合成氨裝置-中溫加壓變換第一熱交換器設計【浮頭式換熱器含11張CAD圖帶外文翻譯】
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題目名稱 合成氨裝置-中溫加壓變換第一熱交換器題目來源 國家、?。ú浚┘? 市、校級 企業(yè)（公司 ） 其□√他題目類型 工程設計 應用研究 基礎研究 □√其他一、畢業(yè)設計（論文）概述1.1 氨性質與用途簡介氨是重要的無機化工產品之一，在國民經濟中占有重要地位。合成氨指由氮與氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。世界上的氨，少量從焦爐氣中回收外，絕大部分是合成的氨。氨的主要用途是農業(yè)生產，合成氨是我化肥工業(yè)的基礎，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各種銨鹽肥料，稱之為“化肥氨” ，這部分均占70%的比例； 同時氨也是重要的無機化學和有機化學工業(yè)基礎原料，用于生產銨、胺、染料、炸藥、合成纖維、合成樹脂的原料，約占 30%的比例，稱之為“工業(yè)氨 ”。本課題研究重點是設計一臺用于合成氨裝置-中溫加壓變換第一熱交換器，屬于管殼式換熱器，需要該換熱器能夠在一定的條件下提高單位傳熱面積的傳熱量，強化傳熱面積，提高傳熱系數，達到合理利用能源的目的1.2 中溫加壓第一熱交換器的設計參數設計要求如下：半水煤氣：進出口溫度 35/260，流量 6000 m3/h，壓力 2.1MPa；變換氣：進出口溫度 365/280，壓力 1.8MPa。1.3 設計的大目標與內容1. 通過文獻檢索，掌握換熱器的工作原理以及在石化行業(yè)中的應用，了解換熱器的最新研究進展；2. 掌握換熱器設計的相關標準和規(guī)范，包括 TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》 、GB/T 150-2011《壓力容器 》 、GB/T 151-2014《熱交換器》等；3. 掌握換熱設備的工藝計算流程；4. 掌握換熱器結構設計方法，強度計算方法，并且具備按照壓力容器以及換熱器相關設計標準進行規(guī)范化設計的能力；5. 根據工藝計算結果以及結構設計結果，能夠用規(guī)范的格式撰寫設計說明書；6. 對熱交換器中的典型結構進行有限元強度分析；7. 利用計算機繪圖軟件完成裝配圖、部件圖和零件圖。1.4 中溫加壓換熱器設計步驟（1） 熱交換器的工藝計算a. 確定設計條件和設計方案b. 確定物性數據c. 計算換熱量d. 計算換熱面積e. 計算工藝結構尺寸（包括換熱管數目，管程數目，殼體內徑等）f. 折流板和接管g. 熱交換器的熱力核算h. 壓強核算（2） 熱交換器的結構計算a. 設計參數的選定b. 筒體結構選型與設計c. 管箱設計d. 管箱封頭設計e. 換熱管的選取f. 防沖擋板及導流筒設計g. 管板設計h. 接管設計j. 折流板的設計k. 防短路結構l. 支座的設計（3）熱交換器的校核計算a. 筒體計算b. 管箱、封頭厚度計算c. 接管計算d. 膨脹節(jié)的設計e. 管板強度計算f. 總體質量計算g.支座的校核（4）CAD 制圖a.熱交換器總裝配繪制b.熱交換器零部件圖繪制（5）對熱交換器中某一部件進行有限元強度分析二、畢業(yè)設計（論文）整體安排及進度學期/周次工 作 內 容 檢 查 方 式七/17 與導師見面、布置任務，查閱文 文獻資料檢查包括：中英文書獻； 籍、標準、論文，翻譯的原文審核；七/ 18-19 翻譯文獻，撰寫文獻綜述； 翻譯譯文審核，文獻綜述審核（參考文獻數量：中文>15 篇，英文>5 篇，參考文獻格式規(guī)范），通過后上傳文獻綜述；假期-八/ 1-2 確定設計方案，工藝設計計算；提交設計說明書工藝計算部分；八/ 3-4 換熱器結構設計和強度計算； 提交設計說明書結構設計和強度計算部分；八/ 5-6 整理編寫設計說明書，并對說明書進行修改完善； 提交設計說明書檢查；八/7 畢業(yè)實習； 提交畢業(yè)實習報告；八/8-9 計算機繪制總裝配圖，中期檢查； 提交總裝配圖檢查，完成中期檢查報告；八/10-11 計算機繪圖部件圖、零件圖； 提交部件圖、零件圖檢查；八/12 所有圖紙匯總、校對、修改； 小組討論檢查，提交所有圖紙檢查；八/13 基于 Ansys 對熱交換器中的一個零部件進行強度分析 Ansys 強度分析報告檢查；八/14 整理畢業(yè)答辯材料，提交全部畢業(yè)設計材料； 按學校要求提交全部畢業(yè)設計相關材料；八/ 15-16答辯，根據答辯提出的問題進行修改完善。提交修改材料，畢業(yè)設計所有文件定稿。三、畢業(yè)設計（論文）已完成的研究部分（1）調查研究、查閱文獻和搜集資料。（2）閱讀和翻譯與課題內容有關的外文資料（外文翻譯不能少于 2 萬印刷字符，約合 5000 漢字） 。（3）撰寫文獻綜述。（4）根據設計要求確定換熱器設計方案。（5）進行工藝計算a. 確定工藝計算的流程圖b. 確定定性溫度下物性數據表 3.1 定性溫度下物料物性參數參數 半水煤氣（殼程） 變換氣（管程）定性溫度 T（ ℃） 147.5 322.5粘度 μ（Pa.S） 188×10-7 218×10-7比熱容 Cp（KJ/（Kg. ℃） ） 0.3506 0.4498導熱系數 λ（W/m. ℃） 0.0728 0.1046平均壓力 P（Mpa ） 2.1 1.8平均分子量M（Kg/Kmol）19.24 19.28c. 因半水煤氣的條件已知，計算換熱量 KW 159.8Q?對數平均溫差為 6mt?℃d.因為兩物料都是工業(yè)氣體，初選傳熱系數 17W/m2.℃換熱面積初步計算為 23.1pA?換熱管選取為 25??計算得換熱管數目為 1004 根，管程數為 2，管長 9m。之后確定換熱器的內徑為 1500mm，折流板 19 塊，間距 450mm。表 3.2 換熱器工藝計算結果殼徑/ m管長/ 中心排管數單程管子數管程數 排列方法1500 9000 38 502 2 轉角正方形傳熱面積 2539.6mQSKt??實際傳熱面積 28.podlN??該換熱器面積裕度 ，面積裕度合適，合格。65%PSH?e. 選取換熱器的規(guī)格計算工藝結構尺寸得到結果如下f. 接管內徑初計算g. 熱交換器的熱力核算，總傳熱系數計算得 ，合20.1w/(m)?℃格h. 壓強核算：管程壓降 0.017Mpa、殼程壓降 0.081Mpa，合格總體結果如下：表 3.3 工藝計算參數匯總熱交換器型式 浮頭式熱交換器換熱面積（ ）2m1667名稱 管程 殼程物料名稱 變換氣 半水煤氣操作壓力， MPa1.8 2.1操作溫度， ℃ 365/280 35/260流量， kg/h39752 69360流體密度， 3m7.01 11.56流速， /s9.99 11.29傳熱量， W1519.95總傳熱系數， 2/K? 17對流傳熱系數， 52.29 39.72污垢系數， /?0.0000172 0.000172阻力降， MPa0.017 0.08程數 2 1推薦使用材料 20 鋼 20 鋼管子規(guī)格 25×2.5?管數 1004 管長 m9000管間距m32 排列方式 轉角正方形折流板型式 弓形間距m450殼體內徑1500初選管口表符號 尺寸 用途 連接型式a 457×12mm?半水煤氣進氣口 平面b 457×12mm 半水煤氣進氣口 平面c 473×12.5mm 變換氣進氣口 平面d 473×12.5m?m 變換氣出氣口 平面e 32×3mm 排氣口與排液口 平面（6） 熱交換器的結構計算a. 設計參數的選定，材料選擇 Q345R。表 3.4 換熱器設計參數表殼程 管程物料名稱 半水煤氣 變換氣設計壓力 MPa w=1..21.3tp??w=1..81.9tp??最大工作壓力 2.1 1.8設計溫度 ℃ 147.5+22.5=170 322.5+27.5=350計算壓力 Pc 2.31 1.98b. 殼體名義厚度為 18mm，計算厚度為 11.55mmc. 管箱名義厚度為 18mm，計算厚度 13.25mmd. 管箱封頭名義厚度為 18mm，計算厚度 13.2mme. 固定管板參數選取殼程 ，管程 2.31MpasP?1.98patP?st＞表 3.5 固定管板尺寸表ps Pt D D1 D2 D34.0Mpa 2.5Mpa 1715mm 1655mm 1610mm 1500mm表 3.5（續(xù)）固定管板尺寸表D4 D5 d2 bf b 螺柱規(guī)格 螺柱數（根）1587mm 1500mm 33mm 114mm 128mm M30 60F 法蘭設計：容器法蘭選擇腸鏡對焊法蘭標 NBT 47023，管法蘭HGT 20580 板式平焊法蘭 g. 浮動管板設計參照 GBT 151-2014《熱交換器釋義與算例》進行計算h. 接管布置位置參照《換熱器設計手冊》進行，是否需要開孔補強參考 GBT150.3 設計部分 j. 折流板的設計，重點是兩端折流板到法蘭距離的確定。k. 防短路結構（假管等設計）l. 支座的設計查取 JBT 4712.1-4712.4-2007 容器支座初選包角120° 重型鞍座m．初步計算設備總質量，驗證鞍座選取是否合格n．經濟核算，此部分放在換熱器出圖以后，說明書修改完成以后計算（7）設計說明書電子版初稿撰寫完成（8）裝配圖完成部分：最大布管圖，管板實際布管圖，換熱器的外部結構簡圖。四、下一部分的工作安排（1）進一步完善修改設計說明書。（2）CAD 繪制換熱器裝配圖。（3）CAD 繪制零件圖（焊接形式、管板圖等） 。（4）選取換熱器的某一部件進行有限元分析（5）修改、完善設計資料，查重，再修改。（6）匯總所有設計資料，進行答辯，再修改。五、畢業(yè)設計（論文）工作中存在的問題（1）對知識點的熟悉及掌握程度上都還是有所欠缺的，特別是在一開始時對于做設計所需要的注意點甚至都模棱兩可，有些時候找不到切入點。（2）對于設計換熱器來說，某些關鍵點以及專業(yè)技術問題上我還不大清楚，導致本次設計在部分重要參數上出現(xiàn)了不確定，在和老師同學討論以后進行了校正。（3）在時間的分配上有所欠缺，有些時候都沒有按照最初敲定任務書時所規(guī)定的進度來進行。在之后的設計過程中，抓緊時間，盡早順利完成設計。（4）現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)由于自己的粗心將接管尺寸單位寫錯，導致開孔補強部分漏缺，以及換熱器總質量出錯，裝配圖上接管出錯，正在修改。（5）工藝計算部分由于壓力降與傳熱面積裕度校核不能滿足要求，耗時很久，修改了任務書數據后已經解決。（6）由于粗心，設計說明書的撰寫過程中犯了格式錯誤和數據單位錯誤問題。在后期的畫圖工作中，我將更加仔細認真，避免犯相同的錯誤。學生（簽字）XXX 20XX 年 4 月 25 日 指導教師（簽字） 年 月 日