换热器毕业设计(免费版)

前言
这次设计中的主要内容为浮头式换热器的结构与强度设计，主要包括：管板厚度计算、换热管的分布、折流板的选型、浮头盖及浮头法兰的计算、开孔补强计算以及各种零部件的材料选择等。

在设计过程中，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。

第1章概述
第1·1节设备的简介
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。

在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%～20%；在炼油厂中，约占总投资的35%～40%。

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。

其中管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到了广泛的应用。

第1·2节设备的基本结构
浮头式换热器有BES和AES两种型式，主要有壳体、浮动管箱、管束等部件组成，管箱由封头、管箱法兰、接管、接管法兰等组成，管束由换热管、折流板、拉杆、定距管、管板等组成。

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、安装和清洗的方便。

第1·3节设备的分类和设计
管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。

近年来。

尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促成了其自身的发展。

在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占有主导地位。

浮头式换热器有以下优缺点：
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度，压力小于等于6.4兆帕；
（4）可用于结垢比较严重的场合；
（5）可用于管程易腐蚀场合。

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。

第2章结构设计
第2·1节材料的选择
2.1.1 换热管规格及材质的选定
选用φ25mm×2.0mm无缝钢管，在管程中为有机溶剂，材质为不锈钢（根据GB151—1999 表10）。

2.1.2 主体材料的选定
所设计的换热器属于常规容器，根据设计要求，主体材料为06Cr19Ni10材料。

06Cr19Ni10是高合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，特别是具有高强度、耐腐蚀等性能，与此同时也会增加成本。

2.1.3 法兰
根据JB/T4700-2000《压力容器法兰分类与技术条件》表1选择法兰型式为长颈对焊法兰（JB/T4703表一PN=1.0MPa）。

再由JB/T4700-2000表2根据设计温度匹配法兰材料，选择16MnR(JB 4726)。

2.1.4 垫片
根据JB/T4700-2000表2匹配设计温度下的长颈对焊法兰，选择石棉橡胶板。

2.1.5 螺柱
根据JB/T4700-2000表3选择螺柱材料为40MnB。

2.1.5 螺母
根据JB/T4700-2000表2匹配螺柱材料，选择40Mn。

2.1.6 其它
(1) 折流板、支撑板和分程隔板选择Q235-B。

(2) 接地板和防冲挡板选用不锈钢0Cr18Ni9Ti。

(3) 滑轨、旁路挡板、顶启螺栓、拉杆、螺塞、拉筋、吊耳、防松支耳选择
Q235-A。

(4) 管板材料16MnⅡ。

(5) 管法兰根据HG20615-2009《钢制管法兰》选用20锻钢。

(7) 接管选用根据GBT8163-2008《输送流体用无缝钢管》20号钢。

(8) 鞍座材料：Q235-A 。

第2·2节 结构设计
2.2.1主要工艺及结构基本参数的计算
由GB151-1999可知，换热管的中心距S=32mm ，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为44mm ；同时，由于换热管管间需要进行机械清洗，故相邻两管间的净空距离（S-d ）不宜小于6mm 。

(2) 布管
根据壳体直径i D 、换热管中心距S 、分程隔板两侧相邻管中心距及排列方式，绘出布管图。

当管束分程为6管程时，分程隔板有两种排列方式，如图1-2所示。

由布管图得出，按图1-2布管可布594根管,满足GB151-1999 5.11.3流通面积要求。

下图为6管程的分布情况，图1-3为流动方向；图1-4为前端管箱隔板（介质进口侧）；图1-5为后端管箱隔板（介质出口侧）。

由设计参数（布管）得圆筒内直径1100i
D mm
=
布管限定圆L D 为管束最外层换热管中心圆直径，其由下式确定：
122()L i D D b b b =-++ （2·1）
查GB151-1999表13、14、15可知，b=5，1b =5， b n =13.5，故b 2= b n +1.5=15，则11002(5155)1050L D mm =-⨯++=
2.2.5 分程隔板
查GB 151-1999表6得DN=1100mm时，高合金钢隔板最小厚度为8mm，由GB151-1999_5.6.6.2可得分程隔板槽碳钢的宽度为12mm。

故可取隔板厚度为10mm。

隔板上设置有直径为10mm的排净孔。

分层隔板槽两侧相邻管中心距
2.2.6 管板结构设计
2.2.7 折流板和支持板
弓形折流板缺口高度h宜取0.20—0.45Di，在这里去0.3Di=330mm。

也就
是有效高度是1100-330=770mm
查GB 151-1999表35得折流板和支持板管孔直径及允许偏差为
+0.3
25.4mm。

2.2.12 拉杆
由于此时换热管的外径为25mm，因此选用拉杆定距管结构如图
拉杆图2·7
拉杆的直径d 拉杆螺纹公称直径dn Ｌa Ｌb b 拉杆的数量
16 16 20 ≥60 2 4
拉杆参数表2·1
拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。

若对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3个支承点。

第3章 设计计算
第3·1节 筒体及封头壁厚计算
根据给定的流体的进出口温度，选择管程设计温度为98℃、壳程设计温度为140℃；管程设计压力为0.8MPa ，壳程设计压力为0.4MPa 。

依照GB150-2010计算厚度。

3.1.2箱侧椭圆封头
(1) 计算厚度；外头盖封头由GB150-1998计算，由GB 25198-2010《压力容器封头》选用
由法兰参数得封头内径圆筒内直径1100i
D mm
外头
盖法兰依据设计压力和外头盖内径，按JB/T 4703之规定，选用长颈对焊法兰PN=1.0MPa ，其结构如下图所示，尺寸由表3选取。

法兰图3·2
表3·1外头盖法兰参数
DN D
D 1
D 2
D 3
D 4
δ H h 1100 1260 1215 1176
1156 1153 56 120 35
α α1 δ1 δ2
R d 螺柱规格 数量 对接管最少厚度
21
18
16
26
12
27
M24
36
12
第3·7节 鞍座支反力计算
3.7.1 支反力计算如下：
经计算得设备净重量015617.5m kg =。

设备容积估算：将设备近似看一个圆柱体，其高为换热器总长，直径为换热器公称直径。

2233.14
1.17.7397.3544
i V D L m π≈=⨯⨯=；
(3·40) 由于水的密度大于油品与原油的密度，故鞍座应在水压试验时所受支撑反力较大，故鞍座极限承重发生在水压试验时。

水压试验时充液重量：
317.35107350m V kg ρ==⨯=水； 水压试验时总质量：
0115617.5735022967.5m m m kg =+=+=；
水压试验时单位长度载荷： 22967.59.829.08/7739
mg q N mm L ⨯===； (3·41) 水压试验时支座反力： 11
22967.59.811254.7522F mg N ==⨯⨯=；
(3·42) 查JB/T4712.1-2007《容器支座 第1部分：鞍式支座》得所选重型支座的允许载荷为305kN ，所以合用。

3.7.2 鞍座的型号及尺寸
根据支反力查JB/T4712-92表7选择鞍座的型号为：DN1100、120°包角重型带垫板鞍式支座。

表3·3 鞍座尺寸
公称直径
ＤＮ
允许载荷Ｑ（ＫＮ）
鞍座
高度
h
底板
腹
板
筋板
垫板
螺栓
间距
l 2 鞍座质量（kg ） 增加100mm 高
度增加的质量
（kg ）
l 1 b 1 1δ 2δ l 3
b 3 3δ 弧长 b 4 4δ e 1100
312 200 820 170 12 10 185 180 10 1290 270 8 40 660 62 9
鞍式支座图3·4
第6章结论
首先，这次毕业设计对培养我的实际工程能力具有重要意义。

通过毕业设计，我把以前学过的课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地加以动用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产实践密切地结合起来。

这次设计，初步培养了我对压力容器设计的工作能力；树立正确的设计的思想；掌握一些容器设计有基本方法和步骤，为以后进行设计工作打下了良好的基础。

另外还使我能训练地应用有关参考资料、计算图表、手册；熟悉有关的国家标准，为成为一个工程技术人员在培养基本技能。

其次，我从这次设计中得到了以下经验：
一、设计前应做好计划
1. 学习计划
在设计前进行相关知识的系统学习，包括过程设备的结构特点以及AUTOCAD软件的熟悉；设计时对此设计内容进行学习。

2. 布图计划
①设置图层（便于整体修改）；②颜色不宜多；③细节使用应注意。

二、设计中应做到以下几点：
1.学习相关基础知识。

2.借鉴以前的实例，对别人的设计多问几个为什么。

3.向指导老师以及同学咨询，与同学讨论。

三、关于计算
首先，计算公式必须符合规范的要求，在多种公式中选择更安全、更合理的公式；其次，计算的步骤可以参照以往的计算书或者其它资料，计算的每一步结果都要确保正确；最后，要认真地对计算书进行检查校正。

四、关于制图
首先，图框应按标准纸张画；其次，标注必须充分并且剖面的位置要正确。

总之，要尽量避免错误。

五、我从这次毕业设计中得到了以下收获：
1.熟悉各个常用标准，国家标准是我们设计的依据，必须熟练掌握其中内
容，才能保证设计的可靠；
2.熟练运用软件，提高设计效率，增加自身技能；
3.计算严谨，在多种公式中选择更安全、更合理的公式。

最后，我想说：通过毕业设计，使我的各方面的能力得到提高和增强，不仅在英语和计算机能力得到提高，还有增强了我的独立思考和创新能力。

但是由于水平的有限，在设计过程中一定存在许多疏漏和不够合理之处，恳请各位老师批评指正。

参考文献
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[9] JB/T 4712.1-2007 《容器支座第1部分：鞍式支座》
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致谢
这次毕业设计换热器的设计是在金广林老师的帮助与指导下完成的。

指导老师给了我很大的帮助，从老师身上我也学习到了很多的知识，加上老师提供的一些标准让我更加游刃有余。

使我们成长了不少，也把4年学习的东西又梳理了一遍。

同时，从金老师身上我们也看到了老师的敬业精神，严谨的学习态度，做人的道理。

这次是我第一次设计换热器，难免有一些错误，老师们会耐心的教导我们，还不时的鼓励我们，让我们有做下去的信心。

在此我还要感谢各位老师们在大学四年里对我们的教导，对我们付出的辛勤劳动，让我们学习到了很多的专业知识。

许多老师的年纪都达到了退休年纪，但还是不辞辛苦的教导我们，我们真的很感动，我们作为学生也真心祝愿老师们工作顺利，身体健康。

我们也会好好学习来报答老师们的辛勤培养，早日。