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1、管壳式换热器的设计课程设计xxxxxxxxx 大学课程设计说明书设计题目：管壳式换热器的设计学院、系：化学工程与工艺学院（精细化工专业）专业班级：精细2012班学生姓名： xxxxxxxxxxxx指导教师： xxxxxxxxxxxxx成 绩： 2015 年 07 月 08目录2015年 07 月 08 1目录 2一、课程设计题目 5二、课程设计内容 51管壳式换热器的结构设计 52. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核 53. 筒体水压试验应力校核 54. 鞍座的选择 55. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。 66. 编写设计说明书一份 67. 绘制1号装配图一张。 6三、设计条件 6
2、(1) 气体工作压力 6(2) 壳、管壁温差50C, tt 6ts(3) 由工艺计算求得换热面积为105m2。 6(4) 壳体与封头材料在低合金高强度钢中间选用,并查出其参数,接管及其他数据根据表7-15、 7-16选用。 6(5) 壳体与支座双面对接焊接，壳体焊接接头系数=0.85 6(6) 图纸：参考图7-52,注意：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。 . . . . . . . . . . . . . . . 6四、基本要求 6五、说明书的内容 71. 符号说明 72. 前言 73. 材料选择 74. 绘制结构草图 75. 壳体、封头壁厚设计 76. 标准化零、部件选择及补强计算： 87.
3、 结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。88. 主要参考资料。 8六、主要参考资料 8管壳式换热器的结构设计 91 前言 101.1概述 101.1.1换热器的类型 101.1.2换热器 101.2设计的目的与意义 111.3管壳式换热器的发展史 111.7提高管壳式换热器传热能力的措施 121.8设计思路、方法 121.8.1换热器管形的设计 121.8.2换热器管径的设计 121.8.3换热管排列方式的设计 131.8.4管、壳程分程设计 131.8.5折流板的结构设计 131.8.6管、壳程进、出口的设计 141.9选材方法 141.9.1管壳式换热器的选型 141.9.2
4、流径的选择 161.9.3材质的选择 171.9.4管程结构 172 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 182.1管径 182.2管子数n 192.3管子排列方式，管间距的确定 192.4换热器壳体直径的确定 192.5换热器壳体壁厚计算及校核 203 换热器封头的选择及校核 214 容器法兰的选择 225 管板 235.1管板结构尺寸 235.2管板与壳体的连接 235.3管板与管子的连接 245.4管板厚度 246 管子拉脱力的计算 247 计算是否安装膨胀节 268 防冲板 279 折流板设计 279.1折流板的选择 279.2折流板的布置 3010 开孔补强 3010、1壳体接管开孔补强
5、 311、确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径 312、确定壳体和接管实际厚度，开孔有效补强面积及外侧有效补强高度h 313、计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积 324、计算 Ae 32 5 比较 A 与A A (= 724.18mm 2) A( = 585mm 2)10.2管箱接管开孔补强331、确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径 332、确定管箱和接管实际厚度，开孔有效补强面积及外侧有效补强高度h 333、计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积 344、计算 Ae 345、比较Ae与A,34A (= 662.24mm 2) A(= 484mm 2)，e，11接管最小位置3
6、512.鞍座 351. 壳体质量 m 3612. 封头质量 m 3623. 管箱质量m 3 364. 附件质量 m 3645. 管子质量m 5 366. 强度校核 37符号说明 38参考文献 39一、课程设计题目管壳式换热器的设计二、课程设计内容1管壳式换热器的结构设计包括：管子数n,管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择, 容器法兰的选择，管箱的选择，鞍座的选择，接管选择等等。2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力；（3）计算是否安装膨胀节；（4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性
7、校核。3. 筒体水压试验应力校核4. 鞍座的选择5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。6. 编写设计说明书一份7. 绘制 1 号装配图一张。三、设计条件(1)气体工作压力管程：半水煤气 0.7 MPa壳程：变换气0.475 MPa(2)壳、管壁温差50C, ttts壳程介质温度为400220C,管程介质温度为180370C。( 3)由工艺计算求得换热面积为 105m2。(4) 壳体与封头材料在低合金高强度钢中间选用，并查出其参数， 接管及其他数据根据表 7-15、 7-16 选用。(5) 壳体与支座双面对接焊接，壳体焊接接头系数=0.85( 6)图纸：参考图 7-52，注意：尺寸需根据自己
8、的设计的尺寸标 注。四、基本要求1. 学生要按照任务书要求，独立完成管壳式换热器设备的机械设计；2设计说明书一律采用电子版，1号图纸一律采用CAD绘制；3画图结束后，将图纸按照统一要求折叠A4,同设计说明书统一在19周周五早上8： 30 答辩.4.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。五、说明书的内容1. 符号说明2.前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。3.材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。4. 绘制结构草图（1）换热器装配图（2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位 置,以单线图表示；
9、（3）标注形位尺寸。（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5. 壳体、封头壁厚设计1）筒体、封头及支座壁厚设计；（2）焊接接头设计；（3）压力试验验算；6. 标准化零、部件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PNDN,法兰 密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。（ 2）其它标准件选择。7. 结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。8. 主要参考资料。【格式要求】：1. 计算单位一律采用国际单位；2.计算过程及说明应清楚；3.所有标准件均要写明标记或代号；4.设计说明书目录要有序号、内容、页码；5. 设计说明书中与装
10、配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变 更；6. 书写工整，字迹清晰，层次分明； 7.设计说明书要有封面和封底，均采用 A4 纸， 装订成册。六、主要参考资料1. 化工设备机械基础课程设计指导书.化学工业出版. 2005.12. 化工设备机械基础第五版 刁与玮 王立业 编著 2003.3；3. 化工单元过程与设备设计匡国柱 史启才 主编；4. 化工制图华东化工学院制图教研室编 人民教育出版社 1980；5. 化工设备机械基础参考资料；6. 钢制压力容器GB150-1998；7. 钢制塔式容器 JB4710-1992；8. GB151-1999 管壳式换热器 1999 年；9.
11、压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局 1999 年。管壳式换热器的结构设计序言课程设计理论是学生理论联系实际的一次很好的机会，本次实验就管壳式换热器进行 一次课程设计，掌握并了解在工业生产中节能、高效、环保等概念。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、 蒸发和废热回收等各个方面。其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其 他新型的换热设备，但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以 在各工程中仍得到普遍使用。管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素， 如材料、压力、温
12、度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合 适的结构形式。对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计 中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要（得 到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）。1 前言1.1 概述1.1.1换热器的类型管壳式换热器是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管 束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体 在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的 传热面积大，传热效果好，
13、结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在 高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装 一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还 迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们 的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50C以上）时，就可能由于热应力而引起设 备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。1.1.2 换热器换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。 由于生产规模、物料
14、的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量 交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量， 蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换 热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点 是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳 式换热器和紧凑式换热器。管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的 换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采 用。列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成 熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得 以继续存在下来。使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体 内。因此，这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列
