合成氨裝置-中溫加壓變換第一熱交換器設(shè)計(jì)【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┘?jí) 市、校級(jí) 企業(yè)（公司 ） 其□√他題目類型 工程設(shè)計(jì) 應(yīng)用研究 基礎(chǔ)研究 □√其他一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）概述1.1 氨性質(zhì)與用途簡介氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國民經(jīng)濟(jì)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?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。氨的主要用途是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，合成氨是我化肥工業(yè)的基礎(chǔ)，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(shí)氨也是重要的無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)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(diǎn)是設(shè)計(jì)一臺(tái)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(qiáng)化傳熱面積，提高傳熱系數(shù)，達(dá)到合理利用能源的目的1.2 中溫加壓第一熱交換器的設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)要求如下：半水煤氣：進(jìn)出口溫度 35/260，流量 6000 m3/h，壓力 2.1MPa；變換氣：進(jìn)出口溫度 365/280，壓力 1.8MPa。1.3 設(shè)計(jì)的大目標(biāo)與內(nèi)容1. 通過文獻(xiàn)檢索，掌握換熱器的工作原理以及在石化行業(yè)中的應(yīng)用，了解換熱器的最新研究進(jìn)展；2. 掌握換熱器設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，包括 TSG 21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)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(shè)備的工藝計(jì)算流程；4. 掌握換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，強(qiáng)度計(jì)算方法，并且具備按照壓力容器以及換熱器相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)的能力；5. 根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果，能夠用規(guī)范的格式撰寫設(shè)計(jì)說明書；6. 對(duì)熱交換器中的典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析；7. 利用計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)步驟（1） 熱交換器的工藝計(jì)算a. 確定設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)方案b. 確定物性數(shù)據(jù)c. 計(jì)算換熱量d. 計(jì)算換熱面積e. 計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸（包括換熱管數(shù)目，管程數(shù)目，殼體內(nèi)徑等）f. 折流板和接管g. 熱交換器的熱力核算h. 壓強(qiáng)核算（2） 熱交換器的結(jié)構(gòu)計(jì)算a. 設(shè)計(jì)參數(shù)的選定b. 筒體結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)c. 管箱設(shè)計(jì)d. 管箱封頭設(shè)計(jì)e. 換熱管的選取f. 防沖擋板及導(dǎo)流筒設(shè)計(jì)g. 管板設(shè)計(jì)h. 接管設(shè)計(jì)j. 折流板的設(shè)計(jì)k. 防短路結(jié)構(gòu)l. 支座的設(shè)計(jì)（3）熱交換器的校核計(jì)算a. 筒體計(jì)算b. 管箱、封頭厚度計(jì)算c. 接管計(jì)算d. 膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)e. 管板強(qiáng)度計(jì)算f. 總體質(zhì)量計(jì)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(duì)熱交換器中某一部件進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）整體安排及進(jìn)度學(xué)期/周次工 作 內(nèi) 容 檢 查 方 式七/17 與導(dǎo)師見面、布置任務(wù)，查閱文 文獻(xiàn)資料檢查包括：中英文書獻(xiàn)； 籍、標(biāo)準(zhǔn)、論文，翻譯的原文審核；七/ 18-19 翻譯文獻(xiàn)，撰寫文獻(xiàn)綜述； 翻譯譯文審核，文獻(xiàn)綜述審核（參考文獻(xiàn)數(shù)量：中文>15 篇，英文>5 篇，參考文獻(xiàn)格式規(guī)范），通過后上傳文獻(xiàn)綜述；假期-八/ 1-2 確定設(shè)計(jì)方案，工藝設(shè)計(jì)計(jì)算；提交設(shè)計(jì)說明書工藝計(jì)算部分；八/ 3-4 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算； 提交設(shè)計(jì)說明書結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算部分；八/ 5-6 整理編寫設(shè)計(jì)說明書，并對(duì)說明書進(jìn)行修改完善； 提交設(shè)計(jì)說明書檢查；八/7 畢業(yè)實(shí)習(xí)； 提交畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告；八/8-9 計(jì)算機(jī)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(bào)告；八/10-11 計(jì)算機(jī)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(duì)、修改； 小組討論檢查，提交所有圖紙檢查；八/13 基于 Ansys 對(duì)熱交換器中的一個(gè)零部件進(jìn)行強(qiáng)度分析 Ansys 強(qiáng)度分析報(bào)告檢查；八/14 整理畢業(yè)答辯材料，提交全部畢業(yè)設(shè)計(jì)材料； 按學(xué)校要求提交全部畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)材料；八/ 15-16答辯，根據(jù)答辯提出的問題進(jìn)行修改完善。提交修改材料，畢業(yè)設(shè)計(jì)所有文件定稿。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）已完成的研究部分（1）調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和搜集資料。（2）閱讀和翻譯與課題內(nèi)容有關(guān)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(xiàn)綜述。（4）根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定換熱器設(shè)計(jì)方案。（5）進(jìn)行工藝計(jì)算a. 確定工藝計(jì)算的流程圖b. 確定定性溫度下物性數(shù)據(jù)表 3.1 定性溫度下物料物性參數(shù)參數(shù) 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(dǎo)熱系數(shù) 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(jì)算換熱量 KW 159.8Q?對(duì)數(shù)平均溫差為 6mt?℃d.因?yàn)閮晌锪隙际枪I(yè)氣體，初選傳熱系數(shù) 17W/m2.℃換熱面積初步計(jì)算為 23.1pA?換熱管選取為 25??計(jì)算得換熱管數(shù)目為 1004 根，管程數(shù)為 2，管長 9m。之后確定換熱器的內(nèi)徑為 1500mm，折流板 19 塊，間距 450mm。表 3.2 換熱器工藝計(jì)算結(jié)果殼徑/ m管長/ 中心排管數(shù)單程管子數(shù)管程數(shù) 排列方法1500 9000 38 502 2 轉(zhuǎn)角正方形傳熱面積 2539.6mQSKt??實(shí)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(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸得到結(jié)果如下f. 接管內(nèi)徑初計(jì)算g. 熱交換器的熱力核算，總傳熱系數(shù)計(jì)算得 ，合20.1w/(m)?℃格h. 壓強(qiáng)核算：管程壓降 0.017Mpa、殼程壓降 0.081Mpa，合格總體結(jié)果如下：表 3.3 工藝計(jì)算參數(shù)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(shù)， 2/K? 17對(duì)流傳熱系數(shù)， 52.29 39.72污垢系數(shù)， /?0.0000172 0.000172阻力降， MPa0.017 0.08程數(shù) 2 1推薦使用材料 20 鋼 20 鋼管子規(guī)格 25×2.5?管數(shù) 1004 管長 m9000管間距m32 排列方式 轉(zhuǎn)角正方形折流板型式 弓形間距m450殼體內(nèi)徑1500初選管口表符號(hào) 尺寸 用途 連接型式a 457×12mm?半水煤氣進(jìn)氣口 平面b 457×12mm 半水煤氣進(jìn)氣口 平面c 473×12.5mm 變換氣進(jìn)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(jié)構(gòu)計(jì)算a. 設(shè)計(jì)參數(shù)的選定，材料選擇 Q345R。表 3.4 換熱器設(shè)計(jì)參數(shù)表殼程 管程物料名稱 半水煤氣 變換氣設(shè)計(jì)壓力 MPa w=1..21.3tp??w=1..81.9tp??最大工作壓力 2.1 1.8設(shè)計(jì)溫度 ℃ 147.5+22.5=170 322.5+27.5=350計(jì)算壓力 Pc 2.31 1.98b. 殼體名義厚度為 18mm，計(jì)算厚度為 11.55mmc. 管箱名義厚度為 18mm，計(jì)算厚度 13.25mmd. 管箱封頭名義厚度為 18mm，計(jì)算厚度 13.2mme. 固定管板參數(shù)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(shù)（根）1587mm 1500mm 33mm 114mm 128mm M30 60F 法蘭設(shè)計(jì)：容器法蘭選擇腸鏡對(duì)焊法蘭標(biāo) NBT 47023，管法蘭HGT 20580 板式平焊法蘭 g. 浮動(dòng)管板設(shè)計(jì)參照 GBT 151-2014《熱交換器釋義與算例》進(jìn)行計(jì)算h. 接管布置位置參照《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行，是否需要開孔補(bǔ)強(qiáng)參考 GBT150.3 設(shè)計(jì)部分 j. 折流板的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是兩端折流板到法蘭距離的確定。k. 防短路結(jié)構(gòu)（假管等設(shè)計(jì)）l. 支座的設(shè)計(jì)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(jì)算設(shè)備總質(zhì)量，驗(yàn)證鞍座選取是否合格n．經(jīng)濟(jì)核算，此部分放在換熱器出圖以后，說明書修改完成以后計(jì)算（7）設(shè)計(jì)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(shí)際布管圖，換熱器的外部結(jié)構(gòu)簡圖。四、下一部分的工作安排（1）進(jìn)一步完善修改設(shè)計(jì)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(jìn)行有限元分析（5）修改、完善設(shè)計(jì)資料，查重，再修改。（6）匯總所有設(shè)計(jì)資料，進(jìn)行答辯，再修改。五、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作中存在的問題（1）對(duì)知識(shí)點(diǎn)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(shí)對(duì)于做設(shè)計(jì)所需要的注意點(diǎn)甚至都模棱兩可，有些時(shí)候找不到切入點(diǎn)。（2）對(duì)于設(shè)計(jì)換熱器來說，某些關(guān)鍵點(diǎn)以及專業(yè)技術(shù)問題上我還不大清楚，導(dǎo)致本次設(shè)計(jì)在部分重要參數(shù)上出現(xiàn)了不確定，在和老師同學(xué)討論以后進(jìn)行了校正。（3）在時(shí)間的分配上有所欠缺，有些時(shí)候都沒有按照最初敲定任務(wù)書時(shí)所規(guī)定的進(jìn)度來進(jìn)行。在之后的設(shè)計(jì)過程中，抓緊時(shí)間，盡早順利完成設(shè)計(jì)。（4）現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)由于自己的粗心將接管尺寸單位寫錯(cuò)，導(dǎo)致開孔補(bǔ)強(qiáng)部分漏缺，以及換熱器總質(zhì)量出錯(cuò)，裝配圖上接管出錯(cuò)，正在修改。（5）工藝計(jì)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(shí)很久，修改了任務(wù)書數(shù)據(jù)后已經(jīng)解決。（6）由于粗心，設(shè)計(jì)說明書的撰寫過程中犯了格式錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)單位錯(cuò)誤問題。在后期的畫圖工作中，我將更加仔細(xì)認(rèn)真，避免犯相同的錯(cuò)誤。學(xué)生（簽字）XXX 20XX 年 4 月 25 日 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日