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1、河南理工大学(本科)毕业设计论文摘 要 本设计说明书是是针对固液两相流降温换热设计,据要求设计为PN15DN400固定管板式换热器，主要进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。 设计首先根据给定的设计条件确定换热器总体设计方案-设计为三组换热器，然后对于每一级进行具体的设计。每一级的设计过程为：前半部分为工艺计算，估算换热面积，计算传热系数，计算出实际的换热面积，最后进行压力降和壁温的计算；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、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、开孔补强计算
2、等。 关键词：固液两相流 管壳式换热器 管板 封头 膨胀节AbstractThe design is based on the liquid-solid two-phase flow of the design .According to the request it is designed to be the PN1.5DN400 fixed tube head heat exchanger, which included technology calculate of heat exchanger, the structure and intensity of heat exchanger
3、.Design first according to the given design conditions determine overall design scheme- Design into three groups heat exchange ,we start to design for each level then . The design for each level is as follows: the first part of design is the technology calculation process. Mainly, the process of tec
4、hnology calculate is according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area, and then, calculate heat transfer coefficient ,just for the actual heat transfer area .Meanwhile the process above still include the pressure drop and wall temperature calculation ; the second half of
5、the design is about the structure and intensity of the design. This part is just on the selected type of heat exchanger to design the heat exchangers components and parts ,such as vesting ,baffled plates, the distance control tube, tube boxes. This part of design mainly include：the choice of materia
6、ls，identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the thickness calculation of floating head planting and floating head flange, the opening reinforcement calculation etc. In the end, the final design results through six maps to display.Key word: Liquid-s
7、olid two-phase flow ,fixed tube head heat exchanger, tube sheet, floating head planting , expansion joint .前 言毕业设计是完成教学计划实现专业培养目标的一个重要的教学环节；是教学计划中综合性最强的实践性教学环节。它对提高学生综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力以及培养学生的工作作风、工作态度和处理问题等方面具有很重要的意义。 本次毕业设计的题目是液固两相流降温问题，针对此问题设计了三组换热器。固定管板式换热器是国能换热器厂生产的主要设备之一，主要用于冷凝器，余热利用的换热器等，并且设
8、计的原始资料及数据均来源于工厂中正在设计的设备。这次设计中的主要内容为:换热器的热力计算、工艺计算、换热器的结构与强度设计。其中，热力计算和工艺计算主要是确定换热器的换热面积、换热器的选型、压降计算、壁温计算等；而结构与强度设计则主要包括：管板厚度计算、换热管的分布、折流板的选型、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，我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。同时为了使本次设计能够进行顺利，我在设计前参阅了许多有关书籍和英文文献，并做了一定的摘要。因为换热器设计是属于压力容器设计范畴
9、，与我所学的课程有紧密的联系，所以这次设计对我的设计能力有了很大的提高。它不仅使我贯通几年里所学习的专业基础知识和专业理论知识，还培养和提高我们群体合作、相互配合的工作能力。换热器在设计过程中为技术分析与产品开发可以为设计者提供一个广阔的思维想象空间，还能激发设计者的创新意识。在设计过程中，我们可以很好地将所学的知识加以应用，在自己的脑海中巩固，这是我选择这个课题的初衷，而事实上我也达到了预期的目的。由于水平有限，在设计过程中一定存在许多疏漏和不够合理之处，恳请各位老师和同学批评指正。特此致谢！目 录摘 要1ABSTRACT2前 言31 换热器概述71.1 换热器的应用71.2 换热器的主要分
10、类71.2.1 换热器的分类及特点71.2.2 管壳式换热器的分类及特点81.3 管壳式换热器特殊结构131.4 换热管简介132 工艺计算152.1 设计条件152.2第一级 热力计算152.2.1估算换热量162.2.2 计算换热器换热面积162.2.3 总传热系数的计算172.2.4 校核换热面积：202.3 压力降的计算212.3.1 管程压力降212.3.2 壳程的压力降222.4 换热器壁温计算242.4.1 换热管壁温计算242.4.2 圆筒壁温的计算253 换热器结构设计与强度校核273.1 壳体与管箱厚度的确定273.1.1 壳体和管箱材料的选择273.1.2 圆筒壳体厚度的
11、计算273.1.3 管箱厚度计算283.2 开孔补强计算293.2.1 壳体上开孔补强计算293.2.2 前端管箱开孔补强计算313.2.3 排污口和排气孔开孔补强计算343.3 水压试验343.4 换热管353.4.1 换热管的排列方式353.4.2 布管限定圆353.4.3 排管363.4.4 换热管束的分程373.4.5 换热管与管板的连接373.5 管板设计373.5.1 管板与壳体的连接373.5.2 管板计算383.5.3.换热管的轴向应力423.5.4. 换热管与管板连接拉脱力433.5.5 管板重量计算433.6 折流板443.6.1 折流板的型式和尺寸443.6.2 折流板排
12、列443.7 拉杆与定距管463.7.1 拉杆的结构形式463.7.2 拉杆的直径、数量及布置463.7.3 定距管473.8膨胀节473.9 防冲板493.10保温层493.11法兰与垫片50523.12 分程隔板及支座523.12.1 支反力计算如下：523.12.2 鞍座的型号及尺寸543.13 接管的最小位置54第四章 换热器的腐蚀、制造与检验564.1 换热器的腐蚀564.1.1 换热管腐蚀564.1.2 管子与管板、折流板连接处的腐蚀564.1.3 壳体腐蚀564.2 换热器的制造与检验564.2.1 总体制造工艺564.2.2 换热器质量检验574.2.3 管箱、壳体、头盖的制造
13、与检验574.2.4 换热管的制造与检验584.2.5 管板与折流板的制造与检验584.2.6 换热管与管板的连接584.2.7 管束的组装594.2.8 管箱、浮头盖的热处理595 焊接工艺评定605.1 壳体焊接工艺605.1.1 壳体焊接顺序605.1.2 壳体的纵环焊缝605.2 换热管与管板的焊接605.2.1 焊接工艺605.2.2 焊接缺陷615.2.3 法兰与筒体的焊接616 换热器的安装、试车与维护626.1 安装626.1.1 场地和基础626.1.2 安装前的准备626.1.3 地脚螺栓和垫铁626.1.4 其他要求626.2 试车636.3 维护63总结64致谢66参考
14、文献671 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
15、热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。本此设计正是要利用换热器降低泥浆的温度，从而获取热量用以供热，洗澡等。这样不仅节约了能源，同时也合理利用了资源，带来了额外的经济价值。 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 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
