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摘要

换热器是化工生产中重要的设备之一，它是一种冷热流体间传递热量的设备，其中管壳式换热器应用最为广泛。本次设计为浮头式换热器，浮头式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、钩圈、浮头盖等组成。浮头换热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗，其相较于固定管板式和U形管式的结构复杂，造价较高。

本次设计分工艺计算，结构设计和强度校核。在传热计算工艺中，包括传热面积计算，传热量、传热系数的确定和换热器内径及换热管型号的选择，以及传热系数、压降及壁温的验算等问题。在结构设计和强度校核中,主要讨论的是筒体、管箱、封头、管板以及折流板、法兰、垫片和接管、支座、分隔板等零部件的设计和强度校核。

关键词：换热器  强度校核  工艺计算  结构设计

目  录

摘要    I

ABSTRACT    II

第一章 概述    1

1.1换热器用途    1

1.2换热器基本要求    1

1.3换热器分类    1

1.4换热器结构    1

1.5管壳式换热器    2

第二章 传热工艺计算    3

2.1初始数据    3

2.2选择方案    3

2.2.1 换热器类型确定    3

2.2.2 两个流体进入流程选择    3

2.3物性参数和定性温度    3

2.4热流量和冷却水流量    4

2.5计算平均传热温差以及估算传热面积    4

2.6选择管径和管内流速    4

2.7计算管程数和传热管数    4

2.8平均传热温差的校正和确定壳程数    5

2.9确定管心距和传热管排列    5

2.10壳程内径    5

2.11折流板    6

2.12接管    6

2.12.1 壳程流体进出口接管    6

2.12.2壳程流体进出口接管    6

2.13拉杆    6

2.14热流量校核    7

2.14.1 壳程表面的传热系数    7

2.14.2管内表面的传热系数    8

2.14.3 污垢热阻及管壁热阻    8

2.14.4传热系数K    8

2.14.5 传热面积S    9

2.15换热管内流体的流体阻力    9

2.15.1 管程流动阻力校核    9

2.15.2壳程阻力校核    10

2.16壁温核算    11

第三章 浮头式换热器的结构设计    11

3.1筒体内径的确定    11

3.2浮头管板和法兰结构设计    11

3.3管箱法兰和壳体法兰结构设计    12

3.4管箱结构设计    12

3.5固定管板结构设计    12

3.6外头盖法兰和外头盖设计    12

3.7选择垫片    12

3.7.1 管箱垫片    12

3.7.2外头盖垫片    12

3.7.3 浮头垫片    12

3.8折流板    12

3.9开孔补强    12

3.10支座    12

第四章 强度设计与校核    13

4.1设计计算条件    13

4.2浮头式换热器筒体计算    13

4.2.1计算条件    13

4.2.2厚度计算    13

4.2.3压力校核    14

4.2.4压力计算    14

4.3前端管箱筒体计算:    14

4.3.1计算条件    14

4.3.2厚度计算    15

4.3.3压力校核    15

4.3.4压力计算    15

4.4 前端管箱封头计算    15

4.4.1设计条件    16

4.4.2厚度设计    16

4.4.3压力计算    16

4.4.4水压实验    16

4.5后端管箱筒体计算    17

4.5.1设计条件    17

4.5.2厚度及重量计算    17

4.5.3压力试验时应力校核    18

4.5.4压力及应力计算    18

4.6后端管箱封头计算    18

4.6.1设计条件    18

4.6.2厚度及重量计算    19

4.6.3压力计算    19

4.6.4压力试验时应力校核    19

4.7接管及其法兰的计算    20

4.7.1筒体进料及出料接管计算    20

4.7.2管箱进料及出料接管计算    20

4.8浮头计算    21

4.8.1设计条件    21

4.8.2封头壁厚计算    21

4.8.3法兰厚度计算    22

4.9钩圈计算    24

4.9.1设计条件    24

4.9.2结果    24

4.10前端筒体法兰计算    24

4.10.1设计条件    25

4.10.2螺栓设计    25

4.10.3法兰力矩计算    27

4.10.4应力校核    28

4.11后端筒体法兰计算    29

4.11.1设计条件    29

4.11.2螺栓设计    30

4.11.3法兰力矩计算    31

4.11.4应力校核    32

4.12前端管箱法兰计算    33

4.12.1设计条件    34

4.12.2螺栓设计    35

4.12.3法兰力矩计算    35

4.12.4应力校核    36

4.13后端管箱法兰计算    36

4.13.1设计条件:    37

4.13.2螺栓设计    37

4.13.3法兰力矩计算    38

4.13.4应力校核    39

结    论    41

参考文献    42

致    谢    43

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