工程学院毕业设计（论文）2013 届题目固定管板式换热器设计专业设备维修技术学生向阳学号 2010232247小组成员侯磊、立东、颖超指导教师蔡香丽、薛风完成日期工程学院教务处印制新疆工程学院毕业论文（设计）任务书班级化设备10-6班专业设备维修技术向阳日期 2013.3.41、论文（设计）题目：固定管板式换热器设计2、论文（设计）要求：（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的容和工作量，最好是独立完成。
（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。
（3）主题明确，思路清晰。
（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域的成果及其最新进展。
（5）格式规，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。
（6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。
3、论文（设计）日期：任务下达日期2013.3.4完成日期 2013.4.104、指导教师签字：新疆工程学院毕业论文（设计）成绩评定报告毕业论文答辩及综合成绩固定管板式换热器2010232247向阳(工程学院, 乌鲁木齐 830091)摘要：本设计以安全为前提，并尽可能保证其质量、经济合理性以及实用性等技术指标。
本说明书在编写过程中语言力求简洁明了，对来源于实践中的结构和方案在使用时作了详细的分析和校核，对借鉴的理论、公式、方案以及结论都注明了出处，以便查询。
本设计过程主要分五部分容：1.工艺流程；2.工艺设计及计算；3.机械设计及计算；4.技术条件的编制。
绪论中详述了本换热器在工艺流程中的地位以及该换热器的特点、合理选型，并对该换热器在实用中的发展状况作了简要的分析。
工艺设计及计算主要是通过介质的物性参数以及它们所处的工作状况进行了设备轮廓尺寸的计算，即换热器筒体的径等；通过热负荷的计算得到了设备的换热面积以及排管数等参数。
机械设计及计算主要解决的是结构和强度两个问题，其思路大致如下：在设计条件的规下，从材料的选择和结构的设计入手，辅以合理的强度计算与校核得到设备所需的结构。
关键词：工艺流程，工艺计算，机械计算，技术要求目录第一章工艺流程设计及控制说明 01.1工艺流程文字说明 01.1.1 尿素生产工艺概述 01.1.2反应机理 01.1.3 具体说明 (1)1.2 部分设备性能一览表 (3)1.3部分机器性能一览表 (4)1.4调节阀阀门一览表 (4)1.4.1 尿素合成及一段分解 (4)1.4.2 一段循环 (5)1.4.4二段循环 (5)第二章单体设备－一分加热器设计 (6)2.1一分加热器概述及结构特点 (6)2.1.1设备在化工工艺中的地位 (6)2.1.2 结构特点 (6)第三章化工工艺设计及计算 (7)3.1设计方案 (7)3.2确定物性数据 (7)3.3估计传热面积 (8)3.3.1 热流量 (8)3.3.2 平均传热温差 (8)3.3.3 传热面积 (8)3.3.4 冷却水用量 (8)3.4工艺结构尺寸 (9)3.4.1管径和管流速 (9)3.4.2管程数和传输管数 (9)3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (9)3.4.4壳体径 (10)3.4.5折流板 (10)3.4.6接管 (10)3.5换热器核算 (11)3.5.1热流量核算 (11)3.5.2 管表面传热系数 (11)3.5.3污垢热阻和管壁热阻 (12)3.5.4传热系数 (12)3.5.5平均温差 (13)3.5.6换热器流体的流动阻力 (13)第四章结构设计 (15)4.1 设计条件的确定 (15)4.1.1 设计压力 (15)4.1.2 设计温度 (15)4.2 筒体壁厚的结构设计 (16)4.2.1 圆筒材料 (16)4.2.2 圆筒壁厚 (16)4.3 封头的结构设计 (16)4.3.1 封头厚度的计算 (16)4.3.3 封头与管板的连接 (17)4.4管板的结构设计 (18)4.4.1管板厚度的计算 (18)4.4.1管板结构设计 (19)4.4.3管板与换热管的连接 (20)4.4.4管板与壳体的连接 (21)4.5折流板的结构设计 (21)4.5.5折流板厚度 (22)4.6 拉杆的结构设计 (22)4.6.1拉杆的结构形式 (22)4.6.2 拉杆的数量和直径 (22)4.6.3 拉杆的尺寸 (22)4.6.4 拉杆的布置 (23)4.7换热管的结构设计 (23)4.7.1 换热管的规格 (23)4.7.2尺寸公差 (23)4.7.3换热管的中心距 (23)4.7.4换热管的排列图 (24)4.8 填料密封的结构设计 (24)4.9 吊耳和吊环螺钉的结构设计 (25)4.9.1吊耳的结构设计 (25)4.10壳程和管程进出料口法兰的选择 (26)4.10.1接管法兰的结构设计 (26)4.10.2双头螺柱的结构设计 (27)4.11管箱法兰和壳体法兰以及垫片设计 (27)4.11.1 法兰的选择 (27)4.11.2 垫片的选择 (29)4.12主螺栓的结构设计 (29)4.12.1主螺栓结构如下如所示 (29)4.13 管箱圆筒的结构设计 (30)4.14支座的结构设计 (30)4.14.1支座的选型 (30)4.14.2鞍座的安装位置 (34)4.15进出口接管位置以及外审长度 (34)4.15.1接管外审长度 (34)4.15.2接管位置 (35)第5章强度校核 (36)第6章技术条件的说明 (43)6.1 钢材 (43)6.2 冷热加工成型 (43)6.2.1焊接 (43)6.2.2热处理 (44)6.2.3无损探伤 (44)6.3换热器的尺寸偏差 (44)6.4装配图的技术条件 (44)6.4.1技术要求 (44)6.4.2折流板、支持板技术条件 (45)6.4.3管板技术条件 (45)6.4.4法兰技术条件 (45)参考文献 (45)致 (46)前言在设计中，第一部分重点介绍了该厂的合成尿素全过程的工艺流程。
第二部分重点介绍化工工艺设计及计算，主要是换热器的型式及换热器的传热系数的阐述和计算，在此基础上，进行了换热器的选择。
第四部分重点介绍了换热器的结构设计及计算，主要是封头、换热管、折流板、拉杆的选择，筒体端部、螺栓的设计和校核。
第五部分介绍技术条件的编制，并且对焊接工艺进行了说明。
以上达到了对设计完整性的介绍，具体的设计容在设计说明书中将具体阐述。
在本次设计中，得到了许多老师和同学的帮助，特别是辅导老师的大力帮助。
'绪论在工业生产中，总避免不了进行传热（升温和冷却）的处理，而在此过程中用的最多的装置就是换热器。
在大型的工厂中换热器所占的比例是很高的，故换热器的应用领域是非常广泛的。
在生产中，由于不同的需要，换热器的型式是各不相同的。
以下大致介绍一下换热器的型式：依据换热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式三类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。
随着人类的发展，换热器的型式也出现了新的型式，但多是用于特殊的场合，故在此就不去论述。
在众多的换热器中，又以列管式换热器的造价和制造简单而应用最广泛。
列管式换热器的基本型式分为：固定管板式、U型管式、浮头式换热器。
本次设计的换热器为固定管板式换热器。
1 工艺流程第一章工艺流程设计及控制说明1.1工艺流程文字说明1.1.1 尿素生产工艺概述在各种化学化学肥料中，氮素肥料需要量最大，应用围最广，而尿素是氮素肥料中占重要地位的一个品种。
尿素的化学名称为CO（NH2）2。
它是一种无色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶。
分子量为60.06，含氮量为46.65%。
工业上由氨和二氧化碳合成尿素大致可分为下面四个步骤：（1）氨和二氧化碳原料的供应与净化；（2）氨和二氧化碳合成尿素；（3）尿素熔融液与未反应成尿素的物质的分离与回收；（4）尿素熔融物的加工。
按上述四步，可画出生产尿素概略工艺流程图，如图1-1所示：图1-1流程图1.1.2反应机理工业上生产尿素都是采用由氨和二氧化碳直接合成的方法。
其反应总式如下；2NH3+CO2 =======CO2（NH2）2+H2O+Q这是一个强放热的可逆反应。
这个反应在合成塔中是分两步进行的。
第一步，液氨与二氧化碳作用生成液体氨基甲酸铵（简称甲铵）。
2NH3+CO2 ===== NH4CO2NH2+Q1这个反应速度很快，极易达到平衡，二氧化碳转化率可高达90%以上。
第二步，液态甲铵在一定温度压力下脱水生成尿素。
NH4CO2NH2===== CO（NH2）2+H2O-Q2这是一个吸热反应。
反应速度较慢，要较长时间才能达到平衡。
即使达到了平衡也不可能使全部甲铵脱水转化为尿素。
一般只有50~70%，是合成尿素过程中的控制反应。
1.1.3 具体说明〈一〉合成尿素：1.二氧化碳压缩及脱硫：来自脱碳工段的35~40℃，0.1053Mpa（绝），加防腐空气后纯度为95.7％（体积），含氧量为0.4%~0.5%（体积）的原料二氧化碳气体，经气液分离器后进入压缩机；经一二段压缩到0.981~1.128Mpa（绝），冷却抽水后送往二氧化碳脱硫槽，经脱硫后气体进入压缩机，经三四五段压缩到20.69 Mpa（绝），约125℃，送往合成塔。
2.氨输送及尿素合成来自冷冻工段液氨贮槽的≤20℃≥2.06Mpa（绝）的原料液，经液氨流量计后至尿素主框架上的液氨过滤器再进入液氨缓冲槽的原料室。
来自氨冷凝器的循环液氨缓冲槽的回流室，其中一部分过档板，与原料氨混合，经泵加压送往氨预热器，然后进入合成塔。
液氨缓冲槽回流室，液氨缓冲槽回流室的液氨作为一吸塔的回流氨。
〈二〉循环回收1.分离回收的方法由于尿素化学反应平衡的限制，原料氨和二氧化碳在合成塔不可能完全转化为尿素。
在水溶液全循环尿素生产中，一般取合成压力为20Mpa，反应温度为（188~190）℃，进料NH3/CO2摩尔比为4，H2O/CO2摩尔比为0.65，此种情况下，只有部分氨和部分CO2转化生成尿素.其余氨和二氧化碳则以氨基甲酸铵游离铵和二氧化碳的形式存在于合成尿素的反应液中。
对这部分物料的回收与利用此车间采用多段减压加热的方法来分离和回首未反应的氨和二氧化碳的。
2.减压加热分解的基本原理：二氧化碳和氨的溶解是一个放热和体积缩小的过程。
所以：当温度一定时，随着压力下降，溶解度减小；当压力一定，随温度升高，溶解度减小。
如果对合成反应液进行减压加热处理。
有利于将溶解的游离氨和游离CO2 从液体中分离出来。
另外，因为氨基甲酸铵的分解是一个吸热和体积增大的过程，故减压加热处理也有利于氨基甲酸铵的分解。
3.一段分解吸收（中压分解吸收）尿素合成塔的反应熔融物经出口压力调节阀减压至1.77Mpa（绝），进入预蒸馏塔上部，在此分离出闪蒸气体后，溶液自流至中部蒸馏段，与一分加热器分离段来的热气体逆流接触进行换热蒸馏，使液相中的部分甲铵分解与过剩氨蒸出，汽化进入气相。