浮头式换热器 - 图文

浮头式冷却器E-1401设计

摘要

该毕业设计题目为浮头式冷却器（即浮头式换热器）E-1401设计，源于工程实际。浮头式换热器是管壳式换热器中的一类，其管板一端固定在壳体与前端管箱之间，另一端（即浮头）可以在壳体中自由移动。由于管束的热膨胀不受壳体的约束，因此浮头式换热器不会产生较大的温差热应力，这样便避免了对换热器结构的损害。此外，浮头式换热器还便于拆卸、易于清洗，适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的场合。因此在石油化工以及其他相关行业中得到了广泛的应用。

该设计主要进行了换热器结构的研究和各处强度的校核。根据所提供的设计条件，以及GB150-2011《压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》、《固定式压力容器安全技术监察规程》等标准确定出换热器各个零部件（管箱、封头、法兰、开孔接管、折流板、钩圈等）的具体方案，包括各处材料的选择，各零部件的基本结构，壁厚计算及强度校核，开孔补强计算，管板、法兰以及浮头钩圈的强度计算等。本设计历时3个月，共完成说明书一份，A1图纸5张，外文翻译一份。

关键词：换热器 浮头 设计

Floating cooler E-1401 design

Summary

The graduation project titled Floating cooler ( ie, floating head heat exchanger ) E-1401 design , from engineering practice . Floating head heat exchanger shell and tube heat exchanger is in a class of its tube plate fixed at one end between the housing and the front tube box , the other end ( ie, floating head ) can move freely in the housing. Due to thermal expansion of the bundle is not bound by the housing , the floating head heat exchanger and therefore no large temperature difference between the thermal stress , thus avoiding damage to the structure of the heat exchanger . In addition, floating head heat exchanger is also easy to disassemble , easy to clean , suitable for large temperature difference between the shell and tube bundle or medium shell easy to scale the occasion. So it has been widely used in the petrochemical and other related industries.

The design is mainly studied the intensity of the heat exchanger and around the structure checked. Determine the various components of the heat exchanger according to the design conditions provided and GB150-2011 \\GB151-1999 \shell and tube heat exchangers \\Safety Technology Supervision Stationary Pressure Vessels \opening over, baffles, circle hooks , etc. ) of the specific program , including the selection of materials throughout , the basic structure of the various parts , wall thickness calculation and strength check , opening reinforcement calculations, tube sheets , flanges and strength calculation Floating circle hook .

Keywords : Heat exchanger floating head design

1.前言

随着时代的发展、科技的进步，石油化工及相关产业在人类的生活中扮演的角色越来越不可替代。小到平时生活日用品，大到国民的经济发展，人类早已习惯了这种便利、快捷的生活。在石油化工生产中，各类过程设备的品质直接决定了产品的生产效率及其性能。在各种原料及半成品不断地调和中，温度让这个过程更平稳高效地进行着，然而，对于热量交换，换热器发挥了其平凡而伟大的作用。因此，我选择了管壳式换热器中的浮头式换热器作为毕业设计的课题。

该设计的题目为浮头式冷却器E-1401设计。在设计初期，我先根据设计条件[设计压力：2.5MPa(管程)/3.0MPa(壳程)；设计温度：80℃(管程)/250℃(壳程)；4管程/1壳程；155㎡的换热面积]和参考案例了解并选定了浮头式换热器的基本结构和各零部件的材料。在设计前期，先进行了壁厚的计算和校核，之后又进行了开孔补强、法兰、管板及浮头钩圈的计算校核。在设计中期，我便开始进行了图纸的绘制。最后进行的是计算说明书、外文文献以及论文其他部分的整理工作。在整个设计过程中，我发现了许多以前不是十分了解的问题，比如浮头处的结构，折流板形式的选择与排布等。

1.1浮头式换热器概述

换热设备是用于两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同种流体间的热量或焓传递的装置。按热传递原理或传热方式分类，换热设备可分为：直接接触式换热器，蓄热式换热器，间壁式换热器，中间载热体式换热器。其中间壁式换热器又分为管式换热器、板面式换热器以及其他形式换热器。浮头式换热器属于管壳式换热器中的一类。

浮头式换热器，两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，称为浮头。浮头由浮动管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆连接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。其优点是管间与管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。

1.2壳程

1.2.1换热器筒体

筒体提供了工艺所需的承压空间，是压力容器最主要的受压元件之一。圆柱形筒体是工程中最常用的筒体结构。该设计中，筒体直径为800mm，壳程设计压力为3.0MPa,可以用无缝钢管制作，也可以由钢板卷制而成。在实际生产中，钢板卷焊形式使用更为广泛，因此选用单层卷焊式筒体结构。同时在加工过程中，应注意避免环、纵焊缝交叉。

用于加工筒体的材料形式多样，其中低合金钢凭借优良的性能，在生产中占了很大的比重。Q345R是屈服强度为340MPa级的压力容器专用钢板，是我国压力容器行业使用量最大、使用经验最丰富的钢板，主要用于中低压压力容器的制造。因此选用Q345R钢板作为换热器筒体等其他部分的加工材料，既保证了结构需要，又降低了制造成本。

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