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1、浮头式换热器设计毕业论文题 目 名 称浮头式换热器设计专 业 班 级装备601班目录中文摘要英文摘要前言11 热力计算21.1原始数据21.2定性温度和物性参数计算21.3初选结构31.4管程换热计算及流量计算31.5壳程换热计算51.6传热系数61.7管程压降71.8壳程压降81.9压强校核92 结构设计102.1换热流程设计102.2管子和传热面积102.3管子排列方式102.4壳体112.5管箱122.6固定管板132.7分程隔板132.8折流板142.9拉杆152.10进出口管152.11浮头箱162.12浮头162.13补强圈172.14法兰172.15支座193 强度校核213.1
2、管箱的强度校核及优化213.2壳体的强度校核及优化224 制造工艺及安装244.1制造工艺244.2安装与拆卸255 Solidworks绘出的实体模型27小结28参考文献29致谢30-浮头式换热器的设计中文摘要 摘要本次设计的题目为浮头式换热器。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗。在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，采用了2-4型，即
3、壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，之后对有些部件有限元软件ANSYS进行了强度校核并对结构进行了优化，最后提出一些制造与安装方面的问题。三维实体以及二维工程图均用solidworks绘出。关键词换热器；浮头；管壳 Design of floating head heat exchanger英文摘要Abstract：The topic of my study is the design of floating head heat exchanger. The floating head heat exch
4、anger is a special type of tube and shell heat exchanger. It is special for its floating head. One of its tube sheet is fixed， while another can float in the shell， so called floating head. As the tubes can expand without the restriction of the shell， it can avoid thermal stress. Another advantage i
5、s that it can be dismantled and clean easily . It is widely used in chemical industry. In this study an overall design of the floating head heat exchanger is carried out .According to the demand the type 2-4 is chosen to be the basic type， which has two segment in shell and four segment in tubes. Fi
6、rst， heat transfer is calculated to determine the heat exchange surface area and the number of tubes that needed. Then， according to the request and standards， structural of system is well designed. After that， the finite element analysis of the shell is completed employing ANSYS software and optima
7、l design result is given. Finally， some manufacture and installation issues are related. The 3-D and 2-D drawings are done using solidworks.Key words：heat exchanger；floating head；tube and shell -制造工艺及安装浮头式换热器的设计1 前言前言浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，管壳式换热器以其对温度、压力、介质的适应性，耐用性及经济性，在换热设备中始终占有约70%的主导地位。因此管壳式换热器的标准化工
8、作为世界各工业发达国家所重视，也为ISO国际标准化组织的所重视。因此出现了TEMA、API660、JISB8249等一批管壳式换热器标准，ISO目前也正在与API联手并会同有关国家编ISO管壳式换热器标准。总的来说管壳式换热器主要由换热管束、壳体、管箱、分程隔板、支座等组成。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。分程隔板可将管程及壳
9、程介质分成多程，以满足工艺需要。管壳式换热器主要有固定管板式，U型管式和浮头式换热器。针对固定管板式与U型管式的缺陷，浮头式作了结构上的改进，两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力。浮头式换热器的优点还在于方便拆卸，清洗方便，对于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况很能适应。其缺点在于结构复杂、填塞式滑动面处在高压时易泄露，这使其应用受到限制，适用压力为：1.0Mpa6.4Mpa。 按照设计要求，在结构的选取上，为了增大温差校正系数，采用了2-4型，即壳侧两程管侧四程。首先，
10、通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，在结构设计时，要考虑许多因素，例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及便于拆卸等等。之后对有些部件用ANSYS进行了强度校核并进行对其优化设计。由于时间和资料有限，本人的认识也不够全面，在设计过程中可能还存在许多问题，望老师们给予批评和指正。1 热力计算1.1原始数据水进口温度：=144水出口温度：=163水工作压力：P2=2MPa油进口温度：=175油出口温度：=155油工作压力：P1=1.6MPa壳体内径：DS=700mm管箱内径：DN=750mm换热管规格：193 L=8m1.2定
11、性温度和物性参数计算水的定性温度：（1）水的密度：2=913kg/m3水的比热：Cp2=4.32kJ/kg水的导热系数：k2=0.686W/m 水的粘度：2=168.810-6水的柏朗特数：Pr2=1.08油（柴油）的定性温度：（2）油的密度：1=715 kg/m3油的比热：Cp1=2.48 kJ/kg油的导热系数：k1=0.133 W/m油的粘度：1=6.410-4油的柏朗特数：（3）1.3初选结构管排列方式 ：分程隔板两侧正方形，其余三角形管子外径：d0=0.019m管子内径：di=d0-（23/1000）=0.013m（4）管长：L=8m管间距：s=1.5d0=1.50.19=0.028
12、5m（5）壳体内径：Ds=0.7m管束中心排管数：由公式（6）得Nc=22总管子数：由（7）得Nt=400选型：采用2-4型即双壳程四管程。1.4管程换热计算及流量计算试选传热系数：k0=240 W/m2（查表）传热面积：由（8）得F0=190.91 m2逆流平均温差：（9）参数：（10）（11）温差校正系数：按2壳程4管程查表得 有效平均温差：（12）设计传热量：（13）换热效率：取=0.98油流量：（14）水流量：（15）管程流通截面（按4管程）：（16）管程流速：（17）管程雷诺数：（18）管程换热系数：（19）1.5壳程换热计算折流板的设计：纵向折流板中间分程，横向安置弓形折流板弓形折
13、流板弓高：（20）折流板间距：（21）壳程流通截面：（22）壳程流速：（23）壳程量流速（24）壳程当量直径：（25）壳程雷诺数：（26）切去弓形面积所占比例：查图得（27）壳程传热因子：查图得管外壁温度：假定后再复核，设=160壁温下的粘度： （28）粘度修正系数：（29）壳程换热系数：（30）1.6传热系数水侧污垢热阻： m2/W油侧污垢热阻： m2/W管壁热阻：r忽略总传热热阻：（31）传热系数：（32）传热系数的比值： （33）合适管外壁热流密度：=4118W/m2（34）管外壁温度：=167.2（35）误差校核：=167.2-160=7.2（36）误差不太大，不再重算。1.7管程压降
14、壁温：=161.3（37）壁温下水的粘度：管程摩擦系数：查表得管子沿程压降：（38）回弯压降：（39）进出口管处质量流速：（40）进出管口处压降：（41）管程结垢校正系数：根据r2及193得 管程压降：（42）1.8壳程压降当量直径：（43）雷诺数：（44）壳程摩擦系数：查表得 管束压降：（45）管嘴处质量流量：（46）进出口管压降：（47）导流板阻力系数：取 导流板压降：（48）壳程结垢修正系数：查表取 壳程压降：（49）1.9压强校核管程工作压力，查表得壳程工作压力，查表得压强校核： 符合要求 符合要求2 结构设计2.1换热流程设计采用2壳程4管程的2-4型换热器。由于换热器尺寸不大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用。管程分程隔板采用丁字型结构，其主要优点是布管紧密。壳体分程采用纵向隔板。管程的分程隔板采用丁字型结构如图1所示，其主要优点是布管紧密。 图1 丁字形隔板2
