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1、河北化工医药职业技术学院毕业设计固定管板式换热器设计专业班级 学 号 姓 名 指导教师 成 绩 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，管子损坏时易堵管或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或
2、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侧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程压力不高的场合。关键词：固定管板式 换热器 压力容器 目 录第一章 绪论1 1.1什么是管壳式换热器1 1.2管壳式换热器的分类1第二章 总体结构设计32.1固定管板式换热器结构3第三章 机械设计43.1工艺条件43.2 设计计算4（1）管子数n4（2）管间距的确定5（3）换热器壳体直径的确定5(4)换热器壳体壁厚的计算6（5）换热器封头的选择6（6）容器法兰的选用6（7）管板尺寸的确定7（8）折流板的设计7（9） 膨胀节73.3换热管排列形式7
3、3.4筒体83.5管板的设计与计算103.6折流板113.6.1折流板各部尺寸113.6.2 折流板布置123.7拉杆、定距管133.8支座153.9接管163.10法兰183.10.1接管法兰183.11圆筒节的设计193.12各部分连接形式203.12.1封头和圆筒节连接203.12.2接管与壳体连接203.12.3管法兰与接管连接203.12.4换热管与管板连接213.12.5管板与壳体封头连接223.13 水压实验23第四章 技术要求24第五章 安装制造255.1换热器制造255.1.1筒体255.1.2封头与管箱255.1.3换热管255.1.4折流板255.1.5管板255.2换热
4、器安装26参考文献27致谢28第一章 绪论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1。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、GB1501998钢制压力容器、GB1511999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
5、度等。 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。1.1 什么是管壳式换热器 管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。1.2 管壳式换热器的分类
6、是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排
7、列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体 。图表 1管壳式换热器 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。第二章 总体结构设计本次流体输送与传热工段换热器的设计，所选用的换热器为卧式固定管板式换热器。如图2-1所示。其基本结构特点是两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。图
8、2-1 固定管板换热器2.1 固定管板式换热器结构固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成，其结构较紧凑，排管较多，在相同直径下面积较大，制造较简单。 固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。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
9、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。第三章 机械设计3.1 工艺条件名称管程壳程物料名称循环水甲醇工作压力0.45mpa0.05mpa操作温度4070壳体内径1000换热面积135 m 2管长=25mm3m 23.2 设计计算(1) 管子数n换热管常用的金属材料有20, Q235 A, 16MnR等。根据本次的管程压力为0.450.05MPa，管程进口温度为40，壳程进口温度为70。选取换热管材料为20号钢。查教材化工设备，标准管长有1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0（单位为），截取标准管长为3。按教材公式换热器的管数n为： 3
10、-1式中: 传热面积，135； 管径（外径），0.0225； 管长，3则：采用正三角形排列，正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形错 列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。层数为14，换热器内管子总根数为721，拉杆数为10，所以实际管数711根。（2）管间距的确定由表可知，取管间距a=32mm。（3）换热器壳体直径的确定Di=a（b-1）+2d0式中 Di 换热器内径，mm； B 正六角形对角线上
11、的管子数，查表，取b=29； d0 最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取d0=25。 故 Di=32*(29-1)+2*25=946 mm 圆整后取壳体内径 Di=1000mm(4)换热器壳体壁厚的计算材料选用20R钢，计算壁厚为 式中 计算压力，取=1.1Pw=5.0MPA Di=1000mm； =0.80 =133mpa（壁厚温度取70c）故=2.4mm 因为小于min=3mm，所以取=3mm。 腐蚀裕量C2=1.2mm，查表得c1=0.25mm。 圆整后取n=4.5mm （5）换热器封头的选择选取标准椭圆形封头。由于本次设计的换热器壳程压力在0.450.05MPa，属于低压容器，椭圆形封头能够满足要求，而且该封头制造比其他封头容易冲压形成，应力分布也
