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。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。

课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定方案，选择流程，查取资料，进行过程和设备计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。

通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养：

(1)查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中搜集)的能力；

(2)树立既考虑技术上的先进性与可行性，又考虑经济上的合理性，并注意到操作时的劳动条件和环境保护的正确设计思想，在这种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力；

(3)迅速准确的进行工程计算的能力；

(4)用简洁的文字，清晰的图表来表达自己设计思想的能力。1.2换热器课程设计的基本内容和基本要求

（1）课程设计的基本内容：

①设计方案简介

对给定或选定的工艺流程，主要的设备型式进行简要的论述；

②设备的工艺设计计算

包括工艺参数的选定、传热量衡算、设备的工艺尺寸计算及结构设计；

③主体设备工艺条件图

图面上应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表；

（2）换热器课程设计的基本要求

完整的课程设计由说明书和图纸两部分组成。说明书是设计的书面总结，也是后续设计工作的主要依据，应包括以下主要内容：

①封面（课程设计题目、班级、姓名、指导教师、时间）；

②目录；

③设计任务书；

④设计方案简介；

⑤工艺设计计算；

⑥设计结果汇总表；

⑦设备装配图及必要的零件图；

⑧参考资料。

（3）换热器课程设计的总流程

①布置任务；

②阅读指导书和查阅资料；

③设计计算，绘图和编写说明书；

④考核和答辩。

第二章管壳式换热器的设计思路

2.1前言

换热器分类：管壳式换热器根据结构特点可分为下列两类。

（1）刚性结构的管壳式换热器：这种换热器又成为固定管板式，通常可分为单管程和多管程两种。它的优点是结构简单紧凑、造价便宜和应用较广；缺点是管外不能进行机械清洗。

（2）具有温差补偿装置的管壳式换热器：它可使受热部分自由膨胀。该结构形式又可分成以下三类：

①浮头式换热器：这种换热器的一端管板能自由伸缩，即所谓“浮头”。他适用于管壁和壳壁温差大，管束空间经常清洗。但它的结构较复杂，加工制造的费用较高。

② U形管式换热器：它只有一块管板，因此管子在受热或冷却时，可以自由伸缩。这种换热器的结构简单，但制造弯管的工作量较大，且由于管子需要有一定的弯曲半径，管板的利用率较差，管内进行机械清洗困难，拆换管子也不容易，因此要求通过管内的流体是清洁的。这种换热器可用于温差变化大，高温或高压的场合。

③填料函式换热器：它有两种形式，一种是在管板上的每根管子的端部都有单独的填料密封，以保证管子的自由伸缩，当换热器内的管子数目很少时，才采用这种结构，但管距比一般换热器要大，结构复杂。另一种形式是在列管的一端与外壳做成浮动结构，在浮动处采用整体填料函密封，结构较简单，但此种结构不易用在直径大、压力高的情况。填料函式换热器现在很少采用。

2.2、壳管式换热器的设计

2.2.1设计条件的审查

1、换热器的设计，用户应提供的设计条件（工艺参数）

①管、壳程的操作压力（作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供）