内流式流体设备在线清洗器结构设计

毕 业 设 计（论 文） 内热式流体设备在线清洗器的 结构设计 院（系、部） ： 机械工程学院 姓 名： 管平平 年 级： 2006 级 专 业： 过程装备与控制工程 指导教师： 刘湘晨 教师职称： 副教授 2010 年 6月 6日北京 密 级 学 号 060286 内热式流体设备在线清洗器的结构设计 2学位论文电子版授权使用协议 论文内流式流体设备在线清洗器的结构设计系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。 本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于“北京石油化工学院学位论文全文数据库”。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。 本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、 文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。 注：本协议书对于“非公开学位论文”在保密期限过后同样适用。 院系名称： 机械工程学院 作者签名： 管平平 学 号： 060286 2010年 6 月 28 日 北 京 石 油 化 工 学 院 毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书 学院（系、部）机械工程学院 专业过程装备与控制工程 班级 过 061 学生姓名 管平平 指导教师/职称 刘湘晨 1.毕业设计（论文）题目 内热式流体设备在线清洗器的结构设计 2.任务起止日期 2010 年 3 月 1 日 至 2010 年 6 月 12 日 3.毕业设计（论文）的主要内容与要求 （含课题简介、任务与要求、预期培养目标、原始数据及应提交的成果） 课题简介： 换热器是石油化工行业常用的设备， 一般使用一段时间后在内部会产生大量的水垢堵塞工作部件，进行清洗又会影响生产，本课题就是试图对换热器水垢在线清洗技术 进行研究并设计一款简易的清洗器。 本项目具有良好的社会效益和经济效益， 并不太难，有一定的工作量。紧密结合石化行业，突出 我校特色，对北京石油化工学院学科建设和创新人才培养、科研梯队建设有着重要的促进作用。 预期培养目标是：使学生能系统的掌握 机械设计方法、机械传动技术、流体学原理、三维 CAD 实用技术及市场分析和调查方式。 任务与要求： 1) 查阅国内外文献，详细了解当前换热器水垢在线清洗技术的类型，并对换热器水垢在线清洗 技术的结构特点进行详细分析。 2) 学习换热器水垢在线清洗技术实现的设备的设计方法，学习掌握换热器水垢在线清洗技术设 备的结构设计计算及强度校核的基本方法。 3) 学习掌握运用三维设计软件进行换热器水垢在线清洗技术设备的零部件的三维造型设计的基本方法，完成所设计的换热器水垢在线清洗技术设备的三维零部件造型设计和三维装配造型设计。 4) 在大量查阅国内外文献资料的基础上，了解换热器水垢在线清洗技术的发展方向。 预期培养目标： 培养学生科技资料查阅检索能力、 培养学生社会调研能力、培养学生机械方案设计能力，进而提高学生针 对实际需求进行创新思维、机械设计和工艺制作等实际工作能力。 课题较新颖，新知识较多，难度一般，工作量饱满，课题 结合生产实际情况，对学生的能力训练意义重大。 原始数据： 一吨的清洗剂， 在待清洗的管壳式换热器中一小时循环 10 次左右。 提交的成果： 1) 开题报告（参照相关格式）； 2) 设计说明书（论文）； 3) 产品的三维实体造型（零件造 型、装配造型）；工程图：零件工程图、装配工程图。 4.主要参考文献 （1）机械制图国家标准 （2）机械设计手册 （3）流体传动技术 （4）清洁设备设计书籍 （5) 换热器国家标准 （6）三维软件设计类图书 5.进度计划及指导安排 任务书审定日期 2010 年 3 月 2 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 2010 年 3 月 3 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期 2010 年 3 月 5 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 2010 年 6 月 6 日 学生（签字） 1 2月16日2月21日 熟悉题目,查阅资料,撰写综述及开题报告 查阅相关资料20篇以上 2 2月23日2月27日 撰写开题报告，翻译英文文献 不少于2万英文字符 3 3月2日3月7日 换热器水垢在线清洗技术的学习 4 3月9日3月20日 换热器水垢在线清洗技术设备的结构设计 5 3月23日4月4日 换热器水垢在线清洗技术结构设计计算及强度校核 查阅相关标准 6 4月7日4月11日 换热器水垢在线清洗技术的三维零部件造型设计和三维装配造型设计 查阅相关标准 7 4月14日4月25日 换热器水垢在线清洗技术的三维零部件造型设计和三维装配造型设计 查阅相关标准 8 4月27日5月9日 完成换热器水垢在线清洗技术主要零部件的工程图 查阅相关标准 9 5月11日5月22日 完成换热器水垢在线清洗技术主要零部件的工程图 查阅相关标准 10 5月25 日5月29日 撰写毕业设计说明书 参照毕业设计要求 11 6月1日6月5日 答辩准备 参照毕业设计要求 内热式流体设备在线清洗器的结构设计 I摘 要 本文详细研究了当前的换热器的清洗技术， 并对在线化学清洗所需要的清洗器进行了设计。 该清洗系统采用清洗剂在换热器的壳程和管程循环， 来实现对换热器内部污垢的清洗。在该装置进行设计时，带有两过滤挡板的水箱被分成三个槽，可实现清洗液对换热器的循环清洗。在进油口端设计了两个加热器，均安装在箱体内，用来对清洗液内部加热，使除垢效果更好。主要进行了核心部件，如泵、电动机、加热器、水箱的设计选型、参数计算及材料的选择。完成了主要部件的设计计算，并应用Pro/E 软件对该设备进行三维造型设计并完成部件的工程图。在设计过程中，关键部件是加热器和水箱的设计。 水箱的设计充分考虑其内部结构的简洁性和能够满足装置工作的要求。 关键词： 在线清洗，水泵，水箱，清洗器 内热式流体设备在线清洗器的结构设计 IIAbstract This paper mainly studies the current heat exchanger cleaning technology, and designs online chemical cleaning cleaner needed. The cleaning system uses cleaning agent in the heat exchanger shell and tube loop, to achieve the cleaning of heat exchanger fouling. The design of the device with two filtering baffle tank is divided into three slots, enabling cleaning fluid loop heat exchanger cleaning. in the design of the inlet end of the two heaters are installed in cabinets, internal heating of the cleaning fluid used to make descaling better. Mainly to the core components, such as pumps, motors, water tanks design selection, parameter calculation and choice of materials. Completed the major components of the design calculation and application of Pro / E software for 3D modeling design of the equipment and complete parts of the engineering drawings. In the design process, the key component is the water pump and tank design. Water tank designed to take full consideration of its simplicity and the internal structure of the work to meet the installation requirements. Keywords： On-line cleaning, Water pumps, Water tanks, Washers 内热式流体设备在线清洗器的结构设计 III目 录 第一章 绪论. . 1 1.1 选题背景 . 1 1.2 研究意义 . 1 1.3 换热器水垢清洗的主要方法 . 3 1.3.1 机械清洗 . .4 1.3.2 水力清洗 . .5 1.3.3 化学清洗 . .6 1.4 本课题主要解决的问题 . 7 第二章 总体设计. 8 2.1 清洗器概述 . 8 2.1.1 清洗器的工作原理 . 8 2.1.2 清洗器各主要部件及功能 . 8 2.2 设计方案 . 9 2.3 本章小结 . 9 第三章 清洗器的结构设计和计算. 10 3.1 泵的选取及主要参数 . 10 3.2 水箱的设计及参数 . 11 3.2.1 水箱的构造和设计要点 .11 3.2.2 水箱材料的选择 . 12 3.2.3 水箱底面的设计及校核 .13 3.3 加热器的结构设计和计算 . 15 3.3.1 加热器设计时的考虑 .15 3.3.2 加热器的结构设计 . 16 3.3.3 加热器的设计和校核 .16 3.3.4 加热器的选材 . 17 3.4 底板的设计 . 18 3.4.1 典型材料拉伸与压缩时的力学性能 .18 3.4.2 底板的校核 .20 3.5 法兰的选型 . 21 3.5.1 法兰的参数 .21 内热式流体设备在线清洗器的结构设计 IV3.5.2 法兰的校核 .22 3.6 管子的设计及计算 . 26 3.6.1 管子的种类 .26 3.6.2 管径的选择及壁厚的确定 .28 3.7 本章小结 . 31 第四章 设备的安装、调试与维护. 32 4.1 设备的安装 . 32 4.1.1 泵的安装 .32 4.1.2 水箱内部的安装 .32 4.1.3 加热器的安装 .32 4.2 设备的维护与调试 . 33 4.2.1 设备的维护 . 33 4.2.1.1 泵的维护 .33 4.2.1.2 水箱的维护 .33 4.2.1.3 加热器的维护 .33 4.2.2 设备的调试 . 34 4.3 本章小结 . 34 第五章 经济效益的分析. 35 第六章 结论与展望. 36 6.1 结论 . 36 6.2 展望 . 36 参考文献. . 37 致 谢. . 38 声 明. . 40 内热式流体设备在线清洗器的结构设计 1第一章 绪论 1.1 选题背景 换热器是石油、化工、热电等行业广泛应用的主要工艺设备之一1。换热器的运行质量直接影响产品的质量,而大部分换热 器在运行过程中都会结垢,结垢的沉积会降低换热器的传热效率并增大流体通过换 热器的压降,进而影响生产装置安全、平稳、高效、长周期运行。在各种换热设备中,使用的换热介质大多数是未经处理的硬水,致使换热面逐渐沉积垢物包括水垢、锈垢和生物垢等。换热设备结垢和腐蚀,给工业生产带来极大的危害。它使得传热效率下降,过水断面减小,水力阻抗增加,动力消耗增多,造成能源的极大浪费 ,影响正常工艺参数的执行,造成垢下腐蚀,给安全生产带来隐患,严重时会导致事 故的发生。同时,设备使用寿命缩短,增加了不必要的设备费用支出。在生产操作中,冷却水里所带杂质在换热设备壁面上沉积形成结垢物,必须进行清扫。 倘若结垢严重使清扫周期过短,或者是为了延长清扫周期而把传热面积取得过大,都是不经济的。 为了减少换热器结垢,在换热设备的设计、制造和运行管理中,要尽可能采用防 垢措施,控制设备结垢和腐蚀的形成2。 1.2 研究意义 换热面上污垢的形成，使换热器的传热效率严重下降，运行费用大幅度上升，给工业生产造成巨大的经济损失。 美国 Exxon3化工公司对传热设备的传热效率进行了测试研究，考虑到传热面上的污垢必须使传热面积增大一倍以上才能达到换热要求，而且由于污垢的存在，换热设备的运行效 率非常低。Steinhagen(1993)4 等人对新西兰 1 100 家企业的3000台各种类型换热器的通信调查表明：90%以上的换热器都存在不同程度的效率低、污垢沉积问题。我国机械部兰州石油机械研究所有专题报告5：污垢使我国换热器的运行