浮头式换热器浮头法兰的优化设计方法(一)
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。
浮头式换热器设计（1）
浮头式换热器设计（1）目录一、引言1.1列管式换热器设计任务书 (2)1.2设计题目的目的、意义、内容、主要任务 (3)二、正文2.1确定设计方案 (4)2.2确定物性数据 (4)2.3估算传热面积 (5)2.4工艺结构尺寸 (6)2.4.1管径和管内流速 (6)2.4.2管程数和传热管数 (6)2.4.3 平均温差校正及壳程数 (6)2.4.4 传热管排列和分程方法 (7)2.4.5壳体直径 (7)2.4.6折流板 (7)2.4.7接管 (7)2.5换热器核算 (8)2.5.1.传热面积校核 (8)2.5.2换热器内压降的核算 (10)三、结论 (12)四、参考文献 (13)一、引言1.1 列管式换热器设计任务书1.1.1.设计题目：1，3-丁二烯气体换热器设计1.1.2.设计任务及操作条件1．设计任务：工作能力（进料量q=120000+51×1000=171000㎏/h）2．操作条件：1，3-丁二烯气体的压力：6.9MPa 进口110℃，出口60℃循环冷却水的压力：0.4MPa进口30℃，出口40℃1.1.3.设备型式：浮头式换热器1.1.4.物性参数1，3-丁二烯气体在定性温度（85℃）下的有关物性数据如下：密度ρ1=527㎏/m3定压比热容c p1=2.756kJ/（㎏·℃）热导率λ1=0.0999W/（m·℃）粘度μ1=9.108×10-5Pa·s循环水在定性温度（34℃）下的物性数据如下：密度ρ2=994.4kg/m3定压比热容c p2=4.08kJ/（kg·℃）热导率λ2=0.624W/（m·℃）粘度μ2=0.725×10-3Pa·s1.1.5.设计内容：1.设计方案的选择及流程说明2．工艺计算3．主要设备工艺尺寸（1）冷凝器结构尺寸的确定（2）传热面积，两侧流体压降校核（3）接管尺寸的确定4．换热器设备图和说明书1.2设计题目的目的、意义、内容、主要任务1.2.1. 课程设计的目的:(1) 使学生掌握化工设计的基本程序与方法；(2) 结合设计课题培养学生查阅有关技术资料及物性参数的能力；(3) 通过查阅技术资料，选用设计计算公式，搜集数据，分析工艺参数与结构尺寸间的相互影响，增强学生分析问题、解决问题的能力；(4) 对学生进行化工工程设计的基本训练，使学生了解一般化工工程设计的基本内容与要求；(5) 通过编写设计说明书，提高学生文字表达能力，掌握撰写技术文件的有关要求；(6) 了解一般化工设备图基本要求，对学生进行绘图基本技能训练1.2.2. 课程设计内容:(1) 设计方案简介：对给定或选定的工艺流程，主要设备的型式进行简要的论述。
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。
浮头式换热器的设计
浮头式换热器的设计一、结构设计1.管束：由多根管子组成，一般采用导热性能好、抗腐蚀性强的材料，如不锈钢、铜合金等。
2.壳体：壳体通常由圆筒形成，材料通常选用碳钢、不锈钢等。
3.浮头：浮头可以移动，其作用是分离进出口两种介质，便于维修和清洗。
浮头由盖板、支撑节、密封垫片等部分组成，密封垫片既保证了浮头与壳体之间的密封性，又使浮头能够自由上下移动。
4.支撑件：支撑件用于支撑管束，保证其在壳体内的稳定性和均衡分布。
5.端面密封件：端面密封件用于保证管束与壳体之间的密封，常见的有O形圈、金属防喷卡环等。
6.进出口管道：进出口管道用于引入和排出介质，尺寸和位置需根据实际需要进行设计。
二、工作原理具体过程如下：1.高温介质进入换热器的壳体，通过管堂进入管束内部，经过管束与壳体之间的热量传递，从而使介质温度降低。
2.低温介质进入壳体，在管束外部流动，通过壳体与管束之间的传热，使介质温度升高。
3.热量通过管束和壳体之间的传导、对流和辐射传给低温介质，完成热量传递过程。
三、选型在设计浮头式换热器时，需要根据实际工艺条件和要求进行选型。
首先，确定所需换热功率和介质的工艺参数，如温度、流量等。
然后，根据换热器的结构和材料要求，选择合适的规格和型号。
关键的选型参数包括管子的直径、管程壳程的流通方式、壳程与管程之间的布置方式和导热面积。
此外，还要考虑换热器的可靠性、耐腐蚀性和维修便利性等因素，以确保换热器在运行期间的稳定性和长期效益。
四、运行维护1.定期清洗：定期清洗管束和壳体的内表面，清除污垢和沉积物，以保证换热效果。
2.定期检查：定期检查管束和壳体的密封状况，确保密封件的完整性和可靠性。
3.检修：在必要时，对浮头、支撑件和端面密封件进行检修或更换，以保证其正常运行。
4.防腐保温：根据介质的特性和工艺要求，对换热器进行防腐处理和保温处理，延长使用寿命。
总结：浮头式换热器是一种常见的热交换设备，其结构设计合理、工作原理清晰。
苛刻工况下浮头换热器的设计优化
105CPCI中国石油和化工化工设计苛刻工况下浮头换热器的设计优化孙雅娣（中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院 吉林 132002）摘 要：根据实例介绍了对某苛刻工况下浮头换热器的计算，并进行优化设计，达到了满足工艺要求，合理设计的目的。
关键词：苛刻工况 浮头换热器 设计优化换热器是石油化工装置中不可缺少的工艺设备之一。
换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备。
在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%～45%。
在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器，占总量的99%以上[1]。
常用的管壳式换热器有固定管板式换热器、U 形管式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器等几种。
浮头换热器由管箱、壳体、管束、浮头盖、钩圈或填料函等零部件组成。
其优点是：（1）管束可以抽出，方便清洗管、壳程；（2）管壳程介质间温差不受限制；（3）可在高温、高压下工作；（4）可用于结垢比较严重的场合；（5）可用于管程易腐蚀的场合。
鉴于以上优点，国内外化工装置中浮头式换热器应用非常普遍。
1 浮头换热器的结构、主要参数及要求某化工厂一引进外方工艺包的浮头换热器的主要参数和工艺条件如下：设计压力 3.642/-0.1（壳）/ 3.0/-0.1（管）MPa 设计温度 330（壳）/140（管）℃公称直径 ø800mm换热管规格 ø19x2.0x6000换热面积 280m 2工作介质 预聚合物（壳）/调温水（管）金属平均壁温 115（壳程）/60（管程）℃工艺要求：壳程容积不得大于1.65m 3。
此浮头换热器结构示意图如图1所示。
2 通常设计存在的问题及优化2.1 由于此浮头换热器要求壳程容积不得大于1.65m 3，这就要求设计中尽量多布管，原设备条件给出换热器直径为DN900，按照DN900直径排管，无论如何布管，均无法满足此要求，最后我们按照DN800排管，管间距采用24mm ，尽可能多布管，且壳程物料入口处的防冲挡板采用不占用布管空间的紧贴于换热管壁的圆弧管及局部支持板相结合的结构。
浮头式换热器的设计
一．设计内容（1）设计计算列管式换热器的热负荷，传热面积，换热管，壳体，管板，隔板及等。
（2）绘制列管式换热器的装配图。
（3）编写课程设计说明书确定设计方案1.选择换热器类型两流体温度变化情况：热流体(混合物料）进口温度170.25℃，出口温度85℃；冷流体（冷水）进口温度35℃，出口温度43℃，该换热器用循环冷却水冷却，因两流体的温度之差较大，（>50℃）因此初步确定选用浮头式换热器。
2.流程的安排为使混合物料通过壳壁面向空气散热，提高冷却效果，应使冷却水走管程，混合物料走壳程。
确定物性数据定性温度：对于水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
故管程冷水的定性温度为T=(T1+T2)/2=(35+43）/2=39(℃)混合物料的定性温度T=(T1+T2)/2=(85.00+170.35）/2=127.68(℃)壳程混合物料在127.68℃下的有关物性数据如下密度ρo=847.25㎏/m3定压比热容c po=2.13K J/(㎏·℃)热导率 k o=0.108W/(m·℃）黏度μo=0.301×10-3Pa·s估算换热面积1.热流量依据公式Q=Wh*Cph(T1-T2)计算可得：Wh=23.3943*(92.14*0.0457+106.17*0.0256+0.380+0.157+0.256)+1 04.14*0.106)=2390㎏/hQ=2390/3600*2.13*1000*(170.35-85.00)=1.207*10^5W2.平均传热温差先按纯逆流计算，依据下式得：△t m’=△t1-△t2ln(△t1/△t2)=(127.35-50)/ln(127.35/50)=82.73℃3.计算R与PR=（T1-T2）/(t2-t1)=(170.35-85)/(43-35)=10.67P=(t2-t1)/(T1-t1)=(43-35)/(170.35-35)=0.059查表￠△t=0.83△t m=￠△t△t m’=0.83×82.73=68.67（℃）由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。
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
×322+5212.16=97437.696mm2 b）Dt—管板布管区当量直径 Dt= 4At/π=352.22 DG—垫片压紧力作用中心圆直径 管板外圆直径取 437mm（按 JB4701—2000，B400 —1.0 中 D4 选取） 按 GB150—1998 的 9.5 计算 b0= 2 =0.5×[0.5×(437-422)]=3.75mm<6.4mm b=b0=3.75mm DG=垫片解除的平均直径=
437+422 2 N
=429.5mm
c）ρ t=Dt/DG=352.22/427.2=0.8245 d）A1—管板布管区内开孔后的面积 A1=At-n
πd2 4
A1=46386.82mm2 =46386.82mm2
11
=97437.696-104×
π ×25 2 4
n.a 为换热管金属横截面 a 从 GB151—200 附录 J 查得 a=176.71mm2 n·a=104×176.71=18377.84mm2 e）系数 β =A = 46386 .82 =0.3962
管数 正三角形nc = 1.1 NT = 1.1 82 = 10 ΔPs = ΔPs1 + ΔPs2 Fs Ns = 1.15 × 0.5 × 0.637 × 10 × 29 + 1 ×
0.328 2 2
ΔPs = 8046Pa
× 774 + 29 × 3.5 −
2×0.2 0.4
×
0.328 2 2
80 29 + 4944 .3 632 w 1 1 + 4944 .3 632
= 34.78℃
壳体壁温为 80℃ 温差=80-34.78=45.22℃ 需补偿装置
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。
浮头式换热器设计简介
浮头式换热器设计（PN 1.4/1.2;W=45T/h）过程装备与控制工程 10150324 李扬王文江、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35张图纸表现出来。
关键词：浮头式换热器；工艺设计；结构设计；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 calculationprocess .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 selecttype 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 35 maps to display.Key Words: floating head heat exchanger; total design; structural design. floating head planting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。
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
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
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。
浮头法兰的设计
设 计 计 算 浮头法兰的设计中国石化工程建设公司 桑如苞 林上富摘 要:针对浮头式换热器的浮头法兰设计存在的问题,对该种法兰的合理设计原理进行了分析并提出合理设计方法,从而使浮头法兰的设计趋于安全、经济和合理。
关键词:浮头法兰;合理设计中图分类号:TE969 文献标识码:A 文章编号:1001-4837(2002)08-0012-06Design of Floating H ead FlangeSI NOPEC Engineering Incorporation SANG Ru-bao LIN Shang-fuAbstract:The reas onable design principle of floating head flange was analyzed and related design methods were presented.Such methods had been com piled to s oftware which was applied in engineering,making the design of floating head flange tend to safety,economy and reas onableness.K ey w ords:floating head flange;reas onable design 符号说明D———法兰外直径,mm;D i———法兰内直径,mm;F D———作用在法兰环内径圆截面上由压力引起的轴向分力,N;F D=01785D2i p c;F s D———由壳程压力P s作用引起的F D,N;F s D=01785D2i p s;F t D———由管程压力P t作用引起的F D,N;F t D=01785D2i p t;F G———操作状态下为保证垫片密封所需的最小压紧力,N;F G=2πD G bmp c;F t G———管程压力P t作用下的F G,N;F t G=2πDG bmp t;F r———由作用在法兰内侧的封头薄膜应力引起的径向分力,N;F r=F D tan-1β1;F s r———由壳程压力P s作用引起的F r,N;F s r=F s D tan-1β1;F t r———由管程压力P t作用引起的F r,N;F t r=F s D tan-1β1;F s———p s作用时的法兰计算系数;F s=p s D i4R2i-D2i8[σ]t f(D-D i)F T———操作状态下,由压力在环面积上产生的轴向分力,N;F T=01785(D2G-D2i)p c;F s T———壳程压力P s作用的F T,N;F s T=01785(D2G-D2i)p s;F t T———管程压力P t作用下的F T,N;F t T=01785(D2G-D2i)p t;F t———P t作用时法兰计算系数;F t=p t D i4R2i-D2i8[σ]t f(D-D i)J s———P s作用时的法兰计算系数;J s=M s p(D+D i)[σ]t f D i(D-D i)J t———P t作用时的法兰计算系数;J t=M t p(D+D i)[σ]t f D i(D-D i)L D、L G、L T、L r———法兰力矩计算力臂,mm;见图1。
列管式换热器的设计---浮头式换热器
列管式换热器的设计---浮头式换热器浮头式换热器是一种常见的列管式换热器，它由壳体、管束、浮头、支撑件、密封件、进出口管道等组成。
浮头式换热器的特点是浮头可以随着管束的膨胀和收缩自由移动，从而保证管束间的间隙与浮头间隙都处于有效状态，不仅可以避免管束的卡塞和挤压，同时也可以保证了热交换效果。
浮头式换热器的设计，需要考虑以下几个因素：1. 热力计算换热器的热力计算是设计的首要考虑因素，它主要是通过计算换热器的传热面积、传热系数、温度差、流量等参数，来确定热量传递的效率，并选定合适的管径和间距。
在浮头式换热器设计中，还需要考虑管束结构的变化和浮头活动范围，以满足热传递的要求。
2. 浮头设计浮头是浮头式换热器的核心，它需要具备一定的自由度，以应对管束的变化和热胀冷缩所带来的影响。
在浮头设计时，需要考虑到流体的入口角度、出口角度、流速、压降等因素，同时尽量减小反向流的影响，确保热传递效率。
3. 管束结构设计管束是浮头式换热器中的传热元件，它的结构设计直接影响到换热器的传热效率。
在设计时需要考虑管径、材料、管道密度、孔网大小等因素，同时还需要考虑管束的抗震性和伸缩性，以保证安全稳定运行。
4. 流体动力学设计流体动力学设计主要关注流体的流动形态、速度分布、压力分布等参数，这些参数在浮头式换热器设计中十分重要。
通过计算流体的速度、方向和压降，可以选择合适的管径和间距，以提高热传递效率。
同时还需要考虑到流体的物理特性，如密度、黏度、比热等。
浮头式换热器的设计需要考虑多方面的因素，如热力计算、浮头设计、管束结构设计和流体动力学设计等，而且还需要充分考虑到安全稳定运行的要求。
当然，具体的设计方案还要根据具体的使用情况和客户需求，进行个性化设计和调整。
浮头法兰的合理设计
浮 头 法 兰厚 度 仅 约 为 用 Ｓ （ Ｗ６ 经校 正 ， 之 全 面 满 足 强 度 要 求 ） 件 计 算 厚 度 的 １ ２ 体 现 出合 理 设 计 的 价 使 软 ／，
浮头 法 兰 的 厚 度 受 控 于 强 度 和 结 构 两 个 方
不 变时 ， 由于 封头 水平 力 Ｆ 对 法 兰形 心 的作 用力 臂 Ｌ 也 随之增 大 ， 故使 Ｆ Ｌ 增加 ， 导致 法 兰力 矩 Ｍ 大 ， 法 兰 的 计 算 厚 度 需 进 一 步 加 厚 。 因 增 使 此 现行 Ｓ ６ 软 件 在 浮 头 法 兰 的 设 计 上 存 度 ， 可导 致 浮 头法 兰 设 计 结 果 极 不 合 理 ， 至 不 能 得 甚
到设 计 结 果 。
面 。强 度 方 面包 括 法 兰在 管程 压 力 和壳 程压 力 单 独 作用 下 的厚度 计 算 ， 应 分 别 考 虑 预 紧 和 操 作 并 两 种情 况 ， 中较 复 杂 的是 球 冠 形 封 头 与 法 兰 连 其 接 位 置 的确 定 ， 位 置 得 当与 否 对 法 兰 设 计 结 果 其 有 很 大 的影 响 （ 可使 法 兰厚 度 相差 一 倍之 多 ） 。此 外 该 种法 兰 的厚 度 尚受 结 构要 求 的 限 制 。总之 ， 设 计 时既 要 保证 封 头 与法 兰 的连 接焊 缝 尺寸 又要 确 保 浮头 盖 内侧 有 足够 的“ 跨 流通 面 积” 横 。 上述 影 响法 兰 设计 厚度 的各 个 因素 在不 同 的 设 计条 件 下 ， 可成 为 控制 因素且 互 相影 响 ， 均 为此 使 浮 头法 兰 的设 计 复 杂化 。
浮头法兰的合理设计
法兰厚度回代到另一工况进行校核计算时 ,可能 出现强度尚不能满足要求的情况 。其原因是随着 法兰厚度的加厚 ,当封头焊入法兰的深度 ( l) 保持 不变时 ,由于封头水平力 Fr 对法兰形心的作用力 臂 L r 也随之增大 ,故使 FrL r 增加 ,导致法兰力矩 Mp 增大 ,使法兰的计算厚度需进一步加厚 。因此 现行 SW6〔3〕软件在浮头法兰的设计上存在不安全 的隐患 ,并且由于固定封头埋入法兰的深度 ,可导 致浮头法兰设计结果极不合理 ,甚至不能得到设 计结果 。
收稿日期 :2002202226 作者简介 :桑如苞 (1945 —) ,男 ,浙江绍兴人 。1964 年毕业于 浙江工业大学 (现名) 化工机械专业 ,高级工程师 。长期从事 压力容器设计标准工作 ,为 GB150 等十项标准的主要编制人 之一 。专长压力容器强度设计 ,在法兰 、管板 、凸缘 、开孔补 强及应力分类等专题上 ,提出合理设计方法并指出国外同类 方法中的错误 ,发表系列论文 50 余篇 。
FDs , FsT 产 生 的 反 向 力 矩 , 即 法 兰 净 力 矩
M
s P
=
FrsL r - [ FDs ( LD - L G) + FsT ( L T - L G) ] 。所以增大
单管程浮头换热器浮动端的法兰和环形板的合理计算方法
图 ｌ 管 程 出 口与 壳 程 外 头 盖 的 连 接
算Ｉ ｛ １ Ｊ Ｉ 的作 川 情 况 义 ｊ 一 般 法 兰 有 很 大 的 不
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川时 ， 文献［ ３ １ ｌ Ｉ ｌ 给 的等效 方法 中力矩 计算
及【 ｝ １ 管先 濉 后膨胀 ｆ ｊ １ 越 的轴 械倚 。天 于环 肜 板 的计 算方 法 符 ｌ ｌ Ｉ ｉ 容 器标 准等 规范 【 ｆ １ 均 未 钉被 列 入 ， 为此 Ｎ 内 外 ｝ 殳汁 化 提 出一 些 近 似 汁 算方 法 的文献 【 １ ～３ 】 。ｆ ｌ ｉ 这 法 汁算 Ｌ ｛ ｌ 对环 形 板 的受 力都 只号 虑 ｒ 力的ｆ ｌ ￣ Ｊ ｆ Ｊ 。实 际 上由 力 作川 于膨 胀 波 纹镎 引起 的轴 阳 力和 管壳 程膨胀
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１ 法 兰 的 受 力 分 析 及 应 力 计 算
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作 用 于法 、 ｆ 的轴 向载衙 有 ： 压力 、 由 力作 川 于膨 胀 节波纹 管 引起 的轴 向力 和管壳 程热 膨胀
浮头式换热器试压工装的改进与设计 祁少昆
浮头式换热器试压工装的改进与设计祁少昆摘要：针对厂内现用的浮头式换热器试压工装，本文主要介绍了一种使用效果理想的浮头式换热器试压工装，并指出了“活套式O型圈密封工装”的结构特征及优点。
关键词：浮头式换热器；试压工装；钩圈可更换式；成本；1、前言由于浮头式换热器浮动端的换热器芯子与壳体是敞开结构，没有形成封闭盛液体的腔体，试压时必须安装一个专用试压工具使其密闭。
在浮头式换热器检修过程中，试压过程几乎占整个换热器检修过程三分之二的时间，所以换热器试压工装的性能优劣将直接影响试压效率。
本文主要针对换热器试压工装在实际使用过程中存在的一些问题，从密封性、通用性及操作性的角度进行了优化，保证了密封的可靠、操作的便捷并降低了制造成本。
2、“活套式O型圈密封工装”的创新设计“活套式O型圈密封工装”的设计旨在解决：2.1、壳体法兰与试压工装之间的密封问题，2.2、工装通用性差的问题。
并通过结构的优化减小螺栓中心圆直径从而降低预紧力使工人操作更加方便。
“活套式O型圈密封工装”由压盖、榫槽法兰和可替换钩圈三部分组成，结构示意图见图3。
密封环套宽度50—70㎜，高度100—130㎜，与浮头管板连接部位采用3 ㎜的间隙的动配合，可以有效减少变形和实现管板深度调节。
经过查阅以往图纸和浮头换热器图册，确定了压盖的深度调节范围在160～240mm范围之间。
图1 活套式O型圈密封工装2.1、壳体法兰与试压工装之间的密封结构优化用于高压时密封效果比较好的三种密封面结构有凹凸面、榫槽面和环连接面，凹凸面的结构尺寸有配合要求不能满足壳体法兰的多样性，而环连接面形状复杂、粗糙度等级要求高（Ra=0.4~1.6），不易加工和防护，因此最适合用作壳体法兰与试压工装的密封结构是榫槽面密封结构。
将壳体法兰与试压工装之间的平面密封改为榫槽面密封，为保证密封和一定的强度，防止受压变形榫槽法兰宽度50—60㎜，高度 100—120㎜。
密封元件选用橡胶石棉板，配合榫槽结构，压紧后橡胶石棉板变形，会形成三圈线密封，假使第一圈密封线如果发生泄漏，第二圈和第三圈密封线也将阻止介质泄漏。