毕业论文：浮头式换热器换设计.doc在线文档共20页

壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本使用条件等的考虑，选择为壳体与管箱的材料。

是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度韧性耐腐蚀性低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。

圆筒壳体厚度的计算焊接方式选为双面焊对接综合考虑，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。

普朗特数粘度校正管内表面传热系数管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数污垢热阻和管壁热阻查表可得管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻碳钢在该条件下的热导率为传热系数传热面积裕度计算传热面积该换热器的实际换热面积该换热器的面积裕度为满足要求。

算由于管壁很薄，并且管壁热阻很小，故管壁温度可按照计算。

热面积该换热器的面积裕度为满足要求。

系数传热面积裕度计算传热面积该换热器的实际换部分内容简介诺数分别为普朗特数粘度校正管内表面传热系数管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数污垢热阻和管壁热阻查表可得管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻碳钢在该条件下的热导率为传热系数传热面积裕度计算传热面积该换热器的实际换热面积该换热器的面积裕度为满足要求。

壁温计算由于管壁很薄，并且管壁热阻很小，故管壁温度可按照计算。

综合考虑，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。

其中传热管的平均壁温壳体壁温度，可取其近似为壳程流体的平均温度，即壳体壁温和传热管壁温的差值为。

由于换热器壳程压力较大，故选择浮头式换热器较为适宜。

换热器内流体的阻力管程流体阻力其中，由，传热管相对粗糙度查莫狄图得，流速，管程流体阻力在允许范围内。

壳程阻力流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力，总阻力由于该换热器壳程流体的操作压力较大，所以壳程流体的阻力也比较适宜。

换热器结构设计与强度计算在确定换热器的换热面积后，应进行换热器主体结构以及零部件的设计和强度计算，主要包括壳体和封头的厚度计算材料的选择管板厚度的计算浮头盖和浮头法兰厚度的计算开孔补强计算，还有主要构件的设计如管箱壳体折流板拉杆等和主要连接包括管板与管箱的连接管子与管板的连接壳体与管板的连接等。

壳体与管箱厚度的确定根据给定的流体的进出口温度，选择设计温度为设计压力为。

壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本使用条件等的考虑，选择为壳体与管箱的材料。

是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度韧性耐腐蚀性低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材。

圆筒壳体厚度的计算焊接方式选为双面焊对接接头，无损探伤，故焊接系数根据压力容器用钢板和低温压力容器用低合金钢板规定可知对钢板其。

假设材料的许用应力厚度为时，壳体计算厚度按下式计算为设计厚度名义厚度选为厚度满足要求，恰好在之间，因此合适。

水压试验屈服极限为钢板有效厚度为取所以水压试验满足强度要求。

温差应力校核管子或壳体中的温差轴向力为所选材料为，其弹性模量为，许用引力为，线膨胀系数为，壳体横截面积管子横截面积壳体产生热应力管子生成的热应力必须安装膨胀节的三个必要条件由于同时满足三个条件，因此无需设置膨胀剂。

管箱厚度计算管箱由两部分组成短节与封头且由于前端管箱与后端管箱的形式不同，故此时将前端管箱和后端管箱的厚度计算分开计算。

前端管箱厚度计算前端管箱为椭圆形管箱，这是因为椭圆形封头的应力分布比较均匀，且其深度较半球形封头小得多，易于冲压成型。

此时选用标准椭圆形封头，故，且同上，则封头计算厚度为设计厚度名义厚度取法开孔补强计算适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。

开孔所需补强面积计算接管有效厚度强度削弱系数开孔所需补强面积按下式计算有效补强范围有效宽度在两者之间取较大值，即有效高度外侧有效高度为，实际外伸长度内侧有效高度为实际内伸长度为取两者之间最小值，即有效补强面积壳体多余金属面积壳体有效厚度则多余的金属面积为接管多余金属面积接管计算厚度接管多余金属面积接管区焊缝面积焊脚取为④有效补强面积另需补强面积拟采用补强圈补强根据接管公称直径，参照补强圈标准选取补强圈的外径，选用型坡口。

因为则补强圈在有效补强范围内。

补强圈的厚度为考虑钢板负偏差并经圆整，取壳体和管箱上补强圈的名义厚度为此外还有前端管箱开孔补强计算和外头盖开孔补强计算，方法和上述相同。

换热管换热管的规格为，材料选为号钢。

换热管的排列方式换热管在管板上的排列有正三角形排列正方形排列和正方形错列三种排列方式。

各种排列方式都有其各自的特点正三角形排列排列紧凑，管外流体湍流程度高正方形排列易清洗，但给热效果较差正方形错列可以提高给热系数。

本设计中选用最常用的正三角形排列。

附录二图正三角形排列查可知，换热管的中心距同时，由于换热管管间需要进行机械清洗，故相邻两管间的净空距离不宜小于。

布管限定圆布管限定圆为管束最外层换热管中心圆直径，其由下式确定查可知故，则排管排管时须注意拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，在靠近折流板缺边位置处布置拉杆，其间距小于或等于。

拉杆中心至折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距的范围内。

多管程换热器其各程管数应尽量相等，其相对误差应控制在以内，最大不能超过。

换热管束的分程管箱作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到换热管和把管内流体汇集在起送出换热器，在多管程换热器中管箱还起改变流体流向的作用。

由于所选择的换热器是管程，故管箱选择为多程隔板的安置形式。

而对于换热管束的分程，为了接管方便，采用平行分法较合适，且平行分法亦可使管箱内残液放尽。

换热管与管板的连接换热管与管板的连接方式有强度焊强度胀以及胀焊并用。

强度胀接主要适用于设计压力小设计温度操作中无剧烈振动无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。

除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。

胀焊并用主要用于密封性能要求较高承受振动和疲劳载荷有缝隙腐蚀需采用复合管板等的场合。

在此，根据设计压力设计温度及操作状况选择换热管与管板的连接方式为强度焊，最小伸出长度为，最小坡口深度为。

管板与壳程圆筒，管板与法兰之间选择型连接方式，管板与管箱用螺柱垫片片面密封连接。

这是因为强度焊加工简单焊接结构强度高，抗拉脱力强，在高温高压下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。

管板设计管板是管壳式换热器最重要的零部件之，用来排布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，避免冷热流体混合，并同时受管程壳程压力和温度的作用。

由于流体只具有轻微的腐蚀性，故采用工程上常用的整体管板。

管板与壳体的连接由于浮头式换热器要求管束能够方便地从壳体中抽出进行清洗和维修，因而换热器固定端的管板采用可拆式连接方式，即把管板利用垫片夹持在壳体法兰与管箱法兰之间。

折流板设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使管程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结构，而且在卧式换热器中还起支撑管束的作用。

常见的折流板形式为弓形和圆盘圆环形两种，其中弓形折流板有单弓形，双弓形和三弓形三种，但是工程上使用较多的是单弓形折流板。

在浮头式换热器中，其浮头端宜设置加厚环板的支持板。

折流板管孔为钢换热管，Ⅰ级管束，，允许偏差为。

允许偏差为。

折流板管孔直径为折流板名义外直径为，外直径允许偏差为折流板最小厚度为折流板的型式和尺寸此时两端选用环形折流板，中间选用单弓形折流板，上下方向排列，这样可造成液体的剧烈扰动，增大传热膜系数。

为方便选材，可选折流板的材料选为，由前可知，弓形缺口高度为，折流板间距