F240填料函式换热器设计含开题及9张CAD图

F240填料函式换热器设计含开题及9张CAD图,F240,填料函,换热器,设计,开题,CAD F240填料函式换热器设计 摘 要 在现在的社会中，换热器的使用方面越来越大，从工业生产到家庭应用，随处都有他的身影。换热器的主要工作原理就是根据管程和壳程中内部液体温度差来做到换热的目的，我们可以铜锅控制温度做到精确换热。 本次设计的课题是F240填料函式换热器设计。填料函式换热器是由管箱、壳体、换热管、浮头、压盖、密封圈等零部件组成。结合给定参数进行接下来的设计。填料函式换热器的管束可以抽出进行机械清洗，同时可以满足结垢比较严重、管程受到侵蚀比较严重的情况。相较浮头式换热器，其金属的耗费程度要大大降低。本次设计，我将会结合给定参数，开始设计换热管，壳体等部件，同时进行强度校核，最后利用AutoCAD软件进行绘图工作。 通过本次毕业设计的学习，很好的应用了我大学学习的机械知识，从生产到制造，从制造到安装维护，让我学会了工作的串联，为我毕业之后的机械工作打下了稳固的技术。 关键词 ：工业生产;换热器;壳体；管束；强度校核 ABSTRACT In today's society, the use of heat exchangers is increasing proportion, from industrial production to home applications, everywhere he figure. The main working principle of the heat exchanger is to achieve the purpose of heat transfer according to the temperature difference between the inner liquid in the tube side and the shell side. Design of this project is F240 filler function heat exchanger design. Filler heat exchanger is composed of tube box, shell, heat transfer pipe, floating head, gland, sealing ring and other parts. combined with the given parameters for the following design. The tube bundle of the packed heat exchanger can be pulled out for mechanical cleaning, and it can satisfy the serious scaling at the same time The erosion of the tube is serious. Compared with floating head heat exchanger, the consumption of metal is greatly reduced. For this design, I will combine the given parameters, start to design heat transfer tube, shell and other components, at the same time strength check, and finally use AutoCAD software for drawing work. Through this graduation design study, very good application of my university study of mechanical knowledge, from production to manufacturing, from manufacturing to installation and maintenance, let me learn to work cohesion, for my future mechanical work laid a solid technology. Key words ：industrial production；heat exchanger; shell; tube bundle; strength check 目 录 1 概述 1 1.1设计背景 1 1.2换热器的分类 1 1.2.1按传热原理分类 2 1.2.2按传热种类分类 2 1.2.3按材料分类 2 1.3管壳式换热器 2 1.3.1固定管板式换热器 2 1.3.2浮头式换热器 3 1.3.3填料函式换热器 3 1.3.4 U形管式换热器 3 2 F240填料函式换热器工艺设计 5 2.1换热器设计参数 5 2.2材料的选择 5 2.3换热面积的确定 5 2.4换热管的设计 6 2.4.1换热管材料、管径的选择 6 2.4.2换热管管长的选择 6 2.4.3换热管数量的确定 6 2.4.4换热管的排列和管心距 6 2.4.5折流板设计 8 2.5拉杆选择 9 3 换热器结构设计 10 3.1壳体设计 10 3.1.1壳体材料的选择 11 3.1.2壳体内径的设定 11 3.1.3壁厚的确定 11 3.2封头设计 12 3.3管箱设计 12 3.4管板设计 13 3.5支座的选择 13 3.6法兰连接 14 3.6.1壳体法兰设计 15 3.6.2管箱法兰设计 16 4 强度校核 17 4.1壳体厚度计算 17 4.2管子与管板连接拉脱应力的校核 18 4.2.1换热管轴向应力 18 4.2.2换热管与管板连接拉脱力 18 4.3压力试验 18 4.3.1管程圆筒 18 4.3.2壳程圆筒 19 4.4开孔补强计算 19 5 换热器的制造工艺 21 5.1加工工艺 21 5.2管板的加工工艺 21 5.3换热管的加工工艺 22 5.4折流板的加工工艺 22 5.5组装工艺要求 22 6 换热器安装与检修 23 6.1安装与检修 23 6.2换热器安装 23 6.2.1安装前的准备 23 6.2.2换热器的安装 24 6.2.3压力试验 24 6.2.4附件的安装 25 6.3换热器的检修 25 6.3.1管壁积垢的清除 25 6.3.2泄露的修理 25 6.4换热器腐蚀预防 26 7 总结 28 参考文献 29 致谢 30 III 1. 概述 1.1设计背景 换热器在化工生产中是一种经常使用的设备，不仅仅是在化工生产领域，在我们平时的生产生活中也是经常遇到的，是我们不可或缺的设备。由于换热器涉及的领域非常广泛，所以世界上有很多设计研究者围绕其展开多种研究，在随着当今社会能源的短缺，各个国家都在着手寻找可以替代的全新能源。在经过资金以及人力的共同努力下，产生了一批又一批性能良好的换热元件。随着时间的推移，会研究更加强大的换热器种类。到了那个时候，或许我们的能源问题在某种程度上就会得到一定的缓解。 换热器的研究不仅仅在海外受到高度的关注，我们国家的高校与研究所的研究人员也在着力研究这方面的课题。从上世纪中期开始，我们国家用了差不多二十年的时间，完成了对换热器知识的学习与生产制造。进入到八十年代，随着改革开放的浪潮，涌现出一批又一批人才开始自主研发换热器，换热器在市场中出现了，一时间出现大量人追随他们的脚步，进行换热器的研发工作。到了九十年代，国家技术发展突飞猛进，换热器研发用途从民间家庭使用转变为化工科技生产领域，为国家制造的大量经济效益，并大大提高生产效率。 1.2换热器的分类 图1 换热器分类 换热器作为换热设备在工业生产中经常见到，随着换热器数十年的发展，目前已经有多种的换热器，本次设计只会挑选其中部分常见的换热器进行介绍。 1.2.1按传热原理分类 （1）直接接触式换热器：这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热、接触面积直接影响到传热量。 （2）蓄能式换热器（蓄能器）：这类换热器的原理是通过一种固体物质，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到传递热量的目的。 （3）板、管式换热器：这类换热器原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质的传热设备，这类换热器我们通常称为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。 1.2.2按传热种类分类 （1）无相变传热：一般分为加热器和冷却器。 （2）有相变传热：一般分为冷凝器和重沸器。 1.2.3按材料分类 材料我们主要分为金属材料或者非金属材料这两个方面。金属材料根据其温度强度等性能再进行具体划分。 1.3管壳式换热器 1.3.1固定管板式换热器 图2 固定管板式换热器 固定管板式换热器的结构采用两侧管板与壳体固定衔接形式。壳体内所陈列的管束比较多，刚性结构连接，且紧凑简单、管板薄、造价低。这种换热器的不足之处是管束或管间清洗困难，在设计这类换热器时要保证其管程与壳程存在温度差，这样才能完成传热工作，因此也会产生应力。所以，固定管板换热器适用于壳程难以出现污垢，管程需要定期进行冲洗，管程与壳程的温度差不是很大或者尽管温度差比较大但壳程的压力较低的情况下。 1.3.2浮头式换热器 图3 浮头式换热器 换热器的的两端管板分别壳体连接，另一侧管板在壳体内部活动。浮头式换热器的内部结构较复杂，其内部材料损耗大，浮头端如出现内泄漏不易检查，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果，因此该换热器适用于管、壳程温度相差比较大，两种介质流体容易积累污垢，介质腐蚀性较弱的工作状态。 1.3.3填料函式换热器 填料函式换热器的制造型式是浮头与壳体间被填料函完全包裹的同时，允许管束自由延长。这种结构特别适用于介质损耗较严重、温度波动较大且要经常更新管束的冷却器。因为它有浮头式的优点，又克服了固定式的不足，结构要比浮头式简单，制作比浮头式方便，洗刷检验相对于浮头式要更容易，密封出现故障时能尽快发现。Error! Reference source not found. 1.3.4 U形管式换热器 这种换热器的内部管束被弯成U形，每个管子的一边都固定在一个管板上。由于管程与壳程只有一端固定对接，所以不需要考虑管程与壳程因为膨胀而产生的应力。又因为该结构仅有一块管板，没有浮头，故结构不是很复杂，需要的成本不是很高。另外该种换热器的管束可从壳体内抽出，便于清洗管子外侧。U形管式换热器适用于温度较高，压强较大的局面，但在高压情况下弯管段的管壁需要加厚以起到补强作用。 图4 U形管式换热器 2. F240填料函式换热器工艺设计 2.1换热器设计参数 表1 换热器设计参数 项目 设计要求 1 管程介质 煤油 2 壳程介质 水 3 管程设计压力 1.35MPa 4 壳程设计压力 1.25MPa 5 管程设计温度 270℃ 6 壳程设计温度 100℃ 7 换热面积 240㎡ 8 腐蚀余量 自定 2.2材料的选择 换热器的可用材料型号比较多，选用换热器的材料一般考虑的因素主要从结构、加工工艺过程、强度、压力、介质、腐臭、可利用性等方面来考虑。材料选择不妥会造成可利用性降低或失效，其工作时长大大减削。换热器的材料一般分为金属材料和非金属材料。结合上表的管程、壳程材料、压力、温度等因素可以选择合适的材料。Error! Reference source not found. 2.3换热面积的确定 通常的换热器设计会给定两种介质进口和出口的温度，计算出有平均温度差。通过流体的物性，知道传热系数K，再进一步计算交换热量Q，就可以推导出换热面积。我们本次的设计已经将换热面积给定，故不用进一步计算，换热面积为240㎡ 2.4换热管的设计 2.4.1换热管材料、管径的选择 换热管的材料本次选择低碳钢，碳含量不是很高的钢，其强度虽然较低，但是其塑性好，较容易进行焊接，适宜作为换热管材料。选择较小的管径可以节约成本，但是也会造成阻力增大，不易清洗等问题。结合《换热器设计手册》填料函式换热器基础参数的选取。因为管程介质煤油的流动性较好，不容易结垢，所以选择较大的外径值。初选用外径为d=φ25mm,管壁厚δ=2.5mm的换热管。 表2 换热管规格及排列型式 换热管外径*壁厚（d×δt） 排列型式 管间距 碳素钢、低碳钢 不锈耐酸钢 25×2.5 25×2 正三角形 32 19×2 19×2 25 2.4.2换热管管长的选择 没有相变换热时，换热管的长度较长则会导致传热K值的增加。在传递热量的面积相同的情况下，采用长度长的管则流动面积小，流动速率大，管程数较少，从而可减少流液在换热器中的回弯次数，因而压力降也较小；而且采用比较长的管子时，单位面积的传热性能会变好。但是，管子太长给制造带来困难。因此，一般选择管长4-6m，本次设计我选择管长6m。 2.4.3换热管数量的确定 A=πd（L-2δ-0.006）n （1） 可得n≈518 上式中 A——计算换热面积，㎡； d——换热管外径，m； L——换热管长度，m； δ——管板厚度，m； n——换热管根数。 2.4.4换热管的排列和管心距 图5 换热管的主要排列方式 换热管确定数量和长度后，我们就要确定他们相互之间的组合方式，还要考虑到内部流动液体的性质和选择适宜的结构以及制造等方面的问题。管子在管板上排列的方式，用的比例较高的是正三角形和正方形组合法。 当壳程流体是不污性介质时，采用正三角形排列法。当壳程流体需要用机械洗涤时，采用正方形排列法。因为设计的填料函式换热器要进行机械冲洗，所以选择正方形排列法。 管板上两管子中心的距离成为管心距，管心距的决定要考虑管板的强度和清洗管子外侧时所需的缝隙。当管子采用点焊途径来固定时，相互紧邻两根管的焊接缝隙太近，就会受到一定的影响，这很难保证它们符合工作要求。而采用胀接法固定时，过小的管心距会造成管板在胀接时由于在相互挤压的作用下发生变形，失去了管子与管板之前的连接性。本次设计选用胀接法固定。中心距范围一般选用（1.25-1.5）d，换热管两管子之间的中心距t=32mm，间隔板中心到其最近一组中心长度S=22mm，因为设计双管程换热器，各程相邻管的管心距为44mm，相互相连的两管间净空距离不应该小于6mm。 图6 胀接图示 2.4.5折流板设计 图7 折流板类型 在对流传热的换热器中，为了加强壳程内部流液的流动速度和湍流程度，以更好地用来传热，在壳程内装置折流板，折流板还起到支撑换热管的作用。折流板可分为横向折流板和纵向折流板两种。前者使流体横向流动；后者使管间的流体平行流过管束。常见的横向折流板有圆缺和圆环两种。圆缺形折流板在实际工作中较为常见，这种折流板可确保流体经圆缺部分后垂直流过管束，确保其尽可能多的流动到每个地方，所以较为良好，结构也简单。 2.5拉杆选择 图8 拉杆 拉杆常用的组成样式有两种。一种是拉杆定距管结构，这个适用于换热管外部直径d≥19mm的管束，而且要求l2＞La。另外一种是拉杆与折流板连贯模型，这个结构适用于换热管外径d≤14的管束，而且要求l1≥d。当管板比较薄的时候，也可以使用其他类型的连接组合。根据上述设计可知，d≥19mm。选择拉杆定距管结构。根据《换热器设计手册》表1-6-36，1-6-37,1-6-38可知拉杆的具体参数。Error! Reference source not found. 表3 拉杆参数 拉杆直径d 拉杆螺纹公称直径dn Ｌa Ｌb b 拉杆的数量 16 16 20 60 2 6 3. 换热器结构设计 图9 换热器结构图样 3.1壳体设计 图10 壳体 3.1.1壳体材料的选择 16MnR是普通低合金钢,在压力容器中使用得较为普遍，在我们生活中也有很多的应用。它的强度较高、塑性韧性良好。常见加工情况为热轧或正火。属低合金高强度钢，含Mn量较低。性能与20G（412-540）相比较十分接近，抗拉强度为（450-655）稍强，伸长率为19-21%，比20G的大于24%差。 3.1.2壳体内径的设定 根据公式D=1.05t*(Nt/η)^（1/2），设计双壳程换热器，其管板的利用率为0.55-0.7，取η=0.6，Nt为518，管心距t为32mm，D为987，圆整为1000。 3.1.3壁厚的确定 由上述设计可知，壳程设计温度为100℃，壳程设计压力为1.25MPa。根据GB6654-1996知，选用16MnR为壳体材料，[σ]t=170MPa，采用焊接接头。其中Φ=0.85，Di=1000mm，C2=3mm，C1=0.5mm。Error! Reference source not found. 利用钢制压力容器计算壁厚： （2） 取整为5mm，其中Pc为壳程设计压力，Di为公称直径 设计厚度： δd=δ+C2=5+3=8mm （3） 名义厚度： δn=δ+C1=5+0.5=5.5mm，取整δn为6mm （4） 有效厚度： δe=δn-C1-C2=6-3-0.5=2.5mm （5） 厚度关系如下图 图11 厚度关系 3.2封头设计 封头有多种类型，我们需要按照实际情况选择合适的种类。封头与壳程管箱和隔板相互连接，封头的材料选择16MnR。根据设计要求，我们选择椭圆形封头，类型代号EHA。根据《换热器设计手册》表1-6-4，按照公称直径，设计材料压力的限定，可以得知，封头厚度为10mm。曲面深度就是封头高度和直边高度的差值（Hi=H-h），而且，Di/2（H-h）=2，所以曲面高度为250mm，其中直边高度h选择40mm，封头高度H为290mm。Error! Reference source not found. 图12 封头 3.3管箱设计 图13 管箱 管箱的作用是把管程流体平均分布到各传热管和把管内流体收集在一起送出的换热器，在多管程的换热器中，管箱还起改变流体方向的作用。管箱的材料初步选用16MnR，由《换热器》表8-2可知，设计的公称直径为1000，则隔板最小厚度为10mm。管箱直径越大，要求隔板厚度越大，以保持其刚性和密封面必要的宽度。应注意当脉动流体或隔板两侧压力差值很大时，隔板的厚度应适当增加厚度或改变隔板的结构。 3.4管板设计 图14 管板 管板一般采用低合金钢铸造，或者采用低合金钢板加工，材料选择16Mn，该材料使用一般不需要预热，只有在温度低或者大刚性，结构繁杂焊接时，为防止出现低温裂纹，需采取预先加热的措施。在确定管板后，我们需要确定换热管与管板的连接方式。换热管与管板连接种类可分为以下几种：1.强度胀接：适用于设计压力小于等于4MPa，设计温度小于等于300℃，操作时无强烈变化、无明显变化的温度及无突出的应力腐朽的条件。2.强度焊接：适用于设计压力小于等于35MPa，不会出现损毁的环境。3.胀焊齐用：适用于设计压力小于等于35MPa，封锁要求较高，承担动荡或疲劳载荷，有间隙腐坏，采用复合板的时刻。一般焊接后都要进行轻微的胀接，这种胀接被称为贴胀，其胀接变形要远小于强度胀。其作用是减小管板和管热管的间隙，防止工作中换热管的震动而使焊口产生疲劳破坏。根据以上的描述，我们选择胀接的方法连接。根据管板换热器表可知，管板尺寸为DN1000 D1130 D1 1090 D2 998 a 40 b 23。Error! Reference source not found. 3.5支座的选择 卧式容器的支座有三种：鞍座，圈座和支腿。其中鞍座是应用最广泛的一种卧式容器支座，常见的卧式容器和大型卧式贮槽，热交换器等多采用这种支座。鞍座是由横向筋板，许多轴向筋板和底板焊接而成。在与设备相连处，有含加强垫板和不带加强垫板两种结构。其材质选择16MnR。 图15 鞍式支座 3.6法兰连接 法兰连接就是把两个管道、管件，先各自固定在一个法兰盘上，然后在两个法兰盘之间加上法兰垫，最后用螺栓将两个法兰盘栓紧使其成为结合在一起的一种可卸载的接头。可以实现静态的管道到旋转或往复运动的设备之间的连接。法兰连结一般可以分为五种：即平焊、对焊、承插焊、松套、螺纹。1.平焊：仅仅焊接表面，不需焊接里面;一般常用于中、低压管道中，管道的公称压力要低于4MPa。平焊法兰的密封面有三种，分别是光滑式、凹凸式以及榫槽式，其中以光滑式应用最为广泛，并且价格合适，是工业利用中受喜爱的一种。2.对焊：法兰的内部与外部都要焊接，一般多用于中、高压管道中。对焊法兰连接方式的密封面是凹凸式的，安装比较复杂，所以各种花钱、拼凑过程以及辅材费都比较高。3.承插焊：一般多用于公称压力小于等于10.0MPa，公称直径小于等于40mm的管道中。4.松套：一般多用于压力不高但其中介质比较有腐蚀性的管道中，所以这类法兰抗腐蚀性强，其主要是由不锈钢组成的。这种连接主要用于铸铁管、衬胶管、非铁金属管和法兰阀门等的连接，零部件设备与法兰之间也都采用法兰连接。 图16 平焊法兰 3.6.1壳体法兰设计 对于壳体法兰的设计，可以选择平焊或者对焊法兰。根据给定参数的考虑，我们发现壳体的设计压力不是很高，所以可以选择平焊法兰。相较于平焊法兰，对焊法兰可以适应中高压力的环境，同时其设计安装复杂，成本高昂，所以不会选择这种法兰。平焊法兰适用的直径范围广泛，在300-2000mm的公称直径范围内均可以。上述也有所提及法兰的密封面，由于设计参数无过多限制，考虑成本等其它因素，选择光滑式密封面最佳，材料为16Mn，公称直径1000，设计压力为1.6MPa。垫片选用石棉胶板，螺柱与螺母材料选择Q325A尺寸为DN1000 1255 1170 1110 5 56 48 28-M42。 图17 壳体法兰 3.6.2管箱法兰设计 根据管箱设计参数可知，设计压力是1.35MPa，管箱介质是煤油，设计温度为270℃，选择光滑式平焊法兰，材料为16Mn，公称直径1000，公称压力1.6MPa。垫片选用石棉胶板，螺柱与螺母材料选择Q325A，尺寸为DN1000 1255 1170 1110 5 56 48 28-M42。 图18 管箱法兰 4.强度校核 4.1壳体厚度计算 图19 内压力圆筒 由上述设计可知，壳程设计温度为100℃，壳程设计压力为1.25MPa。根据GB6654-1996知，选用16MnR为壳体材料，[σ]t=170MPa，常温屈服点σs=345MPa，采用焊接接头。其中Φ=0.85，Di=1000mm，C2=3mm，C1=0.5mm。Error! Reference source not found. 利用钢制压力容器计算壁厚： 取整为5mm，其中Pc为壳程设计压力，Di为公称直径 设计厚度：δd=δ+C2=5+3=8mm 名义厚度：δn=δ+C1=5+0.5=5.5mm，取整δn为6mm 有效厚度：δe=δn-C1-C2=6-3-0.5=2.5mm 试验压力值 （6） 压力试验允许通过的应力水平[σ]T≤0.90σs=310.50 试验压力下圆筒的应力 （7） σT≤[σ]T，该部分校验合格。 4.2管子与管板连接拉脱应力的校核 根据公式a=πδt（d-δt）=3.14×2.5×（25-2.5）=176.71mm² （8） 其中a————一根换热管金属的横截面积 d————换热管外径 δt————壁厚 4.2.1换热管轴向应力 根据GB6654-1996知，在该设计温度下换热管的许用应力[σ]t=170MPa。 壳程的设计压力Ps=1.25MPa，管程的设计压力Pt=1.35MPa。 （9） σt＜[σ]t，符合要求 4.2.2换热管与管板连接拉脱力 首先计算管板材料许用拉脱力[q]，[q]=0.5[σ]t=0.5×170=85MPa，换热器与管板焊脚高度l=2mm （10） 管子与管板连接拉脱应力符合要求 4.3压力试验 4.3.1管程圆筒 设计压力P=1.35MPa，设计温度270℃，试验压力 （11） 其中[σ]/[σ]t的比值为1 应力校核： （12） 查《化工设备设计》，σs=380MPa，所以符合设计要求 4.3.2壳程圆筒 设计压力P=1.25MPa，设计温度100℃，试验压力 （13） 应力校核 （14） σt＜0.9Φσs=0.9×1×380=342MPa，所以满足设计要求。 4.4开孔补强计算 图20 开孔补强 接管选用φ219×16，计算用GB150-1998等面积补强单孔法。 计算情况如下，计算压力Pc为1.25MPa，设计温度为100℃，壳体形式是圆形筒体。壳体选择的材料是16MnR。壳体开孔处焊接接头系数φ为0.85，壳体内直径 Di为1000mm，壳体开孔处名义厚度δn为6mm，壳体厚度负偏差 C1为0.5mm，壳体腐蚀裕量 C2为3mm，壳体材料许用应力[σ]t=170MPa。 接管实际外伸长度是100mm，接管实际内伸长度为0mm，接管焊接接头系数为1，接管腐蚀裕量为0。接管厚度负偏差 C1t为2mm。接管材料许用应力[σ]t=170MPa，补强圈许用应力[σ]t=170MPa。 确定以上参数后进行开孔补强计算。壳体计算厚度δ=4.3mm，接管计算厚度δt=2.63mm。补强圈强度削弱系数 frr=0，接管材料强度变弱系数 fr=0。开孔直径 d=191mm，补强区有效宽度 B=328mm。接管有效外伸长度 h1=55.28mm。接管有效内伸长度 h2=0mm。开孔减弱所需的补强面积A=1584mm2，壳体余除金属面积 A1=555.2mm2，接管多余金属面积 A2=1257mm2，补强区内的焊缝面积 A3=64mm2，A1+A2+A3=1876mm2，大于A，不需另加补强。Error! Reference source not found. 结论: 补强满足要求,不需另加补强。 5.换热器的制造工艺 图21 换热器主要零件 5.1加工工艺 在上面的设计过程中，我们已经完成了主要零件的设计和校核工作，接下来我们要介绍几个主要部件的加工工艺。 5.2管板的加工工艺 管板的加工工艺与所选择的毛坯材料有关系，我们需要考虑到它的压力和厚度等性质进行加工。在工作中，管板因为是和换热管连接在一起的，所以我们要着重讨论管板中孔的加工形式。 管板中部孔的加工，在通常情况下我们会选择摇臂钻进行单孔的加工。但是由于我们在管板上需要钻多个孔与换热管相接，随着现在技术的发展，我们可以使用多头钻或者数控设备，这样的可以大大节省各项成本。 5.3换热管的加工工艺 在上面我们已经谈论了管板问题，接下来就要讨论与其紧密相连的换热管。对于换热管的制造，如果进行批量生产，我们可以按照管束确定尺寸进行加工。通常情况下，长度较长的管子需要使用砂轮切割机或者其他类型的切割材料进行切割废料。 5.4折流板的加工工艺 在之前的设计过程中，我们已经选择合适的折流板材料和类型。在加工过程中，我们要考虑到切削加工余量，一般预留4-6mm。同时，一定要确保加工坯料圆润平整。折流板也需要考虑孔制造，孔加工的时候要保证孔径和孔间距相对精准，我们还需要用螺栓对孔完成夹持工作。最后，折流板要按照要求剪切成弓形，用来减小误差。 5.5组装工艺要求 筒体需要装焊法兰，我们需要考虑筒体纵缝符合我们设计容器的规格，还需要按照基准平面选定原则保证垂直度和法兰的螺孔方位，我们还需要考虑法兰之间的形位公差，使其符合固定要求。 在加工法兰的过程中，我们需要防止其密封面发生变形，我们的焊接顺序应该先焊接背面，后焊接端口。当筒体的厚度比较大的时候，我们的焊接顺序可以进行调整。如果法兰较厚而且筒体较薄，我们可以选择薄法兰焊接手段。对于厚法兰，我们需要进行预热，然后进行加工，否则可能出现焊缝裂纹。 当以上材料制造完毕后，我们需要将管箱筒节两侧分别与封头和法兰焊接在一起。我们在焊接之前需要将、确定他们校验合格。Error! Reference source not found. 6.换热器安装与检修 6.1安装与检修 换热器是化工生产中用来调节温度的一种化工设备。两种不同温度，不同种类的介质经过换热器的洗礼，会对其出口温度造成影响。 制作换热器的材料非常多，可以采用金属材料设计换热器。同时，我们也可以使用非金属材料制造换热器。经过了很多次的技术革新，换热器是十分常见的一种设备，当然其种类也是多种多样的，具体的样式在上文中已经有了详尽的解释，接下来我们将要围绕换热器的安装以及检修进行深入讨论，最后将围绕腐蚀问题单独进行介绍。Error! Reference source not found. 6.2换热器安装 6.2.1安装前的准备 首先在设计工作完成之后，我们需要进行安装工作，在安装工作之前也需要完成前期的准备工作： （1）安全教育：无论从事什么岗位，首先要确保工作者的生命安全。分批开展安全课程的培训。要求操行者按照要求戴上安全帽，穿工作服饰，不能够穿短裤。女性工作人员不得在工作岗位盘头，不得穿裙子等衣物。牢记工作的规章制度。在施工地内部行走，不得接打手机，时刻保持警惕。 （2）施工的现场准备：根据施工的现场设计布局图样，对现场的各个方面进行详尽的检查，确定出设计材料的运输路线，其环境是否符合安装的条件，确保空间的足够宽敞。同时也要保证运输过程中的道路畅通，尽可能少的发生颠簸，让换热设备平稳有序地到达安装。 (3)换热设备的验收：换热器安全抵达目的地后，要按照图纸和说明书对部件进行逐一的检查。当部件出现质量问题或者尺寸不达标时应该责令生产部门重新进行生产制造。切忌出现麻痹大意，使之造成安全事故和财产损失。要做好验收记录，查阅生产合格证数以及质量的相关核验材料。 （4）基础的验收：在上一步设计验收的情况下，进行更加严谨的验收，确保有测量记录以及施工技术层面的资料，绝对不能够麻痹大意，草草了事。 （5）吊装的准备：吊配部门应该准备好全部工具，应该实地进行多次考察，选择合适的东西。要对这些设备进行前期的检查工作。吊装的换热器直径有大有小。当换热器的直径比较大的时候我们要格外注意，因为其质量比较大，要选择合适的方法进行吊装。吊装时捆绑的位置也要格外注意，否则，有可能会在吊装过程中发生变形。 （6）编写施工方案：首先，要确定施工人员，考察他们的专业水准。接下来按照他们的专业领域，合理进行分工安排。做好施工的准备环节，对施工人员做好安全辅导工作。对施工的进度做出合理的评估。同时，要做好施工的说明，确保工作人员简而易懂地完成工作。 6.2.2换热器的安装 （1）换热器的组装顺序，安装一般按下列顺序和要求进行。 1）检查换热器各部位尺寸的偏差务必要满足国家标准，具体的偏差值可以按照国家标准查验，也可以通过查询相关换热器的设计说明书图表进行确认。这一部分的工作主要由质检人员监督。 2）基础上活动支座一侧应预先留出滑板，地脚螺栓双方都有垫铁。设备找平后，斜垫铁可以和设备底座板焊接在一起，但不应该和底部的平垫铁或滑板相接在一起，且垫铁必须保证平滑，以确保活动支座可以自由的伸缩。 3）活动支座的地脚螺栓需要安装两个螺母，螺母与底板间应保留足够的距离，使底板能自由的滑动。 4）换热器安装后允许法人偏差应该满足下列的条件： a.标高≤3mm b垂直度(立式)≤1/1000且不大于5mm，水平度（卧式）≤1/1000且不大于5mm c中心位移≤5mm。 5）与换热器相连接的管线，为避免受到力量大的损伤，应在不受力的情况下进行安装，并且不能够阻碍换热器的热膨胀。 6.2.3压力试验 换热器的压力测试（以填料函式换热器为例），由于换热器的种类繁多，根据种类的不同，换热器压力试验的方法也会有所差异。 首先我们需要拆下来换热器的封头，对壳程进行液压(一般采用水)试验。确保达到压力的试验值之后，再检查完换热器的壳体之后，我们应该首要检查换热管与管板之间的连接接头。检查连接点之间是否紧密，不存在任何问题。如果有的接头出现了漏液体，我们需要对有问题的部分作出标记，在卸压之后再重新进行焊接工作，然后再次重复上述的压力试验工作，直到合格为止。 在确保管程测压满足工作需求之后，再装上垫片安装封头，最后开展管程压力的测验。确保符合压力要求后，再展开安装工作。 6.2.4附件的安装 换热器经安装之后，找平固定完成，可进行其他元件的组装工作。其他附件的安装方式可以遵循管路的安装进行操作，在安装过程中要确保安装人员的安全，再严格按照安装流程分步进行安装工作。 6.3换热器的检修 换热器安装完成后，在使用过程中或多或少会出现各种问题，其中最容易发生故障的部件就是管子。由于换热管会与介质进行接触，有些介质存在腐蚀性等，会对换热管造成不同程度的损坏。因此，我们需要在定期按时更换换热管。在换热器中，最为常见的故障有管壁积垢，管子出现走漏和振荡等问题，以下我将根据这些问题，逐一进行解释。 6.3.1管壁积垢的清除 在填料函式换热器管子的内外壁上，因为介质与换热管密切接触，经过时间的长期积累，就会很容易形成一层积垢。 然而这些积垢的形成会直接影响换热器的换热效率，使其功效大大减小，因此我们应该定期及时的清理这些积垢。对于如何清理这些积垢，方法也比较广泛，最常用的方法就是机械法或者化学法进行清理。 6.3.2泄露的修理 填料函式换热器的管束是由众多的管子排列组合在一起的，管子泄露的主要原因就是介质与管子密切接触，对管子造成了严重的腐蚀。在对管子展开修理之前，我们需要首先检查管子是否出现了泄露。 通常的检验管子走漏的方法是：在冷却液的低压出口处设置采样管口，在一段时间内，收集冷却水，对其内部成分进行分析。倘若在冷凝水内部存在介质中的成分，那么我们就可以确定管束出现了泄露。然后再采用试压法进一步检验管束具体哪个部分发生了泄露。 在检查的过程中，首先要给管束的一端加装板子，并且要把管束沉浸在池塘中，然后使用适宜压力的空气进行考查，将空气一个接一个放入管口进行试验。如果在压缩空气进入到某个管口时，所连接的水塘出现了小泡，那么就可以证明这个管子出现了泄露问题，那么我们就可以对有问题的管子进行标记。利用这种方法重复进行测验，直到检验出所有管子的泄露，集中进行修理与调换。 1对少量管子泄漏的修理方法 如果管束中的管子泄露根数比较小的情况下，由于其本身对换热器的换热效率影响不是特别大，因此我们可以选择对泄露的部分进行添堵。采用金属材料将管子两侧进行封堵，确保泄露的管子不会参与到工作中来，尽可能的减少的对换热效率的影响。我们要按照规格寻找适宜的金属材料进行封堵，要考虑到金属材料的温度以及直径尺寸等方面。 2对较多管子泄露的修理方法 在上面我们已经讨论了出现少量管子泄露应该怎么处理的办法，接下来我们要讨论如果出现很多管子泄露应该怎么处理。这时再对管子进行封堵是不可行的，因为这样会大大影响传热效率。那么我们这个时候就要对受损的管子进行及时的清换，具体的操作步骤如下： （1）首先我们需要卸下漏的管子，就是将差的管子从管板中抽离出来。在卸除管子的过程中，对于薄壁的有色金属管子可采用钻孔或绞孔的方法，也可以把其一段段接下来，再做到整个的拆除。使用钻孔或绞孔的方法拆除管子时，开孔的工具应该与管板上的内径相参考。同时，我们也可以采用胀接的方法，让管子收缩，脱离对管板的束缚，能够较为轻松地取出泄露的管子。对于管壁厚度比较厚的管子，我们可以利用火焰切割法对泄露的管子进行逐步的切割，就是在管子胀接的部分进行切割，切出几个口子来，然后敲击管子让其与管板接触不牢，收缩之后就比较容易取出了，然后再利用牵引工具把已经收缩好的管子抽离出来。在拆除管子的过程中，切忌对管板内径造成损坏，否则更换的管子将很难与管板进行更好地连接。我们也要记得对管子的两端进行切割拆除工作。 （2）取下泄露的管子后，我们需要重新安装新的管子，其中最常用的方法就是涨接法，其安装的过程与之前管子的安装并没有任何差别。更换的新管子，要确保其各项参数与所替换下来的管子相同，否则就不能够与管板更好地连接。穿入管子时，管子应该与管板的管口紧密连接，不能够出现偏差，应正对应这管板的管口，之后我们就可以把管子与管板相连接了。 以上的换热器故障以及维修方法只是列举了在工作过程中经常遇到的几种情况和使用比例较高的几个解决方案。倘若出现新类型的问题没有在本文体现，应该结合书籍，网络等媒介进一步探讨。 6.4换热器腐蚀预防 我们需要除去应力，应力的来源是五花八门的，在选择材料的过程中，尽可能使用含铜的材料，这样的话对我们的换热器有很大帮助。 其次要保证气体的正常释放，在工作的过程中确保工作环境内排净空气，不会出现杂质。同时要确保两个液体物质的纯净。在制造完毕后，也要做好防腐的手段，要避免在运输过程中出现腐蚀的现象，我们可以通过充入氮气等较为稳定的气体用来保证要求。 换热器不能使用时，通常根据弃用时间的程度，分别选用合适的防治策略，我们可以通过调节PH值来保证其液体的酸碱性，最终可以让换热器工作时长增大。设备的使用寿命与防腐措施做得好坏有密切关系。因此，我们需要加强对这方面的重视。要做好制造完毕后，交付时的衔接工作。 7.总结 本次设计进入到这里就要快要结束了，时间过得非常快。转瞬就要到了毕业的时候，想到去年12月初选这个课题的时候，有万般的不理解，因为大学所学专业是机械制造方面，毕业设计课题的换热器是一种化工生产设备，我有和多方面从来没有接触过。同时，由于今年爆发新型冠状肺炎病毒，导致今年的毕业与以往有所不同，我不能尽快抵达学校与导师进行课题的讨论。好在导师利用网络聊天平台，为我悉心解答各个方面的问题，确保了我毕业设计平稳有序地进展。也要感谢本组共同进行毕业设计的同学，在导师领导下，我们组开展了多次设计讨论会，充分发挥了我们的思维，也让大家根据自身的设计问题展开共同讨论。 在进行毕业设计的过程中，我利用自己大学四年所学的知识进行实践，很多知识在学校学习后因为长时间不使用，变的逐渐生疏了，例如本次使用CAD制图软件很好的帮助我回忆制图的要领。同时，在设计过程中，我发现有很多设计参数在参考书中没有体现，而我已经可以利用网络的书籍文献进行自我完善，做到了自主学习。很高兴经历了这段有意义的半年，让我掌握了很多方面的知识。但是，我也深知，尽管自己已经完成了这个设计，即将步入社会工作，自己专业知识的掌握能力仍然有所欠缺，我还需要在日后的工作中不断磨练，不断摸索，不断充实自己的知识领域。 30 参考文献 [1] 秦叔经，叶文邦.化工设备设计全书-换热器［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2003 [2] 工程材料实用手册编辑委员会.工程材料实用手册［Ｍ］.北京：中国标准出版社，2002 [3] 朱有庭.化工设备设计手册［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2005 [4] 钱颂文.换热器设计手册［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2002 [5] 朱振华，邵泽波.过程装备制造技术［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2011 [6] 华南理工大学化工原理教研组.化工过程及设备设计［Ｍ］.广州：华南理工大学出版社，1986 [7] 赵惠清，蔡纪宁.化工制图 ［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2015 [8] 谭蔚.化工设备设计基础［Ｍ］.天津：天津大学出版社，2014 [9] 陈偕中.化工容器设计［Ｍ］.上海:上海科学技术出版社，1998 [10]喻健良.化工设备机械基础［Ｍ］.辽宁：大连理工出版社，2014 [11]陈兰英.常用化工单元设备设计［Ｍ］.广州：湖南理工大学出版社，2003 [12]吴修慈.化工容器及设备［Ｍ］.天津：天津大学出版社，1986 [13]刑晓林.化工设备［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2019 [14]董俊华.化工设备机械基础［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2019 [15]王志魁.化工原理［Ｍ］.北京：化学工业出版社，2017 [16]张慧.化工设备维护与维修［Ｍ］.北京:化学工业出版社，2019 [17]余建祖.换热器原理与设计［Ｍ］.北京：北京航空航天大学出版社，2019 [18]Jonghyeok Lee,Kwan-Soo Lee.Correlations and shape optimization in a channel with aligned dimples and protrusions [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer， 2013 致谢 终南幽幽，雁塔相伴，是我美丽的校园。转眼间，我已经在美丽的湖南工学院度过了四个年头。四年，这是我人生中非常重要的四年，我的专业是机械设计制造及其自动化，我有幸能够接触到这些不仅传授我知识和学问，而且从更高层次指导我人生与价值追求的良师。他们使我坚定了人生的方向，获得了追求的动力，留下了大学生活的美好回忆。在此，我真诚地向我尊重的老师们和母校表达我深深的谢意！ 这篇论文是在我导师邹芝芳老师的多次指导下完成的。从论文的选题到结构的安排，从内容到文字润饰，都凝聚了他大量的心血。这篇论文在写作的过程中，老师不辞辛苦，多次与我就论文中许多核心问题作深入细致的探讨，给我提出切实可行的指导性建议，并悉心全面的修改我的论文。老师这种一丝不苟的负责精神，使我感动。更重要的是老师在指导我论文的过程中，始终践行着“授人以鱼，不如授人以渔”的原则。他常教导我要志存高远，严格遵守学术道德和学术规范，为以后的继续深造打好坚实的基础，在此，请允许我向我的导师邹芝芳老师表示真挚的谢意。同时，因为设计的内容大同小异，我们设计小组经常会开展讨论工作。尽管这次疫情让毕业设计产生了诸多不便，但是我们还是在讨论组中相互磋商设计中出现的问题。也正是因为参与到这个化工设备设计，让我对机械化工生产产生了浓厚的兴趣，我在毕业之际也签约了类似行业的公司，我要感谢企业和老师对我的大力帮助。 在这里也要感谢在大学期间为我授课的老师，让我领略到机械独特的美。在我学习感到迷茫的时候，老师无数次帮助我重拾信心，为我悉心讲解问题。同时，也要感谢身边同学的帮助，因为自己的计算机办公软件掌握的不是特别熟练，多亏了同学们在这一段时间给我的帮助，让我摆脱了新手阶段，能够独立完成论文排版，格式选定的工作。认识大家，是我的福分，我会常怀感恩之心，永生铭记。当然。我也要感谢参加我毕业答辩的各位老师，老师们提出的问题都很重要，让我深知以后工作需要面对各种各样的机械类问题，我一定会像这次的设计一样，端正自己的学习态度，时刻抱着学习的心态。 最后，要感谢我的父母的支持，在我出现困难的时候对我进行了帮助。正是他们的对我的鼓励支持，让我的大学生涯划下了圆满的句号。