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摘要

管壳式换热器是目前应用范围比较广泛的一种换热器。管壳式换热器结构坚固，易于制造，成本较低，适应性广，可靠性高，选材范围广，能承受较高的操作压力和温度。

本课题为戊烷产品冷却器设计，其结构为固定管板式。设计全部按照GB150-2011《压力容器》和GB151-2014《热交换器》标准进行。采用常规设计的方法，对换热器进行结构设计和强度设计。参照各种参考文献，并结合辽阳石化公司机械厂换热器制造的实践经验，进行换热器工艺方案设计。

本次设计的换热器参数如下，公称直径为600mm，其壳程的介质是循环水，最高工作压力为0.5Mpa，设计压力为0.6Mpa，设计温度为54℃；管程的介质是戊烷，最高工作压力为1.0Mpa，设计压力为1.1Mpa，设计温度为84℃。其目的是将戊烷冷却到所需温度。

本次设计换热器的强度计算主要包括：筒体、换热器的封头的强度计算，容器的开口补强计算，容器的法兰、垫片和螺栓的校核计算，换热器管板强度计算等。

换热器的工艺方案主要包括：换热器壳体、封头备料和成形工艺方案设计，容器法兰、换热器管板和折流板的机械加工工艺方案设计，换热器管箱、壳体、管束及换热器总组装工艺方案等。

依据辽阳石化公司机械厂换热器设计与制造的实践经验证明，此设计所采用的方法能够保证换热器的制造质量，满足化工生产的要求。

关键词：换热器；设计；制造

目    录

摘    要 I

Abstract II

第1章  引言 1

1.1 选题的目的和意义 1

1.1.1 选题的目的 1

1.1.2 选题的意义 1

1.1 国内、外现状及发展趋势 1

1.2.1 国内现状及发展趋势 1

1.2.2 国外现状及发展趋势 2

1.2研究内容及设计参数 2

1.1.2设计参数 2

1.1.3预期目标 2

第2章 换热器的结构设计与强度设计 3

2.1换热器主体结构设计 3

2.1.1 固定管板式换热器设计结构简介 3

2.1.2 封头的结构设计 3

2.1.3 圆筒设计 4

2.1.4 管箱设计 4

2.1.5 接管的设计 4

2.1.6 换热管设计 4

2.1.7 管程的分程 5

2.1.8 管板的设计与受力 6

2.1.9 壳体、管板、管箱的结构 6

2.1.10 折流板的选择 6

2.2 换热器强度计算参数的确定 6

2.2.1 设计压力的确定 6

2.2.2 换热器的计算压力 6

2.2.3 设计温度的确定 6

2.2.4 主体材料的选择 6

2.3 容器筒体的强度计算 7

2.3.1 筒体计算参数及材料力学性能 7

2.3.2 筒体的焊接接头系数 7

2.3.3 容器筒体的厚度计算 7

2.3.4 压力试验时应力校核 8

2.3.5 压力及应力计算 9

2.4 管箱封头强度计算 9

2.4.1 封头计算参数及材料力学性能 9

2.4.2 封头的厚度计算 10

2.4.3 最大允许工作压力 11

2.5 容器开孔补强计算 11

2.5.1 容器开孔数据 11

2.5.2 管箱接管口的补强计算 12

2.6 容器法兰、垫片与螺栓校核计算 17

2.6.1 管箱法兰的计算参数 17

2.6.2 管箱法兰垫片设计 17

2.6.3 管箱法兰螺栓设计 18

2.6.4 管箱法兰设计 20

2.7 换热器管板强度计算 23

2.7.1 设计参数 23

2.7.2 管板强度计算相关件的结构尺寸 23

2.7.3 材料及设计数据 25

2.7.4 结构参数计算 26

2.7.5 刚度参数计算 28

2.7.6 法兰力矩 28

2.7.7 系数计算 29

2.7.8 危险组合工况参数计算 29

第3章 换热器主要元件的制造工艺方案 35

3.1换热器的备料成形工艺方案 36

3.1.1换热器筒体的备料成形工艺方案 36

3.1.2换热器封头的备料成形工艺方案 36

3.2换热器的机械加工工艺方案 37

3.2.1换热器管板的机械加工工艺方案 37

3.2.2换热器折流板的机械加工工艺方案 38

3.2.3容器法兰的机械加工工艺方案 39

3.3换热器的组装工艺方案 40

3.3.1换热器管箱的组装工艺方案 40

3.3.2换热器壳体的组装工艺方案 41

3.3.3热交换器管束的组装工艺方案 41

3.3.4换热器的总装及试验 42

第4章  结论 42

参考文献 43

致    谢 44

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