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1、摘 要随着石油化工行业的迅速发展，换热器在石化行业设备中占据着重要的部分和地位。换热器是一种实现物料之间能量传递的设备，本设计主要是针对的浮头式换热器，浮头式换热器属于管壳式换热器的一种，是利用间壁使高温流体和低温流体进行对流传热从而实现物料间的热量传递。在设计的整个过程中，严格按照GB150-1998钢制压力容器和GB151-1999管壳式换热器等标准进行设计和计算。以及对换热器的强度，刚度和稳定性的校核。本设计包括四个部分：说明部分；计算部分；绘图部分和翻译部分。说明部分主要阐述了浮头式换热器的工艺流程及其在炼油化工生产中的地位，换热器设备及其发展现状和国内外换热器的最新发展趋势，同时介绍
2、了换热器的结构设计，换热器主要零部件结构的设计及压力容器常用材料等。最后对压力容器的制造，检验和验收等问题也作了简单的介绍。计算部分主要针对筒体，封头，和法兰进行了详细计算，并对其进行了水压试验校核，还对换热器的管板，折流板，鞍座等进行了相关的设计计算。除此之外，还参阅相关的设计手册及大量的文献，完成了各个零件图的绘制，还对两万字符的外文进行了翻译等工作。因此，这是份比较具有创新性的毕业设计。关键词：浮头式换热器；筒体；压力试验；校核AbstractWith the oil of the rapid development of the chemical industry, heat exch
3、anger equipment in the petrochemical industry occupies an important part and status. Is a heat exchanger to achieve energy transfer between the materials of the equipment, mainly for the design of the floating head heat exchanger, floating head heat exchangers are shell and tube heat exchanger type
4、is the use of partitions so that high-temperature fluid and low-temperature fluid for convective heat transfer in order to achieve the heat transfer between materials.In the design of the whole process, in strict accordance with GB150-1998 Steel Pressure Vessels and GB151-1999 shell and tube heat ex
5、changer and other standards for the design and calculation. As well as the heat exchanger strength, stiffness and stability of the check.The design includes four parts: that part of it; calculation part; mapping and translation of some parts. Note on some of the main floating head heat exchanger and
6、 its application in the process of refining the position of chemical production, heat exchanger and the development of equipment and heat exchangers at home and abroad the latest development trends, at the same time introduced the structure of heat exchanger design, heat exchanger design of the stru
7、cture of the main components and pressure vessels commonly used materials. Finally, pressure vessel manufacturing, testing and acceptance of other issues also made a brief introduction. Calculated for some of the main cylinder, head, and carried out a detailed calculation of the flange, and its hydr
8、aulic test checking, but also on the heat exchanger tube sheet, baffle, such as a saddle-related design calculation. In addition, see the related design manuals and a lot of literature, completed the mapping of various parts, but also on the20,000 foreign-language characters for the translation work
9、. Therefore, it is a comparison of graduates with innovative design.Key words: Floating head heat exchanger; cylinder; pressure test; check目录1前言11.1管壳式换热器的分类11.2管壳式换热器的结构21.2.1管束21.2.2壳程31.2.3管子的排列方式31.2.4管板31.2.5折流板与折流杆31.3管壳式换热器相关分析41.3.1传热系数41.3.2平均温差41.3.3流体流速41.3.4流体压降41.3.5振动41.3.6其他41.4提高管壳式换
10、热器传热能力的措施51.5管壳式换热器工作原理61.6管壳式换热器的发展71.6.1板式支承结构的发展71.6.2杆式支承结构的发展71.6.3空心环支承结构81.6.4管式自支承91.7管壳式换热器特点101.8管壳式与其他换热器的比较111.9腐蚀与防护141.9.1换热器腐蚀的原因141.9.2管壳式换热器的防腐蚀措施161.10换热器设计软件简介191.10.1HTFS201.10.2 HTRI211.10.3 ASPEN PLUS BJAC221.11 结语232设计部分242.1浮头式换热器筒体的计算：242.1.1计算条件242.1.2厚度的计算242.2前后端管箱封头的计算25
11、2.2.1设计条件252.2.2厚度计算252.2.3压力试验应力校核262.2.4压力试验应力校核272.3带法兰无折边球形封头及法兰计算272.3.1设计条件272.3.2厚度计算282.4管子排列方式的设计312.5开孔补强的计算312.5.1筒体开孔所需的补强面积要求322.5.2在有效补强范围内作为补强的截面积322.5.3选择补强圈补强332.6外头盖法兰厚度计算332.6.1设计条件332.6.2厚度计算342.7管板的厚度计算382.7.1设计条件382.7.2计算各参数392.7.3厚度计算412.7.4校核换热管轴向力423 致 谢454 参考文献461 前言换热器是一种实
12、现物料之间热量传递的节能设备，在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40左右，占总投资的30 45 。尤其是换热器在化工生产装置中应用十分广泛，是化工操作单元中的重要组成部分。随着工业装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化。目前在大型化工生产装置中，各种换热设备的数量占工艺设备数量的30以上。因此，了解换热器各方面知识是很有必要的。换热器种类繁多，形式各异，如管壳式、釜式、板式、板翅式、螺旋板式、空冷器、套管式、蛇管式、升降膜式等。由于管壳式换热器易于制造、适应性强、处理量大、成本较低以及可供选用的材料范围广泛，仍是当前应用最广，理论研究
13、和设计技术最完善，性能可靠的一类换热器，所以这里我们重点研究这它们。1.1 管壳式换热器的分类根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式及釜式重沸器等五类，每种结构形式各自发挥不同的作用。固定管板式换热器它结构简单、紧凑、造价低，往往是管板兼法兰，适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差大，但压力不高，壳程介质干净或虽结垢但通过化学清洗能清除的场合。其主要缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生很大的温差应力。浮头式换热器管束一端的管板可以自由移动，不受温差应力的影响，其结构复杂，内浮头密封困难，锻件多，造价高。维修时可拆卸浮头，抽出管
14、束进行检修或更换，适用于管、壳程温差大但工作压力不超过10 MPa的工况，缺点是需要抽出管束。还有一种浮头式换热器也称为填料函式换热器，其管束可自由伸缩，壳程和管程都可以拆开清洗，结构简单，适用管、壳程温差大工况，但其耐压、耐温及密封能力差，目前只是在低压与小直径的场合下使用。U形管式换热器管束可自由伸缩，只有一块管板，密封面少，管束与壳体分离，消除了温差应力，可抽芯检修更换。适用场合为管、壳程温差大，高温，高压。壳程需抽芯清洗，要求管内介质干净或虽会结垢但通过化学清洗能清除。其他类型就不予解释。1.2 管壳式换热器的结构图1.管壳式换热器示意图1.2.1 管束在管壳式换热器中最简单的是单管程
15、的换热器，如需增加传热面，一般采用增加管数的方法，管数增加后可将管束分程，以防止管数增加后引起管内流速以及传热系数的降低，从制造、安装、操作的角度考虑，一般采用偶数管程且程数不宜太多。1.2.2 壳程图2.列出了几种代号的壳程型式。E型是最普通的一种，壳程是单程的，管程可为单程也可为多程；F型为二壳程的换热器，是在壳体中装入了一块平行于管子轴线方向的纵向隔板；G型也为二壳程的换热器，纵向隔板从管板的一段移开使壳程流体得以分流；H型与G型相似，但进出口接管与纵向隔板均多一倍。图2.换热器的壳程型式1.2.3 管子的排列方式管子在管板上的排列方式最常见的有4种：正三角排列、转角正三角形排列、正方形排列和转角正方形排列。1.2.4 管板管板是换热器的重要部件之一，用来排布换热管并起着分隔管程、壳程空间的作用。薄管板有着节省材料的优点，是用于中、低压换热器中；椭圆形管板与换热器的壳焊接在一起，受力条件较好，适用于高压、大直径的换热器。1.2.5 折流板与折流杆折流板体有助于提高壳程的流速，增强湍动，改善传热，在卧式换热器中起支承管束的作用。常用的折流板有单弓形、双弓形、三重弓形等。折流杆是一种新型支承管子的结构，其优点：在传热量相同的情况下，其压力降
