毕业设计浮头式换热器设计Word文档格式.docx

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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

Abstract

Withtheoiloftherapiddevelopmentofthechemicalindustry,heatexchangerequipmentinthepetrochemicalindustryoccupiesanimportantpartandstatus.Isaheatexchangertoachieveenergytransferbetweenthematerialsoftheequipment,mainlyforthedesignofthefloatingheadheatexchanger,floatingheadheatexchangersareshellandtubeheatexchangertypeistheuseofpartitionssothathigh-temperaturefluidandlow-temperaturefluidforconvectiveheattransferinordertoachievetheheattransferbetweenmaterials.

Inthedesignofthewholeprocess,instrictaccordancewithGB150-1998"

SteelPressureVessels"

andGB151-1999"

shellandtubeheatexchanger"

andotherstandardsforthedesignandcalculation.Aswellastheheatexchangerstrength,stiffnessandstabilityofthecheck.

Thedesignincludesfourparts:

thatpartofit;

calculationpart;

mappingandtranslationofsomeparts.Noteonsomeofthemainfloatingheadheatexchangeranditsapplicationintheprocessofrefiningthepositionofchemicalproduction,heatexchangerandthedevelopmentofequipmentandheatexchangersathomeandabroadthelatestdevelopmenttrends,atthesametimeintroducedthestructureofheatexchangerdesign,heatexchangerdesignofthestructureofthemaincomponentsandpressurevesselscommonlyusedmaterials.Finally,pressurevesselmanufacturing,testingandacceptanceofotherissuesalsomadeabriefintroduction.Calculatedforsomeofthemaincylinder,head,andcarriedoutadetailedcalculationoftheflange,anditshydraulictestchecking,butalsoontheheatexchangertubesheet,baffle,suchasasaddle-relateddesigncalculation.Inaddition,seetherelateddesignmanualsandalotofliterature,completedthemappingofvariousparts,butalsoonthe20,000foreign-languagecharactersforthetranslationwork.Therefore,itisacomparisonofgraduateswithinnovativedesign.

Keywords:

Floatingheadheatexchanger;

cylinder;

pressuretest;

check

1前言

换热器是一种实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10MPa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，其压力降比弓形折流板的换热器降低50％以上，没有传热死区，结垢速率慢，防止了横向流诱发的振动。

1.3管壳式换热器相关分析

1.3.1传热系数

在管侧热阻、壳侧热阻、污垢热阻和管壁热阻中分析导致热阻的主要原因。

一般管壳式换热器的管壁热阻在总热阻中只占很小的比例，对传热系数影响不大。

如是管侧热阻或壳侧热阻起决定作用，应该采取措施有效地增强湍动效果以提高传热系数，如是污垢热阻起决定作用，应该采取措施使换热器有效除垢以提高传热系数。

1.3.2平均温差

平均温差是对数平均温差，但当多管程或多壳程时，需要修正平均温差。

1.3.3流体流速

一般流体流速都有合理的范围，特别是对于甲类和乙类流体还有安全流速，因此要分析流速是否合理，操作安全性是否可靠。

1.3.4流体压降

其实流体压降与流速有密切关联，要分析压降是否合理，是否满足工艺要求。

1.3.5振动

振动对于操作的安全性十分重要，因此对振动的分析也必不可少。

1.3.6其他

换热器的长径比、介质走向、防冲板的设置、折流板间距、换热器清洗等问题也要在设计中加以注意。

经过结果分析后，一切参数均能满足工艺要求，换热器的工艺设计才能完成。

1.4提高管壳式换热器传热能力的措施

管壳式换热器的传热能力是由壳程换热系数、管程换热系数和换热器冷、热介质的对数平均温差决定的，因此，提高管壳式换热器传热能力的措施包括以下几点。

a.提高管壳式换热器冷、热介质的平均对数温差。

冷、热介质平均对数温差除直接受冷、热介质进出口温度影响外，还受到冷、热介质的流动方向和换热流程的影响。

当换热器冷、热流体的温度沿传热面变化时，两种流体逆流平均温差最大，顺流平均温差最小，在实际换热器设计中，冷、热流体多采用交错流方式，其平均对数温差介于逆流和顺流之间。

因此，应尽量增加换热器冷、热流体的逆流比例，提高冷、热流体的对数平均温差，提高换热器的传热能力。

b.合理确定管程和壳程介质。

在换热器设计中，对于壳程安装折流板的换热器来说，Re>

100时，壳程介质即达湍流，因此，对于流量小或粘度大的介质优先考虑作为壳程换热介质；

由于管程清洗相对于壳程清洗要容易，因此对于易结垢、有沉