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1、本科毕业设计说明书 乙烯进料加热器设计THE DESIGN OF ETHYLENE REACTOR FEED HEATER 学院（部）： -专业班级： - 学生姓名： - 指导教师： - 2012年 06 月 05 日 乙烯反应器进料加热器设计摘要换热器在石油化工、医药、食品、动力、制冷、轻工等行业中广泛使用。是上述行业的通用设备，并占有十分重要的地位。管壳式换热器在过程工业中使用最多，长期以来人们建立了设计和加工制造管壳式换热器的一整套程序，很方便查找其设计和制造的标准，又可用多种材料制造，设计成各种尺寸及型式，对其操作温度和压力也没有太多限制，它在乙烯合成生产上也得到广泛应用。 本设计中主
2、要介绍固定管板式换热器的整体结构设计计算。主要介绍计算管板、折流板布管情况、开孔补强等部分，封头选择锥形封头，机械设计是设计的重点。设计从生产实际出发，根据生产环境及生产能力的需求，选择合适的换热器类型，然后根据具体生产工况，按相关设计规范，进行基于整体结构的工艺设计，再对相关辅助部件进行机械设计，最终设计出一台满足要求的换热器。关键词：布管，管板，开孔补强THE DESIGN OF ETHYLENE REACTOR FEED HEATERABSTRACTThe heat exchanger is widely used in the petrochemical, pharmaceutical
3、, food, refrigeration, power, light industry and other industry.It is the industrys general equipment, and occupies a very important position. Shell and tube type heat exchanger is the most in the process industries, long-term since people established the design and manufacture of shell and tube hea
4、t exchanger is a set of procedures, is very convenient for the design and manufacturing standards, and can be made of various materials, design into a variety of sizes and styles, the operating temperature and pressure is not too much limit, it is in the synthesis of ethylene production has been wid
5、ely used. This design mainly introduced the fixed tube sheet heat exchanger structure design calculation. Mainly introduces the calculation of pipePlate, baffle arrangement, opening Buqiang parts selection, head conical head, mechanical design is the design of the key.The design is starting from the
6、 actual production, according to the production environment and production capacity needs, select the appropriate types of heat exchanger, and then according to the specific production condition and the related design specifications, based on the overall structure of the design process. Then to the
7、auxiliary parts to mechanical design,and design a meet the requirements of the heat exchanger.KEYWARDS: Arrangement tube, tube sheet, opening reinforcement 目录摘要（中文）摘要（英文）1 绪论11.1 换热器概述11.2 换热器的主要组合部件. 21.3固定管板式换热器32 换热器工艺设计62.1 换热器计算方法依据62.2 换热器工艺设计计算72.2.1 确定设计方案72.2.2 确定物性数据92.2.3 校核总传热系数K153 换热器结
8、构强度设计计算173.1壳程圆筒的计算183.2 封头的设计计算193.3开孔补强计算223.4延长部分兼作法兰固定式管板计算283.5支座设计计算413.6 螺栓法兰计算444 计算结果整理46 结论52参考文献53致谢541 绪论1.1 换热器概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。换热器在石油化工、医药、食品、动力、制冷、轻工等行业中广泛使用，是上述行业的通用设备，并占有十分重要的地位。换热器是一种实现物料之间热量传递的节能工艺设备，在炼油、化工装置中换热器占总数量的40左右，占总投资的3045。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温
9、热能回收带来了显著的经济效益。国内的各研究机构、高等院校对传热理论及高效换热器的研究一直非常重视，走过了从引进、消化、吸收、发展到自主开发的历程。从20世纪50至60年代的照搬发展到70年代的消化吸收，进入80年代以来国内又出现了自主开发传热技术的新趋势，大量的强化传热元件被推向市场，形成第一次传热开发浪潮。到90年代中期，大量的强化传热技术应用于工业装备中，带来了良好的社会效益和经济效益。近几年国内应用的强化传热技术基本上是80年代中期开发的，由于国内市场较大，使用者多不了解，认为很多技术都是新开发的。在90年代大量应用的基础上，积累了大量的经验，预计在今后几年将会再掀起一次传热技术开发的高
10、潮。计算机应用的普及大大提高了工作效率，工艺设计水平随之提高。HTFS和HTRI软件技术的引进，缩短了国际间传热技术水平的差距。换热流程优化软件和物性模拟软件的引进使得装置的热强度有了飞跃性的提高，已从单套装置的热强度20提高到25以上，个别已达到30以上。国内像SW6、Lansys强度软件及新的强化传热技术软件包的开发为上述提供了可靠的保证，目前国内己基本形成自己独特的传热技术软件包并具有开发能力，这些将在未来的十年内使中国步入HTFS和HTRI等具有国际公认水平的技术领域。近年来国内在节能、增效等方面改进换热器性能，在提高传热效率，减少传热面积，降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显
11、著的成绩。流程优化软件技术的发展带来了换热器应用的增多。20世纪80年代常减压装置的换热器用量在70台左右。90年代换热器用量达90至100台，90年代末至今已超过140台。换热器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继问世。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。经过几个世纪的发展，目前已开发出多种结构形式的换热器，例如管壳式、板翅式、螺旋板式
12、、空冷器、热管等。管壳式换热器的应用已有很悠久的历史。现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，管壳式换热器仍处于主导地位。管壳式换热器在过程工业中使用最多，长期以来人们建立了设计和加工制造管壳式换热器的一整套程序，很方便查找其设计和制造的标准，又可用多种材料制造，设计成各种尺寸及型式，对其操作温度和压力也没有太多限制，它在合成氨生产上也得到广泛应用。管壳式换热器具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、能承受高温和高压等众多优点。一方面，伴随着现代化工厂生产规模的日益增大，
13、换热设备也相应地向大型化方向发展，以降低动力消耗和金属消耗；另一方面，随着精细化工的迅速崛起，换热设备也有向小而精方向发展的趋势。管壳式结构的换热器能满足这样的要求。 管壳式换热器主要包括固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式等结构类型。换热器行业中，一般根据介质的种类、压力、温度、污垢，以及管板与壳体的连接方式、换热管的形式与传热条件、造价和维修检查情况等，结合各种结构形式的特点，选择、设计和制造各种管壳式换热器。根据本次的设计要求，所使用的换热器种类是：固定管板式换热器，下面重点介绍一下固定管板式换热器。1.2换热器的主要组合部件换热器的主要组合部件有前段管箱、壳体和后端管箱（包括管束）三
14、部分。详细分类见图1.1.图1.1 换热器组合部件1.3固定管板式换热器固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。（1）结构原理固定管板式换热器管程和壳程中，流过不同温度的流体，通过热交换完成换热。当两流体的温度差较大时，为了避免较高的温差应力，通常在壳程的适当位置上，增加一个补偿圈（膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢
15、的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 （2）固定管板式换热器的构成固定管板式换热器结构，如图1.2：图1.2 固定管板式换热器的典型结构固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。 固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 （3）固定管板式换热器的特点固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上
