1、固定管板式换热器设计摘 要本 设 计 是 关 于 固 定 管 板 式 换 热 器 的 结 构 设 计 ， 主 要 进 行 了 换 热 器 的 工 艺 计 算 、换 热 器 的 结 构 和 强 度 设 计 。本 设 计 的 前 半 部 分 是 工 艺 计 算 部 分 ， 按 照 GB150-2011 以 及 GB151-2014 等 国家 标 准 以 及 技 术 标 准 等 根 据 给 定 的 设 计 条 件 进 行 换 热 器 的 选 型 ， 校 核 传 热 系 数 ，计 算 出 实 际 换 热 面 积 。 设 计 的 后 半 部 分 主 要 是 关 于 结 构 和 强 度 的 设 计 ， 根
2、 据 已 选定 的 换 热 器 型 式 进 行 设 备 内 部 各 零 部 件 （ 如 接 管 、 定 距 管 折 流 板 、 折 流 板 、 管 箱等 ） 的 设 计 ， 包 括 ： 材 料 的 选 择 、 具 体 的 尺 寸 、 确 定 具 体 的 位 置 、 管 板 厚 度 计 算等 。本 设 计 以 本 着 安 全 可 靠 、 经 济 性 好 、 传 热 效 率 高 以 及 保 护 环 境 为 原 则 进 行 的设 计 ， 符 合 工 厂 中 的 实 际 应 用 。关 于 固 定 管 板 换 热 器 设 计 的 各 个 环 节 ， 本 设 计 书 中 均 有 详 细 说 明 。关 键
3、词 ： 固 定 管 板 ； 管 壳 式 换 热 器 ； 结 构 设 计本科课程设计I固定管板式换热器设计IIAbstractThe design is fixed with respect to the structural design of the tube plate heat exchanger, mainly for the process to calculate heat exchanger, heat exchanger structure and strength design.The first half of this design is part of the calc
4、ulation process, in accordance with GB150-2011 GB151-2014 and other national standards and technical standards in accordance with a given design conditions of the heat exchanger selection, check the heat transfer coefficient, to calculate the actual heat area. The second half of the design is mainly
5、 on the structure and strength of design, internal equipment all parts have been selected according to the type of heat exchanger (such as receivership, spacer tube baffles, baffles, pipe boxes, etc.) Design including: choice of materials, specific dimensions, determine the specific location of the
6、tube plate thickness calculation.On all aspects of the fixed tube sheet heat exchanger design, the design specification is described in detail.Key Words: fixed tube plate; shell and tube heat exchanger； Structural Design本科课程设计III目 录摘 要 .Abstract .第 1 章 设计任务、思想 .11.1 设计任务 .11.2 设计思想 .1第 2 章 换热器的工艺设计
7、.22.1 换热器的工艺条件 .22.2 估算设备尺寸 .22.2.1 计算传热管数 NT .22.2.2 计算壳程直径 D .3第 3 章换热器零部件的结构设计 .43.1 换热管 .43.1.1 换热管的型号和尺寸 .43.1.2 换热管的材料 .43.1.3 换热管排列方式以及管心距 .43.2 折流板 .53.2.1 折流板的主要几何参数 .53.2.2 折流板和壳体间隙 .63.2.3 折流板厚度 .63.2.4 折流板的管孔 .63.2.5 材料的选取 .63.3 拉杆、定距管 .63.3.1 拉杆的结构形式 .73.3.2 拉杆直径、数量和尺寸 .73.3.3 拉杆的布置 .83
8、.4 防冲板 .83.5 接管 .83.5.1 接管（或接口）的一般要求 .83.5.2 接管高度（伸出长度）确定 .83.6 管箱 .93.7 管板结构尺寸 .103.8 封头 .11固定管板式换热器设计IV3.9 法兰结构类型 .123.10 垫片的选取 .123.11 鞍座的选取 .12第 4 章 换热器的机械结构设计 .144.1 传热管与管板的连接 .144.2 管板与壳体的连接 .144.3 管板与管箱的连接 .16第 5 章 换热器的强度设计与校核 .175.1 壳体、管箱的壁厚计算 .175.1.1 壳体 .175.1.2 管箱 .18第 6 章 部分管件零部件的校核计算 .1
9、96.1 壳程圆筒 .196.2 管箱圆筒 .196.3 换热管 .206.4 管板 .206.5 管箱法兰 .216.6 壳体法兰 .216.7 系数 .226.8 计算管板参数 .22第 7 章 换热器的制造、检验、安装与维护 .247.1 换热器的制造、检验与验收 .247.1.1 筒体 .247.1.2 换热管 .247.1.3 管板 .257.1.4 折流板、支持板 .257.1.5 管束的组装 .257.1.6 换热器的组装 .257.1.7 压力试验 .257.2 换热器的安装、试车与维护 .257.2.1 安装 .257.2.2 试车 .267.2.3 维护 .26结束语 .2
10、7本科课程设计V参考文献 .28致谢 .29固定管板式换热器设计0第 1 章 设计任务、思想1.1 设 计 任 务本设计的课题为固定管板式冷却器结构设计，设计包括结构设计和强度设计。其中结构设计需要选择既合理又经济的结构形式，同时又可以满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；而强度计算的内容则应包括换热器材料，确定主要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，再根据设计压力确定壁厚，使换热器能有足够的腐蚀强度。1.2 设 计 思 想本设计尽可能采用先进的技术、国家与行业标准，使生产既能达到技术先进，经济合理的要求，又能符合优质、高产、安全、低消耗的原则，具体有以下几点：(1)根据 GB15020
11、11钢制压力容器和 GB1512014管壳式换热器以及 JB/T 47151992 等国家标准作为基础进行设计。(2)应满足工艺还有操作要求，所设计出来的流程和设备能可以保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定操作弹性，可方便进行流量和传热的调节。(3)应满足经济上的要求，设计应节省然热能和电能的消耗、减少设备与基础的费用，选择比较合理的回流比，节省水蒸气，设计应要全面考虑，力求总费用尽可能的低一些。(4)应保证生产安全，保证换热器具有一定刚度还有强度。根据设计压力确定壁厚，再校核其他零部件的强度，进行水压试验，确定容器是否有足够的腐蚀裕度。本科课程设计1第 2 章 换热器的工艺设计2
12、.1 换 热 器 的 工 艺 条 件壳程（进/出） 管程（进/出）物料名称 泵用冷却水 循环水物料状态 液/液 液/液设计压力 MPa 1.1 0.6最高工作压力 MPa 1.0 0.5设计温度 150 60工作温度 63/52 28/38以下为参考数据换热面积 m2 400换热管规格及管束级别 252.56000；类程数 1 4标准规范 GB150-2011; GB151-20142.2 估 算 设 备 尺 寸2.2.1 计 算 传 热 管 数 NT本设计拟用传热管规格为 252.5，管长为 6m，传热管数 NT 为NT= = =850 根dL A6025.4公式中符号：d0 换热管外径。m
13、mAP 所需换热面积。 M2L 换热管长。MNT 换热管总数。根2.2.2 若 将 传 热 管 若 将 传 热 管 按 正 三 角 形 排 列 ， 计 算 壳 程 直 径 D根据 GB151-2014 的规定，管心距定为 32mm固定管板式换热器设计2横过管束中心线的管数Nc=1.1 =33 根850本设计采用四管程结构，则壳程内径为D=t（ nc-1） +（ 1.5） d0=32（ 33-1） +1.525=1061.5mm圆整得 D= 1100mm本科课程设计3第 3 章换热器零部件的结构设计3.1 换 热 管3.1.1 换 热 管 的 型 号 和 尺 寸除光管外，换热器还可采用各种各样的
14、强化传热管，如翅片管、螺纹管、螺旋槽管等。当管内直径两侧给热系数相差较大时，翅片管的翅片应布置在给热系数低的一侧。本设计选用光管。换热管常用的尺寸（外径 x 壁厚）主要为 19mmx2mm、25mmx2.5mm和 38mmx2.5mm的无缝钢管以及 25mmx2mm和 38mmx2.5mm的不锈钢管。选用管径时，本设计给出换热管规格 252.5 规格。3.1.2 换 热 管 的 材 料常用材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金、钛等。此外还有一些非金属材料，如石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。设计时应该根据工作压力、温度和介质腐蚀性等选用合适的材料。根据钢材标准 GB/T700-2006
15、中 20 号钢完全可以满足要求，因此本设计换热器可以选用材料为 20 号钢。3.1.3 换 热 管 排 列 方 式 以 及 管 心 距管子在管板上的排列有正三角形、正方形和正方形错列三种，如图所示。传热管的排列应使其在整个换热器圆截面上均匀分布，同时还要考虑流体的性质，管箱结构及加工制造等方面的问题。正三角形排列的优点：管板的强度高；流体走短路的机会少，但是管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子；但是正三角形排列管外不易清洗。正方形排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但是在同样的管板面积上可排列的管子数量较少。同心圆排列方式优点靠近壳体的地方管子分布较均匀，在壳体直径较小的换热管可以排列的传热管数比正三角形排列还多 2。由于本换热器流体性质属于比较结晶和不易结垢，因此可以采用正三角形排列，如图（a ）所示：
