浮头式换热器毕业设计说明书

摘要

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、定距管、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，缺点为结构较为复杂。在传热计算工艺中，包括传热量、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、阻力降等问题。在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、管板厚度计算以及折流板、法兰和接管、支座、分隔板等零部件的设计，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151《管壳式换热器》和GB150《钢制压力容器》设计的。换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处见，是不可缺少的工艺设备之一。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果。

关键字：换热器，工艺计算，强度校核

I

Abstract

This design is floating head heat exchanger, it is made up of tube box 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、hook circle、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connected with shell, and the other tube sheet is floating tube sheet. So it’s easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. In the process of heat transfer calculation, include area computation 、capacity of heat transmission 、the determine of heat transfer coefficient and the choice of the heat exchange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、tube box、sealing head and so on. This design is according to GB151 << shell-and-tube heat exchanger >> and GB150 << Steel pressure vessel >> to design. Heat exchanger is one of the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable achievements.

Keywords: heat exchanger; Process calculation ；strength check

II

目录

摘要.................................................................................................................................................................. I Abstract ........................................................................................................................................................... II 前言................................................................................................................................................................. 1 第一章 概述 ................................................................................................................................................... 2

1.1 何为换热器 .................................................................................................................................... 2 1.2 换热器的应用 ................................................................................................................................ 2 1.3 换热器分类 .................................................................................................................................... 3

1.3.1 按传热原理分类 ................................................................................................................. 3 1.3.2 按结构分类 ......................................................................................................................... 3 1.3.3 按传热种类分类 ................................................................................................................. 3 1.3.4 按强化传热元件分类 ......................................................................................................... 3 1.3.5 按材料分类 ......................................................................................................................... 3 1.4 换热器的结构和使用特点 ............................................................................................................ 4

1.4 .1 浮头式换热器 .................................................................................................................... 4 1.4.2 固定管板式换热器 ............................................................................................................. 5 1.4.3 U形管换热器 ..................................................................................................................... 6 1.5 设计的思想 .................................................................................................................................... 7

1.5.1 首先设计必须满足生产需要 ............................................................................................. 7 1.5.2 设计必须安全可靠 ............................................................................................................. 7 1.5.3 设计必须经济合理 ............................................................................................................. 7 1.6 设计的特点 .................................................................................................................................... 8 第二章 设计主要参数 ................................................................................................................................... 9

2.1 原始数据 ........................................................................................................................................ 9 2.2 定性温度及物性参数 .................................................................................................................... 9 第三章 零件结构型式的选择 ..................................................................................................................... 10

3.1 前端管箱 ...................................................................................................................................... 10 3.2 壳体 ............................................................................................................................................... 11 3.3 后端管箱 ....................................................................................................................................... 11 3.4 管束分程和分程隔板的布置 ....................................................................................................... 11

3.4.1 管束分程 ............................................................................................................................ 11 3.4.2 分程隔板的布置 ................................................................................................................ 11 3.5 换热管 .......................................................................................................................................... 12

3.5.1 换热管的长度 ................................................................................................................... 12 3.5.2 规格及尺寸偏差 ............................................................................................................... 12 3.5.3 布管 ................................................................................................................................... 12 3.6 管子与管板的连接 ...................................................................................................................... 13 3.7 管板与壳体的连接 ...................................................................................................................... 14 3.8 折流板、支持板的选择 .............................................................................................................. 15 3.9 拉杆的选择 .................................................................................................................................. 15

III

3.10 定距管的选择 ............................................................................................................................ 16 3.11 防冲板的选择 ............................................................................................................................ 16 3.12 排液口和排气口的选择 ............................................................................................................ 16 第四章 传热工艺技术 ................................................................................................................................. 18

4.1 有效平均温度 .............................................................................................................................. 18 4.2 传热量和流量 .............................................................................................................................. 18 4.3 管程换热系数计算 ...................................................................................................................... 19 4.4 结构初步设计 .............................................................................................................................. 19 4.5 壳程换热系数计算 ...................................................................................................................... 20 4.6 强度计算 ...................................................................................................................................... 21

4.6.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定 ....................................................................... 21 4.6.2 确定壳体内径 ................................................................................................................... 21 4.6.3 确定壳体壁厚 ................................................................................................................... 21 4.6.4 壳体液压试验 ................................................................................................................... 22 4.6.5 管箱封头厚度计算 ........................................................................................................... 23 4.6.6 管箱短节厚壁计算 ........................................................................................................... 24 4.6.7 管箱液压试验 ................................................................................................................... 24 4.6.8 管板的设计 ....................................................................................................................... 25 4.6.9 钩圈式浮头 ....................................................................................................................... 25 4.6.10 管程压力作用下浮头盖的设计 ....................................................................................... 26 4.6.11 浮头侧封头厚度 ............................................................................................................... 26 4.6.12 折流板的选择 ................................................................................................................... 27 4.6.13 设备法兰的选择 ............................................................................................................... 28 4.7 换热面积校核 .............................................................................................................................. 35 4.8 支座强度校核 .............................................................................................................................. 36

4.8.1 反力计算 ........................................................................................................................... 37 4.8.2 筒体轴向弯矩计算 ........................................................................................................... 37 4.8.3 筒体轴向弯曲应力校核 ................................................................................................... 38 4.8.4 鞍座腹板强度校核 ........................................................................................................... 38 4.9 阻力计算 ...................................................................................................................................... 38

4.9.1 管程阻力计算 ................................................................................................................... 38 4.9.2 壳程压力降 ....................................................................................................................... 39

第五章 整体尺寸布局 ................................................................................................................................. 42 结论............................................................................................................................................................... 43 致谢............................................................................................................................................................... 44 参考文献 ....................................................................................................................................................... 45

IV

前言

前言

毕业设计是完成教学计划实现专业培养目标的一个重要的教学环节；是教学计划中综合性最强的实践性教学环节。它对提高学生综合运用专业知识分析和解决实际问题的能力以及培养学生的工作作风、工作态度和处理问题等方面具有很重要的意义。

毕业设计的题目是浮头式换热器设计。这次设计中的主要内容为换热器的工艺计算、换热器的结构与强度设计。其中，工艺计算主要是确定换热器的换热面积、换热器的选型、压降计算等；而结构与强度设计则主要包括：管板厚度计算、换热管的分布、折流板的选型、浮头盖及浮头法兰的计算、开孔补强计算以及各种零部件的材料选择等。在设计过程中，我尽量采用较新的国家标准，做到既满足设计要求，又使结构优化，降低成本，以提高经济效益为主，力争使产品符合生产实际需要，适合市场激烈的竞争。同时为了使本次设计能够进行顺利，我在设计前参阅了许多有关书籍和英文文献，并做了一定的摘要。

因为换热器设计是属于压力容器设计范畴，与我所学的课程有紧密的联系，所以这次设计对我的设计能力有了很大的提高。它不仅使我贯通几年里所学习的专业基础知识和专业理论知识，还培养和提高我们群体合作、相互配合的工作能力。换热器在设计过程中为技术分析与产品开发可以为设计者提供一个广阔的思维想象空间，还能激发设计者的创新意识。在设计过程中，我们可以很好地将所学的知识加以应用，在自己的脑海中巩固，这是我选择这个课题的初衷，而事实上我也达到了预期的目的。

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡）

第一章 概述

1.1 何为换热器

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。在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。换热器的分类比较广泛：反应釜、压力容器、冷凝器、反应锅、螺旋板式换热器、波纹管、换热器、列管换热器、板式换热器、螺旋板换热器、管壳式换热器、容积式换热器、浮头式换热器、管式换热器、热管换热器、汽水换热器、换热机组、石墨换热器、空气换热器、钛换热器、换热设备，要求制造换热器的材料具有抗强腐蚀性能。它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热器价格过于昂贵，不锈钢则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。

1.2 换热器的应用

换热器在工、农业的各领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处可见，是不可缺少的工艺设备之一。因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视，在全世界第一次能源危机爆发以来,各国都在下大力量寻找新的能源及在节约能源上研究新途径。据统计，在现代石油化工生产中，换热器的投资约占总投资的3O％～40％，正因如此设计投资省，能耗低，传热系数高，维修方便的换热器是大势所趋，在研究投人大、人力资源配备足的情况下,一批具有代表性的高效换热器和强化传热元件诞生，如板翅式换热器、大型板壳式换热器和强化沸腾的表面多孔管、T 形翅片管、强化冷凝的螺纹管、锯齿管等都得到了国际传热界专家的首肯，社会效益非常显著，大大缓解了能源的紧张状况。

其中管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热设备，已作为一种标准换热设备。这种换热器的特点是易于制造，生产成本较低，选用的材料范围广，换热表面的清洗比较方便，适应性强，处理能力大，高温和高压下亦能应用。与各种换热器相比，主要优点是单位体积所具有的传热面积较大以及传热效果较好；此外，结构简单，操作弹性也较大等，因此在高温、高压和大型装置上多采用管壳式换热器。

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第一章 概述

1.3 换热器分类

换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构和型式亦不同，以下列举其中的几种分类:

1.3.1 按传热原理分类

1）直接接触式换热器 这类换热器的主要工作原理是两种介质经接触而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量。这类换热器的介质通常是一种是气体，另一种为液体，主要是以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质，故很难区分与塔器的关系，通常归为塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。

2）蓄能式换热器（简称蓄能器）这类换热器用量极少，原理是通过一种固体物质，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到传递热量的目的。

3）板、管式换热器 这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质的传热设备，这类换热器是我们通常称为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。换热器的种类繁多，每种换热器各自适用于某一种工况。为此，应根据介质、温度、压力的不同选择不同种类的换热器，扬长避短，使之带来更大的经济效益。

1.3.2 按结构分类

分为浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函换热器、U 形管式换热器、蛇管式换热器、双壳程换热器、单套管换热器、多套管换热器、外导流筒换热器、折流杆式换热器、热管式换热器、插管式换热器、滑动管板式换热器。

1.3.3 按传热种类分类

(1)无相变传热 一般分为加热器和冷却器。

(2)有相变传热 一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器、虹吸式重沸器、再沸器、蒸发器、蒸汽发生器、废热锅炉。

1.3.4 按强化传热元件分类

分为螺纹管换热器、波纹管换热器、异型管换热器、表面多孔管换热器、螺旋扁管换热器、螺旋槽管换热器、环槽管换热器、纵槽管换热器、翅管换热螺旋绕管式换热器、T 形翅片管换热器、新结构器、内插物换热器、锯齿管换热器。

1.3.5 按材料分类

主要为金属和非金属两大类。金属又可分为低合金钢、高合金钢、低温钢、稀有金

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 属等。

1.4 换热器的结构和使用特点

换热器作为节能设备之一，在国民经济中起到非常重要的作用。换热器的结构决定了换热器的性能，一种性能能否发挥作用取决于设计者如何选择合理结构，任何一个场合都有适应于这个场合特点的换热结构。

在换热设备中应用最为广泛的是管壳式换热器。它具有选材范围广，换热表面清洗比较方便，适用性较强，处理能力大，能承受高温和高压等特点。管壳式换热器的结构设计，必须考虑诸多因素，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。

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它新型的换热设备，但它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。

管壳式换热器在炼油、石油化工、医药、化工以及其它工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。管壳式换热器的结构设计，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，通过各种因素的综合考虑及比较来选择某一种适合的结构形式。

对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，按工艺特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。

管壳式换热器把换热管与管板连接，再用壳体固定。它的形式大致分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U 形管壳式换热器、外填料函式换热器、填料函滑动管板式换热器、釜式重沸器等几种。根据介质的种类、压力、温度、污垢和其它条件，管板与壳体的连接方式，换热管的形式与传热条件，造价，维修检查方便等情况，根据各种结构形式的特点来选择设计制造各种管壳式换热器。为了要使传热效率提高、能耗下降，就必须了解管壳式换热器的结构特点。下面着重介绍典型的管壳式换热器的结构及使用特点。

1.4 .1 浮头式换热器

浮头式换热器（见图1.1）是由管箱、壳体、管束、浮头盖、外头盖等零部件组成。它的最大的特点是管板一端的管束可以自由浮动，在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差应力，即其不受温差应力的困扰，但其结构复杂，内浮头密封困难，锻件多，造价高。维修时可只更换管束，适用于管、壳程温差大但工作压力不超过10MPa的工况。它在相同的壳体直径下，布管数越多，换热面积越大。

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第一章 概述

其优点是：

① 管束可以抽出，以方便清洗管、壳程； ② 介质间温差不受限制；

③ 可在高温、高压下工作，一般温度≤ 450 oC ，压力≤ 6.4 MPa； ④ 可用于结垢比较严重的场合； ⑤ 可用于管程易腐蚀场合。 缺点：

① 小浮头易发生内漏；

② 金属材料耗量大，成本高20%； ③ 结构复杂。

1.4.2 固定管板式换热器

固定管板式换热器（见图1.2）是由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成。其结构较紧凑，排管较多，在相同直径情况下面积较大，制造较简单，但最后一道壳体与管板的焊缝无法用无损检测。其两端管板，采用焊接方式与壳体连接固定，管程可分成多程，壳程也可分成双程，规格范围广，故在工程中广泛应用。它适用于管、壳程温差不大或管、壳程温差大，但压力不高，壳程介质干净或虽结垢但通过化学清洗能清除的场合。在热膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。 其优点是：

① 传热面积比浮头式换热器大20%-30%； ② 旁路漏流较小；

③ 锻件使用较少，成本低20％以上； ④ 没有内漏。 缺点：

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） ① 壳体和管子壁温差一般易小于等于50，大于50 时应在壳体上设置膨胀节； ② 管板与管头之间易产生温差应力而损坏； ③ 壳程无法机械清洗；

④ 管子腐蚀后造成连同壳体报废，壳体部件寿命决定于管子寿命，故设备寿命相对较低；

⑤ 不适用于壳程易结垢场合。

1.4.3 U形管换热器

U 形管换热器（见图1.3）是由管箱、壳体、管束等零部件组成。它是将换热管弯成U 形，并将换热管两端固定在同一块管板上，因此密封面较少。由于壳体与换热管分开，管束可自由伸缩，可以不考虑热膨胀。因U 形管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器低。管束可以从壳体内抽出，换热管外壁便于清洗。

但换热管内清洗困难，所以换热管内的介质必须是清洁且不易结垢的物料。由于换热管的结构形式关系，换热管的更换除外侧一层外，内部换热管大部分不可能更换。管束中心部分存在空隙，所以流体易短路，影响传热效率。而且管板上排列的换热管较少，结构不紧凑。U 形管的弯管部分曲率不同，换热管长度不一致，因而物料分布不如固定管板式换热器均匀。换热管因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。

U 形管式换热器一般用于高温高压的情况下。壳程里需要清洗的管束，则要求采用正方形排列，管程为偶数程。

壳程内一般可按工艺要求设置折流板和纵向隔板等。折流板用于提高换热器的传热效率。纵向隔板是安装在平行于换热管方向的矩形平板上，以增加壳侧介质流速。 其优点是：

① 管束可抽出来机械清洗； ② 壳体与管壁不受温差限制；

③ 可在高温、高压下工作，一般适用于温度，压力（10MPa）；

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第一章 概述

④ 可用于壳程结垢比较严重的场合； ⑤ 可用于管程易腐蚀场合。 缺点：

① 在管子的U 形处易冲蚀，应控制管内流速； ② 管程不适用结垢较重的场合； ③ 单管程换热器不适用；

④ 不适用于内导流筒，故死区较大。

1.5 设计的思想

设计是为生产服务，要设计出一台能够满足生产需要的换热器，必须做到设计要满足生产需要，满足换热器安全可靠运行，满足经济合理等基本要求。

1.5.1 首先设计必须满足生产需要

所设计的产品能够进行稳定可靠得操作，从而满足正常的生产需要，此外，还能够适应生产负荷以及操作参数在一定范围内的波动，所以产品的可操作性和可控制性是设计中应该考虑的重要问题。另外，设备与部件应便于运输与装拆，确保检修和更换零件的便利。

1.5.2 设计必须安全可靠

一般来讲,换热器的失事,不仅仅使容器和设备本身遭到破坏,而往往会破坏周围的其他设备及建筑,甚至造成人身伤亡事故,而由于内部介质向外扩散带来的化学爆炸、着火燃烧或恶性中毒等连锁反应更会造成不可估量的灾难性破坏。因此，根据压力容器可能的失效形式，设计上应满足强度、刚度、稳定性、密封性和耐蚀性等基本要求。

1.5.3 设计必须经济合理

在竞争激烈的当代社会中，“经济合理”的消费理念已成为了生产者的共识，一般情况下，生产者都追求所设计的设备总是以较少的投资获取最大的经济利润，要求其经济技术指标具有竞争性，因此，在各种方案的分析对比过程中，其经济技术指标评价往往是最重要的决策因素之一。

要想设计一台既满足要求又经济合理的换热器，不仅仅是必须严格按照有关标准和制造条件进行简单的常规设计，同时还必须要综合考虑生产条件、安全要求和技术经济上的合理等因素，这样才能选择一个最佳设计。

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 1.6 设计的特点

结构坚固、可靠性高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本较低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便；设备的体积和金属材料的消耗量少；机械加工和制造安装合理方便；检修容易；设备的使用寿命长；有足够的机械强度；操作费用低。

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第二章 设计主要参数

第二章 设计主要参数

2.1 原始数据

管程 介质：减三线油 设计压力：Pc1=2.5MPa 设计温度：3350C 300入口温度：t'01=315C 出口温度：t\1=2700C 地震等级：7级 焊缝系数：?=0.85 容器类别：二级

2.2 定性温度及物性参数

密度（kg3）：?1=927 比热容（mkj0）：CP粘度（Pa.Skg）：.c1=1.9 ?1=2.0?10?4 导热系数（kj0定性温度t?t'm?.）：?1=0.12 t\C2：t1=292.5 普朗特常数：Pr1?3.17

壳程 初底油 Pc2=2.8MPa 0C t'2=2550C t\2=2750C

场土类别：二级

碳钢腐蚀余量：C2=4mm 换热面积：F0=250m2

?2=903.8

CP2=2.0

?2=1.3?10?4 ?2=0.13

t2=265

Pr2?2

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡）

第三章 零件结构型式的选择

3.1 前端管箱

A 型（平盖管箱） 前端管箱形式中A，装有管箱平盖（或称盲板），清洗管程时只要拆开盲板即可，而不必拆卸整个管箱和与管箱相连的管路，缺点是盲板结构用材多，且尺寸较大时得用锻件，耗费大量机加工工时，提高制造成本，增加一道密封的泄漏可能。一般多用于DN<900mm 的浮头式换热器中。

B 型封头管箱型。用于单程或多程管箱，优点是结构简单，便于制造，适于高压，清洁介质，可省掉一块造价高的盲板、法兰和几十对螺栓，且椭圆封头受力情况要比平端盖好得多，缺点是检查管子和清洗管程时必须拆下连接管道和管箱，但这种形式用的最多。

本设计在考虑了操作的方便，且考虑B 型管箱的优点后，选取B 型封头管箱型为前端管箱。

图3-1 前端管箱

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第三章 零件结构形式的选择

3.2 壳体

一般换热器上使用单程壳体，由于选取的换热管根数不多，因此可以选取单程壳体，代号为E。

3.3 后端管箱

由于所设计是浮头式换热器，一般都会采用带钩圈的浮头结构，所以此处选用代号为S 的钩圈式浮头管箱。

3.4 管束分程和分程隔板的布置

3.4.1 管束分程

在设计中，如采用多管程，则需要在管箱中安装分程隔板。分程时，应使各程管子数目大致相等，隔板形式要简单，密封长度要短。为使制造、维修和操作方便，一般采用偶数管程。但程数不宜太多，否则隔板本身将占去相当大的布管用的面积，而且在壳程中形成许多旁路，影响传热。随着程数的增加，换热器的传热效率下降且与错流传热接近。故选用双管层就可以满足要求，其中管束分程方法常采用平行方式。

3.4.2 分程隔板的布置

在换热器中，不论是管外还是管内的流体，要提高它们的传热系数，通常是采用设置隔板的方法来增加程数以提高流体流速实现其目的。在设计时要求管箱隔板的密封面与管箱法兰密封面，管板密封面与分程槽面必须处于同一基面，如下图所示：

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡）

图3-2 分程隔板

本设计管程隔板形式采用上图中最常用的结构形式（a）。

3.5 换热管

3.5.1 换热管的长度

[1]

根据《钢制管壳式换热器》GB151-1999 规定，换热管的长度推荐采用：1.0、1.5、

2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0m。 本设计中选取换热管长度为6m。

3.5.2 规格及尺寸偏差

本设计换热管采用16Mn，根据《钢制管壳式换热器》GB151-1999 规定，可选取其规格为?19?2的无缝钢管，则管子外径d0?0.019m，管子内径

di?0.019?2?0.002?0.015m。

3.5.3 布管

传热管在管板上的排列有：

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第三章 零件结构形式的选择

图3-3 换热器的排列方式

三角形排列最为普遍，其在同一直径管板面积上可排最多的换热管数。其用于壳程介质较清洁，换热管外不需清洗。当需对换热管外清洗时，则需采用正方形排列，其最小清洗通道应不小于6 毫米。

正三角形排列和转角正方形排列时，流体在垂直流向折流板缺口时正对换热管，冲刷换热管外表面，提高换热效果。

正方形排列法在一定的管板面积上可排列的管子数量少。此排列法在浮头式和填料函式换热器中用得较多。若将正方形排列的管束旋转45?安装，可适当提高壳程对流传热系数。

本课题采用转角正方形排列。

3.6 管子与管板的连接

换热管与管板连接是管壳式换热器设计、制造最关键的技术之一，是换热器事故率最多的部位。所以换热管与管板连接质量的好坏，直接影响换热器的使用寿命。换热管与管板的连接方法主要有强度胀接、强度焊、胀焊并用。而其连接结构如下图所示：

图3-4 管子与管板的连接方式

强度胀接是为了保证换热管与管板连接的密封性能及抗拉脱强度的胀接。胀接结构制造简单，管子的更换和修补容易，所以应用较广。一般使用的管板为碳素钢，低合金钢，管子为碳钢，设计压力不超过4.0MPa。

管子和管板的强度焊目前采用广泛，由于管孔不需开槽，而且管孔的粗糙度要求不高，管子端不需要退火和磨光，因此制造加工较方便。也不需要像胀接那样一定得使管子端部和管板有硬度差，在高压、高温条件下可考虑选用强度高的低合金管等。强度焊

13

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 的结构强度高，抗拉脱力强，在高温高压下能保证连接处的紧密性和抗拉脱能力。

随着高温、高压换热器的出现，使接头在操作过程中，受到反复变形，热冲击，热腐蚀及介质压力作用，工作环境极其苛刻，发生破坏的可能性很大，尽管内孔焊较理想的解决了这些问题，但因焊接工具复杂，管板加工困难，因此工程上多数情况下还是采用胀焊结合的形式来解决上述问题。

在本设计中考虑到焊接与胀接的各自的优缺点，所以采用胀焊并用中的强度焊＋贴胀的方法来作为换热管与管板的连接方式，此方法主要的优点是既保证换热管与管板连接的密封形，又保证了换热管与管孔之间缝隙的拉脱力。总的来说此方法保证了较高的密封性能、能承振动和疲劳载荷。

3.7 管板与壳体的连接

管板与壳体的连接形式，分为两类：一是不可拆式的，如固定式管板换热器，管板与壳体是用焊接连接；一是可拆式的，如U 形管式、浮头式及填料函式和滑动管板式的换热器，一般采用管板本身不直接与壳体焊接，而通过壳体上法兰和管箱法兰夹持固定，如下图示：

14

第三章 零件结构形式的选择

图3-5 管板与壳体的连接方式

考虑到本设计为浮头式换热器，管束要拆卸进行清洗，使用可拆式管板，如上图示，选用a 形连接方式。此连接在制造上较其它5 种形式要简单，装卸也比较方便，结构省材，质量轻。

3.8 折流板、支持板的选择

在本设计中换热管长6m，根据工艺可不设置折流板，查GB151-1999表42折流板最大间距，可知在一些换热器中当不需设置折流板，其最大无支撑跨距的大小，而本设计采用直径为19mm 的换热管，据表中查得其最大无支撑跨距为1.5m，故应设置支持板，来支撑换热管，以防止换热管发生较大的挠度。同时支持板的形状和尺寸与折流板一致，所以可根据折流板的种类选取。

常用的折流板和支持板的形式有弓形和圆盘-圆环形两种，弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种。大部分换热器采用弓形折流板，其中单弓形折流板用的最多，而双弓形和三弓形多用于大直径和大流量场合，根据本设计的需要只需选用单弓形就满足要求，故选取单弓形的支持板。

3.9 拉杆的选择

因换热管外径为19mm，壳体公称直径为700mm，查《钢制管壳式换热器》GB151-1999

15

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 中的表 43 和表 44 可知，拉杆直径为 12mm，使用 8根拉杆。

其各参数如下图和下表所示：

图3-6 拉杆

图3-7 拉杆直径类型

,Lb?60mm,b?2mm 根据拉杆直径16mm，可选La?20mm

3.10 定距管的选择

当换热管外径大于等于19mm时，定距管外经与换热管相同，所以其尺寸选择Φ19

3.11 防冲板的选择

由于壳程流体的??2?927?0.2472?56.6kg/(m?s)?740kg/(m?s)，管程换热管流体的流速

?3m/s，因此在本台换热器的壳程与管程都不需要设置防冲板。

3.12 排液口和排气口的选择

为了提高传热效率，排除或回收工作残液（气），凡不能借助其他接管排气，排液的换热器应在其壳程的最高，最低点分别设置排气、排液接管，排气、排液接管的端部必须与壳体或管箱壳体内壁平齐。排气口和排液口的大小一般不小于f 15mm。

卧式换热器排气、排液口多采用下图的形式，设置的位置分别在筒体的上部和底部。

16

第三章 零件结构形式的选择

图3-8 排液口

17

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡）

第四章 传热工艺技术

4.1 有效平均温度

由于?t1?270?255?150C，?t2?315?275?400C，

'?tm??t1?2.67，所以逆流时 ?t2?t2??t1?25.490C (4-1)

?tln(2)?t1参数

\t1?t1'??''?0.75， (4-2)

t2?t1'\t2?t2R?\'?0.44（GB151-1999图F2） (4-3)

t1?t1由于设计换热器为单壳程双管程，查《GB151-1999》［1］图2-6（a）得温度校正系数

?1?0.94，

'?tm??1??tm?23.960C (4-4)

4.2 传热量和流量

参考《管壳式换热器原理与设计》［9］表2-7，选转热系数K0?300W设计转热量：

m.0C

Q0?F0?K0??tm?115?300?23.96?825930W (4-5)

取换热器效率??0.98，则： 减三线油流量：

W1?初底油流量：

3600Q03600?825930kg (4-6) ??34776h1000?Cp1(t1'?t1\)1000?0.98?1.9?(315?270)18

第四章 传热工艺技术

W2?3600Q03600?825930kg (4-7) ??74333.7\'hC(t?t)2?103?(275?255)?1000p222

4.3 管程换热系数计算

所需换热管根数：

NF0250t???d?L?3.14?0.019?6?699根 (4-8)

0则管程换热面积：

ANt???d2?699?3.141?i4?0.0152?0.062m2242 (4-9)

管程流速：

uW11?3600???34776?0.17m (4-10)

1?A13600?927?0.038s管程雷诺数：

Re?1?u1?di927?0.17?0.1???015?4?11819.3 (4-11) 12?10管程换热系数：

?1?0.023?10.8dRe1Pr0.31?1334Wim2?0C

4.4 结构初步设计

布管为转角正方形布管，查GB151-1999表12知S?1.25d?0.025m，分程隔板两侧相邻管中心距Sn?0.038m 管束中心排管数：

Nc?1.1Nt?1.1?699?27根 (4-13)

则壳体内径：

Di?S(Nc?1)?4d0?0.025?(27?1)?4?0.019?0.726， (4-14)

实取DLi?0.7m， 则长径比

D?6?8.6，合理 i0.7

1

9

(4-12)

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 布管限定圆，由GB151---1999得

DL?Di?2(b1?b2?b)?650mm (4-15)

其中

b1?5mm,bn?13.5mm,b2?bn?1.5?15mm,b?5mm

选择单弓形折流板，则弓高

h?0.2Di?0.2?0.6?0.12m (4-16)

折流板间距：

B?0.41?Di?0.41?0.6?0.287m (4-17)

折流板数量：

nB?LB?1?60.287?1?20 (4-18) 实际nB?19块。

4.5 壳程换热系数计算

壳程流通面积：

A2?B?D(1?d0)?0.287?0.7?(1?19)?0.041m2s25 (4-19) 壳程流速：

uW2/36002???74333.7?0.557m2?A0903.8?0.041?3600s (4-20)

壳程当量直径：

4(3S2??d24(3?0.0252?3.14?0.0192d240))e??d?24.019?0.017m03.14?0壳程雷诺准数：

Re?2?u2?de2???903.8?0.557?0.017?10?4?89365.8 (4-22) 21.3壳程传热系数：

??22?0.36()Re0.55ud2Pr1/32(eu)?1823W20 (4-23) wm.C其中壳程被加热，故:

20

(4-21) 第四章 传热工艺技术

(

u0.14)?1.05 (4-24) uw4.6 强度计算

4.6.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定

表4-1 换热管的选择和根数确定 序号 1 2 3 4 5 6 项目 换热管外径 换热管长度 传热面积 换热管数 换热管材料 排管方式 符号 单位 mm mm 数据来源及计算公式 GB151-1999［1］ GB151-1999 给定 F0 ?dLGB151-1999表4-3 GB151-1999 Nt?数值 19 6000 250 699 16Mn 转角正方形 d0 L F0 Nt m2 4.6.2 确定壳体内径

表4-2 壳体内径 序项目 符号 号 1 换热管中心距 S 分隔板两侧相邻管Sn 2 中心距 3 4 5 6 7

单位 mm mm mm mm mm mm mm 数据来源及计算公式 GB151-1999表42 GB151-1999表42 GB151-1999表6 Di?S(Nc?1)?4d0 数值 25 38 12 700 5、5、15 650 763 分程隔板厚度 壳体直径 b,b1,b2 ? Di GB151-1999表14、15 DL?Di?2(b2?b2?b) 布管限定圆直径 管板直径 DL D D?Df3?2b1 4.6.3 确定壳体壁厚

表4-3壳体厚度

21

第四章 传热工艺技术

5 6 7 8 9 10 11 12 筒体名义厚度 实取名义厚度 厚度负偏差 腐蚀余量 筒体有效厚度 设计厚度下许用应力 校核 ?n' ?n C1 C2 mm mm mm mm mm MPa ?n'???C1?C2?? GB151-1999表8 《过程设备设计》 给定 16 16 0.8 4 11.7 76.036 ?e ?e??n?C1?C2 ?t ?t?Pc2?Di??e? 2?e?t????t.??78.02MPa，故合理 封头尺寸：公称直径800mm，曲面高度200mm，直边高度30mm 4.6.12 折流板的选择

表4-12 折流板的选择 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 项目 折流板厚度 折流板的直径 折流板直径的允许偏差 折流板的材料 折流板缺口高度 折流板弦高 折流板间距 折流板数量 换热管支撑跨距 符号 单位 数据来源及计算公式 GB151-1999表34 GB151-1999表41 GB151-1999表41 GB151-1999表4-1 GB151-1999图39 h?(0.2~0.45)Di 数值 10 692 6920?0.8 ? D ?1 mm mm l mm mm mm Q235-A 20 140 281 20 1500 ?0.419.60 h B B=0.41Di Nb l mm mm 27

Nb?L?1 BGB151-1999表42 GB151-1999表36 10 折流板管孔直径

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 及偏差

折流板排列

该台换热器折流板排列示意图如下所示：

图4-1 折流板

4.6.13 设备法兰的选择 4.6.13.1.管箱侧法兰的选择

按其条件DN?700mm，设计压力2.5MPa,由JB/T4703-2000选择长颈对焊法兰，

［5］

相关参数如下：单位（mm）

表4-13 管箱侧法兰参数 DN 700 D D1 D2 D3 766 D4 763 ? 50 H h 860 815 776

120 35

a a1 ?0 ?1 ?2 螺柱规R d 螺柱数量 28 格 M24 21 18 10 16 26 12

27 28

第四章 传热工艺技术

图4-2 法兰凸面

图4-3 法兰凹面

根据GB/T29463.3-2000管壳式换热器用垫片［5］选用垫片：非金属软垫片，其尺寸如下表

29

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡）

图4-5

图4-6 垫片

4.6.13.2.浮头侧法兰的选择

其公称直径DN?800mm,设计压力P?2.5MPa，由JB/T4703-2000选择长颈对焊法兰，相关参数如下：单位(mm)

表4-13 浮头侧法兰参数

DN 800 D D1 915 D2 876 D3 D4 863 d ? 58 H h 960 866 R 30

125 35 a

a1 ?0 ?1 ?2 螺柱规格 螺柱数量 第四章 传热工艺技术

21 18 12 16 26 12 27 M24 32 由《压力容器法兰》［5］选择相关垫片：非金属软垫片1600-2.50JB/T4704-2000 ，其相关尺寸为:D?875mm,d?830mm,??3mm。

4.6.13.3壳体上与浮头侧连接的法兰

其公称直径DN?700mm,设计压力P?2.8MPa，由JB4721-92选择长颈对焊法兰，相关参数如下：单位(mm)

表4-14浮头侧法兰参数

DN D D1 D2 D3 D4 863 ? 52 H h 700 960 915 876

866 155 72 a a1 ?0 ?1 ?2 R 16 40 12 d 螺柱规格 螺柱数量 32 21 18 10 27 M24 由《压力容器法兰》［5］选择相关垫片：非金属软垫片1600-2.50JB/T4704-2000 ，其相关尺寸为:

D?875mm,d?830mm,??3mm

（1）a,b接管

a为减三线油入口，b为减三线油出口，选择型号相同，设计压力为2.5MPa，由于流体流速为0.17m/s,则:

d?4W1?279mm (4-25)

3600?1?u1取d?300mm

选带颈平焊法兰SO300-2.5RF,尺寸如表4-15：

31

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 表4-15

公称直径DN 管子外径Al 法兰外径D 中心孔螺栓K 螺纹螺栓螺纹孔直孔数n Th 径L 法兰坡口法兰内径宽b 厚度C B1 法兰重量 300 325 485 430 30 16 M27 11 34 328 28.8 （2）d,h接管

d为初底油入口，h为初底油出口，故选择型号相同，设计压力为2.8MPa，由于流体流速为0.557m/s,则d?带颈平焊法兰SO250-4.0RF。

表4-16带颈平焊法兰SO250-4.0RF参数

4W2?228mm，则实取d=250mm,选择

3600?2?u2公称直径DN 250 管子外径Al 273 法兰外径D 450 中心孔螺栓K 385 螺纹螺栓螺纹孔直孔数n Th 径L 33 12 M30 法兰坡口法兰内径宽b 厚度C B1 11 38 276 法兰重量 30.5 4.6.14 接管及开孔补强

a,b孔补强

其公称直径DN=300mm，设计压力为2.5MPa，接管材料为Q235-C

表4-17 开孔补偿参数

［3］

序号 1 2 3 4 项目 接管内径 接管外径 接管厚度 开孔直径 符号 单位 mm mm mm mm 数据来源及计算公式 HG20592-97 HG20592-97 数值 300 325 12.5 302 di d0 ?' ?'?d0?di 2d d?di?2C 32

第四章 传热工艺技术

5 壳体开孔处的计算厚度 壳体开孔处的有效厚度 壳体开孔处的名义厚度 接管的名义厚度 接管的有效厚度 ? mm ??PcDi t2????Pc6.6 6 ?e ?n ?nt ?et mm ?e??n?C1?C2 ?n???C1?C2?? ?nt??t?C1?C2?? 7.2 10 6 5 92 134 0.69 2013.7 604 7 8 9 10 mm mm mm MPa MPa mm mm ?et??nt?C GB150-1998表4 GB150-1998表4 设计温度下接管材料许用应力 设计温度下壳体材11 料许用应力 12 13 14 强度削弱系数 圆筒开孔所需补强面积 补强有效面积 ???tn ???t fr A B ???tr fr?t???A?d??2?.?et(1?fr) B?Max?2d,d?2?n?2?et? ??d.?nt,接管实??h1?Min????际外伸高度??15 壳体外侧有效补强面积 h1 mm 42.6 16 接管外侧有效补强面积 h2 A1 A2 ?t mm ??接管实际外??h2?Min??伸高度，d.??nt???0 mm 壳体有效厚度减去17 计算厚度之外的多余面积 接管有效厚度减去18 技术厚度之外的多余面积 19 接管计算厚度 A1?(B?d)(?e??)?2?et(?e??)(1?fr)A2?2h1(?et??t)fr?2h2(?et?C2)fr 574 mm 398.7 mm ?t?Pc?Di t2???n???Pc4.2

33

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 20 21 焊缝金属截面积 补强面积 A3 Ae mm mm GB150-1998 Ae?A1?A2?A3 36 1009 根据公称直径DN?300mm,选取补强圈参考JB/TT4736，去补强圈外径D'?550mm,选择图1中A型补强圈，内径D1?do?4?329mm,B?604mm,补强圈在有效范围内，补强圈厚度??A4?9.3mm,考虑钢板负偏差并圆整取补强圈厚度为10mm，为制

?D?D1?造方便，名义厚度为10mm

d,h的补强

其公称直径DN=250mm，设计压力为2.8MPa，接管材料为16MnR

表4-18 d,h的补强参数 序号 1 2 3 4 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 接管内径 接管外径 接管厚度 开孔直径 di mm mm mm mm mm HG20592-97 HG20592-97 250 275 12.5 252 6.87 d0 ?' ?'?d0?di 2d d?di?2C 壳体开孔处的计算厚5 度 壳体开孔处的有效厚度 壳体开孔处的名义厚度 接管的名义厚度 接管的有效厚度 ? ??PcDi t2????Pc6 ?e ?n ?nt ?et mm ?e??n?C1?C2 7.2 7 8 9 10 mm mm mm MPa MPa 34

?n???C1?C2?? ?nt??t?C1?C2?? 12 6 5 144 144 1 ?et??nt?C GB150-1998表4 GB150-1998表4 设计温度下接管材料许用应力 设计温度下壳体材料11 许用应力 12

???tn ???t fr 强度削弱系数 ???tr fr?t???第四章 传热工艺技术

13 14 圆筒开孔所需补强面积 补强有效面积 A B mm mm A?d??2?.?et(1?fr) 1731 504 B?Max?2d,d?2?n?2?et? ??d.?nt,接管实??h1?Min????际外伸高度??15 壳体外侧有效补强面积 h1 mm 35.5 16 接管外侧有效补强面积 h2 A1 mm ??接管实际外??h2?Min??伸高度，d.??nt???0 壳体有效厚度减去计17 算厚度之外的多余面积 接管有效厚度减去技18 术厚度之外的多余面积 19 20 21 接管计算厚度 焊缝金属截面积 补强面积 mm A1?(B?d)(?e??)?2?et(?e??)(1?fr)A2?2h1(?et??t)fr?2h2(?et?C2)fr 83 A2 ?t A3 mm 171.9 mm mm mm ?t?Pc?Di t2???n???Pc2.96 36 555.9 GB150-1998 Ae?A1?A2?A3 Ae 因为Ae?A，所以d,h孔需要补强。

根据公称直径DN?250mm,选取补强圈参考JB/TT4736,去补强圈外径D'?480mm,选择图1中A型补强圈，内径D1?do?4?279mm,B?504mm,补强圈在有

A4?9.3mm,考虑钢板负偏差并圆整取补强圈厚度为效范围内，补强圈厚度???D?D1?10mm，为制造方便，名义厚度为10mm。

4.7 换热面积校核

查《热交换器原理与设计》表2.11 序项目 符号 单位 号 1

计算公式及数据来源 物性表 数值 0.00059 减三线油垢热阻 r1

m2.0CW 35

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 2 初底油 r2 m2.0CW 物性表 d??1??r2?r1?0??2di?K???1d? 0??????d?1i???10.00043 3 转热系数 K Wm2.0C 364.8 4 5

换热面积 校核 F F0m 2 K?Q0 K?tm94.5 F115=1.217，合理 94.54.8 支座强度校核

根据《容器支座》JB/T4712-92，选择重型BI型焊制鞍式支座，材料为Q235-B，DN700mm，相关尺寸如表4-19：

表4-19

序号 1 2 3 项目 公称直径 允许载荷 鞍座高度 符号 DN Q h 单位 mm KN mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm 数值 700 170 200 640 150 10 8 350 120 8 830 240 6 l1 4 底板 b1 ?1 5 腹板 ?2 l3 6 筋板 b3 ?3 弧长 7 垫板 b4 ?4

36

第四章 传热工艺技术

e 8 9 10 11 螺栓间距 带垫板鞍座质量 包角 型号 mm mm Kg ° 重型 56 460 30 120 BI型 l2 M ? BI 鞍式支座内半径Ri?350mm，筒体长度L?5589mm，为使筒体受力较合理，减小

mm，跨中截面的压力。换热管La?60000查GB151-1999图59，支座间距LB??0.5~0.7?La，

取LB?4200mm，故外伸长度A?900mm，此时，A?0.5Ri?0.5?350?175mm，端盖对筒体无加强作用。

4.8.1 反力计算

查《过程设备设计》 5.3卧式储罐设计

kg，换热器所受重综合各换热器各零件的重量，算得该换热器最大重量m?27542.6N，每个支座反力为F?134955力为G?mg?2F?269911.8N。

4.8.2 筒体轴向弯矩计算

查《过程设备设计》 5.3卧式储罐设计

筒体最大弯矩位于容器支座截面或筒体跨中截面。 鞍座截面处：

?ARi2?H2?1??2ALMa??FA?1?L4H?1??3L???? (4-26) ????12003502?1752???1??868002?1200?6800??134955.8?1200?1????0.324?10N.mm 4?175??1???3?6800?? 筒体跨中截面处：

??Ri2?H2???1?2?2FL?4A?LMb??4?1?4HL? (4-27) ??3L???2?3502?1752???1??2134955.8?6800?4?1200?6800?????0.607?108N.mm ?1?4?17546800???3?6800?? 可知最大弯矩在筒体跨中处，但由于鞍座截面上端盖对筒体无加强作用，故应校

37

广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） 核鞍座截面与跨中截面的轴向弯曲应力。

4.8.3 筒体轴向弯曲应力校核

查《过程设备设计》 5.3卧式储罐设计

??1200，查表5-3得K5?0.760，故鞍座处筒体在截面最低点处周向压应力：

?5??K5F0.76?134955.8????19.17MPa????t (4-28)

?Se??4?b2?7.2?6??405.3鞍座边角处筒体的最大合成周向压缩应力为：

??1200，A?0.5Ri，查表5-3得K6?0.0528，故：

?6????3K6FF? (4-29)

4?Se??4?b22?Se2??42?134955.83?0.0528?134955.8t ???127.99MPa?1.52???224??7.2?6??405.32??7.2?6?筒体周向应力满足强度及稳定性要求。

4.8.4 鞍座腹板强度校核

所选鞍座高度h=200mm，腹板厚度?2?8mm，材料为Q235-B，鞍座材料的许用应力

???t?94MPa。

已知

Ri350??116.7mm?h?200mm，所以计算高度hs?116.7mm，??1200，查33表5-4得K9?0.204

腹板应力为：

KF0.204?134955.82t2??9??29.5MPa??????94?62.67MPa (4-30)

Ri35033?8?233鞍座腹板满足强度条件。

以上计算均满足要求，所选鞍座合理。

4.9 阻力计算

查《换热器原理与设计》

4.9.1 管程阻力计算

查表2.11

管内摩擦因子fi?0.007，查图2.35

38

第四章 传热工艺技术

壁温下减三线油的粘度?w2?2.98?10?4kg沿程阻力：

L?1wt2????Pi?4fi??di2??w2??0.25m.s

(4-31)

?0.256?2927?0.2742?2.0?10?4?? ?4?0.007???4?0.0152?2.98?10??861Pa

回弯阻力：

2P927?0.24721wt?Pr?4Zt?4??2?278Pa (4-32)

22进出口连接管阻力：

?PN?1.5?1wt22297?0.2472?1.5??52Pa (4-33)

2管程总阻力：

4 ?Pt??Pi??Pr??PN?1191?5?10Pa，合理 查表2.10

4.9.2 壳程压力降

查表2.11

质量流量：

Ms?W2?74333.7/3600?20.6m/s

流体在两折流板间错流流通截面积

D?d0?Ac?B?Di?DL?L?S?d0??? (4-34) S?? ?0.28?7???0.?70.6?50.0190.?65?0.0252 ?0.025?0.019m0.0578???? 查物性表?w1?1.17?10?4 fk?0.2 查表2.36

理想管束错流段阻力

Ms2Nc????Pbk?4fk??2Ac2?2??w1??0.14 (4-35)

?1.3?10?4?20.62?27 ?4?0.2????15376Pa

2?0.05782?903.8?1.17?10?4?折流板缺口面积：

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡） Di2Awg?4?1?2h???????1??sin? (4-36)

2??Di??20.72?4?1120??2?0.14?0???1?sin60?0.06463m2 ??2180??0.7????错流区内管数占总管数的百分比：

Fc???Di?2h???Di?2h???Di?2h??1???????????2sinarcos?2arcos????D??D??D????LLL???????????

1??0.6?2?0.12???0.6?2?0.12???0.6?2?0.12????2sinarcos?2arcos????????0.63?????0.550.550.55????????? (4-37) 缺口处管子所占面积：

Awt??d028nt(1?Fc)?0.03667m2 (4-38)

流体在缺口处流通面积：

Ab?Awg?Awt?0.06463?0.03667?0.02796m2 (4-39)

平行于流向的管距：

Sp?Scos300?25cos300?21.7mm (4-40)

每一缺口内的有效错流管排数：

Ncw?0.8h0.14?0.8??5.2 (4-41) Sp21.7?10?3理想管束缺口处阻力：

Ms220.62?Pwk?(2?0.6Ncw)?(2?0.6?5.2)?743.8Pa

2AbAc?22?0.02796?0.0578?903.8 (4-42) 旁路矫正系数Rb?0.85 查图2.38 折流板泄漏矫正系数R2?0.5 查图2.37 折流板间距不等的矫正系数Rs?1 壳程总阻力：

40

第四章 传热工艺技术

?Ps???Nb?1??Pbk?Rb?Nb?Pwk?R2?2?PbkRb(1?'Ncw)RsNc5.2)?1 8???20?1??15376?0.85?20?743.8??0.5?2?15376?0.85(1??174728.9Pa?5?104Pa (4-43)

查表2.10，合理

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡）

第五章 整体尺寸布局

图5

DN 700 B 380 D 765 E 400

F 4200 G 5100 H 200

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结论

结论

毕业设计论文是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，本次设计题目是浮头式换热器的设计。搞完开题报告后从图书馆和网上收集一切和设计题目有关的资料，有很大一部分时间都是在查找各种标准，公式中度过。做毕业设计是一个很巨大的工程，中间有很多的环节，环环相扣，只要其中有一个细节出现错误，很有可能就会导致整个的设计进程止步不前。本次设计大致分四个步骤，首先进行的是工艺部分的计算，确定出换热管数、管长、管程及壳程流体的流速、换热器筒体的内径等：然后就开始换热器的结构设计，通过已知条件及工艺计算部分的结果选定换热器的大概结构，其中涉及到了一系列零部件的设计和选择，这步工作需要参照GB151，GB150等国家标准进行设计；接着进行各零部件的强度校核，用以保证各零部件的强度和刚度，这也是设计的难点和重点。做好设计说明书紧接下来的便是进行CAD画图，先画好换热器的壳体和封头的大概结构，然后再把每一个零件画上，最后进行一些细节的处理。

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广东石油化工学院本科毕业设计：浮头式渣油换热器的设计（250㎡）

致谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设

计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在这里首先要感谢我的导师。老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。

其次，感谢所有授过我课的老师，无论是基础课老师还是专业课老师。对基础课的学习为我在以后的学习打下了良好的基础－－通过学习英语知识，我基本掌握了外文阅读和翻译的能力；通过学习计算机知识，我能够熟练使用多种基本软件和专业软件的使用方法,如绘图工具软件auto cad。

其次要感谢我的同学对我无私的帮助，特别是在软件的使用方面，正因为如此我才能顺利的完成设计，我要感谢我的母校。大学四年，我学到了很多新的知识，同时我也改变了很多进步了很多。而这些应该归功于我的学校。

最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家领导表示衷心地感谢。

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参考文献 参考文献

［1］GB151-2011，《管壳式换热器》[S].国家质量技术监督局发布，2012 ［2］GB150-2011，《压力容器》[S].国家技术监督局发布,2012

［3］夏清，陈常贵主编.《化工原理》（上册）[M].天津：天津大学出版社，2005 ［4］贾绍义，柴诚敬主编.《化工原理课程设计》[M]．天津：天津大学出版社，2002 ［5］JB4700～4707-1992,《压力容器法兰》

［6］《钢制管法兰、垫片、紧固件》 中华人民共和国化学工业部 ［7］JB/T4709-2000,《钢制压力容器焊接规程》

［8］郑津洋,董其伍,桑芝富主编.《过程设备设计》［M］.化学工业出版社 ［9］潘继红,田茂诚编著.《管壳式换热器的分析与计算》.北京科学出版社

［10］《容器支座》JB/T4712-92 中华人民共和国国家发展和改革委员会发布 机械工业出版社

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