装配图
摘要
随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快。浮头式换热器是作为一种广泛应用于石油、化工、食品、动力和原子能等工业部门的换热设备，尤其是在化工机械领域有着重要的意义。在工业生产中，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；换热设备的主要作用是使热量相互传送，使温度达到工艺过程规定的标准，以满足工艺过程的需要。换热器中的管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热设备，已作为一种标准换热设备。本次的设计为浮头式换热器，浮头式换热器主要是由管箱、管板、壳体、折流板、换热管、拉杆、钩圈、定距管、浮头盖等组成。浮头换热器的一端是管板与壳体固定，另一端为浮动的管板。因此其优点为热应力比较小，于检查，清洗。缺点为结构比较复杂。
本次换热器设计的壳程介质为水，管程介质为油。流量为270t/h，壳程的工作温度为180℃，管程的工作温度为100℃。本次设计主要分为两个部分，第一部分传热工艺的计算，第二部分强度的计算。在传热计算工艺中，包括有传热面积的计算，传热量、传热系数的确定和换热器内径以及换热管型号的选择，以及传热系数、压降及壁温的验算等等问题。在强度计算中主要讨论的有筒体、管箱、封头、管板厚度计算及折流板、法兰、垫片和接管、支座、分隔板等零部件的设计，安装，组合，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151《管壳式换热器》和GB150《钢制压力容器》设计的。换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可能缺少的工艺设备之一。随着研究的深入，工业上的应用也取得了惊人的成果。
随着社会的进步与科技的发展，换热器的设计技术也在不断的更新，现有的科研成果以后的前景必将更加美好，给生活带来了很大的方便。换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用尤为普遍，特别是耗能用量非常大的领域，随着节能技术的快速发展，换热器的种类开发也越来越多。换热器是在化学、石油化学及石油炼制工业以及其他一些行业中普遍使用的热量交换设备，它不仅可以单独作为加热器、冷却器使用，而且是一些化工单元操作的重要附属设备，因此在化工生产中也占有非常重要的地位。
关键词:浮头式换热器;换热管;加热器
目录
第一章换热器的工艺计算1
1.1原始数据(设计已知条件) 1
1.2定性温度及确定物性参数1
1.3传热量与物料的计算2
1.4有效平均温差的计算2
1.5管程结构初步设计3
1.6壳程换热系数的计算3
1.7传热系数的计算4
1.8管壁温度的计算4
1.9管程压降的计算5
1.10壳程压降的计算5
第二章结构设计7
2.1换热管材料及规格的选择和根数的确定7
2.2布管方式的选择7
2.3筒体内径的确定7
2.4筒体壁厚的确定8
2.5筒体水压试验10
2.6管箱侧封头厚度的确定10
2.7浮头侧封头厚度的确定11
2.8设备法兰的选择12
2.9管箱侧法兰的选择12
2.10浮头侧法兰的选择13
2.11接管法兰的选择13
2.12浮头换热器管板的设计计算14
2.13浮头设计计算16
2.13.1管程压力（内压）作用下浮头盖的计算16
2.13.2壳程压力（外压）作用下浮头盖的计算17
2.13.3管程压力作用下浮头法兰的计算17
2.13.4壳程压力作用下浮头法兰的计算20
2.14钩圈的选择22
2.15浮动管板的选择22
2.16折流板的选择23
2.17管箱短节壁厚计算23
2.18管程与壳程短节的计算23
2.19防冲板的选择24
2.20接管及开孔补强24
2.21支座的选择25
2.21.1轴向应力校核26
2.21.2切向切应力校核27
2.21.3周向应力校核27
2.21.4鞍座腹板应力27
参考文献28
致谢29
浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。
换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96％。换热设备在现代装置中约占设备总重30％左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70％。其余30％为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。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。壳体一般为圆筒形，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。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设大型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的拉动。
未来散热器将会朝着更加节能环保和美观实用的角度不断创新与发展，短时期钢制柱式散热器和铜铝复合散热器任将会是市场主流产品与选择。
换热器在工业生产和生活的各个领域都得到了广泛的应用，而且其功作性能的优劣直接影响着整个装置和系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要，所以一个合理的换热器应满足一下的几点要求：
（1）在给定的工作条件（流体流量、进口温度等）下，达到要求的传热量和流体出口温度；
（2）流体压降要小，以减小运行的能量消耗；
（3）满足外形尺寸和重量要求；
（4）安全可靠，满足最高工作压力，工作温度以及防腐、防漏、工作寿命等方面要求；
（5）制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减少初投资；
（6）安装、运输以及维修方便等。按照设计要求，在结构的选取上，为了增大压差校正系数，采用了壳侧两程管侧四程。
通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构，然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计。在结构设计时，要考虑许多因素，例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及拆卸等等。之后对有些部件进行强度校核并进行对其优化设计。
浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量又温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热和废热，特别是低位热能的有效装置。
分程垫片
固定管板
拉杆1
前管箱
折流板
浮动管板
浮头盖
浮头管箱
钩圈
拉杆2
