固定管板式换热器

1-平盖 2-平盖管箱 3-接管法兰 4-管箱法兰 5-固定管板 6-壳体法兰 7-防冲板 9-补强圈 10-壳体 11-折流表 12-旁路挡板 13-拉杆 14-定距管 15-支持板
8-仪表接口 16-双头螺柱或螺栓
17-螺母 18-外头盖垫片 19-外头盖侧法兰 24-浮头法兰 25-浮头垫片
20-外头盖法兰 21-吊耳 22-放气口 23-凸形封头 30-排液口 31-钩圈
机械工程学院 过程装备与控制工程专业 2006-03 班 学生：
毕业设计题目：流量为 310t/h 四管程固定管板式换热器
毕业设计内容： 1、相关文献检索并翻译 2、设计计算书一份 3、绘制施工图，折合 A1 号图四张
毕业设计专题部分：
指 导 教 师：
签字
2009 年 6 月
日
教研室主任：
签字
2009 年 6 月
日
系
主
任：
签字
2009 年 6 月
日
沈阳化工大学学士学位论文
摘要
摘
要
本设计是四管程固定管板式换热器， 是目前应用最为广泛的换热器。 本台换热器主要完成的是水蒸气-水之间的热量交换，设计压力为管程 1.43MPa，壳程 0.825MPa，工作温度管程 80℃，壳程 168℃，设计温度 管程 100℃， 壳程 200℃， 管程介质为 1.3MPa 的水， 壳程介质为 0.75MPa 的水蒸气，传热面积为 256m2，采用 Φ25×2.5×4500 的无缝钢管换热， 则可计算出 716 根换热管，DN=1000mm 的圆筒。本台换热器的管板延 长兼做法兰，管板与换热管的连接方式为焊接，因管板上的应力较多， 且内外温度有一定的差值，因此，对管板强度的校核是一个重点，也是 一个难点，本文按照弹性支撑假设对管板进行设计和校核的。 固定管板式换热器的优点是： 结构简单、 紧凑， 能承受较高的压力， 造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；这种换热器使用 于壳侧介质清洁且不宜结垢，并能进行清洗管束，壳程两侧温差不大或 者温差较大但壳侧压力不高的场合。
沈阳化工大学
本科生毕业设计
题
院 专 班
目： 流量为 310t/h 四管程固定管板式换热器
系： 业： 级： 机械工程学院 过程装备与控制工程 2006-03
学生姓名： 指导教师： 龚斌
设计提交日期： 2010 年 06 月 25 日 设计答辩日期： 2010 年 06 月 29 日
毕 业 设 计 任 务 书
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目录
目 录
一、换热器综述 ...............................................1 1.1 管壳式换热器结构 ..................................1 1.2 管壳式换热器类型 ........................Leabharlann Baidu.........2 1.3 管壳式换热器强化传热 ..............................3 1.4 换热器的防腐措施 ...................................4 1.5 管壳式换热器的发展前景 .............................4 二、传热工艺计算 .............................................6 2.1 原始数据 ...........................................6 2.2 定性温度及确定其物性参数 ...........................6 2.3 传热量与水蒸气流量计算 .............................6 2.4 有效平均温差计算 ...................................7 2.5 管程换热系数计算 ...................................8 2.6 管程结构初步设计 ...................................8 2.7 壳程换热系数计算 ...................................9 2.8 传热系数计算 ......................................10 2.9 管壁温度计算 ......................................10 2.10 管程压降计算 .....................................10 2.11 壳程压降计算 .....................................11 三、结构设计计算 ............................................13 3.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定 ................13 3.2 布管方式的选择 ....................................13
26-球冠形封头 27-浮动管板 28-浮头盖 29-外头盖
32-接管 33-活动鞍座 34-换热管 35-挡管 36-管束 37-固定鞍座 38-滑道 39-管箱垫片 40-管箱圆筒 41-封头管箱 42-分程隔板
壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷 热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程 流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提 高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横
四、附录英文文献原文及翻译 ..............................43
参考文献....................................................55
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综述
一．换热器综述 管壳式换热器简介
管壳式换热器 (shell and tube heat exchanger) 又称列管式换热器。 是以封 闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单， 操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使 用，是目前应用最广的类型。 1.1 管壳式换热器结构 管壳式换热器主要由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部 件组成。其结构简图如下：
关键词：换热管、固定管板、温差应力
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Abstract
Abstract
This design is about fixed plate heat exchanger. At present this exchanger are most used. This exchanger is mainly completed the heat exchange from hot water steam to water. The design pressure of the tube-side is 1.43 MPa, the design pressure of the shell-side is 0.825 MPa. The work temperature of the tube-side is 80℃.The work temperature of the shell-side is 1168℃. The design temperature of the tube-side is 100℃,The design temperature of the shell-side is 200℃.The fluid of the tube-side is 1.3MPa water and the fluid of the shell-side is 0.75MPa water steam. The area for exchanging heat is 256m2.The heat exchanger used the tube Φ25×2.5×4500.We can work that this is heat exchanger consist of 716 tubes and the DN of shell is 1000mm.We weld the tube to the plate because there has a stress between the tube-side and shell-side that is really difficult to work out. The tube plate is designed and checked based in elastic supporting assumption. The advantages of the fixed tube-shell exchanger: The exchanger can bear high press; The price of making is low; Structure is simple and compacted; We can wash the tubes easily; We can change the broken tubes conveniently. The foremost shortcoming of the fixed tube-shell exchanger is the heats tress between the shell and the tubes is very large. Keywords: heat exchange tube、fixed tube sheet、thermal stress
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综述
向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方 形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方 形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示 为最简单的单壳程单管程换热器 , 简称为 1-1 型换热器。为提高管内流体速度 , 可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部 分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也 可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程 与多壳程可配合应用。 1.2 管壳式换热器类型 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如 果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从 管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过 50 ℃时，需采取适当补偿措施， 以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种 主要类型： 1.固定管板式换热器 管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单 , 但只适 用于冷热流体温度差不大 , 且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大 而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。 2.浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力 ; 且整个 管束可从壳体中抽出 , 便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结 构比较复杂，造价较高。 3.U 型管换热器 每根换热管皆弯成 U 形，两端分别固定在同一管板上下 两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力， 结构比浮头式简单，但管程不易清洗。 4. 填料函式换热器 在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。 由于用填料函式密封结构，使得管束在课题轴向可以自由伸缩，不回产生壳壁 与管壁变形差引起的热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节 省材料，造价较低，且管束从壳体内可以抽出，管内管间都能进行清洗，维修 方便。
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目录
3.3 筒体内径的确定 ....................................13 3.4 筒体壁厚的确定 ....................................14 3.5 筒体水压试验 ......................................15 3.6 封头形式的确定 ....................................15 3.7 管箱短节壁厚计算 ..................................16 3.8 管箱水压试验 ......................................17 3.9 容器法兰的选择 ....................................17 3.10 管板尺寸的确定及强度计算 .........................18 3.11 是否安装膨胀节的判定 .............................30 3.12 防冲板尺寸的确定 .................................30 3.13 折流板尺寸的确定 .................................31 3.14 各管孔接管及其法兰的选择 .........................31 3.15 开孔补强计算 .....................................35 3.16 支座的选择及应力校核 ............................38