煤油冷却器的设计换热器毕业设计Word文档下载推荐.docx
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4.材料信息准确来源要有注明。
4、应收集的资料及主要参考文献
[1]夏清，姚玉英,陈常贵,等.化工原理[M].天津：
天津大学出版社，2001
[2]华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计[M].广州：
华南理工大学出版社，1996
[3]刁玉玮,王立业.化工设备机械基础（第五版）[M].大连：
大连理工大学出版社,2000
[4]大连理工大学化工原理教研室．化工原理课程设计[M].大连：
大连理工大学出版社，1996
[5]魏崇光，郑晓梅.化工工程制图[M].北京：
化学工业出版社,1998
[6]娄爱娟,吴志泉.化工设计[M].上海：
华东理工大学出版社，2002
[16]化工单元过程及设备课程设计，化学工业出版社，2003
5、进度安排及完成情况
序号
设计（论文）各阶段任务
日期
完成情况
1
查阅毕业设计相关的资料
4月11日~4月17日
2
确定毕业设计选题及设计步骤
4月18日~4月24日
3
计算设计相关数据
4月25日~5月8日
4
撰写毕业论文
5月9日~6月19日
5
准备毕业答辩
6月20日~6月24日
学生签名：
指导教师签名：
系主任签名：
2011年月日
毕业设计（论文）评阅书
指导教师评语：
评分表（导师建议成绩）
项目
创新
摘要
内容
字迹
表现
合计
权重
10
60
15
100
分数
指导教师签字：
2011年月日
评阅教师评语：
评分表（评阅教师建议成绩）
75
评阅教师签字：
2011年月日
毕业答辩情况表
答
辩
组
成
员
姓名
职称
工作单位
注备
徐立志
副教授
辽宁石油化工大学
组长
杨林
讲师
孔祥军
赵孟姣
郭淑娟
闫伟
助教
姜昕
工程师
抚顺石油机械厂
韩杰
秘书
答辩评语：
建议答辩成绩：
答辩组长：
2011年月日
答辩委员会意见：
答辩委员会主任：
2011年月日
成绩
答辩时间：
摘要
这篇论文主要介绍的是换热器机械计算等相关的设计过程。
本文引用这三年学过的书本知识及相关的技术标准，对换热器的结构、强度进行了系统的阐述。
换热器是目前许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。
其中，换热器是目前应用较为广泛的换热设备。
优点：
结构简单，制造方便，在相同管束情况下其壳体内径最小，管程分程较方便。
缺点：
壳程无法进行机械清洗，壳程检查困难，壳体与管子之间无温差补偿元件时会产生较大的温差应力，即温差较大时需采用膨胀节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。
我设计的换热器内部以换热管和折流板做为基本构件，冷介质、余热介质分别在管程与壳程之间流动，以达到降温或升温的效果。
换热器由筒体、管箱、封
头、支座、换热管、折流板、管板及接管、法兰等组成。
通过强度计算合理选择材料，确保安全运行，提高设备的生产效率，降低设备的制造成本，实现化工单元操作的最佳化。
关键词:
换热器管箱壳体管板封头
1毕业设计任务书
1.1题目
煤油冷却器的设计
1.2任务及操作条件
1.2.1处理能力：
10万吨/年煤油
1.2.2设备形式：
列管式换热器
1.2.3操作条件
（1）.煤油：
入口温度140℃，出口温度40℃
（2）.冷却介质：
自来水，入口温度30℃，出口温度40℃
（3）.允许压强降：
不大于100kPa
（4）.煤油定性温度下的物性数据：
密度825kg/m3，黏度7.15×
10-4Pa.s，比热容2.22kJ/（kg.℃），导热系数0.14W/（m.℃）
（5）.每年按330天计，每天24小时连续运行
1.3列管式换热器的选择与核算
1.3.1传热计算
1.3.2管、壳程流体阻力计算
1.3.3管板厚度计算
1.3.4U形膨胀节计算（浮头式换热器除外）
1.3.5管束振动
1.3.6管壳式换热器零部件结构
2概述
2.1换热器概述
换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。
在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。
换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。
因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。
换热器的类型按传热方式的不同可分为：
混合式、蓄热式和间壁式。
其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。
表2-1传热器的结构分类
类型
特点
间
壁
式
管
壳
列
固定管式
刚性结构
用于管壳温差较小的情况（一般≤50℃），管间不能清洗
带膨胀节
有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力
浮头式
管内外均能承受高压，可用于高温高压场合
U型管式
管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难
填料函式
外填料函
管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质
内填料函
密封性能差，只能用于压差较小的场合
釜式
壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮
双套管式
结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中
套管式
能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器
螺旋管式
沉浸式
用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热
喷淋式
只用于管内流体的冷却或冷凝
板面式
板式
拆洗方便，传热面能调整，主要用于粘性较大的液体间换热
螺旋板式
可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用做回收低温热能
伞板式
结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净
板壳式
板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高
混合式
适用于允许换热流体之间直接接触
蓄热式
换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合
2.2固定管板式
因设计需要，下面简单介绍一下固定管板式换热器。
固定管板式即两端管板和壳体连结成一体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。
但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。
当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。
有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。
这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体温度差太大（不大于70℃）和壳方流体压强过高（一般不高于600kPa）的场合。
图2-1固定管板式换热器的示意图
1-挡板2-补偿圈3-放气嘴
2.3设计背景及设计要求
2.3.1设计背景
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛地使用各种换热器，且他们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。
在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%-20%，在炼油厂约占总费用的35%-40%。
随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。
换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分的活跃。
一些新型的换热器相继问世。
随着换热器在工业生产中地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器自然有各自不同的优缺点与性能；
所以在换热器的设计中，首先应根据工艺要求选择使用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。
2.3.2设计要求
完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求：
（1）合理地实现所规定的工艺条件：
可以从：
①增大传热系数②提高平均温差③妥善布置传热面等三个方面具体着手。
（2）安全可靠
换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国《钢制石油化工压力容器设计规定》和《钢制管壳式换热器设计规定》等有关规定与标准。
（3）有利于安装操作与维修
直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。
设备与部件应便于运输与拆卸，在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。
（4）经济合理
评价换热器的最终指标是：
在一定时间内（通常1年内的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费）等的总和为最小。
在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一标准就尤为重要了。
3热量设计
3.1初选换热器的类型
两流体的温度变化情况如下：
（1）煤油：
入口温度140℃，出口温度40℃；
（2）冷却介质：
自来水，入口温度30℃，出口温度40℃；
该换热器用循环冷却自来水进行冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考略到这一因素，估计所需换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，需考虑热膨胀的影响，相应地进行热膨胀的补偿，故而初步确定选用带有膨胀节的管板式换热器。
3.2管程安排（流动空间的选择）及流速确定
已知两流体允许压强降不大于100kPa；
两流体分别为煤油和自来水。
与煤油相比，水的对流传热系数一般较大。
由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，考虑到散热降温方面的因素，应使
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