浮头式换热器设计原油 柴油
浮头式换热器在油田应用研究
浮头式换热器在油田应用研究摘要：浮头式换热器其具有结构简单、坚固耐用、耐压能力高等优点，在油田生产中得到了广泛应用，油田各联合站通过应用浮头式换热器在也取代了直接加热的原油加热炉，通过工艺改变采用水炉对水源加热，通过热水作为换热器的热介质再把原油加热，从而消除了原来采用直接给原油加热的方式存在着火爆炸的安全隐患，本文通过浮头式加热炉的结构及原理入手，举例说明浮头式换热器取代直接原油加热炉的生产案例并进行了技术分析。
关键词：浮头式换热器；油田；应用研究；概述：随着我国工业技术的进步，换热器制造技术也越来越先进，换热器在我们的生产、生活中得到广泛应用。
近几年，油田生产一线在应用换热器技术，停运全部原油加热炉的思想指导下，留**、留*站、路*站、路*站、留*站的改造中，应用换热技术给原油加热，停运停建原油加热炉，达到了简化工艺、提高集输系统效率、消除安全生产隐患的目的。
一、浮头式换热器的结构及工作原理：浮头式换热器的结构：主要由一定直径、一定长度的筒体卧式固定在基座上。
若干小直径的承压换热导管沿浮筒轴向均匀分布。
浮筒有前封头和后封头，前封头内有一个水平隔板分成上、下（进、出）两个仓室，前封头和后封头与浮筒是密封隔断的。
承压换热导管的进、出口在浮筒的前封头内。
冷、热流体由相应的接管进出。
浮头式换热器的工作原理：被加热介质从进口管进入前封头下面的进口仓室，在经过承压换热导管进入后封头内，被加热介质在后封头内转向再进入承压换热导管，在进入前封头上面的出口仓室，经出口管流出。
热介质由浮筒前上部进入，沿换热导管外侧流到浮筒的后下侧流出。
冷、热介质在换热导管内外两侧相向流动进行热量交换。
二、浮头式换热器在油田的应用及解决的问题1、留*站使用换热器停运了外输炉和脱水加热炉留*站外输炉和脱水加热炉于1985年投运，投运时间长，导致加热炉管腐蚀、热疲劳是不可避免的问题，原油在高温炉管内流动，炉管一旦发生泄漏，原油进入高温炉堂，轻则原油在炉膛发生二次燃烧，严重时炉膛爆炸，后果极为严重，员工的生命安全得不到保障。
浮头式换热器课程设计
目录一设计任务书 (5)二设计计算 (5)2.1确定设计方案 .. 52.11 选择换热器类型 (5)2.12 管程安排52.2 确定物性数据 . 52.3 估计传热面积 . 62.31 热流量（忽略热损失） (6)2.32 冷却水的用量62.33 平均传热温差62.34 初算传热面积6 2.4 工艺结构尺寸 . 72.41 管径和管内流速 (7)2.42 管程数和传热管数 (7)2.44 传热管排列和分程方法 (7)2.45 壳体直径82.46 折流板 (8)2.47 接管 (8)2.5 换热器核算 (8)2.51 传热面积校核82.52 换热器内压降的核算 (9)三设计结果汇总表及图10一设计任务书某生产过程中，需将6000kg/h的原油从175℃冷却至130℃，压力为0.4MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.3MPa，循环水进口温度25℃，出口温度为55℃。
试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。
二设计计算2.1确定设计方案2.11 选择换热器类型两流体的温度变化情况:原油进口温度175℃，出口温度130℃；循环冷却水进口温度25℃，出口温度55℃。
考虑到换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
2.12 管程安排由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加速污垢增长速度，使换热器的热流量下降，故总体考虑，应使循环冷却水走管程，原油走壳程。
2.2 确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
故 壳程原油的定性温度为： 5.1522)130175(=+=T ℃ 管程循环冷却水的定性温度为： 402)5525(=+=t ℃ 已知原油在定性温度下的有关物性数据如下：密度 0ρ＝820kg/m 3导热系数 0λ＝0.128W/m ℃定压比热容 0p C ＝2.20kJ/kg ℃粘度 0μ＝0.665mPa ﹒s循环冷却水在40℃下的物性数据如下：密度 i ρ＝992.2kg/m 3导热系数 0λ＝0.634W/m ℃定压比热容 0p C ＝4.1744KJ/kg ℃粘度 0μ＝0.656mPa ﹒s 2.3 估计传热面积2.31 热流量 （忽略热损失）2.32 冷却水的用量2.33 平均传热温差先按照纯逆流计算得： 36.112105120ln )105120('=-=m t ℃ 2.34 初算传热面积由总传热系数的选择表可得：K 的取值范围为290 ~698)/(02C m W ，在K 的取值范围内，取K=320)/(02C m W 。
浮头式换热器设计【毕业作品】
浮头式换热器设计摘要：本次设计的题目是浮头式换热器。
浮头式换热器是管壳式换热器的换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只是一端与外壳固定，另一端可相对壳体滑移，称为浮头式。
浮头由浮动管板钩圈和浮头端盖组成。
它不会因为管束之间的差胀而产生温差热效应，同时还具有拆卸方便、易清洗的优点，另外与其他类型的管壳式换热器一样，能在高温、高压下工作，所以在化工工业方面应用广泛。
本设计中的浮头式换热器主要参照GB151在给定的设计条件下进行工艺设计，然后对筒体、管束、浮头端进行详细的机械结构设计、计算和校核，对于换热器的一些零部件则根据设计参数查找标准。
对于具体的设计步骤与准则在设计说明书中有详细的说明。
关键字:换热器；浮头；管板；钩圈The design of floating-head heat exchangerAbstract:The topic of my study is the design of floating-head heat exchanger. The floating-head heat exchanger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating head. One of its tube sheet is fixed，while another can float in the shell，so called floating head. The floating head floating tube sheet hook and loop and floating head cover. It is not because of the differential expansion between the tubes and the temperature difference between the thermal effects, but also has to facilitate the demolition, the advantages of easy to clean, but in addition it can work in high temperature and high pressure same as the other tube and shell heat exchanger, so widely used in the chemical industry. The design of the floating head heat exchanger major reference GB151,first make process design in a given design conditions, and then on the cylinder, tube, floating head end, a detailed mechanical structural design, calculation and check, for some of the heat exchanger components according to the design parameters. The specific design steps and design criterion is described in design specification.Keywords:heat exchanger; floating head; tube plate; hook and loop前言换热器是实现热量传递的一种设备，在工业生产中起着重要的作用，在各个化工相关领域得到了广泛的应用。
浮头式换热器工艺说明书
化工原理课程设计原油加热器——浮头式换热器工艺说明书学院：材料科学与工程专业：高分子材料与工程班级：高分子112班姓名：***学号：**********指导教师：佟白目录第1章绪论 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。
设计任务和设计条件 (3)第2章工艺设计与计算 (3)2. 1浮头式换热器的选用 (3)2.1.1 流动途径 (3)2.1.2 物性参数的确定...................................................................... 错误!未定义书签。
2.1.3 热负荷的计算 (3)2.1.4 估算传热面积A (4)2.2 工艺结构尺寸 (4)2.2.1 管径和管内流速 (4)2.2.2 管程数和传热管数 (4)2.2.3 平均传热温差校正及壳程数 (5)2.2.4 传热管排列和分程方法 (5)2.2.5 壳体内径 (6)2.2.6 折流板 (6)2.2.7 接管 (6)2.2.8 法兰 (14)2.2.9 其他附件.................................................................................. 错误!未定义书签。
2.3换热器核算 (7)2.3.1 传热能力核算 (7)2.3.2壳程流体传热膜系数 (7)2.3.3管程传热膜系数 (8)2.3.4总传热系数 (8)2.3.5传热面积裕度2.3.6壁温核算2.3.7换热器内流体的流动阻力 (9)2.3.8管程流体阻力 (9)2.3.9壳程流体阻力 (11)第3章3.1设备参数计算3. 2设计结果一览表错误!未定义书签。
浮头式换热器设计
大学生物工程专业《化工原理课程设计》说明书题目名称浮头式换热器的设计专业班级学号学生姓名指导教师2012 年06 月08 日目录1、设计方案.................................................................................. 错误!未定义书签。
2、衡算.......................................................................................... 错误!未定义书签。
2.1确定设计方案 ..................................................................... 错误!未定义书签。
2.1.1换热器的类型................................................................ 错误!未定义书签。
2.1.2 管程安排....................................................................... 错误!未定义书签。
2.2确定物性数据 ..................................................................... 错误!未定义书签。
2.3估算传热面积 ..................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.1 热负荷........................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.2 热流体用量................................................................... 错误!未定义书签。
浮头式换热器毕业设计
浮头式换热器毕业设计毕业设计（论文）专业：过程装备与控制工程题目：BJS1200浮头式冷凝器设计作者姓名：导师及职称：导师所在单位：二〇一三年六月十六日本科毕业设计（论文）任务书2012 届机械与汽车工程学院过程装备与控制工程专业学生姓名：Ⅰ毕业设计（论文）题目中文：BJS1200浮头式冷凝器设计英文：The design ofBJS1200 floating head condenserⅡ原始资料1. 马小明、钱颂文、朱冬生等. 管壳式换热器[M]，北京：中国石化出版社，2010.2. 董其伍、张垚。
换热器 [M]，北京：化学工业出版社，2008.3.GB_151-1999_管壳式换热器Ⅲ毕业设计（论文）任务内容1、课题研究的意义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的 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。
壳体一般为圆筒形，也可为方形。
管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。
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。
浮头式换热器设计原油柴油
1.1设计题目列管式换热器(原油预热器)的设计1.2操作条件1.查阅文献资料, 了解换热设备的相关知识, 熟悉换热器设计的方法和环节；2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件, 进行换热器工艺3.根据换热器工艺设计及计算的结果, 进行换热器结构设计；4、以换热器工艺设计及计算为基础, 结合换热器结构设计的结果, 绘制换热器装配图；5、编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结, 设计说明书应当用简洁的文字和清楚的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。
目录1.设计任务书 (3)2.概述 (5)3.设计标准 (7)4.方案设计和拟订 (8)5.设计计算 (12)6.参考文献 (22)7.附录 (23)8.设计小结 (29)9. CAD图321.概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热互换器,简称为换热器。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸取热量。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同, 换热器的类型也多种多样, 不同类型的换热器也各有优缺陷, 性能各异。
列管式换热器是最典型的管壳式换热器, 它在工业上的应用有着悠久的历史, 并且至今仍在所有换热器中占据主导地位。
列管式换热器有以下几种:1）固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体, 当两流体的温度差较大时, 在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈, （或膨胀节）。
当壳体和管束热膨胀不同时, 补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。
特点: 结构简朴, 造价低廉, 壳程清洗和检修困难, 壳程必须是洁净不易结垢的物料。
2）U形管式U形管式换热器每根管子均弯成U形, 流体进、出口分别安装在同一端的两侧, 封头内用隔板提成两室, 每根管子可自由伸缩, 来解决热补偿问题。
特点: 结构简朴, 质量轻, 合用于高温和高压的场合。
原油预热器设计说明书分析
化工原理课程设计说明书设计题目:原油预热器设计学生姓名：所在班级：学号：002设计时间：2012.12.31—3013.01.11指导教师：罗建平审阅时间：设计成绩：设计任务书1.设计名称：原油预热器设计2.设计条件：炼油厂用柴油将原油预热，设计、操作条件如下表所示（1）. 处理原油量：50400 Kg/h（2）. 加热介质：进口温度175℃，出口温度40℃,质量流量40300 Kg/h（3）. 原油：进口温度25℃（4）. 允许压强降不大于0.3×106Pa（5）. 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W（6）. 每年按330天计，每天24小时连续运行3.设计任务（1）.选择适宜的列管换热器并进行核算。
（2）.画出工艺设备图及列管布置图。
（3）.画出带控制点的换热装置工艺流程图4.基础数据目录一概述 (5)二设计标准 (5)三设计方案简介 (6)（一）换热器简介 (8)1、换热器概述 (8)2、换热器的分类 (9)（二）列管式换热器的结构 (13)1、管程结构 (13)2、壳程结构⑴壳体 (14)（三）各参数的确定 (17)（四）材料选用 (20)四工艺流程草图及说明 (21)五工艺计算及主要设备设计 (21)（一）换热器选型 (21)（二）物性数据确定 (22)（三）流程及流速的初步确定 (22)（四）总传热系数计算 (23)（五）传热面积的估算 (23)（六）工艺结构尺寸 (23)1.管径和管内流速的最终确定 (23)2．管程数和传热管数 (24)3．平均传热温差校正及壳程数 (24)4．传热管排列和分程方法 (25)5 .壳体内径 (25)6 .折流板数计算 (26)7 .接管 (26)8.其他附件 (27)(七)换热器核算 (27)1.热量核算 (27)2. 换热器内流体的流动阻力计算 (29)（八）壁温核算 (31)（九）壳体壁厚 (32)（十）水压校核 (32)（十一）年产量计算 (33)六辅助设备的计算和选型 (33)（一）离心泵选型 (33)1.管程输送离心泵选型 (33)2.壳程输送离心泵选型 (34)七设计一览表 (34)(一)换热器主要结构尺寸和计算结果 (34)八设计评述 (35)九附图 (37)十附录 (37)十一参考资料 (40)十二主要符号说明 (41)(一)英文字母 (41)（二）希腊字母 (42)（三）下标 (43)一概述列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。
浮头式换热器设计说明书
1 绪论1．1 换热设备在工业中的应用在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过程。
传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。
据统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关，如反应过程中：有的要放热、有的要吸热、要维持反应的连续进行，就必须排除多余的热量或补充所需的热量。
工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，以降低成本。
综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。
换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。
1．2 换热设备的分类1.2.1按作用原理或传热方式可分为：直接接触式、蓄热式、间壁式。
1.2.1.1直接接触式换热器，如下图所示热流体图1.1其传热的效果好，但不能用于发生反应或有影响的流体之间。
蓄热式换热器，如下图所示图1.2其适用于温度较高的场合，但有交叉污染，温度被动大。
1.2.1.3 间壁式换热器，又称表面式换热器利用间壁进行热交换。
冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。
1.2.2 按其工艺用途可分为：冷却器（cooler）、冷凝器（condenser）、加热器（一般不发生相变）（heater）、蒸发器（发生相变）（evaporator）、再沸器（reboiler）、废热锅炉（waste heat boiler）。
1.2.3 按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。
1．3 国内外的研究现状上个世纪70年代初发生世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。
为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备。
因此，几十年来，高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。
近年来，国内已经进行了大量的强化传热技术的研究，但在新型高效换热器的开发方面与国外差距仍然较大，并且新型高效换热器的实际推广和应用仍非常有限。
原油-常二线浮头式换热器设计.doc
2012届毕业（设计）论文题目常二线-原油换热器设计专业班级过程装备与控制工程学号 0803020218 学生姓名石熠学院机电工程学院指导教师刘丽芳指导教师职称副教授完成日期： 2012 年6月3日目录摘要 (Ⅲ)ABSTRACT (Ⅳ)前言 (Ⅴ)第一章换热器基本知识 0第二章设计计算 (12)2.1 设计条件 (12)2.2 核算换热器传热面积 (13)2.3 压力降的计算 (20)2.4 换热器壁温计算 (22)第三章换热器结构设计与强度计算 (23)3.1 壳体与管箱厚度的确定 (23)3.2 开孔补强计算 (26)3.3 水压试验 (31)3.4 换热管 (32)3.5 管板设计 (35)3.6 折流板 (41)3.7 拉杆与定距管 (43)3.8 防冲板 (44)3.9 保温层 (44)3.10法兰与垫片 (44)3.11 钩圈式浮头 (49)3.12 分程隔板 (54)3.13 鞍座 (54)3.14 接管的最小位置 (56)第四章换热器的腐蚀、制造与检验 (57)4.1 换热器的腐蚀 (57)4.2 换热器的制造与检验 (58)第五章焊接工艺评定 (61)5.1 壳体焊接工艺 (61)5.2 换热管与管板的焊接 (62)5.3 法兰与筒体的焊接 (63)第六章换热器的安装、试车与维护 (63)6.1 安装 (63)6.2 试车 (64)6.3 维护 (64)总结 (64)参考文献 (66)附录A相关文献 (67)附录B等面积补强VB源程序 (74)摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
本文以PN1.6 DN800浮头式换热器为研究对象，在查阅国内外众多文献的基础上，对换热器的发展、背景、分类和用途进行了探索和研究，以气气换热器的设计过程为主线，结构设计为主体，全面介绍换热器的设计全过程。
本文主要以常二线和原油为介质，按实际设计步骤依次进行热工计算、结构设计和强度设计，并画出换热器的CAD结构图。
浮头式换热器设计说明书
这类换热器是在芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形状交替缠绕而成，相邻两层螺旋状传热管的方向相反，并采用一定形状的定距件使之保持一定的间距。它适用于同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大量且管内介质操作压力较高的场合。
1.
在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。它的基本结构是在壳体内放置了许多管子组成的管束，管子的两端（或一端）固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和定距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两册的端盖上装有流体的进出口。
（1）实现所规定的工艺条件
（2）强度足够及结构可靠
（3）便于制造、操作与维修
（4）经济上合理
1.3
在进行换热器设计时，对换热器各种零，部件的材料，应根据设备操作压力，操作温度，流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备操作压力和操作温度，即从设备的强度和刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。如在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。
管壳式换热器虽然在换热效率，设备结构的紧凑性和单位面积的金属消耗量等方面都不如其它新型换热器，但它具有结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便、能承受较高的操作压力和温度。在高温、高压和大型换热器中，管壳式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有下面几种形式
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。
浮头式换热器的设计PNDN600
浮头式换热器的设计PNDN600摘要 (1)Abstract (2)前言 (3)第一章换热器概述 (4)1.1 换热器的应用 (4)1.2 换热器的要紧分类 (4)1.3 管壳式换热器专门结构 (10)1.4 换热管简介 (11)第二章工艺运算 (12)2.1 设计条件 (12)2.2 核算换热器传热面积 (12)2.3 压力降的运算 (18)2.4 换热器壁温运算 (20)第三章换热器结构设计与强度运算 (23)3.1 壳体与管箱厚度的确定 (23)3.2 开孔补强运算 (25)3.3 水压试验 (31)3.4 换热管 (32)3.5 管板设计 (34)3.6 折流板 (40)3.7 拉杆与定距管 (42)3.8 防冲板 (43)3.9 保温层 (43)3.10法兰与垫片 (44)3.11 钩圈式浮头 (47)3.12 分程隔板 (53)3.13 鞍座 (54)3.14 接管的最小位置 (55)第四章换热器的腐蚀、制造与检验 (57)4.1 换热器的腐蚀 (57)4.2 换热器的制造与检验 (58)第五章焊接工艺评定 (61)5.1 壳体焊接工艺 (61)5.2 换热管与管板的焊接 (62)5.3 法兰与筒体的焊接 (62)第六章换热器的安装、试车与爱护 (63)6.1 安装 (63)6.2 试车 (64)6.3 爱护 (64)总结 (65)致谢 ...................................... 错误!未定义书签。
参考文献 (67)附录Ⅰ浮头法兰厚度运算程序 (68)附录Ⅱ相关文献 (72)摘要本设计说明书是关于PN2.5DN600浮头式换热器的设计，要紧是进行了换热器的工艺运算、换热器的结构和强度设计。
设计的前半部分是工艺运算部分，要紧是依照给定的设计条件估算换热面积，从而进行换热器的选型，校核传热系数，运算出实际的换热面积，最后进行压力降和壁温的运算。
设计的后半部分则是关于结构和强度的设计，要紧是依照差不多选定的换热器型式进行设备内各零部件（如接管、折流板、定距管、钩圈、管箱等）的设计，包括：材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的运算、浮头盖和浮头法兰厚度的运算、开孔补强运算等。
浮头式换热器课程设计报告书
目录一设计任务书 (2)二设计计算 (2)2.1确定设计方案 (2)2.11 选择换热器类型 (2)2.12 管程安排 (2)2.2 确定物性数据 (2)2.3 估计传热面积 (3)2.31 热流量（忽略热损失） (3)2.32 冷却水的用量 (3)2.33 平均传热温差 (3)2.34 初算传热面积 (3)2.4 工艺结构尺寸 (4)2.41 管径和管内流速 (4)2.42 管程数和传热管数 (4)2.44 传热管排列和分程方法 (5)2.45 壳体直径 (5)2.46 折流板 (5)2.47 接管 (5)2.5 换热器核算 (6)2.51 传热面积校核 (6)2.52 换热器内压降的核算 (8)三设计结果汇总表及图 (9)一 设计任务书某生产过程中.需将6000kg/h 的原油从175℃冷却至130℃.压力为0.4MPa ；冷却介质采用循环水.循环冷却水的压力为0.3MPa.循环水进口温度25℃.出口温度为55℃。
试设计一台列管式换热器.完成该生产任务。
二 设计计算2.1确定设计方案2.11 选择换热器类型 两流体的温度变化情况:原油进口温度175℃.出口温度130℃； 循环冷却水进口温度25℃.出口温度55℃。
考虑到换热器的管壁温度和壳体温度之差较大.因此初步确定选用浮头式换热器。
2.12 管程安排由于循环冷却水较易结垢.若其流速太低.将会加速污垢增长速度.使换热器的热流量下降.故总体考虑.应使循环冷却水走管程.原油走壳程。
2.2 确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体.其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
故 壳程原油的定性温度为： 5.1522)130175(=+=T ℃ 管程循环冷却水的定性温度为：402)5525(=+=t ℃ 已知原油在定性温度下的有关物性数据如下： 密度 0ρ＝820kg/m 3 导热系数 0λ＝0.128W/m ℃ 定压比热容 0p C ＝2.20kJ/kg ℃粘度 0μ＝0.665mPa ﹒s 循环冷却水在40℃下的物性数据如下：密度 i ρ＝992.2kg/m 3 导热系数 0λ＝0.634W/m ℃ 定压比热容 0p C ＝4.1744KJ/kg ℃ 粘度 0μ＝0.656mPa ﹒s2.3 估计传热面积2.31 热流量 （忽略热损失）h kj t C m Q p /452.260000000⨯⨯==2.32 冷却水的用量h kg t C Q m p i /2.4773301744.459400000=⨯==2.33 平均传热温差 先按照纯逆流计算得：36.112105120ln )105120('=-=mt ℃ 2.34 初算传热面积由总传热系数的选择表可得：K 的取值范围为290 ~698)/(02C m W .在K 的取值范围内.取K=320)/(02C m W 。
浮头式换热器课程设计1
目录一设计任务书 (2)二设计计算 (2)2.1确定设计方案 (2)2.11 选择换热器类型 (2)2.12 管程安排 (2)2.2 确定物性数据 (2)2.3 估计传热面积 (3)2.31 热流量（忽略热损失） (3)2.32 冷却水的用量 (3)2.33 平均传热温差 (3)2.34 初算传热面积 (3)2.4 工艺结构尺寸 (4)2.41 管径和管内流速 (4)2.42 管程数和传热管数 (4)2.44 传热管排列和分程方法 (5)2.45 壳体直径 (5)2.46 折流板 (5)2.47 接管 (5)2.5 换热器核算 (6)2.51 传热面积校核 (6)2.52 换热器内压降的核算 (8)三设计结果汇总表及图 (9)一 设计任务书某生产过程中，需将6000kg/h 的原油从175℃冷却至130℃，压力为0.4MPa ；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.3MPa ，循环水进口温度25℃，出口温度为55℃。
试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。
二 设计计算2.1确定设计方案2.11 选择换热器类型 两流体的温度变化情况:原油进口温度175℃，出口温度130℃； 循环冷却水进口温度25℃，出口温度55℃。
考虑到换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
2.12 管程安排由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加速污垢增长速度，使换热器的热流量下降，故总体考虑，应使循环冷却水走管程，原油走壳程。
2.2 确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
故 壳程原油的定性温度为：5.1522)130175(=+=T ℃ 管程循环冷却水的定性温度为：402)5525(=+=t ℃ 已知原油在定性温度下的有关物性数据如下： 密度 0ρ＝820kg/m 3 导热系数 0λ＝0.128W/m ℃ 定压比热容 0p C ＝2.20kJ/kg ℃ 粘度 0μ＝0.665mPa ﹒s 循环冷却水在40℃下的物性数据如下：密度 i ρ＝992.2kg/m 3 导热系数 0λ＝0.634W/m ℃ 定压比热容 0p C ＝4.1744KJ/kg ℃ 粘度 0μ＝0.656mPa ﹒s2.3 估计传热面积2.31 热流量 （忽略热损失）h kj t C m Q p /452.260000000⨯⨯==2.32 冷却水的用量h kg t C Q m p i /2.4773301744.459400000=⨯==2.33 平均传热温差 先按照纯逆流计算得：36.112105120ln )105120('=-=mt ℃ 2.34 初算传热面积由总传热系数的选择表可得：K 的取值范围为290 ~698)/(02C m W ，在K 的取值范围内，取K=320)/(02C m W 。
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1．设计任务书1.1设计题目列管式换热器(原油预热器)的设计1.2操作条件某炼油厂用柴油将原油预热。
柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取 1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过53.0 Pa。
101、查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤；2、根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；3、根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；4、以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；5、编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。
目录1.设计任务书 (3)2.概述 (5)3.设计标准 (7)4.方案设计和拟订 (8)5.设计计算 (12)6.参考文献 (22)7.附录 (23)8.设计小结 (29)9．CAD图 (32)1.概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。
列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。
列管式换热器有以下几种：1）固定管板式固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。
当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。
特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。
2）U形管式U形管式换热器每根管子均弯成U形，流体进、出口分别安装在同一端的两侧，封头内用隔板分成两室，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。
特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。
管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。
3)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，完全消除了温差应力。
特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。
2.设计标准（1）JB1145-73《列管式固定管板热交换器》（2）JB1146-73《立式热虹吸式重沸器》（3）中华人民共和国国家标准.GB151-89《钢制管壳式换热器》.国家技术监督局发布，1989（4）《钢制石油化工压力容器设计规定》（5）JBT4715-1992《固定管板式换热器型式与基本参数》（6）HGT20701.8-2000《容器、换热器专业设备简图设计规定》（7）HG20519-92《全套化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》（8）中华人民共和国国家标准 JB4732-95 《钢制压力容器—分析设计标准》（9）中华人民共和国国家标准 JB4710-92 《钢制塔式容器》（10）中华人民共和国国家标准 GB16749-1997 《压力容器波形膨胀节》3.方案设计和拟订根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的浮头式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。
在这里，柴油走管程，原油走壳程。
从手册中查得冷热流体的物性数据，如密度，比热容，导热系数，黏度。
计算出总传热系数，再计算出传热面积。
根据管径管内流速，确定传热管数，标准传热管长为6m，算出传热管程，传热管总根数等等。
再来就校正传热温差以及壳程数。
确定传热管排列方式和分程方法。
根据设计步骤，计算出壳体内径，选择折流板，确定板间距，折流板数等，再设计壳程和管程的内径。
分别对换热器的热量，管程对流系数，传热系数，传热面积进行核算，再算出面积裕度。
最后，对传热流体的流动阻力进行计算，如果在设计范围内就能完成任务。
根据固定管板式的特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。
U形管式特点：结构简单，质量轻，适用于高温和高压的场合。
管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料。
浮头式特点：结构复杂、造价高，便于清洗和检修，完全消除温差应力，应用普遍。
我们设计的换热器的流体是油，易结垢，再根据可以完全消除热应力原则我们选用浮头式换热器。
根据以下原则：(1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。
(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。
(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。
(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
我们选择柴油走管程，原油走壳程。
流体流速的选择：增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。
但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。
所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。
此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。
例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。
管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。
这些也是选择流速时应予考虑的问题。
在本次设计中，根据表换热器常用流速的范围，取管内流速s m u /0.11 。
管子的规格和排列方法：选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。
易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。
我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5mm 及φ19×mm 两种规格的管子。
在这里，选择 φ25×2.5mm 管子。
管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。
长管不便于清洗，且易弯曲。
一般出厂的标准钢管长为6m ，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m 。
此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D 为4～6(对直径小的换热器可大些)。
在这次设计中，管长选择4m 。
管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。
正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。
正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。
在这里选择正方形错列排列。
管子在管板上排列的间距 (指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法不同而异。
通常，胀管法取t=(1.3～1.5)d2，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t≥(d+6)。
焊接法取t=1.25d2。
管程和壳程数的确定当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。
为了提高管内流速，可采用多管程。
但是程数过多，导致管程流体阻力加大，增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面积减少，设计时应考虑这些问题。
列管式换热器的系列标准中管程数有1、2、4和6程等四种。
采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。
根据计算，管程为6程，壳程为单程。
折流挡板：安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。
最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的10～40％，一般取20～25％，过高或过低都不利于传热。
两相邻挡板的距离(板间距)B为外壳内径D的(0.2～1)倍。
系列标准中采用的B值为:固定管板式的有150、300和600mm三种，板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较大。
板间距过大，流体就难于垂直地流过管束，使对流传热系数下降。
这次设计选用圆缺形挡板。
换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。
初步设计时，可先分别选定两流体的流速，然后计算所需的管程和壳程的流通截面积，于系列标准中查出外壳的直径。
主要构件的选用：（1）封头封头有方形和圆形两种，方形用于直径小的壳体(一般小于400mm)，圆形用于大直径的壳体。
（2）缓冲挡板为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在进料管口装设缓冲挡板。
（3）导流筒壳程流体的进、出口和管板间必存在有一段流体不能流动的空间(死角)，为了提高传热效果，常在管束外增设导流筒，使流体进、出壳程时必然经过这个空间。
（4）放气孔、排液孔换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以排除不凝性气体和冷凝液等。
（5）接管尺寸换热器中流体进、出口的接管直径由计算得出。
最后材料选用：列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。
在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。
同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。
目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。
不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好，但价格高且较稀缺，应尽量少用。
这里选用的材料为碳钢。
4．设计计算4.1确定设计方案4.1.1 选择换热器的类型因为，21Q Q= 所以，111T C q p m ∆ =222T C q p m ∆ )70110(102.2360049000)175(1048.2360036500323-⨯⨯⨯=-⨯⨯⨯T4.1272=T ℃两流体温度变化情况：热流体（柴油）进口温度175℃，出口温度127.4℃；冷流体（原油）进口温度70℃，出口温度110℃。
该换热器用柴油预热原油，为易结垢的流体。
该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。
4.1.2 流动空间及流速的测定为减少热损失和充分利用柴油的热量，采用柴油走管程，原油走壳程。
选用φ25×2.5mm 的碳钢管，根据表三—管内流速取u i =1.0m/s 。
. 4.2确定物性数据根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
柴油的有关物性数据如下：密度 31/715m kg =ρ定压比热容℃kg kJ cp ⋅=/(48.21） 导热系数 ）℃m W ⋅=/(133.01λ黏度 sPa ⋅⨯=-311064.0μ原油的物性数据： 密度32/815mkg =ρ定压比热容℃kg kJ c p ⋅=/(20.22）导热系数 ）℃m W ⋅=/(128.02λ黏度sPa ⋅⨯=-32100.3μ4.3计算总传热系数 4.3.1 热流量=Q =∆111T Cq p m W63102.1)4.127175(1048.2360036500⨯=-⨯⨯⨯4.3.2 平均传热温差℃t t t t t m 2.61704.127110175ln)704.127()110175(ln 2121'=-----=∆∆∆-∆=∆4.3.3 总传热系数 K 管程传热系数4411111023.2104.67150.102.0Re ⨯=⨯⨯⨯==-μρu d()()℃mW c u d d p ⋅=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-24.0438.044.0118.01111111/970133.0104.61048.21023.2020.0133.0023.0023.0λμμρλα壳程传热系数 假设壳程的传热系数 ()℃mW ⋅=22/540α污垢热阻W℃mR R d d /1072.12421⋅⨯==-管壁的导热系数()℃m W ⋅=/45λ22212111211αλα++++=d md R d bdd d R d d K54011072.10225.045025.00025.0020.0025.01072.1020.0970025.0144+⨯+⨯⨯+⨯+⨯=--()℃mW ⋅=2/6.2784.4计算传热面积26'4.702.616.278102.1'mtK Q S m=⨯⨯=∆=考虑15%的面积裕度， 2814.7015.1'15.1mS S =⨯=⨯=4.5工艺结构尺寸 4.5.1 管径和管内流速选用5.225⨯Φ传热管(碳钢),取管内流速sm u /0.11=4.5.2 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数()（根）462.450.102.0785.03600715365004221≈=⨯⨯⨯==ud Vn s π按单程管计算,所需的传热管长度为mn d SL s4.2246025.014.3812=⨯⨯==π按单程管设计,传热管过程,宜采用多管程结构。