36萬噸滑油系統(tǒng)浮頭式換熱器設(shè)計（全套CAD圖+說明書+開題報告+翻譯）

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Floating head heat exchanger is one kind of the most widely used shell and tube heat exchanger floating head heat exchanger has two platets , only one plate fixed in the shell and the other plate can move freely comparate to shell, as the floating head. Floating head consist of floating tube sheet , hook ring and floating head cover, is removable connection, control can be extracted from the shell . Control of thermal deformation and the shell are not binding and therefore does not produce thermal stress. The design of the floating head heat exchanger major reference GB151, first make process design in a given design conditions and then on the cylinder, tube, floating head end, a detailed mechanical structural design, calculation and check .for heat exchanger parts find the standard accordance with design parameters. The design steps and design criteria in the brochure will explain.Key words : tube sheet floating head f loating tube sheet hook ring目 錄1 概述 （1）11 換熱設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用（1）12 換熱設(shè)備的分類（1）13 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀（3）14設(shè)計方案（3）2 浮頭換熱器工藝設(shè)計（5）21 設(shè)計任務(wù)和工藝條件（5）22 確定設(shè)計方案（5）23 確定物性參數(shù)（6）24 估算換熱面積（8）25 工藝結(jié)構(gòu)尺寸（9）26 換熱器核算（13）3 浮頭換熱器機械設(shè)計（24）31 結(jié)構(gòu)設(shè)計（24）3 2 管箱和圓筒（26）33 分程隔板（27）34 換熱管（28）35 接管（28）36 浮頭管板及鉤圈法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計（30）37 管法蘭（32）38 布管限定圓（33）39 拉桿的直徑、數(shù)量和尺寸（34）310 折流板和支持板（36）311 防沖板或?qū)Я魍玻?0）312 支座（40）313 外頭蓋側(cè)法蘭（42）314 管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭 （43）315 固定端管板（44）316 排氣和排液管(44)317 防短路結(jié)構(gòu)(44)318 連接(46)4 換熱器的強度校核（48）41 筒體壁厚校核 （48）42 外頭蓋短節(jié)和封頭厚度校核 （49）43 管箱短節(jié)和封頭厚度校核（51）44 管箱短節(jié)開孔補強的校核 （51）45 殼體接管開孔補強校核 （52）4. 6 固定管板的校核 （54）47 浮頭管板及鉤圈校核 （56）48 無折邊球封頭計算 （58）49 浮頭法蘭計算 （58）4參考文獻(xiàn)（61）5 翻譯（62）6 結(jié)束語（78）第80頁 共78頁1 概述11 換熱設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用在煉油、化工生產(chǎn)中，絕大多數(shù)的工藝過程都有加熱、冷卻和冷凝的過程，這些過程總稱為換熱過程。傳熱過程的進行需要一定的設(shè)備來完成，這些使傳熱過程得以實現(xiàn)的設(shè)備就稱之為換熱設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，在煉油廠中換熱設(shè)備的投資占全部工藝設(shè)備總投資的3540,因為絕大部分的化學(xué)反應(yīng)或傳質(zhì)傳熱過程都與熱量的變化密切相關(guān)，如反應(yīng)過程中：有的要放熱、有的要吸熱、要維持反應(yīng)的連續(xù)進行，就必須排除多余的熱量或補充所需的熱量。工藝過程中某些廢熱或余熱也需要加以回收利用，以降低成本。綜上所述，換熱設(shè)備是煉油、化工生產(chǎn)中不可缺少的重要設(shè)備。換熱設(shè)備在動力、原子能、冶金及食品等其他工業(yè)部門也有著廣泛的應(yīng)用。12 換熱設(shè)備的分類1.2.1 按作用原理或傳熱方式可分為：（1）直接接觸式（2）蓄熱式（3）間壁式（4）中間載體式換熱器1.2.1.1 直接接觸式換熱器，如下圖所示熱流體冷流體熱流體冷流體圖1.1其傳熱的效果好，但不能用于發(fā)生反應(yīng)或有影響的流體之間。 蓄熱式換熱器，如下圖所示 冷流體冷流體熱流體熱流體 圖1.2其適用于溫度較高的場合，但有交叉污染，溫度被動大。1.2.1.3 間壁式換熱器，又稱表面式換熱器利用間壁進行熱交換。冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。1.2.2 按其工藝用途可分為：冷卻器（cooler）、冷凝器（condenser）、加熱器（一般不發(fā)生相變）（heater）、蒸發(fā)器（發(fā)生相變）（evaporator）、再沸器（reboiler） 、廢熱鍋爐（waste heat boiler） 。1.2.3 按材料分類：分為金屬材料和非金屬材料換熱器。13 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀上個世紀(jì)70年代初發(fā)生世界性能源危機，有力地促進了傳熱強化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，要求開發(fā)適用不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備。因此，幾十年來，高效換熱器的開發(fā)與研究始終是人們關(guān)注的課題，國內(nèi)外先后推出了一系列新型高效換熱器。近年來，國內(nèi)已經(jīng)進行了大量的強化傳熱技術(shù)的研究，但在新型高效換熱器的開發(fā)方面與國外差距仍然較大，并且新型高效換熱器的實際推廣和應(yīng)用仍非常有限。尚需從事?lián)Q熱器專業(yè)的技術(shù)人員在制造工藝方面加大力度進行研究，使我國換熱器技術(shù)從各個方面趕上國際水平，也需要各換熱設(shè)備使用廠家勇于引進和推廣新型高效換熱器，為我國的節(jié)能事業(yè)做出貢獻(xiàn)。14設(shè)計方案本設(shè)計為浮頭式換熱器，屬于管殼式換熱器的一種。管殼式換熱器具有可靠性高、適用性廣等優(yōu)點，在各工業(yè)領(lǐng)域中的到最為廣泛的應(yīng)用。近年來受到其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促進了其自身的發(fā)展。在換熱器向高參數(shù)、大型化的今天，管殼式換熱器仍占主要地位。該設(shè)計參考的前提是常減壓裝置中的工藝條件，根據(jù)裝置工藝條件選擇具體的流量、溫度、壓力等參數(shù)。浮頭式換熱器的主要特點是管束可以從殼體中抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。管束可以在其筒體內(nèi)自由伸縮，不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，制造安裝要求高。浮頭式換熱器是由管箱、筒體、管板、封頭、折流板、換熱管等零部件組成，根據(jù)換熱管材料、尺寸、管數(shù)、管程壓力、管壁溫度、管程數(shù)以及殼體材料、內(nèi)徑、厚度、殼程壓力、溫度等條件下確定管板的厚度、折流板的形狀、尺寸與數(shù)量、折流板的布置情況和確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。根據(jù)已知的工作狀況，選定換熱器所在的化工工藝過程，從而根據(jù)工藝條件，以確定換熱器內(nèi)介質(zhì)的物性參數(shù)；根據(jù)工藝結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)合已知條件，進一步計算換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)；最后進行換熱器核算。2 浮頭換熱器工藝設(shè)計21 設(shè)計任務(wù)和工藝條件一、已知設(shè)計參數(shù):滑油（己烷）流量50m3/h， 進口溫度45,出口溫度40,冷卻水流量54m3/h,進口溫度33，管程殼程操作壓力為0.45MPa。二、換熱器類型 浮頭式 22 確定設(shè)計方案2.2.1 選擇換熱器 按要求使用浮頭式換熱器。2.2.2 流程安排 如下圖所示，由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，若流速太慢將會加快污垢增長速度，使換熱器的流量下降，所以綜合考慮，使水走管程，滑油走殼程，且選擇逆流的形式。圖2.123 確定物性參數(shù)2.3.1 計算冷卻水出口溫度熱流量 =qv=8761.95550(45-40)=428145kJ/h其中，定壓比熱容 kJkg-1K-1 qm 質(zhì)量流量 kgh-1 流體的密度 kgm3假設(shè)冷卻水出口溫度為35管程流體的定性溫度為 t=（3335）/2=34循環(huán)冷卻水在35的物性參數(shù)：密度 =994.3 kg/ 定壓比熱容 cp=4.174 kJ/(kgK)冷卻水的溫差 =/m=428145/(4.17454994.3)=2()故假設(shè)基本合理，由管式換熱器設(shè)計中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗值取傳熱系數(shù)K=510W/(K)2.3.2 確定定性參數(shù)對于一般滑油和水等低粘度流體,其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值，故殼程滑油的定性溫度為 T=（4550）/2=42.5 管程流體的定性溫度為（即冷卻水的溫度） t=（3340）/236.5 根據(jù)定性溫度分別查取管程和殼程流體的有關(guān)物性數(shù)據(jù)，可知：滑油在42.5下的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下 密度 876kg/ 定壓比熱容 =1.955 kJ/(kgK) 熱導(dǎo)率 =0.144W/(mK) 粘度 =0.21pas循環(huán)冷卻水在34的物性數(shù)據(jù)： 密度 994.3kg/ 定壓比熱容 =4.174kJ/(kgK) 熱導(dǎo)率 =0.624 W/(mK) 粘度 =0.742Pas24 估算換熱面積2.4.1 熱流量=8761.95550(50-45)=428145kJ/h=119kw 2.4.2 平均傳熱溫差 先按純流體計算，由于/t2=(45-35)/(40-33)=10/710000故假設(shè)成立，此時普蘭特數(shù) =4.96代入數(shù)值：=0.023 (25125=6013 W/()2.6.1.3 污垢熱阻和管壁熱阻 按管殼式熱交換器設(shè)計手冊GB151表F7.1，可取 管外側(cè)污垢熱阻 =0.000176K/W 管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 =0.0006K/W 管壁熱阻按式= 式中 b傳熱管厚度，m； 管壁熱導(dǎo)率，mK/W碳鋼在該條件下的熱導(dǎo)率為50W/(mK)，所以 0.00004K/W2.6.1.4 傳熱系數(shù)K依式K= ，則 K= =514w/m22.6.1.5 傳熱面積裕度 依式有 =27.45 改換熱器的實際傳熱面積 3.140.0192.25260=34.9該還熱器的面積裕度按式計算有H=27.14，因面積裕度大于1520，故傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。262 壁溫的核算 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁溫度可按式計算。由于該換熱器用循環(huán)水冷卻，冬季操作時，循環(huán)水的進口溫度將會降低。為確?？煽浚⊙h(huán)冷卻水進口溫度為15，出口溫度39計算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內(nèi)側(cè)污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管的壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應(yīng)按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側(cè)污垢熱阻為零來計算傳熱管壁溫。于是，按式式中 熱流體的平均溫度， 熱流體側(cè)的管壁溫度， 冷流體的平均溫度， 冷流體側(cè)的管壁溫度，熱流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(K)冷流體側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(K)式中液體的平均溫度分別按式中 熱流體進口溫度，熱流體出口溫度， 冷流體進口溫度，冷流體出口溫度，代入數(shù)據(jù)得： 34 =42.5=6013 W/(K)=83W/(K)傳熱管得平均壁溫t=34.1殼體壁溫，可近似取為殼程流體得平均溫度即T=42.5殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為t=42.5-34.1=8.4該溫差較小，實際上可不用浮頭式，按題目要求使用浮頭式。263 換熱器內(nèi)流體流動阻力的核算2.6.3.1 管程流體阻力 依式 式中 管程總阻力； 單程直管阻力；局部阻力；殼程數(shù)；管程數(shù)管程結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，可近似取1.5。=1， =4由25125，傳熱管的相對粗糙度=0.013，查化工原理莫狄圖，得：摩擦因素0.04，流體速度u=1.25m/s，994.3kg/ ，局部阻力系數(shù)=3.0，所以=0.04=4660=2330=(4660+2330) 141.5=41944此管程阻力在允許范圍內(nèi)。2.6.3.2 殼程阻力按式計算，由Ns=1，=1.15得：流體流經(jīng)管束得阻力 由于管束采用正三角形，所以，有： F=0.5， Re=25125f0=0.5Re-0.228=0.233NTC=1.1NT0.5=1.12600.5=17.7=11 （即折流板數(shù)）, NT =260（即傳熱管的總根數(shù)） 0.54m/s Po=0.50.23317.7 (11+1) =7197 Pa流體流過折流板缺口得阻力 ， B=0.18m D=0.6m=11 (3.5-) =9279 Pa總阻力：9279719716475 Pa殼程流體的阻力比較適宜。小結(jié)換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果，見如下表：參數(shù)管程殼程流率/（/h）5450進出口溫度/33/3545/ 40壓力/MPa0.50.5定性溫度/3442.5密度/(kg/)994.3876定壓比熱容/kj/(kgk) 4.1741.955粘度/(pas)0.742* 0.21導(dǎo)熱率/W/(mk)0.6240.144普蘭特數(shù)4.963665形 式浮頭式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm600殼程數(shù)1管徑/mm19管子排列/mm管長/mm2250折流板/個11管數(shù)目/根260折流板間距180傳熱面積/34.9材質(zhì)碳鋼管程數(shù)4管心距/mm25主要計算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)1.30.54表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/W/(K)1546013污垢熱阻/(K/W)0.00060.000176阻力/MPa0.0419440.007197熱流量/KW119傳熱溫差/K8.42傳熱系數(shù)/W/(K)73.7 裕度/82.63 浮頭換熱器機械設(shè)計31 結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1.1 橢圓形封頭 由于此換熱器的設(shè)計壓力p1.6MPa，使用溫度小于350，故封頭材料可選用Q235-B， 封頭的結(jié)構(gòu)形式常采用橢圓形，查JB/T4737-95，橢圓形封頭與圓筒厚度相等，且由GB150-1998 即下表，取其厚度為8mm，表3.1其結(jié)構(gòu)形式如下圖： 圖3.1公稱直徑DN/mm曲面高度h1/mm直邊高度h2/mm碳鋼厚度/mm內(nèi)表面積A/m2容積V/m36001502580.43740.0353表3.2凸形封頭:公稱直徑DN/mm曲面高度h1/mm直邊高度h2/mm碳鋼厚度/mm內(nèi)表面積A/m2容積V/m37001752580.5480.0442表3.33 2 管箱和圓筒由于筒體的直徑D=600mm，即500mm=DN /2+(b-4)+c=219/2+(30-4)+50=185.5mm圖3.3管箱接管的最小尺寸：（如下圖） /2+c=108/2+105+50=209圖3.4 其中，圖中 DH 補強圈外徑 dh 接管外徑 C4S，且C30mm S 壁厚 b 管板厚度36 浮頭管板及鉤圈法蘭的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.6.1 浮頭管板及鉤圈法蘭尺寸由于換熱器內(nèi)徑已確定，故采用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑?jīng)Q定浮頭管排列外徑及結(jié)構(gòu)尺寸。浮頭管板外徑 =-2b=600-23=594mm 由GB151表14、15知：浮頭管板外徑與殼體內(nèi)徑間隙，取=3mm，墊片寬度，取=12mm 浮頭管板密封面寬度，取=+1.5=13.5mm 浮頭法蘭和鉤圈外直徑=+80=680mm浮頭法蘭和鉤圈內(nèi)直徑= -2()600-2(3+12)=570mm外頭蓋內(nèi)徑, mm螺栓中心圓直徑, =(594+680)/2=637mm3.6.2 浮頭管板及鉤圈法蘭結(jié)構(gòu)圖3.51一 外頭蓋側(cè)法蘭，2 一 外頭蓋墊片，3一外頭蓋法蘭 ，4-鉤圈6一 排氣口或放液口；7一 浮頭法蘭 , 8一 雙頭級柱9 - 螺母，10一封頭11-球冠形封頭 12一分程隔板;13-墊片。14一浮動管板。15-檔管,16一換熱管37 管法蘭按標(biāo)準(zhǔn)GB/T9113.1-2000，則有如下圖：表3.5滑油進出口自來水進出口管子直徑/mm219108法蘭內(nèi)徑/mm221110螺栓孔中心圓直徑/mm280170公稱直徑/mm200100螺栓孔直徑/mm2222螺栓孔數(shù)量n88法蘭外徑/mm340210法蘭厚度/mm2418密封面d254144密封面f22螺紋規(guī)格M16M16其結(jié)構(gòu)如下圖：圖3.638 布管限定圓3.8.1 尺寸表3.6換熱器型式/mm/mm布管限定圓直徑/mm固定管板式60085843.8.2 結(jié)構(gòu)圖3.7 39 拉桿的直徑、數(shù)量和尺寸3.9.1 拉桿的結(jié)構(gòu)由于換熱管的直徑為19mm，常采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)，如下：圖3.83.9.2拉桿的尺寸 圖3.9表3.7拉桿螺紋公稱直徑/mm數(shù)量基本尺寸拉桿直徑d/mm/mm/mm/mm1241215502.03.9.3 拉桿孔圖3.103.9.4 拉桿的布置 拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。對于大直徑的換熱器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個支承點。3.9.5 其他 拉桿數(shù)量與直徑表查取，本換熱器殼體內(nèi)徑為600mm，故其拉桿直徑為12拉桿。310 折流板和支持板3.10.1 折流板 該換熱器采用單弓形折流板，其流動方式和結(jié)構(gòu)形式如下： 圖3.11圖3.12弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑得25，則切去得圓缺高度為 H=0.25600=150mm折流板間距B，最小的距離為殼體直徑的1/31/2，且不應(yīng)小于50mm，取B=0.3D，則 B=0.3600=180mm折流板數(shù)： =傳熱管長/折流板間距-1=2250/180-1=11.511塊由殼體的公稱直徑DN=600mm，選取換熱管無支撐跨距300mm，查換熱器設(shè)計手冊表1-6-26知： 折流板或支撐板的最小厚度為4mm，取折流板的厚度為6mm。折流板名義外直徑=DN4.5=595.5mm，折流板外直徑允許偏差 由于此換熱器的殼程為單相潔凈流體，折流板缺口應(yīng)水平上下布置，如下圖所示：圖3.13折流板圓缺面水平裝配數(shù)量不得少于4個。3.10.2 支撐板一般換熱管無支撐跨距小于最大跨距，所以無需設(shè)置支撐板，但由于浮頭式換熱器需設(shè)置支持板，此支持板可采用加厚的環(huán)板。3.10.3 折流板的布置一般因使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、出口接管，其余折流板等距離布置，靠近管板的折流板與管板間的距離如圖所示：圖3.14其尺寸按下式計算式中 =dH接管外徑c=4S，S為壁厚所以，C=50mm，無防沖板時，可取防沖板長度 =可算出 +c=185.5mm所以 =(185.5+219/2)- (36-4)=263mm折流板切口尺寸 h=0.2600=120mm311 防沖板或?qū)Я魍惨驗樗畊=3.0m/s，滑油（己烷）： ，所以，管程和殼程都不設(shè)防沖板或?qū)Я魍病?12 支座由鞍座材料Q235-B查JB/T 4712-92，選取B型鞍式支座，其結(jié)構(gòu)及尺寸如下：圖3.15圖3.16表3.8公稱直DN/mm允許載荷Q/KN鞍座高度h/mm底板/mm腹板2/mm600165200550150108筋板/mm墊板/mm螺栓間距弧長e3001208710200636400313 外頭蓋側(cè)法蘭 依工藝條件、殼側(cè)壓力、溫度及公稱直徑DN=700mm，按JB4703-92長頸法蘭標(biāo)準(zhǔn)選取，并確定各部分尺寸，并畫出結(jié)構(gòu)草圖及尺寸如下：圖3.17表3.9公稱直徑DN/mmD/mm7008408007657557525010525螺栓規(guī)格螺栓數(shù)量M2032171412221223314 管箱法蘭和管箱側(cè)殼體法蘭 依工藝條件，管側(cè)壓力和殼側(cè)壓力的最大值，以及設(shè)計溫度和公稱直徑DN=600mm，按JB4703-92長頸法蘭標(biāo)準(zhǔn)選取，并確定各部分尺寸，并畫出結(jié)構(gòu)草圖，如下圖所示：表3.10公稱直徑DN/mmD/mm6007407006656556524410525螺栓規(guī)格螺栓數(shù)量M2028171412221223圖3.18315 固定端管板 依據(jù)所用的管法蘭管箱側(cè)法蘭的結(jié)構(gòu)尺寸,確定固定端最大外徑為D=638mm。316 排氣和排液管排氣口和排液口直徑不小于15mm，設(shè)置的位置分別在殼體中的最高點和最低點。由于采用了四管程結(jié)構(gòu)，所以設(shè)置應(yīng)有一定的偏離。排氣、排液接管的端部必須與殼體或接管內(nèi)壁平齊。圖3.19317 防短路結(jié)構(gòu)3.17.1 旁路擋板 如下圖：表3.11可知：旁路擋板應(yīng)要2對，其厚度與折流板的厚度相同。其結(jié)構(gòu)如下：圖3.203.17.2 擋管擋管為兩端堵死的換熱管，設(shè)置于分程隔板槽背面兩管板之間，擋管與換熱管的規(guī)格相同，可與折流板點焊固定，也可用拉桿（帶定距管或不帶定距管）代替。擋管應(yīng)每隔3-4排換熱管設(shè)置一根，但不應(yīng)設(shè)置在折流板缺口處。擋管伸出第一塊及最后一塊折流板或支持板的長度應(yīng)不大于50mm,擋管應(yīng)與任意一塊折流板焊接固定。圖3.21318 連接3.18.1 換熱管與管板的連接 因無較大震動和間隙可采用強度焊接，且管板與換熱管采用焊接連接時，管板的最小厚度應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的要求，且不小于12mm。如下圖：圖3.22表3.12換熱管規(guī)格：外徑壁厚/mm換熱管最小伸出長度最小坡口深度l2/mml1/mm1921.523.18.2 管板與殼體、管箱的連接如下所示：圖3.23 其中，=28mm 4 換熱器的強度校核41 筒體壁厚校核 由工藝設(shè)計給定溫度42.5，設(shè)計壓力0.5MPa，選用低合金鋼板Q235-B卷制，此材料42.5時的允許應(yīng)力=113MPa，取焊縫系數(shù)=1.0，腐蝕裕度=1mm，則計算厚度 =1.33mm設(shè)計厚度 =1.33+1=2.33mm名義厚度 =2.33+1=3.33mm，圓整后，取=4mm有效厚度 =4-1-1=2mm水壓試驗應(yīng)力 =1.250.51=0.5625MPa所選材料的屈服應(yīng)力 =235 MPa水壓試驗校核=85.2 MPa因為0.9=0.93251=292.5 MPa，T=85.2 MPa292.5，則水壓強度滿足要求。由于介質(zhì)非易燃和毒性程度為非極度，且允許由微量泄漏，所以不需進行氣密性試驗。42 外頭蓋短節(jié)和封頭厚度校核 外頭蓋內(nèi)徑=700mm，其余條件，參數(shù)同筒體。短節(jié)計算壁厚 =1.55mm短節(jié)設(shè)計厚度 1.55+1=2.55mm短節(jié)名義厚度 =2.55+1=3.55，圓整后，取=6mm, =1.1 滿足要求。有效厚度 =6-1-1 =4壓力試驗應(yīng)力校核 =49.5MPa則T 0.9=0.93251=292.5 MPa 故，壓力實驗滿足強度要求。由前述可知：外頭蓋封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，封頭計算厚度S=1.55mm封頭設(shè)計厚度 1.55+1=2.55mm封頭名義厚度 =2.55+1=3.55，圓整后，取=8mm, =1mm，滿足要求。有效厚度 =8-1-1=6mm壓力試驗應(yīng)力校核 = =33.09 MPa則TA=271.32mm，故，該接管補強的強度足夠,不需另設(shè)補強圈。 4. 6 固定管板的校核 固定管板厚度設(shè)計采用BS法。假設(shè)管板厚度 b=30mm總換熱管數(shù)量 n=260一根管壁金屬的截面積為0.785 =106.76 開孔強度消弱系數(shù)(4程) =0.5兩管板之間換熱管有效長度(去掉兩管板厚度) L=2158 mm計算系數(shù)K= b管板厚度（不包括厚度附加量）D筒體內(nèi)徑則， =22.6 K=4.7按管板簡支考慮，根據(jù)K值查圖4-45、圖4-46、圖4-47可知，系數(shù)=3.3，0.68，=3.5筒體內(nèi)徑截面積 A= 0.7856002=282743mm2管板上管孔所占的總截面積 C=n/4=2601919/4=73680mm2系數(shù) =系數(shù) =260106.76/()=0.132殼程壓力 =0.5MPa， 管程壓力 0.5MPa當(dāng)量壓差 pa=pspt(1+)=0.50.5(1+0.132)= 0.66MPa管板最大應(yīng)力 =13.09MPa管子的最大應(yīng)力 =17.35MPa管板采用16Mn鍛 =150MPa換熱管采用20號碳素鋼 130 MPa=13.09 MPa1.5 =1.5150=225 MPa=-17.35 MPa1.5 =1.5130=195 MPa管板計算厚度滿足強度要求?？紤]管板雙面腐蝕取，分程隔板槽深取4mm，實際管板厚為38mm。 47 浮頭管板及鉤圈校核 換熱管材料 20#，根據(jù)GB1501998表43，表F2，表F5可知：設(shè)計溫度下許用應(yīng)力 130MPa屈服點 219 MPa彈性模量 190800 MPa管板材料16Mn鍛件，根據(jù)GB1501998 表F2，表F5可知：設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力 149.7 MPa彈性模量 202700 MPa許用拉脫力按表1-9-5可知：KN 0.5130=65 MPa浮頭式換熱器浮頭管板的厚度不是由強度決定的，由GB151-1999知：管板厚度 管板設(shè)計壓力，由于不能保證和在任何情況下都同時作用，故MAX(,)=0.5MPa；=0.5所以， =0.009管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑 =584mm根據(jù) = 式中，L應(yīng)為換熱管的有效長度，但由于管板厚度尚未計算出，暫時用管子中長來代替進行計算，待管板厚度計算出，再用有效長度核算。L= (管端外伸出長度)4030MPa=0.039=1.078 查圖可得到，系數(shù)C=0.325，管板計算厚度由得： =17.9mm又由于管板名義厚度不應(yīng)小于下列三部分之和,即 =MAX(,)+殼程腐蝕裕量 =2mm管程腐蝕裕量 =2mm殼程側(cè)隔板槽深 =0 mm管程側(cè)隔板槽深 =4 mm所以，=17.9+4+2=23.9mm，圓整后，取=28mm鉤圈采用B形，材料與浮頭管板相同，設(shè)計厚度按浮頭厚度加16mm，即 =38+16=44mm。48 無折邊球封頭計算 浮頭蓋上無折邊球形封頭的計算，按內(nèi)壓球殼計算, .選用16Mn鍛, 在設(shè)計條件下其=150，查表GB151-98表46知，封頭=500mm，按式計算得：= =3.26mm由于雙面腐蝕，取=3 mm，設(shè)計厚度取8mm。49 浮頭法蘭計算 根據(jù)GB 151-1999， 計算方式符號如下圖設(shè)計條件計算壓力 設(shè)計溫度t=42.5法蘭材料16Mn 鍛許用應(yīng)力t =150MP設(shè)f=85mm, mm螺栓材料 40Cr許用應(yīng)力t=685 MPa墊片及螺栓計算墊片材料碳鋼-石棉纏繞密封b=10mmy=25.0mmM=2.5MPa螺栓直徑 23螺栓數(shù)量 16Fp=6.28DGbmpc=6.28584102.50.5=45.84KNF=0.785DG2pc=0.78558420.5=133.86KNWa=3.14DGyb=3.145842510=458.44KNF+Fp=402.4KN=操作情況下法蘭受力力臂 mm力矩Nmm33.58907.636.5KN=27.5=1003.75-41.67KN=30.5=-1257=266KN=20.66=5495操作狀態(tài)下法蘭總力矩=3131Nm操作狀態(tài)操作狀態(tài)的值不應(yīng)小于兩倍球封頭厚度取值為58圖4.14參考文獻(xiàn)1鄭津洋、董其伍、桑芝富 主編 過程設(shè)備設(shè)計2 GB150-1998.鋼制壓力容器3 GB151-1999.管殼式壓力容器4 朱聘冠. 換熱器原理及計算.清華大學(xué)出版社,19875 錢頌文.換熱器設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社,20026 石油和化學(xué)工業(yè)設(shè)備設(shè)計手冊-標(biāo)準(zhǔn)零部件.全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站,20037 匡國柱 史啟才主編.化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計.化學(xué)工業(yè)出版社,20028 秦叔經(jīng) 葉文邦主編.化工設(shè)備設(shè)計全書-換熱器.化學(xué)工業(yè)出版社,20039 賀匡國主編.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊. 第二版,化學(xué)工業(yè)出版社, 200210 祁存謙、丁楠、呂樹申 編 化工原理11 阮黎祥、曹文輝、林杰編纂.標(biāo)準(zhǔn)零部件.全國化工設(shè)備設(shè)計技術(shù)中心站，20035 翻譯5.1 英文原文Shell-and-tube and plate heat exchanger water Comparative Analysis Abstract: Through the closed cycle cooling water system in thewater water heat interchanger shaping, in detail elaborated t南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文）題目36萬噸滑油系統(tǒng)浮頭式換熱器設(shè)計設(shè)計（論文）題目來源自選課題設(shè)計（論文）題目類型工程設(shè)計類起止時間2011/1/6-2011/5/31一、 設(shè)計（論文）依據(jù)及研究意義： 本設(shè)計為浮頭式換熱器設(shè)計；設(shè)計參考的前提是常減壓裝置中的工藝條件，根據(jù)裝置工藝條件選擇具體的流量、溫度、壓力等參數(shù)。對浮頭式換熱器的研究，將更多地激發(fā)人們對換熱器這方面問題的興趣與注意力，投資、研究和發(fā)展,其結(jié)果不僅帶來傳熱理論和裝備水平的提高,將更好地促進工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展,為節(jié)約能源和保護環(huán)境也會產(chǎn)生無法估量的推廣意義。二、 設(shè)計（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）主要研究的內(nèi)容：1、工藝計算 2、結(jié)構(gòu)設(shè)計3、換熱器核算4、筒體和封頭計算5、換熱器零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計（包括分層隔板、折柳板、拉桿、定距桿、防沖板、接管等）6、換熱器機械機構(gòu)設(shè)計（包括管板、管箱、法蘭、墊片、支座等）7、強度校核預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）浮頭式換熱器是由管箱、筒體、管板、封頭、折流板、換熱管等零部件組成，根據(jù)換熱管材料、尺寸、管數(shù)、管程壓力、管壁溫度、管程數(shù)以及殼體材料、內(nèi)徑、厚度、殼程壓力、溫度等條件下確定管板的厚度、折流板的形狀、尺寸與數(shù)量、折流板的布置情況和確定換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸。 工藝設(shè)計蒸發(fā)、換熱器的結(jié)構(gòu)和強度設(shè)計施工圖繪制使用說明書制訂三、設(shè)計（論文）的研究重點及難點：研究重點是結(jié)構(gòu)設(shè)計以及筒體和封頭的計算，這不僅要求我們對換熱器有一定了解，而且要有嚴(yán)密的計算能力。研究的難點在于換熱器零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及換熱器機械機構(gòu)設(shè)計，這要求我們熟悉換熱器的設(shè)計制造要求，同時也是對整個專業(yè)只是的運用。四、 設(shè)計（論文）研究方法及步驟（進度安排）：研究方法：首先閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)資料,教材及新聞背景資料,包括換熱器制造的原理及方法，質(zhì)量管理應(yīng)用換熱器現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn),國際水平探討方面的書籍,報刊.以了解可靠性的內(nèi)容,質(zhì)量管理的概況和換熱器領(lǐng)域的基本知識體系.然后通過調(diào)研,進一步了解企業(yè)現(xiàn)狀及需求.接下來進行分析與設(shè)計.確定數(shù)據(jù)來源的真實準(zhǔn)確.再進行系統(tǒng)設(shè)計步驟：（進度安排）、準(zhǔn)備階段（1月10號2月10號）搜集有關(guān)資料，準(zhǔn)備參考資料2、完成開題報告及論文大綱交老師批閱（2月11日2月25日）3、按所給設(shè)計參數(shù)完成浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)尺寸計算、強度計算校核（2月26號4月26號）；4、繪制設(shè)計圖紙總計3張零號以上，其中要求手工繪圖1張壹號以上（4月27號5月10號）；5、設(shè)計說明書字?jǐn)?shù)不少于1.5萬字，并要求統(tǒng)一用A4紙打?。?月11號5月20號）；6、翻譯3千左右漢字量的與畢業(yè)設(shè)計有關(guān)的英文資料；（5月21號5月25號）7、撰寫相當(dāng)于3百漢字的英文摘要（5月26號5月30號）。五、 進行設(shè)計（論文）所需條件：1、要有充分的資料（在圖書館查閱與浮頭式換熱器相關(guān)的書籍，進行篩選，選出有用的信息）。2、具備手工和電腦繪圖的能力以及相應(yīng)的壓力容器理論知識，同時還要有老師的指導(dǎo)。六、 指導(dǎo)教師意見： 簽 名： 年 月 日 浮頭式換熱器設(shè)計摘要： 換熱設(shè)備的主要作用是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝過程規(guī)定的指標(biāo)以滿足工藝過程上的需要。浮頭式換熱器是應(yīng)用最廣泛的管殼式換熱器中的一種.浮頭式換熱器的兩管板中只有一端與殼體固定，另一端可相對殼體自由移動，稱為浮頭。浮頭由浮動管板鉤圈和浮頭端蓋組成，是可拆連接，管束可從殼體內(nèi)抽出。管束與殼體的熱變形互不約束，因而不會產(chǎn)生熱應(yīng)力。該設(shè)計的浮頭式換熱器主要參照GB151在給定的設(shè)計條件下進行工藝設(shè)計然后對筒體、管束、浮頭端，進行詳細(xì)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算和校核對于換熱器的一些零部件則根據(jù)設(shè)計參數(shù)查找標(biāo)準(zhǔn)。各設(shè)計步驟以及設(shè)計準(zhǔn)則在說明書中都將說明關(guān)鍵字 : 管板 浮頭 浮動管板 鉤圈 The design of Floating-head heat exchangerAbstract: The main function of heat exchanger is to heat the fluid by the high temperature transfer fluid to a lower temperature, so that the fluid temperature reaches the target set to meet the needs of the process. Floating head heat exchanger is one kind of the most widely used shell and tube heat exchanger floating head heat exchanger has two platets , only one plate fixed in the shell and the other plate can move freely comparate to shell, as the floating head. Floating head consist of floating tube sheet , hook ring and floating head cover, is removable connection, control can be extracted from the shell . Control of thermal deformation and the shell are not binding and therefore does not produce thermal stress. The design of the floating head heat exchanger major reference GB151, first make process design in a given design conditions and then on the cylinder, tube, floating head end, a detailed mechanical structural design, calculation and check .for heat exchanger parts find the standard accordance with design parameters. The design steps and design criteria in the brochure will explain.Key words : tube sheet floating head f loating tube sheet hook ring第ii頁