大学生本科毕业设计
压缩空气冷却器的设计
The Design of The Compressed Air Cooler
学 生: ################# 专业/班级：过程装备与控制工程 指导教师：################# 学 院: #################
######年##月
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长春理工大学毕业设计
目 录
绪 论 ............................................................................................................................. 2 第一章 工艺计算 ......................................................................................................... 3
1.1 试算并初选换热器规格 ................................................................................. 3 1.2 初步选定换热器的型号 ................................................................................. 4
1.3 计算管程压力降及传热系数?i .................................................................... 5 1.4 计算壳程压力降及传热系数?0 .................................................................... 5 1.5 计算传热面积 ................................................................................................. 7 第二章 强度计算 ......................................................................................................... 8
2.1 壳体壁厚的设计计算 ..................................................................................... 8 2.2 管箱短节壁厚的设计计算 ............................................................................. 8 2.3 椭圆封头厚度的设计计算 ............................................................................. 9 2.4管板厚度的设计计算 ...................................................................................... 9 第三章 零部件结构尺寸设计 ................................................................................... 19
3.1 折流板的设计 ............................................................................................... 19 3.2 拉杆的设计 ................................................................................................... 19 3.3 法兰联接结构设计 ....................................................................................... 20 3.4法兰密封垫片的设计 .................................................................................... 21 3.5鞍座的结构设计 ............................................................................................ 21 第四章 制造、检验和验收 ....................................................................................... 26
4.1焊接结构 ........................................................................................................ 26 4.2 水压试验 ....................................................................................................... 26 4.3 加工制造要求 ............................................................................................... 28 结 论 ........................................................................................................................... 29 参考文献 ..................................................................................................................... 30 致 谢 ........................................................................................................................... 31 附录 符号说明 ........................................................................................................... 32
I
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
This thesis introduces the general situation of heat exchanger and its application status in the industry, development of the technology and studies on them. It introduces emphatically the calculation of heat technologic process of Tube-shell heat exchangers, the effect with the fluids and structure of heat exchanger, and design of kinds of mechanical structure, including caculation of technologic process and mechanical structure design and the loading conditions of objects of heat exchanger and strength check ,such as, saddle support, aimed to make the heat exchangers work safely, the former is mostly related to component structural form and dimension, such as shell ,Vessel Head, nozzle, tube sheet, baffle plate and impingement plate ,and so on. And it also involves connection between tube sheet and accessories, such as heat exchange tube, the shell and channel. Besides it also introduces some events to taking into account when manufacturing, inspecting, installing and maintaining. Keywords: Tube-shell heat exchangers Calculation of heat transfer Design of
structure Heat transfer capacity Influence Factors
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℃
270?42?156?C （1.1）空气的定性温度 T? 231?42?36.5?C （1.2）水的定性温度 t? 2两流体的温差 T?t?156?36.5?119.5?C （1.3） 两流体在定性温度下的物性数据如下：
物性 空 气 水
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 qm1=5520kg/h
温度 ℃ 156 36.5 密度ρ Kg/m3 5.76 1000 粘度μ mPa2S 0.024 0.70 比热容Cp 导热系数λ KJ/Kg2℃ 1.015 4.2 W/(m2℃) 3.5310-2 62310-2
Q?qm1?Cp1??T?5520?1.015??270-42??1.28?106kJ/h?0.36?106W4.计算水流量qm2
（1.4）