(Di+e)/(2e)116.2814校核tt =141.35 故合格15设计温度下封头的最大许
37、用应力PwMPaPw=2t e/(KDi+0.5e)2.5916校核PcPw 故合格17选用封头尺寸:公称直径为 800 mm ,曲面高度为 200 mm ,直边高度为 25 mm2.6 设备法兰的选择2.6.1 容器法兰的选择（1） 管箱侧法兰的选择 查的DN = 700 mm, 设计压力为2.53 MPa ,由压力容器法兰表 1 选用长颈对焊法兰，参数如下：单位（ mm ）DNDD1Hh12d螺柱规格螺柱数量7008958155012035162627M2428 由压力容器法兰选相关的垫片：用非金属软垫片 800-4.0JB/T4704-2000，尺寸：D=787mm, d=737mm,
38、=3mm（2） 浮头侧管箱法兰的选择 查的DN = 800 mm, 设计压力为1.56 MPa ,由压力容器法兰表 1 选用长颈对焊法兰，参数如下：单位（ mm ）DNDD1Hh12d螺柱规格螺柱数量8009609155812535162627M2432 由压力容器法兰选择相关垫片：用非金属软垫片 900-1.0JB/T4704-2000，尺寸：D=854mm, d=810mm, =3mm2.6.2 接管法兰的选择 a,b 接管 选择相同型号，设计压力为 2.53MPa,由于流体流速为1.5m/s，则d=4G1/(3600u)(1/2)=293 mm，取d= 300 mm，板式平焊法兰PL 3
39、00 - 4.0RF，尺寸如下：公称直径DN管子外径A1法兰外径D中心孔螺栓 K螺纹孔直径 L螺栓孔数n螺纹Th坡口宽 b法兰厚度C法兰内径B1法兰重量3003255154503316M30114832831.9 c 接管c 为蒸汽入口选板式平焊法兰PL350- 1.0 RF，尺寸如下：公称直径DN管子外径A1法兰外径D中心孔螺栓 K螺纹孔直径 L螺栓孔数n螺纹Th坡口宽 b法兰厚度C法兰内径B1法兰重量3503735054602216M20122838148.5（3）h 接管h为冷凝出口选板式平焊法兰PL100- 1.0 RF，尺寸如下：公称直径DN管子外径A1法兰外径D中心孔螺栓 K螺纹孔直径 L螺栓孔数n螺纹Th坡口宽 b法兰厚度C法兰内径B1法兰重量100108220180188M1666221105.15（4）d，e,m接管e, m 接管选择同型号，设计压力为 1.56Mpa,选择板式平焊法兰 PL25-1.0RF公称直径DN管子外径A1法兰外径D中心孔螺栓 K螺纹孔直径 L螺栓孔数n螺纹Th坡口宽 b法兰厚度C法兰内径B1法兰重量253211585144M12416281.24（6）f,g，h接管