浮头式换热器结构设计及应力分析

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浮头换热器的详细结构

浮头换热器的详细结构浮头换热器通常是一种用于高粘度流体换热的设备，它的结构相对于一般的换热器比较复杂。

本文将介绍浮头换热器的详细结构，包括主要的组成部分和工作原理。

1. 浮头换热器的基本结构浮头换热器由几个主要部分组成，其中包括浮头、固定管束、泄压沟、分流板、分接盘和密封装置等。

下面我们来详细讲解各个部分的结构和作用。

1.1 浮头浮头是浮头换热器的主要组成部分之一，它通常是一个圆筒形或者抛物体形状。

浮头底部有一条密封圈，用于连接到固定管束。

浮头内部是一个可以浮动的管束，它可以在液体的作用下自由地移动，从而起到自适应对高粘度流体的换热作用。

1.2 固定管束固定管束是浮头换热器的另一个主要组成部分，它由许多相互平行排列的管子组成，它们被装入浮头内部，固定于底部密封圈之上。

这些管子的直径通常都比较小，因为大直径的管子会增加流体的阻力，从而导致换热效率的下降。

1.3 流道流道通常是指浮头内部的管子和管子之间的间隙空间。

流道的宽度和长度通常取决于固定管束的数量和长度，这些参数都应该根据流体的粘度和换热要求进行选择。

1.4 泄压沟泄压沟是用来收集不同管束上的液体，因为液体在不同的管束之间的流动速度通常是不一致的。

泄压沟还可以保持管束的离心力平衡，从而降低振动和噪音。

1.5 分流板分流板是浮头换热器中的一个重要部分，它通常是一个平板结构，用于将进入浮头的流体分为若干个部分，并将流体引导至不同的管束中。

这样，流体就可以在不同的管束上进行换热，并且保持了流体的稳定性。

1.6 分接盘分接盘通常被用来分配流体的入口和出口，以便流体能够合理地流动，并进入不同的管束。

分接盘通常是由金属材料或者塑料材料制成的。

2. 浮头换热器的工作原理浮头换热器的工作原理非常简单。

当流体从分接盘进入浮头时，它会被分配到不同的管束中，然后流经管子，在管子和流道之间发生热量交换。

由于浮头可以在液流压力下浮动，浮头可以自适应地与管子接触，这样它可以有效地接触到流体，从而提高换热效率。

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。

浮头换热器管板热应力分析_许蕾

2 分析结果与讨论
2． 1 管板应力分布由于固定管板和浮动管板的管板表面应力分
布形式基本一致，因此文中以固定管板为例给出
·58·
图 9 壳程压力作用下固定管板管程侧径向应力分布云图
图 10，11 示出在温差载荷作用下固定管板两侧径向应力分布，可以发现两侧几乎全是拉应力，此应力分布特点与单纯平板受两侧温差作用的结果不一样，因为管程侧流体温度比壳程侧流体温
设计计算
浮头换热器管板热应力分析
许蕾1 ，钱才富1 ，刘久逸1 ，刘志胜2 （ 1．北京化工大学机电工程学院，北京 100029； 2．山东美陵化工设备股份有限公司，山东淄博 255430）
摘要：浮头换热器是工程上应用极广的管壳式换热器，由于浮头端管板与壳体不相连，一般浮头换热器管板设计不考虑温差应力作用。建立了某循环油浆蒸汽发生器管板有限元分析模型，分别计算了在管程压力、壳程压力和温差 3 种载荷作用下管板中的应力，并考察了管板厚度的影响，结果发现，对于厚管板，由温度载荷引起的管板中的应力甚至大于由压力载荷所引起的应力。因此，虽然是浮头换热器，当管板厚度较厚时，不能忽略温度载荷的作用。关键词：浮头式换热器；管板；热应力；有限元分析
0 引言
循它在
使用过程中，往往在较短的时间内就出现管板开裂等问题。该设备在操作工况下受到管程压力、壳程压力和温度场的共同作用，学者们从应力腐蚀和疲劳、管板温差、管束振动等不同的角度分析了管板开裂的原因［1 － 9］，但目前仍未得出工程界
第 32 卷第 6 期
压力容器
总第 271 期
Solid 70 和结构单元 Solid 185 进行网格划分［11］。结构整体有限元网格模型和局部有限元网格模型分别如图 2，3 所示。

浮头换热器管板热应力分析

浮头换热器管板热应力分析许Leabharlann ２５５４３０）
蕾，钱才富，刘久逸。刘志胜
（１．北京化工大学机电工程学院，北京
１０００２９；２．山东美陵化工设备股份有限公司，山东淄博
摘要：浮头换热器是工程上应用极广的管壳式换热器，由于浮头端管板与壳体不相连，一般浮头换
关键词：浮头式换热器；管板；热应力；有限元分析
中图分类号：ＴＨ４９；ＴＱ０５１．５；０３４３．６文献标志码：Ａ文章编号：１００１－４８３７【２０１５）０６－００５５— ０６
热器管板设计不考虑温差应力作用。建立了某循环油浆蒸汽发生器管板有限元分析模型，分别计
算了在管程压力、壳程压力和温差３种载荷作用下管板中的应力，并考察了管板厚度的影响，结果
发现，对于厚管板，由温度载荷引起的管板中的应力甚至大干由压力载荷所引起的应力。因此，虽然是浮头换热器，当管板厚度较厚时，不能忽略温度载荷的作用。
ｈｅａｄｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ．Ａｉｎｆｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒａｓｌｕｒｒｙｏｉｌｓｔｅａｍｇｅｎｅｒａｔｏｒｗｈｉｃｈｗａｓａｔｙｐｉｃａｌｌｏｆａｔｉｎｇ — ｈｅａｄｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ．Ｓｔｒｅｓｓｅｓａｔｔｈｅｔｕｂｅｓｈｅｅｔｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｕｂｅ — ｓｉｄｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｓｈｅｌｌ — ｓｉｄｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｔｕｂｅｓｈｅｅｔ

浮头式换热器的结构设计透析

浮头式换热器的结构设计透析本文主要介绍了浮头式换热器的结构特点、工作原理及使用寿命所影响的因素，同时也对浮头部分做了具体的设计与结构的阐述。

标签：浮头式冷却器；浮头结构特点；浮头设计计算0 引言换热器是广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的一种通用设备。

在众多类型的换热器结构中，管壳式换热器是用得最为广泛的一种换热设备类型。

管壳式换热器制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压，虽然它在结构紧凑性、传热强度和单位金属消耗方面无法与板式或板翅式换热器相比，但它由于具有前述的一些优点，因而在化工、石油、能源等行业的应用中仍处于主导地位。

其它的结构一般是把管子与管板连接，再用壳体固定。

它的型式大致分为固定管板式，釜式浮头式，U型管式，滑动管板式、填料函式及套管式等几种，其中浮头式换热器受到广泛的应用主要特点是浮头端，其实形式可分为填料函式、钩圈式、带有套环的填料函式三種：①填料函式浮头是为解决温差膨胀而设计的。

②钩圈式浮头中，管板夹在可拆卸的部分环和盖板之间。

③带有套环的填料函浮头，其套环填料由后端封头的螺栓压紧，管束与壳体之间的间隙比较小。

现在要介绍的就是钩圈式浮头换热器。

1 浮头式换热器结构特点1.1 浮头的结构浮头式换热器，两端管板中有一端是两个容器法兰对夹式连接的，另一端可相对管板自由移动，这端称为浮头。

浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成，结构是可以拆连接。

管束可从对夹式容器法兰那侧抽出（也有设计成不可拆的），这种结构的好处在于管束与壳体不受热变形的约束，更不会产生热应力，相对来说为检修、清洗提供了方便。

在钩圈与浮头法兰依靠凹凸密封面配合，之间钻孔并套丝或焊设多个螺柱均布，分程隔板与浮头法兰密封面相通并位于同一端面并且管板凹面相匹配，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螺孔或螺柱相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型与浮头法兰凹型槽及分程凹槽及其垫片，该结构必要时可适当加在浮头自由端那部分管板的厚度，和直径及圆筒的内径，可根据热力计算确定流速来其调整。

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(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。

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。

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。

浮头式换热器结构设计及应力分析

1绪论换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位。

在化工生产中应用更加广泛，可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等使用为[1] 。

1.1换热器的发展历史二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。

以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。

30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。

接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。

30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。

在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。

60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。

此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。

70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。

近年来，随着科学技术的发展和社会生产力发展的需要，新型高效的换热器如雨后春笋般的发展。

如螺旋折流板换热器，此外，还有折流杆式换热器、空心环管壳式换热器、管子自支承式换热器、纵流管束换热器、块式换热器、整体翅片式换热器、毛细板式换热器等等。

但传统的板片式及管壳式换热器在化工生产中仍有广泛应用。

1.2换热器在化工及石油化工生产中的作用目前在大型化工及石油化工装置中，采用各种换热器的组合，就能充分合理地利用各种等级的能量，使产品的单位能耗降低，从而降低产品的成本以获得好的经济效益。

因而，在大型化工及石油化工生产过程中，换热器得到越来1越广泛的应用。

在工厂建设投资中，换热器所占比例也有明显提高，成为最重要的单元设备之一[2]。

浮头式换热器毕业设计

浮头式换热器的设计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。

换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其它许多工业部门广泛使用的一种通用设备。

近二三十年来，化工、石油、轻工等过程工业得到了迅猛发展。

因此，要求提供尺寸小，重量轻、换热能力大的换热设备。

在设计过程中，我尽量采用较新的国家标准，做到既满足设计要求，又使结构优化，降低成本，以提高经济效益为主，力争使产品符合生产实际需要，适合市场激烈的竞争。

同时为了使本次设计能够进行顺利，我在设计前参阅了许多有关书籍和英文文献，并做了一定量的外文翻译工作。

设计的前半部分主要是对换热器的原理、结构进行的详细的描述，从而进行换热器的选型，结构设计分析。

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的设计，如管板、折流板、定距管、钩圈、管箱等。

包括：设计计算、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。

最后绘制一张装配图，三张零部件图。

关键词：浮头式换热器；设计；校核；Floating Head Heat Exchanger DesignAbstractThis design manual is about the floating head heat exchanger design, mainly for the heat exchanger process calculation, heat exchanger design of the structure and strength.Heat exchanger is the chemical, oil refining, power, food, light industry, atomic energy, pharmaceutical, machinery, and other widely used in many industrial sectors as a general-purpose device. The past 23 years, chemical, petroleum, light industry and other process industries have been developing rapidly. Therefore, the required small size, light weight, large capacity heat exchanger heat transfer equipment. In the design process, I try to use a relatively new national standard, so not only meet the design requirements, but also to structural optimization, cost reduction, mainly to improve economic efficiency, and strive to make the products meet the actual needs of production for the market competition. Meanwhile, in order to make this design smoothly carried out, I read a lot before in the design of the books and English literature, and to do a certain amount of foreign language translation workThe first part of the design is mainly the principle of heat exchanger, a detailed description of the structure, which for heat exchanger selection, structure design. The latter part is about the design of the structure and strength of the special heat exchanger, which is mainly to design the parts, such as tube-sheet, baffle plate, distance control,floating cover, tube boxes and so on , based on the heat exchanger types selected. The paper include: design and calculation, material selection, determining the specific dimensions , determining the exact location, pipe thickness calculation, the floating head cover and floating head flange thickness calculation, the opening reinforcement calculation. Finally I draw an assembly map, three parts diagram.Key words: Floating Head Heat Exchanger; Design; Check;目录1前言 (1)1.1 换热器的应用及其发展 (1)1.2 换热器的分类及其特点 (3)2 换热器的结构说明 (6)2.1 换热器的选型和选材 (6)2.2 浮头式换热器的结构及特点 (8)2.3 管程结构 (9)2.4 壳程结构 (16)2.5 管板设计 (24)2.6 膨胀节 (28)2.7 管壳式换热器的振动与防止 (29)3 计算部分.......................................... 错误！未定义书签。

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-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。

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压力容器焊接工艺
• 焊接工艺评定 • 焊接材料 • 焊接接头分类 • 焊接坡口 • 施焊环境 • 预热 • 焊接要求 • 后热 • 焊缝返修
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16
应力分析
• 定义工作文件名及工作标题 • 定义材料属性及单元类型 • 建立几何模型 • 划分有限单元网格 • 施加约束条件 • 施加载荷 • 求解与结果分析
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结构设计
浮头设计
浮头是浮头式换热器内的重要构件，所谓浮头指的是换热器两端的管板一个是固定的，一个是浮动的；管束可以从壳体内抽出来，便于清洗；管束的热变形不会受到壳体的约束，因此消除了热应力。但浮动管板处容易泄露，因此密封性要求较高。钩圈是浮头内的重要部件，为对开式结构。此处设计的是深钩圈。材料为16MnR。
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结构设计
壳程结构设计
折流板可提高壳程介质流速，强化传热效率，还具有支撑管束的作用。拉杆和定距管是用来固定折流板的。挡管避免产生管间短路（管间短路对传热效率的影响较大）。
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结构设计
滑道是为了防止管束在抽出或装入壳体时折流板损坏。浮头式换热器为了减少短路，强化传热，在壳程两端的进出口增设内导流筒。排气液口试为了回收或排除介质、空气及凝液。
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结构设计
浮头封头为带法兰的球冠形封头，材料为20号钢，尺寸结构如图：
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结构设计
管板设计
设计中共有两个管板，一侧为固定管板，另一侧为浮头管板。管板一般采用低合金钢锻造，此处管板材料为 16MnR ，固定管板厚度为60mm ，浮头管板厚为62mm。管板上管孔加工时要保证孔的位置及尺寸精度。
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总结
本文为浮头式换热器设计。在老师的指导下，经过与讨论并查阅资料和标准，反复修改订正，终于完成了该换热器的设计。
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附
换热器结构图
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附
爆炸示意图
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谢谢-
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课题设计背景及意义
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本课题设计的是浮头式换热器，浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管近年来受到不断涌现的新型换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中扔占主导地位。
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课题设计背景及意义
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结构设计
• 筒体和封头设计
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筒体和封头设计步骤相似，先求出计算厚度，最终确定出名义厚度，筒体与封头选材都为20R钢板，筒体厚度为10mm; 封头厚度也为10mm。筒体用钢板弯卷制成，封头用冲压方法加工。
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结构设计
法兰设计
法兰连接是化工设备、管道中最常用的可拆连接，法兰可分为容器法兰和管法兰。在设计时尽可能地选用标准法兰，便于检修及更换的方便。也利于制造单位成批生产法兰，降低成本。法兰之间用密封垫片和双头螺柱进行密封连接。法兰直接用长径法兰锻件加工，材质为20号钢。
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LC
结构设计
容器支座结构设计
此设计中选用BI型鞍座，即为带垫板重型鞍座。一侧为F型，一侧为S型，这样当容器出现热变形时，S型鞍座可以随容器一起做轴向运动。鞍座的定位: Lc=600mm，Lc’=350 mm。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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结构设计
开孔补强设计
补强计算最简单的方法是等面积补强准则。等面积补强准侧：由于开孔，壳体承受应力所必需的金属截面被削去多少，就在开孔周围的补强范围内补回同样面积的金属截面。
浮头式换热器结构设计及应力分析
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论文主要内容
1.绪论 2.结构设计 3.焊接工艺 4.管板应力分析 5.结论
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课题设计背景及意义
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换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，是不可缺少的化工设备之。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视。常用换热器有固定管板管式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器和螺旋板式换热器等，产生的效益非常显著，大大缓解了能源的紧张情况。
•
ANSYS软件具有很高的计算精度和强大的分析功能，可作为化工机械设计辅助分析的强有力工具。 • 该软件在化工机械设计中具有广泛的应用前景。此处用来对管板或钩圈进行受力分析，校核其厚度是否合格。
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结构设计
• 筒体和封头设计 • 法兰设计 • 浮头设计 • 管板设计 • 壳程结构设计