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。

该换热器的管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内，管束可以在壳体内自由伸缩，不会产生热应力。

浮头式换热器适用于较高的压力下工作，适用于壳体壁温于管壁温差较大或壳程流体易结垢的场合。

本设计的管程壁温和壳程壁温温差较大，工作压力属于中上，且管程内物料为重油，壳程内为轻汽油。

故本设计选择浮头式换热器。

一、换热器的分类及其特点换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是各种工业部门最常见的通用热工设备，广泛应用于化工、能源、机械、交通、制冷、空调及航空航天等各个领域。

换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛使用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能的主要设备。

工业生产中使用的换热器型式很多，而且仍在不断发展。

按使用目的不同，换热器可分为加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。

由于使用的条件和工作的环境不同，换热器又有各种各样的型式和结构。

按传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式3类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。

间壁式换热器种类很多，如夹套式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器、板式换热器、板翅式换热器和列管式换热器，列管式换热器又叫做管壳式换热器，是目前应用最广泛的一种换热器。

管壳式换热器的应用已有十分悠久的历史。

管壳式换热器是一种传统的标准换热设备，广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业。

由于世界性的能源危机，工业生产中对换热器的需求量越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。

在近代的许多化工过程中，如裂解、合成和聚合等，大都要求在高温高压下进行，有的压力高达250 MPa，温度则高达750℃，又腐蚀的情况下，实现换热更困难。

而管壳式结构具有选材范围广、换热表面清洗方便、适应性强、处理能力大、能承受高温和高压等特点。

一方面，伴随着现代化工厂生产规模的日益增大，换热设备也相应地向大型化方向发展，以降低动力消耗和余属消耗；另一方面，随着精细化工的迅速崛起，换热设备也有向小而精方向发展的趋势。

管壳式结构的换热器能满足这样的要求。

近几十年来，随着紧凑式换热器(板式、板翅式等)、热管式换热器和直接接触式换热器等的发展，管壳式换热器面临着挑战，在某些场合，管壳式换热器已被一些新型换热器所取代，但由于管壳式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性，它的产量至今仍占统治地位。

目前工业装置中管壳式换热器的用量占全部用量的70%。

管壳式换热器结构也有较大的改进和发展，从原来传统的弓形隔板加光滑管的结构，发展为其它类型的管间支撑物加强化管的结构，由于这些结构上的改进，使得管壳式换热器的传热与流体阻力性能有了明显的改善，加上本身固有的优点，如耐高温、耐高压、结构简单和清洗方便等，使得管壳式换热器在激烈的换热器竞争中得以生存和发展。

管壳式换热器主要包括固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式等结构。

根据介质的种类、压力、温度、污垢，以及管板与壳体的连接方式、换热管的形式与传热条件、造价和维修检查情况等，结合各种结构形式的特点选择、设计和制造各种管壳式换热器。

图1.1固定管板式换热器的典型结构(1) 固定管板式换热器固定管板式换热器两端管板，采用焊接方式与壳体连接固定。

固定管板式换热器由管箱、壳体、管板和管子等零部件组成，如图1.1所示。

其结构简单紧凑，排管比较多，在相同换热器公称直径的情况下面积比较大，制造简单，但在最后一道壳体与管板的焊缝无法进行无损检测。

其优点是：①相同公称直径下，传热面积比浮头式换热器大20%～30%；②旁路泄露比较小；③锻件使用比较少；④没有内部泄露的存在。

缺点是：①壳体和管子壁温差一般小于等于50℃，大于50℃时应在壳体上设置膨胀节；②管板与管头之间容易产生温差应力而损坏；③壳程无法进行机械清洗；④管子腐蚀后造成连同壳体也报废，壳体部件寿命取决于管子寿命，因此设备寿命相对比较低；⑤不适用于壳程容易结垢的场合。

(2) 浮头式换热器浮头式换热器的一端管板与壳体固定，一端的管板可在壳体内自由浮动，壳体和管板对热膨胀是自由的，因此当两种介质温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。

浮头端设计成可拆结构，使管束能容易地插入或抽出壳体，这样方便清洗和检修。

由于该换热器结构复杂，而且浮动端小盖在操作时无法得知其泄露情况，所以在安装时应特别注意其密封，如图1.2所示。

图1.2浮头式换热器(3) U形管式换热器该换热管两端是固定在同一块管板上的，结构简单，造价低。

管束可抽出，外壁便于清洗，但换热管清洗困难，所以介质必须是清洁且不结污垢的物料。

由于结构不紧凑的原因，影响传热效率，换热也不均匀。

一般用于高温高压的场合，壳程内一般按工艺要求设置折流板和纵向隔板，如图1.3所示。

图1.3 U形管式换热器的典型结构(4) 填料函式换热器填料函式换热器适用于壳程压力不高、较严重腐蚀的介质、温差较大且经常要更换管束的冷却器。