浮头式换热器设计说明书.docx

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1、武汉工程大学邮电和信息工程学院毕业设计（论文）说明书论文题目BES-900-1.0-165-4.5/25-2II浮头式换热器设计学号1002050314学生姓名刘成专业班级班过程装备和控制工程03班指导教师刘丽芳总评成绩2014年6月1日目录摘要2Abstract3绪论4一换热器的简单介绍4二换热器的应用4三管壳式换热器的分类及其特点4四换热器在化学工业中的应用5五换热器的选型7第一章结构及强度计算81.1筒体的计算81.2管箱的结构设计91.3浮头盖的设计141.4管板的计算271.5外头盖的计算321.6开孔补强计算331,7其他零部件设计36第二章浮头式换热器的制造工艺412.1总体制造

2、工艺412.2管箱、壳体、头盖的制造工艺412.3换热管的制造工艺412.4管板和折流板的制造工艺41第三章浮头式换热器的检验、安装、使用和维修433.1换热管的水压试验433.2安装433.3使用443.4维护44设计总结45致谢46参考文献47附录48摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器的应用广泛，它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。本设计说明书是关于浮头式换热器的设计，主要是进行了换热器的结构和

3、强度设计。这部分主要是根据设计课题和课题给定条件进行设备内各零部件（如管箱、浮头钩圈、管板、接管、折流板、隔板、定距管等）的设计，包括：材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。材料选用方面：对于主要承压元件选用Q345R为材料。由于介质是空气和水，所以选用20钢为换热管的材料。材料的选用和制造成本紧密相连，所以应该在保证设计要求的前提下尽量降低成本。关于浮头式换热器设计的各个环节，设计说明书中都有详细的说明。关键词：换热器；管板；折流板；浮头法兰AbstractHeatexchangerispartofthethermalfluidh

4、eattransfertocoldfluidequipment,alsocalledheatexchanger.Heatexchangerisusedwidely,itsmainfunctionistoensurethatrequiredbythespecificprocessofmediumtemperature,andisalsooneofthemainequipmentofenergyefficiency.Heatexchangerisbutasingledevice,suchasheater,coolerandsteamcondenser,etc.;Butalsoapartofthep

5、rocessequipment,suchasammoniasynthetictowerSheatexchanger.Thisdesignmanualisaboutthedesignoffloatingheadheatexchanger,mainlyonthestructureandintensityoftheheatexchangerdesign.Thispartmainlyaccordingtothedesigntaskandtaskwithinthegivenconditionsofequipmentparts,suchaspipeboxes,floatingheadhookring,tu

6、beplate,takeover,baffle,baffleplateandspacerpipe,etc.)design,including:thechoiceofmaterials,thedeterminationofthespecificsize,determinethespecificlocation,thethicknessofthetubesheetcalculation,calculationoffloatingheadcoverandfloatingheadflangethickness,openingreinforcementcalculation,etc.Aspects:ma

7、terialselectionfortheselectionofmainpressureelementsQ345Rformaterial.Sincethemediumiswaterandair,sochoosematerialof20steelforheatexchangetube.Theselectionofmaterialsandmanufacturingcostiscloselylinked,soshouldasfaraspossibleonthepremiseofguaranteethedesignrequirementstoreducecosts.Eachlinkoffloating

8、headheatexchangerdesign,designspecificationhasadetaileddescription.Keywords:heatexchanger;Tubeplate;BafflePlate;Floatingheadflange绪论一换热器概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理和前一种情形并无

9、本质上的区别，在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等:也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%,其重要性可想而知。二换热器的应用在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500C）的

10、余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。三.管壳式换热器的分类及其特点根据管壳式换热器的结构特点，可以将管壳式换热器分为固定管板是换热器、U型管式换热器、浮头式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器五类。特点：1.固定管板式换热器：它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清

11、洗困难，有温差应力存在，热膨胀会引起管子拉弯。2.U形管式换热器：结构简单，只有一个管板，密封面少，运行可靠，造价低；管束可抽出，管间（壳程）清洗方便。质量轻，适用于高温和高压的场合。缺点是管程清洗困难，管程流体必须是洁净和不易结垢的物料，由于管子需要一定的弯曲半径，故管板利用率低。3.浮头式换热器：其浮头不和外壳相连。优点是这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%）,在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。4填料函式换热器：由于采用填料函式密封结构，使得管束在

12、壳体轴向可以自由伸缩，不会产生壳壁和管壁热变形差而引起的热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能进行清洗，维修方便。因填料处易产生泄漏，填料函式换热器一般适用于4MPa以下的工作条件，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度也受填料的物性限制。填料函式换热器现在已很少采用。5.釜式重沸器：它具有浮头式、U形管换热器的特点。在结构上和其他换热器不同之处在于壳体上部设置一个蒸发空间，蒸发空间的大小由产气量和所要求的蒸气品质所决定。产气量大、蒸气品质要求高者蒸发空间大，否则可以小些。此种换热器和浮头式、U形管式换热器

13、一样，清洗维修方便，可处理不清洁、易结构的介质，并能承受高温、高压。四.换热器在化学工业中的应用在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。它是化工、炼油、动力、原子能和其它许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。通常在化工生产的建设中，换热器约占总投资的1020机在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝等。换热器就是用来进行这些传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺上的需要。换热器随着使用目的的不同，可以把它分成为：

14、热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。由于使用的条件不同，换热设备又有各样的形式和结构。另外，在化工生产中有时换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一工艺设备中的组成部分，如氨合成塔中的下部热交换器、精憎塔底部的再沸器和顶部的回流冷凝器或分凝器等。其它如回收排放出去的高温气体中的废热所用的废热锅炉，有时在生产中也是不可缺少的。总之，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。在换热设备中，应用最广泛的是管壳式换热器。目前这种换热器被当作为一种传统的标准换热器，在许多工业部门中被大量地使用。尤其在化工生产中，无论是国内还是国外，它在所有的换热设备中

15、，仍占主导地位。同时在近代的许多化工生产中，如裂解、合成及聚合等，大都要求在高温和高压下进行。如高压聚乙烯要求操作压力高达250MPa左右，新德士古”制氢法要求操作温度在7501500范围。这些条件下，要进行热交换是很不容易的，尤其在有腐蚀存在的情况下，实现热交换更是困难。而管壳式结构，它具有选材范围广，换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，能承受高温和高压等特点。因此，能不断扩大它的使用范围。由于现代化工厂的生产规模日益增大，换热设备也相应向大型化方向发展，以降低动力消耗，减少占地面积和金属消耗。管壳式结构的换热器也能满足这一要求。近十余年来，另一种高效、紧凑式的新型换热设备之一，即板式换热器，已发展成为一种重要的化工设备。虽然目前它还处于发展阶段，但它在化工和石油化工生产中己推广应用。它适用的介质相当广泛，从水到高粘度的非牛顿型液体，从含有小直径固体颗粒的物料到含有纤维的物料，均可处理。从生产工艺上说，它可以用作液体的加热、冷却、冷凝或蒸发，单体的气提，溶液的浓缩、聚合、脱气、混合和乳胶的干燥等。近年来，由于铝及铝合金轩焊技术的发展和不断完善，促使另一种高效、紧凑式的新型换热器，即板翅式换热器得到广泛的应用。虽然首先采用这种形式的换热器是为了满足飞机上中间冷却器的要求，但由于它具有体积小，质量轻，效率高和适应的温度范围广等突出的优点，从而在化工、石油化工和其它许多工业部门