浮头式换热器
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：符号公称直径（mm）管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。
浮头式换热器
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。
浮头式换热器
浮头式换热器浮头式换热器是一种常见的热交换设备，被广泛应用于化工、石油、电力、制药等工业领域。
它具有结构简单、换热效果好、运行稳定等特点，在工业生产中发挥着重要的作用。
浮头式换热器的设计原理是利用两种不同介质之间的传热，以实现能量的转移。
它由壳体、束管板、浮头和传热管等组成。
其中，壳体是外部的固定壳体，束管板分隔开了两种介质，传热管是主要传热介质，而浮头则可以随着流体的膨胀和收缩而自由移动。
浮头式换热器的工作过程如下：首先，将需要传热的介质注入传热管中，同时通过固定壳体的入口和出口进行连通。
然后，热能从传热管中传到固定壳体中的冷介质上，由冷介质通过出口流出，实现了热量的传递。
在整个过程中，浮头会根据传热管内外温度的差异而产生膨胀和收缩，以保持壳体内部的良好密封性能。
浮头式换热器的设计和选型，需要考虑多个因素。
首先是流体的性质和流量。
不同的流体有不同的传热特性，所以在选择传热器时需要考虑流体的温度、压力、粘度等参数。
其次是传热器的传热效率。
传热效率是评价换热器性能的重要指标，因此在设计过程中需要合理选择传热面积、传热管的材质和数量等。
最后是换热器的安装和维护。
浮头式换热器通常较大，所以在安装时需要考虑到空间和结构的限制。
而维护方面，需要定期检查传热管内壁的结垢情况，及时清洗和维修。
浮头式换热器在工业生产中具有广泛的应用。
它能够实现不同介质之间的热量传递，有效利用能源，提高生产效率。
同时，由于浮头的作用，它还能够适应介质的膨胀和收缩，减少了由于温度变化引起的应力和振动，保证了设备的安全稳定运行。
总的来说，浮头式换热器是一种重要的热交换设备，在工业生产中起着关键的作用。
它采用简单的结构设计，具有良好的传热效果和稳定的运行性能，能够满足不同介质之间的热量传递需求。
随着工业技术的发展，浮头式换热器的设计和制造技术也在不断改进和创新，为工业生产提供更加可靠和高效的换热解决方案。
浮头式换热器原理和发展趋势
第一段：浮头式换热器的基本原理和工作流程浮头式换热器是一种常见的传热传质设备，广泛应用于化工、石油、制药等领域中。
它具有结构简单、传热效率高、维修方便等优点，因此被广泛使用。
图1：浮头式换热器的基本结构基本原理：浮头式换热器是通过壳体和管束之间的流体进行传热传质的。
在换热过程中，一种流体流过管束内部，在管束内与另一种流体发生传热传质作用，并将热量或物质传递到另一种流体中。
传热传质的效率取决于流体之间的温度差、密度差、热传导系数等。
工作流程：浮头式换热器的工作流程如下：1流体进入换热器壳体：流体通过进口法兰进入浮头式换热器壳体，经过流道板的导向，进入管束。
2.流体在管束内传热传质：热量或物质通过管束内的壁面传递给另一种流体。
在这个过程中，流体之间的温度差、密度差、热传导系数等都会影响传热传质的效率。
3.流体从管束内出口流出：经过管束内部的传热传质作用，流体从管束出口流出，进入壳体的另一端，再通过出口法兰流出浮头式换热器。
4.浮头自由膨胀收缩：在换热过程中，壳体和管束之间的热胀冷缩会引起一定的变形，而浮头则可以自由膨胀和收缩，适应不同的热膨胀系数，避免因温度变化而引起机械应力。
5.浮头式换热器工作完成：流体在壳体和管束内部完成了传热传质的作用，达到了预期的效果。
需要注意的是,在实际应用中，还需要对浮头式换热器进行定期检查、维修保养，以确保其正常运行。
同时，在使用过程中还需要根据实际情况进行调整和优化,以提高传热传质效率，降低能耗成本。
第二段：浮头式换热器的历史沿革和发展趋势浮头式换热器最初是由法国石油公司She11Oi1Company在20世纪50年代研制成功的，目的是为了提高炼油厂的生产效率。
此后，浮头式换热器在各种化工、冶金、电力和制药等领域广泛应用，被认为是换热器的一种重要类型之一。
近年来，随着工艺技术和制造工艺的不断发展，浮头式换热器的设计和制造技术也取得了长足的进步。
在使用中，浮头式换热器已经成为化工、制药、电子、石油和天然气等行业中最常用的换热器之一。
《浮头式换热器》课件
智能化控制技术
利用物联网、大数据和人工智能 等技术手段，实现换热器的智能 化控制和远程监控，提高设备的 运行效率和安全性。
环保节能技术
推广和应用环保节能技术，降低 换热器的能耗和排放，满足日益 严格的环保要求。
市场前景
市场需求
随着工业生产和能源利用的不断发展，对高 效、环保、节能的换热设备需求不断增加， 浮头式换热器作为常用的换热设备之一，具 有广泛的市场需求。
市场前景
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，浮 头式换热器市场将保持稳定增长，未来市场 前景广阔。同时，市场竞争也将日益激烈， 企业需要加强技术创新和品质管理，提高产 品竞争力。
THANKS.
浮头式换热器的设
03
计与选型
设计要点
结构稳定性
浮头式换热器应具备足够的结构稳定性，能 够承受内部压力和外部载荷。
高效传热
设计时应考虑采用高效的传热元件和结构， 以提高换热效率。
流体动力学性能
应优化流道设计，减少流体阻力，提高流体 的流动性。
材料选择
根据使用条件选择合适的材料，确保设备的 耐腐蚀、耐高温和长期稳定性。
工作原理
总结词
浮头式换热器的工作原理及传热过程
详细描述
浮头式换热器通过加热或冷却管束内的流体，使管束内的流体与外部的流体进行热量交换。热量通过管壁传递给 外部的流体，从而实现热量的传递。浮头式换热器的设计使得其能够适应不同的操作条件和流体特性，具有较高 的传热效率和较小的体积。
结构组成
总结词
浮头式换热器的结构组成及各部分的作用
《浮头式换热器》PPT 课件
contents
浮头式换热器解读
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 designSummaryThe 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 " pressure vessel ", GB151-1999 " shell and tube heat exchangers ", " Safety Technology Supervision Stationary Pressure Vessels " and other standards ( tube box , head, flange , 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 design1.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。
浮头式换热器课程设计
浮头式换热器课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握浮头式换热器的基本原理、结构特点、工作流程和应用范围。
通过学习，学生能够理解浮头式换热器在化工、能源等领域的的重要作用，具备分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：•掌握浮头式换热器的定义和分类；•理解浮头式换热器的工作原理和结构特点；•熟悉浮头式换热器的设计计算方法和应用场景。
2.技能目标：•能够分析浮头式换热器的工作流程和性能指标；•具备利用浮头式换热器解决实际问题的能力。
3.情感态度价值观目标：•培养学生对浮头式换热器技术的兴趣和好奇心；•使学生认识到浮头式换热器在现代工业中的重要性；•培养学生的创新精神和团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括浮头式换热器的基本原理、结构特点、工作流程和应用范围。
具体安排如下：1.浮头式换热器的定义和分类；2.浮头式换热器的工作原理和结构特点；3.浮头式换热器的设计计算方法；4.浮头式换热器的应用场景和案例分析；5.浮头式换热器在现代工业中的重要性。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握浮头式换热器的基本原理和知识；2.讨论法：引导学生参与课堂讨论，培养学生的思考和分析能力；3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解浮头式换热器的应用和解决实际问题的能力；4.实验法：安排实验室实践，使学生亲手操作，加深对浮头式换热器的理解和掌握。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的浮头式换热器教材作为主要教学资源；2.参考书：提供相关的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作精美的课件、动画等多媒体资料，提高学生的学习兴趣；4.实验设备：准备浮头式换热器的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用多种评估方式，包括平时表现、作业、考试等。
浮头式换热器课件
环保和可持续发展
注重环保和可持续发展 ，开发高效、环保、可 回收的换热器，减少对 环境的负面影响。
多功能化和集成化
将多种功能集成于一个 换热器中，实现多功能 化和集成化，满足复杂 工况的需求。
THANKS
谢谢
密封材料
选用耐磨、耐高温的密封 材料，确保密封性能可靠 。
结构设计
壳体设计
采用合理的壳体结构，确保设备强度 和稳定性。
管束设计
采用紧凑、合理的管束排列方式，提 高换热效率。
进出口设计
合理设计进出口流道，降低流体阻力 ，提高换热效率。
支撑结构
设计可靠的支撑结构，确保设备稳定 运行。
03
CHAPTER
常见故障与排除
泄漏
如果发现泄漏，应立即停止使用并进行修复。常见的泄漏原因包括 螺栓松动、垫片老化或损坏、管子破裂等。
效率降低
如果发现换热器的效率降低，可能是由于沉积物、污垢或堵塞造成 的。需要进行清洁或疏通。
振动和噪音
如果换热器出现振动或噪音，可能是由于部件松动、不平衡或流体动 力学问题。需要检查并加固部件或优化流体流动。
类型与结构
类型
浮头式换热器有多种类型，如固定管板式、浮头式、U型管式等。根据不同的工艺要求和流体特性，可以选择适 合的换热器类型。
结构
浮头式换热器的结构主要包括壳体、管束、浮头、密封元件等部分。其中，壳体用于容纳传热管束和流体；管束 由许多传热管组成，用于传递热量；浮头则可以自由伸缩，以适应温度变化引起的热胀冷缩；密封元件用于保证 流体的密封性。
特点
浮头式换热器具有结构紧凑、传 热效率高、适应性强、操作灵活 等优点，能够在高温、高压、腐 蚀等恶劣环境下稳定运行。
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串联换热器(重叠式换热器)
• 一般，管程有多管程， 但壳程没有多壳程。
• 如果工艺需要两壳程 时，把两台同型号直 径较小的换热器重叠 在一起（如图）。
• 外观的判断方法。
换热器的劣化和失效形式
• 一、腐蚀 1、含硫、含酸的介质引起的腐蚀 2、应力腐蚀开裂 3、冷却水引起的腐蚀
• 二、机械和热应力损伤 1、热应力造成管头胀接松动 2、热应力造成管头焊缝裂纹 3、化学清洗、机械清理引起的损伤 4、振动产生的疲劳损伤
• 三、密封垫片的失效 浮头式换热器的大垫片共有四个
浮头式换热器的泄漏形式
• 停工顺序：与开工顺序相反
冷却器如何控制水量
• 采用出口阀控制 • 采用入口阀控制水量弊多利少
入水量限死可引起冷却器内水流短路或流 速减慢，造成上热下凉，影响换热效果。 采用出口控制能保证流速和换热效果。
介绍金属的覆盖层保护
• 覆盖层保护：把容易腐蚀的金属遮盖一种致密的 屏障，以达到防腐蚀的目的。
防冲板、导流筒的作用
• 防冲板：防止壳程入口流体直接冲刷管束， 避免冲蚀管束和造成震动。
• 导流筒：避免流体的流动死角，提高传热 效率。
• 流动死角：流体不能流动的空间。
换热器两种流体的换热方式
• 逆流：两流体以相反的方向流动 • 顺流：两流体以相同的方向流动 • 错流：两流体互相垂直交叉流动 • 折流：一流体沿一方向流动，而另一流体反复来回流动。 • 复杂折流：两流体均作折流，或既有折流，又有错流。 • 采用逆流操作，可以节省传热面积，还可以节省加热介质
• 覆盖层保护的方法很多，可分为：金属覆盖层、 非金属覆盖层、化学或电化学覆盖层、暂时性覆 盖层。
• 金属覆盖层的方法：电镀、化学镀、喷镀、渗镀、 浸镀、包覆。
• 非金属覆盖层的方法：刷漆、理、阳
极氧化、金属磷化。 • 暂时性覆盖层的方法：油封、石蜡封。
简单介绍换热器的试压
• 介绍的原因 • 试压工具：假法兰、假帽子 • 试压方法：管程试压、壳程试压 • 管程试压的优缺点 • 壳程试压的优缺点
换热器设计或选型应考虑的问题
• 1、不洁净和易结垢的流体宜走管程 • 2、腐蚀性的流体宜走管程 • 3、压强高的流体宜走管程 • 4、饱和蒸汽宜走壳程 • 5、被冷却的流体宜走壳程 • 6、有毒流体宜走管程 • 7、粘度大的或流量小的流体宜走壳程 • 8、温差较大，对流传热系数大的流体宜走壳程。
• 常见的有弓形（又叫 圆缺形）和盘-环形。
折流板的布置
• 壳程折流板 的布置决定 了壳程中介 质的流向和 分布，常见 的几种布置 图。
折流板的布置要求
• 有了折流板，传热系数增大，但流动阻力随之增加。如果布置不合适，旁流增大，反而使传热系数 下降，效率降低。
• 折流板尺寸不当，管束安装困难 • 如下图，折流板缺口高度及板间距对流体流动的影响
介绍管束的防腐
• 在换热管的管内或管外遮盖一种致密的防 腐涂料，以达到防腐蚀的目的。
• 常见的防腐涂料分：耐水腐蚀（绿色）、 耐油耐温腐蚀（土黄色）。
• 防腐涂料的步骤 • 防腐的优点：成本低，效果好。 • 防腐的缺点：检修安装时更要细心。
如何保证换热器的长周期运行
• 设计选型：材料、结构、设计应考虑的问 题。
• 保证检修质量 • 开停工过程 • 操作过程
携手共进，齐创精品工程
Thank You
世界触手可及
换热器的泄漏危害很大，甚至着火。 • 外漏：管箱法兰垫片、管板与壳体法兰垫
片、头盖垫片 • 内漏：换热管穿孔、管头焊缝裂纹、浮头
垫片 • 外漏的判断：从外观观察 • 内漏的判断：油品变质、采样化验
换热器的开停工顺序
• 开工顺序：换热器先进冷介质，再缓慢进 热介质。冷却器先进冷水，再缓慢进热介 质。
浮头式换热器的各部名称
• 管箱、壳体（筒体）、管束、浮头、浮头 勾圈、头盖
• 管箱中有隔板、接管、管箱法兰 头盖上有排气孔、头盖法兰 壳体上有接管、鞍座、壳体法兰
管束上有管板、换热管、折流板、防冲板、拉杆和定距杆
• 管程、壳程、单管程、双管程
折流板
• 作用：改变介质的流 向分布，以提高传热 系数。