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。