裂解装置稀释蒸汽过热器的机械设计讲义.doc

摘 要 本设计说明书是关于裂解装置稀释蒸汽过热器的设计，用来实现热交换，实现热能的再利用。考虑到工艺需求和造价，我们选用了浮头式换热器。浮头式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等零部件组成。其优点为热应力较小，便于检查和清洗，缺点是浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，结果壳体直径增大，在管束与壳体之间形成了阻力较小的环形通道，部分流体将由此旁通而不参加热交换过程。设计内容主体是换热器的结构和强度设计，主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件的设计，包括：材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。 关键词： 浮头式换热器、机械设计、强度校核 目录 摘 要 I 第一章 换热器概述 1 1.1 换热器的应用 1 1.2 换热器的主要分类 1 1.2.1 换热器的分类及特点 1 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 2 第二章 设计主要参数与材料选择 5 2.1 设计条件 5 2.2 材料选择 5 2.2.1 钢板 5 2.2.2 钢管 5 2.2.3螺柱和螺母 6 2.2.4 法兰 6 2.2.5 容器法兰垫片 6 2.2.6 拉杆、定距管 6 2.2.7 鞍座 6 第三章 换热器结构选择 7 3.1 前端管箱 7 3.2 管束分程和分程隔板的布置 7 3.2.1 管束分程 7 3.2.2 分程隔板的布置 8 3.3 换热管 8 3.3.1 换热管的长度 8 3.3.2 规格及尺寸偏差 8 3.3.3 布管 9 3.3.4 布管限定圆 10 3.4 管子与管板的连接 10 3.5 管板与壳体的连接 11 3.6 折流板和支持板 12 3.7 拉杆和定距管 13 3.8 防冲与导流 14 3.9 法兰选择 14 3.9.1 密封面型式 14 3.9.2 管箱法兰、壳体法兰、外头盖侧法兰和外头盖法兰 14 3.9.3 接管法兰 15 3.9.4 垫片 15 第四章 设计计算与强度校核 17 4.1 壳体、管箱圆筒和外头盖圆筒的壁厚计算与校核 17 4.1.1 符号 17 4.1.2 壳体壁厚计算和校验 17 4.1.3 管箱圆筒壁厚计算和校验 18 4.1.4 外头盖圆筒壁厚计算和校验 19 4.2 浮头盖封头和管箱封头厚度计算 20 4.2.1 管箱封头厚度计算 21 4.2.2 外头盖封头计算 22 4.3 管板计算与校核 23 4.3.1 管板的厚度计算 23 4.3.2 浮头式换热器管板计算 24 4.3.3 管子与管板连接拉脱力的计算与校核 26 4.4 螺栓计算与校核 26 4.4.1 螺栓载荷 27 4.4.2 螺栓面积 27 4.4.3 螺栓设计载荷 27 4.5 法兰的计算与校核 28 4.6 接管开孔补强计算 31 4.7 压力实验 33 4.7.1 壳体水压试验 33 4.7.2 管程水压试验压力 33 第五章 制造、检验和验收 35 5.1 总则 35 5.2 浮头式换热器的制造 35 5.2.1 封头和管箱 35 5.2.2 折流板 35 5.2.3 管束的组装 36 5.2.4 换热器的组装 36 5.3 浮头式换热器的检验与验收 36 结论 38 致谢 39 参考文献 40  第一章 换热器概述 1.1 换热器的应用 在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500℃）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。 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、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。 1.2 换热器的主要分类 在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。 1.2.1 换热器的分类及特点 按照传热方式的不同，换热器可分为三类： 　　1）直接接触式换热器 又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。　　　 ２）蓄热式换热器 在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，