本科毕业论文压缩空气冷却器的设计.docx

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本科毕业论文压缩空气冷却器的设计

编号   

本科毕业设计

压缩空气冷却器的设计

TheDesignofTheCompressedAirCooler

学  生:

专业/班级：

过程装备与控制工程

指导教师：

学  院:

2007年6月

、

摘要

简要介绍了换热器在工业中的应用，技术发展情况和研究现状；着重介绍了管壳式换热器的传热工艺的计算，及物料与结构因素对换热能力的影响和换热器的机械设计，包括工艺计算与机械结构设计和换热器受力元件如鞍式支座等的受力计算和强度校核，以保证换热器安全运行，其中，前者主要是确定有关部件的结构形式，结构尺寸和零件之间的连接，如壳体、封头、接管、管板、折流板和防冲板等的结构形式和尺寸，管板与换热管、壳体、管箱的连接等。

还介绍了管壳式换热器制造、检验、安装和维修时应注意的事项。

关键词:

管壳式换热器传热计算结构设计传热能力影响因数

Abstract

Thisthesisintroducesthegeneralsituationofheatexchangeranditsapplicationstatusintheindustry,developmentofthetechnologyandstudiesonthem.ItintroducesemphaticallythecalculationofheattechnologicprocessofTube-shellheatexchangers,theeffectwiththefluidsandstructureofheatexchanger,anddesignofkindsofmechanicalstructure,includingcaculationoftechnologicprocessandmechanicalstructuredesignandtheloadingconditionsofobjectsofheatexchangerandstrengthcheck,suchas,saddlesupport,aimedtomaketheheatexchangersworksafely,theformerismostlyrelatedtocomponentstructuralformanddimension,suchasshell,VesselHead,nozzle,tubesheet,baffleplateandimpingementplate,andsoon.Anditalsoinvolvesconnectionbetweentubesheetandaccessories,suchasheatexchangetube,theshellandchannel.Besidesitalsointroducessomeeventstotakingintoaccountwhenmanufacturing,inspecting,installingandmaintaining.

Keywords:

Tube-shellheatexchangersCalculationofheattransferDesignofstructureHeattransfercapacityInfluenceFactors

绪论  1

第一章工艺计算  2

1.1试算并初选换热器规格  2

1.2初步选定换热器的型号  3

1.3计算管程压力降及传热系数

  4

1.4计算壳程压力降及传热系数

  4

1.5计算传热面积  6

第二章强度计算  7

2.1壳体壁厚的设计计算  7

2.2管箱短节壁厚的设计计算  7

2.3椭圆封头厚度的设计计算  8

2.4管板厚度的设计计算  8

第三章零部件结构尺寸设计  18

3.1折流板的设计  18

3.2拉杆的设计  18

3.3法兰联接结构设计  19

3.4法兰密封垫片的设计  20

3.5鞍座的结构设计  20

第四章制造、检验和验收  25

4.1焊接结构  25

4.2水压试验  25

4.3加工制造要求  27

结论  28

参考文献  29

致谢  30

附录符号说明  31

绪论

在化工业生产中，为了实现物料之间的热量传递通常都会用到换热器。

它是化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。

对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。

换热设备有多种多样的的形式，每种结构形式的换热设备都有其本身的结构特点和工作特性，有些结构形式，在某种情况下使用是好的，但是，在另外的情况下，却不太合适，或根本就不能使用。

只有熟悉和掌握这些特点，并根据生产工艺的具体情况，才能进行合理的选型和正确的设计。

通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10～20℅，在石化炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的35～40℅。

鉴于换热器在生产中占有如此大的比例，因此，在选型时考虑到设备的经济性是很重要的。

换热器选型时，需要考虑的因素很多，主要是流体的性质；压力、温度及允许压力降的范围；对清洗、维修的要求；材料价格；使用寿命等。

流体的种类、导热率、黏度、等物理性质，以及腐蚀性、热敏性等化学性质，对换热器选型有很大的影响。

换热介质的压力、温度等参数对选型也有影响。

如在高温和高压下操作的大型换热器，需要承受高温、高压，可选用管壳式换热器。

若操作温度和压力都不高，处于里的量又不大，处理的物料具有腐蚀性，可选用板面式换热器。

因为板面式换热器具有传热效率高、结构紧凑和金属材料消耗低等优点。

在此设计中，封头、法兰和换热器都选用标准尺寸，可以直接购买，换热器的经济性主要需从初投资即购买费用和日常操作费用，以及清洗、除垢和维修费用三个方面来考虑的。

管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最为广泛的应用。

近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进了其自身的发展。

在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占据了主导地位,此次设计仍选用管壳式换热器。

第一章工艺计算

1.1试算并初选换热器规格

1.确定流体通入的空间

壳程 空气

管程冷却水  

2.确定流体的定性温度，物性数据，并选择列管式换热器的形式

管程介质为冷却水   入口温度   31℃

出口温度   42℃

壳程介质为空气    入口温度   270℃

出口温度   42℃

空气的定性温度    

         （1.1）

水的定性温度     

         （1.2）

两流体的温差     

      （1.3）

两流体在定性温度下的物性数据如下：

物性

温度

℃

密度ρ

Kg/m3

粘度μ

mPa·S

比热容Cp

KJ/Kg·℃

导热系数λ

W/（m·℃）

空气

156

5.76

0.024

1.015

3.5×10-2

水

36.5

1000

0.70

4.2

62×10-2

3.计算传热量Q 根据空气压缩机额定功率和出口压力查表确定压缩空气的流量 

=5520kg/h

（1.4）

4.计算水流量

（1.6）

5．计算平均温差

逆流温差

（1.7）

（1.8）

（1.9）

由R和P查文献[1]图6-57a查得修正系数ψ=0.9，所以

（1.10）

又因为ψ=0.9>0.8，故初步选用单壳程双管程浮头式换热器。

1.2初步选定换热器的型号

初选：

  外壳 直径      D=600mm 

管 程 数      

=2

管    数      

=198

管    长      L=3m

管子直 径      25×2.5mm 不锈钢管

管子排列方式      正三角形

管子 中心距      t=32m

公称换热面积      A=44.9mm2

公称 压力      1.6MP

选用BES600-0.7-45-3/25-2Ⅰ型

1.3计算管程压力降及传热系数

管程流动面积

   （1.11）

管内冷却水流速

   （1.12）

（1.13）

取管壁粗糙度

=0.15㎜，

查文献

图1-34得

=0.0035

管程压降

=0.7kPa                   （1.14）

kPa可行。

（1.15）

1.4计算壳程压力降及传热系数

取折流板间距B=200㎜，因系三角形排列管束中心线的管数

NTC=1.19

=1.19×

=16.7     （1.16）

壳程流动面积

（1.17）

（1.18）

（1.19）