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1、1过程设备课程设计指导书1课程设计任务书课程设计题目：U 型管式换热器设计课程设计要求及原始数据（资料）：一、课程设计要求：1.使用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型过程设备设计的全过程。2.广泛查阅和综合分析各种文献资料，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。3.设计计算采用电算，要求设计思路清晰，计算数据准确、可靠，且正确掌握计算机操作和专业软件的使用。4.工程图纸要求手工绘图。5.毕业设计全部工作由学生本人独立完成。二、原始数据：1. 卧式换热器设计条件表序号 项 目 壳程 管程1 设备名称 冷却器2 型 式 BEM3 工作压力 MPa 见设计参数表 见设计参数表4 工作温
2、度（进 / 出） 见设计参数表 见设计参数表5 工作介质 水、甲醇 水6 介质特性 易燃易爆、中度危害7 腐蚀裕量 mm 2.02.卧式换热器条件图23.卧式 U 型管式换热器设计参数表公称直径(mm)管程工作压力(MPa)壳程工作压力(MPa)管程工作温度进/出（）壳程工作温度进 /出（）换热管布管型式折流板个数程数换热管规格 L1.4 0.8 30/40 50/42 正方形 4 2 管程 1915001.5 0.9 30/40 50/42 正方形 6 2 管程 192000DN4001.6 1.0 30/40 50/42 正方形 6 4 管程 1920001.4 1.5 30/40 50/
3、42 正方形 4 2 管程 1915001.5 1.6 30/40 50/42 正方形 6 2 管程 1920001.6 1.7 30/40 50/42 正方形 8 2 管程 1930001.4 1.5 30/40 50/42 正方形 4 2 管程 1915001.5 1.6 30/40 50/42 正方形 6 4 管程 2520001.6 1.7 30/40 50/42 正方形 8 4 管程 2530001.4 1.5 30/40 50/42 正方形 4 4 管程 2515001.5 1.6 30/40 50/42 正方形 6 4 管程 252000DN5001.6 1.7 30/40 50
4、/42 正方形 8 4 管程 2530001.3 1.4 30/40 50/42 正方形 4 2 管程 1915001.4 1.5 30/40 50/42 正方形 6 2 管程 1920001.5 1.6 30/40 50/42 正方形 8 2 管程 1930001.3 1.4 30/40 50/42 正方形 4 2 管程 1915001.4 1.5 30/40 50/42 正方形 6 2 管程 1920001.5 1.6 30/40 50/42 正方形 8 2 管程 2530001.3 1.4 30/40 50/42 正方形 4 4 管程 251500DN6001.4 1.5 30/40 5
5、0/42 正方形 6 4 管程 25200031.5 1.6 30/40 50/42 正方形 8 4 管程 2530001.0 1.1 30/40 50/42 正方形 4 2 管程 1915001.1 1.2 30/40 50/42 正方形 6 2 管程 1920001.2 1.3 30/40 50/42 正方形 8 2 管程 1930001.0 1.1 30/40 50/42 正方形 4 2 管程 1915001.1 1.2 30/40 50/42 正方形 6 4 管程 2520001.2 1.3 30/40 50/42 正方形 8 4 管程 2530001.0 1.1 30/40 50/4
6、2 正方形 4 4 管程 2515001.1 1.2 30/40 50/42 正方形 6 4 管程 252000DN8001.2 1.3 30/40 50/42 正方形 8 4 管程 253000三、课程设计主要内容：1.设备的结构设计包括：管箱、管板、折流板、拉杆等结构形式的确定以及标准件（支座、容器法兰、管法兰）的选取等。2. 设备强度计算（1）管、壳程的筒体及封头壁厚计算以及水压试验应力校核。（2）管板的厚度计算及应力校核。3技术条件编制4绘制设备总装配图5编制设计说明书四、学生应交出的设计文件(论文) ：1.设计说明书一份2.总装配图一张 (折合 A1 图纸一张)五、主要参考资料：1
7、GB150-1998钢制压力容器 ， 学苑出版社， 19992 GB151-1999管壳式换热器 ， 中国标准出版社， 20003 秦叔经 叶文邦等， 化工设备设计全书换热器 ，化学工业出版社， 2002.124 中国化工设备设计技术中心站， 化工设备图样技术要求 ，2000，115 郑津洋、董其伍、桑芝富， 过程设备设计 ，化学工业出版社， 20016 国家质量技术监督局， 压力容器安全技术监察规程 ，中国劳动社会保障出版社，19997 中国石化集团上海工程有限公司， 化工工艺设计手册 ，化学工业出版社，200942过程设备课程设计、计算2.1 结构设计换热器的结构设计包括：管箱、管板、折流
8、板、拉杆等结构形式的确定以及标准件（支座、容器法兰、管法兰）的选取。a.筒体和封头结构设计筒体直径一般由工艺条件决定，但要注意符合压力容器的公称直径标准。标准椭圆形封头是中低压容器中经常采用的封头型式。封头的公称直径必须与筒体的公称直径相一致。封头标准采用JB/T47462002 钢制压力容器用封头 。b.法兰设计法兰设计一般根据法兰标准的选型设计。法兰有压力容器法兰和管法兰。管法兰按照 HG/T2059220637-2009钢制管法兰、垫片、紧固件标准，容器法兰按照JB/T47004707-2000压力容器法兰 进行设计。法兰的选取依据如下：（1）根据设计压力、操作温度和法兰材料决定法兰的公
9、称压力 PN；（2）根据公称直径 DN、公称压力 PN 及介质特性决定法兰类型及密封面型式；（3）根据温度、压力及介质腐蚀性选择垫片材料；（4）选择与法兰材料、垫片材料相匹配的螺柱和螺母材料。选择的标准法兰应按照相应标准中的规定进行标记。c. 支座结构设计按照 JB/T4712.14-2007 容器支座 进行设计。对接接头应采用等厚度焊接d. 焊接接头设计容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、熔合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分，通常所称的焊缝与焊接接头具有同样的含义。焊接接头形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。焊接接头结构的设计应在设备的总装配图或部
10、件图中以节点图的方式表示出来。压力容器焊接结构设计的基本原则1) 回转壳体的拚接接头必须采用对接接头壳体上的所有纵向及环向接头、凸形封头上的拚接接头，即 A、B 类接头，必须采用对接焊，不允许采用搭接焊。对接焊易于焊透，质量容易保证，易于作无损检测，可获得最好的焊接接头质量。2) 对接接头应采用等厚度焊接当厚度差较大的两部分回转壳体对接时应对厚度较大的一侧进行削薄加工，以使得两侧的厚度基本相等。这样可减小刚度差，降低应力集中，并便于焊接。3) 焊接接头应便于进行无损检测对某些无损检测要求较高的容器，应使一些角接接头设计成对接接头，例如，采用嵌入式接管。容器焊接接头的坡口设计焊接接头的坡口设计是
11、焊接结构设计的重要内容。坡口形式指被焊两金属件相连接处预先被加工成的结构形式，一般由焊接工艺本身来决定。坡口的基本尺寸为坡口角度、钝边高度（根高）P 和根部间隙（根距） b（图 2-1） 。设备设计图纸上对重要的焊接接头必须用节点图表明坡口基本尺寸的具体数值。坡口形式的选择主要考虑以下因素： 填充于焊缝部位的金属尽量少。这样既可节省焊接材料，又可减少焊接工作量。5 根据需要尽量采用双面焊或单面焊双面成型。 便于施焊，改善劳动条件。尽量减少容器内部焊接的工作量，清根尽可能在容器外部进行。 尽量减小焊接变形和残余应力。如较厚板材拚接时宜设计成内外对称的 X 形坡口。（1）壳体对接接头的坡口设计属于
12、壳体的对接接头，当厚度较小时可以进行双面焊的则可不开坡口，厚度较大时则必须开坡口。常用的对接坡口有 V 形、U 形及 X 形三种。选用参见下表 2-32-3 手工电弧焊常用对接接头坡口形式及尺寸名 称坡口形式 坡口尺寸 适用范围不开坡口=36b =02.5薄板的壳体纵环对接焊缝V 形=326b =03P=1 4=4060壳体纵环对接焊缝X 形=1260b =03P=1 3=4060壳体的纵缝(常为内外对称的 X 形坡口)壳体的环缝(常为内外不对称的 X 形坡口内侧较小)U 形=2060b =03P=1 3=18R=6 8厚壁筒的单面环焊缝,但需氩弧焊打底带垫板 V形=626b =36P=0 2
13、=4555直径 500mm 以内的纵环焊缝(无法作双面焊的),可不清根(2) 接管与带补强圈的焊接结构设计接管与壳体及补强圈之间的焊接一般只能采用角焊和搭焊，具体的焊接结构还与对容器强度与安全的要求有关，有多种形式，涉及到是否开坡口、单面焊与双面焊、焊透与不焊透等问题。容器焊接接头详细结构见 HG205831998钢制化工容器结构设计规定 。常用焊接方法与焊接材料根据焊接过程中接头的状态，焊接方法可归纳为三个基本类型，即熔化焊、压力焊和钎焊。压力容器制造中常用的焊接方法是熔化焊中的电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等。其中，电弧焊又包括手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。各种熔化焊都是依靠电能转变成
14、热能，熔化金属形成焊缝而把两部分构件焊成一体的。熔化焊过程中，由电能转变成的热能会将焊接材料和母材的被焊部位加热熔化而形成一个不大6的熔化区，叫焊接熔池。熔池体积小、温度高、存在时间短。如果裸露于空气中，高温液态金属将与空气中的氧、氮等发生剧烈反应，难于形成有实用价值的焊缝。因此，对以熔池为中心的焊接区进行保护使之免受空气侵害，是熔化焊的一个关键技术问题。一般在压力容器的设计中，都是按手工电弧焊的要求来进行焊接结构的设计，并选用相应的焊接材料。因此，下面仅介绍手工电弧焊及其焊接材料。手工电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化而形成焊缝的焊接方法。焊接过程中焊条药皮熔化分解生成
15、气体和熔渣，在气体和熔渣的共同保护下，有效地排除了周围空气对熔化金属的有害影响。通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊缝。手工电弧焊设备简单，便于操作，适用于各种焊接，在压力容器制造中应用十分广泛，钢板对接，接管与筒体、封头的连接等都可以采用手工电弧焊。其缺点是生产效率低，劳动强度大，对焊工的技术水平及操作要求较高。手工电弧焊的焊接材料是焊条。容器设计时，要选择合适的焊条牌号，并在图纸上注明。（1） 焊条成分及作用 焊条由焊芯和药皮两大部分组成。焊芯的作用有二：一是作为电极传导电流和引燃电弧，二是自身熔化并与母材熔合在一起形成焊缝。药皮是决定焊缝质量的重要因素。药皮可以提高电弧燃烧的稳定性，保护焊接熔池，保证焊缝脱氧和去除硫磷杂质，并能给焊缝金属添加适量的有益合金元素以及改善焊接工艺性能。为了保证药皮在焊接过程中发挥这些作用，药皮的成分比较复杂，常由 79 种以上原料配成，根据其作用的不同分别叫作稳弧剂、脱氧剂（降低药皮和熔渣的氧化性，脱除金属中的氧） 、造渣剂（形成具有一定物理化学性能的熔渣，保护焊缝并改善焊缝成形） 、造气剂（进一步加强对焊缝区的保护） 、合金剂（使焊缝金属获得必要的化学成分） 、粘结剂（将药皮牢固地粘结于焊芯上） 、稀渣剂（增加渣的流动性，降低渣的粘度）等。（2） 焊条的分类 焊条按用途可分为碳钢焊条，低合
