釜式再沸器设计说明书.docx
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釜式再沸器设计说明书
浙江大学
毕业设计题目:
釜式换热器的设计
学院:
系别:
专业:
过程装备与控制工程
学号:
1
3
2
5
5
5
5
7
8
9
9
11
315
15
.
15
16
17
18
19
4
19
19
19
19
20
4.2.3A
20
20
20
21
24
26
27
29
30
31
31
32
5
32
32
32
32
34
35
35
38
41
43
44
45
46
1概述
换热器是一种实现物料之间热量传达的节能设施,是在化工、石油、石油化工、
冶金等领域广泛应用的一种工艺设施,在炼油、化工装置中换热器占总设施数目的
40%左右,占总投资的30%~45%。
最近几年来跟着节能技术的发展,应用领域不停扩大,
利用换热器进行高平和低温热能回收带来了明显的经济效益。
目前在换热设施中,使用量最大的是管壳式换热器。
在最近几年来国内在节能、增效等方面改良换热器性能,在提升传热效率,减少传热面积,降低压降,提升装置热强度等方面的研究获得了明显成绩。
换热器的大批使用有效的提升了能源的利用率,使公司成本降低,效益提升。
管壳式换热器固然在换热效率、设施体积和金属资料的耗量等方面不如其余新式换热设施,但他又构造牢固、操作弹性大、靠谱程度高、合用范围广等长处,所以在各样
工程中获取广泛使用。
而本次毕业设计的题目就是有相变传热的釜式换热器,它也是管壳式换热器的一种,宽泛应用于石油及化工领域,又称釜式再沸器。
换热器作为节能设施之一,在国名经济中起到特别重要的作用。
换热器的构造决定了换热器的性能,一种性能可否发挥其作用取决用设计着怎样选择合理的构造,任
何一个场合都有适应于这个特色的换热构造。
假如传热效率提升、能耗降落、就一定认识换热器的机构特色,在此次设计中构造设计也就作为要点之一。
设计题目在毕业实习从前就已确立,任务涵盖了两部分内容,一是设施设计部分;二是在设施设计的基础长进行三维实体协助造型设计。
设施设计包含整体构造设计和各个构成的构造设计以及强度设计,主要零零件的设计和选型以及校核。
三维实体协助造型设计是利用软件SolidWorks来达成的,包含各个零零件的造型设计、装置体的设计和工程图的生成。
工作任务是比较沉重的,在实习过程中,见到最多的是固定管板式换热器,却未见到釜式设施,对于釜式换热器的局部构造一直没法想象,对于釜式换热器的介绍资料在图书室的资料库里,找到的不多。
在经过多次考虑和导师的商讨,才对它的整体构造确立了下来,但是解决后新的问题又摆在眼前,在过去的学习中,并未对SolidWorks做深入的学习和应用,当要系统的达成一个完整有自己设计的设施建模时碰到了太多的问题,每个功能的应用和实现过程有时需要探究好多
次,并且常常会在建模时会发现设计的合理性出问题,对前方的设计计算进行频频的改正,直到最后达成工程图的生成,才达成了设施的所有设计,能够说,每一步都紧
密联系在一同,互相限制着。
但同时也让我领会到设计者和制造者之间的矛盾和联系,设计者有时是没法注意到制造问题的,而SolidWorks能够让设计者先对自己的设计做一个查验。
经过本次设计使我对所学的专业知识有了更深刻地认识,并从中学到了好多课本上没法获取的东西,经过自己的努力和学习,经过导师的仔细指导,使我不单在知识水平上和解决实质问题的能力上有了很大的提升,并且深刻领会到要把所学的知识理论变为可实质应用的设施时,所面对的各种难题,认识到提升运用知识,解决实质问题的能力的重要性,因为时间匆促和经验不足,不免存在好多问题,敬请各位老师指导!
2设计计算
主要工艺参数确实定
介质
壳程
水、水蒸气
管程
重生气
设计压力MPa
设计温度℃210340
换热面积m2
260
接收规格:
重生气入口DN300;
重生气出口
DN300
水入口DN300;
水出口
DN300
蒸汽出口
DN400
釜式换热器的构造设计
整体构造设计
选择了比较带蒸发空间的传统的构造形式,由管箱、小端壳体,斜锥壳体,大端
壳体、管板、法兰、换热管等零零件构成。
如图2—1所示
图2—1
换热器管程设计12
1)换热管
a)换热管的形式换热管形式有光管、各样翅片管、螺纹管、异形管等。
光管是作为管壳式换热器的传统形式,目前应用特别广泛,低价,易于制造、安
装、检修、冲洗方便。
跟着节俭资料,节俭能源的增强传热技术研究的发展,光管不停遇到冲击,可是依照本设计的技术参数和考虑制造成本,依旧采纳光管。
b)管径采纳标准管径的换热管。
小管径可使单位体积的传热面积增大,构造
紧凑,金属耗量减少,传热系数提升。
将同直径换热器的换热管有25改为19使换热面积可增添40%左右,节俭金属20%以上,但小管径流体阻力大,不便冲洗,易结垢,拥塞。
一般大直径管子用于粘性大或浑浊的流体,而重生气
成分不决,采纳25㎜×㎜的无缝钢管。
c)管长管子过长冲洗安装均不方便。
一般取6m以下,对于卧式设施,管长与壳径之比应在6-10范围内,本设计采纳标准管长6m。
d)管材采纳20号钢。
e)管制确立估量单根换热管面积A4
AdtL
A—单根换热管的面积㎡
d—无缝钢管直径㎜
t—无缝钢管壁厚㎜
A
252.56000424.115103mm2
所需的换热管数n=F
A
F—要求工艺换热面积㎡,F=260㎡
260
10
6
614
n
103
424
25㎜×㎜的换热管的拉杆起码需要6根,故所需换热管管数至多608根。
2)管板
管板是管壳式换热器最重要的零零件之一,用来排布换热管、将管程与壳程的流体分开,防止冷热流体混淆,并同时受管程压力、壳程压力和温度的作用。
a)管板资料在选择管板资料时除考虑力学性能外还应试虑管程和壳程流体的
腐化性,以及管板和换热管之间的电位差对腐化的影响,因为此设计中的重生气主要成分为二氧化碳,采纳一般压力容器用钢16MnR。
b)列管形式排布考虑到管外是水易冲洗,采纳正六边形摆列。
换热管中心距要保证管子与管板连结时,相邻两管间的净空距离有足够的强度和宽度,一
般不小于倍的换热管外径,所以换热管的中心距选标准S=32㎜。
管板上摆列管子的根数六角形14层,实质可排721根,对角线上的管数N=29,不计弓形部分可排管子总数为631根。
c)管板与壳体和管箱的连结管板与壳体的连结形式分为两类:
一种是可拆式,一种是不行拆式。
对于釜式换热器特别的构造形式,考虑维修方便,以及再
生气的腐化性其实不大,气密性要求不高,管板不做法兰设计中采纳如图3—1所示的连结形式:
图2—1加紧式连结
d)换热管与管板的连结形式换热管与换热管的连结在管壳式换热器的设计中是一个比较重要的构造部分,它不单给加工工作量大,并且一定使每个连结处在设施运转中,保证无泄露及能蒙受介质压力。
从制造工况以及经济等方面考虑,我采纳了强度焊。
3)管箱管箱的作用是把从管道输送来的流体均匀地散布到各换热管内,和把管
内流体聚集在一同送出换热器,在多管程换热器中,管箱还起到改变介质的流向的作
用,因为我采纳的釜式换热器的特别构造形式,我采纳封头管箱,并用两程,隔板尺
及构造见图3—3。
可是因为采纳了2程分程,隔板槽双侧管心距起码取44㎜。
图2—3分程隔板
换热器壳程设计
课程内主要由壳体、折流板、支撑板、拉杆、定距管、滑板等构造构成。
1)壳体构造见设计图纸。
2)折流板折流板的作用是为了提升壳程流体流速,迫使流体按规定的路径多次横向流过管制,增添湍动程度,以提升管间对流传热效率。
而对于釜式换热器,折流板即起着流作用又起支撑作用。
因为弓形折流板中,流体只经过圆缺部分而垂直流过管制,流动中死区较少,所以较为优胜,构造也简单。
弓形折流板的圆缺率为25%左右。
折流板的缺口应尽量凑近管排,此采纳上下方向摆列,可造成流体强烈扰动,以增大传热系数。
弓形折流板的间距一般不该小于壳体内径的20%,且不小50㎜,并相邻两块折流板间距不得大于壳体内径。
因为换热管总长为6000㎜,去折流板间距为750㎜,能够计算需要7块折流板。
折流板的安装固准时经过拉杆和定距管来实现的,每一根拉杆的最后一块折流板是与拉杆焊接的。
其缺口的弦高取倍的圆筒内径,h=300㎜。
对于卧式换热器,为在泊车时排进课程内残留也和在换热过程中陪伴
有气相的产生,则在折流板顶和底部需设置缺口,其角度为90o,高度为15~20
㎜,共清除换热器内残留也随和体用。
折流板的厚度是依据换热器直径和换热管
无支撑跨距来实现的,由2表3—5查得折流板的最小厚度为10㎜。
它的名义外
径为DN-6=99400.8㎜。
3)拉杆拉杆常用形式有两种:
一种为拉杆和折流板焊接形式,一般用于换热管外
径小于或等于14㎜的管制;另一种为拉杆定居管构造形式,用于换热管外径大于
或等于18㎜的管制。
拉杆应尽量均匀部署在管制的外边沿,对于大直径的换热器,再不论区内或凑近折流板缺口处应部署适合数目的拉杆,拉杆直径采纳
16mm。
4)滑板用来支撑折流板,并在安装时起到导轨和滑轨的作用,便于安装和拆卸,
并在设施工作时防备因为介质的冲击惹起的震动和浮动,它的长度定为5000㎜,
有两根构成。
资料采纳Q235AF。
元件的强度设计3
换热器是由客体、管箱、封头、官板、法兰、换热管等受力元件构成,各元件都需要进行强度设计计算,以保证在运转时安全靠谱。
因为官板受力状况复杂,影响管板强度的要素好多,有管内外压力,温度生产的应力,法兰力矩和换热管的支撑力等的影响,故正确地进行管板剖析计算是比较复杂的,在此因为时间的关系,不予校核设计。
壳体
1)小端壳体直径的计算赐予管板相连结的壳体,所以其厚度应依据壳体内径应等于或大于管板布管最大圆的直径,所以从管板直径的计算能够确立壳体的内径。
DSb12e
D—壳体计算内径,㎜;
S—管心距,㎜;
b
—最外层的六角形对角线上的管数,b=29;
e
—六角形最外层管中心到壳体内壁距离,一般取e
(1~1.5)d0。
D
32
(29
1)
2
(1.2
25)
956mm
但依据圆筒的内径标准系列,只好取
Di
1000mm。
2)大端壳体直径确实定
釜式换热器是需要在壳体的上部设置适合的蒸发空间,
同
时兼有蒸汽室的作用。
页面的最低地点应比价热管的最上部表面高约
50㎜,且
大端直径和小段直径之比为~2倍,锥形过渡段为30o。
所以去大端直径为2倍于
小端直径,即为Di1=2000㎜。
则由此可以得到斜锥的长度为
l1
ctg30o1000
1732mm。
3)壳体的壁厚2
依据工艺条件可知,本设计的釜式换热器属于中低压容器,选
用压力容器常用钢16MnR,壳体的计算厚度
pcDi
2
t
Pc
—计算厚度,㎜;
Pc
—计算压力,取设计压力MPa;
Di
—圆筒内径,㎜;
t
200℃时
t
—需用应力,MPa,因为
=170MPa,250℃时
t
t
=156MPa,用试差法计算在210℃是
=MPa;
—焊缝系数,
=。
n=
0.4
2000
=㎜
167.4
0.85
2
0.4
16MnR的负误差为
1
2
=2
㎜,所以钢板的名义厚度可取
C
=0,取腐化余量C
n
C1C2
5mm。
但作为大端直径为2000㎜的圆筒的最小厚度为n=14
㎜,小端直径为1000㎜的圆筒的最小厚度为
n=10㎜。
为制造方便和考虑经济成
本小端和大端直径以及斜锥壳都取
n=14㎜。
进行水压实验校核:
即
/
T
PTDie0≤s
2e
F—要求工艺换热面积㎡
D—壳体计算内径,㎜;
S—管心距,㎜;
b—最外层的六角形对角线上的管数,b=29;
e—六角形最外层管中心到壳体内壁距离,一般取e(1~1.5)d0
—计算厚度,㎜;
Pc—计算压力,取设计压力MPa;
Di—圆筒内径,㎜;
t
—需用应力,MPa,由
e
—有效厚度,㎜;
s
—折服应力,
s=340MPa;
PH
egh=1××2000=MPa
PT'
T
H
a
=P
P=MP
0.51962
2000
12
T
2
12
=MPa
s=××340=MPa
T
4)管箱厚度计算2因为管箱遇到的压力与壳体遇到的压力不一样,但采纳了封头管箱,并且封头采纳了标准椭圆封头,由此其计算厚度按封头的计算厚度,即
PcDi
2
t
0.5Pc
Pc—
计算压力,取设计压力,Pc=MPa
t
t
—需用应力,340时
=MPa;
—焊缝系数,=1。
3.2
1000
=㎜
2
136.4
1
0.5
3.2
取腐化余量为2㎜,16MnR的负误差为0,所以可取其名义厚度为14㎜。
开孔补强设计计算56
开孔补强设计就是适合增添壳体或接收厚度的方法将应力集中系数减少到某一
同意数值。
采纳鉴于弹性无效设计准则的等面积布强圈,主要用于补强圈构造的布强
设计计算。
规定不需要另行补强的接收外径要小于或等于89㎜,故5个孔都需补强。
1)重生气出入口(DN300)
a)开孔所需最小补强面积A
对于受内压的圆筒,所需的补强面积
A
d
2
et1fr
A
—开孔削弱所需要的补强面积,
mm2;
d
—开孔直径,圆形孔等于接收内径加
2倍,厚度附带量,
d=325+0=325㎜;
—壳体开孔处的计算厚度,㎜;
et
—接收的有效厚度,
et=
-C=14-2=12㎜;
t
fr
—强度削弱系数,fr
bt,即设计温度下接收资料与壳
体资料需用应力之比,当
=。
t
,
t
=。
r
r
b
a
a
r
f
>时,就取f
=MP
=92MP
,故取f
A=325×+2××12(1-1)=㎜
b)有效补强范围
i.有效宽度B
取二者中最大值B=2d
B=d+2n2nt
式中B—补强有效宽度,㎜;
n—壳体开孔处名义厚度,㎜;
nt—接收名义厚度,㎜;
B=2×325=650㎜
B=325+2×14+2×14=381㎜
故B=650㎜。
ii.有效厚度
外侧有效高度去式中较小值
h1
d
nt
402
14
75.01mm
h1
d
nt
325
14
67.45mm
h1接收实质外伸高度=300㎜
故h1=67㎜。
内侧有效高度h2取式中较小值
h2dnt67mm
h2=接收实质内伸高度=0
故h2=0。
iii.有效补强面积
壳体剩余金属面积
A1
Bd
e
2et
e
1fr
=
(650-325)()-0
=
mm2
接收剩余面积A2
接收计算厚度
t
pd
3.2
300
4
5.38mm
t
2
92
1
3.2
2
p
A2
2h1et
t
fr
2h2
et
C2fr
=2×()10+0
=mm2
补强区焊缝面积A3焊脚取㎜
1
A3=2×××=36mm2
则AeA1A2A368.2589.3036997.25mm2
iv.所需另行补强的面积
A4AAe3831.75997.252834.5mm2
故需另行补强,采纳补强圈补强。
c)补强圈的设计
补强圈外径D应不大于有效宽度B=650㎜。
取外径D=550㎜,公称直径DN300,
内径d=329的补强圈。
补强圈的厚度
'=A4
Dd
=
÷(550-329)
=㎜
考虑钢板的厚度麸皮误差并经圆整,实取补强圈的厚度为14㎜,其质量为㎏。
2)水蒸气出口(DN400)
同意不另补强的最大接收外径为89mm,故本开孔需要另行考虑其补强。
a)开孔所需的补强面A
A=d
2
et1fr
fr=
123
=
150.4
A=402×+2××12×()
=+
=mm2
b)有效的补强范围
有效宽度B取二者较大值
B=2d=2×402=804㎜
B=d2n2nt402214214458mm
外侧有效高度h1取二者较小值
h1
dnt4021475.01mm
h1
接收实质外伸高度=150㎜
故h1=75㎜1。
内侧有效高度PN6.4MPah2=0。
c)有效补强面积Ae
壳侧剩余金属面积A1
A1
Bde
2ntCe1fr
=
(804-402)()-2(14-2)()()
=
mm2
接收多于金属面积A2
接收计算厚度
Pdi
2
t
P
=
0.4
426
2
123
1
0.69mm
0.4
A2
2h1
et
tfr2h2etCCfr
=2
×75×()×+0
=
mm2
因为A1A2A,故计算至此,已经能够得出蒸汽出口开空不再需要另行补
强。
3)水出入口开孔补强设计(DN300)
由前方水蒸汽开孔补强计算的计算得出,因为水出入口的公称直径小于水蒸汽出口的公称直径,由此,也不需要另行补强。
3标准零零件的采纳及主要零零件的设计789
法兰的采纳10
法兰标准分为压力容器法兰标准和管法兰标准,其尺寸和密封面的形式确实
定是由法兰的公称直径和公称压力来确立的。
容器法兰的采纳
因为长颈对焊凸凹密封面法兰,安装时易于对中,还可以有效的防治垫片挤出压紧面,并且利于密封,合用于PN6.4MPa的压力容器。
小段的管箱与管板及筒体的连结采纳如图3—1所示的法兰连结。
资料采纳16MnR。
图3—1容器法兰
DN=1000㎜,D=1215㎜,Q235
AFD2=1110㎜,
D3=1097㎜,
=100㎜,H=175
㎜,
h=42
㎜,
1=28㎜,
2=32㎜,R=15
㎜,
d=33
㎜,
对接筒体的最小厚度
0=14㎜,
螺栓采纳48个M30×250,法兰质量为m=㎏
对于浮动端的管板与封头的连结采纳了带法兰的球冠型封头,所以其尺寸暂不与
设计,它属于非标准件。
管法兰的选用
管法兰的设计采纳1997年由原化学工业部颁发的《钢质管法兰、垫片、紧固件》
标准来选用的。
依据压力不一样,采纳了不一样的法兰形式,详细数据见表3—1。
如图3
—2和图3—3所示,资料采纳20号钢。
表3—1
公称直
钢管外
法兰外
法兰厚
螺孔直
标准
形式
径A1
径D
度C
径K
径DN
PN4.0MPa
带颈
HG20595
97
300
325
515
28
450
对焊
PN0.6MPa
HG20593
97
板式
325
440
24
395
300
平焊
板式
HG20593
97
400
426
540
28
495
平焊
图3—2管法兰图3—3管法兰
颈的直边
高度H1
18
0
0
3.2封头
对于封头在前方计算时我已对此作了较大略的说明,依据GB/T473795在小端
和大端都采纳了标准椭圆封头。
在这里给出具数据,以供下边的设计计算作参照。
见
表3—2。
资料采纳
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