T-101B蒸汽再沸器 毕业论文.doc
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1、T-101B蒸汽再沸器1.设计(论文)的主要任务及目标通过釜式T-101B蒸汽再沸器(F=1189m2 ,1800)的全过程设计,掌握过程装备工程设计的一般程序;熟悉有关设计标准和规范,提高专业知识的应用能力,为今后工作打下良好的专业基础。2.设计(论文)的基本要求和内容(1)主要内容:换热器设计,英文文献翻译,文献综述。(2)基本要求:1)T-101B蒸汽再沸器(F=1189 m2 ,1800)的结构设计,强度计算,绘制施工图纸和编写设计说明书。图纸总量不少于6张1# 图纸。设计计算说明书不少于40页,内容包括封面、设计任务书、中英文摘要、目录、前言、文献综述、正文、结论、参考文献、符号说明
2、、致谢、附录等。2)英文翻译不少于5000汉字,原文至少有20000印刷符号。3)文献综述不少于1000字,查阅文献不少于20篇,其中英文不少于5篇。4)书写格式按学校有关规定。5)答辩提交:图纸、计算书、翻译、文献综述,以及所有相关的电子文档。3.主要参考文献GB151-1999管壳式换热器、GB150钢制压力容器.4.进度安排设计(论文)各阶段名称时间安排(共16周) 1英文翻译及文献查阅3周:3月1日3月19日2设计,计算3周:3月19日4月10日3绘图,编写设计计算说明书6周:4月10日5月22日4整理图纸和设计说明书3周:5月22日6月10日5准备答辩1周:6月10日6月20日换热器
3、工艺条件表位 号E-103A,B型 式BEM设备名称T-101B蒸汽再沸器换热面积1189m2 工艺参数管 程壳 程管 程壳 程物料名称C4,乙晴蒸汽操作压力MPa0.5590.35程 数11操作温度C145.6153.7结构参数管 程壳 程管 程壳 程腐蚀裕度3.01.5设计压力MPa0.750/FV0.6/FV材 料0Cr18Ni916MnR设计温度C150300 管 子d=25mm壳体内径1800mm接管表符 号DN法兰标准连接面用途T1500PN20HG20617-97凸面管侧入口管线口T2600PN20HG20617-97凸面管侧出口管线口S1400PN20HG20617-97凸面壳
4、侧入口管线口S2150PN20HG20617-97凸面壳侧出口管线口D125PN20HG20617-97凸面壳侧放净口V125PN20HG20617-97凸面壳侧放空口 设备简图 T-101B蒸汽再沸器的设计摘要:沸腾传热设备是化工过程中常用的一种设备, 在化工过程中, 装于蒸馏塔底部用于汽化塔底产物的换热器通常称之为再沸器(也称之为重沸器)。大多数的再沸器为管壳式换热器。根据实际生产中不同的需要, 沸腾过程既可以发生在壳程, 也可以发生在管程。加热介质通常是蒸汽, 也可以是载热的流体、气体等。作者设计的是T-101B蒸汽再沸器的结构设计。壳程设计压力为0.6MPa,设计温度为300;管程设计
5、压力为0.75MPa,设计温度为150;换热面积1189筒体直径为1800mm,筒体及封头都采用材料16MnR,换热管采用0Cr18Ni9,法兰、接管、定距管等都采用20号钢,本设备管板兼做法兰。本次设计主要参考GB150,GB151等标准和其他参考资料对再沸器结构参数进行设计计算及强度校核,并完成了6张一号图纸,其中包括1张装配图,4张零件图。关键词:再沸器; 换热器; 结构设计.The Design of T-101B Steam Reboiler Abstract:Boiling heat transfer equipment is a commonly used chemical pr
6、ocess equipment.In chemical process,the heat exchanger which is installed at the bottom of distillation tower used to vaporized the product is called reboiler(also known as reboiler ). Most of the reboilers are shell and tube heat exchangers. According to the he different needs of actual process, th
7、e boiling process can occur both in the shell pass and tube pass. Steam is usually used as heating medium ,as well as heat carrier fluids and gases.This paper shows the structure design of T-101B steam reboiler. The design pressure for shell pass is 0.6MP and 0.75MP for tube pass. The design tempera
8、ture for shell pass is 300 and 150 for tube pass.The heat transfer area is 1189 and cylinder diameter is 1800mm. The materials for cylinder and head are both 16MnR, for tubes are 0Cr18Ni9,the remaining flanges, conjuction pipes, position setting pipes are all made of 20# stell.In this equipment,the
9、tube shutters is also used as flanges . This design mainly refers to GB150, GB151 and other reference materials to design and check the strength of the structural parameters of reboiler.This paper contains six 1#drawings, including one assembly drawing, four parts drawings. Keywords: reboiler; heat
10、exchanger ;structer design .前言经过四年的本科学习和实践,到底自己学到了什么,知识掌握的怎么样,实际应用能力怎么样,平时的考试时无法检测到这些的,而毕业设计在大学本科的学习过程中是非常重要的一个环节,其主要目的非常明确:一是检测自己,二是通过检测发现自己的不足,进而查漏补缺巩固所学的专业知识,加强对知识的综合运用能力,为今后解决工程中的实际问题打下了坚实的基础。本次毕业设计作者所做的是T-101B蒸汽再沸器的结构设计,主要是从壳程、管程的设计压力、工作压力,设计温度、工作温度,换热面积等几个工艺条件出发,再结合经济合理性,运行以后的维修、清洗等因素,最后设计出一个合
11、理的方案。在设计的整个过程中作者通过上网或者图书馆查资料的方式对再沸器有了具体的认识。沸腾传热设备是化工过程中常用的一种设备, 在化工过程中, 装于蒸馏塔底部用于汽化塔底产物的换热器通常称之为再沸器(也称之为重沸器)。大多数的再沸器为管壳式换热器。根据实际生产中不同的需要, 沸腾过程既可以发生在壳程, 也可以发生在管程。加热介质通常是蒸汽, 也可以是载热的流体、气体等。由于沸腾传热系数是换热温差的强函数。因此, 再沸器的蒸发率受换热温差的影响很大。在有充分的换热温差的条件下, 通过调节温差的大小, 便很容易获得所需要的蒸发量, 在这种情况下, 再沸器的近似设计将不会产生什么问题。然而, 为了有
12、效地利用能源, 要求再沸器能在较小的温差条件下和稳定的加热介质的操作条件下工作, 因此, 对再沸器良好的选择就显得十分必要, 这包括精确地确定传热面积, 较好地分析和预测再沸器的性能等。此外,即使在足够大的换热温差条件下, 再沸器的性能也总要受到临界热负荷的限制。因此, 为了更有效地利用能源, 对再沸器的性能分析和研究方向的讨论是非常有意义的。如何选择再沸器的设计方案取决于几个因素:1进料的流动方式及其蒸气的百分比; 2料的粘度; 再沸器送料塔的塔内液面高度进。本再沸器的设计主要将注意力集中在根据现有的工艺物料条件,选择可获得最佳热转换率的再沸器的设计方案上。标准的釜式热交换器一直是最普遍,最
13、常采用的再沸器设计方案,所以本次设计我选用了釜式换热器。经过以上考虑,我作者先对换热器进行了系统的了解,明确了换热器设计的一般思路,对换热器的总体结构进行了设计,之后就对其各个部分进行了详细的计算。大概思路如下:筒体强度校核、封头强度校核、管箱短节的强度校核、换人管的设计及校核、管箱法兰的设计及校核、筒体法兰的设计及校核、管板的设计及校核、接管的设计及校核、开孔补强方面的考虑,经过这一系列的常规设计,我收获颇丰,达到了我刚开始选题的目的。由于本人本科毕业选择直接工作锻炼自己,提前对单位的情况有所了解,所以选题时就定下目标要做换热器这一块,为将来的工作打下基础,所以这次毕设也做得非常仔细认真。本
14、次设计包括:图纸(计算机绘图一号图六张)、设计说明书、开题报告、文献综述、文献翻译。由于作者水平有限且缺乏设计经验和工程实践经验,虽经努力,在设计中难免有不妥甚至错误之处,敬请各位老师批评指正。第1章 换热器概述第11节 换热器的发展二十世纪20年代出现板式换热器,并应用于食品工业。以板代管制成的换热器,结构紧凑,传热效果好,因此陆续发展为多种形式。30年代初,瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器,用于飞机发动机的散热。30年代末,瑞典又制造出第一台板壳式换热器,用于纸浆工厂。在此期间,为了解决强腐蚀性介质的换热问题,人们对新型材料制成的换热器
15、开始注意。60年代左右,由于空间技术和尖端科学的迅速发展,迫切需要各种高效能紧凑型的换热器,再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展,换热器制造工艺得到进一步完善,从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外,自60年代开始,为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要,典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期,为了强化传热,在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类1。混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器,又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离,这类换热器适合于气、液两流体之间的换
16、热。例如,化工厂和发电厂所用的凉水塔中,热水由上往下喷淋,而冷空气自下而上吸入,在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面,热水和冷空气相互接触进行换热,热水被冷却,冷空气被加热,然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面,从而进行热量交换的换热器,如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器,多用于空气分离装置中。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开,并通过间壁进行热量交换的换热器,因此又称表面式换热器,这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式
17、和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面,包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等;板面式换热器以板面作为传热面,包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等;其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器,如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。顺流时,入口处两流体的温差最大,并沿传热表面逐渐减小,至出口处温差为最小。逆流时,沿传热表面两流体的温差分布较均匀。在冷、热流体的进出口温度一定的条件下,当两种流体都无相变时,以逆流的平均温差最大顺流最小。在完成同样传热量的条件下,采用逆流可使平均温差增大,换热器的传
18、热面积减小;若传热面积不变,采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。前者可节省设备费,后者可节省操作费,故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。当冷、热流体两者或其中一种有物相变化(沸腾或冷凝)时,由于相变时只放出或吸收汽化潜热,流体本身的温度并无变化,因此流体的进出口温度相等,这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。除顺流和逆流这两种流向外,还有错流和折流等流向。在传热过程中,降低间壁式换热器中的热阻,以提高传热系数是一个重要的问题。热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层(称为边界层),和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层,金属壁的热阻相对较小。增加流体的流速和扰动性,可减薄边界层
19、,降低热阻提高给热系数。但增加流体流速会使能量消耗增加,故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。为了降低污垢的热阻,可设法延缓污垢的形成,并定期清洗传热面。一般换热器都用金属材料制成,其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器;不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外,奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料;铜、铝及其合金多用于制造低温换热器;镍合金则用于高温条件下;非金属材料除制作垫片零件外,有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器,如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。第12节 换热器的功能、结构、类型换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位
20、。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即:间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。121、间壁式换热器的类型(1)夹套式换热器这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。
21、(2)沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。(3)喷淋式换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上,热流体在管内流动,冷却水 从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有
22、改善。(4)套管式换热器套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大。套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。(5)管壳式换热器管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至
23、今仍在所有换热器中占据主导地位。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平行管束,管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板。折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。流体在管内每通过管束一次称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子
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