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1、word固定管板式换热器的结构设计摘 要 换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一，其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源的有效利用与节约，对国民经济有着十分重要的影响。换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同。其中常用结构为管壳式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强，在各工业部门应用最为广泛。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
2、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。固定管板式换热器主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和后端结构等部件组成。管束安装在壳体，两端固定在管板上。管箱和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连，检修或清洗时便于拆卸。换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题.准确的热力设计和计算，还要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。关键词：换热器；固定管板式换热器；结构；设计 / The Structural Design of Fixed Tube P
3、late Heat ExchangerAuthor : Chen Hui-juanTutor : Li Hui AbstractHeat exchanger is one of the most important equipments which is used in the fields of chemical, oil, power, metallurgy, transportation, national defense industry.Its right setting and the improvements of performance play an important ro
4、le in the rationality o technology, economy, energy utilization and saving, which has a very important impact on the national economy.The type of heat exchanger is various, thedifferent useoccasions and the purpose is different.Which are monly used for the tube shell type structure, because of its s
5、imple structure, low cost and wide selection, easy to clean, strong adaptability, the most widely used in various industry departments.Fixed tube plate heat exchanger is a kind of typical structure of tube and shell heat exchanger, also is a kind of heat exchanger is applied more widely. This kind o
6、f heat exchanger has simple and pact structure, high reliability, the characteristics of wide adaptability, and the production of low cost, wide range of selection of materials, heat exchange surface cleaning more convenient. Fixed tube plate heat exchanger can operate under high pressure and temper
7、ature, therefore, the heat exchanger in high temperature and high pressure and large in its possession of absolute advantage.Fixed tube plate heat exchanger is mainly posed of shell, heat exchange tube bundle, tube plate, the front tube box (also known as the roof or head) and the back-end structure
8、 parts. Tube bundle is installed on both ends of casing, which is fixed on the tube plate. Tube box and the back-end respectively connected to the flange bolts at the ends of the shell structure, maintenance or cleaning for easy disassembly. The merits of the heat exchanger design ultimately depends
9、 on whether applicable, economic, safe, flexible and reliable running, convenient maintenance cleaning, etc. A high heat transfer efficiency, pact, low cost, safe and reliable production of heat exchanger, requires carefully considered in the design of all sorts of problems. The accurate thermal des
10、ign and calculation, but also for intensity and conform to the requirement of process manufacturing level.Keywords:Heat exchanger,Fixed tube plate heat exchanger, Structure,Design目 录1绪论1111.2.1管壳式换热器的类型11.2.2管壳式换热器结构341.4板式换热器的传热原理51.5 本课题的研究容及意义71.6换热器的发展趋势72固定管板式换热器的工艺计算99991010102.2.3平均传热温差校正及壳程数
11、10111111122.3 换热器核算1212换热器流体的流动阻力即压降计算14平均温差143强度计算16管箱圆筒的结构设计163.1.1筒体壁厚计算163.1.2管箱短节的计算16封头16封头选型17封头厚度的计算17管板的结构设计183.3.1管板厚度的计算183.3.2管板与壳体的连接18折流板的结构设计19拉杆的结构设计19拉杆的结构形式19拉杆的数量和直径20拉杆的布置203.6换热管的结构设计203.6.1换热管的规格及尺寸203.6.2换热管的排列图213.7支座的结构设计223.8双头螺柱的结构设计233.9法兰的选择233.10垫片的选择243.11进出口接管位置以及外伸长度
12、253.11.1接管外伸长度253.11.2接管位置25结论27致 28参 考 文 献291 绪论 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，废热，特别是低品位热能
13、的有效装置，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。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。1.2.1 管壳式换热器的类型 根据管壳式换热器的结构特点，常将其分为固定管板式、浮头式、U
14、型管式、填料函式、滑动管板式、双管式等4。1）固定管板式换热器固定管板式换热器的典型结构如下图1-1所示。管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵塞或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线胀系数相差较大时，壳体与管束将会产生较大的热应力。这种换热器适用于壳测介质清洁且不易结垢、并能进行清洗、管程与壳程两侧温差不大或温差较大但壳测压力不高的场合5。图1-1固定管板式换热器结构图2）浮头式换热器浮头式换热器的典型结构如下1-2所示。两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称浮头。浮头由浮头管板、钩圈和浮头端
15、盖组成，是可拆连接，管束可从壳体抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力6。浮头换热器的特点是管间与管清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗大，且浮头端小盖在操作中无法检验，制造时对密封要求较高。适用于壳体与管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。图1-2 浮头式换热器结构图3）U形管换热器U形管式换热器的典型结构如下图1-3所示。这种换热器的结构特点是，只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一根管板上管子可自由伸伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力7。图1-3 U形管换热器结构图由于弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少管束最层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利，当管子泄漏损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，层换热管坏了不能更换，只能堵死，而且坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。U形管结构比较简单、价格便宜、承压能力强、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需清洗、又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适用于管清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。4）填料函式换热器填料函式换热器的典型结构如下图1-4所示。这种换热器的结构特点与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头
