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1、I吉林化工学院本科毕业设计说明书摘 要换热器在石油化工行业中有着广泛的应用，本次设计针对水的冷却问题，工艺和操作的要求、经济上的要求、保证安全生产。由所给的设计条件，我们选取了水冷却器，并根据化工工艺设计手册、GB150-98和GB151-99等设计标准对冷却器进行了工艺计算和结构设计，进一步确定了冷却器的各种尺寸，并用CAD软件绘制了冷却器的装配图和零件图。设计出来的流程和设备首先要保证质量，操作稳定，这就必须配置必要的阀门和计量仪表等，并自确定方案时，考虑到各种流体的流量，温度和压强变化使采取什么措施来调节，而在设备发生故障时，加修应方便。在确定某些操作指标和治标和选定设备型式以及仪表配置
2、时，要有经济核算的观点，既满足工艺和操作要求，又使施工简便，材料来源容易，造价低廉。如果有废热可以利用，要尽量节省热能，充分利用，或者采取适当的措施达到降低成本的目的。在工艺流程和操作中若有爆炸、燃烧、中毒、烫伤等危险性，就要考虑必要的安全措施。关键词：换热器；结构设计；工艺设计；GB150-98；GB151-99- I -III吉林化工学院本科毕业设计说明书 AbstractHeat exchangers in the petrochemical industry has a wide range of applications, this design for water cooling,
3、 process and operational requirements, economic requirements, to ensure safe production. Given by the design conditions, we selected water cooler, and under Chemical Process Design Manual, GB150-98 and GB151-99 and other design criteria of the cooler to the process calculation and structural design,
4、 further defined the cooler various sizes and uses CAD software to draw the cooler assembly drawings and parts drawing.Processes and equipment designed first to ensure the quality, stable operation, which must configure the necessary valves and measurement instruments and so on, and since establishe
5、d programs, taking into account fluid flow, temperature and pressure changes so that the measures taken to regulation, and in equipment failure, plus repair should be easy. In determining the indicators and symptoms of certain operations and the selection of equipment type, and instrument configurat
6、ion, there must be economic accounting point of view, not only meet the technological and operational requirements, and also allows easy construction, easy sources of material, low cost. If waste heat can be used to try to save energy, make full use of, or take appropriate measures to reduce costs.
7、If in the process and operators in the explosion, burning, poisoning, burns and other dangers, we must consider the necessary securityKey Words：Heat exchangers；Structural Design；Process Design；GB150-98；GB151-99 目录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1综述11.1.1简述11.1.2固定管板式换热器11.2发展历史11.3换热机组的构造41.4换热器常见问题及处理4第2章 结
8、构设计22.1 管箱设计22.1.1 管箱短节22.1.2 分程隔板22.1.3 管箱深度22.2 封头设计32.2.1 受内压封头计算32.2.2 受外压封头计算32.3 圆筒设计42.4 管板设计52.5 拉杆和定距管的确定82.6 折流板设计82.7 旁路挡板设计92.8 容器法兰的设计92.9 选取支座10第3章 强度校核113.1 前端管箱筒体计算113.1.1 计算条件113.1.2 厚度及重量计算113.1.3 压力实验时应力校核113.1.4 压力及应力计算123.2 前端管箱封头计算123.2.1 计算条件123.2.2 厚度及重量计算123.2.3 压力计算133.3 壳程
9、筒体计算133.3.1 计算条件133.3.2 厚度及重量计算133.3.3 压力试验时应力校核143.3.4 压力及应力计算143.4 开孔补强计算143.4.1 计算条件143.4.2 开孔补强计算153.4.3设计条件163.4.4 开孔补强计算163.4.5 设计条件173.4.6 开孔补强计算183.5 延长部分兼作法兰固定管板式管板19 3.5.1 设计计算条件193.5.2 仅有壳程压力作用下的危险组合工况（）243.5.3 仅有壳程压力作用下的危险组合工况（）29第4章 换热器的制造、检验、安装与维修354.1 换热器的制造、检验与安装354.1.1筒体354.1.2 换热管3
10、54.1.3 管板354.1.4折流板、支持板354.1.5管束的安装364.1.6换热器的组装364.1.7压力试验364.2换热器的安装、试车和维护364.2.1安装364.2.2试车364.2.3维护37结 论38参考文献39致谢40III吉林化工学院本科毕业设计说明书第1章 绪论1综述1.1.1简述换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最
11、多。1.1.2管壳式换热器 管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程；一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在
12、管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程。同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程。在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同。如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱。因此,当管束和壳体温度差超过50时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力。1.2发展历史二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，
13、传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。 当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。 在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，
14、以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层)，和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。 增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。 一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已
15、开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。 1.3换热机组的构造换热机组是一次热网与用户之间的直接桥梁，从一次热网得到热量，自动连续地转换为用户需要的生活用水及采暖用水，适用于空调（供暖供冷），采暖，生活用水（洗浴）或其他换热回路（如地板供热，工艺水冷却等）。换热机组由板式换热器、循环水泵、补水泵、过滤器、阀门、机组底座、热计量表、配电箱、电子仪表及自控系统等组成。热源的蒸汽或高温水从机组的一次侧供水口进入板式换热器，二次侧的低温回水经过过滤器除污，通过循环泵也进入板式过滤器，两种不同温度的水经过热交换，二次侧将热量输送给热用户。 1.4换热器常见问题及处理在生产过
