节，毕业设计作为个的教学环节，不同于门课程的学习，又不同于实际工程设计工作，相同之处在于它是为了教学目的而设置的教学环节。

毕业设计是项学习任务，又是项的创造性工作。

最大限度的采用新技术成就，反映现代技术的发展水平，充分发挥工作能力，定要遵循理论联系实践的原则。

由于知识和经验的不全面性和贫乏，在这次设计中难免有错漏之处，敬请老师给予指教。

第章命题第节概述换热器在工业中的应用换热设备是使热量从热流体传递到冷流体的设备，使化工炼油动力食品轻工原子能制药机械及其他许多工业部门广泛使用的种通用设备。

在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的在化肥厂中，约占总投资的。

在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给稳到较低的流体，使流体温度达到工艺流程的指标，以满足工业流程上的需要。

由于世界性的能源危机，为了降低能耗，工业生产中对换热器的需求量越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。

近几十年来，紧凑式换热器板式板翅式压焊板式换热器等热管式换热器直接接触式换热器等得到发展。

目前国内使用的换热器多为列管换热器和螺旋板换热器。

它的主要特点是管内外换热面积相等。

但是交换系数相差较大的交换介质在管内外进行热量交换时，由于其不平恒性而达不到理想的交换目的，换热效率相对较低。

虽然现在出现大量结构紧凑高效的换热设备，例如波纹板换热器板翅式换热器螺旋板换热器伞板换热器等，但在各行业的换热设备中，管壳式换热器仍占据着主导地位。

因为许多工艺过程都具有高温高压高真空有腐蚀等特点，而管壳式换热器具有选材范围广可为碳钢低合金钢高合金钢铝材铜材钛材等，换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，特别是能承受高温和高压等特点，所以管壳式换热器被广泛应用于化工炼油石油化工制药印染以及其它许多工业中，它适用于冷却冷凝加热蒸发和废热回收等方面。

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程介质分成多程，以满足工艺需要。

管壳式换热器在结构设计时，必须考虑许多因素，例如传热条件材料介质压力温度管壳程壁温温差介质结垢情况流体性质以及检修和清洗条件等等，从而确定种适合的结构形式。

对于同种形式的换热器，由于各种不同工况，往往采用的结构并不相同。

在工程设计中，应按其特定的条件进行分析设计，以满足工艺需要。

第节设计任务思想设计任务设计课题为固定管板式换热器，设计包括结构设计和强度设计。

结构设计需要选择适用合理经济的结构形式，同时满足制造检修装配运输和维修等要求而强度计算的内容包括换热器的材料，确定主要结构尺寸，满足强度刚度和稳定性等要求，根据设计压力确定壁厚，使换热器有足够的腐蚀裕度。

设计思想尽可能采用先进的技术国家与行业标准，使生产达到技术先进，经济合理的要求，符合优质高产安全低消耗的原则，具体有如下几点根据钢制压力容器和管壳式换热器等国家标准为基础进行设计。

满足工艺和操作要求，所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。

满足经济上的要求，设计省热能和电能的消耗，减少设备与基础的费用，选择合适的回流比，节省水蒸汽，设计时要全面考虑，力求总费用尽可能低些。

保证生产安全，保证换热器具有定的刚度和强度。

设计中根据设计压力确定壁厚，再校核其他零件的强度，进行水压试验，容器是否有足够的腐蚀裕度。

第二章换热器的工艺设计第节换热器的工艺条件设计条件壳程管程工作介质饱和蒸汽热水设计温度工作温度设计压力工作压力焊缝系数腐蚀余量换热面积第节估算设备尺寸计算传热管数拟用传热管规格为，管长，传热管数为根式中符号换热管外径。

所需换热面积。

换热管长。

换热管总数。

根若将传热管按正三角形排列，计算壳程直径取管心距横过管束中心线的管数根采用单管程结构，则壳程内径为圆整得第三章换热器零部件的结构设计第节传热管换热管的型式和尺寸换热管有光管焊接管螺纹管波节管波纹管三维内外肋管等。

在没有特殊要求的情况下，般选用光管因为光管加工方便价格便宜，本装置采用光管。

选择管径时，应尽可能试板随封头正火回火后，取模拟热处理后送检。

待试板各项性能合格后，封头才能进行后序工作。

第节管板的制造管板是固定管子作用的，其加工工艺随毛坯材料来源的不同而有所不同。

用作管板的材料是，在毛坯在精车之前，按压力容器锻件技术条件的规定，对材料还需作超声波探伤和机械性能检验。

锻件的机械性能检验试样必须在同炉同罐同牌号和同锻压工艺包括热处理工艺的饼形锻件上的切向方向取样，如图所示中的处切削试样。

管板是属于典型的群孔结构。

单孔质量的好坏决定了管板的整体质量，有时甚至会影响整台换热器的制造和使用。

因此管板孔的加工是非常重要的道工序。

要有专用的加工工艺，需要多工序多刃具进行。

第节管束的制造换热管在材料进厂验收合格后，主要的制造工序为固溶化热处理酸洗钝化逐根水压试验待组装。

换热器管子的表面积即为传热面积，通常以其外径上的表面积作为计算传热导面积的依据。

当管径和管子根数确定之后，管子越长，传热面积也就越大。

般常用的管子长度为等。

为了安装和检修方便以及降低制造费用，制造厂根据需要大都按定尺长度进行材料定货。

否则会因管子对接焊缝的加长而可能出现焊接质量问题，并使制造成本提高。

固溶化热处理是将需固溶化的零件加速加热至，经短暂保温后，快速冷却到其材料的敏化温度以下的种工艺。

固溶化热处理后其金相组织为奥氏体，晶粒度不低于级，硬度直大于或等于。

固溶化热处理国内通常有两种方法种是在工业炉内进行的热处理，这种方法工艺陈旧，温度和工艺不易控制，故效果不好另种方法是利用电阻法焦耳效应，温度控制采用红外线温度检测仪与电脑程序控制相连。

整个升温保温和冷却均为程序控制，效果较好，但工作效率较低，该方法为国际先进水平，国内所用的设备均为国外引进的，目前该方法国内只有少数制造厂掌握。

对上述两种方法处理后的残余应力进行测定，根据金属材料的线性弹性理论，采用内应力释放常温下电测残余应力，结果为工业炉内进行的固溶化热处理，消除的内应力电阻法程序控制固溶化热处理，消除的内应力。

酸洗钝化是不锈钢零件表面处理的常用手段之，其目的是为了洗掉零件表面氧化物和污物，以使零件表面产生层保护膜。

酸洗钝化的工艺配方是有严格要求的，各制造厂都有专用的酸洗工艺。

为了保证管子在制造后的水压试验时，以及使用运行中不致发生泄漏，还必须对管子数的且不少于根作拉力和硬度以及扩口等抽样检验。

此外，用作换热器管束的管子还应逐根地进行水压试验，其试验压力为，合格者方可使用。

第节折流板的制造考虑到装夹和外圆切削加工的方便，弓形折流板下料时，除在直径方向上留放定的加工余量外，还要求按整圆下板坯料。

由于折流板上各对应孔都将被同根管子所穿过，所以要求各折流板的对应孔应有定的尺寸和位置精度。

为此，在加工过程中常常将圆板坯按块组成叠，其边缘点焊固定，待划线或钻模钻孔后，以群孔定中心并夹紧而切削加工折流板的外圆。

为使穿管作业能顺利进行，各折流板按组叠的顺序，分别将其对应剪切成弓形如图，以避免孔间相对位置改变而造成的较大安装误差。

折流板的剪切折流板的管孔直径及管桥间距的允差见第三章的折流板的管孔。

折流板应矫平后加工，平面度允差为，钻孔后应去除折流板上的任何毛刺，折流板外圆面两侧的尖角应倒钝。

第节装配筒体法兰的组装与焊接筒体装焊端法兰时，除注意使筒体纵缝的布置符合立式容器的规定外，还应以法兰端面基准来保证法兰与筒体轴线的垂直度，及法兰螺孔的方位。

法兰螺孔般应以轴线成对称分布亦称跨中分布，其偏差不得大于角。

为了防止平焊法兰密封面的变形，应先焊接法兰背面，不然再进行端口焊当然也可以两面兼顾施焊。

管箱的组装焊接与加工管箱的组焊过程是，先将焊好并经验合格的筒节两端分别与已粗加工过的法兰按要求装焊。

待环焊缝或其它焊缝经过无损探伤检验合格后。

由于管板焊缝密集，焊接应力较大，当其投入使用运行后，随着高温下材料强度极度的降低而应变松弛，使密封连接处出现泄漏。

管束的组装管束的组装要在专用的工装架上进行如图所示，组装前对要组装的零件进行检查，合格后方能组装，装配时要注意下几点要保证折流板与管束轴线垂直保证折流板组装方向与钻孔方向致，且管孔同心严格按图纸要求控制管束的尺寸和折流板的方向。

图管束的组装管子支座固定管板定距管折流板螺母拉杆固定螺栓螺母穿管是项简单而繁琐的作业，目前大多数制造厂还必须进行人工穿管。

对于有条件大批量生产换热器的制造厂，可采用穿管机械穿管。

根据管子旋转推进机构形式的不同，穿管机可以分为两种类型种是管子往复旋转的平移机构，如图所示。

通过两排胶棍夹紧管子，随着胶棍的往复旋转和平行移动，使管子进给和旋转。

胶棍装在个能作升降移动和左右运动的小车上，这样便可使管子能迅速地对准待穿的孔口。

图往复旋转穿管示意图管子胶棍导向头图转动式穿管示意图另种是转动式机构，如图所示。

它是通过几对轴线相互交错的双曲线棍子的转动，带动管子进给的。

若管子轴线与双曲线棍子的交角为，当棍子旋转时，它与管子接触点的速度为，假设无相对滑动，则管壁在该接触点的速度也为，故管子的切向速度和轴向速度分别为显然切向速度使管子旋转，而轴向速度则使管子推进运动，从而完成穿管。

用穿管机械穿管时，为方便管子的引人，还需在管端装上个圆锥形的导向头，当穿管完成后再将取出。

管束壳体及内件装配首先必须确定所有要装配的零部件均是合格的，并对壳体内部和零部件表面清理干净。

竖起块管板作为基准装拉杆在拉杆上装定距管和折流板穿管把管束穿进壳体装另块管板点焊上在棍轮架上焊接管板与筒体管子在管板的固定装接管和支座作壳体的水压实验检查管子和管板是否连接好，水压试验试，水温不得低于，并控制试压水的氯离子含量装上两侧的管箱作管程水压试验检查管箱和管板的连接情况和法兰的连接情况，试压合格后应立即放净设备内的