管壳式换热器毕业设计说明书Word文件下载.doc
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机械工程学院专业：
过程装备与控制工程班级：
2009.2学号09011010216
学生：
指导教师：
接受任务时间2013.03.01
系主任（签名） 院长（签名）
1．毕业设计（论文）的主要内容及基本要求
壳程管程
设计压力（MPa）：
0.80.6
工作压力（MPa）：
0.70.5
设计温度（oC）：
15090
工作温度（oC）：
130（进）110（出）80（进）90（出）
介质：
水氢氧化钠溶液（质量分数40%）
腐蚀裕度：
1.00
焊缝接头系数：
0.85设计寿命：
10年
2．指定查阅的主要参考文献及说明
（1）《机械设计手册》，机械工业出版社；
（2）《化工设备》丁作明等编；
（3）《机械制图》，清华大学出版社；
（4）GB150—2011《压力容器》；
（5）《化工原理》，天津大学出版社；
（6）GB151—1999《管壳式换热器》；
期刊主要有：
《化工机械》、《流体机械》
3．进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
资料收集，阅读文献，完成开题报告
3月1日至3月24日
2
完成所有结构设计和设计计算工作
3月25日至4月21日
3
完成所有图纸绘制
4月22日至5月22日
4
完成说明书的撰写
5月23日至6月7日
5
完成图纸和说明书的修改，答辩的准备与毕业答辩
6月8日至6月14日
摘要
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
本次是设计列管式换热器的设计，介质为水和氢氧化钠溶液。
目的是为了掌握列管式换热器的结构，以及设计思路。
首先根据物料介质的特点选取换热器的类型，此次选用的是固定管板式换热器。
根据选择的类型进行工艺结构设计。
此次设计主要包括以下几个部分：
工艺设计（主要包括换热器的选型，换热面积计算，压强降、传热系数的核算）、结构设计（换热器主要件的材料选用，结构尺寸设计）、强度校核等。
关键词：
固定管板式换热器工艺设计结构设计
ABSTRACT
Theheatexchangerisaequipmentthattransmitapartenergyoftheheatfluidtothecoldfluid.Thisisthedesignofshellandtubeheatexchanger,themediumiswaterandSodiumhydroxidesolution.Thedesignisinordertolearnthestructureoftheshellandtubeheatexchanger,andthedesigntrainofthought.
Firstofall,accordingtotheMediumcharacteristicstochoosetypeheatexchanger.Wechoosethefixedtubeplateheatexchangeraboutthisdesign.Wemakestructuraldesignonthetype.Thisdesignmainlyincludesthefollowingseveralparts:
processdesignthatincludingselectionofheatexchanger,heatexchangeareacomputation,thepressuredropandheattransfercoefficientofthecalculation）,structuraldesignthatincludingmainpartsmaterialselectionoftheheatexchangerandthestructuresizedesign,Strengthcheck,etc.
Keywords:
Fixedtubeplateheatexchanger;
Processdesign;
Thestructuredesign.
目录
摘要 2
ABSTRACT 3
第一章绪论 21
1.1概述 21
1.2换热器的发展历史 21
1.3换热器的分类及其特点 22
1.3.1按作用原理或传热方式分类 22
1.3.2按用途分类 23
1.4管壳式换热器 24
1.4.1基本类型 25
1.4.2设计方法 28
1.4.3主要控制参数 28
1.4.4管壳式换热器腐蚀分析 29
1.4.5管壳式换热器防腐保护 29
1.5换热器的技术发展动向 29
第二章工艺设计 33
2.1设计方案 33
2.1.1选择换热器的类型 33
2.1.2流向选择 33
2.2初选换热器的规格 33
2.2.1物性的确定 33
2.2.2计算热负荷和氢氧化钠溶液的流量 33
2.2.3两流体的平均温差。
34
2.2.4换热器的初选 34
2.3压强降的核算 36
2.4总传热系数的核算 38
2.5设计参数及计算结果表 41
第三章换热器的结构设计 42
3.1设计条件 42
3.2封头设计 42
3.2.1封头的设计 42
3.2.2封头与筒体的连接 43
3.3管箱短节 43
3.4分程隔板 44
3.5筒体 44
3.6换热管 44
3.6.1换热管的排列方式 44
3.6.2排管与分程 45
3.6.3换热管与管板的连接 45
3.7管板的设计 46
3.7.1管板的结构尺寸选取。
46
3.7.2管孔外径与允许偏差 47
3.7.3管板与壳体的连接 47
3.8接管的设计 47
3.8.1壳程接管 47
3.9折流板 51
3.9.1折流板的结构与尺寸 51
3.9.2折流板上的管孔 52
3.10拉杆、定距管 52
3.10.1拉杆的形式 52
3.10.2拉杆的结构尺寸 53
3.11防冲板 53
3.11.1管程设置防冲板的条件 53
3.11.2壳程设置防冲板的条件 53
3.12膨胀节 54
3.13管箱 55
3.13.1管箱结构 55
3.13.1管箱法兰 56
3.14支座 56
3.14.1支座的布置 56
3.14.2支座的结构尺寸 57
第四章换热器的强度计算 58
4.1前端管箱筒体计算 58
4.2前端管箱封头计算 59
4.3后端管箱筒体计算 60
4.4后端管箱封头计算 61
4.5壳程圆筒计算 61
4.6延长部分兼作法兰固定式管板 62
4.7换热管内压计算 70
4.8换热管外压计算 71
4.9管箱法兰计算 72
4.10鞍座校核 73
4.10.1鞍座承受载荷 73
4.10.2鞍座强度校核 74
4.11接管开孔补强 74
第五章换热器的制造与检验 76
5.1总体制造工艺 76
5.2换热器质量检验 76
5.3管箱、壳体、头盖的制造与检验 76
5.4换热管的制造与检验 77
5.5管板与折流板的制造与检验 77
5.6换热管与管板的连接 77
5.7管束的组装 77
5.8管箱、浮头盖的热处理 78
第六章结论 79
参考文献 80
致谢 81
第一章绪论
1.1概述
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，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。
换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。
它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时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换热器的发展历史
二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。
以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。
30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。
接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。
30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。
在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。
60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。
此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。
70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。
换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。
顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。
逆流时，沿传热表面两流体的温差分布较均匀。
在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。
在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；
若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。
前者可节省设备费，后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。
当冷、热流体两者或其中一种有物相变化（沸腾或冷凝）时，由于相变时只放出或吸收汽化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流
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