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1、摘 要固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用比较广泛的一种换热器。这类换热器具有结构简单、紧凑、可靠性高、适应性广的特点,并且生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便。固定管板式换热器能承受较高的操作压力和温度，因此在高温高压和大型换热器中，其占有绝对优势。本次设计的题目是乙二醇塔底进料换热器的设计，课题预期达到的目标为：换热器面积的计算（实际换热面积：92.6mm2），管程壳程压力降的计算（小于等于0.4MPa），工艺结构尺寸的计算：管程数（1管程），换热管的确定（内径：19mm 数量：500根），壳体内径（600mm），壳程数（1壳程）的计算，折流板的选型（
2、形式：弓形折流板，数量：13）等。 换热器的强度计算：对筒体、管箱厚度的计算和校核，对壳体及管箱各处开孔补强，对延长部分兼做法兰的计算及强度核算。经水压试验、压力校核后显示结果全部合格。换热器的结构设计：折流板、法兰（甲型平焊法兰）、换热管、支座（鞍式支座）、垫片（石棉橡胶板垫片）的规格及选型。完善设计图纸及设计说明书。关键词：换热器；工艺；结构；强度AbstractFixed tube plate heat exchanger is a typical structure of the shell and tube heat exchanger and a wide range of hea
3、t exchanger. This type of heat exchanger has the characteristics of a simple structure, compact, high reliability and wide adaptability , and low cost of the production, wide choice of used materials, more convenient of cleaning heat exchanger the surface . Fixed tube plate heat exchanger can withst
4、ands the higher operating pressure and temperature, so it has the absolute advantage in the possession of high temperature and high pressure heat exchangers and large,.This design topic is naphtha condenser design, the goal which the topic anticipated achieved:The craft design of heat exchanger:the
5、heat transfer area computation(actual heat transfer area:322.2mm2);tube side pressure drop computation(0.4MPa);the craft structure size computation:number of tube passes(2 tube passes),the number of heat exchange tube(inside diameter:19mm,number:900),the inside diameter of shell(1000mm), number of s
6、hell passes(1 shell passes),the lectotype of baffle board(form:segmental baffle,number:13)etcThe strength calculation of heat exchanger:the computation and check of cylinder thinckness and channel thinckness,the shell and the reinforcement for opening supplements the intensity,the extension part con
7、currently makes the flange the computation and the intensity calculation. Examinatation part carried on the hydraulic pressure test, the pressure examination and so on, in which all results has been all qualifiedThe structural design of the heat exchanger:The specification and lectotype of baffle pl
8、ate、flange(type A manhole weded flange)、heat exchange tube、suppot(saddle support)、gasket(paronite gasket)Consummates the design paper and the design instruction bookletKeywords: heat exchanger; craft;structure; intensity目 录摘 要IAbstractII第1章 引言11.1 换热器的用途11.2换热器的分类11.3 换热器的发展趋势1第2章 固定管板式换热器的工艺计算32.1
9、估算换热面积32.1.1 选择换热器的类型32.1.2 流程安排32.1.3 确定物性数据32.1.4 估算传热面积42.2 工艺结构尺寸52.2.1 管径和管内流速52.2.2 管程数和传热管数52.2.4 传热管排列和分程方法72.2.5 壳体内径82.2.6 折流板82.2.7其他附件92.2.8 接管92.3 换热器核算102.3.1 热流量核算102.3.2 壁温核算132.3.3 换热器内流体的流动阻力152.4 换热器的主要结构尺寸和计算结果17第3章 强度计算193.1 筒体壁厚计算193.2 管箱短节、封头厚度的计算203.2.1 管箱短节厚度的计算203.2.2 封头厚度的
10、计算203.3 管箱短节开孔补强的校核213.4壳体接管开孔补强校核223.5 管板设计及校核233.5.1 管板计算的有关参数的确定233.5.2 计算法兰力矩273.5.3管板的计算的相关参数273.5.4 确定和293.5.5 对于其延长部分兼作法兰的管板计算293.5.6 设计条件不同的组合工况30第4章 结构设计364.1折流挡板364.2 法兰364.3 换热管374.4 支座374.5 压力容器选材原则384.6 垫片39第5章 结论40参 考 文 献41致 谢43第1章 引言1.1 换热器的用途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。换热器的应用广泛，日常生
11、活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门1。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一2。换热器在节能技术改革中具有的作用表现在两个方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器的效率显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著提高设备的热效率3。1.2换热器的分类换热器的种类划分方法很多，方法也各不相同。按其用途：可将换热器分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器45。按其传热方式和作用原理：可分为混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器
12、等。其中间壁式换热器为工业应用最为广泛的一种换热器。它按传热面形状可分为管式换热器、板面式换热器、扩展表面换热器等。这其中又以管壳式换热器应用最为广泛，它通过换热管的管壁进行传热。具有结构简单牢固、制造简便、使用材料范围广、可靠程度高等优点，是目前应用最为广泛的一种换热器5。管壳式换热器的形式：管壳式换热器根据其结构的不同，可以分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器等68。1.3 换热器的发展趋势二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器912
13、。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意13。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热
14、器14。当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造成本的标准系列化，并在广泛的范围内继续向大型化发展，并CDF（Comptational Fluid Dynamics）模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成一个高技术体系1516。板翅式换热器（冷箱）主要用于乙烯裂解，空气分离和天然气液化等。我国杭州制氧机集团有限公司（杭氧）在引进美国S-W公司技术和关键加工设备大型真空钎焊炉基础上，生产制造出的乙烯冷箱，设计水平和制造能力已基本达到国际先进水平，并在燕山，扬子，上海，天津，广州及齐鲁等乙烯改造项目中得到应用。板翅式换热器流道多达15股，单体外
15、形尺寸达6m1.11.154m,最高设计压力达5.12Mpa。 管壳式换热器具有结构坚固、弹性大和使用范围广等独特优点，一直被广泛应用。尤其在高温高压和大型化的场合下，以及制造工艺上的进一步自动化和机械化，管壳式换热器今后将在广泛的领域内得到继续发展17。第2章 固定管板式换热器的工艺计算2.1 估算换热面积2.1.1 选择换热器的类型两流体温度变化情况：热流体进口温度170，出口温度140；冷流体进口温度70，出口温度90，因此初步确定选用固定管板式换热器。2.1.2 流程安排从两物流的操作压力来看，应使温度低的走管程，温度高的走壳程。2.1.3 确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程流体的定性温度为： 管程流体的定性温度为： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。在155下的有关物性数据如下：密度 =1.38kg/定压比热容 =1.038k
