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毕业设计(论文)
题目名称:净化中变系统热交换器系(部):机械工程系专业:化工装备班级:装备1211学生姓名:周涛学号201601610067指导教师姓名:王松竹职称副教授罗静职称高级工程师 目录
毕业设计(论文)选题报告2
引言4
设计条件5
工艺计算数据:5
结构设计说明书6
材料的选用8
计算内容9
一壳程Φ1400圆筒的计算与校核9
二前端盖(上)管箱筒体的计算与校核10
三上管封头的计算与校核12
四下端管箱筒体的计算与校核13
五下管箱封头的计算与校核15
六膨胀节的计算16
七.折边锥形封头的计算核算21
八.开孔补强计算22
九,固定管板的选用31
十,换热的确定32
十一,折流板的设计33
十二,壳体法兰的选用与设计33
十三.接管法兰的选择33
十四.支座的选用与校核34
致谢词56
毕业设计(论文)选题报告
本课题的研究目的和意义
目的:
换热器的基建投资在一般化工,石化企业中约占设备总投资的20%,其中固定管板式换热器约占换热器70%.
换热器是过程设备的典型结构,在生产中有着非常广泛的应用.本设计题目来自于生产实践,主要涉及浮头式换热器的机械设计,主要解决的问题是浮头式换热器的设备结构设计,机械设计计算和计算机辅助造型.通过设计可以了解典型过程设备的设计方法,同时提高运用常用绘图软件进行计算机辅助工程设计的能力.通过换热器设计过程的综合训练,正确系统地认识浮头式换热器,了解其设计过程,掌握其设计方法.运用所学到的专业知识解决生产中的实际问题.学会查阅和熟练使用参考文献,为以后的实践工作积累宝贵经验.
得到适合工况的换热器换热器设计分为工艺选项和结构设计,工艺选项是为了得到适合工况的最合理最有效也是最经济的换热器,一个有经验的工程师选择的换热器型式可以使成本节省10%~~50%,甚至更多.结构设计则是为了保证换热器的质量和运行寿命.
意义: 节约能源是当今世界的一种重要社会重要意识,是指尽可能的减少能源的消耗,增加能源利用率的一系列行为.加强用能管理,采取技术上可行,经济上合理以及环境和社会可以承受的措施,从能源生产到消费的各个环节,降低消耗,减少损失和污染物排放,制止浪费,有效,合理地利用能源.为节约能源和保护环境有显着地贡献.
本课题所设计的净化中变系统热交换器,式针对给定的设计参数按照相关规定的要求,通过壁厚计算和强度校核等,设计换热器产品.熟悉压力容器设计的要求,掌握换热器的常规设计方法,把所学的专业知识应用到实际的工程设计中来,为以后的工作和学习打下扎实的基础.
引言
过程工业如化学,石油,化工,食品,动力,冶金和原子能等工业部直接创造着社会财富,对一个国家的经济起着至关重要的作用.今年来,石油,煤化工工业已经在我国国民经济中成为一个重要的支柱产业,并在我国国民经济中占有越来越重的地位.因此,掌握我国石油,煤化工行业的知识,进行石油,煤化工行业领域内的技术革新,特别是在国内化工设备方面远落后于欧美发达国家,能源问题越来越突出的前提下显得尤为重要,总之,几乎所有的工艺工程都有加热,冷却或冷凝的过程,而热量的传递和交换都必须通过换热设备进行.换热设备不仅是石油化工中的重要工艺设备,而且是重要节能设备.
换热器是一种实物物料之间热量传递的节能工艺设备,在炼油,化工装置中换热器占总数量的40﹪左右,占总投资的10﹪,45﹪.固定管板式换热器是目前应用最为广泛的换热设备,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.本文依据GB150和GB151设计标准,对净化中变系统热交换器换热面积为435平方米的固定管板式换热器进行了设计.
由于设计者时间仓促,设计者水平有限,设计过程中有疏漏甚至错误在所难免的,诚恳地希望广大专家批评指正.
编者
设计条件
工艺计算数据:
,气体组成:
H2N2COCO2CH4O2Ar半水煤﹪气4217326.81.40.40.6变换气﹪54.413.463.5827.2100.32变换气(V):半水煤气(v)﹦1.2634
(2)换热管:外径25mm厚度2.5mm总长5000mm根数1151
(3),介质:管程---变换气壳程---半水煤气
(4),工作温度:壳程---130~220℃管程---330~230℃
(5),操作压力:壳程---2.04Mpa管程---2.03Mpa
(6),换热面积:435平方毫米
2,强度计算条件:
(1),设计压力:壳程---2.15Mpa管程---2.15Mpa
(2),设计温度:壳程---240℃管程---350℃
(3),壳程圆筒内直径:﹦1400mm
(4),壳程圆筒材料:16MnR
(5),管程圆筒材料:15GrMoR
(6),腐蚀裕度:2.0mm
(7),焊接接头系数:壳程---0.85管程---1.0
(8),换热管的直径:25mm
结构设计说明书
此热交换器属于二类压力容器,管程设计压力取2.15MPa,壳程设计压力取2.15MPa,设计温度管程350℃.根据工艺要求选择为立式换热器.
选型
选固定管板式换热器:因固定管板式换热器的管子,管板和壳体式刚性固定的,结构简单,紧凑,造价经济.从经济的角度,工艺条件允许的情况下可优先采用.但壳程不便清洗,温差应力较大.根据工艺条件可选择固定管板式换热器,又因管壳温度上110℃〉50℃须设计U型膨胀节,以减少温差应力.
变径段和导流筒的配套设计,主要从以下几个方面考虑.
壳程进出口管板较远.造成流体停滞区过大,设置导流筒,可减少流体停滞时间,增加利用换热管的有效长度.
减少流体对换热管的直接冲击,减少对换热器的震动,提高管子的使用寿命.同时还能使流体更加均匀分布,提高换热效果.
为了便于流体流动,减少局部阻力,导流筒与受压筒体的间隙要适当,变径段受压筒与导流筒的间距100mm.
换热管由计算结果选择直径25×2.5的无缝钢管5m换热面积435㎡,总管数1151根.换热管在管板上采用正三角形排列,这种排列方法紧凑,传热效果较好,又便于划线和钻孔.换热管与管板采用目前广泛应用的加强焊,既加工简便,又连接强度好,在高温高压条件下也能保证连接处的紧密性与抗性脱力.
管程入口处设计了防冲板:因管程入口采用轴向入口,介质有腐蚀性,为了减少流体的不均匀分布和对换热管的冲蚀,所以设计了防冲板.
设备支座按JB∕T4725‐92选取4个耳式支座(成本低,便于检修),支座设在膨胀节和换热器自重产生的附加轴向力.
主要受压原件有:筒体,封头,变径段,箱体,换热器,膨胀节,开孔补强圈,设备乏力等.
流程:采用逆流方式,选择变换器走管程,半水煤气走壳程,便于排出冷凝液,而且变换器温度高,走管程可以减少热量散失.
折流板采用圆盘环形结构,折流板数量7块,间距为600mm拉杆直径为16mm,拉杆数为6根.材料均为16MnR.
材料的选用
16MnR,温度的使用在-40―400℃,这种材料具有良好的综合力学性能,焊接性能,工艺性能及低温冲击韧性,中温及低温力学性能均优于Q235,15,20等碳素钢,是一种十分成熟的钢种,质量十分稳定.价格较低经济合理.
15CrMoR温度的使用范围在-20‐550℃,是低合金珠光体热强钢,具有良好的常温力学性能和工艺性能外,还具有较好的热强性,热稳定性和高温抗氧化性.
二、选用
1,壳体,选用16MnR,这样既能保证使用的安全又能保证其经济合理性.
2,换热器,选用15CrMoR可以保证钢在高温下的抗氧化性.
3,封头,选用15CrMoR应其介质与换热管的介质相同.
4,法兰,封头法兰与变换气进出口管法兰的选用15CrMoR
5,应介质有腐蚀,压力为中压,壳程工作温度较高,以及考虑生产实际情况,膨胀节选用耐腐蚀的材料不锈钢.
计算内容
一壳程Φ1400圆筒的计算与校核
计算条件
设计压力:p等于(1.05~1.1)[1]
等于(1.05~1.1)2.04
等于2.14~2.24MPa
取p等于2.15MPa
设计温度:
等于+20℃[1]
等于220+20
等于240
内径:1400mm
材料:16MnR
钢板厚度负偏差:等于0.8mm
钢板腐蚀裕量:等于2mm
焊接接头系数:Φ等于0.85(采用全面焊接对接接头局部无损检测)
设计温度许用应力:[σ]等于156MPa
试验温度许用应力:[σ]等于170MPa
试验温度F屈服点:σ等于345MPa
设计厚度
δ等于等于等于11.44mm[1&
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