《蜡油换热器设计过程装备与控制工程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蜡油换热器设计过程装备与控制工程设计（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 前言 1.1 课题意义换热器是化工、石油、能源等各工业中应用相当广泛的单元设备之一。据统计，在现代化学工业中换热器的投资大约占设备总投资的30%，在炼油厂中占全部工艺设备的40%左右，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。对国外换热器市场的调查表明，虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍占主导地位约64%1。 1.2 管壳式换热器基本类型：固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式。 U形管式换热器图1-2 U形管换热器U形管式换热器的典型结构如图。这种换热器的结构特点是，只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换热管有温
2、差时，不会产生热应力。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄露损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。U形管式换热器结构比较简单、价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料2。2 蜡油换热器设计 2.1 蜡油换热器设计条件表一 设备设计主要技术指标壳体管程换热管排列转角正方形设计压力/MPa4.04.0换热面积
3、/m2260设计温度/295355换热管直径/mm25工作压力/MPa1.31.6换热管间/mm32工作温度/227355折流板间距/mm300介质名称原料油蜡油换热管长度/m6介质性质易燃易燃管程数14主要材质16MnR16MnR表二 管口表符号公称压力公称尺寸法兰形式密封面形式用途伸出长度N1PN6.3DN250WNMFM蜡油出口见图N2PN6.3DN250WNMFM蜡油出口见图N3PN6.3DN250WNMFM原油进口200N4PN6.3DN250WNMFM原油进口200N5PN6.3DN50WNMFM放空口150N6PN6.3DN65WNMFM排污口1502.2 布管按要求换热管的直径
4、为25mm，间距为32mm，管长为6m，换热面积为260m2，换热管排列方式为转角正方形。如图2-1、图2-2 。 图2-1 换热管排列方式 图2-2 布管图换热管的数目为600根，计算得换热面积为282.6 m2，符合要求。同时均匀的布置了8根拉杆。2.3 管箱选择由设计任务书选择封头管箱，管程，如图2-3。图2-3 封头管箱2.4 设备法兰选择换热器设计压力4MP，温度壳程295oC、管程355oC，法兰选择长颈对焊法兰2。图2-4 设备法兰由筒体公称直径1000mm和PN=4.0MP，选得法兰的参数：D=1215mm， D1=1155mm，D2=1110mm，D3=1100mm，D4=1
5、097mm，=100mm，H=175mm，h=42mm，a=26mm，a1=23mm，1=24mm，2=36mm，R=15mm，d=33mm 。螺柱：规格M36 数量 40法兰垫片:选择非金属软垫片4图2-5 法兰垫片由DN1000和公称压力4MP，得到垫片参数：D=1099mm，d=1039mm2.5 接管及接管法兰选择按任务书要求，选择长颈对焊法兰，如图；图2-6 接管法兰N1N4管：由DN250，法兰形式WN，密封面形式MFM；选择2739的钢管。法兰为带颈对焊法兰，凹凸面密封。法兰外径D:470mm，螺栓孔中心圆直径K:400mm,螺栓孔直径L:36mm,螺栓孔数量n:12,螺纹Th:
6、M332,法兰厚度C:46mm,法兰颈A:316mm,B:316mm,S:13.5mm,H1:18mm,R:10mm,法兰高度H:125mm,法兰理论重量:48.9Kg.N5:由DN50，法兰形式WN，密封面形式MFM；选择573.5的钢管。法兰为带颈对焊法兰，凹凸面密封。法兰外径D:180mm，螺栓孔中心圆直径K:135mm,螺栓孔直径L:22mm,螺栓孔数量n:4,螺纹Th:M20,法兰厚度C:26mm,法兰颈A:82mm,B:82mm,S:5mm,H1:10mm,R:5mm,法兰高度H:62mm,法兰理论重量:4.86KgN6：由DN65，密封面形式MFM；选择764的钢管。法兰为带颈对
7、焊法兰，凹凸面密封。法兰外径D:205mm，螺栓孔中心圆直径K:160mm,螺栓孔直径L:22mm,螺栓孔数量n:8,螺纹Th:M20,法兰厚度C:26mm,法兰颈A:98mm,B:98mm,S:6mm，H1:16mm,R:6mm,法兰高度H：68mm,法兰理论重量:5.92Kg52.6 支座选择2.6.1 支座类型由换热器的尺寸及重量，选择重型、120包角的支座6。 图2-7 鞍式支座2.6.2 参数允许载荷Q：305 kn，鞍座高度h：200 mm，底板l1：760 mm，b1：170 mm，1：12 mm，腹板2：8 mm，筋板l2：170 mm，b2：140 mm，b3：200 mm，
8、3：8 mm，垫板 弧长：1180 mm，b4：350 mm，4：8 mm，e：70 mm，螺栓间距l2：600 mm，鞍座质量：63 kg，增加100mm高度增加的质量：9 kg 。2.6.3 支座位置图2-8 支座位置鞍式支座在换热器上的位置应按下列原则确定：当L3000mm时，取LB=（0.40.6）L；当L3000mm时，取LB=（0.50.7）L；尽量使Lc和Lc相近。本设计LB=4500 mm，Lc=800 mm，Lc=700 mm。2.7 焊接结构选择2.7.1 筒体纵环焊缝7图2-9 筒体纵环焊缝2.7.2 接管与筒体焊接7图2-10 接管与筒体连接2.7.3 设备法兰与筒体连
9、接7图2-11 设备法兰与筒体连接2.7.4 管子与管板连接7图2-12 管子与管板连接强度焊与贴胀。2.8 材料选择材料选择是蜡油换热器设计中的一个重要环节，它直接影响设计的安全性、合理性、经济性，.选用材料主要有以下几种类型：1. 压力容器用钢板。 2. 压力管道用钢管。3. 压力容器用锻件。4. 压力容器用螺柱、螺栓、垫片。筒体、封头、补强圈等选用Q345R钢；法兰选用16Mn钢，各种接管选用20号钢，螺母、螺栓分别选用30CrMo和30CrMoA。 2.9 壳程壁厚计算 2.9.1 筒体壁厚计算 圆筒壁厚计算公式：T= (2-1)式中 T计算厚度，mm; Pc设计压力，MP； Di筒体
10、内径，mm； 焊接接头系数 设计温度下材料的材料的允用应力，MP；按设计任务书Pc为4MP，Di为1000mm，取0.85，设计温度为295oC，由表8查得=144MP。算得T=16.6mm Tn=T+C1+C2+圆整值 (2-2)式中 Tn名义厚度，mm； C1钢材厚度负偏差，mm； C2腐蚀裕量，mm；C1取0.3mm，C2取1mm，算得Tn=20mm，有效厚度=-，算得=18.7mm2.9.2 壳程圆筒水压试验 (2-3) 式中 PT内压容器的试验压力，MP； 试验温度下材料的材料的允用应力，MP； 设计温度下材料的材料的允用应力，MP；查表8得=170MP，计算得PT=5.90MP，=
11、 (2-4) 式中 圆筒校核应力，MP；计算得=189.1MP，而该试验温度下材料屈服强度=345MP，0.9=310.5，故0.9，所求厚度符合要求。2.9.3 壳程封头壁厚计算计算公式：T= (2-5)式中 T计算厚度，mm; Pc设计压力，MP； Di筒体内径，mm； 焊接接头系数 设计温度下材料的材料的允用应力，MP；按设计任务书Pc为4MP，Di为1000mm，取0.85，设计温度为295oC，由表8查得=144MP。算得T=16.7mm Tn=T+C1+C2+圆整值 (2-2) 式中 Tn名义厚度，mm； C1钢材厚度负偏差，mm； C2腐蚀裕量，mm；C1取0.3mm，C2取1m
12、m，算得Tn=20mm，有效厚度=-，算得=18.7mm2.10 管程圆筒壁厚圆筒壁厚计算 计算公式：T= (2-1)式中 T计算厚度，mm; Pc设计压力，MP； Di筒体内径，mm； 焊接接头系数 设计温度下材料的材料的允用应力，MP；按设计任务书Pc为4MP，Di为1000mm，取0.85，设计温度为355oC，由表8查得=134MP。算得T=17.9mm Tn=T+C1+C2+圆整值 (2-2)式中 Tn名义厚度，mm； C1钢材厚度负偏差，mm； C2腐蚀裕量，mm；C1取0.3mm，C2取1mm，算得Tn=20mm，有效厚度=-，算得=18.7mm2.10.2 管程圆筒水压试验 (
13、2-3)式中 PT内压容器的试验压力，MP； 试验温度下材料的材料的允用应力，MP； 设计温度下材料的材料的允用应力，MP；查表8得=170MP，计算得PT=6.3MP，= (2-4)式中 圆筒校核应力，MP；计算得=203.3MP，而该试验温度下材料屈服强度=345MP，0.9=310.5，故0.9，所求厚度符合要求。2.10.3 管程封头壁厚计算计算公式：T= (2-5)式中 T计算厚度，mm; Pc设计压力，MP； Di筒体内径，mm； 焊接接头系数 设计温度下材料的材料的允用应力，MP；按设计任务书Pc为4MP，Di为1000mm，取0.85，设计温度为355oC，由表8查得=134MP。算得T=17.7mm Tn=T+C1+C2+圆整
