管壳式换热器的设计
二、课程设计内容
1．管壳式换热器的结构设计
包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。 2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核
（1）根据设计压力初定壁厚；
（2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力；
（3）计算是否安装膨胀节；
（4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。
3. 筒体和支座水压试验应力校核
4. 支座结构设计及强度校核
包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓
5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。
7. 绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（塔设备的）。
三、设计条件
气体工作压力
管程：半水煤气0.75MPa
壳程：变换气 0.68 MPa
壳、管壁温差55℃，tt＞ts
壳程介质温度为220-400℃，管程介质温度为180-370℃。
由工艺计算求得换热面积为140m2，每组增加10 m2。
四、基本要求
1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；
2.设计说明书一律采用电子版，2号图纸一律采用徒手绘制；
3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔；
4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上8：30前，由班长负责统一交到HF508。
5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。
五、设计安排
内 容 | 化工设备设计的基本知识 | 管壳式换热器的设计计算 | 管壳式换热器结构设计 | 管壳式换热器设计制图 | 设计说明书的撰写 |
设计人 | | | | 李海鹏 吴彦晨 | 王宜高 |
| | | | | |
六、说明书的内容
1.符号说明
2.前言
（1）设计条件；
（2）设计依据；
（3）设备结构形式概述。
3.材料选择
（1）选择材料的原则；
（2）确定各零、部件的材质；
（3）确定焊接材料。
4.绘制结构草图
（1）换热器装配图
（2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；
螺旋板冷凝器
（3）标注形位尺寸。
（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等
5.壳体、封头壁厚设计
（1）筒体、封头及支座壁厚设计；
（2）焊接接头设计；
（3）压力试验验算；
6.标准化零、部件选择及补强计算：
（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封
面形式，法兰标记，用途）。补强计算。
（2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。
（3）其它标准件选择。
7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。
8.主要参考资料。
【格式要求】：
1.计算单位一律采用国际单位； 2.计算过程及说明应清楚；
3.所有标准件均要写明标记或代号； 4.设计说明书目录要有序号、内容、页码；
5.设计说明书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更；
6.书写工整，字迹清晰，层次分明； 7.设计说明书要有封面和封底，均采用A4纸，装订成册。
前言
1.1概述
1.1.1换热器的类型
管壳式换热器是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备
的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。
1.1.2换热器
换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。
按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。
间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。
直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。
蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。
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