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1、.-理工大学理工大学 XXXX 学院学院课程设计任务书课程设计任务书20112012 学年第 2 学期学生学生 XXXX：专业班级：专业班级：指导教师：指导教师：工作部门：工作部门：一、课程设计题目一、课程设计题目管壳式换热器的设计管壳式换热器的设计二、课程设计内容二、课程设计内容1管壳式换热器的结构设计包括：管子数 n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。2.壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力；（3）计算是否
2、安装膨胀节；（4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。3.筒体和支座水压试验应力校核4.支座结构设计及强度校核包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓5.换热器各主要组成部分选材，参数确定。6.编写设计说明书一份7.绘制 2 号装配图一 X，Auto CAD 绘 3 号图一 X（塔设备的）。三、设计条件三、设计条件（1）气体工作压力管程：半水煤气（1、0.80MPa；2、0.82 MPa；3、0.85Mpa；4、0.88 MPa；5、0.90 MPa）壳程：变换气（1、0.75MPa；2、0.78 MPa；3、0.80Mpa；4、0.84 MPa；5、0.85 MPa）
3、（2）壳、管壁温差 50，ttts壳程介质温度为 320-450，管程介质温度为 280-420。（3）由工艺计算求得换热面积为 120m2，每组增加 10 m2。-可修编.-（4）壳体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数，接管及其他数据根据表7-15、7-16 选用。（5）壳体与支座对接焊接，塔体焊接接头系数=0.9（6）图纸：参考图 7-52，注意：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。四、进度安排四、进度安排制图地点：制图地点：暂定暂定 CC405CC405时间安排：从第时间安排：从第 7 7 周（周（20122012 年年 3 3 月月 3131 日）至第日）至第 1010 周（
4、周（20122012 年年 4 4 月月 2020 日）日）序号1容化工设备设计的基本知识管壳式换热器的设计计算主讲人4 月 9 日唐小勇时间听课班级09 化工 1，2星期一、三、4 月 11 日09 化工 1，2五上午4 月 13 日09 化工 1，2上午：8：30-11：304 月 9 日-13 日09 化工 1，2下午 14：00-17：30上午：8：4 月 16 日09 化工 1，230-11：30下午 14：4 月 17 日09 化工 1，200-17：304 月 17 日4管壳式换热器设计制图唐小勇4 月 18 日4 月 19 日5设计说明书的撰写唐小勇4 月 9 日-18 日上午
5、：8：30-11：30下午 14：00-17：30上午：8：30-11：30上午：8：30下午 14：3009 化工 1，209 化工 1，209 化工 1，209 化工 1，209 化工 1，209 化工 1，209 化工 109 化工 22唐小勇3管壳式换热器结构设计唐小勇6答辩唐小勇4 月 20 日五、基本要求五、基本要求1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；2.设计说明书一律采用电子版，2 号图纸一律采用徒手绘制；3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔；4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上 8：30 前，
6、由班长负责统一交到 HF508。5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。-可修编.-六、说明书的内容六、说明书的内容1.符号说明2.前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。3.材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。4.绘制结构草图（1）换热器装配图（2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；（3）标注形位尺寸。（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5.壳体、封头壁厚设计（1）筒体、封头及支座壁厚设计；（2）焊接接头设计；（3）压力试验验算；6.标准化零、部
7、件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。（2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。（3）其它标准件选择。7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。8.主要参考资料。【格式要求】：1.计算单位一律采用国际单位；2.计算过程及说明应清楚；3.所有标准件均要写明标记或代号；4.设计说明书目录要有序号、内容、页码；5.设计说明书中与装配图中的数据一致。如果装配图中有修改，在说明书中要注明变更；6.书写工整，字迹清晰，层次分明；7.设计说明书要有封面和封底，均采用 A4 纸，装订成册。
8、七、主要参考资料七、主要参考资料1.化工设备机械基础课程设计指导书.化学工业出版.2005.12.化工设备机械基础第五版刁与玮 王立业编著 2003.3；3.化工单元过程与设备设计匡国柱 史启才 主编；4.化工制图华东化工学院制图教研室编 人民教育 1980；5.化工设备机械基础参考资料；6.钢制压力容器GB150-1998；-可修编.-7.钢制塔式容器4710-1992；8.GB151-1999管壳式换热器1999 年；9.压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局 1999 年。教研室主任签名：教研室主任签名：年年月月日日-可修编.-管壳式换热器的结构设计摘要课程设计理论是学生理论联系实际
9、的一次很好的机会，本次实验就管壳式换热器进行一次课程设计，掌握并了解在工业生产中节能、高效、环保等概念。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用X 围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采
10、用的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）。关键词：管壳式换热器课程设计管壳式换热器使用 X 围 管壳式换热器的结构设计-可修编.-Structure design of shell-and-tube heat exchangerStructure design of shell-and-tube heat exchangerAbstractAbstractStudent in course design theory is a good opportunity of
11、integrating theorywith practice,this experim ent on the course design of shell-and-tube heatexchanger,industrial production,mastering and understanding concepts suchas energy conservation,effciency,environmental protection.Heat exchanger in oil refining,petrochemical,and widely used in otherindustri
12、es,it is suitable for cooling,heating,evaporation and condensation,heatrecovery,and various other aspects.Among them,shell-and-tube heat exchanger in the heat transfer efficiency,size of equipment and metal consumption than other new type of-可修编.-heat-exchange equipment,but it has a strong structure
13、,flexibility,high reliability,widely used and so on,so the project is still being widely used.Structure design of shell-and-tube heat exchanger,is to ensure that the heatexchanger and the quality of life,you must consider many factors,such asmaterial,pressure,temperature and wall temperature differe
14、nce,scaling,fluidproperties,as well as maintenance and cleaning,and so on to choose anappropriate structure.With a form of heat exchangers,for a variety of conditions,often usedstructures are not the same.In engineering design,apart from used as far as possible the training series,often designed acc
15、ording to their specific conditions,to meet the needs oftechnology(supported by most reasonable under suitable conditions the mosteffective and most economic manufacture of heat exchangers,and so on).Key wordsKey words：Course design of shell-and-tube heat exchangerShell-and-tube heatexchanger useStr
16、ucture design of shell-and-tube heat exchanger-可修编.-目录摘要ABSTRACT1 前言 11.1 概述.11.1.1 换热器的类型 11.1.2 换热器 11.2 设计的目的与意义 21.3 管壳式换热器的发展史 21.4 管壳式换热器的国内外概况 31.5 壳层强化传热 31.6 管层强化传热 31.7 提高管壳式换热器传热能力的措施 41.8 设计思路、方法 51.8.1 换热器管形的设计 51.8.2 换热器管径的设计 51.8.3 换热管排列方式的设计 51.8.4 管、壳程分程设计 51.8.5 折流板的结构设计 5-可修编.-1.8
17、.6 管、壳程进、出口的设计 61.9 选材方法 61.9.1 管壳式换热器的选型 61.9.2 流径的选择 81.9.3 流速的选择 91.9.4 材质的选择 91.9.5 管程结构 92 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 112.1 管径 112.2 管子数 n112.3 管子排列方式，管间距的确定 112.4 换热器壳体直径的确定 112.5 换热器壳体壁厚计算及校核 113 换热器封头的选择及校核 144 容器法兰的选择 155 管板 165.1 管板结构尺寸 165.2 管板与壳体的连接 165.3 管板厚度 16-可修编.-6 管子拉脱力的计算 187 计算是否安装膨胀节 208 折
18、流板设计 229 开孔补强 2510 支座 2710.1 群座的设计 2710.2 基础环设计 2910.3 地角圈的设计 30符号说明 32参考文献 34谢辞 35-可修编.-1前言1.1 概述1.1.1 换热器的类型管壳式换热器是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料 X 围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在
19、壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。1.1.2 换热器换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换
20、的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互-可修编.-混合传递热量。该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传
21、给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高
22、温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材 X 围广泛，适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内。因此，这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和 U 形管式等几种类型。1.2 设计的目的与意义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-可修编.-种流体则温
23、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，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用X 围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，
24、往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）。1.3 管壳式换热器的发展史为了满足电厂对在较高压力下运行的大型换热器（如冷凝器和供水加热器）的需要，在 20世纪初，提出了壳管式换热器的基本设计。经过长期的运用，使设计变得相当成熟和专业化。当今已广泛地应用于工业上的壳管式换热器，在 20 世纪初也开始适应石油工业提出的要求。油加热器和冷却器、再沸器以及各种原油馏分和有关的有机流体的冷凝器这些设备需要在恶劣的野外条件下运行，流体常常不干净而且又要求高温和高压，因此，设备
25、便于清洗和进行现场修理是绝对需要的。壳管式换热器发展的早期阶段，出现的最大量的严重问题，不是在传热方面（这可以-可修编.-由实践经验粗略的估算），而是各种部件，特别是管板材料的强度计算问题，还有在制造技术和工程实施中的许多有关的其他问题，如管和管板的连接，法兰和接头管的焊接等。在 20 世纪 20 年代，壳管式换热器的制造工艺得到相当圆满的发展，这主要是由于几个主要制造商努力的结果。制造设备的传热面积可达 500m2,即直径约 750mm、长 6m，用于急剧增长的石油工业。在 30 年代，壳管式换热器的设计者，根据直接经验和在理想管束上的实验数据，建立了很多正确的设计原则。水-水和水-气换热器
26、的设计，大概与现今的设计差不多。因为污垢热阻起很大的作用，壳侧流动的粘性流是一个困难的问题，而且，60 年代以前的他们的了解很少。随着壳管式换热器的应用稳步增长，以及对在各种流程条件下性能预计的精度要求越来越高，这造就40 年代直至 50 年代研究活动的激增。研究内容不仅包括壳侧流动，而且相当重要的还有真实平均温差的计算、结构件特别是管板的强度计算。多年来发展起来的壳管式换热器，由于其结构坚固并能适应很大的设计和使用条件的变化，已成为最广泛使用的换热器。1.4 管壳式换热器的国内外概况随着现代新工艺、新技术、新材料的不断发展和能源问题的日益严重,必然带来更多的高性能、高参数换热设备的需求。换热
27、器的性能对产品质量、能量利用率以及系统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%,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的 35%40%。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新型热管和蓄热器等设备,其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化,换热器也趋于大型化,并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以 CFD(putational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器-可修编.-开发等形成了一个高技术体系1
28、。该换热器是当前应用最广,理论研究和设计技术完善,运用可靠性良好的一类换热器。目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究。强化传热主要有 3 种途径提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差,研究主要集中在强化管程和壳程传热面方面。1.5 壳层强化传热传统的管壳式换热器,流体在壳侧流动存在着转折和进出口两端涡流的影响区,影响了壳侧的给热系数。壳侧的传热强化研究包括管型与管间支撑物的研究。1.6 管层强化传热人们想尽各种办法实施强化传热,归结起来不外乎 2 条途径,即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。改变传热面形状的方法有多种,用于强化管程传热的有:横纹管、螺旋
29、槽管、螺纹管(低翅管)和缩放管以及螺旋扁管(瑞典 ALLARDS公司生产)。我国螺纹管的标准翅化率为 1.32.9(3),美、英、日、德等国均有商品化低翅管。德国 Hde 公司的螺旋槽管，管内传热效率明显优于光管,在 2300 Re 105 X 围内,提高传热效率 2.311.1 倍,当 200 Re 100 时,壳程介质即达湍流,因此,对于流量小或粘度大的介质优先考虑作为壳程换热介质;由于管程清洗相对于壳程清洗要容易,因此对于易结垢、有沉淀及杂物的介质宜走管程;从经济性考虑,对于高温、高压或腐蚀性强的介质,作为管程换热介质更加合理;对于刚性结构的换热器,若冷、热介质温差大,因壁面温度与换热系
30、数大的介质温度接近,为减小管束与壳体的膨胀差,换热系数大的介质走壳程更加合理,而冷、热介质温差小,两介质换热系数相差大,换热系数大的介质走管程更加合理。3、采用强化管壳式换热器传热的结构措施-可修编.-在换热器设计中,通常采用强化传热的措施来提高换热器的传热能力。强化传热的常用措施有:采用高效能传热面、静电场强化传热、粗糙壁面、搅拌等。1.8 设计思路、方法1.8.1换热器管形的设计管子外形有光管、螺纹管。相同条件下,采用螺纹管管束比光管管束能增加换热面积2倍左右。同时,由于螺纹管的螺纹结构能有效破坏流体边界层,有效提高了换热器的传热能力。当壳程介质易结垢时,由于外螺纹管束沿轴向的胀缩作用使换
31、热管外壁的硬垢脱落,具有良好的自洁作用,能够有效防止管束外壁的结垢,减小换热器壳程热阻,提高换热器的传热能力。1.8.2 换热器管径的设计由于小直径换热管具有单位体积传热面积大,换热器结构紧凑,金属耗量少,传热系数高的特点,在换热器结构设计中,对于管程介质清洁、不易结垢的介质,采用小管径管束能有效增加换热面积。相同条件下,采用19mm 管束比采用25mm 管束能提高传热面积30%40%,节约金属20%以上。1.8.3换热管排列方式的设计管子的排列方式有等边三角形、正方形和同心圆排列等,对于壳程介质不易结垢或可用化学方法清洗污垢的介质,采用三角形排列可使换热器的外径减小15%;对于需要机械清洗的
32、管束,管子排列应采用正方形;对于小于300mm 的换热器,为使管束排列紧凑,可采用同心圆排列。1.8.4 管、壳程分程设计管程分程设计。当需要的传热面积很大,换热管长度太长(对卧式换热器管长比壳径比超过610,立式换热器超过46 时),采用单管程换热器使管程流速很低时,可采用管-可修编.-程分程的办法来提高管程换热介质的流速。因为决定管程介质的流态的雷诺数Rei 与管程介质流速成正比,为提高换热器管程换热系数 hi,可采用管程分程的办法提高管程换热系数。壳程分程设计。为了提高换热器传热能力,且不使换热管太长,壳程利用横向折流板或纵向折流板分程。壳程分程可增加对壳程换热介质的扰动,使壳程换热介质
33、流速增加,流程加大,换热介质横向冲刷扰动加大,提高换热器传热能力。1.8.6管、壳程进、出口的设计管程进、出口管的设计。管程进、出口管径在考虑管程压降允许的条件下,通过计算确定管径,其计算公式为23 300(为管程介质密度,kg/m3;为管程介质进、出口流速,m/s)。为保证管程流体的均匀分布,充分发挥换热管的换热性能,管程进、出口应设置在换热器管程的底部和顶部。对换热器的使用寿命影响较大,特别是壳程换热介质流速较高或介质中含有固体颗粒。为保证换热器的使用性能,可在壳程入口加装防冲板,对介质冲刷起到缓冲的作用,保护管束不受冲击;为避免壳程入口流速过高,壳程介质流速有一定的限制:2100)下即可
34、达到湍流，以提高对流传热系数。8、若两流体的温度差较大，传热膜系数较大的流体宜走壳程，因为壁温接近传热膜系数较大的流体温度，以减小管壁和壳壁的温度差。综合考虑以上标准，确定半水煤气应走壳程，变换气走管程。1.9.3 流速的选择表 1-1 换热器常用流速的X 围-可修编.-介质流速管程流速，m/s壳程流速，m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.82151.02.00.81.50.531.00.81.80.51.5530循环水新鲜水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热
35、阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。故拟取变换气流速为 20m/s。1.9.4 材质的选择管壳式换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前 常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。1.9.5 管程结构换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。-可修编.-(a)(a)正方形直列正方形直列
36、（b b）正方形错列）正方形错列(c)(c)三角形直列三角形直列（d d）三角形错列）三角形错列（e e）同心圆排列）同心圆排列图 1-4换热管管板上的排列方式正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器，常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接。-可修编.-2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1 管径换热器中最常用的管径有19mm2mm 和25mm2.5mm。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可
37、排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用19mm2mm 直径的管子更为合理。如果管程走的是易结垢的流体，则应常用较大直径的管子。标 准 管 子 的 长 度 常 用 的 有1500mm，2000mm，2500mm，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m 等。换热器的换热管长度与公称直径之比一般为 425,常用的为 610选用252.5 的无缝钢管，材质为 20 号钢，管长 4.5m。2.2 管子数 nFd均Ln(2-1)n F160 503根3.140.02254.5d均Ln其中
38、安排拉杆需减少 6 根，故实际管数 n=503-6=497 根2.3 管子排列方式，管间距的确定采用正三角形排列，由化工设备机械基础表 7-4 查得层数为 12 层，对角线上的管数为 25，查表 7-5 取管间距 a=32mm.2.4 换热器壳体直径的确定-可修编.-Di a(b 1)2l(2-2)壁边缘的距离其中l为最外层管子中心到壳取l 2d，Di 32(251)2225 868mm，查表 2-5，圆整后取壳体内径Di 900mm2.5 换热器壳体壁厚计算及校核材料选用 20R计算壁厚为：pcDi,(2-3)t2 pc式中:pc为计算压力，取pc=1.0Mpa；Di700mm;=0.9;t
39、=92Mpa（设壳壁温度为 350C）将数值代入上述厚度计算公式，可以得知：1.0900 5.47 mm2920.9-1.0查化工设备机械基础表 4-11 取C21.2mm；查化工设备机械基础表 4-9 得C10.25mm5.47+1.2+0.25=6.92 mm查表 4-13 圆整后取n 7.0mm复验n6%0.42 0.25mm，最后取C1 0.25mm-可修编.-该壳体采用 20 钢 7mm 厚的钢板制造。1、液压试验应力校核TPT(Die)0.9s(2-4)2ePT1.15P1.1511.15Mpa(2-5)tenC 71.20.25 5.55mm(2-6)查化工设备机械基础附表 9-
40、1s 245Mpa1.15(900 5.55)93.82Mpa，25.55T0.9s 0.90.9245 198.45Mpa可见故水压试验强度足够。T 0.9s2、强度校核设计温度下的计算应力tpc(Die)1.0(9005.55)81.58Mpa2e25.55t 920.9 82.8Mpat2te2920.95.55最大允许工作压力Pw1.02Mpa(2-7)Die9005.55故强度足够。-可修编.-3换热器封头的选择及校核上下封头均选用标准椭圆形封头，根据/T4746-2000 标准，封头为 DN9007，查 化工设备机械基础表 4-15 得曲面高度h1150mm，直边高度h2 40mm
41、，材料选用 20R钢标准椭圆形封头计算厚度：pcDi1.09005.45mm(3-1)2t0.5pc2920.90.51.02te2920.95.55pw1.02Mpa(3-2)KDi0.5e19000.55.55所以，封头的尺寸如下图：-可修编.-图 3-1 换热器封头尺寸5管板管板除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个重要的受压器件。5.1 管板结构尺寸查（化工单元设备设计P25-27）得固定管板式换热器的管板的主要尺寸：表 5-1固定管板式换热器的管板的主要尺寸公称直径900D1060D11015D3966D4963b58c44d27螺栓孔数245.2 管板与壳体的连接在固定管板式
42、换热器中，管板与壳体的连接均采用焊接的方法。由于管板兼作法兰与-可修编.-不兼作法兰的区别因而结构各异，有在管板上开槽，壳体嵌入后进行焊接，壳体对中容易，施焊方便，适合于压力不高、物料危害性不高的场合；如果压力较高，设备直径较大，管板较厚时，其焊接时较难调整。5.3 管板厚度管板在换热器的制造成本中占有相当大的比重，管板设计与管板上的孔数、孔径、孔间距、开孔方式以及管子的连接方式有关，其计算过程较为复杂，而且从不同角度出发计算出的管板厚度往往相差很大。一般浮头式换热器受力较小，其厚度只要满足密封性即可。对于胀接的管板，考虑胀接刚度的要求，其最小厚度可按表 5-2 选用。考虑到腐蚀裕量，以及有足
43、够的厚度能防止接头的松脱、泄露和引起振动等原因，建议最小厚度应大于20mm。表 5-2管板的最小厚度换热器管子外径d0/mm管板厚度/mm253238573d0/4222532综上，管板的尺寸如下图：-可修编.-图 5-1管板-可修编.-符号说明tt操作状态下管壁温度，C;F换热面积，；ts操作状态下壳壁温度，C；a管间距，mm；焊接接头系数，无量纲；di壳体内径，mm；b正六边形对角线上的管子数，个；do壳体外径，mm；L换热管长度，；d均管子的平均直径，mm；P最大允许工作压力，MPa；PT水压试验压力，MPa;DN直径（公称），；公称压力，MPa；管子的工作压力，MPa；壳体的工作压力，
44、MPa；管壳壁温度，;许用拉脱力，MPa;线膨胀系数，C;每四根管子之间的面积，mm；A换热管截面面积，mm；A壳壁横截面面积，mm；F管、壳壁温差所产生的轴向力，N；F2压力作用于壳体上的轴向力，N；F3压力作用于管子上的轴向力，N；-Pc计算压力，MPa;Pw工作压力，MPa;P设计压力，MPa;计算壁厚，mm；d设计壁厚，mm；n名义壁厚，mm；e有效壁厚，mm；C厚度附加量，mm；C1钢板的负偏差，mm；C2腐蚀欲量，mm；s屈服点，MPa；h1曲面高度，mm；ho短圆筒长度，mm；h2直边长度，mm；E弹性模量，；温差应力，；-可修编.-l胀接长度，mm；最外层管子的中心到壳壁边缘的
45、距离，mm；在操作压力下，每平方米胀接周边受到的力，；-可修编.-参考文献1匡国柱 史启才：化工单元过程与设备设计；2秦叔经、叶文邦等：换热器 M，化学工业,2003 年版；3谭天恩、窦梅、周明华等：化工原理（第三版）上、下册 M，化学工业,2006年版；4 化工过程及设备设计 M华南工学院化工原理教研室,1987；5贾绍义等：化工原理课程设计 M，XX 大学,2003 年版；6刁玉玮、王立业、喻健良等：化工设备机械基础 M，XX 理工大学,2006 年版；7钱颂文：换热器手册 M，化学工业；8蔡纪宁、X 莉彦：化工设备机械基础课程设计指导书 M，化学工业 2011 年版；9 中华人民 XX
46、国国家标准.GB151-89 钢制管壳式换热器.国家技术监督局发布，1989出版；10时均等：化学工程手册(第二版，上卷).化学工业；11 钢制压力容器GB150-1998；12 钢制塔式容器4710-1992；13 GB151-1999管壳式换热器1999 年；14 压力容器安全技术监察规程国家质量技术监督局 1999 年。-可修编.-辞通过这次课程设计，让我对化工设备机械基础这门课有了进一步的认识。这次课程设计设是对这门课程的一个总结，对化工机械知识的应用。设计时要有一个明确的思路，要考虑多种因素包括环境条件和介质的性质等再选择合适的设计参数，对换热器的材料和结构确定之后还要进行一系列校核
47、计算，包括管子直径、壳体厚度，管板选择等。校核合格之后才能确定所选设备型符合要求。通过这次设计对我们独自解决问题的能力也有所提高。在整个过程中，我查阅了相关书籍及文献，取其相关知识要点应用到课设中，而且其中有很多相关设备选取标准可以直接选取，这样设计出来的设备更加符合要求。在设计的最后附管试换热器的图，在绘图的整个过程中，我对化工制图更加熟悉。这次课设的书写中对格式的要求也很严格，在老师的指导下我们按照毕业设计的格式要求完成课设。这就为我们做毕业设计打下了基础。在此感谢我们的唐小勇老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。-可修编.-因为我的知识有限，所做出的设计存在许多缺点和不足，请老师做出批评和指正。最后感谢老师对这次课设的评阅。-可修编.