浙江大學
畢業設計題目：釜式換熱器的設計
學院：系別：
專業： 過程裝備與控制工程
學號：1概述3
2設計計算5
2.1主要技術引數的確定5
2.2釜式換熱器的結構設計5
2.2.1總體結構設計5
2.2.2換熱器管程設計7
2.2.3 換熱器殼程設計8
2.3 元件的強度設計9
2.3.1 筒體9
2.3.2 開孔補強設計計算11
3標準零部件的選用及主要零部件的設計15
3.1 法蘭的選用15
3.1.1容器法蘭的選用15
3.1.2管法蘭的選取16
3.2 封頭17
3.3 管板18
3.4 堰板19
4鞍座的設計19
4.1 鞍座的選取19
4.2鞍座位置的設定19
4.2.1鞍座位置的相關標準的要求19
4.2.2裝置總長的確定20
4.2.3 a值的確定20
4.3力的計算20
4.3.1重量產生的反力20
4.3.2**產生的力21
4.3.3風載產生的力24
4.3.4熱膨脹產生的力26
4.4總合力計算27
4.5應力校核29
4.5.1軸向應力30
4.5.2切向應力31
4.5.3周向應力31
4.6結論32
5三維實體造型設計32
5.1 軟體介紹32
5.2 主要零部件的造型設計32
5.2.1 管箱封頭的設計32
5.2.2 鞍座的設計34
5.2.3 螺母的設計35
5.3 裝配體的設計35
5.4 工程圖的生成38
設計總結41
注釋43
參考文獻44
謝辭45
附件46
1 概述
換熱器是一種實現物料之間熱量傳遞的節能裝置,是在化工、石油、石油化工、冶金等領域普遍應用的一種工藝裝置，在煉油、化工裝置中換熱器佔總裝置數量的40%左右，佔總投資的30%～45%。近年來隨著節能技術的發展，應用領域不斷擴大，利用換熱器進行高溫和低溫熱能**帶來了顯著的經濟效益。目前在換熱裝置中，使用量最大的是管殼式換熱器。
在近年來國內在節能、增效等方面改進換熱器效能，在提高傳熱效率，減少傳熱面積，降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業成本降低，效益提高。管殼式換熱器雖然在換熱效率、裝置體積和金屬材料的耗量等方面不如其他新型換熱裝置，但他又結構堅固、操作彈性大、可靠程度高、適用範圍廣等優點，所以在各種工程中得到普遍使用。
而本次畢業設計的題目就是有相變傳熱的釜式換熱器，它也是管殼式換熱器的一種，廣泛應用於石油及化工領域，又稱釜式再沸器。
換熱器作為節能裝置之一，在國名經濟中起到非常重要的作用。換熱器的結構決定了換熱器的效能，一種效能能否發揮其作用取決用設計著如何選擇合理的結構，任何乙個場合都有適應於這個特點的換熱結構。要是傳熱效率提高、能耗下降、就必須了解換熱器的機構特點，在這次設計中結構設計也就作為重點之一。
設計題目在畢業實習之前就已確定，任務涵蓋了兩部分內容，一是裝置設計部分；二是在裝置設計的基礎上進行三維實體輔助造型設計。裝置設計包括總體結構設計和各個組成的結構設計以及強度設計，主要零部件的設計和選型以及校核。三維實體輔助造型設計是利用軟體solidworks來完成的，包括各個零部件的造型設計、裝配體的設計和工程圖的生成。
工作任務是比較繁重的，在實習過程中，見到最多的是固定管板式換熱器，卻未見到釜式裝置，對於釜式換熱器的區域性結構始終無法想象，關於釜式換熱器的介紹資料在圖書館的資料庫裡，找到的不多。在經過多次考慮和導師的**，才對它的總體結構確定了下來，然而解決後新的問題又擺在面前，在過去的學習中，並未對solidworks做深入的學習和應用，當要系統的完成乙個完全有自己設計的裝置建模時遇到了太多的問題，每個功能的應用和實現過程有時需要摸索很多次，而且往往會在建模時會發現設計的合理性出問題，對前面的設計計算進行反覆的修改，直到最後完成工程圖的生成，才完成了裝置的全部設計，可以說，每一步都緊密聯絡在一起，相互制約著。但同時也讓我體會到設計者和製造者之間的矛盾和聯絡，設計者有時是無法注意到製造問題的，而solidworks可以讓設計者先對自己的設計做乙個檢驗。
通過本次設計使我對所學的專業知識有了更深刻地認識，並從中學到了很多課本上無法得到的東西，通過自身的努力和學習，通過導師的細心指導，使我不僅在知識水平上和解決實際問題的能力上有了很大的提高，而且深刻體會到要把所學的知識理論變成可實際應用的裝置時，所面對的種種難題，認識到提高運用知識，解決實際問題的能力的重要性，由於時間倉促和經驗不足，難免存在很多問題，敬請各位老師指導！
2 設計計算
2.1主要工藝引數的確定
殼程管程
介質水、水蒸氣再生氣
設計壓力0.43.2
設計溫度210340
換熱面積260
接管規格：
再生氣進口dn300； 再生氣出口 dn300
水進口 dn300； 水出口 dn300
蒸汽出口 dn400
2.2釜式換熱器的結構設計
2.2.1總體結構設計
選擇了比較帶蒸發空間的傳統的結構形式，由管箱、小端殼體，斜錐殼體，大端殼體、管板、法蘭、換熱管等零部件組成。如圖2—1所示
圖2—1
2.2.2換熱器管程設計
1) 換熱管
a) 換熱管的形式換熱管形式有光管、各種翅片管、螺紋管、異形管等。光管是作為管殼式換熱器的傳統形式，當前應用非常普遍，廉價，易於製造、安裝、檢修、清洗方便。隨著節約材料，節約能源的強化傳熱技術研究的發展，光管不斷受到衝擊，但是依據本設計的技術引數和考慮製造成本，依然選用光管。
b) 管徑採用標準管徑的換熱管。小管徑可使單位體積的傳熱面積增大，結構緊湊，金屬耗量減少，傳熱系數提高。將同直徑換熱器的換熱管有改為使換熱面積可增加40%左右，節約金屬20%以上，但小管徑流體阻力大，不便清洗，易結垢，堵塞。
一般大直徑管子用於粘性大或汙濁的流體，而再生氣成分未定，選用㎜×2.5㎜的無縫鋼管。
c) 管長管子過長清洗安裝均不方便。一般取6以下，對於臥式裝置，管長與殼徑之比應在6-10範圍內，本設計採用標準管長6。
d) 管材選用20號鋼。
e) 管束確定估算單根換熱管面積a
a — 單根換熱管的面積㎡
d — 無縫鋼管直徑㎜
— 無縫鋼管壁厚㎜
所需的換熱管數n=
f — 要求工藝換熱面積㎡，f=260㎡
㎜×2.5㎜的換熱管的拉桿至少需要6根，故所需換熱管管數至多608根。
2) 管板
管板是管殼式換熱器最重要的零部件之一，用來排布換熱管、將管程與殼程的流體分開，避免冷熱流體混合，並同時受管程壓力、殼程壓力和溫度的作用。
a) 管板材料在選擇管板材料時除考慮力學效能外還應考慮管程和殼程流體的腐蝕性，以及管板和換熱管之間的電位差對腐蝕的影響，由於此設計中的再生氣主要成分為二氧化碳，選用一般壓力容器用鋼16mnr。
b) 列管形式排布考慮到管外是水易清洗，採用正六邊形排列。換熱管中心距要保證管子與管板連線時，相鄰兩管間的淨空距離有足夠的強度和寬度，一般不小於1.2倍的換熱管外徑，因此換熱管的中心距選標準s=32㎜。
管板上排列管子的根數六角形14層，實際可排721根，對角線上的管數n=29，不計弓形部分可排管子總數為631根。
c) 管板與殼體和管箱的連線管板與殼體的連線形式分為兩類：一種是可拆式，一種是不可拆式。對於釜式換熱器特殊的結構形式，考慮維修方便，以及再生氣的腐蝕性並不大，氣密性要求不高，管板不做法蘭設計中採用如圖3—1所示的連線形式：
圖2—1加緊式連線
d) 換熱管與管板的連線形式換熱管與換熱管的連線在管殼式換熱器的設計中是乙個比較重要的結構部分，它不僅給加工工作量大，而且必須使每個連線處在裝置執行中，保證無洩漏及能承受介質壓力。從製造工況以及經濟等方面考慮，我選用了強度焊。
3） 管箱管箱的作用是把從管道輸送來的流體均勻地分布到各換熱管內，和把管內流體匯集在一起送出換熱器，在多管程換熱器中，管箱還起到改變介質的流向的作用，由於我採用的釜式換熱器的特殊結構形式，我選用封頭管箱，並用兩程，隔板尺及結構見圖3—3。但是由於採用了2程分程，隔板槽兩側管心距至少取44㎜。
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