水冷却煤油浮头式换热器说明书
浮头式换热器课程设计说明书
1.方案确定选择换热器的类型浮头式换热器：主要特点是可以从壳体中抽出便于清洗管间和管内。
管束可以在管内自由伸缩不会产生热应力。
1.1 换热面积的确定根据《化工设备设计手册》选择传热面积为 400m 21.2 换热管数N 的确定我国管壳式换热器常用碳素钢、低合金钢钢管，其规格为φ19× 2、φ25× 2.5、φ32× 3、φ38 × 3、φ57 × 3.5 等，不锈钢钢管规格为φ19 × 2、φ25 × 2、φ32 × 2、φ38 × 2.5、φ57 × 2.5。
换热管长度规格为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0m 等。
换热器换热管长度与公称直径之比，一般在 4～25 之间，常用的为 6～10。
管子的材料选择应根 据介质的压力、温度及腐蚀性来确定。
选用32×3mm 的无缝钢管，材质为 0Cr18Ni9，管长为 6000mmn=A/πd 0L 3-5式 3-5：n —换热管数 A —换热面积m 2d0—换热管外径mm L —换热管长度mm故 -3-3400n==6133.1432600010⨯⨯10⨯⨯根表1.1 拉杆直径 /mm表1.2 拉杆数量换热器公称直径DN/mm400＜d400≤d＜700700≤d＜900900≤d＜2600 44810拉杆需 10根。
1.3 换热管的排布与连接方式的确定换热管排列形式如图 3.1 所示。
换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转正三角形、转三角形。
正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，故用的最为广泛，但管外不易清洗。
为便于管外便于清洗可以采用正方形或转正方形的管束。
换热管中心距要保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和宽度。
管间需要清洗时还要留有进行清洗的通道。
换热管中心距宜不小于 1.25 倍的换热管的外径。
浮头式换热器设计说明书
浮头式换热器设计说明书设计者：徐凯指导教师：张玲张亚男秦敏系别：机械工程系专业：热能与动力工程日期：2009.11宁夏理工学院前言换热器是非常重要的换热设备。
在国民生产的各个领域得到了广泛的应用。
本设计说明书主要介绍浮头式换热器的原理和设计思路及整个设计过程。
在浮头式换热器中，浮头式换热器的两端的管板，一端不与壳体相连，该端亦称浮头。
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。
浮头式换热器主要有如下特点：浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场就能清楚地看出来。
这种换热器的壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。
其缺点是结构复杂造价高，一般比固定管板高20%左右，在运行中浮头处发生泄漏不易检查处理。
浮头式换热器适应于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的工作条件下。
本书内容系统、完整，理论与实际并重。
书中对浮头式换热器设计中所需的各学科知识均有简要的介绍和解释。
同时该书对换热器在编写时注重介绍的方法简明扼要，条理清楚，深入浅出，紧密结合工程实际。
期间得秦敏、张春兰、张亚男、张玲等老师的悉心指导。
在此表示真挚的感谢！由于编者水平有限，其中难免不妥之处，恳请各位读者批评指正。
编者：徐凯2009-11-26目录第一章绪论第二章设计任务和设计条件 (1)第三章确定设计方案 (3)3.1 换热器类型的确定 (3)3.2 管程及壳程的流体安排 (3)第四章确定物性数据 (4)4.1定性温度的确定 (4)4.2列表 (6)第五章传热面积的估算 (7)第六章工艺结构尺寸的确定 (9)6.1 管径和管内流速的确定 (9)6.2 管程数和传热管数的确定 (9)6.3 平均传热温差的校正 (10)6.4 传热管排列和分程方法确定 (10)6.5 壳体内径的确定 (11)6.6 折流板的确定 (11)6.7 其它附件的确定 (12)第七章所设计换热器的校核算 (13)7.1 传热热流量的核算 (13)7.2 壁温的校核计算 (15)7.3 换热器内流体的流动阻力的核算 (17)参考文献 (19)换热器原理课程设计心得体会 (21)第一章绪论1.1换热器课程设计的目的和要求课程设计是《换热器原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。
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。
化工原理化工设备水冷却煤油设计说明书
化工原理化工设备课程设计任务书设计题目：年处理4.8万吨煤油固定管板式换热器设计书学生姓名：康国梅专业班级：资源环境与城乡规划管理2010级4班学号：指导教师：徐慎颖张燕宜宾学院化学与化工学院2012年12月30 日列管式换热器设计任务书一、设计目的培养学生综合运用本门课程及有关选修课程基础理论和基本知识去完成换热单元操作设备设计任务的实践能力二、设计目标设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的三、设计题目列管式换热器设计四、设计任务及操作条件1. 设计任务设备型式：列管式处理任务：如下表所示：2. 操作条件（1）热流体：入口温度140℃; 出口温度40℃ （2）冷却介质：岷江水 （3）允许压降：不大于0.1MPa （4）物性数据煤油定性温度下的物性数据()()C m W C kg kJ c sPa m kg o o opo o o ⋅=⋅=⋅⨯==-/14.0/22.21015.7/82543λμρ导热系数定压比热容粘度密度原油定性温度下的物性数据化工原理课程设计任务书—列管式换热器()()C m W C kg kJ c sPa m kg o o o po o o ⋅=⋅=⋅⨯==-/128.0/2.2100.3/81533λμρ导热系数定压比热容粘度密度柴油定性温度下的物性数据：()()C m W C kg kJ c sPa m kg o o opo o o ⋅=⋅=⋅⨯==-/133.0/48.2104.6/71543λμρ导热系数定压比热容粘度密度五、设计内容1. 设计方案的选择2. 设计计算（1） 计算总传热系数 （2） 计算传热面积 3. 主要设备工艺尺寸设计（1）管径尺寸和管内流速的确定（2）传热面积、管程数、管数和壳程数的确定 4. 换热器核算 5. 设计结果汇总 6. 绘制换热器简图7. 换热器壳体封头材料，厚度以及壳体和封头的连接形式；8换热列管的设计选型； 9管板厚度；10换热管的排列及管孔尺寸；11换热管与管板的连接，管板与壳体的连接； 12管箱设计； 13所有接管设计选型； 14折流板的设计；15支座设计选型；16所涉及到的所有法兰设计选型目录第一章概述...................................................... 错误！未定义书签。
煤油换热器设计说明书
目录第1章设计任务书 (1)1.1设计条件 (1)1.2设计要求 (1)第2章确定设计方案 (1)2.1选择换热器的类型 (1)2.2流程安排 (1)第3章主要物性参数 (2)3.1设计条件 (2)3.2确定主要物性数据 (2)3.2.1 定性温度的确定 (2)3.2.2 流体有关物性数据 (2)第4章估算传热面积 (3)4.1热流量 (3)4.2冷却水流量 (3)4.3平均传热温差 (4)4.4估算传热面积 (5)第5章工程结构尺寸 (5)5.1计算壳体厚度 (5)5.2封头的选择 (6)5.3垫圈的选择 (6)5.4接管 (7)5.4.1壳程流体进出口接管 (7)5.4.2 管程流体进出口接管 (7)5.5法兰 (7)5.5.1 壳体法兰 (7)5.5.2 管法兰 (8)5.6支座的选用 (8)第6章换热器核算 (9)6.1核算压强降 (9)6.1.1管程压强降 (9)6.1.2壳程压强降 (9)6.2传热能力核算 (10)6.2.1 管程传热膜系数 (10)6.2.2 壳程流体传热膜系数 (11)6.2.3 污垢热阻 (12)6.2.4 总传热系数 (12)6.2.5 安全系数 (12)第7章换热器主要结构尺寸和计算结果表 (13)参考文献 (14)致谢 (14)第1章 设计任务书1.1设计条件1、设备处理量16000kg/h2、煤油：入口温度140°C ，出口温度50°C3、冷却水：入口温度30°C ，出口温度40°C4、热损失可忽略。
两则污垢热阻分别为W C m Rs /0017.020 ⋅= W C m Rs i /0034.02 ⋅=5、壳程压降不大于30KPa6、初设K=290w/(m2c)1.2 设计要求1.设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。
2.根据所选换热器画出设备装配图。
第2章 确定设计方案2.1 选择换热器的类型由于温差较大和要便于清洗壳程污垢，对于油品换热器，初步确定选用浮头式换热器。
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。
浮头换热器的课程设计说明书
化工原理课程设计设计题目：浮头式换热器的设计指导教师李毅学生姓名凌风2010 年 10 月 20 日浮头式换热器设计任务书一、设计题目：浮头式换热器的设计二、设计原始数据操作条件：①大豆油：入口温度133℃，出口温度40℃②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃③大豆油处理量：5000kg/h④允许压降：不大于1×105Pa⑤大豆油定性温度下的物性数据：根据液体相对密度共线图查得86.5℃下大豆油的密度为： =925 kg/m3根据液体粘度共线图得86.5℃下大豆油的粘度为：μ=0.000850 Pa/s根据液体比热容共线图得86.5℃下大豆油的定压比热容为：2.052 kJ/(kg·℃)CP0 =查表得86.5℃下大豆油的导热系数为λ=0.1559 W/(m·℃)⑥循环冷却水在定性温度下的物性数据如下：ρ=994 kg/m3密度：i=4.08 kJ/(kg·℃)定压比热容：CPiλ=0.626 W/(m·℃)导热系数：iμ=0.000725 Pa/s粘度：i⑦每年按330天计算，每天24小时连续运行。
三、设备型式浮头式换热器四、设计任务1.编写课程设计说明书2.设计计算列管式换热器的管径尺寸、管内流速、热负荷、传热面积、管程数、管数、壳程数和接管尺寸等3.工艺流程图及换热器工艺条件图4.设计评述目录一、设计方案 (3)1.1选择换热器的类型 (3)1.2流动空间及流速的确定 (3)二、物性数据 (4)三、计算总传热系数 (4)3.1热流量 (4)3.2平均传热温差(逆流) (4)3.3冷却水用量 (4)3.4总传热系数K (4)四、计算传热面积 (5)五、工艺结构尺寸 (5)5.1管径和管内流速 (5)5.2管程数和传热管数 (5)5.3平均传热温差校正系数 (6)5.4传热管排列和分程方法 (6)5.5壳体内径 (6)5.6折流板 (6)5.7接管 (7)六、换热器核算 (7)6.1热量核算 (7)6.2换热器内流体的流动阻力 (9)6.3换热器主要结构尺寸和计算结果 (10)七、主体设备图 (11)八、参考文献 (11)九、主要符号说明 (11)十、总结 (12)一、设计方案1.1选择换热器的类型两流体温度变化情况：入口温度133℃，出口温度40℃循环水，入口温度30℃，出口温度40℃本设计任务为煤油冷却器的设计，两流体在传热过程中无相的变化，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器；固定管板式换热器结构比较简单，制造简单，制造成本低，管程可用多种结构，规格范围广，在生产中广泛应用。
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。
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。
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
煤油换热器设计说明书
目录第1章设计任务书...................... 错误!未定义书签。
1。
1设计条件. (1)1。
2设计要求 (1)第2章确定设计方案 (1)2.1选择换热器的类型 (1)2。
2流程安排 (1)第3章主要物性参数 (2)3.1设计条件 (2)3。
2确定主要物性数据 (2)3.2.1 定性温度的确定 (2)3。
2。
2 流体有关物性数据 (2)第4章估算传热面积 (3)4.1热流量 (3)4。
2冷却水流量 (3)4。
3平均传热温差 (3)4.4估算传热面积 (4)第5章工程结构尺寸 (4)5。
1计算壳体厚度 (4)5.2封头的选择 (4)5.3垫圈的选择 (5)5.4接管 (5)5。
4.1壳程流体进出口接管 (5)5。
4.2 管程流体进出口接管 (5)5.5法兰 (5)5。
5。
1 壳体法兰 (5)5.5。
2 管法兰 (6)5.6支座的选用 (6)第6章换热器核算 (7)6。
1核算压强降 (7)6.1。
1管程压强降 (7)6.1.2壳程压强降 (7)6.2传热能力核算 (7)6。
2.1 管程传热膜系数 (7)6。
2.2 壳程流体传热膜系数 (8)6。
2.3 污垢热阻 (8)6.2。
4 总传热系数 (8)6。
2.5 安全系数 (8)第7章换热器主要结构尺寸和计算结果表 (8)参考文献 (9)致谢 (10)第1章设计任务书1。
1设计条件1、设备处理量16000kg/h2、煤油：入口温度140°C，出口温度50°C3、冷却水：入口温度30°C，出口温度40°C4、热损失可忽略. 两则污垢热阻分别为5、壳程压降不大于30KPa6、初设K=290w/（mc）1.2 设计要求1.设计满足以上条件的换热器并写出设计说明书。
2。
根据所选换热器画出设备装配图。
第2章确定设计方案2.1选择换热器的类型由于温差较大和要便于清洗壳程污垢,对于油品换热器,初步确定选用浮头式换热器。
浮头式换热器设计说明书
浮头式换热器设计说明书摘要本设计说明书是关于浮头式换热器的设计，主要是进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。
设计的前半部分是工艺计算部分，主要是根据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，计算出实际的换热面积，最后进行压力降和壁温的计算。
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、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。
关于浮头式换热器设计的各个环节，设计说明书中都有详细的说明。
浮头式换热器：其结构如图2所示。
管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故当管束与壳体受热伸长时，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。
浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。
由上述特点可知，浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合，尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。
1.1设计任务根据给定的工艺设计条件，此设计为无相变热、冷流体间换热的浮头式换热器设计任务。
1.2总体设计①确定结构形式。
由于介质换热温差较大，因此选用浮头式换热器。
②合理安排流程。
安排冷的污水走壳程，处理过的热清水走管程。
1.3热工计算①原始数据○2定性温度与物性参数○3物料与热量恒算○4有效平均温差○5初算传热面积○6换热器结构设计○7管程传热与压降○8壳程传热与压降结构设计与强度设计1)换热流程设计：采用壳程为单程、管程为单程的结构型式.2)换热管及其排列方式:采用的无缝钢管，材料为2520钢，热管排列方式为三角形排列，如图所示，共101根。
另外6根拉杆,共排列107根。
浮头式换热器设计说明书
4746/168400 T JB MnR EHA -⨯装订线4. 管板与换热管的连接：管板与换热管采用胀接的形式，胀接长度mml37=，对于规格为5.225⨯φ换热管，由于管板壁厚2540>，为5.0322==+Kmml，，连接方式如下：5. 换热管中心距：由换热管外径mmd25=外，中心距mmt32=，根据GB151-1999标准，可查得分隔板槽两侧相邻管中心距mmSn44=6. 布管限定圆：根据GB151-1999标准，对于浮头式换热器，其布管限定圆直径为：)21(2bbbDDnL++-=b1=3b2=4b=11.52575.0min⋅≥δmm75.18=21075.18++≥δmm75.30=取标准设计值：mm40=δ装订线7. 管板管孔：根据GB151-1999标准，Ⅰ级管束（碳素钢管），当换热器mmd25=外时，其管孔直径mmd25.25=孔，允许偏差为：0~15.0+8. 管板连接：根据GB151-1999标准，管板与壳程圆筒、管板与法兰之间选择a型连接方式a型连接方式为：管板通过垫片于壳体法兰何管箱法兰连接管板与管箱用螺柱、垫片平面密封连接9. 壳体接管：由前已知壳体接管mmd1001=,管箱接管mmd802=，363=LD装订线16球冠形封头钩圈式浮头换热器外头盖推荐使用球冠形封头，根据《JB04746T.02钢制压力容器用封头》标准，取封头为DN500⨯8的PSH球冠形封头，总深度H=65mm，内表面积22033.0mA=，容积30063.0mV=，封头质量kgM9739.12=R=50017. 容器法兰1：根据JB-T4701-2000标准选取长颈对焊法兰，形式为突面密封面类型，则取MPaPN0.1=，mmDN400=，规格为：4559550054031====DHDD 23344524===dD δ，配合螺柱为：20M20个结构如图所示：mmA1383≤即可装订线2：根据JB-T4701-2000标准选取长颈对焊法兰，形式为凹凸面密封面类型，则取MPaPN0.1=，mmDN500=，规格为：55510060064031====DHDD 23385524===dD δ，配合螺柱为：20M20个结构如图所示：3：根据JB-T4721-92外头盖侧法兰，形式为凸面密封面类型，则取MPaPN0.1=，mmDN400=，规格为：5559060064031====DHDD 23325524===dD δ，配合螺柱为：20M20个结构如图所示：4钩圈式浮头法兰480800=+=i f D D372)104(2400)1(2=+-=++=bn b D D i fi426186290=+=b D3946400=-=c Dmm D G 384)53200(2=--=18钩圈 选择A 型钩圈t t ][σ=113直径比K=1.29查GB150-1998第九章，得Y=7.77120)](5.0[5.0=+-=fi c b D D D La厚度δ=42mm19管板计算：对延长部分兼做法兰的固定管板根据GB151-1999，初始数据：垫片压紧力作用中心圆直径384mm管子： 管子外径：mm d 25=外 管子壁厚：mm5.2=δ管子根数：mm n68=浙江工业大学课题：浮头式换热器设计班级：过控0601学号：200602060120设计者：徐庆清。
浮头式换热器说明书
第一章绪论1．1 换热器技术概况近年来,由于新科学技术和节约能源的发展,对被广泛应用的换热器,提高换热器的传热性能和开发新的节能型换热器,已成为换热器设计、制造方面的重要课题，我国石化行业的换热设备以管壳式换热器为主，而且传统弓形折流板换热器占到总量的70％～80％。
弓形折流板换热器固然有其优点，并在产业节能方面做出了巨大贡献，但在新的节能减排形势下，其缺点(压降大、存在大量流动死区、振动大、传热效率低等)严重限制了自身的生存和发展空间，同时也推进了强化传热理论和换热器的发展。
强化传热理论的工程应用根据强化传热理论…，在管的两侧范围内，需要增大传热系数较小的一侧才能有效改进总传热系数。
由于无法确定所有工况下，需要增大管内或管外的传热系数以得到最高的总传热系数，因此，强化传热理论在工程中的应用不是单一的模式，而是呈现出 3种趋势，即对管内、管外、管束整体的强化传热。
无论是那种类型的强化传热结构，都已经细化出许多更新类型，且其适用的工作环境和强化效果各异。
因此，几十年来，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。
比如：气动喷涂翅片管换热器，焊接式板式换热器，螺旋折流板换热器，新型麻花管换热器和Titan绕丝花环换热器等。
而管壳式换热器由于应用广泛，发展也较迅速。
管壳式换热器又称列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面，不如其它新型换热设备，但它具有结构坚固、操作弹性大、适应性强、可靠程度高、选材范围广、处理能力大、能承受高温和高压等特点，在换热设备中始终占有约70％的主导地位。
管壳式换热器是当前应用最广、理论研究和设计技术完善，运用可靠性良好的一类换热器，目前各国为改善该换热器的性能对其强化传热技术开展了大量的研究。
111管壳式换热器的研究和发展主要表现在两方面：一是新型高效传热管(如螺纹管、横纹管、波纹螺旋管、缩放管、绕丝花环管、异形翅片管)等的开发和应用，以强化管程传热。
浮头式换热器计算说明书
课程设计题目：浮头式换热器院系：机械工程学院专业：过程装备与控制工程班级：1003班学生姓名：尹以龙指导教师：***目录第一部分任务书 (1)第二部分计算说明书 (2)1.传热工艺计算 (2)1.1.原始数据 (2)1.2.定性温度及物性参数 (3)1.3.传热量和冷水流量 (3)1.4.有效平均温度 (3)1.5.管程传热面积计算 (4)1.6.结构初步设计 (4)1.7.壳程换热系数计算 (5)1.8.总传热系数计算 (6)1.9.结构初步设计 (7)1.10.壳程换热系数计算 (7)1.11.总传热系数计算 (8)1.12.核算管程压强降 (8)1.13.核算壳程压强降 (9)2.强度计算 (11)2.1.换热管材料及规格的选择和根数的确定 (11)2.2.确定筒体内径 (11)2.3.确定筒体壁厚 (12)2.3.1.筒体液压试验 (13)2.4.管箱封头厚度计算 (13)2.5.浮头侧封头厚度计算 (14)2.6.设备法兰的选择 (15)2.6.1.管箱侧法兰的选择 (15)2.6.2.浮头侧法兰的选择 (16)2.6.3.壳体上与浮头侧连接的法兰 (17)2.6.4.接管法兰的选择 (17)2.7.管板的设计 (18)2.8.钩圈式浮头 (22)2.8.1浮头法兰的计算 (24)2.8.2管程压力作用下浮头盖的设计 (28)2.9.浮动管板 (29)2.10.钩圈的选择 (30)2.11.折流板的选择 (31)2.12.拉杆和定距管的确定 (32)2.13.防冲板 (32)2.14.管箱短节壁厚的计算 (32)2.15.筒体、管箱的耐压试验的校核计算 (33)2.16.接管及开孔补强 (33)2.16.1 a,b孔的补强 (33)2.16.2 d,h孔的补强 (35)2.17. 支座择及应力校核 (37)2.17.1 支座的选择 (37)2.17.2 支座的应力校核 (38)2.18. 整体尺寸布局 (40)第一部分任务书一、设计题目设计题目：用水冷却煤油产品的浮头式换热器的设计二、设计条件(1)使煤油从180℃冷却到40℃，压力1.0MPa；(2)冷却剂为水，水压力为0.5MPa。
浮头式换热器设计说明书
浮头式换热器设计说明书2021级工程实验班-设备设计说明书反应产物冷却器的设计姓名：XXX 班级:XXXX 学号：XXXXXXXXXXX摘要：本设备设计是根据AES浮头式换热器设计条件图（一）而设计的。
设备为浮头式换热器，其类型为：AES；换热器的管程介质为循环水，操作压力为：0.65MPa，操作温度（入口/出口）为：40/50℃；换热器的壳程介质为反应产物，操作压力为：0.1MPa，操作温度为(入口/出口）：110/90℃；设计主要依据标准和法规为：TSG R0004-2021《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB150.1~4-2021《压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》等。
对浮头式换热器进行了材料选择、结构设计和强度计算。
浮头换热器结构复杂，金属消耗大，成本较高；但是它的管束可以抽出，管、壳程方便清洗；介质间温差不受限制；可在高温、高压下工作；可用于结垢比较严重的场合；可用于管程易腐蚀场合。
易满足设计条件和经济性的要求。
关键词：换热器，强度计算，结构设计12021级工程实验班-设备设计说明书目录反应产物冷却器的设计 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 目录 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2 第1章概述 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 4第1.1节设备的简介 --------------------------------------------------------------------------------------------- 4 第2章结构设计 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6第2.1节材料的选择 --------------------------------------------------------------------------------------------- 62.1.1 壳程材料的选择 --------------------------------------------------------------------------------------- 6 2.1.2 管程材料的选择 --------------------------------------------------------------------------------------- 7 第2.2节主要结构设计 ------------------------------------------------------------------------------------------ 72.2.1 管程结构 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 7 2.2.2 壳程结构 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 10 2.2.3 外头盖端结构 ----------------------------------------------------------------------------------------- 13 2.2.4 容器法兰和管法兰 ---------------------------------------------------------------------------------- 14 2.2.5 支座 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 16第3章设计计算 -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17第3.1节管箱结构设计计算 ---------------------------------------------------------------------------------- 173.1.1管箱筒体 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 17 3.1.2管箱法兰 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 18 第3.2节平盖的结构设计计算 ------------------------------------------------------------------------------- 19 第3.3节管板的设计计算 -------------------------------------------------------------------------------------- 21 第3.4节壳程筒体结构设计计算 ---------------------------------------------------------------------------- 263.4.1 筒体设计计算 --------------------------------------------------------------------------------------- 26 3.4.2壳体法兰设计 ---------------------------------------------------------------------------------------- 26 第3.5节外头盖结构设计计算 ------------------------------------------------------------------------------- 313.5.1 外头盖筒体 ------------------------------------------------------------------------------------------ 31 3.5.2 凸型封头 --------------------------------------------------------------------------------------------- 32 3.5.3---------------------- 33 3.5.4外头盖法兰 ------------------------------------------------------------------------------------------- 38 3.5.5 浮头法兰的设计计算 ------------------------------------------------------------------------------ 42 3.5.6钩圈的设计计算 ------------------------------------------------------------------------------------- 49 3.5.7球冠形封头计算 ------------------------------------------------------------------------------------- 49 第3・6节开孔补强计算 -------------------------------------------------------------------------------------- 503.6.1管程开孔补强 ---------------------------------------------------------------------------------------- 50 3.6.2壳程开孔补强 ---------------------------------------------------------------------------------------- 51 3.6.3外头盖开孔补强 ------------------------------------------------------------------------------------- 54 第3・7节鞍座支反力计算 ---------------------------------------------------------------------------------- 54 第4章制造、安装与检验 -------------------------------------------------------------------------------------------- 55第4.1节液压试验 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 56 第4.2节管程水压试验 ----------------------------------------------------------------------------------------- 56 第4.3节零部件的制造工艺及要求 ------------------------------------------------------------------------- 5722021级工程实验班-设备设计说明书4.3.1圆筒 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 57 4.3.2管箱 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 57 4.3.3换热管 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 57 4.3.4管板 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 57 4.3.5折流板、支持板 ------------------------------------------------------------------------------------- 58 4.3.6管束的组装 ------------------------------------------------------------------------------------------- 58 第4.4节检验和验收 -------------------------------------------------------------------------------------------- 58 第5章经济性分析 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 59 参考文献 ------------------------------------- 60 符号说明 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 61 致谢 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 6332021级工程实验班-设备设计说明书第1章概述第1.1节设备的简介本设备是一台单壳程四管程的AES浮头式冷却器。
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用水冷却煤油产品的浮头式换热器的设计说明书1.传热工艺计算 (2)1.1 确定设计方案 (2)1.2 定流体的平均温度及物性数据 (2)1.3 估算传热面积 (3)1.3.1热流体的热量 (4)1.3.2 计算冷介质的流量 (4)1.4 工艺结构尺寸 (5)1.4.1 换热器壳径的确定 (6)1.4.2 换热器折流板的尺寸及数量的确定[7] (6)1.4.3 接管规格 (6)1.5 换热器核算 (7)1.5.1 管程对流传热系数iα： (7)1.5.2 壳程对流传热系数0α： (8)1.5.3 总传热系数0k (9)1.5.4 计算流体阻力 (10)2.设计计算 (12)2.1 筒体的计算 (12)2.1.1 计算条件 (12)2.1.2 厚度的计算 (13)2.2 .管箱短节的计算 (13)2.2.1 计算条件 (13)2.2.2 厚度计算 (14)2.3 外头盖短节计算 (14)2.3.1 计算条件 (14)2.3.2 厚度计算 (15)2.4 管箱封头计算 (15)2.4.1 计算条件 (16)2.4.2 厚度计算 (16)2.5 外封头盖计算 (16)2.5.1 计算条件 (16)2.5.2 厚度计算 (17)2.6 管板的设计 (17)2.6.1 符号说明 (17)2.6.2 管板厚度的计算 (19)2.6.3 换热管的轴向应力 (22)2.6.4换热器与管板连接拉脱力 (23)2.7 浮头盖的设计计算 (23)2.7.1 管程压力P t作用下浮头盖的计算 (23)2.7.2壳程压力P s作用下浮头盖的计算 (28)2.8开孔补强 (31)2.9水压试验校核 (32)1.1设计条件（1）使煤油从200℃冷却到35℃，压力1.0MPa；（2）冷却剂为水，水压力为0.5MPa；（3）处理量为12t/h。
1.2流动空间及流速的测定由于循环冷却水较易结垢，为了便于水垢清洗，水走管程，煤油走壳程，换热管选φ25×2.5的碳钢无缝钢管管，管内流速取1m/s。
1.3 定流体的平均温度及物性数据对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均温度，管程、壳程介质的进出口温度如表2.1所示：表1.1 流体温度参数工艺数据煤油循环水入口温度 200℃ 25℃ 出口温度 35℃35℃则平均温度：2/)(0T T T i m +=2/)(0t t t i m +=式中： i T ，0T ——热流体的进、出口温度，℃； i t ，0t ——冷流体的进、出口温度，℃. 则：煤油的平均温度 C T m 05.117235200=+=水的平均温度 C t m 03023525=+=根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据，如表2.2所示。
表2.2 流体物性参数介质密度 Kg/m 3比热 KJ/(kg.℃)粘度 pa.s导热系数 w/m. ℃水（t=30℃） 995.74.1740.8012×310-0.6171煤油（T=117.5）。
7642.400.548×310-0.10381.3 估算传热面积 1.3.1热流体的热量)()(1221t t C W T T C m Q pc c ph h -=-==)35200(40.212000-⨯⨯ =4752000kJ/h=1320kw1.3.2 计算冷介质的流量)(12t t C QW pc c -==()2535174.44752000-⨯=113847.6kg/h =31.62kg/s式中 h W 、c W ——热流体流量和冷水的流量。
两流体的温差()()C t t t t t m0212156253535200ln 253535200ln=-----=∆∆∆-∆='∆1.3.3 总传热系数(1)管程传热系数2.248550008012.07.9951020.0=⨯⨯==i i i i e u d R μρ4.08.0023.0ri ii P du d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=μρλα=023.0()4.08.06171.00008012.01000174.42.24855020.06171.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯=4581()C m w 02/⋅ (2)壳程传热系数假设壳程传热系数400=o α()C m w 02/⋅管程污垢热阻 w k R si/104394.34-⨯= 壳程污垢热阻 w k R so /1072.14-⨯=管壁导热系数 4.45=λ()C m w 02/⋅ （3）总传热系数i i i i siso d d d d d d d R R K 000000ln 211λαα++++=020.0025.0ln 4.452025.0020.04581025.0020.0025.01044.31072.14001144⨯+⨯+⨯⨯+⨯+=--291=()Cm w 02/⋅（4）计算传热面积23018156291101320m t K QSm =⨯⨯=∆=考虑10%的面积裕度S = 1.1 1S = 1.1×81 = 89.1m 21.4工艺结构尺寸1.4.1管径和管内流速的测量换热管选φ25×2.5的碳钢无缝钢管管，取管内流速u i =1m/s1.4.2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1011020.0785.03600/7.995/6.113847422=⨯⨯==ud V n i s π按照单程计算所需传热管长度m d n S L s 2.11025.014.31011.890=⨯⨯==π按单管程设计过长，宜采用多管程结构，取l=6m 管程数 n p =Ll =11.26=2双程传热管数取n=2021.4.3平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数：P=0571.02520025351112=--=--t T t t ,5.162535352001221=--=--=t t T T R因R=16.5点难以在图中找到，可以用1R 代替R ，PR 代替P查图得97.0=∆t ϕ。
C t t mt m 03.545697.0=⨯='∆⨯=∆∆φ 采用组合排列的方式，每程内均按正三角排列，隔板间采用正方形排列，因此管心距 t=1.25×25=32mm横过管数中心的管数 n c =1.19√n =1.19√168=171.4.4 换热器壳径的确定采用多管程结构，取管板利用率7.0=η 则壳体内径 5707.02023205.105.1=⨯⨯==ηNt D按壳体直径标准系列尺寸圆整所以取i D 为600mm1.4.2 换热器折流板的尺寸及数量的确定选取折流板与壳体之间的间隙为3.5mm ，因此折流板的直径为： 折流板的直径：c D =i D -2×3.5=593mm 取折流板的间距为：B=0.3D=180 圆缺高度h=0.25D=150 折流板的档板数1-=折流板间隙传热管长B N=11806000- =321.4.3 接管规格A 管程()mm uV d s1420.27.9953600/6.11384744=⨯⨯⨯==ππmmB 壳程()mm u Vd i 1453.07643600/1200044=⨯⨯⨯=ππ C 接管规格（1）管程：8159⨯φ： （2）壳程：8159⨯φ1.5 换热器核算核算总传热系数[6]1.5.1 管程对流传热系数i α：4.08.0023.0ri ii P du d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=μρλα管程流通面积：S i =π4d 2n s =π4×0.0202×101=0.0317m 2管程流体流速：u i =w i 3600S i ρi=113847.63600×0.0317×995.7=1.0m 22.248550008012.07.9950.1020.0=⨯⨯==i i i i e u d R μρ4.08.0023.0rii iP du d ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=μρλα=023.0()4.08.06171.00008012.01000174.42.24855020.06171.0⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯⨯=4581()C m w 02/⋅1.5.2 壳程对流传热系数0α：14.03/15.0000)()()(36.0we e cpu u d d μμλμρλα⨯=取换热器列管的中心距t =mm 32 壳程流通截面积为：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=t d BD A 01 = ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯⨯032.0025.016.018.0 = 023625.02m 壳程流体流速及其雷诺数： Au ν==7643600023625.012000⨯⨯=s m /185.0 当量直径：m d d t d e 020.0025.014.3)025.04032.023(4)423(4220202=⨯-⨯=-=πππ 雷诺数：00μρu d R e e ==000548.0764185.0020.0⨯⨯=5158λμp r C P =1038.01048.51040.233-⨯⨯⨯==12.67粘度校正，壳程煤油被冷却，取14.03/15.0000)()()(36.0we e cpu u d d μμλμρλα⨯= =()()167.125158020.01038.036.03/155.0⨯⨯⨯=479()C m w 02/⋅1.5.3 总传热系数0k管壁热阻可忽略管内，外侧污垢热阻分别为：wk R w k R so si /1072.1/1044.344--⨯=⨯=总传热系数k 0为：ii i i siso d d d d d d d R R K 000000ln 211λαα++++=2025ln 24.45025.0020.04581025.0020.0025.01044.31072.14791144⨯+⨯+⨯⨯+⨯+=--=330ω/m 2 k=267.4 计算传热面积23014.7156330101320m t K QS m =⨯⨯=∆= 0.141w μμ⎛⎫= ⎪⎝⎭实际传热面积201.956025.0202m L d N S t =⨯⨯⨯==ππ 该换热器的面积裕度为： H=S−S 1S 1×100%=95.2−71.471.4×100%=33%传热面积裕度足够，能够完成生产任务。
1.5.4 计算流体阻力核算管程和壳程的压强降 A 管程压力降公式：∑∆i p =S p t i N N F u d l 22水ρςλ⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+式中 ： 0F =1.5 ， p N = 2, i d (内径)=mm 22 S N =1 ς=3μρ水i i e u d R ==310812.07.9950.102.0-⨯⨯⨯=4102.24855>所以为湍流。