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1、题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 1 页 共 35 页目 录 （1） 摘 要 （2） 前 言 （3） 第 1 章 绪 论 （4）第 1 节 换热器的分 类 （4）第 2 节 换热器的几种常见类型和各自的特 点（5） 第 2 章 固定管板（兼法兰）式水加热器设计说明 书（8） 第 1 节 结构设 计 （8） 第 2 节 强度校 核 （14） 第 3 章 固定管板（兼法兰）式水加热器的制造过 程（28） 第 4 章 固定管板（兼法兰）式水加热器的检测安装与维 修（30） 第 5 章 结 论 （32） 参考文 献 （33） 致 谢 （34）题目：固定管板式 (兼法兰)水
2、加热器的设计 指导老师：xxx第 2 页 共 35 页摘要摘要本设计说明书旨在详细介绍固定管板（兼法兰）式水加热器的设计过程，对各个环节进行具体的设计计算。主要内容包括：熟悉换热器的分类、各种换热器的优缺点并选取一种换热器进行设计计算。设计的主要内容有:选取材料、进行机械设计、强度计算以及编制制造工艺过程等。关键词：固定管板（兼法兰）式水加热器，结构设计，制造工艺，选材，管程，壳程题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 3 页 共 35 页前言前言在化工生产中，对流体加热或冷却，以及液体汽化或蒸汽冷凝过程都需要进行热量交换，而换热器是进行热量交换的通用设备因而其在化工生
3、产中得到极为广泛的应用。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的 11%；在现代石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备总投资的 40%左右，因此，换热器的先进性、合理性和运转的可靠性，将直接影响着产品的质量、数量和成本。此次我设计的固定管板（兼法兰）式水加热器的管端以强度焊加贴胀的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体连接，此类换热器的优点是结构比较简单、紧凑，在壳体直径相同的情况下布管数最多，管内不易结垢，即使结垢，也便于更换和清洗，如果管子发生泄漏或损坏，也便于进行堵管或换管。其缺点是管外机械清洗困难，且难以检查，因而壳程必须采用清洁不易结垢的流体。毕业设计是学习设计基础知识，培养设
4、计能力的这样环节通过这一实践教学环节的训练，使我们在毕业前掌握一定的过程设备设计的基本程序和方法，熟悉查阅和正确使用技术资料，能够在独立分析和解决实际问题的能力方面有较大的提高，增强工程观念题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 4 页 共 35 页和实践能力。为此应在毕业设计的过程中，以实事求是的科学态度，严谨、认真的工作作风来完成此项毕业设计。通过毕业设计的这种过程，不仅复习和巩固大学三年所学过的知识，而且也熟悉了设计开发新产品的步骤、方法和过程；为尽快适应和胜任今后的工作打下一个良好的基础。固定管板（兼法兰）式换热器第第 1 1 章章 绪论绪论换热器是一种物料之间
5、热量传递的节能设计，在石油、化工、冶金等行业中广泛应用的一种工艺设备。近年来随着节能技术发展，应用领域不断扩大，换热器的种类也越来越多，其中管壳式换热器占有很大的比例。第第 1 1 节节 换热器的分类换热器的分类换热器的分类方式很多，这里介绍主要的两种方式：（一）按传热原理分类1、直接接触式这种换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传热，通常是一种气体,另一种液体，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。2、蓄能式换热器题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 5 页 共 35 页这种换热器用量很少，原理是将一种固体介质通过热介质加热到一定温度后，冷介质再通过固体物质
6、被加热，使之达到换热的目的。（二）根据冷、热流体热量交换的方式可分为：1、混合式换热器 是对于某些传热过程，可使冷流体直接接触混合传热。这种传热方式，传热面积大，设备也简单。但由于冷、热流体直接接触，传热中往往伴有传质过程机理和单纯传热有所不同，应用也受到工艺要求的限制。2、蓄热式换热器 主要有对外充分隔热的蓄热室构成，室内装有热容量大的固体填充物，其结构简单，可耐高温，常用于高温气体的热量利用和冷却。其缺点是设备体积大，过程是不定长的交替操作，且不能完全避免两种流体的逸杂，所以这类设备化工上用的不多。3、间壁式换热器这是工业中最为广泛应用的一类换热器。冷热流体被固体壁面隔开，通过壁面进行传热
7、。按照传热面的形状与结构的特点，又可以分为：管式换热器 如列管式、套管式、螺旋管式等；板面式换热器 如板式、螺旋板式、板壳式等；扩展表面式换热器 如板翅式、管翘式等。（三）换热构分类常见的换热器类型如下所示：固定管板式换热器浮头式换热器管壳式换热器 型管式换热器外填料函式换热器滑动管板填料函换热器双管板换热器板式换热器板片式换热器 板翘式换热气伞板换热气沉浸式换热器 换热器 蛇管式换热器 喷淋式换热器多室回转换热器回转换热器 搅拌式换热器离心式换热器螺旋板式换热器题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 6 页 共 35 页板壳式换热器热管换热气氟塑料换热器石墨换热器 玻
8、璃换热器第第 2 2 节节 换热器的几种常见类型和各自特点换热器的几种常见类型和各自特点一 固定管板式换热器优点：结构简单，制造成本低，能得到最小的壳体内径,管程可分成多层，壳层也可分为双层，规格范围广，在工程中广泛应用。缺点：壳层不易清洗，检查困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。对于膨胀较大时，可在壳体上设置膨胀节。二 U 形管板式换热器它是将换热器管弯成 U 形。换热管两端都固定在同一块管板上面。优点：由于壳体与换热管分开，可以不考虑热膨胀。管束可以从壳体内抽出，换热管外表面易于清洗。缺点： 换热管内清洗困难，所以换热管内的介质是清洁且不易结垢的物料。换热管排列较少，结构不紧凑。三 浮
9、头式换热器浮头式换热器一端和管板固定连接，另一端的管板可以在壳体内自由的移动。优点：管束和壳体之间不产生温差应力，易于检修和清洗。四 板片式换热器（一）板片式换热器 板片式换热器的板片形式很多，有水平平直波纹、人字形波纹、球形波纹、斜波纹、锯齿形波纹、竖直波纹等等。缺点：密封周边长，使用中常常需要拆卸和清洗，泄漏可能性很大，不宜处理悬浮状的物料，温度不能很高，处理量不高。（二）板翅式换热器基本结构：翅片、隔板和封条三部分题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 7 页 共 35 页主要特点： 1、传热效率高；2、结构紧凑，重量轻；3、适用范围广；4、制造工艺复杂，要求严格
10、；5、容易堵塞，清洗和检修困难，如果因腐蚀发生泄漏很难修理。五 蛇管式换热器（一）沉浸式1、可分为可拆式和不可拆式；2、蛇管的进口、出口结构形式及密封形式多样。（二）喷淋式喷淋蛇管换热器与沉浸式蛇管换热器相比较，除了有结构简单，制造费用低、能承受高压，可用更多的材料制造等优点外，喷淋式较沉浸式易于检查、清洗和检修。缺点是占地面积较大，操作时设备周围环境较差。所以在场地充足，环境允许的条件下，可以广泛的采用。六 填料函式换热器填料函式换热器其实也是浮头式换热器是一种，浮头伸在壳体的外边，它与壳体之间的间隙用填料函来密封。缺点：填料函式换热器，不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，严禁用于两
11、种介质混合后会造成事故或损失的场合。题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 8 页 共 35 页第第 2 2 章章 水加热器设计说明书水加热器设计说明书第第 1 1 节节 结构设计结构设计根据任务书给的参数以及从资料上了解换热器的情况来判断，本换热器采用固定管板式。换热器的型号为:AEM900-0.8/2.0-350-6/19-1任务书中给定的参数如下：设计参数管 程壳 程 设计温度260218 设计压力（表压）0.8MPa2.0 MPa介 质空气水 腐蚀裕度2mm2 mm 焊接接头系数11 程 数11题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 9
12、页 共 35 页壳程圆筒 ts, 69.5 金属温度 换热管 tt, 44.8换热面积350m2换热管长度6000mm 水压试验压力2.5MPa 换热管规格192一、管子数的计算选定管子 192，长 6 米，根据所给条件换热面积为 350m2计算总管子数：n=350/（60.0193.14）=978换热管为正三角形排列,管心距 S=25；采用正六边形布管,需要直径为 900 的壳程。换热管与管板的连接形式：强度焊加贴胀；壳程侧管板结构开槽深度 3mm；管法兰采用JB 4703-200011,法兰 A 900-2.5； 换热管采用正三角形排列法兰外直径 Df=1095mm；法兰螺柱孔中心圆直径
13、Db=1040mm；法兰密封面尺寸 D4=985mm；法兰颈部大端厚度 1=32mm；法兰颈部小端厚度 2=20mm；管箱法兰厚度 f=60mm；螺柱数量 nb=32；螺柱规格 M27，查 JB 4707-200011，得 d2=mm，则螺柱有效承载面积8 .233 . 00Ab=444.9mm2；垫片采用 JB/T 4718-2000，包垫 B33-900-2.5-1；垫片尺寸 987/947，=3mm；题目：固定管板式 (兼法兰)水加热器的设计 指导老师：xxx第 10 页 共 35 页垫片接触面宽度 N=（987-947）/2=20mm；基本密封宽度，查 GB150-1998表 9-1，
14、b0=N/2=10mm；5二、受压元件材料及数据以下数据查自 GB150-19985圆筒材料：16MnR-查表 4-1，260设计温度下许用压力=144MPa；260C查表 4-1，218设计温度下许用压力 =156MPa；218C查表 F5，69.5金属温度下弹性模量 Es=204143.75Mpa；查表 F6，69.5金属温度下平均线性膨胀系数 as=11.2810-6mm/mm；换热管，接管材料：20 号钢查表 4-1，260设计温度下许用压力=101MPa；260t查表 F2，260金属温度下屈服应力=156.6Mpa；260 s查表 F5，218金属温度下弹性模量 =184920Mpa；218 tE44.8金属温度下弹性模量 Et=191690Mp
