1、沈陽化工大學(xué)本科畢業(yè)論文題 目: 流量位120t/h水-水浮頭式換熱器院 系: 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè): 過程裝備與控制工程班 級(jí): 機(jī)械優(yōu)創(chuàng)0601 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 論文提交日期：2010年 月 日論文答辯日期：2010年 月 日摘 要浮頭式換熱器是一種廣泛應(yīng)用于化工、石油、動(dòng)力和原子能等工業(yè)部門的換熱設(shè)備，特別是在化工機(jī)械領(lǐng)域有著重要的意義。本次設(shè)計(jì)主要研究浮頭式換熱器的換熱原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且討論了浮頭式換熱器的特性，以及在給定條件下浮頭式換熱器的各種參數(shù)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)尺寸。浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時(shí)，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫

2、差應(yīng)力。它的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內(nèi)自由移動(dòng)，這個(gè)特點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)能看出來。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內(nèi)。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的條件。在傳熱計(jì)算工藝中，包括傳熱面積計(jì)算，傳熱量、傳熱系數(shù)的確定和換熱器內(nèi)徑及換熱管型號(hào)的選擇，以及傳熱系數(shù)、壓降及壁溫的驗(yàn)算等問題。在強(qiáng)度計(jì)算中主要討論的是筒體、管箱、封頭、管板厚度計(jì)算以及折流板、法蘭、墊片和接管、支座、分隔板等零部件的設(shè)計(jì)，還要進(jìn)行一些強(qiáng)度校核。本設(shè)計(jì)是按照gb151管殼式換熱器gb150鋼制壓力容器設(shè)計(jì)的。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，換熱器的設(shè)計(jì)技術(shù)

3、也在不斷的更新，現(xiàn)有的科研成果為我的生活帶來了很大的方便。以后的前將必將更加美好。關(guān)鍵詞：換熱器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；校核；浮頭 i abstractthis design mainly discussed heat principles , and heat calculation and heat parameters ,the heat characteristic and heat calculation and heat parameters ,the structure and the size under the given conditions.in heat transfer proc

4、esses calculations , including the calculation of heat transfer area ,the determination of heat coefficient ,and the choice of the tube type and the diameter of receiver. we also check the heat transfer coefficient ,the decreasion of press, and the wall temperature . in the calculation of intensity

5、,we mainly discussed the calculation of thickness of receive ,boxes ,and panels ,as well as the choice of the flow panels flange ,spacer and receivership ,seating ,screens and other components of the design ,and do some chechen about intensity .this design is according of gb151the shell type heat ex

6、chenger to gb150the shell prssure vesselkeywords: ii 目 錄摘 要iabstractii綜述4設(shè)計(jì)說明書9傳熱工藝計(jì)算91.1介質(zhì)原始數(shù)據(jù)91.2介質(zhì)定性溫度及確定其物性數(shù)據(jù)91.3有效平均溫差計(jì)算101.4傳熱量及物料衡算101.5管程結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)111.6殼程換熱系數(shù)計(jì)算111.7傳熱系數(shù)計(jì)算121.8管壁溫度計(jì)算121.9管程壓降計(jì)算121.10殼程壓降計(jì)算13結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132.1筒體壁厚計(jì)算132.2管箱側(cè)封頭設(shè)計(jì)計(jì)算142.3浮頭側(cè)封頭設(shè)計(jì)計(jì)算152.4設(shè)備法蘭的選擇162.5浮頭換熱器管板的設(shè)計(jì)計(jì)算172.6浮頭設(shè)計(jì)計(jì)算192.7鉤

7、圈的選擇：262.8浮動(dòng)管板的選擇：262.9折流板的選擇272.10管箱短節(jié)壁厚計(jì)算272.11防沖板的選擇282.12接管及開孔補(bǔ)強(qiáng)282.13支座的選擇29致謝32參考文獻(xiàn)33 39沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 綜述綜述一 什么是換熱器和換熱器的應(yīng)用換熱器是一種實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，無論在日常生活還是工業(yè)領(lǐng)域，換熱器的應(yīng)用十分廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在石油煉制、化工裝備中換熱器占設(shè)備總數(shù)的40%左右，占裝置總投資的30%45%。近年來隨著節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，換熱器的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥找褞Я孙@著的經(jīng)濟(jì)效益。為滿足不同場(chǎng)合下的換熱要求，各種新型換熱器不斷涌現(xiàn)，但工業(yè)中

8、用量最大的還是管殼式換熱器，這主要是由于其具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、操作彈性大、可靠程度高、使用范圍廣、清洗方便等優(yōu)點(diǎn)，但該換熱器在換熱效率、設(shè)備的體積和金屬材料的消耗量等方面不及其他新型的換熱設(shè)備。二 管殼式換熱器的分類管殼式換熱器是把換熱管與管板連接，再用殼體固定的一種換熱器。根據(jù)管板和殼體的連接方式，管殼式大致可將其分為：固定管板式、浮頭式、u型管式、填料函式等幾種。1. 固定管板式換熱器固定管板式換熱器兩端管板采用焊接方式與殼體連接。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、制造成本低，能得到最小的殼體內(nèi)徑，管程可分為多程，殼程也可分為雙程，規(guī)格范圍廣，故在工程中廣泛應(yīng)用。該換熱器的缺點(diǎn)是殼程清洗困難，管殼程間有溫差應(yīng)

9、力存在，當(dāng)熱冷流體溫差較大時(shí)，需在殼體設(shè)置膨脹節(jié)。固定管板式換熱器適用于介質(zhì)清潔，不易結(jié)垢，以及溫差不大或溫差雖大但殼程壓力不高的場(chǎng)合。2. 浮頭式換熱器浮頭式換熱器只有一端管板與殼體固定，而另一端的管板殼在殼體自由浮動(dòng)。這種換熱器最大的優(yōu)點(diǎn)是解除了殼體與換熱管之間的相互約束，管束和殼體間不產(chǎn)生溫差應(yīng)力，因而可適用于溫差較大的場(chǎng)合。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易地插入或抽出殼體，這樣為檢修、清洗提供方便。但是該換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且浮頭端小蓋在操作時(shí)無法判斷泄露情況，因此在安裝時(shí)要特別注意其密封。3. u形管換熱器換熱器是將換熱管彎曲成u型，換熱管的兩端固定在同一塊管板上。該換熱器由于殼體與

10、換熱管相互之間不產(chǎn)生相互的約束，因此不會(huì)產(chǎn)生由于熱變形不同而產(chǎn)上的溫差應(yīng)力。該換熱器由于只有一塊管板，且無浮頭，故結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。由于管束可以從殼體內(nèi)抽出，換熱管的外壁便于清洗，但換熱管內(nèi)清洗困難，因此換熱管內(nèi)應(yīng)走清潔且不易結(jié)垢的物料。該換熱器的缺點(diǎn)是由于管束中心存在空隙，液體易短路，影響傳熱效率。同時(shí)一旦換熱管出現(xiàn)問題，更換非常困難，只能采用堵死的方法，這將造成傳熱面積的損失。該換熱器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適用于高溫高壓的場(chǎng)合。4. 填料函式換熱器填料函式換熱器是又一種為消除管子與殼體間熱變形的不同而發(fā)展起來的固定管板式換熱器，該換熱器適用于殼程壓力不高、介質(zhì)腐蝕嚴(yán)重、 溫差大而經(jīng)常需要更換管

11、束的場(chǎng)合。從結(jié)構(gòu)上說它具有浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，又克服了固定管板式換熱器的缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，易于清洗。但由于填料的密封效果較差，因此該換熱器不適宜于操作壓力和溫度過高的場(chǎng)合，殼程內(nèi)不適宜于走易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)。三 換熱器設(shè)計(jì)方案的原則1.滿足工藝和操作的要求設(shè)計(jì)出來的流程和設(shè)備首先要保證質(zhì)量，操作穩(wěn)定，這就必須配置必要的閥門和計(jì)量?jī)x表等，并自確定方案時(shí)，考慮到各種流體的流量，溫度和壓強(qiáng)變化使采取什么措施來調(diào)節(jié)，而在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，維修應(yīng)方便。 2.滿足經(jīng)濟(jì)上的要求 在確定某些操作指標(biāo)和選定設(shè)備型式以及儀表配置時(shí),要有經(jīng)濟(jì)核算的觀點(diǎn),既能滿足工藝和操作要求,又使施工簡(jiǎn)便,材

12、料來源容易,造價(jià)低廉。如果有廢熱可以利用,要盡量節(jié)省熱能,充分利用,或者采取適當(dāng)?shù)拇胧┻_(dá)到降低成本的目的。 3.保證安全生產(chǎn)在工藝流程和操作中若有爆炸、燃燒、中毒、燙傷等危險(xiǎn)性,就要考慮必要的安全措施。又如設(shè)備的材料強(qiáng)度的演算,除按規(guī)定應(yīng)有一定的安全系數(shù)外,還應(yīng)考慮防止由于設(shè)備中壓力突然升高或者造成真空而需要裝置安全閥等。以上提到的都是為了保證安全生產(chǎn)所需要的。 設(shè)計(jì)方案也可能一次定不好,后來需要修改,但各物料流通路線和操作指標(biāo)的改動(dòng)都對(duì)后面的計(jì)算有影響,所以最好第一次確立就考慮周到些.四 換熱器管結(jié)垢及除垢因?yàn)閾Q熱器大多是以水為載熱體的換熱系統(tǒng)，由于某些鹽類在溫度升高時(shí)從水中結(jié)晶析出，附著于

13、換熱管表面，形成水垢。在冷卻水中加入聚磷酸鹽類緩沖劑，當(dāng)水的ph值較高時(shí)，也可導(dǎo)致水垢析出。初期形成的水垢比較松軟，但隨著垢層的生成，傳熱條件惡化，水垢中的結(jié)晶水逐漸失去，垢層即變硬，并牢固地附著于換熱管表面上。 此外，如同水垢一樣，當(dāng)換熱器的工作條件適合溶液析出晶體時(shí)，換熱管表面上即可積附由物料結(jié)晶形成的垢層；當(dāng)流體所含的機(jī)械雜質(zhì)有機(jī)物較多、而流體的流速又較小時(shí)，部分機(jī)械雜質(zhì)或有機(jī)物也會(huì)在換熱器內(nèi)沉積，形成疏松、多孔或膠狀污垢。換熱器管束除垢的方法主要有下列三種。 1.手工或機(jī)械方法 當(dāng)管束有輕微堵塞和積垢時(shí)，借助于鏟削、鋼絲刷等手工或機(jī)械方法來進(jìn)行清理，并用壓縮空氣，高壓水和蒸汽等配合吹洗

14、。當(dāng)管子結(jié)垢比較嚴(yán)重或全部堵死時(shí)，可用管式?jīng)_水鉆（又稱為捅管機(jī)）進(jìn)行清理。 2.沖洗法 沖洗法有兩種。第一種是逆流沖洗，一般是在運(yùn)動(dòng)過程中，或短時(shí)間停車時(shí)采用，可以不拆開裝置，但在設(shè)備上要預(yù)先設(shè)置逆流副線，當(dāng)結(jié)垢情況并不嚴(yán)重時(shí)采用此法較為有效。 第二種方法是高壓水槍沖洗法。對(duì)不同的換熱器采用不同的旋轉(zhuǎn)水槍頭，可以是剛性的，也可以是撓性的，壓力從10mpa至200mpa自由調(diào)節(jié)。利用高壓水除污垢，無論對(duì)管間、管內(nèi)及殼體均適用。高壓水槍沖洗換熱器效果較好,應(yīng)用廣泛。 3.化學(xué)除垢 換熱器管程結(jié)垢，主要是因?yàn)樗|(zhì)不好形成水垢及油垢的結(jié)焦沉淀和粘附兩種形式，用化學(xué)法除垢，首先應(yīng)對(duì)結(jié)垢物質(zhì)化驗(yàn)分析，搞清

15、結(jié)垢物性質(zhì)，就可以決定采用哪種溶劑清洗。一般對(duì)硫酸鹽和硅酸鹽水垢采用堿洗（純堿、燒堿、磷酸三鈉等），碳酸鹽水垢則用酸洗（鹽酸、硝酸、磷酸、氟氫酸等）。對(duì)油垢結(jié)焦可用氫氧化鈉、碳酸鈉、洗衣粉、液體洗滌劑、硅酸鈉和水按一定的配比配成清洗液進(jìn)行清洗。采用化學(xué)清洗的辦法，現(xiàn)場(chǎng)需要重新配管，比較花費(fèi)時(shí)間。五 換熱器泄漏后如何進(jìn)行試漏檢查？怎樣進(jìn)行堵管？1.試漏檢查 為了查明管子的泄漏情況，首先要作水壓試驗(yàn)，一般均采用在管子外側(cè)加壓力的外壓試驗(yàn)。其方法是：把水通入殼體，保持一定時(shí)間，用目測(cè)檢查兩端管板處管子的泄漏情況，對(duì)漏管做出記錄。 2.堵管管子本身的泄漏一般情況下是無法修復(fù)的，假如泄漏管子的數(shù)量不多時(shí)

16、，可以用圓錐形的金屬堵頭將管口兩端堵塞，如管程壓力較高時(shí)，堵緊后再焊住更可靠。堵頭的長(zhǎng)度一般為管內(nèi)徑的2倍，小端直徑應(yīng)等于0.85倍的內(nèi)徑，錐度為1:10，堵頭材料的硬度應(yīng)低于或等于管子的硬度。用堵管來消除泄漏時(shí)堵管數(shù)不得超過10%。六 換熱器腐蝕的主要部位及腐蝕原因 1.換熱器腐蝕的主要部位換熱器腐蝕的主要部位是換熱管、管子與管板連接處、管子與折流板交界處、殼體等。2.腐蝕原因如下： (1).換熱管腐蝕 由于介質(zhì)中污垢、水垢以及入口介質(zhì)的渦流磨損易使管子產(chǎn)生腐蝕，特別是在管子入口端的4050mm處的管端腐蝕，這主要是由于流體在死角處產(chǎn)生渦流擾動(dòng)有關(guān)。(2).管子與管板、折流板連接處的腐蝕換熱

17、管與管板連接部位及管子與折流板交界處都有應(yīng)力集中，容易在脹管部位出現(xiàn)裂紋，當(dāng)管與管板存在間隙時(shí)，易產(chǎn)生cl+的聚積及氧的濃差，從而容易在換熱管表面形成點(diǎn)坑或間隙腐蝕使它成為scc的裂源。管子與折流板交界處的破裂，往往是由于管子長(zhǎng)，折流板多，管子稍有彎曲，容易造成管壁與折流板處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，加之間隙的存在，故其交界處成為應(yīng)力腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)。(3).殼體腐蝕 由于殼體及附件的焊縫質(zhì)量不好也易發(fā)生腐蝕，當(dāng)殼體介質(zhì)為電解質(zhì)，殼體材料為碳鋼，管束與折流板為銅合金時(shí)，易產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，把殼體腐蝕穿孔。參考文獻(xiàn)：過程設(shè)備機(jī)械設(shè)計(jì) 潘紅良，郝俊文主編 華東理工大學(xué)出版社出版 換熱設(shè)備的污垢與對(duì)策楊善讓，徐

18、志明主編 科學(xué)出版社設(shè)計(jì)說明書傳熱工藝計(jì)算 1.1介質(zhì)原始數(shù)據(jù)出入換熱器流體的溫度及流量如表1所示： 表1-1 介質(zhì)的溫度及流量機(jī)油（管程）機(jī)油（殼程）流量（/h）w1210000w2溫度數(shù)據(jù)進(jìn)口溫度t1出口溫度t2進(jìn)口溫度t1出口溫度t2單位（）1701002080工作壓力（mpa）p1=1.6p2=1.21.2介質(zhì)定性溫度及確定其物性數(shù)據(jù)流體的平均溫度tm和tm:按介質(zhì)的定性溫度，查有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)確定介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)。介質(zhì)的定性溫度及物性數(shù)據(jù)見 表2-2 介質(zhì)的定性溫度及物性數(shù)據(jù)公 式符號(hào)單位tm=(t1+t2)/2tm=(t1+t2)/2介質(zhì)機(jī)油機(jī)油定性溫度13550物性數(shù)據(jù)828.9687

19、6.050.010.21kj/(kg.)2.3071.964w/(m.)0.01350.144 流體的普朗特?cái)?shù)：管程機(jī)油：殼程機(jī)油：1.3有效平均溫差計(jì)算 逆流平均溫度差可按=85 參數(shù)s：參數(shù)r：換熱器按照單殼程兩管程設(shè)計(jì)，查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)圖8-12(a)得溫差修正系數(shù)：ft=0.83有效平均溫差： 1.4傳熱量及物料衡算設(shè)計(jì)傳熱量(換熱效率為0.98)水蒸氣流量由熱量衡算得故kg/h管程換熱計(jì)算參照化工原理68，初選傳熱系數(shù)k0=300w/m.則初選傳熱面積m2換熱器選用.5不銹鋼的無縫鋼管做換熱器管，管子外徑d0=0.025m管子內(nèi)徑di=初選換熱管長(zhǎng)度l=6m所需換熱管根數(shù)則取換熱管

20、根數(shù)nt=630根管程流通面積di2=0.0989m2管程流速為：m/s管程雷諾準(zhǔn)數(shù)管程傳熱膜系數(shù)：w/m2.1.5管程結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)布管方式：采用正三角形排列查gb151-1999知管間距按1.25d取，所以管間距s=0.032m。分程隔板兩側(cè)相鄰管中心距sn=0.044m。由于該換熱器用于蒸汽冷凝，為減少液膜在列管上的包角及液膜厚度，應(yīng)偏轉(zhuǎn)一定角度管束中心排管數(shù)：取nc=27故殼體內(nèi)徑：取di=1m長(zhǎng)徑比 設(shè)計(jì)合理弓形折流板弓高：h=0.2di=0.2m折流板間距：折流板數(shù)量：1.6殼程換熱系數(shù)計(jì)算殼程流通面積殼程當(dāng)量直徑殼程流速殼程質(zhì)量流速殼程雷諾準(zhǔn)數(shù)殼程傳熱因子管外壁溫度假定值，1.7傳

21、熱系數(shù)計(jì)算查gb151-1999第138頁可知，管程機(jī)油垢熱阻r1=0.000344./w,殼程機(jī)油污垢熱阻r2=0.000172./w,管壁熱阻忽略。故=341 合理1.8管壁溫度計(jì)算管壁外壁熱流密度計(jì)算w/.外壁溫度 誤差校核：23-20=3 誤差不大，合適。1.9管程壓降計(jì)算管內(nèi)壁溫度壁溫下水的黏度黏度修正系數(shù)查得管程摩擦系數(shù)管程數(shù)n=2管內(nèi)沿程壓降回彎壓降取進(jìn)出口處質(zhì)量流速進(jìn)出口管處壓降-管程壓降結(jié)垢校正系數(shù)，對(duì)于252鋼管可取=1.4管程壓降管程允許壓降=35000pa即管程壓降符合要求1.10殼程壓降計(jì)算殼程當(dāng)量直徑de=0.036m殼程雷諾數(shù)re1=150.2殼程摩擦系數(shù)管束壓降

22、取進(jìn)出口質(zhì)量流速進(jìn)出口管壓取導(dǎo)流板阻力系數(shù)，殼程結(jié)構(gòu)修正系數(shù)殼程壓降殼程允許壓降=35000pa殼程壓降符合要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1筒體壁厚計(jì)算換熱器的設(shè)計(jì)壓力按換熱器的最高工作壓力確定。即pc=1.1p2。筒體材料根據(jù)gb150-1998鋼制壓力容器選用，材料為q235-b。根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社第二版），查得負(fù)偏差c1=0.3mm，腐蝕余量c2=1mm。筒體計(jì)算參數(shù)及材料力學(xué)性能見表4：表2-1 筒體計(jì)算參數(shù)及材料力學(xué)性能材料項(xiàng)目?jī)?nèi)徑設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力焊接接頭系數(shù)設(shè)計(jì)溫度下的屈服極限q235-b符號(hào)單位mmmpampampa數(shù)值10001.321130.852351.筒體計(jì)算

23、厚度：2.設(shè)計(jì)厚度：3.名義厚度：4.有效厚度：5.設(shè)計(jì)壓力下筒體的計(jì)算應(yīng)力：校核 筒體合格，滿足要求6.設(shè)計(jì)溫度下筒體的最大許用工作壓力： 對(duì)筒體進(jìn)行液壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力按計(jì)算,pt=3.1mpa筒體薄膜應(yīng)力校核：水壓試驗(yàn)較核合格，圓筒厚度滿足水壓試驗(yàn)要求。2.2管箱側(cè)封頭設(shè)計(jì)計(jì)算管箱側(cè)封頭材料根據(jù)gb150-1998鋼制壓力容器選用，材料為16mnr。根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社第二版），查得負(fù)偏差c1=0.6mm，腐蝕余量c2=1mm，設(shè)計(jì)壓力pc=1.1p1=1.6mpa。管箱封頭計(jì)算參數(shù)及材料力學(xué)性能見表5，相關(guān)數(shù)據(jù)均查閱gb150-1998鋼制壓力容器。表2-2 管箱側(cè)封頭計(jì)算參

24、數(shù)及材料力學(xué)性能材料項(xiàng)目?jī)?nèi)徑設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力焊接接頭系數(shù)設(shè)計(jì)溫度下的屈服極限16mnr符號(hào)單位mmmpampampa數(shù)值10001062350.851.781.選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其計(jì)算厚度：2.設(shè)計(jì)厚度：根據(jù)gb150-1998鋼制壓力容器，名義厚度圓整為4.有效厚度：5.設(shè)計(jì)壓力下筒體的計(jì)算應(yīng)力：校核 封頭合格，滿足要求6.設(shè)計(jì)溫度下筒體的最大許用工作壓力：因采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故k=1管箱側(cè)封頭尺寸：公稱直徑1000mm；總深度250mm；內(nèi)表面積1.1625m2;質(zhì)量109.1kg；直邊高度40mm。2.3浮頭側(cè)封頭設(shè)計(jì)計(jì)算浮頭側(cè)封頭材料根據(jù)gb150-1998鋼制壓力容器

25、選用，材料為16mnr。根據(jù)過程設(shè)備設(shè)計(jì)（化學(xué)工業(yè)出版社第二版），查得負(fù)偏差c1=0.6mm，腐蝕余量c2=1mm，設(shè)計(jì)壓力pc=1.1p2=1.2mpa。浮頭側(cè)封頭計(jì)算參數(shù)及材料力學(xué)性能見表6，相關(guān)數(shù)據(jù)均查閱gb150-1998鋼制壓力容器。表2-3 浮頭側(cè)封頭計(jì)算參數(shù)及材料力學(xué)性能材料項(xiàng)目?jī)?nèi)徑設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力焊接接頭系數(shù)設(shè)計(jì)溫度下的屈服極限16mnr符號(hào)單位mmmpampampa數(shù)值11001.321130.852351.選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，其計(jì)算厚度：2.設(shè)計(jì)厚度：3.名義厚度： 根據(jù)gb150-1998鋼制壓力容器，名義厚度圓整為4.有效厚度：5.設(shè)計(jì)壓力下筒體的計(jì)算應(yīng)力：

26、校核 封頭合格，滿足要求6.設(shè)計(jì)溫度下筒體的最大許用工作壓力：因采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故k=1校核合格管箱側(cè)封頭尺寸：公稱直徑1100mm；總深度275mm；直邊高度40mm；質(zhì)量130.9kg內(nèi)表面積1.398 m2。2.4設(shè)備法蘭的選擇選用jb/t 47004707-2000壓力容器法蘭中的法蘭可免除gb150-1998中的有關(guān)計(jì)算。2.4.1管箱側(cè)法蘭的選擇按尺寸條件dn=1000mm，設(shè)計(jì)壓力1.76mpa，質(zhì)量193.9kg，由壓力容器法蘭選擇長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，相關(guān)參數(shù)見表7：?jiǎn)挝唬╩m）表2-4 管箱側(cè)法蘭參數(shù)dd1d3d4hhrd螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量11951140108510856815

27、54220321530m2736由壓力容器法蘭選擇相關(guān)墊片：選用非金屬軟墊片其相關(guān)尺寸為：d=1087mm，d=1037mm，=3mm。2.4.2浮頭側(cè)法蘭的選擇按尺寸條件dn=di+100=800mm，設(shè)計(jì)壓力0.66mpa，設(shè)計(jì)溫度170，由壓力容器法蘭選擇長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，相關(guān)參數(shù)見表8：?jiǎn)挝唬╩m）表2-5 浮頭側(cè)法蘭參數(shù)dd1d2d3hadat規(guī)格數(shù)量12001215117611567627016212718m2436由壓力容器法蘭選擇相關(guān)墊片：選用非金屬軟墊片其相關(guān)尺寸為：d=1155mm，；d=810mm；=3mm。2.4.3接管法蘭的選擇接管a、b選擇相同型號(hào)法蘭，設(shè)液體流速u1=

28、1.5m/s，即。取d=200mm，設(shè)計(jì)壓力2.5mpa，選用板式平焊鋼制法蘭，尺寸參數(shù)見表9：?jiǎn)挝唬╩m）表2-6 a、b管法蘭參數(shù)dna1dklnthcb1b法蘭理論重量（kg）2002193603102617m2432222814.2接管d，h選擇相同型號(hào)法蘭，設(shè)計(jì)壓力1.6mpa，d=200，選用板式平焊鋼制法蘭，尺寸參數(shù)見表10：?jiǎn)挝唬╩m）表2-7 d，h管法蘭參數(shù)dna1dklnthcb1b法蘭理論重量（kg）2002193402952212m202622289.69接管e，f，m選擇相同型號(hào)法蘭，取d=20mm，設(shè)計(jì)壓力0.6mpa，選用板式平焊鋼直尺法蘭，尺寸參數(shù)見表11：?jiǎn)?/p>

29、位（mm）表2-8 e，f，m管法蘭參數(shù)dna1dklnthcb1法蘭理論重量（kg）20259065114m1014260.6接管g，c取d=50mm，設(shè)計(jì)壓力1mpa，選用板式平焊法蘭，尺寸參數(shù)見表12：?jiǎn)挝唬╩m）表2-9 g，c管法蘭參數(shù)dna1dklnthcb1法蘭理論重量（kg）5057165125184m1620592.772.5浮頭換熱器管板的設(shè)計(jì)計(jì)算固定管板設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)換熱管外徑d0=25mm查管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)表5-6知管板最小厚度。1.未被換熱管支撐的面積：，其中nc-隔板槽一側(cè)的排管數(shù)，nc =282.管板布管區(qū)面積：3.管板開孔后的面積：4.單根換熱管橫截面積：5

30、.管板布管區(qū)當(dāng)量直徑：6.系數(shù)查gb150-1998表f5，設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料的彈性模量；設(shè)計(jì)溫度下管板材料的彈性模量；查表4-1，設(shè)計(jì)溫度下管板材料的許用應(yīng)力=163mpa，查表4-3，設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料的許用應(yīng)力=125mpa；換熱管有效長(zhǎng)度=5900。7.管板模數(shù)：8.管束無量綱剛度：，其中-管板剛度削弱系數(shù)，=0.4，故9.系數(shù)，其中-設(shè)計(jì)壓力下?lián)Q熱管材料屈服點(diǎn)，=125mpa故10.換熱管的回轉(zhuǎn)半徑：根據(jù)gb151-1999圖32，換熱管失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度，故滿足要求。11.對(duì)于浮頭式換熱器，無量綱壓力：12.系數(shù)，根據(jù)此系數(shù)查管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)圖5-19（a），5-20（a）得c

31、=0.45，gwe=4.813.管板計(jì)算厚度：，取名義厚度。14.換熱管軸向應(yīng)力： ，強(qiáng)度滿足要求。15.換熱管與管板拉脫力：因此固定端管板滿足強(qiáng)度要求。2.6浮頭設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)gb151-1999管殼式換熱器選用鉤圈式浮頭，浮頭端蓋選用球冠形封頭，球面封頭內(nèi)半徑ri=800mm，結(jié)構(gòu)形式參見gb150-1999鋼制壓力容器圖7-4。所需參數(shù)見表13.表2-10 計(jì)算參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值1bmm55布管限定圓直徑dlmm9512b1mm56墊片壓緊力作用中心圓直徑dgmm9773bnmm137球面封頭內(nèi)半徑rimm8004b2mm14.58螺栓中心圓直徑dbmm1050浮頭法蘭和

32、鉤圈的內(nèi)直徑：浮頭法蘭和鉤圈的外直徑：外頭蓋內(nèi)直徑：浮動(dòng)管板外直徑：2.6.1管程壓力（內(nèi)壓）作用下浮頭蓋的計(jì)算取設(shè)計(jì)壓力，材料根據(jù)gb150-1998鋼制壓力容器選用q235-c,材料許用應(yīng)力為；焊接接頭系數(shù)。封頭計(jì)算厚度：1. 設(shè)計(jì)厚度：2. 名義厚度：根據(jù)gb150-1998鋼制壓力容器，名義厚度圓整為3.有效厚度：2.6.2殼程壓力（外壓）作用下浮頭蓋的計(jì)算計(jì)算壓力選用q235-c,材料許用應(yīng)力為；焊接接頭系數(shù)。1. 封頭計(jì)算厚度：2. 設(shè)計(jì)厚度：3. 名義厚度：實(shí)取名義厚度圓整為4. 有效厚度：系數(shù)，由a查gb-150圖6-4得系數(shù)b=130。因此接近比較殼程壓力作用和管程壓力作用下

33、球冠的厚度取大者即球冠封頭的名義厚度，有效厚度。5.校核：設(shè)計(jì)厚度下封頭的計(jì)算應(yīng)力，滿足強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)溫度下封頭的最大需用工作壓力：2.6.3管程壓力作用下浮頭法蘭的計(jì)算：取設(shè)計(jì)壓力，選用q235-c,材料1. 操作狀態(tài)下所需最小墊片壓緊力：2. 流體壓力引起的總軸向力：3. 預(yù)緊狀態(tài)下所需的最小螺栓載荷：螺栓材料根據(jù)hg2059220635-97表6.0.3-2選用35crmoa，查gb150-1998鋼制壓力容器表4-7得常溫下螺栓許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下螺栓許用應(yīng)力；螺栓直徑，螺栓數(shù)量n=36。4. 需要的螺栓總截面積：5. 實(shí)際使用的螺栓總截面積：6. 封頭邊緣處球殼面切線與法蘭環(huán)的夾角：7

34、. 螺栓設(shè)計(jì)載荷：8 (1).作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力：螺栓中心至fd作用位置處徑向距離：力矩(2).法蘭墊片壓力：螺栓中心至fg作用位置處徑向距離力矩：(3). 螺栓中心至ft作用位置處徑向距離：力矩：(4).作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力：fr對(duì)法蘭環(huán)截面形心得力臂：力矩：總力矩：8. 法蘭預(yù)緊力矩：，其中fg=w.9. 法蘭的設(shè)計(jì)力矩：查gb150-1998鋼制壓力容器表4-1，常溫下法蘭的許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下法蘭的許用應(yīng)力。10. 法蘭厚度：操作狀態(tài)下預(yù)緊狀態(tài)下操作狀態(tài)下法蘭厚度：預(yù)緊狀態(tài)下法蘭厚度：因此法蘭厚度2.6.4殼程壓力作用下浮頭法蘭的計(jì)算：取設(shè)計(jì)

35、壓力，選用q235-c,材料1.操作狀態(tài)下所需最小墊片壓緊力：2.流體壓力引起的總軸向力：3.預(yù)緊狀態(tài)下所需的最小螺栓載荷：螺栓材料根據(jù)hg2059220635-97表6.0.3-2選用35crmoa，查gb150-1998鋼制壓力容器表4-7得常溫下螺栓許用應(yīng)力，設(shè)計(jì)溫度下螺栓許用應(yīng)力；螺栓直徑，螺栓數(shù)量n=36。4.需要的螺栓總截面積：5.實(shí)際使用的螺栓總截面積：6.封頭邊緣處球殼面切線與法蘭環(huán)的夾角：7.螺栓設(shè)計(jì)載荷：8 (1).作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力：螺栓中心至fd作用位置處徑向距離：力矩(2).法蘭墊片壓力：螺栓中心至fg作用位置處徑向距離：力矩：(3). 螺栓中

36、心至ft作用位置處徑向距離：力矩：(4).作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力：fr對(duì)法蘭環(huán)截面形心得力臂：力矩：總力矩：9.法蘭預(yù)緊力矩：，其中fg=w.10.法蘭的設(shè)計(jì)力矩：11. 法蘭厚度：操作狀態(tài)下預(yù)緊狀態(tài)下操作狀態(tài)下法蘭厚度：預(yù)緊狀態(tài)下法蘭厚度：因此法蘭厚度2.7鉤圈的選擇： 根據(jù)gb101-1999管殼式換熱器圖52，選擇b型鉤圈。鉤圈設(shè)計(jì)厚度，其中-浮動(dòng)管板厚度。則實(shí)取鉤圈名義厚度。2.8浮動(dòng)管板的選擇：浮頭法蘭墊片外徑dg0=990mm浮頭法蘭墊片內(nèi)徑dgi=964mm墊片接觸密度n=（dgo-dgi）/2=13mm墊片基本密封寬度b0=n/2=6.5mm,墊片有效密封寬度

37、1.系數(shù)，根據(jù)此系數(shù)查管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)圖5-19（a），5-20（a）得c=0.45，gwe=4.813.管板計(jì)算厚度：，取名義厚度。14.換熱管軸向應(yīng)力： ，強(qiáng)度滿足要求。15.換熱管與管板拉脫力：因此浮頭端管板滿足強(qiáng)度要求。2.9折流板的選擇（1） 根據(jù)gb151-1999管殼式換熱器圖37選擇單弓形折流板，。（2） 折流板尺寸：缺口弦高h(yuǎn)值，一般取0.20.45倍圓筒內(nèi)直徑，取h=0.2di=0.2m。由gb151-1999管殼式換熱器表42知，當(dāng)換熱管外徑為25mm的鋼管時(shí)，換熱管的最大無支撐跨距為l=1850mm。（3） 折流板厚度：由gb151-1999管殼式換熱器表34，當(dāng)

38、di=1000mm，l=1850mm時(shí)，取折流板厚度。（4） 折流板管孔：由gb151-1999管殼式換熱器表36查得管孔直徑為25.8mm，允許偏差5折流板直徑：由gb151-1999管殼式換熱器表41查得折流板名義外直徑為944mm，允許偏差2.10管箱短節(jié)壁厚計(jì)算注：符號(hào)意義及取值同筒體壁厚計(jì)算的符號(hào)及意義，短節(jié)材料選用q235-c2.10.1殼程短節(jié)：1.設(shè)計(jì)壓力2.計(jì)算厚度3.設(shè)計(jì)厚度4.名義厚度，有效名義厚度10mm;有效厚度8.7mm。2.10.2管程短節(jié)：1.設(shè)計(jì)壓力2.計(jì)算厚度3.設(shè)計(jì)厚度4.名義厚度，有效名義厚度10mm;有效厚度8.7mm。2.11防沖板的選擇因殼程介質(zhì)流

39、速較大，應(yīng)在殼程設(shè)置防沖板。1. 由gb151-1999管殼式換熱器查得防沖板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離，應(yīng)不小于接管外徑的1/4，該設(shè)計(jì)中該距離定為105mm。2. 防沖板的直徑或邊長(zhǎng)應(yīng)大于接管外徑50mm，故該設(shè)計(jì)中為205mm。3. 防沖板的最小厚度為6mm。2.12接管及開孔補(bǔ)強(qiáng)注：該計(jì)算僅適用于容器殼體開孔及其補(bǔ)強(qiáng)。1. 接管計(jì)算厚度：接管名義厚度，有效厚度。2. 殼體開孔處的計(jì)算厚度：可以開孔處的有效厚度3. 開孔直徑：，系數(shù)4. 開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：5. 有效寬度：6. 外側(cè)有效高度：7. 內(nèi)側(cè)有效高度：8. 封頭多余金屬面積： =637.5mm29. 接管多余金屬面積：10.焊縫面積

40、：故，因此殼體開孔不需另加補(bǔ)強(qiáng)。2.13支座的選擇根據(jù)jb/t 4712-92鞍式支座選擇重型型焊制式鞍式支座。當(dāng)dn=700mm時(shí)所選鞍式支座的相關(guān)尺寸表2-11序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值1公稱直徑dnmm10002允許載荷qkn3053鞍座高度hmm2004底板mm760mm170mm125腹板mm86筋板mm170mm140mm87墊板弧長(zhǎng)mm1180mm350mm8emm708螺栓間距mm6009帶墊板鞍座質(zhì)量mkg6310鞍座包角120鞍座校核筒體長(zhǎng)l=5811mm， 設(shè)備總重量9908kg， 鞍座中心線離封頭切線的距離h=1282mm, 筒體內(nèi)徑di=1000mm。相關(guān)系數(shù)計(jì)算如下：支座

41、反力2.13.1軸向應(yīng)力校核：筒體在支座跨中截面處的彎矩：筒體在支座截面處的彎矩：跨距中點(diǎn)處圓筒截面的軸向應(yīng)力最高點(diǎn)(壓縮應(yīng)力)：最低點(diǎn)(拉伸應(yīng)力)：系數(shù)a=0.0001 系數(shù)b=137軸向許用壓縮應(yīng)力為137mpa比較驗(yàn)算合格.2.13.2.切向切應(yīng)力校核：查過程設(shè)備設(shè)計(jì)表5-2得k3=1.171，驗(yàn)算合格2.13.3周向應(yīng)力校核：查過程設(shè)備設(shè)計(jì)表5-3得k5=0.760,k6=0.0528支座截面上圓筒最低處：支座截面上帶鞍座邊角處：，驗(yàn)算合格。2.13.4鞍座腹板應(yīng)力系數(shù)k=0.204鞍座承受水平分力fs=rf=9204.3n鞍座計(jì)算高度hs=200mm鞍座有效斷面平均應(yīng)力=5.353m

42、pa比較驗(yàn)算合格致謝本畢業(yè)設(shè)計(jì)在選題及研究過程中得到林偉老師的悉心指導(dǎo)，林老師多次詢問設(shè)計(jì)進(jìn)程，加以修改，幫我開拓研究思路，使我在設(shè)計(jì)的速度與準(zhǔn)確方面都有所提高。林老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅在畢業(yè)設(shè)計(jì)上有所幫助，而且對(duì)我以后工作以及做人有很大的幫助，在此表示由衷地感謝和崇高的敬意。還要感謝一同工作的龔斌老師和金丹老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間兢兢業(yè)業(yè)，耐心的教誨。除此以外感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間幫助過我的同學(xué)們，正因?yàn)樵诖蠹业墓膭?lì)幫助，共同協(xié)作下，我的設(shè)計(jì)才能夠順利地完成。通過設(shè)計(jì)的全過程不僅知識(shí)方面有了進(jìn)步，也加深了同學(xué)間的友誼。最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出

43、寶貴意見的各位專家領(lǐng)導(dǎo)表示衷心地感謝！沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝參考文獻(xiàn)1.gb151-1999 管殼式換熱器。2.gb150-1998 鋼制壓力容器。3.hg 20592-20635-97鋼制管法蘭、墊片、緊固件。4.jb/t 4712-92 鞍式支座.5.鄭熾 主編.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）、（下冊(cè)）.上海:國(guó)家醫(yī)藥管理局 上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院.6.化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)邊寫組.材料與零部件（上冊(cè)）.上海：人民出版社，1973.7.鄭津洋，董其伍，桑芝富 主編. 過程設(shè)備設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.8.鄒廣華，劉強(qiáng)編著. 過程設(shè)備設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.9.jb/t 470

44、0-4707-2000 壓力容器法蘭10. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組,金屬設(shè)備.上海：上海人民出版社,1975；11. 化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組,材料與零部件.上海：上海人民出版社,1975；12. 王者相，李慶炎,鋼制壓力容器gb150-98.北京：國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局, 1998；13. 鋼制管法蘭，墊片，緊固件.北京：中華人民共和國(guó)化學(xué)工業(yè)部,1997；14. 鋼制化工容器材料選用規(guī)定.北京：國(guó)家石油和化學(xué)工業(yè)局,1998；15. 鋼制化工容器設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定.北京：國(guó)家石油和化學(xué)工業(yè)局,1998； 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 附錄一附錄一this application is a contin

45、uation of pct international application number pct/ib2005/051909 filed jun. 9, 2005, which claims the benefit of u.s. provisional patent application ser. no. 60/656,430, filed feb. 24, 2005, both applications hereby incorporated by reference.technical field ：the present invention relates to a method

46、 and system for cleaning heat exchanger tube bundles and, more particularly, to a method and system for providing a safe, economical, and environmentally friendly cleaning of heat exchanger tube bundles using cleaning fluid produced on site and reprocessed on site, such that long distance transport

47、of cleaning solution is not required. background of the invention ：a mobile cleaner for heat exchanger tube bundles is disclosed in commonly owned u.s. pat. no. 5,437,296. while the prior art mobile cleaner provided an adequate cleaning of the heat exchanger tubes, it had several problems associated

48、 with its use. the first problem was that the prior art system vented some of the fumes from the cleaning solution directly into the atmosphere. government agencies are now paying increased attention to the release of fumes into the atmosphere and have promulgated various rules and regulations conce

49、rning proper handling of vapor emissions. another problem involved the two top doors that did not completely seal against the top of the container or with each other, allowing escape of fumes and possibly cleaning fluid. the method of cleaning with the prior art mobile unit involved transporting the

50、 cleaning fluid to the site where the cleaning would take place, cleaning, and then transporting the used cleaning material for disposal or reprocessing. the prior art mobile cleaner also required extensive set up time to change roller positions to accommodate different sized tube bundles. these and

51、 other problems associated with the prior art identify a need for a new method and system for cleaning heat exchanger tube bundles. summary of the invention ： the present invention overcomes at least one of the problems identified in the prior art by providing a method of cleaning a heat exchanger b

52、undle comprising the steps of: providing a mobile cleaning unit having a cleaning enclosure accessible by a top door and having a cleaning fluid reservoir; opening the top door of the cleaning enclosure to provide access thereto; loading at least one heat exchanger tube bundle into the cleaning enclosure; closing the top door of th