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1、 毕业设计(论文)题 目： 煤油冷却器的设计（处理量1600kg/h） 学 院： 机电工程学院 专业班级： 过控084班 学生姓名： 指导老师： 成 绩： 2012年 6 月 15 日3摘 要 本次毕业设计的任务是设计一个换热器。首先分析设计任务和条件，初步选择换热器的类型，进行流程安排，接着进行工艺结构计算，并重点针对湍流程度和传热面积裕度进行核算。以上完成后是结构设计,包括管板、壳体、管箱、折流板、封头、换热管、法兰、接管等的设计，并确定连接方式和密封形式。下一步是进行强度计算，对各个部分进行计算后，再进行面积、许用应力、力矩计算，然后进行各种可能情况下的应力校核。最后选择接管法兰、密封元
2、件和鞍座，完成本次设计任务。在实际应用中，固定管板式换热器结构简单、制造方便、成本低、管程清洗方便、规格系列范围广，故在工程上得到广泛应用。所以我本次设计选择了固定管板式换热器的设计。关键词:换热器；结构设计；强调计算；应力校核AbstractThe graduation design task is to design a heat exchanger. First analysis design task and conditions, choose the type of preliminary heat exchanger, process arrangement, then proc
3、ess structure calculation, and focusing on the turbulent flow and heat transfer area degree the margin accounts. After the completion of the above is the structure design, including the tube plate, shell and tube box, baffle plate, sealing, head of heat exchange tube, flange, take over of design of,
4、 and determined the connection mode and sealing form. The next step is for strength calculation, calculated for each part, then area, allowable stress calculation, torque, and then carry out all the possible check the stress. The last choice to take over flange, seal components and saddle, complete
5、the design task. In practical applications, fixed tube plate heat exchanger simple structure, easy fabrication, low cost, convenient washing, provide specifications series range wide, it is widely applied in engineering. So this design I chose fixed tube plate heat exchanger to design.Keywords:Heat
6、exchanger; Structure design; Emphasize computing; Stress checking目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 换热器的研究现状1第2章 确定设计方案32.1 设计任务和操作条件32.2 换热器类型的选取32.3 流程安排3第3章 工艺计算43.1 物性数据的确定43.1.1 定性温度的确定43.1.2 物性数据43.2 估算传热面积53.2.1 平均传热温差53.2.2 由煤油的流量计算热负荷63.2.3 传热面积计算63.2.4 冷却水用量73.3 结构尺寸的设计73.3.1 换热管的选择和管内流速
7、的确定73.3.2 确定管程数和传热管数73.3.3 平均传热温差校正及壳程数83.3.4 壳体内径93.3.5 折流板93.3.6 传热管排列和分程方法103.3.7 接管113.3.8 其他附件123.4 换热器核算133.4.1 传热能力核算133.4.2 壁温核算173.4.3 换热器内流体的流动阻力173.5 换热器主要结构尺寸表19第4章 换热器结构设计214.1 壳体、管箱壳体和封头设计214.2 选取接管214.2.1 接管外伸长度224.2.2 接管与筒体和管箱壳体的连接224.2.3 接管位置的确定224.3 换热管与管板234.3.1 换热管234.3.2 管板244.4
8、 壳体与管板、管板与换热管的连接254.4.1 壳体与管板的连接254.4.2 换热管与管板的连接264.5 其他部件274.5.1 拉杆与定距管274.5.2 折流板274.5.3 膨胀节27第5章 强度计算305.1 设计条件305.2 结构尺寸305.3 材料选择及许用应力的计算315.4 管箱设计335.5 封头计算335.6 筒体设计345.7 换热器管板设计345.7.1 相关面积计算345.7.2 换热管许用应力的计算365.7.3 力矩计算365.8 应力校核计算435.8.1 壳程设计压力的情况435.8.2 管程设计压力的情况505.9 开孔补强57第6章 法兰、垫片及鞍座
9、的设计586.1 接管法兰586.1.1 接管法兰的材料586.1.2 对材料的加工要求586.1.3 排气、排污接管法兰586.1.4 煤油进出口接管法兰586.1.4 循环冷却水进出口接管法兰596.1.5 垫片选择596.2 鞍座的选择596.3 技术要求62结 论63参考文献64致 谢65第1章 绪论1.1 课题背景1.2 换热器的研究现状第2章 确定设计方案2.1 设计任务和操作条件2.2 换热器类型的选取2.3 流程安排第3章 工艺计算3.1 物性数据的确定3.1.1 定性温度的确定 参考文献，对于一般轻油和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故管程流体冷却水的定
10、性温度为： （3-1）式中 冷却水定性温度（） 冷却水进口温度（） 冷却水出口温度（） ，壳程煤油的定性温度为： （3-2）式中 煤油定性温度（） 煤油的进口温度（） 煤油的出口温度（） ，3.1.2 物性数据参考文献，分别参考管程和壳程流体在对应的温度下，在生产中的物性数据实测值，循环冷却水在28.5时的有关物性数据如下：比热容： kJ/(kg)密 度： kg/；粘 度： Pas；导热系数： W/(m)。煤油在87.5下的有关物性数据如下：比热容： kJ/(kg)；密 度：kg/；粘 度： Pas ； 导热系数： W/(m) 。确定物性数据后，后面的计算中需用到以上数据者，可直接引用。3.2
11、 估算传热面积3.2.1 平均传热温差煤油的进出口温度分别为140和35，冷却水的进出口温度分别为25 和32。先按纯逆流计算，得： （3-3） 式中 逆流或并流的平均传热温差可按图-所示进行计算。图-列管式换热器内流型3.2.2 由煤油的流量计算热负荷依据文献公式： （3-4）式中 Qh热负荷，W； Wh工艺流体的流率，kg/h； cph工艺流体的热容；kJ/(kg)； 工艺流体的温度变化，； = W3.2.3 传热面积计算由于壳程煤油的压力不高，所以可以选择较小的K值。假设 W/(m2)，则估算的传热面积A为： 考虑到估算值对计算结果的影响，根据文献提供的经验范围，取实际传热面积为估算值的
12、1.151.25倍，取1.15倍。即3.2.4 冷却水用量对于工艺流体被冷却的情况，工艺流体所放出的热量等于冷却剂所吸收的热量与热损失之和，在实际设计中，为可靠起见，常可忽略热损失，依据公式：，计算冷却水用量： 3.3 结构尺寸的设计3.3.1 换热管的选择和管内流速的确定考虑到管径太小，流动阻力大，机械清洗困难，由文献根据具体情况选用mm传热管。材料为20号钢。参考文献取管内流速m/s。3.3.2 确定管程数和传热管数参考文献，根据公式 （3-5）可由传热管内径和流体流速确定单程传热管数目，式中 ns单程管子数目； V管程流体的体积流量，m3/s； di换热管内径，m； u-管内流体的流速，m/s。 计算得： 根按单管程计算，所需的传热管长度为L： （3-6）式中 L按单管程计算的管子长度，m； A估算的传热面积，m2； d0管子外径，m。如果按照单管程设计，传热管尺寸过长。应该采用多管程结构。根据本设计实际情况，参考文献推荐的传热管长3m，则该换热器的管程数为：（管程）
