化工机械与设备课程设计

化学工程学院

化工机械与设备课程设计

设计说明书

专业化学工程与工艺

班级化工11-4

姓名沈杰

学号

指导老师杨泽慧

日期2014年6月10日

成绩

化学工程学院2013-2014（2）

化工机械与设备课程设计任务书

一、课程设计题目：管壳式换热器的机械设计

二、课程设计内容

1．管壳式换热器的结构设计

包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。

2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核

（1）根据设计压力初定壁厚；

（2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力；

（3）计算是否安装膨胀节；

（4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。

3. 筒体和支座水压试验应力校核

4. 支座结构设计及强度校核

包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓

5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定

6. 编写设计说明书一份

7. Auto CAD绘3号设备装配图一张

三、设计条件

1气体工作压力

管程：半水煤气（0.80+学号最后两位第一个数字×0.02，单位：MPa）

壳程：变换气（0.75+学号最后一位数字×0.01，单位：MPa）

2壳、管壁温差50℃，t t＞t s

壳程介质温度为320-450℃，管程介质温度为280-420℃。

3由工艺计算求得换热面积为（130+学号最后一位数字×5），单位：m2。

4壳体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数，接管及其他数据查表选用。

5壳体与支座对接焊接，塔体焊接接头系数Φ=0.9

6图纸：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。

四、进度安排

6月9-6月20日

五、基本要求

1.学生要按照任务书要求，独立完成设备的机械设计；

2.设计说明书一律采用电子版，指导老师指导修改后打印，3号图纸终稿打印；

3.图纸打印后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在6月20日上午9点半前，由各组组长负责统一提交。

5.根据设计说明书、图纸、平时表现综合评分。

六、说明书的内容

任务书

1.符号说明

2.前言

（1）设计条件；

（2）设计依据；

（3）设备结构形式概述。

3.材料选择

（1）选择材料的原则；

（2）确定各零、部件的材质；

（3）确定焊接材料。

4.绘制结构草图

（1）换热器装配图；

（2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；

（3）标注形位尺寸；

（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等；

5.壳体、封头壁厚设计

（1）筒体、封头及支座壁厚设计；

（2）焊接接头设计；

（3）压力试验验算；

6.标准化零、部件选择及补强计算

（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算；

（2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算；

（3）其它标准件选择。

7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。

8.主要参考资料。

【格式要求】：

1.计算单位一律采用国际单位；

2.计算过程及说明应清楚；

3.所有标准件均要写明标记或代号；

4.设计说明书目录要有序号、内容、页码；

5.设计说明书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更；

6.表达清晰，层次分明；

7.设计说明书要有封面和封底，均采用A4纸，装订成册。

七、主要参考资料

[1] 《化工设备机械基础课程设计指导书》.化学工业出版. 2009.1

[2] 《化工设备机械基础》第五版刁与玮王立业编着2010.6；

[3] 《化工单元过程与设备设计》匡国柱史启才主编；

[4] 《化工制图》华东化工学院制图教研室编人民教育出版社1980；

[5] 《化工设备机械基础》参考资料；

[6] 《钢制压力容器》GB150-2011；

[7] 《钢制塔式容器》JB/T 4710-2005；

[8] GB151-1999 《管壳式换热器》1999年；

[9] 《压力容器安全技术监察规程》国家质量技术监督局1999年。

目录

符号说明

T t操作状态下管壁温度，℃ F 换热面积，m2；

T s操作状态下壳壁温度，℃ a 管间距，mm

Ф焊接接头系数，无量纲；d i壳体内径，mm；

B 正六边形对角线上的管子数，个；d o壳体外径，mm；

Ln 换热管长度，mm；P c计算压力，MPa;

d均管子的平均直径，mm；P w工作压力，MPa; [Pw] 最大允许工作压力，MPa；P 设计压力，MPa;

P T水压试验压力，MPa; δ计算壁厚，mm；

DN 直径（公称），mm；δd 设计壁厚，mm；

PN 公称压力，MPa；δn 名义壁厚，mm；

Pt 管子的工作压力，MPa；δe 有效壁厚，mm；

Ps 壳体的工作压力，MPa； C 厚度附加量，mm；△t 管壳壁温度，℃；C1钢板的负偏差，mm；[q] 许用拉脱力，MPa；C2腐蚀欲量，mm；

a 线膨胀系数，1/°C；σs 屈服点，MPa；

f 每四根管子之间的面积，mm2；h1曲面高度，mm；

At 换热管截面面积，mm2；ho 短圆筒长度，mm；As 壳壁横截面面积，mm2；h2直边长度，mm；

F1管、壳壁温差所产生的轴向力，

N；

E 弹性模量，MPa；

F2压力作用于壳体上的轴向力，N；q t温差应力，MPa；

F3压力作用于管子上的轴向力，N；q p 在操作压力下，每平方米胀接周边受到的力，MPa；

①胀接长度，mm ；

②最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，mm；