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1、摘要换热器是进行热交换操作的工艺设备。广泛应用于化工、石油、石油化工、电力、轻工、原子能、造船、航空、供热等工业部门中。特别是在石油的炼制和化学加工装置中，占有非常重要的地位。固定管板式换热器的管束连接在管板上，管板与换热器壳体焊接。其结构设计简单、制造方便、能承受较高压力、造价低；但材料的利用率不高；本设计严格按照要求，主要对固定管板式换热器进行工艺计算，结构设计和强度计算，采用的方法分别为：根据两流体的温度变化情况和物料性质，选择换热器类型；再根据物料操作条件，估算换热器的传热面积，然后求出总传热系数K，核算传热面积；按照GB150-1998，分别对换热器的各个部分结构进行选择、设计；严格
2、按照GB151-1999，分别对封头、筒体、管板法兰进行强度计算和校核。然后再结合石油、化工、制药、食品等行业实际而进行优化设计，解决了换热器设计中多目标之间相互矛盾的问题，以及提高材料的利用率，增强换热效果，节省了材料。本换热器适用性强，用途广泛，具有非常广阔的发展前景。关键词：换热器；管板；筒体；折流板；工艺计算；结构设计；强度计算AbstractHeat exchanger for heat exchange operation is a common process equipment. Widely used in chemical, petroleum, petrochemical
3、, power, light industry, metallurgy, nuclear, shipbuilding, aviation, heating and other industrial sectors. Particularly in the oil refining and chemical processing unit, occupies an extremely important position. Fixed tube plate heat exchanger tubes connected to the tube sheet, tube sheet and shell
4、 welding. Its simple structure, convenience, able to withstand high pressure, low cost; but the material utilization is not high; designed in strict accordance with the requirements of the standard GB151-1999, mainly on the fixed tube heat exchanger for process calculation, structural design and str
5、ength calculations, the methods used were: two-fluid temperature changes according to circumstances and nature of the materials, select the type of heat exchanger; according to the operating conditions of the material, estimate the heat transfer area, and then find the overall heat transfer coeffici
6、ent K, accounting for heat transfer area; according to GB150-1998, were all part of the structure of the heat exchanger selection and design; in strict accordance with GB151-1999, respectively, on the head, cylinder, pipe flange for strength calculation and checking. Then combine the oil, chemical,
7、pharmaceutical, food and other industries to optimize the design of practical and solve multi-objective design of heat exchanger between the conflicting issues, and improve material utilization, enhanced heat transfer effect, savings in materials. The heat exchanger applicability, versatility, and h
8、as broad prospects for development. Keywords: heat exchanger; bundle; tube plate; head; cylinder; flange; process calculation; structural design; strength calculation目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 选题背景和意义11.2 国内外研究现状1第2章 设计方案32.1 选择换热器的类型32.2 物料流程安排3第3章 工艺计算43.1 确定物性参数43.2 估算传热面积444553.4 工艺结构尺寸555667773.
9、5 换热器核算7778999101010113.6 换热器主要结构尺寸和计算结果表11第4章 强度计算134.1 壳体、管箱壳体和封头的设计131314141414144.2 管板与换热管15151516164.3 壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接161616164.4 螺栓法兰连接设计1717174.5 管板设计18第5章 其他各部件结构205.1 折流板2020205.2 拉杆205.3 防冲板215.4 支座215.5 膨胀节215.6 鞍座的选择235.7 各种可能情况下的应力校核262633结论40参考文献41致谢42第一章 绪论1.1 选题背景和意义换热器是将热流体的部分热量传
10、递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要将低温流体加热或者把高温流体冷却，将液体汽化成蒸汽或者将蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切的联系，因而都可以通过换热器来完成。随着经济的发展和进步，各种不同的型式和种类的换热器发展很快，新的结构、新的材料的换热器不断涌现。为了适应发展需要，我国已经对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。换热器应用广泛，日常生活中取暖所用的暖气散热片、航天火箭上的油冷却器和汽轮机装置中的凝汽器等，都是换热器。它还广泛的应用于石油、化工、原子能和动力等工业部门
11、。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定的温度，也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。1.2 国内外研究现状近年来，国内换热器行业生产规模迅速扩大，换热器企业近2000家，其中销售收入超过500万元的企业在900家以上，数量堪称全球第一。但我国换热器行业还是存在如制造技术水平低、行业集中度不高等问题，离换热器强国的距离还很远。进入21世纪后，大量的强化传热的技术应用于工
12、业装置,我国的换热器产业在技术水平上获得了迅速的提升,板式换热器的日渐崛起.如兰石换热设备公司板式换热器成功的进入国内核电建设项目核岛和常规岛领域,并陆续的将板式换热器用于钛白粉生产线、大乙烯项目等领域。四平巨元瀚洋板式换热器公司也成功的进入了大亚湾二期岭澳核电站的核岛和常规岛领域。与国外先进水平相比较，我国换热器产业最大的技术差距在于换热器产品的基础研究和原理研究，尤其是缺乏介质物性数据，对于流场、温度场、流动状态等工作原理研究不足。目前国际的研究机构有美国传热研究公司（Heat Transfer Research Inc.）即HTRI，该公司几年来致力于计算机应用软件的开发，所开发的网络优
13、化软件，各种换热器工艺设计软件计算精确，不进节省了人力提高了效率，而且提高了技术经济性能，英国传热即流体服务中心（Heat Transfer and Flow Service）即HTFS，与各大高校和企业合作进行专门的研究成果显著。第2章 设计方案2.1 选择换热器的类型两物料流体的温度变化情况：煤油进口温度：135；出口温度：35冷却水进口温度：25；出口温度32该换热器用循环冷却水冷却，即使冬季操作时，其进口温度有所降低，但换热器的管壁温度和壳壁温度之差也不是很大，因此选择固定管板式换热器。2.2 物料流程安排从两流体的操作压力看，煤油压力大走管程，循环冷却水压力小走壳程；又由于煤油相对循
14、环冷却水较易结垢，若其流速太低将会加快污垢增长速度，使换热器的传热速率下降，所以应使循环水走管程，煤油走壳程。第3章 工艺计算3.1 确定物性参数壳程流体的定性温度为：管程流体的定性温度为：煤油在85下的物性数据：密度 定压比热容 导热系数 粘度 循环冷却水在28.5下的物性数据：密度 定压比热容 导热系数 粘度 3.2 估算传热面积 热流量 平均传热温差 传热面积假设K=350W/取实际传热面积为估算的1.15倍 冷却水用量3.4 工艺结构尺寸 管径和管内流速选用较高级冷拔传热管，取管内流速 管程数和传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为：按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构，根据本设计实际情况，采用标准设计，取传热管长为l=4.5m，则该换热器的管程数为：传热管总根数：采用三角形排列，根据排管数表，取N=91根，如图3-1所示： 3-1 换热器排管方式 平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数：按单壳程，2管程结构，温差校正系数应查有关图表可得平均传热温差由于平均传
