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1、新疆大学毕业论文（设计）摘要换热器种类很多，根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多，管壳式换热器是间壁式换热器的主要类型。首先是根据给定的工艺参数进行前期的工艺计算，这部分的主要目的是确定浮头式换热器的具体型号，以及一些对接下来的结构设计有影响的关键数据。工艺计算的大体内容为传热面积计算、初步选型、有效平均温度差、校核传热面积、壁温计算。其次是结构计算。这部分是对管板、接管、法兰等具体零件的设计和选用。关键词：浮头式换热器，结构设计，强度计算Abstract Many types of heat exchangers,
2、 according to the cold, the thermal fluid heat exchange principles and methods are basically divided into three main categories namely: partitions type, hybrid and regenerative. In the three types of heat exchangers, the partitions heat exchangers most widely used. Shell and tube heat exchanger is t
3、he partitions of the main types of heat exchangers. First, according to the given process parameters pre-process calculation, the main purpose of this section is to determine the specific floating head heat exchanger models, and some impact on the structural design of the next key data. Process in g
4、eneral terms the contents of the heat transfer area calculation, the initial selection, checking the heat transfer coefficient, check the heat transfer area, the wall temperature calculation. Followed by in calculations. This part is the management board to take over, flanges and other specific part
5、s of the design and selection. Keywords：Floating head heat exchanger，Structural design，Strength calculation 1前言 使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备。换热器是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备。通常，在化工厂的建设中，换热器约占总投资的11%。在现代石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的40%左右。它的先进性、合理性和运转可靠性将直接影响产品的质量、数量和成本。根据不同的墓地，换热器可以是热交换器、加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器等。犹豫使用条件的不同，可以有各种各样的型式和
6、结构。在生产中换热器有时是一个单独的设备，有时则是某一工艺设备的组成部分。衡量一台换热器好坏的标准是传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构合理，安全可靠，节省材料；成本低；制造、安装、检修方便。任何一种换热器总不可能十全十美。例如板式换热器传热效率高、金属消耗量低，但流体阻力大、强度和刚度差，制造、维修困难；而列管换热器虽然在传热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式换热器，但其结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广，因而目前仍是石油、化工生产中，尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构形式。 列管式换热器:是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠
7、，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。 由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，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。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。 浮头式换热器属于管壳式换热器的一种，这种
8、换热器的一端管板是固定的，另一端管板可在壳体内移动，因而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。浮头处如发生内漏时不便检查。管束与壳体间隙较大，影响传热。浮头式换热器的特点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式话人呢其高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。目 录1 绪论 1.1 课题背景1 1.2 研究的目的和意义4 1.3 该设备的作用及再生产中的应用 42 换热器工艺计算 2.1 各组分参数计算6 2.2 平均温差计算6
9、 2.3 换热器初步选型73 换热器机构设计 3.1 壁厚计算8 3.1.1 筒体厚度计算8 3.1.2 封头壁厚8 3.1.3 无折边球形封头壁厚计算8 3.2 分程隔板槽厚度9 3.3 管板计算 3.3.1 管板厚度计算9 3.3.2 换热管与管板拉脱力计算10 3.4 法兰设计 3.4.1 标准法兰设计11 3.4.2 浮头端非标法兰设计11 3.4.3 浮头法兰及勾圈设计14 3.5 接管、接管法兰设计及补强计算 3.5.1 管程接管、接管法兰及补强设计18 3.5.2 壳程接管、接管法兰及补强设计19 3.6 折流板、拉杆、定距管、螺栓、螺母等设计 3.6.1 折流板选择20 3.6
10、.2 拉杆及定距管选择22 3.6.3 换热管选择23 3.6.4 滑板选择24 3.6.5 螺栓、螺母选择25 3.7鞍座设计 3.7.1 换热器总质量计算26 3.7.2 鞍座设计27 3.8 压力试验 314 参考文献 335 致谢 34 - 47 -新疆大学毕业论文（设计）1 绪论1.1 课题背景我国换热器发展前景换热器（热交换器）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器按传热方式的不同可分为混合式（混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器）、蓄热式（蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热
11、器）和间壁式（随间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广）三类。在我国换热器的制造技术远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 在我国随着经济快速发展的同时，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。完善的
12、换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：合理地实现所规定的工艺条件；结构安全可靠；便于制造、安装、操作和维修；经济上合理。70年代的世界能源危机，有力促进了换热强化技术的发展。为了节能将耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效换热设备。所以这些年来，换热器的开发和研究成了人们关注的课题。当今换热器技术的发展以CFD（计算流体力学技术）、模型化技术、强化传热技术等形成一个高技术体系。所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系数指提高流体和传热之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理：温度边界层减勃和调换传热面附近的流体。 因此最近十几年来，强化传热技术受到
13、了工业界的广泛重视，得到了十分迅速的发展，凝结是工业中普遍遇到的另一种相变换热过程，凝结换热系数很高，但经过强化措施还可以进一步提升换热效率。管外凝结换热的强化对冷却表面的特殊处理，主要是为了在冷却表面上产生珠状凝结。珠状凝结的换热系数可比通常的膜状凝结高510倍，由于水和有机液体能润湿大部分的金属壁面，所以应采用特殊的表面处理方法（化学覆盖法、聚合物涂层法和电镀法等），使冷凝液不能润湿壁面，从而形成珠状凝结。用电镀法在表面涂一层贵金属，如金、铂、钯等效果很好，缺点是价格昂贵。冷却表面的粗糙化粗糙表面可增加凝结液膜的湍流度，亦可强化凝结换热。实验证明，当粗糙高度为0.5mm时，水蒸气的凝结换热
14、系数可提高90%。值得注意的是，当凝结液膜增厚到可将粗糙壁面淹没时，粗糙度对增强凝结换热不起作用。有时当液膜流速较低时，粗糙壁面还会滞留液膜，对换热反而不利。采用扩展表面在管外膜状凝结中常常采用低肋管，低肋管不但增加换热面积，而且由于冷凝流体的表面张力，肋片上形成的液膜较薄，因此其凝结换热系数可比光管高75%100%。应用螺旋槽管和管外加螺旋线圈。螺旋槽管，管子内外壁均有螺纹槽，既可强化冷凝换热，又可强化冷却侧的单相对流换热，与光管相比其凝结强度可提高35%50%。在管外加螺旋线圈，由于表面张力使凝结液流到金属螺旋线圈的底部而排出，上部及四周液膜变薄，从而凝结换热系数有时甚至可提高2倍。管内凝
15、结换热的强化扩展表面法采用内肋管是强化管内凝结的最有效的方法，试验表明，其换热系数比光管高20%至40%。按光面计算则换热系数可高12倍。采用流体旋转法采用螺旋槽管等流体旋转法可以强化凝结换热。换热效率同比提升30%，但此时流动阻力也会增加。改变传热面形状改变传热面形状的方法有多种，其中用于无相变强化传热的有横波纹管、螺旋螺纹管和缩放管，还有螺旋扁管和偏置折边翅片管。都是高效换热元件。值得注意的是，在强化凝结换热之前，应首先保证凝结过程的正常进行。例如，排除不凝气体的影响，顺利地排除冷凝液等。改变实践证明，在降低流体在壳程的阻力并保证流体在湍流状态下流动，这样才能充分的提高介质的换热系数，内翅片管、横螺纹管、螺旋螺纹管都一样，不但可用于单相对流传热，也可以有效的用于管内流动沸腾传热（螺纹
