氨氣換熱器設計【說明書+CAD】

氨氣換熱器設計【說明書+CAD】,說明書+CAD,氨氣換熱器設計【說明書+CAD】,氨氣,換熱器,設計,說明書,仿單,cad 長江大學 畢業(yè)設計開題報告  題 目 名 稱 氨氣換熱器的設計 院 系 機械工程學院 專 業(yè) 班 級 裝備10901 學 生 姓 名 陳愛 指 導 教 師 謝麗芳 輔 導 教 師 謝麗芳 開題報告日期 2013.4.19 氨氣變換氣換熱器的設計 一．題目來源 本課題來源于化工工業(yè)的重要設備。 二．研究目的和意義 換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應用更加廣泛。換熱器的種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大類：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應用最多。 換熱器設計的最終目的是為了得到適合工況的換熱器。換熱器的設計分為工藝選項和結構設計，工藝選項是為了得到適合工況的最合理最有效也是最經(jīng)濟的換熱器，一個有經(jīng)驗的工程師設計的換熱器可使成本節(jié)省10%到50%，甚至更多。結構設計師為了保證換熱器的質量和運行壽命。 三．閱讀的主要參考文獻及資料名稱 [1]李功樣等.常用化工單元設備設計[M].廣州：華南理工大學出版社，2008； [2]楊世銘、陶文銓.傳熱學[M].第四版.北京：高等教育出版社，2006. [3]上?；すI(yè)設計院.化工工藝設計手冊[M].北京：1986. [4]鄭曉梅.化工制圖[M].北京：化學工業(yè)出版社.2002 [5]刁玉瑋，王立業(yè).化工設備機械基礎[M].第五版.大連：大連理工大學出版社.2005 [6]陳敏恒等.化工原理[M].第二版.北京：化學工業(yè)出版社.1999. [7]董大勤等.壓力容器設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005. [8]朱有庭.化工設備設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社.2005. [9] 譚蔚.化工設備設計基礎[M].天津：天津大學出版社，2000. 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[15]徐元敏.列管式換熱器設計的幾個問題[J].貴州化工 1997,(4):34-45 四．國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 1.換熱器發(fā)展歷史 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，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。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。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。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。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。 換熱器的種類很多，但根據(jù)冷、熱流體熱量交換的原理和方式基本上可分為三大類：間壁式、混合式和蓄熱式。在三類換熱器中，間壁式換熱器應用最多?；旌鲜綋Q熱器是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發(fā)電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應用最廣。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設計的換熱器，如刮面式換熱器、轉盤式換熱器和空氣冷卻器等。 換熱器中流體的相對流向一般有順流和逆流兩種。順流時，入口處兩流體的溫差最大，并沿傳熱表面逐漸減小，至出口處溫差為最小。逆流時，沿傳熱表面兩流體的溫差分布較均勻。在冷、熱流體的進出口溫度一定的條件下，當兩種流體都無相變時，以逆流的平均溫差最大順流最小。在完成同樣傳熱量的條件下，采用逆流可使平均溫差增大，換熱器的傳熱面積減??；若傳熱面積不變，采用逆流時可使加熱或冷卻流體的消耗量降低。前者可節(jié)省設備費，后者可節(jié)省操作費，故在設計或生產(chǎn)使用中應盡量采用逆流換熱。當冷、熱流體兩者或其中一種有物相變化(沸騰或冷凝)時，由于相變時只放出或吸收汽化潛熱，流體本身的溫度并無變化，因此流體的進出口溫度相等，這時兩流體的溫差就與流體的流向選擇無關了。除順流和逆流這兩種流向外，還有錯流和折流等流向。 在傳熱過程中，降低間壁式換熱器中的熱阻，以提高傳熱系數(shù)是一個重要的問題。熱阻主要來源于間壁兩側粘滯于傳熱面上的流體薄層(稱為邊界層)，和換熱器使用中在壁兩側形成的污垢層，金屬壁的熱阻相對較小。增加流體的流速和擾動性，可減薄邊界層，降低熱阻提高給熱系數(shù)。但增加流體流速會使能量消耗增加，故設計時應在減小熱阻和降低能耗之間作合理的協(xié)調(diào)。為了降低污垢的熱阻，可設法延緩污垢的形成，并定期清洗傳熱面。一般換熱器都用金屬材料制成，其中碳素鋼和低合金鋼大多用于制造中、低壓換熱器；不銹鋼除主要用于不同的耐腐蝕條件外，奧氏體不銹鋼還可作為耐高、低溫的材料；銅、鋁及其合金多用于制造低溫換熱器；鎳合金則用于高溫條件下；非金屬材料除制作墊片零件外，有些已開始用于制作非金屬材料的耐蝕換熱器，如石墨換熱器、氟塑料換熱器和玻璃換熱器等。 中國換熱器產(chǎn)業(yè)起步較晚。1963年撫順機械設備制造有限公司按照美國TEMA標準制造出中國第一臺管殼式換熱器，1965年蘭州石油機械研究所研制出我國第一臺板式換熱器，蘇州新蘇化工機械有限公司（原蘇州化工機械廠）在20世紀60年代研制出我國第一臺螺旋板式換熱器。之后，蘭州石油機械研究所首次引進德國斯密特換熱器技術，原四平換熱器總廠引進法國維卡勃換熱器技術，國內(nèi)換熱器行業(yè)在消化吸收國外技術的基礎上，開始獲得較快發(fā)展。20世紀80年代后，中國出現(xiàn)了自主開發(fā)傳熱技術的新趨勢，大量的強化傳熱元件被推向市場，國內(nèi)傳熱技術高潮時期的代表作有折流桿換熱器、新結構高效換熱器、高效重沸器、高效冷凝器、雙殼程換熱器、板殼式換熱器、表面蒸發(fā)式空冷器等一批優(yōu)良的高效換熱器。 2.換熱器國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 進入21世紀后，大量的強化傳熱技術應用于工業(yè)裝置，我國換熱器產(chǎn)業(yè)在技術水平上獲得了快速提升，板式換熱器日漸崛起。如蘭石換熱設備公司板式換熱器成功進入國內(nèi)核電建設項目常規(guī)島和核島領域，并陸續(xù)將板式換熱器用于大乙烯項目、鈦白粉生產(chǎn)線等領域。四平巨元瀚洋板式換熱器公司也成功進入大亞灣二期嶺澳核電站的常規(guī)島和核島領域。 最近幾年，我國還在大型管殼式換熱器、大直徑螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器、高效節(jié)能板殼式換熱器、大型板式空氣預熱器方面獲得了重大突破。飛速發(fā)展的柏恩品牌（BHE）誕生于2004年。2008年8月，由中國石化集團上海工程公司與中國第一重型機械公司、蘭州石油機械研究所、鎮(zhèn)海煉化公司共同承擔研制的鎮(zhèn)海煉化百萬噸/年乙烯項目-EO/EG裝置大型管殼式換熱器國產(chǎn)化研制通過技術鑒定，標志著我國在大型管殼式換熱器領域獲得了重大突破。該換熱器是國內(nèi)正在制造的首臺換熱面積超過10000㎡的超大型管殼式換熱器。 2009年4月，中國石化組織專家對“大直徑螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器國產(chǎn)化研制攻關”項目進行了科學技術成果鑒定。該項目是依托中國石化青島煉油化工有限責任公司千萬噸級煉油項目中的320萬噸/年加氫處理裝置開展的，由中國石化工程建設公司、中國石化青島煉油化工有限責任公司、蘭州蘭石機械設備有限責任公司、撫順機械設備制造有限公司聯(lián)合承擔。該換熱器的國產(chǎn)化標志著我國已經(jīng)具備設計和制造DN2000以下的螺紋鎖緊環(huán)高壓換熱器的能力，大大降低了石化工程建設成本，單臺即可節(jié)約采購資金1400萬元，且縮短了交貨期，打破了國外公司壟斷地位。2009年6月，由甘肅藍科石化高新裝備股份有限公司研制開發(fā)的國產(chǎn)首臺10500㎡高效節(jié)能板殼式換熱器暨國產(chǎn)首臺100萬噸/年PX裝置10910㎡板式空氣預熱器在上海通過出廠驗收。該10500㎡高效節(jié)能板殼式換熱器將應用在中國石油烏魯木齊石化分公司100萬噸/年芳烴聯(lián)合裝置，是目前國內(nèi)單臺換熱面積最大的國產(chǎn)板殼式換熱器，其采用的RZ4板型、T型分布器等多項技術屬國際領先，換熱器整體已達到國際先進水平。10500㎡高效節(jié)能板殼式換熱器的研制成功是國產(chǎn)板殼式換熱器發(fā)展的一個重要里程碑，標志著國產(chǎn)板殼式換熱器已跨入國際領先行列，并將結束同類產(chǎn)品依靠進口的歷史。 國產(chǎn)首臺總傳熱面積達10910㎡板式空氣預熱器將應用于中國石油烏魯木齊石化分公司100萬噸 /年對二甲苯（PX）芳烴聯(lián)合裝置，是國內(nèi)首套加熱爐空氣預熱器全部采用全焊接波紋板空氣預熱器的對二甲苯裝置，也是首套排煙溫度低至100℃的裝置，整體技術達到國際領先水平。這臺空氣預熱器屬高效、環(huán)保節(jié)能型熱交換器，其研制成功標志著國產(chǎn)全焊接波紋板空氣預熱器的研制邁上了一個新臺階。 3.換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快，以及全球發(fā)展中國家經(jīng)濟的增長，國內(nèi)市場和出口市場對換熱器的需求量將會保持增長，客觀上為我國換熱器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的市場空間。從市場需求來看，在國家四萬億投資的刺激下，我國國民經(jīng)濟仍將保持較快發(fā)展。石油化工、能源電力、環(huán)境保護等行業(yè)仍然保持穩(wěn)定增長，大型乙烯項目、大規(guī)模的核電站建設、大型風力發(fā)電場的建設、太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中多晶硅產(chǎn)量的迅速增長、大型環(huán)境保護工程的開工建設、海水淡化工程的日益成熟，都將對換熱器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的需求拉動。從產(chǎn)品結構來看，由于石油化工、食品醫(yī)藥、海水淡化等領域對換熱器使用的材料有特殊要求，以及特殊材料換熱器利潤空間相對較大等因素，未來特殊材料換熱器所占比例將會增加，而該類產(chǎn)品價格較高，也會使市場規(guī)模進一步放大。 目前，我國換熱器產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模大概為360億人民幣?；谑汀⒒?、電力、冶金、船舶、機械、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。 4.研究的主攻方向 盡管我國在部分重要換熱器產(chǎn)品領域獲得了突破，但我國換熱器技術基礎研究仍然薄弱。與國外先進水平相比較，我國換熱器產(chǎn)業(yè)與西方發(fā)達國家最大的技術差距在于換熱器產(chǎn)品的基礎研究和原理研究，尤其是缺乏介質物性數(shù)據(jù)，對于流場、溫度場、流動狀態(tài)等工作原理研究不足。在換熱器制造上，我國目前還以仿制為主，雖然在整體制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片壓制方面與發(fā)達國家還有一定的差距。在設計標準上，我國換熱器設計標準和技術較為滯后。目前，我國的管殼式換熱器標準的最大產(chǎn)品直徑還僅停留在2.5米，而隨著石油化工領域的大型化要求，目前對管殼式換熱器直徑已經(jīng)達到4.5米甚至5米，超出了我國換熱器設計標準范圍，使得我國換熱器設計企業(yè)不得不按照美國TEMA標準設計。更為嚴重的是，我國在大型專業(yè)化換熱器設計軟件方面嚴重滯后。目前我國在換熱器設計過程中還不能實現(xiàn)虛擬制造、仿真制造，缺乏自主知識產(chǎn)權的大型專業(yè)計算軟件。由于在換熱器的相關工藝計算、傳熱計算和振動模型的計算方面缺少大型專業(yè)化軟件支持，使得我國對設計出來的換熱器產(chǎn)品無法準確預計其使用效果，這使得我國企業(yè)在換熱器產(chǎn)品招標過程中處于不利地位。因此在未來必須重視換熱器產(chǎn)品的基礎研究和原理研究，制作出我國自己的換熱器標準。 五．主要研究內(nèi)容、需重點研究的關鍵問題 主要研究內(nèi)容 (1）設計方案的確定； （2）換熱器的設計計算，包括：熱負荷計算、平均溫差的計算、傳熱面積計算、換熱管的選擇、管數(shù)計算與排列、殼體直徑與殼體厚度的確定、管程和殼程壓力降的計算、總傳熱系數(shù)的計算與校核； （3）主體構件的設計和連接，包括：管束分程及管殼分程情況，管板、管箱與封頭、折流板、支承板、拉桿與定距管等； （4）輔助結構的選用； （5）完成設備裝配圖及重要零部件圖； 六. 設計時間安排 時 間 階段 內(nèi)容與任務 成果 5-7周 畢業(yè)實習 了解設計相關的技能 資料收集、實習日志、實習報告 8-9周 設計準備 進行深入的調(diào)查和國內(nèi)外文獻查閱、確定設計思路和步驟 外文翻譯、開題報告 9-11周 方案設計 完成氨氣換熱器的數(shù)據(jù)計算和分析,進行廣泛的設計方案構思 計算數(shù)據(jù)，工藝結構 12-14周 深入設計 進行fluent模擬實驗并完成零件圖和裝配圖 電子圖與設計說明書綱要 15-16周 末期設計 完成設計所有環(huán)節(jié)，定型打包，設計說明書的編寫 設計說明書 17周 答辯準備 設計過程中所有文件的檢查修改、答辯用材料的編寫 畢業(yè)設計、電腦演示、論文答辯提綱、視頻課件制作 七．指導老師審核意見 簽 字： 年 月 日 II - 8