换热器的壳体设计毕业设计

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目录

第一章 换热器概述 1

1.1 换热器的应用 (1)

1.2 换热器的主要分类 (1)

1.2.1 换热器的分类及特点 (1)

1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 (2)

1.3 管壳式换热器特殊结构 (5)

1.4 换热管简介 (5)

第二章 工艺计算 7

2.1 设计条件 (7)

2.2换热器传热面积与换热器规格： (8)

2.2.1 流动空间的确定 (8)

2.2.2 初算换热器传热面积'

A ............................................ 8 2.2.3 传热管数及管程的确定 (9)

2.2.4管心距的计算 (9)

2.2.5换热器型号、参数的确定 (9)

2.2.6壳体径计算 (9)

2.2.7折流板的计算 (10)

2.3换热器核算 (10)

2.3.1传热系数核算 (11)

2.3.2换热器的流体阻力 (13)

2.3.3换热器的选型 ...................................................... 14 第三章 换热器的结构计算和强度计算 15

3.1换热器的壳体设计 (15)

3.2筒体材料及壁厚 (15)

3.3封头的材料及壁厚 (16)

3.4管箱材料的选择及壁厚的计算 (16)

3.5开孔补强计算 (17)

3.6水压试验及壳体强度的校核 (19)

3.7 换热管 (20)

3.7.1 换热管的排列方式 (20)

3.7.2 布管限定圆L D (20)

3.7.3 排管 (21)

3.7.4 换热管束的分程 (21)

3.8 管板设计 (22)

3.8.1 管板与壳体的连接 (22)

3.8.2 管板计算 (22)

3.8.3 管板重量计算 (26)

3.9折流板 (26)

3.9.1 折流板的型式和尺寸 (26)

3.9.2 折流板排列 (27)

3.9.3 折流板的布置 (27)

3.10拉杆与定距管 (27)

3.10.1 拉杆的结构形式 (27)

3.10.2 拉杆的直径、数量及布置 (27)

3.10.3 定距管 (28)

3.11法兰和垫片 (28)

3.11.1固定端的壳体法兰、管箱法兰与管箱垫片 (28)

3.11.2外头盖侧法兰、外头盖法兰与外头盖垫片、浮头垫片 (30)

3.11.3 接管法兰型式与尺寸 (31)

3.12钩圈式浮头 (32)

3.12.1 浮头盖的设计计算 (33)

3.13分程隔板 (38)

3.14鞍座 (38)

3.14.1 支反力计算如下 (38)

3.14.2 鞍座的型号及尺寸 (40)

3.15接管的最小位置 (40)

3.15.1壳程接管位置的最小尺寸 (40)

3.15.2 管箱接管位置的最小尺寸 (41)

附录外文翻译 45

参考文献55

第一章换热器概述

过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%～20%；在炼油厂，约占总投资的35%～40%。

1.1 换热器的应用

在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500℃）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。

随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。

1.2 换热器的主要分类

在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。

1.2.1 换热器的分类及特点

管按照传热方式的不同，换热器可分为三类：

1.直接接触式换热器

又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。

2.蓄热式换热器

在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。

蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于

气--气热交换的场合。

3.间壁式换热器

这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为：

管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等；

板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等；

扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热等。

1.2.2 管壳式换热器的分类及特点

由于设计题目是浮头式换热器的设计，而浮头式又属于管壳式换热器，故特此介绍管壳式换热器的主要类型以及结构特点。

管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，其具体结构如下图所示。壳体多为圆筒形，部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次就称为一个壳程，而图1-2-1所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管流体速度，可在两端管箱设置隔板，将全部管子均分为若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程；同样。为提高管外流速，也可以在壳体安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可以配合使用。

这种换热器的结构不算复杂，造价不高，可选用多种结构材料，管清洗方便，适应性强，处理量较大，高温高压条件下也能应用，但传热效率、结构的紧凑性、单位传热面的金属消耗量等方面尚有待改善。

由于管外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可以分为以下几种主要类型：