浮头式换热器的设计
浮头式换热器设计简介
浮头式换热器设计（PN1.3/0.9; W=41T/h）过程装备与控制工程姓名学号指导老师 XX 工程师摘要管壳式换热器是化学、石油化学及石油炼制工业中以及其它一些行业中广泛使用的热交换设备。
它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是化工单元的重要附属设备，因此在化工生产中占有重要地位。
浮头式换热器是釜壳式换热器的一种，其优点是：管束可以从壳体里面抽出来，便于清洗；管壳的变形不会受到壳体的约束，消除热应力。
浮头式的设计内容有：换热器的热力学计算；换热器的零部件材料选定；换热器的结构设计；换热器的强度校核。
关键字：管壳式换热器浮头式换热器设计内容AbstractShell and tube heat exchange is widely used in the heat exchanger of chemical. It can’t only used for heater and cooler individually etc. But also for some important accessory equipment of the chemical units. So it occupies an place in chemical production.The floating head exchange is one of the shell and tude heat exchange.Tube bundle can be pumping out from the inside of the shell for easy to cheaning;The themcal deformation of the tube bundle will not be constraint of the shell by elimination of heat stress.The design of a floating head exchanger typically includes:The thermodynatic cacnlationof the heat exchanger;The components’ materials selection of the heat exchanger;Structural design of the heat exchanger;The components thickness colcnlation and strength checking of the heat exchange.Keywords:shell and tube exchanger; Floating head heat exchanger; Components of the design一、前言换热器是将热流体的部分能量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
浮头式换热器设计任务书
武汉工程大学2014年3月设计任务书一．设计条件二．设计任务与内容1．工艺设计计算①确定设计方案选择换热器类型，确定物料流程，确定物性参数②估算传热面积确定换热量、平均温差、传热面积、冷却水流量③工艺结构参数确定根据工艺计算，合理确定介质流向与换热管的结构尺寸，如管壳程数、壳体及进出口接管直径，换热管规格尺寸与数量，折流板排列形式与间距，管板直径及管子排列方式等。
④换热流量核算⑤换热器内流动的流体阻力核算2．结构设计①筒体、管箱、法兰、浮头盖、管板、开口补强、支座等主要受压部件与元件的选材，结构选型与设计，强度计算与校核；②编制法兰计算程序，并按指定要求进行探讨性计算；③管束的振动计算及防震设计部分3．绘制全部施工图，包括装配图、部件图、零件图等总计约1号图幅6张。
4．编制管箱、法兰、管束、管板、浮头盖、外头盖等主要零部件的加工制造工艺及其装配程序，并制订管、壳程的试压方案及程序。
5．主要受压元件的材料选择及其可焊性评价与焊接材料选择说明。
6．编写设计说明书。
三．设计说明书的基本内容与要求设计说明书的作用是对自己所作的设计作出书面计算与论证，其基本内容依次为：题目、目录、前言、设计条件及所依据的主要设计标准、设计计算、加工工艺及试验等的说明，以及专题论证、电算程序与结果、造价概算和主要参考资料等。
前言中应概述设计作品在工艺装配中的功用、操作、维护要求和结构特点，主要设计内容简介，设计中的结构改进或创新，设计所遵循的标准规范等。
设计条件是指自己具体设计设备的操作条件，如介质性质、操作温度和压力等。
计算与论证为说明书的主体，包括除前言和设计条件外的全部上述内容。
设计说明书要求格式规范统一，条理清楚，图文并茂，文理通顺，书写整洁。
参考资料书写格式为：序号作者书刊名称出版社年月设计指导书一. 毕业设计的目的1．运用所学基础与专业理论知识进行实际设备设计的全面训练，以掌握设备设计的基础思路、方法与内容。
2．综合训练和提高设计调研、文献查阅、方案论证、计（电）算、绘图及设计文件编制等基本技能。
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。
六管程浮头式换热器设计
六管程浮头式换热器设计摘要换热器是化工、炼油等生产中最常见的过程设备之一，是用于物料之间进行热量传递的过程设备，使热量从热流体传递到冷流体的设备。
在目前大型化工及石油化工装置中，采用各种换热的组合，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已获得好的经济效益。
在化工厂中，换热器所占比例也有了明显提高，成为最重要的单元设备之一。
本设计说明书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。
并且阐述了换热器的特点、换热器设备及其发展现状、国内发展趋势和研究热点以及换热器的分类，同时说明了浮头式换热器的优点，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。
计算部分主要对浮头换热器的筒体、封头和法兰进行了详细的计算，并对其进行了水压试验的校核；还对换热管、管板、折流板、鞍座和钩圈等各个受压元件按照GB-150和GB-151的标准进行简单的结构设计，使其屈服应力在许用应力范围内。
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，还对一篇外文进行了翻译等工作。
关键词：浮头式换热器；换热管；校核Six tube heat exchangers designAbstractHeat exchanger is widely used in chemical,oilrefining ect.It is used in materials to carry on the thermal transmission the process. At present, in large-scale chemical industry and in the petroleum chemical industry installment, each kind of heat transfer the combination can reasonably use each rank fully the energy, cause the production the unit energy consumption to reduce, thus reduce the production the cost to obtain the high economic efficiency. Thus, in the large-scale chemical industry and in the petroleum chemical industry production process, the heat exchanger obtains the more and more widespread application. In the chemical plant, the heat exchanger accounted for the proportion also to have the distinct enhancement, became one of most important unit equipment.The design manual is about floating head heat exachanger, which included technology, calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger. And described the characteristics of heat exchanger, heat exchanger equipment and the development of the status quo, development trend of domestic and research hot spots and the classification of heat exchanger, floating head at the same time illustrates the advantages of heat exchanger. Introduced the structural design of heat exchangers, heat exchanger design of the structure of the main components and pressure vessels commonly used materials. The main part of the calculation of the cylinder, head and flange of the calculation in detail, and its verification of hydraulic test; also heat exchanger, tube sheet，baffle，circle hooks，such as saddles and all by pressure components in accordance withthe GB-150 and GB-151 standard for strength calculation, checking water pressure test intensity to yield stress in the range of allowable stress. In addition, see the related design manuals and a lot of literature, completed the mapping of various parts, but also a translation of a foreign languages and so on.Keywords :Floating Head Heat Exchanger; Heat Exchanger Tube;Check目录1 换热器概述 (1)1.1换热器的历史 (1)1.2换热器的概念及工作原理 (4)1.3换热器的分类 (4)1.4浮头式换热器的简介 (10)2浮头式换热器的设计 (11)2.1设备材料选择 (12)2.2设计参数的确定 (13)2.2.1设计压力 (13)2.2.2设计温度 (13)2.2.3厚度及厚度附加量 (14)2.2.4焊接接头系数 (14)2.2.5许用应力 (15)2.3结构的选择与论证 (16)2.3.1换热管 (16)2.3.2管板 (16)2.3.3管束分程 (17)2.3.4封头 (18)2.3.5折流板 (18)2.3.6开孔和开孔补强设计 (20)2.3.7法兰 (21)2.4各部件连接方式及结构 (22)3计算部分 (24)3.1后端管箱筒体计算 (24)3.1.1厚度计算 (24)3.1.2压力试验时应力校核 (25)3.1.3压力及应力计算 (25)3.2前端管箱封头计算 (26)3.2.1厚度计算 (26)3.2.2压力试验时应力校核 (27)3.2.3压力计算 (27)3.3前端管箱筒体计算 (27)3.3.1厚度计算 (28)3.3.2压力试验时应力校核 (28)3.3.3压力及应力计算 (29)3.4外头盖封头的计算 (29)3.4.1厚度计算 (30)3.4.2压力试验时应力校核 (30)3.4.3压力计算 (31)3.5浮头盖的设计计算 (31)3.5.1球冠形封头厚度计算 (31)3.5.2浮头法兰厚度计算 (33)3.6壳体圆筒计算 (41)3.6.1厚度计算 (41)3.6.2压力试验时应力校核 (42)3.6.3压力及应力计算 (42)3.7管板设计 (43)3.7.1符号说明 (43)3.7.2管板厚度计算 (44)3.7.3换热管的轴向应力校核 (47)3.7.4换热管与管板连接的拉脱力校核 (48)3.8开孔补强 (49)结论 (53)谢辞 (54)参考文献 (55)1 换热器概述换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，又称热交换器。
浮头式换热器课程设计
浮头式换热器课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握浮头式换热器的基本原理、结构特点、工作流程和应用范围。
通过学习，学生能够理解浮头式换热器在化工、能源等领域的的重要作用，具备分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：•掌握浮头式换热器的定义和分类；•理解浮头式换热器的工作原理和结构特点；•熟悉浮头式换热器的设计计算方法和应用场景。
2.技能目标：•能够分析浮头式换热器的工作流程和性能指标；•具备利用浮头式换热器解决实际问题的能力。
3.情感态度价值观目标：•培养学生对浮头式换热器技术的兴趣和好奇心；•使学生认识到浮头式换热器在现代工业中的重要性；•培养学生的创新精神和团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括浮头式换热器的基本原理、结构特点、工作流程和应用范围。
具体安排如下：1.浮头式换热器的定义和分类；2.浮头式换热器的工作原理和结构特点；3.浮头式换热器的设计计算方法；4.浮头式换热器的应用场景和案例分析；5.浮头式换热器在现代工业中的重要性。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握浮头式换热器的基本原理和知识；2.讨论法：引导学生参与课堂讨论，培养学生的思考和分析能力；3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解浮头式换热器的应用和解决实际问题的能力；4.实验法：安排实验室实践，使学生亲手操作，加深对浮头式换热器的理解和掌握。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的浮头式换热器教材作为主要教学资源；2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作精美的课件、动画等多媒体资料，提高学生的学习兴趣；4.实验设备：准备浮头式换热器的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用多种评估方式，包括平时表现、作业、考试等。
1.浮头换热器设计统一要求
浮头换热器设计统一要求1.内导流筒（或防冲板）2.设计参数：管、壳程设计温度Ts=200℃；公称压力PN2.5，设计压力2.4；接管法兰公称压力4.0，标准HG/T20592焊接接头系数：0.85；C2=3；保温厚度：80；基础高度：3003.DN1400以上为4管程；其余2管程，1壳程4.换热管：φ25x2.5、管间距：32、转角正方形排列、管长6m/4.5m；换热管：φ19x2、管间距：25、转角正方形排列、管长6m/4.5m；5.折流板间距：300；缺口上下布置；折流板缺口采用最小弦高（0.2DN）并圆整至排管处6.管箱：B型7.法兰：管箱、管箱侧、外头盖均为凹面；外头盖侧凸面8.缠绕垫片：JB/T4719-92 0Cr19Ni9+柔性石墨；螺柱：JB/T4707-2000，浮头螺柱40Cr，其余40MnB、本设计采用B型中间（光杆）缩径；螺母：GB/T6175-2000 35#（正火）9.管束尾部设置环形支持板（可与折流板等厚），布置不开时可以不设；根据需要考虑设置防短路机构（水平隔板槽不设档管）；10.管板、折流板排管图可按VCAD软件然后加以调整11.总图图纸名称示例：浮头式换热器BES1200-2.5-380-6/25-2Ⅱ装配图图号：DN400 DN600 DN800 DN1000 DN1200 DN1400 DN1600 DN1800 FH025 FH085 FH151 FH202 FH256 FH282 FH292 FH3181、FHxxx-1-1 换热管径19、管长6m时的图号2、FHxxx-2-1，换热管径25、管长6m时的图号12.其余要求按JB/T4714标准13.图面布置按参考图14.最终文件：计算书、全套图纸、目录15.自然参数：地震设防烈度：7、分组：I、场地土：II、基本加速度：0.1g、基本风压：500Pa、地面粗糙度：B16.管箱采用整体补强，壳体采用补强圈补强17.换热管：10#（GB/T8163-2008）；II级管束；18 .管口公称直径（四个管口相同）：设备DN400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800管口100 150 200 250 300 350 400 45019. 主体材料：Q345R；内件结构用材料：Q235A20．型号的标注（如排不出标准参数中的管子数）：注：1.本套图不要求按比例（利于以后的图在本图面上修改设计）2.图面颜色、线形以参考图为准，字体按要求修改。
浮头式换热器课程设计说明书
浮头式换热器课程设计说明书(共25页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。
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 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× 、φ32× 3、φ38 × 3、φ57 × 等，不锈钢钢管规格为φ19 × 2、φ25 × 2、φ32 × 2、φ38 × 、φ57 × 。
换热管长度规格为、、、、、、、、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 2 d0—换热管外径mm L —换热管长度mm故 -3-3400n==6133.1432600010⨯⨯10⨯⨯根表拉杆直径 /mm表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。
换热管的排布与连接方式的确定换热管排列形式如图所示。
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倍的换热管的外径。
浮头式换热器毕业设计
浮头式换热器毕业设计浮头式换热器毕业设计近年来，随着工业的快速发展和能源的日益紧缺，节能减排成为了各行各业的共同追求。
在众多的节能技术中，换热器作为一种重要的设备，扮演着至关重要的角色。
而浮头式换热器作为一种常用的换热设备，其设计和优化也成为了研究的热点之一。
浮头式换热器是一种常用于化工、石油、制药等领域的换热设备。
它由固定在壳体内的管束和可以上下浮动的浮头组成。
在换热过程中，热媒在管束内流动，而被换热介质则在壳体内流动，通过管壳两侧的传热界面进行热量的传递。
浮头式换热器的设计和优化旨在提高换热效率、降低能耗和减少设备的占地面积。
在浮头式换热器的设计中，流体力学和传热学是两个重要的研究方向。
流体力学研究主要关注流体在管束和壳体内的流动规律，以及流体的压降和速度分布等参数。
传热学研究则关注热媒和被换热介质之间的热量传递过程，包括传热系数、传热面积和传热效率等指标。
通过对流体力学和传热学的研究，可以优化换热器的结构和参数，提高其性能和效率。
在浮头式换热器的设计过程中，需要考虑多个因素。
首先是换热器的尺寸和形状。
尺寸和形状的选择直接影响到换热器的传热和流体力学性能。
一般来说，较大的尺寸和复杂的形状可以增加传热面积，提高传热效率，但也会增加设备的成本和能耗。
因此，在设计过程中需要综合考虑各种因素，找到最佳的尺寸和形状。
其次是换热器的材料选择。
换热器的材料需要具有良好的传热性能和耐腐蚀性能。
常用的材料包括不锈钢、铜、铝等。
不同的材料有不同的特点和适用范围，需要根据具体的工艺要求和工作环境选择合适的材料。
此外，还需要考虑材料的成本和可持续性，以及对环境的影响。
最后是换热器的操作和维护。
换热器的操作和维护对于其性能和寿命都有重要影响。
在操作过程中，需要合理控制流体的流量和温度，以及维持换热器的清洁和正常运行。
在维护过程中，需要定期清洗和检查换热器的管束和壳体，以防止堵塞和腐蚀等问题。
总之，浮头式换热器作为一种重要的换热设备，在工业生产中发挥着重要作用。
(完整word版)浮头式换热器课程设计
化工原理课程设计题目：列管换热器的设计教学院：专业:学生姓名：学号：指导教师：目录一、设计任务和设计条件 ...................................................................... 错误!未定义书签。
二、确定设计方案 (4)2。
1 选择换热器的类型 (5)2.2 流程 (6)三、确定物性数据 (6)3。
1 操作条件........................................................................... 错误!未定义书签。
3.2 物性参数 (6)四、估算传热面积 (7)4.1 传热量 (7)4.2 冷却水用量 (7)4。
3 平均温差 (7)4.4 初算总传热面积 (7)五、工艺结构尺寸 (8)5。
1 管径和管内流速 (8)5。
2 管程数和传热管数 (8)5.3 平均温差校正及壳程数 (8)5。
4 传热管排列和分程方法 (8)5。
5 壳体直径 (9)5。
6 折流板 (9)5。
7 其他附件 (9)5.8 接管 (10)六、换热器核算 (10)6。
1 热流量核算 (10)6。
2 壁温核算 (12)6.3 换热器内流体的流动阻力 (13)七、换热器主要结构尺寸和计算结果 (14)八、参考文献 (15)九、设计总结 (15)(完整word版)浮头式换热器课程设计符号说明英文字母B-—折流板间距，m；d-—管径，m;D——换热器外壳内径，m；—-摩擦系数；F——系数；h——圆缺高度，m；K——总传热系数,W/(m2·℃）；L——管长,m；m—-程数；n——指数；N——管数；NB-—折流板数;Nu-—努塞尔特准数;P—-压力，Pa；Pr——普兰特准数;Q—-传热速率，W；r——半径，m；R——热阻，m2·℃/W；Re——雷诺准数；A——传热面积，m2；t——冷流体温度，℃；a--管心距,m；T——热流体温度，℃；u——流速，m/s；—-质量流量,kg/s，—-体积流量，m3/s。
浮头式换热器设计说明书
这类换热器是在芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋线形状交替缠绕而成，相邻两层螺旋状传热管的方向相反，并采用一定形状的定距件使之保持一定的间距。它适用于同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大量且管内介质操作压力较高的场合。
1.
在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。它的基本结构是在壳体内放置了许多管子组成的管束，管子的两端（或一端）固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和定距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两册的端盖上装有流体的进出口。
（1）实现所规定的工艺条件
（2）强度足够及结构可靠
（3）便于制造、操作与维修
（4）经济上合理
1.3
在进行换热器设计时，对换热器各种零，部件的材料，应根据设备操作压力，操作温度，流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备操作压力和操作温度，即从设备的强度和刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。如在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。
管壳式换热器虽然在换热效率，设备结构的紧凑性和单位面积的金属消耗量等方面都不如其它新型换热器，但它具有结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便、能承受较高的操作压力和温度。在高温、高压和大型换热器中，管壳式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有下面几种形式
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。
浮头式换热器设计说明书
浮头式换热器设计说明书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。
设计的前半部分是工艺计算部分，主要是根据给定的设计条件估算换热面积，从而进行换热器的选型，校核传热系数，计算出实际的换热面积，最后进行压力降和壁温的计算。
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（如接管、折流板、定距管、钩圈、管箱等）的设计，包括：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。
关于浮头式换热器设计的各个环节，设计说明书中都有详细的说明。
浮头式换热器：其结构如图2所示。
管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故当管束与壳体受热伸长时，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。
浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。
由上述特点可知，浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合，尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。
1.1设计任务根据给定的工艺设计条件，此设计为无相变热、冷流体间换热的浮头式换热器设计任务。
1.2总体设计①确定结构形式。
由于介质换热温差较大，因此选用浮头式换热器。
②合理安排流程。
安排冷的污水走壳程，处理过的热清水走管程。
1.3热工计算①原始数据○2定性温度与物性参数○3物料与热量恒算○4有效平均温差○5初算传热面积○6换热器结构设计○7管程传热与压降○8壳程传热与压降结构设计与强度设计1)换热流程设计：采用壳程为单程、管程为单程的结构型式.2)换热管及其排列方式:采用的无缝钢管，材料为2520钢，热管排列方式为三角形排列，如图所示，共101根。
另外6根拉杆,共排列107根。
浮头式换热器设计说明书
4746/168400 T JB MnR EHA -⨯装订线4. 管板与换热管的连接：管板与换热管采用胀接的形式，胀接长度mml37=，对于规格为5.225⨯φ换热管，由于管板壁厚2540>，为5.0322==+Kmml，，连接方式如下：5. 换热管中心距：由换热管外径mmd25=外，中心距mmt32=，根据GB151-1999标准，可查得分隔板槽两侧相邻管中心距mmSn44=6. 布管限定圆：根据GB151-1999标准，对于浮头式换热器，其布管限定圆直径为：)21(2bbbDDnL++-=b1=3b2=4b=11.52575.0min⋅≥δmm75.18=21075.18++≥δmm75.30=取标准设计值：mm40=δ装订线7. 管板管孔：根据GB151-1999标准，Ⅰ级管束（碳素钢管），当换热器mmd25=外时，其管孔直径mmd25.25=孔，允许偏差为：0~15.0+8. 管板连接：根据GB151-1999标准，管板与壳程圆筒、管板与法兰之间选择a型连接方式a型连接方式为：管板通过垫片于壳体法兰何管箱法兰连接管板与管箱用螺柱、垫片平面密封连接9. 壳体接管：由前已知壳体接管mmd1001=,管箱接管mmd802=，363=LD装订线16球冠形封头钩圈式浮头换热器外头盖推荐使用球冠形封头，根据《JB04746T.02钢制压力容器用封头》标准，取封头为DN500⨯8的PSH球冠形封头，总深度H=65mm，内表面积22033.0mA=，容积30063.0mV=，封头质量kgM9739.12=R=50017. 容器法兰1：根据JB-T4701-2000标准选取长颈对焊法兰，形式为突面密封面类型，则取MPaPN0.1=，mmDN400=，规格为：4559550054031====DHDD 23344524===dD δ，配合螺柱为：20M20个结构如图所示：mmA1383≤即可装订线2：根据JB-T4701-2000标准选取长颈对焊法兰，形式为凹凸面密封面类型，则取MPaPN0.1=，mmDN500=，规格为：55510060064031====DHDD 23385524===dD δ，配合螺柱为：20M20个结构如图所示：3：根据JB-T4721-92外头盖侧法兰，形式为凸面密封面类型，则取MPaPN0.1=，mmDN400=，规格为：5559060064031====DHDD 23325524===dD δ，配合螺柱为：20M20个结构如图所示：4钩圈式浮头法兰480800=+=i f D D372)104(2400)1(2=+-=++=bn b D D i fi426186290=+=b D3946400=-=c Dmm D G 384)53200(2=--=18钩圈 选择A 型钩圈t t ][σ=113直径比K=1.29查GB150-1998第九章，得Y=7.77120)](5.0[5.0=+-=fi c b D D D La厚度δ=42mm19管板计算：对延长部分兼做法兰的固定管板根据GB151-1999，初始数据：垫片压紧力作用中心圆直径384mm管子： 管子外径：mm d 25=外 管子壁厚：mm5.2=δ管子根数：mm n68=浙江工业大学课题：浮头式换热器设计班级：过控0601学号：200602060120设计者：徐庆清。
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食品工程原理课程设计说明书题目：浮头式换热器的设计学院：粮油食品学院______专业班级：食工1006班学生姓名：学生学号：学校：河南工业大学目录第一章设计意义 (1)第二章主要参数说明 (1)第三章课程任务说明书 (3)第四章换热器的设计计算 (4)第一节确定设计方案 (4)第二节确定物性参数 (4)第三节计算总传热系数 (5)第四节计算传热面积 (6)第五节工艺结构尺寸 (6)第六节换热器核算 (8)6 – 1 热量核算 (8)6 – 2 换热器内流体的流动阻力 (10)6 – 3 换热器主要结构尺寸和计算总结表 (11)第五章离心泵的选择 (13)第一节管径初选 (13)H的计算 (13)第二节压头e第三节离心泵主要参数 (15)参考文献 (15)第一章 设计意义换热器是许多工业部门最的通用工艺设备，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。
在食品工业中的加热，冷却，蒸发和干燥等的单元操作中，经常见到食品物料与加热或冷却介质间的热交换。
各种换热器的作用，工作原理，结构以及其中工作的流体类型，数量等差别很大，而换热器的工作性能的优劣直接影响着整个装置或系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要。
目前国内外在过程工业生产中所用的换热器设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率，结构紧凑性和金属材料消耗等方面，不如其他新型换热设备，但她具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠性高，选用范围广，处理能力大，能承受高温和高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。
第二章 主要参数说明T ---牛奶的定性温度，℃t ---冷盐水的定性温度，℃ o ρ---牛奶的密度，/()kJ kg K ⋅po C ---牛奶的定压比热容，/()kJ kg K ⋅o λ---牛奶的导热系数，/()W m K ⋅ o μ---牛奶的粘度，Pa s ⋅ i ρ---冷盐水的密度，3/kg mpi C ---冷盐水的定压比热容，/()kJ kg K ⋅i λ---冷盐水的导热系数，/()W m K ⋅i μ---冷盐水的粘度，Pa s ⋅ Q ----热流量，KWK ----总传热系数，2/()W m K ⋅m t ∆----进行换热的两流体之间的平均温度差，℃mi q ----冷却水用量，/kg sRe ----雷诺准数P r ---普兰特准数i α----管程传热系数，2/()W m K ⋅ o α----壳程传热系数，2/()W m K ⋅si R ----冷盐水污垢热阻，2/m K W ⋅ so R ----牛奶污垢热阻，2/m K W ⋅λ----管壁的导热系数，2/()W m K ⋅s n ---传热管数，（根）L ---传热管长度，mP N ---换热器管程数N ---传热管总根数t ϕ∆---温度校正系数c n ---横过管束中心线的管数t ---管心距，mm D ---壳体内径，mmh ---弓形折流板圆缺高度，mmB ---折流板间距，mmB N ---折流板数d ---接管内径，mme d ---当量直径，mo u ---壳程流体流速，/m s i u ---管程流体流速，/m sS ---传热面积，2mP S ---换热器实际传热面积，2mH ---换热器面积裕度i P ∑∆---管程压降，Pa1P ∆---管内摩擦压降，Pa 2P ∆---管程的回弯压降，Pas N ---壳程串联数 t F ---管程压降的结垢修正系数 o P ∑∆---壳程压降，Pa1P '∆---流体流经管束的阻力，Pa2P '∆---流体流过折流板缺口的阻力，Pa第三章课程设计任务书1.设计题目：浮头式换热器的设计．2.设计任务：用水将高温灭菌后的牛奶冷却。
3.设计条件1)灭菌后的牛奶由60℃降至10 ℃，牛奶流量为4400 kg/ h ，压力为0.7MPa 。
2)该过程采用浓度很稀的冷盐水冷却（因此冷盐水的相关物性数据可参考水的物性数据）。
冷盐水入口温度为0℃，出口温度10℃。
设计还要求选用一台合适的离心泵，完成相应的生产任务。
管路布置如图（参考图），已知泵进口段管长L进=5米，泵出口段管长L出=15米。
（均不包括局部阻力损失。
局部阻力：底阀1个，标准90°弯头3个，球心阀1个）第四章 换热器的设计计算第一节 确定设计方案(1)、两流体温度变化情况热流体(牛奶)进口温度60℃，出口温10℃； 冷流体(冷盐水)进口温度0℃，出口温度10℃。
(2)、流动空间及流速的确定由于冷盐水较易结垢，为便于清洗，另外，粘度大的流体（牛奶）宜于通入管间空间，所以应使冷盐水走管程，牛奶走壳程。
选用25×2.5mm 的碳钢管。
管内流速取=1.0m/s 。
第二节 确定物性数据定性温度：可取流体进出口温度的平均值。
管程冷盐水的定性温度为120105()22t t t ++===℃ 壳程牛奶的定性温度为12601035()22T T T ++===℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
牛奶在35℃下的有关物性数据如下： 密度 31030/o kg m ρ= 定压比热容 3770/()po C J kg K =⋅ 导热系数 0.61/()o W m K λ=⋅ 粘度 32.1210o Pa s μ-=⨯⋅ 冷盐水在5℃下的有关物性数据如下： 密度 3999.8/i kg m ρ= 定压比热容 4200/()pi C J kg K =⋅导热系数 0.562/()o W m K λ=⋅ 粘度 31.5410o Pa s μ-=⨯⋅第三节 计算总传热系数(1)、热流量8o 012()44003770(6010)8.29410/230.4m m Q q C T T J h kW =-=⨯⨯-=⨯=(2)、平均传热温差12601050T T T ∆=-=-=（℃） 2110010t t t ∆=-=-=（℃）501024.8550ln ln 10m T t t T t ∆-∆-∆===∆∆（℃）(3)、冷却冷盐水用量8218.2941019748(/)()4200(100)mi pi Q q kg h C t t ⨯===-⨯-(4)、总传热系数 管程传热系数：30.02 1.0999.8Re 129841.5410i i iid u ρμ-⨯⨯===⨯ pi i0.80.4ii C 0.023Re ()d iiμλαλ=⋅⋅⋅30.80.4110.5624200 1.54100.023*********()0.020.562W m K ---⨯⨯=⨯⨯⨯=⋅⋅（） 壳程传热系数:假设壳程的传热系数 111200o W m K α--=⋅⋅ 污垢热阻:查得 210.000172si R m K W -=⋅⋅210.000172so R m K W -=⋅⋅管壁导热系数:1145W m K λ--=⋅⋅ 以外表面为基准计算111()o o o so si om i i id d dK R R d d d δαλα-=++⋅+⋅+⋅ 其中0.0250.020.0225()22o i m d d d m ++===，则 111()o o o so si om i i id d d K R R d d d δαλα-=++⋅+⋅+⋅110.00250.0250.02510.025(0.0001720.000172)1200450.02250.0233540.02-=++⨯+⨯+⨯ 11604.3()W m K --=⋅⋅第四节 计算传热面积32230.41015.34()604.324.85m Q m K T ⨯'===⋅∆⨯S考虑15%的面积裕 21.15 1.1515.3417.64()S S m '==⨯=第五节 工艺结构尺寸(1)、管径和管内流速 选用传热管（碳钢）。
管内流速取 1.0m/s i u =。
(2)、管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数:s 2219748/(999.83600)17.47183.140.02 1.044i i V n d u ⨯===≈⋅⋅⨯⨯（根）π 按单程管计算，所需传热管长度为:17.6412.48m 3.140.02518o s S L d n ===⋅⋅⨯⨯（）π按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。
现取传热管长l m =4.5。
则该换热器管程数为p L 12.48N =2.784.5l ==考虑到管程数为奇数时操作的难度较大，选管程数为4 传热管总根数为s p N=n N 18472⨯=⨯=（根）(3)、平均传热温差校正及壳程数 平均传热温差校正系数21111221t -t 100P=0.17T -600-T 6010=5t -t 100t T R -==--==-按单壳程、四管程结构，温差校正系数应查有关图表。
可得：0.83t ϕ∆=平均换热温差 24.850.8320.63()m m t t t ϕ∆∆=∆⋅=⨯=℃ (4)、传热管排列和分程方法 采用正三角形排列,取管心距则横过管束中心线的管数 1.1 1.1729.310()c n N ==⨯=≈根 (5)、壳体内径计算壳体内径的公式：D=t c （n -1）+2e通常(1 1.5)o d e=，这里取 1.5o d e=，则有D=t c ⨯⨯⨯（n -1）+2e=32(10-1)+2 1.525=363(mm)圆整可取。
(6)、折流板采用弓形折流板。
取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%。
则切去的圆缺高度为，故可取h=100mm 。
取折流板间距0.70.7400280()B D mm ==⨯=。
故可取B=300mm 。
折流板数 4500N =1114(300B l B -=-=块） 折流板圆缺面水平装配。
(7)、接管a) 壳程流体进出口接管:取接管内牛奶流速为1.5m/s,则接管内径为444400/(10303600)0.0317()31.7() 3.14 1.5o V d m mm u ⨯⨯====⨯π 取标准管径为30d mm =则取 22444400/(10303600)1.7(/)3.140.03o V u m s ⨯⨯===⨯πd b) 管程流体进出口接管:取接管内冷盐水流速为1.5m/s,则接管内径为4419748/(999.83600)0.0683()68.3()3.14 1.5i V d m mm u ⨯⨯====⨯π 取标准管径为70d mm =则取 224419748/(999.83600)1.5(/)3.140.07i V u m s ⨯⨯===⨯πd 第六节 换热器核算6 - 1 热量核算a) 壳程传热系数对圆缺形折流板可采用科恩公式0.551/30.140.36RePr ()oo o ewd λμαμ=⋅⋅⋅⋅ 当量直径，由正三角形排列得壳程流通截面积20.025(1)0.30.4(1)0.02625()0.032o o d S BD m t =-=⨯⨯-= 壳程流体流速及雷诺数分别为4400/(10303600)0.0452(/)0.02625o o V u m s S ⨯===30.0250.4521030Re 5492.1210o o ood u ρμ-⨯⨯===⨯普兰特准数3po C 3770 2.1210Pr 13.100.61ooμλ-⨯⨯===粘度校正 0.14()1o wμμ≈ 则0.551/30.140.36RePr ()oo o ewd λμαμ=⋅⋅⋅⋅ 1/30.55210.610.3654913.101830.7()0.02W m K --=⨯⨯⨯⨯=⋅⋅b) 管程对流传热系数0.80.40.023RePr io id λα=⋅⋅⋅管程流通截面积2223.140.02180.05652()44i i s S d n m =⋅⋅=⨯⨯=π管程流体流速1748/(999.83600)0.971(/)0.005652i i V u m s S ⨯=== 30.020.971999.8Re 126081.5410i i iid u ρμ-⨯⨯===⨯普兰特准数3pi iC 4200 1.5410Pr 11.510.562iμλ-⨯⨯===则有0.80.40.023RePr io id λα=⋅⋅⋅0.80.4210.0520.023*******.513276()0.02W m K --=⨯⨯⨯=⋅⋅ c) 传热系数K111()o o o so si om i i id d dK R R d d d δαλα-=++⋅+⋅+⋅ 110.00250.0250.02510.025(0.0001720.000172)830.7450.02250.0232760.02-=++⋅+⋅+⋅ 11491.6()W m K --=⋅⋅ d) 传热面积S32230.41022.72()491.620.63m Q m K t ⨯===⋅∆⨯S该换热器实际传热面积Sp23.140.025 4.57225.43()p o S lN m ==⨯⨯⨯=πd该换热器面积裕度为25.4322.7211.922.72p S S H S--===％换热器的面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。