浮头式换热器（过程设备设计课程设计说明书）参考word ⽬录 设计题⽬及⼯艺参数---------------------------------------------------1
⼀、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2
⼆、结构设计-------------------------------------------------------------5 1、管径及管长的选择---------------------------------------------------5
三角形算法
2、初步确定换热管的根数n和管⼦排列⽅式-------------------------------5
3、筒体内径确定-------------------------------------------------------5
4、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------6 5、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------7 6、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------7
7、外头盖结构设计-----------------------------------------------------8
8、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------8
9、管箱结构设计-------------------------------------------------------8
10、管箱结构设计------------------------------------------------------8
11、垫⽚选择----------------------------------------------------------9
12、折流板------------------------------------------------------------------------------------------9
13、⽀座选取----------------------------------------------------------10
14、拉杆的选择--------------------------------------------------------13
15、接管⾼度（伸出长度）确定------------------------------------------13新型玉米脱粒机
16、防冲板------------------------------------------------------------13
17、设备总长的确定----------------------------------------------------13
18、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------14
19、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14
三、强度计算--------------------------------------------------------------14
1、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------14
2、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------15
3、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------16
4、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------16
木盒制作
5、壳体压⼒试验的应⼒校核---------------------------------------------16
6、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------17
7、固定管板计算-------------------------------------------------------18
8、⽆折边球封头计算 --------------------------------------------------19
9、管⼦拉脱⼒计算-----------------------------------------------------20
四、设计汇总-----------------------------------------------------21
五、设计体会--------------------------------------------------------------21
参考⽂献--------------------------------------------------------------22
设计题⽬：浮头式换热器
桔梗去皮机
⼯艺参数：
管⼝表：
符号公称直径（mm）管⼝名称
a 130 变换⽓进⼝
b 130 软⽔出⼝
c 130 变换⽓出⼝
d 130 软⽔进⼝
e 50 排尽⼝
设备选择原理及原因：
浮头式换热器的结构较复杂，⾦属材料耗量较⼤，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体
间隙较⼤，影响传热效果。该换热器的管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内，管束可以在壳体内⾃由伸缩，不会产⽣热应⼒。浮头式换热器适⽤于较⾼的压⼒下⼯作，适⽤于壳体壁温于管壁温差较⼤或壳程流体易结垢的场合。本设计的管程壁温和壳程壁温温差较⼤，⼯作压⼒属于中上，且管程内物料为重油，壳程内为轻汽油。故本设计选择浮头式换热器。
⼀、换热器的分类及其特点
换热器是⼀种实现物料之间热量传递的节能设备，是各种⼯业部门最常见的通⽤热⼯设备，⼴泛应⽤于化⼯、能源、机械、交通、制冷、空调及航空航天等各个领域。换热器不仅是保证某些⼯艺流程和条件⽽⼴泛使⽤的设备，也是开发利⽤⼯业⼆次能源，实现余热回收和节能的主要设备。
⼯业⽣产中使⽤的换热器型式很多，⽽且仍在不断发展。按使⽤⽬的不同，换热器可分为加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。由于使⽤的条件和⼯作的环境不同，换热器⼜有各种各样的型式和结构。按传热原理和实现热交换的⽅法，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式3类，其中以间壁式换热器应⽤最为普遍。
间壁式换热器种类很多，如夹套式换热器、套管式换热器、蛇管式换热器、板式换热器、板翅式换热器和列管式换热器，列管式换热器⼜叫做管壳式换热器，是⽬前应⽤最⼴泛的⼀种换热器。
管壳式换热器的应⽤已有⼗分悠久的历史。管壳式换热器是⼀种传统的标准换热设备，⼴泛应⽤于化⼯、⽯油、制冷、核能和动⼒等⼯业。由于世界性的能源危机，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。在近代的许多化⼯过程中，如裂解、合成和聚合等，⼤都要求在⾼温⾼压下进⾏，有的压⼒⾼达250 MPa，温度则⾼达750℃，⼜腐蚀的情况下，实现换热更困难。⽽管壳式结构具有选材范围⼴、换热表⾯清洗⽅便、适应性强、处理能⼒⼤、能承受⾼温和⾼压等特点。⼀⽅⾯，伴随着现代化⼯⼚⽣产规模的⽇益增⼤，换热设备也相应地向⼤型化⽅向发展，以降低动⼒消耗和余属消耗；另⼀⽅⾯，随着精细化⼯的迅速崛起，换热设备也有向⼩⽽精⽅向发展的趋势。管壳式结构的换热器能满⾜这样的要求。
近⼏⼗年来，随着紧凑式换热器(板式、板翅式等)、热管式换热器和直接接触式换热器等的发展，管壳式换热器⾯临着挑战，在某些场合，管壳式换热器已被⼀些新型换热器所取代，但由于管壳式换热器具有⾼度的可靠性和⼴泛的适应性，它的产量⾄今仍占统治地位。⽬前⼯业装置中管壳式换热器的⽤量占全部⽤量的70%。管壳式换热器结构也有较⼤的改进和发展，从原来传统的⼸形隔板加光滑管的结构，发展为其它类型的管间⽀撑物加强化管的结构，由于这些结构上的改进，使得管壳式换热器的传热与流体阻⼒性能有了明显的改善，加上本⾝固有的优点，如耐⾼温、耐⾼压、结构简单和清洗⽅便等，使得管壳式换热器在激烈的换热器竞争中得以⽣存和发展。
管壳式换热器主要包括固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式等结构。根据介质的种类、压⼒、
温度、污垢，以及管板与壳体的连接⽅式、换热管的形式与传热条件、造价和维修检查情况等，结合各种结构形式的特点选择、设计和制造各种管壳式换热器。
图1.1固定管板式换热器的典型结构
(1) 固定管板式换热器
固定管板式换热器两端管板，采⽤焊接⽅式与壳体连接固定。固定管板式换热器由管箱、壳体、管板和管⼦等零部件组成，如图1.1所⽰。其结构简单紧凑，排管⽐较多，在相同换热器公称直径的情况下⾯积⽐较⼤，制造简单，但在最后⼀道壳体与管板的焊缝⽆法进⾏⽆损检测。
其优点是：
①相同公称直径下，传热⾯积⽐浮头式换热器⼤20%～30%；
②旁路泄露⽐较⼩；
③锻件使⽤⽐较少；
④没有内部泄露的存在。
缺点是：
①壳体和管⼦壁温差⼀般⼩于等于50℃，⼤于50℃时应在壳体上设置膨胀节；
②管板与管头之间容易产⽣温差应⼒⽽损坏；
③壳程⽆法进⾏机械清洗；
④管⼦腐蚀后造成连同壳体也报废，壳体部件寿命取决于管⼦寿命，因此设备寿命相
对⽐较低；
⑤不适⽤于壳程容易结垢的场合。
(2) 浮头式换热器
浮头式换热器的⼀端管板与壳体固定，⼀端的管板可在壳体内⾃由浮动，壳体和管板对热膨胀是⾃由
的，因此当两种介质温差较⼤时，管束与壳体之间不产⽣温差应⼒。浮头端设计成可拆结构，使管束能容易地插⼊或抽出壳体，这样⽅便清洗和检修。由于该换热器结构复杂，⽽且浮动端⼩盖在操作时⽆法得知其泄露情况，所以在安装时应特别注意其密封，如图1.2所⽰。
图1.2浮头式换热器
(3) U形管式换热器
该换热管两端是固定在同⼀块管板上的，结构简单，造价低。管束可抽出，外壁便于清洗，但换热管清洗困难，所以介质必须是清洁且不结污垢的物料。由于结构不紧凑的原因，影响传热效率，换热也不均匀。⼀般⽤于⾼温⾼压的场合，壳程内⼀般按⼯艺要求设置折流板和纵向隔板，如图1.3所⽰。
图1.3 U形管式换热器的典型结构
(4) 填料函式换热器
填料函式换热器适⽤于壳程压⼒不⾼、较严重腐蚀的介质、温差较⼤且经常要更换管束的冷却器。它具有浮头换热器的优点，⼜克服了固定管板式换热器的缺点，结构简单，制造⽅便，易清洗检修。⽬前它使⽤在不宜直径过⼤，操作压⼒和温度不宜过⾼的场合，⼀般压⼒不超过2.0MPa。在壳程内为易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，不宜采⽤该换热器。如图1-4
图1.4 填料函式换热器的典型结构
⼆、结构设计
1、管径及管长的选择
选⽤GB816314φ?19x2、管长度L 为6⽶、管程数为2的较⾼级冷拔传热管（碳钢）。
2、初步确定换热管的根数n 和管⼦排列⽅式
a 、确定换热管根数n （根据公式3-12[1]）
A n dL =250(115%)
0.0196
803根
b 、管⼦排列⽅式
管间距确定（查表5-1[2]）
换热管中⼼距 t 为25mm ，分程隔板槽两侧相邻管中⼼距t 0为38mm ，采⽤正三⾓形排列，传热管排列是⼀个正六边形。取拉杆数为10。透平式压缩机
查表3-6[1] 管⼦总数为823根
管⼦实际总数还需根据作图排列后确定，暂按823根计算。
3、筒体内径确定
根据公式（3-20[1]） D i=1.05n
正三⾓形排列，管程为2时，=0.70.85，取=0.75
即 Di=1.0582325
8700.75
固定管板式换热器
mm
圆整，取筒体内径为Di =900mm 。
如图2-1，实际排列的换热管数为2x （16+17+···+32）=816
图 2-1 固定管板换热管排列图
4、浮头管板及钩圈法兰结构设计
由于换热器内径已经确定，采⽤标准内径决定浮头管板外径及各结构尺⼨（参照⽂献[4]及GB151）。结构尺⼨为：
浮头管板外径， D 0=Di-2b 1
b 1-------浮头管板外径与壳体内径间隙，取15b mm = 即 D 0=90025
890mm
垫⽚宽度，按表4-16[1] 取13n b mm ；=
浮头管板密封⾯宽度，2 1.513 1.514.5n b b （mm ）；=+=+=
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