化工机械与设备课程设计浮头式换热器机械设计.docVIP

《化工机械与设备》课程设计 题 目： 系 别： 化学材料与工程系 ：师： 第1章 概述 1 第2章 工艺计算 3 2.1 设计条件 3 2.2 核算换热器传热面积 3 2.2.1 初算换热器传热面积 3 2.2.2 校核平均温差 6 2.2.3 校核换热面积 7 2.3 压力降的计算 7 2.3.1 管程压力降 7 2.3.2 壳程的压力降 8 2.4 换热器壁温计算 9 2.4.1 换热管壁温计算 9 2.4.2 圆筒壁温的计算 10 2.5 本章小结 10 第3章 换热器结构设计与强度计算 11 3.1 壳体与管箱厚度的确定 11 3.1.1 壳体和管箱材料的选择 11 3.1.2 圆筒壳体厚度的计算 11 3.1.3 管箱厚度计算 11 3.2 开孔补强计算 13 3.2.1 壳体上开孔补强计算 13 3.2.2 外头盖开孔补强计算 14 3.3 换热管 16 3.3.1 换热管的排列方式 16 3.3.2 布管限定圆 16 3.3.3 排管 16 3.3.4 换热管束的分程 17 3.3.5 换热管与管板的连接 17 3.4 管板设计 18 3.4.1 管板与壳体的连接 18 3.4.2 管板计算 18 3.4.3 管板重量计算 23 3.5 折流板 24 3.5.1 折流板的型式和尺寸 24 3.5.2 折流板排列 24 3.5.3 折流板的布置 24 3.5.4 折流板重量计算 25 3.6 法兰与垫片 25 3.6.1 固定端法兰与垫片 26 3.6.2 外头盖法兰与浮头垫片 27 3.6.3 接管法兰型式与尺寸 28 第4章 换热器的安装、试车与维修 29 4.1 安装 29 4.1.1 场地和基础 29 4.1.2 安装前的准备 29 4.1.3 地脚螺栓和垫铁 29 4.1.4 其他要求 29 4.2 试车 29 4.3 维护 29 总 结 30 参考文献 31 概述 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的 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。分程隔板可将管程及壳程介质分成多程，以满足工艺需要。管壳式换热器主要有固定管板式，U型管式和浮头式换热器。针对固定管板式与U型管式的缺陷，浮头式作了结构上的改进，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。浮头式换热器的优点还在于方便拆卸，清洗方便，对于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况很能适应。其缺点在于结构复杂、填塞式滑动面处在高压时易泄露，这使其应用受到限制，适用压力为：1.0Mpa～6.4Mpa。 换热器（热交换器）是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，换热器按传热方式的不同可分为混合式（混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器）、蓄热式（蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器）和间壁式（随间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广）三类。 在我国换热器的制造技术远落后于外国，由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 在我国随着经济快速发展的同时，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了