冷却器设计

本科毕业设计(论文)轻质燃油冷却器设计DesignofLightFuelOilCooler学院：机械工程学院专业班级：过程装备与控制工程装备091学生姓名：xxx学号：010912xxx指导教师：张志文（副教授）2013年6月毕业设计（论文）中文摘要轻质燃油冷却器设计摘要：换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面，油冷却器是电力系统中普遍使用的一种油冷却设备，同时也适用于冶金、化工、矿山、轻工及重工等部门。其中固定管板式换热器是列管式换热器的一种典型结构，管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，当管壁与壳壁温度相差较大时，为安全起见，应有温差补偿装置。由于其制造成本低，选用材料广，故在工程上广泛应用。本次设计在安全前提下，从原始数据开始经机械结构设计和强度计算和校核详尽地阐述了本台换热器的设计过程。换热器的机械结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，这个过程必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。而机械强度计算主要是在已确定的零部件结构下计算换热器其他结构和对所设计的设备的各个部件进行强度校核，以便可以顺利的进行运转。关键词：换热器；结构设计；强度计算毕业设计（论文）外文摘要DesignofLightFuelOilCoolerAbstract:Heatexchangeequipmentiswidelyusedinpetroleumrefining,petrochemical,andotherindustries,itissuitableforcoolingandheating,evaporationandcondensation,heatrecoveryandsoon.Oilcoolerisakindofoilcoolingequipmentwidelyusedinpowersystem,alsoappliestothemetallurgical,chemical,mining,lightindustryandheavyindustryandotherdepartments.Thefixedtubeplateheatexchangerisakindoftypicalstructureoftheshellandtubeheatexchanger,Tubeconnectedtothetubeplate,tubeplatearerespectivelyweldedonbothendsoftheshell.Whenthetemperaturedifferencebetweenthetubesideandtheshellsideislarge,forsafetyreasons,shouldhavetemperaturecompensationdevice.Becauseofitslowcost,wideselectionofmaterials,itiswidelyusedinEngineering.Thedesignonthepremiseofsafety,totheprincipleofeconomicalandpractical,startingfromtherawdataofthemechanicalstructuredesignofmechanicalstrengthcalculationindetailandexplainedtheheatexchangerdesignprocess.Mechanicalstructuredesignofheatexchanger,istoensurethatthequalityandservicelifeofheatexchanger,theprocessmusttakeintoaccountanumberoffactors,suchasmaterial,temperature,pressure,temperature,wallscaling,fluidproperties,aswellasmaintenanceandcleaning,andsoontochooseasuitableformofstructure.Whilethemechanicalstrengthcalculationismainlyforvariouscomponentsofheatexchangerstructuresandequipmentdesignedtocheckitsstrengthinstructuralcomponentshavebeenidentifiedinthecalculation,sothatitcanberunningsmoothly.Keywords:Heatexchanger;Structuredesign;Strengthcalculation目录1绪论………………………………………………………………………………12结构设计…………………………………………………………………………22.1换热器类型的确定………………………………………………………………22.2换热管结构尺寸设计……………………………………………………………22.3壳体和管箱结构设计……………………………………………………………32.4分程结构设计……………………………………………………………………42.5折流板和支持板结构……………………………………………………………42.6拉杆和定距管…………………………………………………………………52.7防冲板和旁路挡板………………………………………………………………62.8接管及其法兰的选择……………………………………………………………63强度计算和校核…………………………………………………………………73.1筒体和封头设计…………………………………………………………………73.2温差应力和管子拉脱力计算……………………………………………………83.3法兰装置的设计及选型…………………………………………………………103.4固定管板的设计和计算…………………………………………………………123.5开孔补强的校核…………………………………………………………………223.6支座设计及选型…………………………………………………………………26结论…………………………………………………………………………………28致谢…………………………………………………………………………………29参考文献……………………………………………………………………………30淮海工学院二〇一三届本科毕业设计（论文）第1页共30页1绪论1.1换热器简介换热器是一种非常重要的换热设备，能够把热量从一种介质传递给另一种介质，在各种工业领域中有很广泛的应用。尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用更广泛。换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能。1.2换热器分类换热器的种类很多，根据不同的工业领域可以选用不同的换热器，可以更大的发挥换热器的传递热量的作用。现在由于人们追求换热器重量轻、占地面积少、使用经济性高，从而推动了紧凑式换热表面的发展，所以紧凑式换热器在实际应用中种类很多。管壳式的换热器在过程工业中的应用很广泛。除了工业中用到的主要换热器种类，如紧凑式换热器、管壳式换热器、再生器和板式换热器外，还有其他特殊的换热器，如双套管、热管、螺旋式、板壳式、夹套式等。1.3换热器的发展趋势近年来,随着全球能源形势的日趋紧张，常规能源的日益减少，节能降耗越来越受到人们的重视。换热器是化工、石油、钢铁、汽车、食品及许多其他工业部门的通用设备，是调节工艺介质温度以满足工艺需求以及回收余热以实现节能降耗的关键设备，其换热性能和动力消耗关系到生产效率和节能降耗水平，其重量和造价决定了整个生产系统的投资。根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，在现代石油化工企业中换热器的投资约占全部投资的30%-40%，其重要性可想而知。国内对换热器强化换热技术的研究，主要集中在对换热器内流体液态变化以及对各部件的参数优化两方面。而其他各国对强化技术研究的侧重点不同。换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。本课题所设计的轻质燃油冷却器是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基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中去，为以后的工作和学习打下扎实基础。淮海工学院二〇一三届本科毕业设计（论文）第2页共30页2结构设计表2-1设计条件表参数名称壳程管程工作压力MPa0.70.95设计压力MPa1.61.9工作温度(进口/出口)82.0/85.2131.5/105.5设计温度℃160180工作介质℃洗涤水轻质燃料油腐蚀裕量mm3.23.2换热面积2m2102.1换热器类型的确定换热设备有多种多样的形式，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，却不太适合，或就根本不能使用。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。根据本课题的设计条件，两流体温度变化情况：热流体进口温度131.5℃，出口温度105.5℃；冷流体进口温度82.0℃，出口温度85.2℃，温差不大且壳程介质为洗涤水，不易结垢，管程和壳程压力都不太大，因此初步确定选用结构简单，造价较低的固定管板式换热器。2.2换热管结构尺寸设计2.2.3换热管尺寸换热管的管子构成换热器的传热面，管子的尺寸和形状对传热有很大的影响。采用小直径的管子时，换热器单位面积的换热面积大一些，设备较紧凑，单位传热面积的金属消耗量少，传热系数也稍高。小管子容易结垢，不易清洗。大直径管子用于粘性大或污浊的流体，小直径管子用于较清洁的流体。我国管壳式换热器常用无缝钢管，常用的尺寸主要为192mmmm、252.5mmmm和382.5mmmm。换热管长度规定为：1500mm，2000mm，2500mm，3000mm，4500mm,6000mm和9000mm等。管长与壳体直径之比LD为4~6。本设计采用252.5mmmm，长度L=4500mm的10号无缝钢管。2.2.4换热管排列方式管子的排列方式有正三角形，转角正方形，正方形和转角正方形排列四种。与正方形相比，三角形排列比较仅凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正方形排列虽然比较松散，传热效果也较差，但管外清洗比较方便，对易结垢流体更为适用。由于本设计条件中壳程介质为洗涤水，因此换热管采用正三角形排列方法。淮海工学院二〇一三届本科毕业设计（论文）第3页共30页查参考文献[1]表3-7得管间距S=32mm。2.2.5换热管数计算取插入管板的换热管总长度为0.15m换热器的实际传热面积(0.15)oFdLn式中od—换热管外径，m；L—换热管长度，m；n—换热器总管数；0.15oFndL=2103.140.0254.50.15=614.98根（2-1）故换热器总管数圆整为615根换热管正三角形排列时管束中心排管数：N1.1cn1.161527.2根故管束中心最大排管数可圆整为27根。2.3壳体和管箱结构设计2.3.1筒体直径确定壳体内径13icoDSNd（2-2）32271325907mm圆整为