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1、本科毕业设计说明书固定管板式换热器的整体设计ON THE OVERRALL DESIGN OF FIXED TABE PLATEHEAT EXCHANGER学院（部）：机械工程学院专业班级：过控092班 学生姓名： 王 宁 指导老师： 伍广教授2013年 06 月 08 日固定管板式换热器设计摘要换热设备在炼油、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。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
2、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。本次设计主要是针对用于煤化工工业中用于变换气和半水煤气的换热用换热器。此次设计的换热器不仅达到了降低变换气温度的作用，同时还吸收了变换气放出的废热，用于加热半水煤气。再设计中进行对物料及热量衡算，并对换热器整体机构进行计算和对换热器的基本附件进行选择和设计。最后绘出非标零件图和装配图。 关键词：流量，换热面积 ，结构设计，换热管，管板，封头，壳体ON THE OVERRALL DESIGN OF FIXED TABE PLATEHEAT EXCHANGERABSTRACTHeat exchanger in oi
3、l refining, petrochemical, and widely used in other industries, it is suitable for cooling, heating, evaporation and condensation, heat recovery, and various other aspects. Fixed tube plate heat exchanger is a typical structure of the shell and tube heat exchanger and a wide range of heat exchanger.
4、 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 withstands the hig
5、her 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 is mainly used for heat exchange of heat exchanger used in gas and water gas for coal chemical industry. Heat exchanger of the design
6、 not only can reduce the air temperature change effect, it also absorbs the waste heat released for heating ventilation, semi water gas. In the design of the material and heat balance, the basic accessories heat exchanger and whole body were calculated and the heat exchanger selection and design. Fi
7、nally I draw the non-standard parts drawing and assembly drawing.KEYWARDS：discharge, the heat exchange area,structural design, heat exchange tube, tube sheet, heads, housings目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 化工设备简介11.2 换热器概述11.2.1板式换热器11.2.2 管壳式换热器的分类11.2.3 管壳式换热器结构41.3 换热器研究内容及发展动向42 工艺计算7设计参数：72.1 换热器选择72.1
8、.1 选择换热器的类型72.1.2.流道选择72.1.3 传热形式选择82.2 换热面积的计算82.3物料与热量衡算92.3.1 定性温度92.3.2 介质物性计算102.3.3 选择总传热系数132.3.4平均温差132.3.5 热负荷计算142.3.6 管程流体（半水煤气）质量流量估算142.3.7流速及总传热系数的确定152.4 壳程流体（变换气）流量确定153 结构计算163.1 换热管的计算163.1.1 管径和管子材质选择163.1.2传热管数和管程数163.1.3传热管的排列163.2壳体计算173.2.1 筒体材料选择173.2.2 焊接形式选择183.2.3 筒体计算183.
9、3 管箱圆筒计算193.4 封头计算193.5管板计算213.3.1 管板与壳体圆筒，管箱圆筒的连接方式选择213.3.2 管板材料及厚度选择223.3.3 管板与换热管的连接224 附件选择244.1 折流板选择244.1.2折流板管孔直径和允许偏差244.2拉杆计算254.2.1 拉管结构形式选择254.2.2 拉杆的直径和数量254.2.3拉杆尺寸254.2.4拉杆的布置264.3流体进出管选择及布置274.3.1管程流体进出管选择及布置274.3.2壳程流体进出管选择294.4防冲与导流334.5防短路板344.5.1旁路挡板344.5.2 挡管344.6 波形膨胀354.7支座选择3
10、54.8法兰及螺柱选择374.9垫片选择385 安装制造405.1 换热器制造405.1 .1 换热管405.1.2 筒体405.1.3 封头和管箱405.1.4 折流板405.1.5 管板415.2 换热器安装415.3 安装步骤41附表145附表247参考文献49致谢50.1 绪论1.1 化工设备简介化工生产离不开化工设备，化工设备是化工生产必不可少的物质技术基础，是生产力的主要因素，是化工产品质量保证体系的重要组成部分。然而在化工设备中化工容器占据着举足轻重的地位，由于化工生产中，介质通常具有较高的压力，化工容器一般有筒体、封头、支座、法兰及各种容器开孔接管所组成，通常为压力容器，因为压
11、力容器是化工设备的主体，对其化工生产过程极其重要，国家对其每一步都有具的标准对其进行规范，如：中国压力容器安全技术监察规程、GB1502011钢制压力容器、GB1512012管壳式换热器等。在其中能根据不通的操作环境选出不同的材料，查出计其允许的工作压力，工作温度等。1.2 换热器概述换热器简单说是具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产过程中，进行着各种不同的热交换过程，其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使流体温度达到工艺的指标，以满足生产过程的需要。此外，换热设备也是回收余热，废热，特别是低品位热能的有效装置。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工
12、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。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。1.2.1板式换热器板式换热器是一种高效紧凑型热交换设备。它具有传热效率高，阻力损失小，结构紧凑，拆装方便，操作灵活等优点。目前广泛应用于冶金、机械、电力、石油、化工、制药、纺织、造纸、食品、城镇小区集中供热等各个行业和领域1。1.2.2 管壳式换热器的分类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、
13、U型管式、填料函式、滑动管板式、双管式等2。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2。一般固定管板式换热器的结构如图11。图11 固定管板式换热器结构图（图片来源于GB151-2012）2、浮头式换热器浮头式换热器的典型结构如下图所示。两端管板中只有一端与壳体固定，
14、另一端可相对壳体自由移动，称浮头。浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。浮头换热器的特点是管间与管内清洗方便，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2。一般浮头式换热器的结构如图12。图12 浮头式换热器结构图（图片来源于GB151-2012）3、U形管换热器2U形管式换热器的典型结构如下图所示。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
15、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2。一般U形管换热器的结构如图13。图13 U形管换热器结构图（图片来源于某换热器工厂宣传图）由于弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少管束最内层管间距较大，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，内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。特别适用于管内走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
