打印年產10萬噸甲醇轉化工段中換熱器的設計陳佳星

1、<p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院</p><p>　　畢 業(yè) 設 計 （論文） 任 務 書</p><p>　　姓名 陳佳星 </p><p>　　專業(yè) 應用化工技術 </p><p>　　任 務 下 達 日 期 年

2、 月 日</p><p>　　設計（論文）開始日期 年 月 日</p><p>　　設計（論文）完成日期 年 月 日</p><p>　　設計（論文）題目： 年產10萬噸甲醇轉

3、化工段中換熱器的設計 </p><p>　　A·編制設計 </p><p>　　B·設計專題（畢業(yè)論文）

4、 </p><p>　　指 導 教 師 信熙卿 </p><p>　　系（部）主 任 吳濟民 </p><p>　　年 月 日</p><p>　　平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院</p>&l

5、t;p>　　畢業(yè)設計（論文）答辯委員會記錄</p><p>　　化工 系 應用化工技術 專業(yè)，學生 于 年 月 日</p><p>　　進行了畢業(yè)設計（論文）答辯。</p><p>　　設計題目： 年產10萬噸甲醇轉化工段中換熱器的設計

6、 </p><p>　　專題（論文）題目： 年產10萬噸甲醇轉化工段中換熱器的設計 </p><p>　　指導老師： 信熙卿 </p><p>　　答辯委員會根據學生提交的畢業(yè)設計（論文）材料，根據學生答辯情況，經答辯委員會討論評定

7、，給予學生 畢業(yè)設計（論文）成績?yōu)?。</p><p>　　答辯委員會 人，出席 人</p><p>　　答辯委員會主任（簽字）： </p>&

8、lt;p>　　答辯委員會副主任（簽字）： </p><p>　　答辯委員會委員： ， ， ，</p><p>　　， ， ， </p><p>　

9、　平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）評語</p><p>　　第 頁</p><p>　　共 頁</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）及答辯評語： </p><p><b>　　摘要&l

10、t;/b></p><p>　　本設計是關于浮頭式換熱器的設計，主要是進行了換熱器的工藝計算、換熱器的結構和強度設計。換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械及其它許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設備。近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大的換熱設備。在設計過程中，我盡量采用較新的國家標準，做到既滿足設計要求，又使結構優(yōu)化，降低成本，以

11、提高經濟效益為主，力爭使產品符合生產實際需要，適合市場激烈的競爭。</p><p>　　關鍵詞：換熱器； 設計； 甲醇； 校核；</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This design manual is about the floating head heat exchanger design, ma

12、inly for the heat exchanger process calculation, heat exchanger design of the structure and strength. Heat exchanger is the chemical, oil refining, power, food, light industry, atomic energy, pharmaceutical, machinery, a

13、nd other widely used in many industrial sectors as a general-purpose device. The past 23 years, chemical, petroleum, light industry and other process industries have been developing rapidly. Therefore, the req</p>

14、<p>　　Key words: Exchanger; Design; Methanol; Check;</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　第1章 概述2</b></p><p>

15、　　1.1產品的性質2</p><p>　　1.1.1甲醇物性2</p><p>　　1.1.2產品的用途2</p><p>　　1.1.3 甲醇的發(fā)展前景3</p><p>　　1.2甲醇生產的基本原理3</p><p>　　1.2.1甲醇合成3</p><p>　　1.2.2甲醇

16、生產工藝流程4</p><p>　　1.2.3反應原理4</p><p>　　1.3甲醇轉化工段生產工藝流程5</p><p>　　1.3.1 轉化流程圖5</p><p>　　1.3.2轉化工藝流程6</p><p>　　第2章 換熱器的種類和選用7</p><p>　　2.1 換

17、熱器的應用及其發(fā)展7</p><p>　　2.2換熱器的種類8</p><p>　　2.2.1間壁式換熱器的類型8</p><p>　　2.2.2套管式換熱器:8</p><p>　　2.2.3管殼式換熱器:8</p><p>　　2.3換熱器設計方案的確定8</p><p>　　第

18、3章 換熱器設計方案的確定和工藝參數的計算10</p><p>　　3.1.換熱器的工藝計算10</p><p>　　3.1.1 確定物性數據10</p><p>　　3.1.2 計算冷卻劑用量11</p><p>　　3.1.3 計算傳熱面積11</p><p>　　3.1.4管程，殼程的平均溫差12&l

19、t;/p><p>　　3.2換熱器工藝尺寸的計算13</p><p>　　3.2.1 管徑選用13</p><p>　　3.2.2管子數13</p><p>　　3.2.3管子排列方式和管間距確定13</p><p>　　3.2.4 殼體內徑13</p><p>　　3.2.5換熱器殼體壁

20、厚14</p><p>　　3.2.6 折流板選擇14</p><p>　　3.2.7其他附件15</p><p>　　3.3換熱器核算換熱器核算15</p><p>　　3.3.1 殼程表面給熱系數15</p><p>　　3.3.2管內表面給熱系數16</p><p>　　3.3

21、.3 傳熱面積裕度17</p><p>　　3.3.4換熱器內流體的流動阻力18</p><p>　　3.3.5管子拉脫力計算18</p><p>　　第4章 換熱器主要結構尺寸和計算結果列表20</p><p>　　第5章 結 論20</p><p><b>　　參考文獻21</b>

22、</p><p><b>　　致謝22</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　我國是一個少油多煤的國家，煤炭貯量非常豐富，煤種齊全。但到目前為止，我國煤炭資源的綜合利用水平還很低，基本上處于小型化、分散化、產品單一化、浪費大、污染嚴重和低效益的狀態(tài)。因此建設大型煤炭綜合利用的焦化基地，實現(xiàn)

23、煤炭資源的綜合利用，生產高附加值的深加工產品，調整產業(yè)結構，保護環(huán)境，帶動區(qū)域經濟乃至行業(yè)經濟的發(fā)展已成為必然趨勢。</p><p>　　合成甲醇技術是煤化工技術在能源轉換的背景下研究開發(fā)的，其宗旨是以水煤氣為原料，擴大炭資源的使用范圍，緩和石油危機。因此，充分利用豐富的煤炭資源，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g和新一代煤化工技術是非常必要的，既對我國合理利用資源、有效利用能源和促進經濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實，又對保護國家能

24、源安全具有深遠的戰(zhàn)略意義。</p><p>　　眾所周知，甲醇是重要的化工產品，也是重要的化工原料，又是很有發(fā)展前途的重要燃料。由甲醇合成的后加工產品名目繁多，效益顯著，市場非?；钴S，發(fā)展前景十分廣闊。</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p><b>　　1.1產品的性質</b></p>

25、;<p><b>　　1.1.1甲醇物性</b></p><p>　　甲醇（Methanol Methyl alcohol） 又名木醇，木酒精， 甲基氫氧化物，是一種最簡單的飽和一元醇，化學分子式為，相對分子質量32.04.相對密度0．792（20/4℃），熔點-97．8℃，沸點64．5℃，閃點12．22℃，自然點463．89℃，蒸汽密度1．11kg/m3，蒸汽壓13．33kP

26、a（100mmHg，21．2℃），蒸汽與空氣混合物爆炸范圍6%~36．5%。在通常情況下，甲醇是一種有毒，無色易揮發(fā)和易燃的無色液體，具有類似于酒精的味道。</p><p>　　甲醇能與水，乙醇，乙醚，酮，鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶，并與它們形成共沸混合物。</p><p>　　1.1.2產品的用途</p><p>　　甲醇是重要的化工原料，應用廣泛，主要用于生

27、產甲醛，其消耗量約占甲醇總量的30%~40%；其次作為甲基化劑，生產甲胺、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基叔丁基醚、對苯二甲酸二甲酯；甲醇羰基化可生產醋酸、酸酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等。其次，甲醇低壓羰基化生產醋酸，近年來發(fā)展很快。隨著碳化工的發(fā)展，由甲醇出發(fā)合成乙二醇、乙醛、乙醇等工藝正在日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對硫磷、多菌靈等農藥生產中，在醫(yī)藥、染料、塑料、合成橡膠，合成纖維等工業(yè)中有著重要的地位。甲醇還可經生物

28、發(fā)酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑。</p><p>　?。?）甲醇氧化制甲醛</p><p>　　甲醇在高溫、浮石銀、催化劑或其它固體催化劑存在下直接氧化制甲醛。目前，國內外以上的甲醇用于制甲醛，進而合成樹脂、塑料及其他化工原料。聚甲醛是性能優(yōu)良的工程塑料，其用途十分廣泛。甲醛還用來制取丁二醇、烏洛托品等近一百種下游產品。</p><p>　　（2）甲醇氨化制甲胺&

29、lt;/p><p>　　將甲醇與氨氣按照一定比例混合，在370~420℃、5.0~20.0MPa壓力下，以活性氧化鋁為催化劑進行合成，制得甲胺、二甲胺、三甲胺的混合物，再經精餾可得一、二或三甲胺產品。一、二、三甲胺用于農藥、醫(yī)藥、染料方面或用作有機原料中間體。</p><p>　　（3）甲醇羰基化反應制醋酸。</p><p>　　由甲醇和一氧化碳在低壓下羰基合成制醋酸，

30、其總量占世界醋酸生產能力的50%以上。</p><p>　?。?）甲醇酯化可生產各種酯類化合物。</p><p>　　（5）甲醇在金屬硅鋁催化劑或ZSM-5型分子篩存在下，脫水可制得二甲醚。</p><p>　　（6）甲醇用作燃料。</p><p>　　1.1.3 甲醇的發(fā)展前景</p><p>　　甲醇作為最有希望代

31、替汽油的并且將成為二十一世紀有競爭力的可選清潔燃料，具有非常好的發(fā)展前景。所以專家認為，必須開拓甲醇作為車用燃料的用途，即發(fā)展甲醇汽車才能使甲醇取得較好的經濟效益。甲醇汽油是符合我國國情的替代能源之一，不僅符合國家節(jié)能減排政策的要求，而且因甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相當于擴大了我國石油戰(zhàn)略儲備。與此同時，推廣甲醇汽油，一方面可以釋放我國每年2000多萬噸的甲醇產能，改變我國甲醇產能嚴重過剩的局面，提高甲醇生產企業(yè)的開工率。另一

32、方面，甲醇汽油的生產成本低，甲醇汽油價格更為優(yōu)惠，更適用于老百姓的需求，更經濟實惠。</p><p>　　我國現(xiàn)在提出了四個石油替代路徑：天然氣替代、電動力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然氣、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大規(guī)模、基地化推廣的現(xiàn)實性，是最實用、經濟的選擇。由于甲醇在我國已經有一定規(guī)模的生產，另外甲醇的投資成本低，無論甲醇汽油生產技術還是甲醇車輛生產技術都已經非

33、常成熟了。如果甲醇汽油作為車用燃料相比于其他能源具有一定的優(yōu)勢，甲醇汽油也是一種液體燃料，好多特性和汽油雷同，但比汽油更安全、更節(jié)能、更環(huán)保。此外，甲醇汽油可直接利用現(xiàn)在所有中石油和中石化的輸配系統(tǒng)進行快速推廣，推廣渠道會相對便捷一些，推廣成本也非常小。</p><p>　　1.2甲醇生產的基本原理</p><p><b>　　1.2.1甲醇合成</b></p&

34、gt;<p>　　目前甲醇生產技術主要采用高壓法、中壓法和低壓法三種工藝，并且以低壓法為主，這三種方法生產的甲醇約占世界甲醇產量的80%以上。</p><p>　　高壓法：(19.6-29.4Mpa)是最初生產甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應溫度360-400℃，壓力19.6-29.4Mpa。高壓法由于原料和動力消耗大，反應溫度高，生成粗甲醇中有機雜質含量高，而且投資大，其發(fā)展長期以來處于停頓狀態(tài)。

35、</p><p>　　低壓法：(5.0-8.0 Mpa)是20世紀60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應溫度低(240-270℃)。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動力消耗降低很多，工藝設備制造容易。</p><p>　　中壓法：(9.8-12.0 Mpa

36、)隨著甲醇工業(yè)的大型化，如采用低壓法勢必導致工藝管道和設備較大，因此在低壓法的基礎上適當提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應的動力消耗略有增加。</p><p>　　甲醇的生產方法其他還有：甲烷直接氧化法、由一氧化碳和氫氣合成甲醇、液化石油氣氧化法。</p><p>　　比較甲醇生產的優(yōu)缺點，以投資成本，生產成本，產品

37、收率為依據，選擇低壓法為生產甲醇的工藝，用 和 在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應式為： </p><p>　　1.2.2甲醇生產工藝流程</p><p>　　本設計采用焦爐煤氣合成的甲醇。工藝流程如下：</p><p>　　圖 1-1 焦爐煤氣制甲醇工藝流程圖</p><p>　　焦爐煤氣經過氣柜，在氣柜中緩沖穩(wěn)壓，選擇低溫低

38、壓的方式，壓力為5.5-6Mpa；然后焦爐煤氣中S含量較高，必須用加H2轉化有機硫工藝，將焦爐氣脫硫處理；然后將焦爐煤氣純氧部分氧化催化轉化甲烷，氧氣與焦爐煤氣不完全燃燒，放出大量熱，甲烷與氫氣吸收熱量反應，最終產物為CO、H2、 ；將合成的凈化原料氣壓縮，送去合成塔合成甲醇。</p><p><b>　　1.2.3反應原理</b></p><p>　　用氫與一氧化碳

39、在催化劑的作用下合成甲醇，是工業(yè)化生產甲醇的主要方法。很多研究證明，氫與一氧化碳在合成反應中發(fā)生的變化很復雜，可以用以下的幾個化學反應式來說明。</p><p><b>　?。?）主反應</b></p><p>　?。? △H=－90.64㎏/mol</p><p>　　當原料氣中存在二氧化碳時，也能和氫氣反應生成甲醇。其反應為</p

40、><p>　?。?＋ △H=－49﹒67㎏/mol</p><p><b>　?。?）副反應</b></p><p><b>　?。?＋ ＋</b></p><p><b>　　＋=＋ ＋</b></p><p><b>　?。?＋ ＋

41、</b></p><p>　　當有鐵、鈷、鉬、鎳等金屬存在時，可能會有下列副反應</p><p>　　=＋ ＋</p><p>　　從產物（甲醇）出發(fā)的副反應</p><p><b>　　＋＋=＋＋</b></p><p>　　這些副反應產物還可以進行脫水縮合酯化和酮基化反

42、應等，生成烯烴，酯類或酮類等副產物。當催化劑中混有堿類時，這些化物的生成大大地被加強。</p><p>　　1.3甲醇轉化工段生產工藝流程</p><p>　　1.3.1 轉化流程圖</p><p>　　圖1-1轉化工段流程圖</p><p>　　1.3.2轉化工藝流程</p><p><b>　　（1）焦爐

43、氣</b></p><p>　　來自壓縮崗位的焦爐氣經焦爐氣初預熱器加熱至300℃左右，送往精脫硫崗位脫除有機硫和無機硫后，硫含量≤0.1ppm，壓力約2.3Mpa，溫度約380℃去轉化工序。在焦爐氣中加入3.0Mpa的過熱飽和蒸汽（蒸汽流量根據焦爐氣的流量來調節(jié)），經焦爐氣預熱器加熱至530℃后，再經預熱爐預熱至660℃左右進入轉化爐頂部。同時配入了3.0Mpa過熱飽和蒸汽（蒸汽流量根據氧氣的流量來

44、調節(jié)）的氧氣也進入轉化爐頂部與焦爐氣混合后發(fā)生轉化反應，反應后的轉化氣由轉化爐底部引出，溫度≤985℃，壓力約2.2Mpa，甲烷含量≤1.0%，進入廢鍋回收熱量副產蒸汽。轉化氣溫度降為≤540℃，然后經焦爐氣預熱器，溫度降至420℃左右，再進入焦爐氣初預熱器，溫度降至320℃后，經鍋爐給水預熱器進一步回收反應熱后，轉化氣溫度降至160℃，再經蒸發(fā)式空冷器冷卻到100℃左右，經分離器分離后進入脫鹽水預熱器為脫鹽水預熱，從脫鹽水預熱器出來的

45、轉化氣約40℃，再經氣液分離器分離后，進入常溫氧化鋅脫硫槽，常溫氧化鋅出口溫度≤40℃,壓力2.0Mpa送往合成氣壓縮機入口。</p><p><b>　?。?）燃料氣</b></p><p>　　來自甲醇合成的燃料氣與來自氣柜的高硫煤氣一起進入燃料氣混合器混合后，一部分進入預熱爐底部，與空氣鼓風機送來的空氣混合后燃燒，為預熱爐提供熱量，另一部分送精脫硫升溫爐作燃料。

46、</p><p><b>　?。?）氧氣</b></p><p>　　來自氣體廠的氧氣，溫度為100℃，壓力2.5Mpa，與經預熱爐加熱后的蒸汽混合后進入轉化爐上部，氧氣流量根據轉化爐出口溫度來調節(jié)。</p><p><b>　?。?）鍋爐給水</b></p><p>　　來自脫鹽水站的脫鹽水，溫度

47、約104℃，經除氧槽除去氧后用鍋爐給水泵加壓到4.2Mpa，在鍋爐給水預熱器加熱至190℃后，一部分送往甲醇合成，另一部分經汽包進入廢鍋生產3.0Mpa中壓蒸汽。廢熱鍋爐所產蒸汽除給本工序用外，富裕蒸汽送至蒸汽管網。</p><p>　　第2章 換熱器的種類和選用</p><p>　　2.1 換熱器的應用及其發(fā)展</p><p>　　它是化工、煉油、動力、食品、輕工

48、、原子能、制藥、機械及其它許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設備。在化工廠中，換熱設備的投資約占總投資的10%～20%；在煉油廠中，約占總投資的35%～40%。</p><p>　　例如，如煙道氣（約200～300℃）、高爐爐氣（約1500℃）、需要冷卻的化學反應工藝氣（300～1000℃）等的余熱，通過余熱鍋爐可生產壓力蒸汽，作為供熱、供氣、發(fā)電和動力的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗和電耗，提高工業(yè)

49、生產經濟效益。</p><p>　　由于制造工藝和科學水平的限制，早期的換熱器只能采用簡單的結構，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長期以來在工業(yè)生產中成為一種典型的換熱器。</p><p>　　二十世紀20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結構緊湊，

50、傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。</p><p>　　30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。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，用于飛機發(fā)動機的散熱。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，為了解決強腐蝕性介質的換熱問題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。</p><p>　　60年代左右，由于空間技術和尖端科學的迅速發(fā)展，迫切需

51、要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應用。</p><p>　　此外，自60年代開始，為了適應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一步的發(fā)展。</p><p>　　近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業(yè)得到了迅猛發(fā)展。能源緊缺已成為世界性重大問題之一，各工業(yè)部

52、分都在大力發(fā)展大容量、高性能設備，以減少設備的投資和運轉費用。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大的換熱設備。特別是20世紀70年代的世界能源危機，加速了當代先進換熱技術和節(jié)能技術的發(fā)展。世界各國十分重視傳熱強化和熱能回收利用的研究和開發(fā)工作，開發(fā)適用于不同工業(yè)過程要求的高效能換熱設備來提高工業(yè)生產經濟效益，并取得了豐碩成果。到目前為止，已研究和開發(fā)出多種新的強化傳熱技術和高效傳熱元件。為了強化傳在研究和發(fā)展熱管的基礎上又創(chuàng)制出熱管

53、式換熱器。</p><p><b>　　2.2換熱器的種類</b></p><p>　　2.2.1間壁式換熱器的類型</p><p>　　夾套式板式換熱器這種換熱器是在容器外壁安裝夾套制成,結構簡單;但其加熱面受容器壁面限制,傳熱系數也不高.為提高傳熱系數且使釜內液體受熱均勻,可在釜內安裝攪拌器.當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時,亦可在夾套

54、中設置螺旋隔板或其它增加湍動的措施,以提高夾套一側的給熱系數.為補充傳熱面的不足,也可在釜內部安裝蛇管. 夾套式換熱器廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。</p><p><b>　　噴淋式換熱器:</b></p><p>　　這種換熱器是將換熱管成排地固定在鋼架上，熱流體在管內流動,冷卻水從上方噴淋裝置均勻淋下,故也稱噴淋式冷卻器.噴淋式換熱器的管外是一層湍動程度較高的液

55、膜,管外給熱系數較沉浸式增大很多.另外,這種換熱器大多放置在空氣流通之處,冷卻水的蒸發(fā)亦帶走一部分熱量,可起到降低冷卻水溫度,增大傳熱推動力的作用.因此,和沉浸式相比,噴淋式換熱器的傳熱效果大有改善。</p><p>　　2.2.2套管式換熱器:</p><p>　　套管式換熱器是由直徑不同的直管制成的同心套管,并由U形彎頭連接而成.在這種換熱器中,一種流體走管內,另一種流體走環(huán)隙,兩者皆

56、可得到較高的流速,故傳熱系數較大.另外,在套管換熱器中,兩種流體可為純逆流,對數平均推動力較大。套管換熱器結構簡單,能承受高壓,應用亦方便(可根據需要增減管段數目). 特別是由于套管換熱器同時具備傳熱系數大,傳熱推動力大及能夠承受高壓強的優(yōu)點,在超高壓生產過程(例如操作壓力為3000大氣壓的高壓聚乙烯生產過程)中所用的換熱器幾乎全部是套管式。</p><p>　　2.2.3管殼式換熱器:</p>&

57、lt;p>　　管殼式(又稱列管式) 換熱器是管殼式換熱器主要有殼體、管束、管板和封頭等部分組成,殼體多呈圓形,內部裝有平行管束或者螺旋管，,管束兩端固定于管板上。在管殼換熱器內進行換熱的兩種流體,一種在管內流動,其行程稱為管程；一種在管外流動,其行程稱為殼程。</p><p>　　2.3換熱器設計方案的確定</p><p>　　列管式換熱器是目前化工生產應用最廣泛的傳熱設備，結構簡單

58、、制造的材料范圍較廣、操作彈性也較大等。因此在高溫、高壓和大型裝置上多采用列管式換熱器。</p><p>　　本設計中得鍋爐給水換熱器，要使轉化氣進口溫度由320℃冷卻到160℃，鍋爐給水得溫度由100℃加熱到190℃。根據兩種物體的性質，規(guī)定轉化氣走管程，鍋爐給水水走殼程。本設計換熱器得壓力為4.2Mpa.</p><p>　　第3章 換熱器設計方案的確定和工藝參數的計算</p&

59、gt;<p>　　3.1.換熱器的工藝計算</p><p>　　3.1.1 確定物性數據</p><p>　　表3-1轉化氣、鍋爐給水進出口溫度</p><p>　　定型溫度：對于一般氣體和水等的粘度流體，其定性溫度可取流體進出口溫度的平均值，故管程混合氣的定性溫度為：</p><p>　　殼程轉化氣的定性溫度為： <

60、;/p><p>　　根據定性溫度，分別取管程和殼程流體的有關物性數據。對混合氣體來說，最可靠的物性數據是實測值。</p><p>　　轉化氣在320℃下的有關物性數據</p><p>　　水在100℃下的有關物性數據：</p><p>　　設計鍋爐給水預熱器中轉化氣流量31000m³/h</p><p>　　3.

61、1.2 計算冷卻劑用量</p><p>　　在熱損失不計的情況下，對于無相變的工藝物流，冷凝器的熱流量由下式確定：</p><p><b>　　則冷卻劑用量為：</b></p><p>　　3.1.3 計算傳熱面積</p><p>　　熱流體：320℃→160℃</p><p>　　冷流體：190

62、℃←100℃</p><p><b>　　換熱器傳熱面：</b></p><p>　　3.1.4管程，殼程的平均溫差；</p><p>　　查表得出 =0.8</p><p><b>　　由公式得：</b></p><p>　　換熱器殼、管壁溫差 76℃</p&

63、gt;<p>　　3.2換熱器工藝尺寸的計算</p><p>　　3.2.1 管徑選用 </p><p>　　選用較高級的冷拔穿熱管（碳鋼）</p><p><b>　　3.2.2管子數</b></p><p><b>　　取L=6m,</b></p><p>

64、<b>　　根據式子</b></p><p>　　3.2.3管子排列方式和管間距確定</p><p>　　管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形錯列，正方形直列和正方形錯列。</p><p>　　正三角形排列比較緊湊，在一定的殼徑內可排列較多的管子，且傳熱效果好，但管外清洗較為困難。而正方形排列，管外清洗方便，適用于殼程中的流體易結垢的情

65、況，其傳熱效果較正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形錯 列，用于殼側流體清潔，不易結垢，后者殼側污垢可以用化學處理掉的場合。</p><p>　　本設計采用正三角形排列，經查得層數為13層。取管間距a=32mm，</p><p>　　3.2.4 殼體內徑 </p><p>　　采用單管程結構，殼體內徑可按下式計算：</p><p>

66、　　式中Di——換熱器內徑；</p><p>　　b——正六角形對角線上的管子數，查得b=13</p><p>　　l——最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取l=2d</p><p>　　圓整后實取Di=900mm</p><p>　　3.2.5換熱器殼體壁厚</p><p>　　材料選用Q235，計算壁厚為</

67、p><p><b>　　+C</b></p><p>　　式中P——設計壓力，取P=4.2MPa;</p><p><b>　　Di=900mm</b></p><p><b>　　;</b></p><p><b>　　+C</b>&

68、lt;/p><p>　　3.2.6 折流板選擇 </p><p>　　采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的 25%，則切去的圓缺的高度為：</p><p>　　間距是殼體內徑的1/5，間距B長度；</p><p><b>　　折流板數：</b></p><p><b>　　3.2

69、.7其他附件</b></p><p>　　拉桿數量與直查相關的表選取，本換熱器殼體內徑為900mm，由工程力學計算得知拉桿直徑為 拉桿數量不得少于 10 個。</p><p>　　3.3換熱器核算換熱器核算</p><p>　　3.3.1 殼程表面給熱系數</p><p><b>　　殼程流通截面積：</b>

70、</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　殼程流速</b></p><p><b>　　雷諾數；</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　普朗特常數 </p

71、><p>　　3.3.2管內表面給熱系數</p><p><b>　　管程流通截面積：</b></p><p><b>　　管程流速</b></p><p><b>　　雷諾數；</b></p><p><b>　　普朗特常數</b&

72、gt;</p><p>　　3.3.3 傳熱面積裕度 </p><p>　　由下式可得所計算的傳熱面積AT為</p><p>　　該換熱器的實際傳熱面積為： </p><p><b>　　該換熱器的面積裕度</b></p><p>　　為保證該換熱器的可靠性，一般應使換熱器的面積裕度大于15%～

73、20%。</p><p>　　3.3.4換熱器內流體的流動阻力</p><p>　　3.3.5管子拉脫力計算</p><p>　　在操作壓力下，每平方脹接周邊所產生的力Qp</p><p>　　=3.96×10-4</p><p><b>　　公式中;</b></p>&l

74、t;p><b>　　P=4.2MPa</b></p><p><b>　　L=0.18M</b></p><p><b>　　由公式得</b></p><p><b>　　-4/</b></p><p>　　=0.1177Mpa</p>

75、<p>　　3.4換熱器主要結構尺寸和計算結果列表</p><p>　　表4-1換熱器設計參數</p><p><b>　　第5章 結 論</b></p><p>　　本設計參閱了大量的相關書籍和資料，并嚴格依照GB 150-1998《鋼制壓力容器》和GB 151-1999《管殼式換熱器》的規(guī)定進行相應的計算。在設計過程中，其結構的

76、選擇，要考慮到總體結構的特點，而對相應結構的優(yōu)缺點進行對比而選擇，對選定的結構進行強度校核和水壓試驗。</p><p>　　提高傳熱效率和抗腐蝕的材料是煉油、化工等許多部門的要求。在能源日漸被消耗的今天，應在滿足強度校核的條件下，盡可能的減少材料的消耗。在本設計中，對換熱器的中存在的問題進行了解決和對結構進行了最優(yōu)的選擇。</p><p>　　本換熱器在設計工藝上：換熱器的管束可以抽出，管

77、、殼程清洗較為方便，在換熱器內部的介質間溫差不受限制，可在高溫、高壓下工作，一般溫度在300-400K，壓力40—45Kpa。也可用于結垢比較嚴重的流體，換熱器的材料是耐腐蝕的，所以可用于管程易腐蝕場合。</p><p>　　換熱器在實際生產過程中：換熱器冷卻了轉化氣的溫度，使出口溫度控制在工藝要求的范圍之內。換熱器通過熱交換使鍋爐給水達到190度，可以直接提供給汽包上水，用于產生蒸汽。這樣不僅提高了轉化工段的生

78、產效率，也節(jié)約了化工生產的成本。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] GB150—1998《鋼制壓力容器》［Ｍ］．國家技術監(jiān)督局．</p><p>　　[2] GB151—1999《管殼式換熱器》［Ｍ］． 國家技術監(jiān)督局．</p><p>　　[3] 毛希瀾．化工設備設計全書

79、—換熱器設計［Ｍ］．上海：上?？萍汲霭嫔纾?986</p><p>　　[4] 朱有庭等．化工設備設計手冊［Ｍ］． 北京：化學工業(yè)出版社， 2005</p><p>　　[5] 黃嘉琥編． 壓力容器材料實用手冊［Ｍ］． 北京：化學工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[6] 黃載生主編．化工機械力學基礎［Ｍ］． 北京：化學工業(yè)出版社， 1990</p

80、><p>　　[7] 王寬福編． 壓力容器焊接結構工程分析［Ｍ］． 北京：化學工業(yè)出版社， 1998</p><p>　　[8] 卓震主編． 化工容器及設備［Ｍ］． 北京：中國石化出版社， 1995</p><p>　　[9] 鄭津洋等． 過程設備設計［Ｍ］． 北京：化學工業(yè)出版社， 2005</p><p>　　[10] 賀匡國主編． 化

81、工容器及設備簡明設計手冊［Ｍ］． 北京：化學工業(yè)出版社， 1991</p><p>　　[11] 鄒廣華等． 過程裝備制造與檢測［Ｍ］． 北京：化學工業(yè)出版社， 2004</p><p>　　[12] 楊可楨主編． 機械設計基礎［Ｍ］． 北京：高等教育出版社， 2003</p><p>　　[13] 王志魁主編． 化工原理［Ｍ］． 北京：高等教育出版社， 2001&

82、lt;/p><p>　　[14] CODAP: French Code for the construction of unfired pressure vessels.</p><p>　　Part M. Appendix MAZ; 1984.</p><p><b>　　致謝 </b></p><p>　　感謝老師們的教

83、導，從中學到了換熱器的結構和各方面理論知識。為我以后的化工發(fā)展奠定了堅實的基礎。</p><p>　　這篇論文歷時將近兩個月的時間終于將寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。尤其要強烈感謝我的論文指導老師—信熙卿老師，她對我進行了無私的指導和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。</p><p>　　感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數位