換熱器設(shè)計開題報告-抽余液塔底換熱器設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p>　　論文題目: 抽余液塔底換熱器設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 院 化工裝備學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 </p><p>　　學(xué)生姓名： 鄧 華

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 翟 英 明 (高級工程師)</p><p>　　開題時間： 2015年 3月 16日</p><p><b>　　一、選題目的</b></p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計，練習(xí)綜合運用課程和實踐的基本知識，進(jìn)行融會貫通的獨立思考。</p><

3、;p>　　在規(guī)定的時間內(nèi)完成指定的設(shè)計任務(wù)，從而得到化工換熱器設(shè)計的主要程序和方法。</p><p>　　培養(yǎng)分析和解決工程實際問題的能力。</p><p>　　樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是，嚴(yán)肅認(rèn)真，高度負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)。</p><p>　　通過此次設(shè)計任務(wù)，學(xué)會換熱器的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計計算及制造、檢修和維護(hù)方法。</p><p>

4、<b>　　二、選題意義 </b></p><p>　　在不同溫度的流體間傳遞熱能的裝置稱為熱交換器，簡稱換熱器。在換熱器中至少要有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度高，放熱；另一種流體溫度低，吸熱。換熱器是實現(xiàn)傳熱過程的基本設(shè)備。而此設(shè)備是比較典型的傳熱設(shè)備。</p><p>　　二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。30年代初，瑞典首次制成螺旋

5、板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。 60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

6、此外，自60年代開始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。</p><p>　　化工、石油等行業(yè)中廣泛使用各種換熱器，它們是化工,石油,動力,食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在工業(yè)設(shè)備價值及作用方面占有十分重要的地位。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，能源消耗量不斷增加，能源緊張已成為一個世界性問題。為緩

7、和能源緊張的狀況，世界各國競相采取節(jié)能措施，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)，已成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中一個重要課題。換熱器在節(jié)能技術(shù)改造中具有很重要的作用，表現(xiàn)在兩方面：一方面是在生產(chǎn)工藝流程中使用著大量的換熱器，提高這些換熱器效率，顯然可以減少能源的消耗；另一方面，用換熱器來回收工業(yè)余熱，可以顯著地提高設(shè)備的熱效率。 </p><p><b>　　三、國內(nèi)現(xiàn)狀</b></p>

8、<p>　　目前，我國換熱器產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模大概為700億人民幣，主要集中于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調(diào)、機(jī)械、食品、制藥等領(lǐng)域。其中，石油化工領(lǐng)域仍然是換熱器產(chǎn)業(yè)最大的市場。基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機(jī)械、食品、制藥等行業(yè)對換熱器穩(wěn)定的需求增長，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在未來一段時期內(nèi)將保持穩(wěn)定增長。2010年至2020年期間，我國換熱器產(chǎn)業(yè)將保持年均10～15%左右的速度增長。到2015年，我國換熱器產(chǎn)業(yè)

9、規(guī)模將突破880億元；到2020年我國換熱器產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到1500億元。</p><p>　　石油、化工行業(yè)是換熱器最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，約占換熱器30%的市場份額。石油、化工生產(chǎn)中幾乎所有的工藝過程都有加熱、冷卻或冷凝過程，都需要用到換熱器。換熱器的性能對石化產(chǎn)品質(zhì)量、熱量利用率以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要作用。換熱器主要包括管殼式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器（冷箱）板殼式換熱器、高壓螺紋鎖緊環(huán)式換熱

10、器、高壓空冷器和廢熱鍋爐等。目前，換熱器正朝著大型化、高效率、高合金化、低溫差、低壓力損失方向發(fā)展。</p><p><b>　　四、國外現(xiàn)狀</b></p><p>　　70年代的世界能源危機(jī)，有力地促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展。為了節(jié)能降耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，要求開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設(shè)備。因為隨著能源的短缺，可利用熱源的溫度越來越低，換熱允許溫差

11、將變得更小，當(dāng)然，對換熱技術(shù)的發(fā)展和換熱器性能的要求也就更高。所以，這些年來，換熱器的開發(fā)與研究成為人們關(guān)注的課題。改進(jìn)和提高換熱器的傳熱效率和性能是節(jié)省投資、節(jié)約能源、提高生產(chǎn)能力的重要途徑。二十余年來,換熱器的開發(fā)與研究始終是人們關(guān)注的課題 。</p><p>　　國外換熱器市場的調(diào)查表明，管殼式換熱器占64%。雖然各種板式換熱器的競爭力在上升，但管殼式換熱器仍將占主導(dǎo)地位。隨著動力、石油化工工業(yè)的

12、發(fā)展，其設(shè)備也繼續(xù)向著高溫、高壓、大型化方向發(fā)展。而換熱器在結(jié)構(gòu)方面也有不少新的發(fā)展。最近，隨著工藝裝置的大型化和高效率化，換熱器也趨于大型化，并向低溫差設(shè)計和低壓力損失設(shè)計的方向發(fā)展。同時，對其一方面要求成本適宜，另一方面要求高精度的設(shè)計技術(shù)。當(dāng)今換熱器技術(shù)的發(fā)展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成了一個高技術(shù)體系。</p>

13、<p>　　近年來，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，強(qiáng)化傳熱元件的開發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與換熱工況設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器，并已在化工、煉油、石油化工、制冷、空分及制藥各行業(yè)得到應(yīng)用與推廣，取得了較大的

14、經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b>　　五、題目發(fā)展趨勢</b></p><p>　　本課題主要是研究抽余液塔底冷換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析塔底換熱器各部分性能影響，探究換熱器結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的合理性，以期獲得具有較高抗拉強(qiáng)度、壓縮回彈、耐腐蝕性、耐介質(zhì)性等綜合性能良好的換熱器設(shè)備。 設(shè)計主要包括殼體形式、課程數(shù)、換熱管類型、管長、管子排列、管子支承結(jié)構(gòu)、冷熱流體的通道

15、等工藝設(shè)計和封頭、殼體、管板等零部件的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度設(shè)計計算。</p><p>　　由于石油化工設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)用于抽余液塔底的不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。在滿足工藝過程要求的前提下，換熱器應(yīng)達(dá)到安全與經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。換熱器設(shè)計的主要任務(wù)是參數(shù)選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計、傳熱計算及壓降計算等。隨著石油、化工行業(yè)換熱器的發(fā)展，對廣泛應(yīng)用的傳熱裝置的結(jié)構(gòu)型式、傳熱效果、成本費用、使用維護(hù)等方面提出了

16、越來越高的要求，其主要成果表現(xiàn)在三個方面：一是逐步形成典型換熱器的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，適應(yīng)了大批量、專業(yè)化生產(chǎn)需要，方便了使用和日常維護(hù)檢修；二是創(chuàng)新傳熱理論，奠定了傳熱技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)；三是換熱器的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與更新，提高了傳熱效果。</p><p><b>　　六、課題的主要工作</b></p><p>　　第一部分：結(jié)構(gòu)設(shè)計：</p><p

17、>　　1.根據(jù)確定的換熱器題目與給定實驗原始數(shù)據(jù)，確定抽余液塔底換熱器的基本結(jié)構(gòu)[1]。</p><p>　　第二部分：熱力計算：</p><p>　　計算介質(zhì)定性溫度及確定其物性數(shù)據(jù)；</p><p>　　2.平均有效溫差計算；</p><p><b>　　3.熱量衡算；</b></p><p

18、><b>　　4.物料衡算；</b></p><p>　　5.傳熱膜系數(shù)的確定； </p><p>　　6.傳熱面積的確定；</p><p><b>　　7.壓力降計算。</b></p><p>　　第三部分：主要受壓元件強(qiáng)度計算與校核：</p><p>　　換熱器強(qiáng)度

19、計算參數(shù)的確定[2]；</p><p>　　換熱器殼體的強(qiáng)度計算；</p><p>　　管箱短節(jié)、封頭厚度的確定；</p><p>　　法蘭[4]、螺栓、墊片的強(qiáng)度校核計算[3]；</p><p>　　管板強(qiáng)度計算[5]；</p><p>　　開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計[6]。</p><p>　　七、完成課

20、題的實驗條件</p><p>　　1．通過參觀和實習(xí)已全面了解化工壓力容器用材的力學(xué)性能試驗方法、焊接工藝試驗方法以及無損檢測、壓力試驗等壓力容器強(qiáng)度監(jiān)測和驗證性試驗方法。</p><p>　　2.通過生產(chǎn)實習(xí)已全面了解化工壓力容器的制造所需設(shè)備及化工壓力容器的制造工藝過程。</p><p>　　3．可根據(jù)具體情況，在遼陽石油化纖公司機(jī)械廠進(jìn)行各種工藝試驗。<

21、/p><p>　　4．進(jìn)行課題設(shè)計前閱讀有關(guān)資料、圖紙、觀察實物或模型以及調(diào)研等。</p><p>　　八、設(shè)計過程可能出現(xiàn)的問題及解決的方法和措施</p><p><b>　　一、工藝計算部分：</b></p><p>　　1.查詢物料的物性數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤；查石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊確定介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)[7]。</p>

22、<p>　　2.壓力降計算缺少管程回彎壓力降；計算過程中細(xì)致的將各部分壓力降損失計算在內(nèi)[8]。</p><p><b>　　二、結(jié)構(gòu)設(shè)計部分：</b></p><p>　　1.結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理；根據(jù)計算結(jié)果，認(rèn)真選擇合理可行的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。</p><p><b>　　強(qiáng)度設(shè)計部分：</b></p>

23、;<p>　　未進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計；強(qiáng)度設(shè)計過程中將開孔處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計。</p><p>　　強(qiáng)度校核錯誤；進(jìn)行強(qiáng)度校核時，將材料的力學(xué)性能與計算結(jié)果認(rèn)真比較，得出正確結(jié)論。</p><p><b>　　計算機(jī)繪圖部分：</b></p><p>　　1.CAD繪圖不夠熟練；平時抓緊時間多加練習(xí)，并向同學(xué)老師認(rèn)真虛心請教。</p

24、><p>　　2.計算機(jī)繪圖不正確；勤于向指導(dǎo)老師請教指正，認(rèn)真修改誤誤之處。</p><p>　　九、畢業(yè)設(shè)計的實施計劃：</p><p>　　第1周：結(jié)合課題或所學(xué)專業(yè)查閱和收集有關(guān)英文資料，查閱設(shè)計參考文獻(xiàn)；</p><p>　　第2周：結(jié)合課題或所學(xué)專業(yè)選擇英文資料[19][20]并進(jìn)行翻譯[15][16]，撰寫開題報告；</p&g

25、t;<p>　　第3周：了解和掌握畢業(yè)設(shè)計課題內(nèi)容及要求，初步確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式，確定設(shè)計方案；</p><p>　　第4周：確定工藝計算的物性數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)備的工藝計算；</p><p>　　第5周：完成開題報告和英文資料翻譯；</p><p>　　第6周：完成設(shè)備的工藝計算，確定工藝結(jié)構(gòu)尺寸，確定設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸[9]。</p><p

26、>　　第7周：確定設(shè)備各元件的基本尺寸、強(qiáng)度計算方法，各元件強(qiáng)度設(shè)計參數(shù)及設(shè)計數(shù)據(jù)[10]； </p><p>　　第8周：設(shè)備的強(qiáng)度計算[11]；</p><p>　　第9周：完成設(shè)備的強(qiáng)度計算，確定設(shè)備的最終尺寸[12]；</p><p>　　第10周：施工圖設(shè)計，確定施工圖繪制方案[14]；</p><p>　　第11周：計算機(jī)繪

27、圖；</p><p>　　第12周：計算機(jī)繪圖； </p><p>　　第13周：基本完成設(shè)計說明書、設(shè)計圖紙，交指導(dǎo)教師初步審查；</p><p>　　第14周：修改、整理設(shè)計說明書、設(shè)計圖紙[17]；</p><p>　　第15周：完善設(shè)計說明書、設(shè)計圖紙[18]； </p><p>　　第16周：打印圖紙、設(shè)計說

28、明書，撰寫答辯自述材料； </p><p>　　第17周：指導(dǎo)教師審查設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書；準(zhǔn)備答辯；</p><p>　　第18周：答辯，整理裝訂全部設(shè)計文件。</p><p><b>　　十、主要參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　?。?］GB 150-1998 鋼制壓力容器［M］. 

29、</p><p>　　［2］GB 151-1999 管殼式換熱器［M］. </p><p>　?。?］JBT4700～4703-2000 壓力容器法蘭與技術(shù)條件 ［M］. </p><p>　?。?］何銘新等.機(jī)械制圖［M］.北京：高等教育出版社，2010</p><p>　　［5］化工設(shè)備全書—換熱

30、器［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社 </p><p>　　［6］付水根.機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010 </p><p>　?。?］鄭津洋等.過程設(shè)備設(shè)計［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005 </p><p>　?。?］王文友.過程裝備制造工藝［M］.中國石化出版社，2009</p><p>

31、;　　［9］鄭品森等.化工機(jī)械制造工藝［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社 </p><p>　?。?0］王志魁等.化工原理［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 </p><p>　　[11] 秦叔經(jīng)，葉文邦.化工設(shè)備設(shè)計全書——換熱器. 化學(xué)工業(yè)出版社.</p><p>　　[12] 錢頌文.換熱器設(shè)計手冊.化學(xué)工業(yè)出版社.</p>

32、<p>　　[14] 盧煥章.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社.</p><p>　　[15] John F. Harvey, P. E. Theory and Design of Pressure Vessels. New York：Van Nostrand Reinhold Company, 1991</p><p>　　[16] Burgreen.D.Elements

33、of Thermal Stress Analysis. New York：C.P.Press, Jamaica, 1971</p><p>　　[17] 化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會.換熱器設(shè)計.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.</p><p>　　[18] 中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn). JB/T4731-2005. 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.</p><p>　　[19]ASME Boiler

34、& Pressure Vessel Code, Section Ⅷ, Rules for Construction of Pressure Vessels, Division 3, Alternation Rules, 2004</p><p>　　[20] Spence.J., Tooth.A.S.Pressure Vessels Design：Concepts and Principles. Oxfo