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1、安徽理工大学毕业设计本科毕业设计说明书乙烯塔回流过冷器改进设计ETHYLENE TOWER REFLUX COOLING DEVICE IMPROVEMENT DESIGN学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 过控 学生姓名： vvvvv 指导教师： vvvvvvvvv 2012 年 6 月 15 日36乙烯塔回流过冷器改进设计摘要该设计为大庆石化60万吨/年乙烯装置设计乙烯塔回流过冷器。作为石油化工基础性原料，乙烯是石油化工的“龙头”，其生产的乙烯、丙烯、丁二烯和芳烃是所有化工产品的最基础原料。乙烯塔回流过冷器是一种换热器，通常采用釜式换热器，也是一种管壳式换热器。在乙烯塔装置中占有较重要
2、的地位，它直接影响产品的质量和产量。本次设计的乙烯塔回流过冷器的型号为BKU。由于设计温度极低，对材料的要求较高。本次设计主要是根据给定的设计条件，依据GB150-1998钢制压力容器和GB151-1999管壳式换热器等标准，对换热器进行了结构和强度的设计。 关键词：过冷器，釜式重沸器，换热器，乙烯ETHYLENE TOWER REFLUX COOLING DEVICE IMPROVEMENT DESIGNABSTRACTThe design for the Daqing Petrochemical 600,000 tons / year ethylene plant ethylene tow
3、er reflux cooling device design As the basic petrochemical raw materials, petrochemical ethylene is bibcock, its production of ethylene, propylene, butadiene and aromatic hydrocarbons are all the basic raw materials of chemical products. Ethylene tower reflux cooling device is a heat exchanger, usua
4、lly in a kettle type heat exchanger, which is also a kind of shell and tube heat exchanger. It occupies an important position in the ethylene tower unit and directly affects the product quality and yield. The model of the ethylene tower reflux cooler designed is BKU. Because the design temperature i
5、s very low, the requirements of the material are high.The design is based on the given design conditions, basis of GB150-1998 steel pressure vessel and GB151-1999 shell and tube heat exchanger and other standards, the design of the structure and intensity of the heat exchanger.KEYWARDS： Supercooling
6、 apparatus, kettle-type reboiler, heat exchanger, ethylene 目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1 引言11.2 换热器的基本要求及选型时需要考虑的因素11.3 管壳式换热器的研究现状21.4 釜式重沸器32换热器材料选择32.1材料的确定43 换热器主要部件设计43.1 换热管设计43.1.1换热管的形式53.1.2管径53.1.3管长53.1.4管子的排列方式53.1.5换热管的根数63.1.6换热管中心距63.2壳体结构与强度设计63.2.1小端壳体直径的计算63.2.2大端壳体直径的确定73.2.3壳体的壁厚73.2.4强
7、度校核73.3封头设计83.3.1封头的型式83.3.2封头的壁厚83.4 管板设计93.4.1管板连接设计93.4.2管板设计计算103.5管箱设计133.5.1管箱短节133.5.2管箱封头144.换热器其他各部件设计154.1进出口接管设计154.1.1管箱进出口接管设计与开孔补强计算164.1.2壳程进口接管设计与开孔补强计算174.1.3壳程出口接管设计与开孔补强计算174.2接管法兰设计194.2.1 接管法兰的选取194.2.2 垫片的选取214.2.3 紧固件的选用224.2 设备法兰设计234.2.1 法兰的选取234.2.2垫片的选取254.2.3螺柱的选取254.3 支持
8、板264.3.1 支持板的尺寸264.3.2支持板的布置274.3.3支持板的固定284.4 拉杆与定距管294.4.1 拉杆的结构形式294.4.2拉杆的直径和数量294.4.3 拉杆的尺寸294.4.4拉杆的布置304.4.5 定距管尺寸304.5 滑道结构304.6 鞍座的选取315换热器的制造、检验、安装与维修315.1换热器的制造、检验与验收315.1.1筒体315.1.2换热管325.1.3管板325.1.4支持板325.1.5管束的组装325.1.6换热器的组装325.1.7压力试验335.2换热器的安装与维护335.2.1安装335.2.3维护33总结34参考文献35致谢361
9、绪论1.1 引言化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷却、汽化和冷凝的过程，这些过程总称为传热过程。传热过程需要通过一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备称之为换热设备。它是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备，在生产中占有重要地位。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同的介质、工况、温度和压力的换热器，其结构和形式也都不相同。按热传递原理或传热方式进行分类，换热器可分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器，其中间壁式换热器在工业生产中应用最为广泛。根据间壁的形状，间壁式换热器大体上分为“
10、管式”和“板面式”两大类。如套管式、螺旋管式、管壳式都属于管式；板片式、螺旋板式、板壳式等都属于板面式。其中管壳式换热器具有悠久的使用历史，虽然在传热效率、紧凑性及金属耗量等方面不如近年来出现的其他新型换热器，但其具有结构坚固、可承受较高的压力、制造工艺成熟、适应性强及选材范围广等优点，目前，仍是化工生产中应用最广泛的一种间壁式换热器。而本次设计的就是有相变传热的釜式重沸器，它也是管壳式换热器的一种，广泛应用于石油及化工领域。1.2 换热器的基本要求及选型时需要考虑的因素换热器的基本要求有以下几点：（1）热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。在一定的
11、热负荷下、即每小时要求传递热量一定时，传热效率(通常用传热系数表示)越高，需要的传热面积越小。（2）换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。（3）价格便宜，维护容易，使用时间长。在化工生产中所使用的换热设备往往需要频繁的清洗和检修，停车的时间多，造成的经济损失有时会比换热器价格更大。因此，如果换热器能够设计得合理，可以保证连续运转的时间长，同时能减少功率消耗，则换热器本身价格虽然略高一些，但总的经济核算也可能是有利的。换热设备的类型很多，各种形式都有它特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合则可能传热效果和性能会有很
12、大的改变。选型时需要考虑的因素也是多方面的。 （1）流体的性质对换热器类型的选择上往往会产生重大影响，如流体的物理性质(比热、导热系数、粘度)，化学性质(如腐蚀性、热敏性)，结垢情况以及是否有磨蚀性颗粒等因素都对设备的选型有影响。例如硝酸加热器，由于流体的强腐蚀性决定了设备的结构和材料。如对于热敏性大的液体，能否精确控制它在加热过程中的温度和停留时间往往就成为选型的主要前提。流体的洁净程度和是否易结垢，有时在选型上也起决定性的作用，如对于需要经常清洗换热面的物料就不能选用高效的板翅式或其他不可拆卸的结构。（2）换热介质的流量、操作温度、压力等参数在选型时也很重要，例如板式换热器虽然高效紧凑，性
13、能很好，但是由于受结构和垫片性能的限制，当压力或温度稍高时，或者流量很大时这种型式就不适用了。 （3）随着生产技术的发展，各种换热器的适用范围也在不断的发展。如对于高温高压的换热过程，以前主要选用结构简单的蛇管或套管换热器。但由于其流体处理量小，价格高，不能适应现代大型化装置的需要，因此随着结构材料和制造工艺的发展，正在把管壳换热器逐步推广到高温高压的场合下应用，目前国外这种换热器的最高使用压力为84MPa，温度达1000。1.3 管壳式换热器的研究现状管壳式换热器是石油、化工装置中应用最广泛的换热设备。由于管壳式换热器结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤其在高温、高压和大型装置中
14、得到普遍应用。虽然现在出现了波纹板换热器、板壳式换热器、螺旋板换热器、伞板换热器等结构紧凑、高效的换热设备，但管壳式换热器仍占据着主导地位。因为许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、有腐蚀性等特点，而管壳式换热器具有选材范围广（可为碳钢、低合金钢、铝材、铜材等），换热表面清洗方便，适应性强，处理能力大，特别是能承受高温和高压等特点，所以管壳式换热器广泛应用，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等方面。管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定着换热器的热力性能。另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板（或折流杆）。管箱和壳
15、体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。管壳式换热器中换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。管程和壳程分别通过两种不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，实现了两流体换热的工艺目的。一般管壳式换热器与其它类型的换热器比较有以下主要技术特性：（1）耐高温高压，坚固、可靠、耐用；（2）制造应用历史悠久，制造工艺及操作、维修、检验技术成熟；（3）选材广泛，适用范围大。从间壁式换热器的发展史来看，管壳式换热器的技术提高受到下列因素的限制：（1）流体热附面层热阻的限制。即使是湍流流动，在流体与固体壁之间也要生一层附面层（又称边界层）,而
