浮头式换热器浮动端的结构
浮头式换热器设计简介
浮头式换热器设计（PN1.3/0.9; W=41T/h）过程装备与控制工程姓名学号指导老师 XX 工程师摘要管壳式换热器是化学、石油化学及石油炼制工业中以及其它一些行业中广泛使用的热交换设备。
它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是化工单元的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要地位。
浮头式换热器是釜壳式换热器的一种，其优点是：管束可以从壳体里面抽出来，便于清洗；管壳的变形不会受到壳体的约束，消除热应力。
浮头式的设计内容有：换热器的热力学计算；换热器的零部件材料选定；换热器的结构设计；换热器的强度校核。
关键字：管壳式换热器浮头式换热器设计内容AbstractShell and tube heat exchange is widely used in the heat exchanger of chemical. It can’t only used for heater and cooler individually etc. But also for some important accessory equipment of the chemical units. So it occupies an place in chemical production.The floating head exchange is one of the shell and tude heat exchange.Tube bundle can be pumping out from the inside of the shell for easy to cheaning;The themcal deformation of the tube bundle will not be constraint of the shell by elimination of heat stress.The design of a floating head exchanger typically includes:The thermodynatic cacnlationof the heat exchanger;The components’ materials selection of the heat exchanger;Structural design of the heat exchanger;The components thickness colcnlation and strength checking of the heat exchange.Keywords:shell and tube exchanger; Floating head heat exchanger; Components of the design一、前言换热器是将热流体的部分能量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
浮头式换热器
浮头式换热器浮头式换热器是一种常见的热交换设备，被广泛应用于化工、石油、电力、制药等工业领域。
它具有结构简单、换热效果好、运行稳定等特点，在工业生产中发挥着重要的作用。
浮头式换热器的设计原理是利用两种不同介质之间的传热，以实现能量的转移。
它由壳体、束管板、浮头和传热管等组成。
其中，壳体是外部的固定壳体，束管板分隔开了两种介质，传热管是主要传热介质，而浮头则可以随着流体的膨胀和收缩而自由移动。
浮头式换热器的工作过程如下：首先，将需要传热的介质注入传热管中，同时通过固定壳体的入口和出口进行连通。
然后，热能从传热管中传到固定壳体中的冷介质上，由冷介质通过出口流出，实现了热量的传递。
在整个过程中，浮头会根据传热管内外温度的差异而产生膨胀和收缩，以保持壳体内部的良好密封性能。
浮头式换热器的设计和选型，需要考虑多个因素。
首先是流体的性质和流量。
不同的流体有不同的传热特性，所以在选择传热器时需要考虑流体的温度、压力、粘度等参数。
其次是传热器的传热效率。
传热效率是评价换热器性能的重要指标，因此在设计过程中需要合理选择传热面积、传热管的材质和数量等。
最后是换热器的安装和维护。
浮头式换热器通常较大，所以在安装时需要考虑到空间和结构的限制。
而维护方面，需要定期检查传热管内壁的结垢情况，及时清洗和维修。
浮头式换热器在工业生产中具有广泛的应用。
它能够实现不同介质之间的热量传递，有效利用能源，提高生产效率。
同时，由于浮头的作用，它还能够适应介质的膨胀和收缩，减少了由于温度变化引起的应力和振动，保证了设备的安全稳定运行。
总的来说，浮头式换热器是一种重要的热交换设备，在工业生产中起着关键的作用。
它采用简单的结构设计，具有良好的传热效果和稳定的运行性能，能够满足不同介质之间的热量传递需求。
随着工业技术的发展，浮头式换热器的设计和制造技术也在不断改进和创新，为工业生产提供更加可靠和高效的换热解决方案。
浮头式换热器毕业设计说明书
浮头式换热器毕业设计说明书Final revision by standardization team on December 10, 2020.摘要本次设计为浮头式换热器，浮头式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等组成。
浮头换热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。
因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗，缺点为结构较为复杂。
在传热计算工艺中，包括传热量、传热系数的确定和换热器内径及换热管型号的选择，以及传热系数、阻力降等问题。
在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、管板厚度计算以及折流板、法兰和接管、支座、分隔板等零部件的设计，还要进行一些强度校核。
本设计是按照GB151《管壳式换热器》和GB150《钢制压力容器》设计的。
换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处见，是不可缺少的工艺设备之一。
随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果。
关键字：换热器，工艺计算，强度校核AbstractThis design is floating head heat exchanger, it is made up of tubebox 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、hook circle、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connected with shell, and the other tube sheet is floating tube sheet. So it’s easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. In the process of heat transfer calculation, include area computation 、capacity of heat transmission 、the determine of heat transfer coefficient and the choice of the heat exchange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、tube box、sealing head and so on. This design is according to GB151 << shell-and-tube heat exchanger >> and GB150 << Steel pressure vessel >> to design. Heat exchanger is one of the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable achievements.Keywords:heat exchanger; Process calculation；strength check目录摘要 (I)Abstract (II)前言 (1)第一章概述 (2)何为换热器 (2)换热器的应用 (2)换热器分类 (3)按传热原理分类 (3)按结构分类 (3)按传热种类分类 (3)按强化传热元件分类 (3)按材料分类 (3)换热器的结构和使用特点 (4).1 浮头式换热器 (4)固定管板式换热器 (5)U形管换热器 (6)设计的思想 (7)首先设计必须满足生产需要 (7)设计必须安全可靠 (7)设计必须经济合理 (7)设计的特点 (8)第二章设计主要参数 (9)原始数据 (9)定性温度及物性参数 (9)第三章零件结构型式的选择 (10)前端管箱 (10)壳体 (11)后端管箱 (11)管束分程和分程隔板的布置 (11)管束分程 (11)分程隔板的布置 (11)换热管 (12)换热管的长度 (12)规格及尺寸偏差 (12)布管 (12)管子与管板的连接 (13)管板与壳体的连接 (14)折流板、支持板的选择 (15)拉杆的选择 (15)定距管的选择 (16)防冲板的选择 (16)排液口和排气口的选择 (16)第四章传热工艺技术 (18)有效平均温度 (18)传热量和流量 (18)管程换热系数计算 (19)壳程换热系数计算 (20)强度计算 (21)换热管材料及规格的选择和根数的确定 (21)确定壳体内径 (21)确定壳体壁厚 (21)壳体液压试验 (22)管箱封头厚度计算 (23)管箱短节厚壁计算 (24)管箱液压试验 (24)管板的设计 (25)钩圈式浮头 (25) (26) (26)选择 (27)备法兰的选择 (28)换热面积校核 (35)支座强度校核 (36)反力计算 (37)筒体轴向弯矩计算 (37)筒体轴向弯曲应力校核 (38)鞍座腹板强度校核 (38)管程阻力计算 (38)壳程压力降 (39)第五章整体尺寸布局 (42)结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)前言毕业设计是完成教学计划实现专业培养目标的一个重要的教学环节；是教学计划中综合性最强的实践性教学环节。
浮头式换热器原理和发展趋势
第一段：浮头式换热器的基本原理和工作流程浮头式换热器是一种常见的传热传质设备，广泛应用于化工、石油、制药等领域中。
它具有结构简单、传热效率高、维修方便等优点，因此被广泛使用。
图1：浮头式换热器的基本结构基本原理：浮头式换热器是通过壳体和管束之间的流体进行传热传质的。
在换热过程中，一种流体流过管束内部，在管束内与另一种流体发生传热传质作用，并将热量或物质传递到另一种流体中。
传热传质的效率取决于流体之间的温度差、密度差、热传导系数等。
工作流程：浮头式换热器的工作流程如下：1流体进入换热器壳体：流体通过进口法兰进入浮头式换热器壳体，经过流道板的导向，进入管束。
2.流体在管束内传热传质：热量或物质通过管束内的壁面传递给另一种流体。
在这个过程中，流体之间的温度差、密度差、热传导系数等都会影响传热传质的效率。
3.流体从管束内出口流出：经过管束内部的传热传质作用，流体从管束出口流出，进入壳体的另一端，再通过出口法兰流出浮头式换热器。
4.浮头自由膨胀收缩：在换热过程中，壳体和管束之间的热胀冷缩会引起一定的变形，而浮头则可以自由膨胀和收缩，适应不同的热膨胀系数，避免因温度变化而引起机械应力。
5.浮头式换热器工作完成：流体在壳体和管束内部完成了传热传质的作用，达到了预期的效果。
需要注意的是,在实际应用中，还需要对浮头式换热器进行定期检查、维修保养，以确保其正常运行。
同时，在使用过程中还需要根据实际情况进行调整和优化,以提高传热传质效率，降低能耗成本。
第二段：浮头式换热器的历史沿革和发展趋势浮头式换热器最初是由法国石油公司She11Oi1Company在20世纪50年代研制成功的，目的是为了提高炼油厂的生产效率。
此后，浮头式换热器在各种化工、冶金、电力和制药等领域广泛应用，被认为是换热器的一种重要类型之一。
近年来，随着工艺技术和制造工艺的不断发展，浮头式换热器的设计和制造技术也取得了长足的进步。
在使用中，浮头式换热器已经成为化工、制药、电子、石油和天然气等行业中最常用的换热器之一。
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：符号公称直径（mm）管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。
浮头式换热器
浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而 另一端的管板可在壳体内自由浮动，见下图1。 壳体和管束对热膨胀是自由的，故而两种介 质的温差较大时，管束与壳体之间不产生温 差应应。浮头端设计成可拆结构，使管束有 容易地插入或抽出壳体（也可设计成不可拆 的），这样为检修、清洗提供了方便。但该 换热器结构比较复杂，而且浮动端小盖在操 作时无法知道泄漏情况，因此在安装时特别 注意其密封。
图5所示结构为管束装入或抽出时，不需先将
浮头部分拆除，检修、安装及清洗等工作均 可在壳体外进行，比较方便。但是该结构的 壳体直径要比上述浮头换热器增大。浮头处 结Hale Waihona Puke 可做成图5（a）和（b）两种形式。
图6是浮头换热器中又一种形式，它是一种单
程浮头换热器，在管程出口处采用填料函结 构。图6（a）的结构在设计时应考虑浮动一 端的管板外径小于壳体内径，以便管束可以 在壳体内抽出。在浮头头盖相连接的出口管， 应尽量选用标准，以利安装与制造。
浮头式换热器的浮头部分结构，按不同的 要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能 在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部 分的检修、安装和清洗的方便。图2所示结构， 其浮头部分虽可以自由移动，但管束不能抽 出壳休。优点是在相同的壳体直径下，布管 数多，换热面积增加，但对于换热管外壁要 求经常清洗的情况，不宜采用此结构形式
图3所示为钩圈结构，在设计时必须考虑浮 头管板的外径Do。该外径应小于壳体内径Di， 一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5 ㎜。这样，当浮头处的钩圈拆卸后，即可将 管束从壳体内抽出，以便进行检修、清洗。 浮头盖需在管束装入后才能进行装配，所以 在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要 空间。
钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作
浮头式换热器解读
浮头式冷却器E-1401设计摘要该毕业设计题目为浮头式冷却器（即浮头式换热器）E-1401设计，源于工程实际。
浮头式换热器是管壳式换热器中的一类，其管板一端固定在壳体与前端管箱之间，另一端（即浮头）可以在壳体中自由移动。
由于管束的热膨胀不受壳体的约束，因此浮头式换热器不会产生较大的温差热应力，这样便避免了对换热器结构的损害。
此外，浮头式换热器还便于拆卸、易于清洗，适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的场合。
因此在石油化工以及其他相关行业中得到了广泛的应用。
该设计主要进行了换热器结构的研究和各处强度的校核。
根据所提供的设计条件，以及GB150-2011《压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》、《固定式压力容器安全技术监察规程》等标准确定出换热器各个零部件（管箱、封头、法兰、开孔接管、折流板、钩圈等）的具体方案，包括各处材料的选择，各零部件的基本结构，壁厚计算及强度校核，开孔补强计算，管板、法兰以及浮头钩圈的强度计算等。
本设计历时3个月，共完成说明书一份，A1图纸5张，外文翻译一份。
关键词：换热器浮头设计Floating cooler E-1401 designSummaryThe graduation project titled Floating cooler ( ie, floating head heat exchanger ) E-1401 design , from engineering practice . Floating head heat exchanger shell and tube heat exchanger is in a class of its tube plate fixed at one end between the housing and the front tube box , the other end ( ie, floating head ) can move freely in the housing. Due to thermal expansion of the bundle is not bound by the housing , the floating head heat exchanger and therefore no large temperature difference between the thermal stress , thus avoiding damage to the structure of the heat exchanger . In addition, floating head heat exchanger is also easy to disassemble , easy to clean , suitable for large temperature difference between the shell and tube bundle or medium shell easy to scale the occasion. So it has been widely used in the petrochemical and other related industries.The design is mainly studied the intensity of the heat exchanger and around the structure checked. Determine the various components of the heat exchanger according to the design conditions provided and GB150-2011 " pressure vessel ", GB151-1999 " shell and tube heat exchangers ", " Safety Technology Supervision Stationary Pressure Vessels " and other standards ( tube box , head, flange , opening over, baffles, circle hooks , etc. ) of the specific program , including the selection of materials throughout , the basic structure of the various parts , wall thickness calculation and strength check , opening reinforcement calculations, tube sheets , flanges and strength calculation Floating circle hook .Keywords : Heat exchanger floating head design1.前言随着时代的发展、科技的进步，石油化工及相关产业在人类的生活中扮演的角色越来越不可替代。
浮头式换热器打压工装优化改造的探索
第3期浮头式换热器打压工装优化改造的探索付德刚（抚顺石化工程建设有限公司二公司工程四队， 辽宁 抚顺 113004）[摘 要] 浮头式换热器的打压工艺装备，目前尚未有系统的标准。
本文针对浮头式换热器打压工艺装备的设计加工制造的一些问题，进行了优化改进，改进后的新式浮头式换热器打压工艺装备从脖长上可以适应所有浮头式换热器，使浮头式换热器打压工艺装备趋于标准化，大大减少了工装数量，节约了制作浮头式换热器工装的材料和资金。
[关键词] 浮头式换热器；假法兰；假浮头；新型打压工装；优化改进作者简介：付德刚（1969—），男，重庆垫江人，大专学历，工程师。
在抚顺石化工程建设有限公司二公司工程四队任施工质量检查员。
图1 DN1800浮头式换热器结构示意图1 概况换热器是炼化企业广泛应用的设备之一，分为U 型管式换热器，固定管板式换热器和浮头式换热器，约占工艺设备总量的一半左右，主要用于加热、冷却、蒸发、冷凝、干燥等，其中浮头式换热器是炼化企业的重要设备，浮头式换热器经常出现的故障是泄漏，发生泄漏将引起燃烧、爆炸等事故，处理泄漏的必须用专用的打压工艺装备。
本文针对浮头式换热器打压工艺装备的设计制造的问题，做了优化改进，改进后的新式浮头式换热器打压工艺装备可适应所有浮头式换热器，以使浮头式换热器打压工艺装备更趋于标准化。
1.1 浮头式换热器的结构DN1800浮头式换热器结构示意图见图1。
1.2 浮头式换热器的故障石油化工行业浮头式换热器应用广泛，但由于工艺介质、制造质量、管束材质等诸多因素影响，在生产中泄漏时有发生，浮头式换热器的主要故障是泄漏。
检查泄漏点困难，是生产中的一大难题。
通常解决方法是拆卸下来，重新打压确定渗漏点，然后再进行重新焊接防止渗漏，同时必须将渗漏处的钢管堵住，以防止串液。
堵得越多，浮头式换热器的换热效率越来越低，最后只能报废更换。
由于换热管和管头是浮头式换热器中相对薄弱的环节，从设备的实际使用情况看，往往设备壳体、法兰能继续使用，但管束不是由于换热管腐蚀严重而穿孔，就是因管头存在泄漏而失效。
毕业设计：浮头式换热器设计
摘要随着石油化工行业的迅速发展，换热器在石化行业设备中占据着重要的部分和地位。
换热器是一种实现物料之间能量传递的设备，本设计主要是针对的浮头式换热器，浮头式换热器属于管壳式换热器的一种，是利用间壁使高温流体和低温流体进行对流传热从而实现物料间的热量传递。
在设计的整个过程中，严格按照GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》等标准进行设计和计算。
以及对换热器的强度，刚度和稳定性的校核。
本设计包括四个部分：说明部分；计算部分；绘图部分和翻译部分。
说明部分主要阐述了浮头式换热器的工艺流程及其在炼油化工生产中的地位，换热器设备及其发展现状和国内外换热器的最新发展趋势，同时介绍了换热器的结构设计，换热器主要零部件结构的设计及压力容器常用材料等。
最后对压力容器的制造，检验和验收等问题也作了简单的介绍。
计算部分主要针对筒体，封头，和法兰进行了详细计算，并对其进行了水压试验校核，还对换热器的管板，折流板，鞍座等进行了相关的设计计算。
除此之外，还参阅相关的设计手册及大量的文献，完成了各个零件图的绘制，还对两万字符的外文进行了翻译等工作。
因此，这是份比较具有创新性的毕业设计。
关键词：浮头式换热器；筒体；压力试验；校核AbstractWith the oil of the rapid development of the chemical industry, heat exchanger equipment in the petrochemical industry occupies an important part and status. Is a heat exchanger to achieve energy transfer between the materials of the equipment, mainly for the design of the floating head heat exchanger, floating head heat exchangers are shell and tube heat exchanger type is the use ofpartitions so that high-temperature fluid and low-temperature fluid for convective heat transfer in order to achieve the heat transfer between materials.In the design of the whole process, in strict accordance with GB150-1998 "Steel Pressure Vessels" and GB151-1999 "shell and tube heat exchanger" and other standards for the design and calculation. As well as the heat exchanger strength, stiffness and stability of the check.The design includes four parts: that part of it; calculation part; mapping and translation of some parts. Note on some of the main floating head heat exchanger and its application in the process of refining the position of chemical production, heat exchanger and the development of equipment and heat exchangers at home and abroad the latest development trends, at the same time introduced the structure of heat exchanger design, heat exchanger design of the structure of the main components and pressure vessels commonly used materials. Finally, pressure vessel manufacturing, testing and acceptance of other issues also made a brief introduction. Calculated for some of the main cylinder, head, and carried out a detailed calculation of the flange, and its hydraulic test checking, but also on the heat exchanger tube sheet, baffle, such as a saddle-related design calculation. In addition, see the related design manuals and a lot of literature, completed the mapping of various parts, but also on the20,000 foreign-language characters for the translation work. Therefore, it is a comparison of graduates with innovative design.Key words:Floating head heat exchanger; cylinder; pressure test; check目录1前言 (1)1.1管壳式换热器的分类 (1)1.2管壳式换热器的结构 (2)1.2.1管束 (2)1.2.2壳程 (3)1.2.3管子的排列方式 (3)1.2.4管板 (3)1.2.5折流板与折流杆 (3)1.3管壳式换热器相关分析 (4)1.3.1传热系数 (4)1.3.2平均温差 (4)1.3.3流体流速 (4)1.3.4流体压降 (4)1.3.5振动 (4)1.3.6其他 (4)1.4提高管壳式换热器传热能力的措施 (5)1.5管壳式换热器工作原理 (6)1.6管壳式换热器的发展 (7)1.6.1板式支承结构的发展 (7)1.6.2杆式支承结构的发展 (7)1.6.3空心环支承结构 (8)1.6.4管式自支承 (9)1.7管壳式换热器特点 (10)1.8管壳式与其他换热器的比较 (11)1.9腐蚀与防护 (14)1.9.1换热器腐蚀的原因 (14)1.9.2管壳式换热器的防腐蚀措施 (16)1.10换热器设计软件简介 (19)1.10.1HTFS (20)1.10.2 HTRI (21)1.10.3 ASPEN PLUS B—JAC (22)1.11结语 (23)2设计部分 (24)2.1浮头式换热器筒体的计算： (24)2.1.1计算条件 (24)2.1.2厚度的计算 (24)2.2前后端管箱封头的计算 (25)2.2.1设计条件 (25)2.2.2厚度计算 (25)2.2.3压力试验应力校核 (26)2.2.4压力试验应力校核 (27)2.3带法兰无折边球形封头及法兰计算 (27)2.3.1设计条件 (27)2.3.2厚度计算 (28)2.4管子排列方式的设计 (31)2.5开孔补强的计算 (31)2.5.1筒体开孔所需的补强面积要求 (32)2.5.2在有效补强范围内作为补强的截面积 (32)2.5.3选择补强圈补强 (33)2.6外头盖法兰厚度计算 (33)2.6.1设计条件 (33)2.6.2厚度计算 (34)2.7管板的厚度计算 (38)2.7.1设计条件 (38)2.7.2计算各参数 (39)2.7.3厚度计算 (41)2.7.4校核换热管轴向力 (42)3 致谢 (45)4 参考文献 (46)1 前言换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。
浮头式换热器设计
第1章浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。
浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。
本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。
首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。
主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。
换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。
随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。
换热器因而面临着新的挑战。
换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。
目前在发达的工业国家热回收率已达96%。
换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。
其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。
其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。
在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。
浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。
换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。
换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。
换热器-浮头换热器
浮头式换热器一、浮头式换热器的概述浮头式换热器的一端管板是固定的。
与壳体刚性连接，另一端管板是活动的，与壳体之间并不相连。
活动管板一侧总称为浮头，浮头式换热器的管束可从壳体中抽出，故管外壁清洗方便，管束可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构复杂、造价高，且浮头处若密封不严会造成两种流体混合。
浮头式换热器适用于冷热流体温差较大（一般冷流进口与热流进口温差可达110℃），介质易结垢需要清洗的场合。
二、浮头式换热器的总体结构三、浮头式换热器的特点1、浮头式换热器的优点（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程。
（2）介质间温差不受限制。
（3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450°，压力小于等于6.4Mpa。
（4）可用于结垢比较严重的场合。
（5）可用于管程易腐蚀场合。
2、浮头式换热器的缺点（1）小浮头易发生内漏。
（2）金属材料耗量大，成本高20%。
（3）结构复杂。
三、浮头式换热器的应用浮头式换热器适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
四、浮头式换热器的导流结构为使壳程进口段管束充分传热，浮头式换热器可采用内导流或外导流结构。
1、内导流浮头式换热器内导流筒换热器是在换热器的壳程筒体内设置了内导流筒使换热器的前或后端未加导流筒前难以利用换热的换热管得以充分利用，从而增大换热器的有效换热面积。
2、外导流浮头式换热器外导流式换热器是在原换热器的壳程筒体上增加一个放大筒节用以扩散壳程流体，并使流体从换热器壳程的两端进入壳程，从而避免了在换热器布管时考虑布管弓形的高，而使增加了同规格上换热器的布管数目并有效利用了换热器前后端的换热管从而增大了有效换热面积。
浮头式换热器
浮头式换热器浮头式换热器简介浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。
管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，除去了温差应力。
浮头式换热器结构浮头式换热器结构在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，设浮头法兰为凸型和梯型凸台双密封，分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰，且凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配，该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖，其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片，该结构必须时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径，同时相应更改加大相关零部件的尺寸；另配置一无外力辅佑襄助钢圈，其圈体内径大于浮头管板外径，钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封，另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封。
浮头式换热器设计要求浮头式换热器随着经济的进展，各种不同型式和种类的换热器进展很快，新结构、新料子的换热器不绝涌现。
为了适应进展的需要，中国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。
完善的换热器在设计或选型时应充足以下基本要求：（1）合理地实现所规定的工艺条件；（2）结构安全牢靠；（3）便于制造、安装、操作和维护和修理；（4）经济上合理。
浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管束对膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。
浮头端设计成可拆结构，使管束能简单的插入或抽出壳体。
（也可设计成不可拆的）。
这样为检修、清洗供给了便利。
但该换热器结构较多而杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。
因此在安装时要特别注意其密封。
浮头换热器的浮头部分结构，按不同的要求可设计成各种形式，除必须考虑管束能在设备内自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的便利。
换热器的结构讲解
换热器的结构管壳式换热器就是具有换热管和壳体的一种换热设备，换热管与管板连接，再用壳体固定。
按其结构型式，主要分为：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、方形壳体翅片管换热器等。
详细结构如下：固定管板式换热器：固定管板式换热器结构如上图所示，换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。
换热管可为光管或低翅管。
其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。
其缺点是壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对于较脏或对材料有腐蚀性的介质不能走壳程。
壳体与换热管温差应力较大，当温差应力很大时，可以设置单波或多波膨胀节减小温差应力浮头式换热器浮头式换热器结构如图所示，其一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。
壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。
浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这样为检修和清洗提供了方便。
这种形式的换热器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程都要进行清洗的工况。
浮头式换热器的缺点是结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能U形管式换热器上图为双壳程U形管式换热器。
U形管式换热器是将换热管弯成U形，管子两端固定在同一块管板上。
由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。
因U形管式换热器仅有一块管板，所以结构较简单，管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗稍困难，所以管内介质必须清洁且不易结垢。
U形管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。
壳程可设置纵向隔板，将壳程分为两程(如图中所示)。
填料函式换热器上图为填料函式双管程双壳程换热器，填料函式换热器的换热管束可以自由滑动，壳侧介质靠填料密封。
对于一些壳体与管束温差较大，腐蚀严重而需经常更换管束的换热器，可采用填料函式换热器。
浮头式换热器设计简介
浮头式换热器设计（PN 1.7/1.5;W=51T/h）过程装备与控制工程 08150332 李自鹏王文江、吴健工程师摘要列管式换热器在化工、石油等行业中广泛应用。
本设计是关于浮头式换热器的设计，主要进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。
设计前半部分是工艺计算：主要有设计条件估算换热面积，从而进行选型、校核传热系数，计算出实际换热面积，最后压力降和壁温的计算。
设计后半部分是关于结构和强度的设计：主要是根据已经选定的换热器形式进行设备内个零件部件的设计，包括：材料选择、具体尺寸确定、具体位置确定、管板厚度计算、开孔补强、计算拉脱力、震动计算等等。
最后设计结果通过8张图纸表现出来。
关键词：换热器；工艺设计；结构设计；校核AbstractTube type heat exchanger is widely used in chemical industy petrochemical industy and so on.This design work is floating head heat exchanger design calculation ,which include technology calculate of heat exchange ,the struclure and intensity of heat exchanger.The first part of design is the technology calculation process .Mainly ,the process of technology calculate is according to the given conditions to extimate the heat exchanger area,and then,select a suitable heat transfer area.The secondhalf of the design is about the structure and intensity of the degign,This part is just on the select type of heat exanger to design the heat ehchanger is components and part. T his part design mainly include,the choice of materials identify specifics size.identify specific location ,the thickeness calculate of tube sheet,the thickness .In the end,the finalresults through 8maps to display.Key Words: heat exchanger; total design; structural design.一、浮头式换热器基本理论（一）工作原理浮头式换热器属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。
浮头式换热器结构的设计
毕 业 设 计 说 明 书
设计 Q 扣 1：1459919609 Q 扣 2：1969043202 学 专 题 院： 业： 目：
浮头式换热器的设计Fra bibliotek指导教师：职称: 职称:
20**年**月**日
-Ⅶ-
目录
[摘要]................................................................................................................................................................ 21 前言..................................................................................................................................................................... 1 1 热力计算......................................................................................................................................................... 1 1.2 定性温度和物性参数计算.......................................................................................................................2 1.3 初选结构................
浮头式换热器工作原理
浮头式换热器工作原理浮头式换热器是一种高效且广泛应用于各行各业的换热器，其工作原理主要基于对流传热与对流对换传热两种方式，下面将详细介绍其工作原理。
浮头式换热器的基本构造是上下两个胆体，下胆体为周转胆，上胆体为浮动胆，二者之间用密封圈密封连接。
由于上胆体可以任意升降，因此传热面积在传热过程中可以随着介质流量的变化而改变，从而适应不同工况下的换热需求。
浮头式换热器工作时，第一步是将两种介质分别进入到周转胆与浮动胆中，流体分别在两个胆体内部流动。
在传热过程中，流体在胆体内部产生湍流，从而促进换热。
其次，两种介质的传热方式分别为对流传热与对流对换传热，我们先来介绍对流传热。
对流传热是介质流动过程中由于流体温度和速度的不均匀所引起的传热现象。
对流传热的传热系数比传热面在静止状态下要大很多，因此在换热器中利用对流传热进行换热是非常常见的。
另一种介绍的是对流对换传热。
对流对换传热是介质流经换热器时，在流体与传热面之间形成的边界层内，发生的传热现象。
当流体与传热面接触时，由于流体的传热性能通常比传热面差，因此无法完全将热量传递给传热面，在边界层内产生温度梯度形成热阻，同时流体与传热面之间的传热模式由传热过程中的对流传热转变为对流对换传热。
除了以上介绍的换热方式外，浮头式换热器还采用了流动态配技术，即在换热器中控制不同介质的流量使其达到最佳匹配状态，增强传热效果。
因此浮头式换热器具有高效、省能、耐腐蚀、自动调节等优点。
此外还有一点需注意的是，浮头式换热器在使用过程中一定要注意流体的传热性能。
如果传热过程中产生的温度梯度过大，则会造成传热面局部温度过高，热应力过大，从而导致传热面变形甚至失效。
因此，在使用浮头式换热器时一定要进行有效隔热措施，保证其正常工作。
总之，浮头式换热器作为一种高效的换热器设备，在众多行业中应用广泛。
其工作原理基于对流传热和对流对换传热，采用流动态配技术，可以适应不同工况下的换热需求，效率高、节能、耐腐蚀。
浮头式换热器解读
浮头式冷却器E-1401设计摘要该毕业设计题目为浮头式冷却器（即浮头式换热器）E-1401设计，源于工程实际。
浮头式换热器是管壳式换热器中的一类，其管板一端固定在壳体与前端管箱之间，另一端（即浮头）可以在壳体中自由移动。
由于管束的热膨胀不受壳体的约束，因此浮头式换热器不会产生较大的温差热应力，这样便避免了对换热器结构的损害。
此外，浮头式换热器还便于拆卸、易于清洗，适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的场合。
因此在石油化工以及其他相关行业中得到了广泛的应用。
该设计主要进行了换热器结构的研究和各处强度的校核。
根据所提供的设计条件，以及GB150-2011《压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》、《固定式压力容器安全技术监察规程》等标准确定出换热器各个零部件（管箱、封头、法兰、开孔接管、折流板、钩圈等）的具体方案，包括各处材料的选择，各零部件的基本结构，壁厚计算及强度校核，开孔补强计算，管板、法兰以及浮头钩圈的强度计算等。
本设计历时3个月，共完成说明书一份，A1图纸5张，外文翻译一份。
关键词：换热器浮头设计Floating cooler E-1401 designSummaryThe graduation project titled Floating cooler ( ie, floating head heat exchanger ) E-1401 design , from engineering practice . Floating head heat exchanger shell and tube heat exchanger is in a class of its tube plate fixed at one end between the housing and the front tube box , the other end ( ie, floating head ) can move freely in the housing. Due to thermal expansion of the bundle is not bound by the housing , the floating head heat exchanger and therefore no large temperature difference between the thermal stress , thus avoiding damage to the structure of the heat exchanger . In addition, floating head heat exchanger is also easy to disassemble , easy to clean , suitable for large temperature difference between the shell and tube bundle or medium shell easy to scale the occasion. So it has been widely used in the petrochemical and other related industries.The design is mainly studied the intensity of the heat exchanger and around the structure checked. Determine the various components of the heat exchanger according to the design conditions provided and GB150-2011 " pressure vessel ", GB151-1999 " shell and tube heat exchangers ", " Safety Technology Supervision Stationary Pressure Vessels " and other standards ( tube box , head, flange , opening over, baffles, circle hooks , etc. ) of the specific program , including the selection of materials throughout , the basic structure of the various parts , wall thickness calculation and strength check , opening reinforcement calculations, tube sheets , flanges and strength calculation Floating circle hook .Keywords : Heat exchanger floating head design1.前言随着时代的发展、科技的进步，石油化工及相关产业在人类的生活中扮演的角色越来越不可替代。
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浮头式换热器浮动端的结构——钩圈式浮头
浮头换热器的浮头部分结构设计，除需考虑管柬能在设备内部自由伸缩，及检修、安裴、清洗
方便外，还应保证浮头端盖的密封。
而钩圈对保证浮头端的密封、防止管壳间介质的串漏起重要的
作用。
5.7.1钩圈式浮头的结构及尺寸钩圈式浮头的详细结构见图5.7盖侧法兰一1。
外头盖法兰B型钩圈浮头盖法兰图5. 7-1 图5. 7-1中结构尺寸及符号说明如下：a-根据管束和壳体的伸缩量来确定；及、b2、bn -按5.3.3的规定；C-安装及拧紧浮头螺母所需空间尺寸，应考虑在各种情况下的热膨胀量，宜不小于60mm; 历，——浮头法兰和钩圈的内直径，臃．=Di-2 (bi+b。
)，mm：历。
——浮头法兰和钩圈的外直径，历。
=Di+80，mm；以——换热器圆筒内直径，mm：夙——布管限定圆直径，按5.5.3确定，mm：D-外头盖内直径，~Di+100，mm：豌——浮动管板外直径，Do=及-2觑，mm。
5.7.2钩圈钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要的作用。
随着浮头换热器的设计、制造技术的发展、以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不断的改进和完善。
钩圈一般都是对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。
5.7.2.1彳型钩圈和曰型钩圈GB151给出了两种型式的钩圈，即彳型钩圈和曰型钩圈。
见图 5.7-2a、b。
彳型钩圈在上世纪70年代及以前采用较多，由于A型钩圈的底部距浮动管板较远，使得浮头端壳程介质的死角增大，减少管束的有效传热面积。
且A型钩圈的厚度比B型钩圈厚一上紧双头螺柱也比B型长，稳定性差。
曰型钩圈为国外引进型式，其特点是浮头管板和钩圈的斜槽采用不同倾角，浮头管板斜角采用18。
，外圈斜角2×45。
，钩圈斜角采用17。
，钩部厚度a-般在25～30mm之间，钩部宽度b的尺寸是随换热器内径的增大而增大，管板外径与钩圈内径的间隙控制在0. 2～0. 4mm之间。
这样，在上紧双头螺柱时间隙将消失而使管板对钩圈起到支撑并控制钩圈转角的作用，即保证了螺栓的弯曲变形在允许范围内，又保证了有效密封的作用，见图5. 7-3。
本手册推荐采用B型钩圈结构。
5.7.2.2日型钩圈和浮动管板的结构及尺寸a)GB151给出了B型钩圈与浮动管板相配合的尺寸，允许偏差以及B型钩圈的设计厚度计算形式，见图5. 7-4和式(9)。
5.7.2.3 A型钩圈的结构及尺寸计算，详见GB151的规定。
5.7.3浮头盖5.7.3.1浮头盖的结构见图5. 7-5。
图5. 7-55.7.3.2多管程的浮头盖，其最小内侧深度应使相邻管程之间的横跨流通面积至少等于每程换热管流通面积的1.3倍。
单管程的浮头盖，其接管中心处最小内侧深度为接管内径的三分之一。
5.7.3.3分程隔板的最小厚度按5.1.7.1条的规定5.7.3.4浮头盖的设计计算球冠形封头，浮头法竺应分别按管程设计压力和壳程设计压力作用下进行内压和外压的设计计算，取其大者为计算厚度。
详细的计算方法和步骤应符合GB151的规定，设计者可用SW6计算软件进行计算。
．在计算浮头法兰时，建议GB151表47中的参数卜一即球冠形封头在浮头法兰上的定位尺寸取为卢万，、+2mm。
（万。
——球冠形封头各部分厚度），见图5.7-5。
注：上述参数，（或上．）的确定系浮头法兰设计的关键，我国的专业期刊和文
献对此多有论述，设计者可参阅《石
5.7.4 单程浮头换热器钩圈式浮头端结构
单程浮头换热器的管程出口处的结构可有以下两种：
1)填料函结构，见图5. 7-6。
2)带膨胀节的结构，见图5.7-7。
图5. 7-6
5.8 填料函式换热器
图5. 7-7
填料函式换热器适用于温差较大、介质腐蚀严重而经常更换管束的场合，其结构较浮头式简单，制造方便，造价较低。
但是由于填料密封处易于泄露，所以壳程压力不能过高，也不适用于壳程内为易挥发、易燃、易爆、有毒介质的场合。
5.8.1填料函结构型式：
填料函式换热器的结构塑式可分为外填料函浮头式，单填料函滑动管板式和双填料函滑动管板式三种。
5.8.1.1外填料函式浮头换热器宜用于2. 5MPa以下，其结构及尺寸见图5.8-1和表5.8-1。
表5. 8-1
5.8.1.2单填料函滑动管板结构及尺寸参见图5. 8-2和表5.8-1
a) b)
图5. 8-2
图5. 8-2a)的结构不适用于管、壳程介质严禁混合的情况；图5.8-2b）的
结构可以从套环中间孔检查介质泄露的情况。
5.8.1.3双填料函滑动管板结构及尺寸见图5. 8-3。
该结构具有双重填料，内层填料对管、壳程进行密封；外层填料主要起保
护作用，收集泄露的介质，并由接管引出。
此种结构用于要求比较严格的场合。
5.8.2有关填料函的一般规定
a)宜在填料函底部设置一个软金属环，见图5. 8-1的放大图I，软金属环与裙板之间的间隙应小
于管板裙和填料函之间的最小间隙。
b)浮动管板裙向外延伸，见图5. 8-2a)和图5.8-3。
当管板裙必须向内延伸时，应采取适当的方
法防止壳程与管板之间产生较大的流体停滞区。
c)凡与填料接触的管板、管板裙及填料函的表面均应进行机加工，表面粗糙度Ra≤12.5 u m。
5.8.3填料的选择
填料的选择应根据管、壳程介质、操作温度、操作压力等确定，可以采用石油浸石棉填料、橡胶石棉填料、聚四氟乙烯浸石棉填料和柔性石墨填料。