摘要 本设计为固定管板式换热器,主要有外壳、管板、封头等部件组成。其特点是造价低，无内漏旁路渗流较小，处理能力大，选用的材料范围广。本设计采用单壳程，双管程。管程工作压力为1.6MPa，工作温度30℃，介质为水。壳程工作压力2MPa，工作温度138℃，介质为煤油。 换热器作为流体间传热设备，在工业生产中有很高的比重。所以，在换热器的开发与研究上，不仅需要满足各种工艺条件，而且对综合应用能力也有很高得要求。设计时应该加大效率，减少成本，使经济效益也优先考虑。着重探究结构参数，换热性能等方面带来的影响。从查阅资料文献,确定参数和工艺设计计算；然后进行设计及相关图纸的绘制,到最后成稿，画出装配图和零件图。 固定管板式换热器的设计包括：管子的规格和排列方式、圆筒、封头、管板的材料选择及厚度设计，拆流板、防冲板的选择等。首先是选择管子，以查看介质来确定是否需要清洗为原则。管子在管板上的排列方式选择为正三角形排列。因为此时管板的强度高、流体短路机会少，还可以排列更多的管子。壳体厚度计算式是由圆筒薄膜应力准则推导出的。其最小壁厚应不小于封头内径的0.15%。管板作为管壳式换热器最重要的部件之一，在选材时除力学性能外，还应考虑流体的腐蚀性的影响。在计算时，要在满足材料的强度要求的下，尽量减少管板的厚度。拆流板选择为圆缺型挡板，切去的高度一般是外壳内径的20%25%。 换热器类型的选择取决于怎样的生产工艺和生产规模的大小,耗能低,传热效率高。维护换热器意义在提高技术方面具有十分重要的意义。换热器的合理设计可以使工业更为完善,性能得改善也与现有能源合理化的利用的密不可分。 关键词：换热器；管板；壳程；管程；挡板 目录 第一章绪论1 1.1引言1 1.2课题研究的意义1 1.3换热器的分类2 1.4管板式换热器的发展前景3 1.5总结3 第二章工艺条件的选择及设计方案4 2.1设计方案的拟定4 第三章换热器的工艺计算5 3.1确定冷热流体的物性参数5 3.1.1确定设计方案5 3.2计算换热器的热负荷Q 6 3.3冷却水用量6 3.4平均温差的计算7 3.5计算传热面积7 3.6管子选择和管数的确定7 3.6.1管子的选择8 3.6.2管子的工艺计算8 3.7管子排列方式和管间距的确定8 3.7.1管心距9 3.7.2管子排列方式8 3.8壳体内径的确定8 3.9确定总传热系数10 3.9.1管程换热系数的确定10 3.9.2壳程侧换热系数的确定10 3.10流体压降的计算12 3.10.1管程压降的计算12 3.10.2壳程压降的计算12 3.11壳体壁温的计算13 3.11.1流体平均温度的确定13 3.11.2壳体壁温的确定13 第四章换热器的结构设计14 4.1管子与管板的连接14 4.2管板与壳体的连接14 4.3管板与分程隔板的连接15 4.4管板与法兰的连接16 4.5拉杆与管板的连接17 4.6折流板18 4.7流体进出口接管20 4.7.1煤油进出口20 4.7.2水的进出口21 第五章换热器元件强度和刚度的计算22 5.1筒体设计及校核22 5.1.1设计参数的确定22 5.1.2厚度计算22 5.1.3筒体的水压试验23 5.2封头23 5.2.1种类和参数的确定23 5.2.2强度计算23 5.2.3封头直边高度24 5.3管箱25 5.3.1强度计算25 5.3.2管箱的水压试验25 5.4管子与管板的拉脱应力26 5.5计算是否安装膨胀节26 5.5.1管、壳壁温差所产生的轴向力26 5.5.2压力作用于壳体上的轴向力27 5.5.3压力作用于管子上的轴向力28 5.6接管开口补强的计算28 第六章其他辅助结构及标准件的选用31 6.1接管法兰及密封面形式31 6.2鞍座的选择31 6.2.1换热器总质量的计算31 6.2.2鞍座的尺寸及结构选择32 6.3吊耳33 6.4法兰螺栓规格33 6.5拉杆与定距管33 6.6缓冲挡板33 6.7焊条的选择及焊接形式34 总结36 参考文献37 致谢38 课题研究的意义 换热器是一种可以合理利用已有的能源并做到节约、更可以用来开发检测新能源的重要设备。换热器的合理设计可以使工业更为完善，性能得改善也与现有能源合理化的利用的密不可分。现如今有限的能源储备已经很难去满足工业生产的需要，以及人们日渐增长的需求。新能源，例如核能、太阳能、地热能等能源，若想提供给工业及生活使用，都需要大量应用各种不同的适合的换热器。因此，合理的利用现有能源并继续开发新型能源已成为世界性的研究课题。 目前最为广泛的应用固定管板式换热器，它具有很高的可信赖性，广泛的适应能力等优势。在提高技术方面具有十分重要的意义。 固定管板式换热器其特点是造价低，无内漏，旁路渗流较小，处理能力大，选用的材料范围广，清洗方便，可以承受较高操作压力和温度的优势，有着重要的位置，因此，研发此新型的类换热器，对工业发展与经济增长具有重大意义。 换热器的分类 由于最初制造工艺和科学水平有限，面对体积大的工艺需要时，有很大的限制。随着制造工艺的日益发展，后期逐渐形成管壳式，它不但可以提供较大的传热面积，传热效果也变得很好，也一跃成为工业生产中的大变动。 因为流体热交换是所走的的内管和外管的温度是不一样的。所以若两个温度相差很大的流体向交换就会产生该热交换器的显著热应力，从而导致管子出现问题 ①固定管板换热器管结构简单，只适用于冷热流体和温差小的热传递，不需要清洗。当外壳与内部压力之间的温度差不是很高时，可以选择安装弹性补偿环，以减小热应力。 ②浮头式换热器管在的一端可以是自由浮动的，不但可以彻底消除热应力，而且便于促进机械清洁和保养。但结构相对复杂，成本也较高。 ③U型管换热器管是每个弯曲成U形管两端分别固定于下两个领域相同的电路板，由舱壁成进出口商会内管的手段。这样的热交换器被完全消除应力，浮动磁头结构较简单，容易清洗管。 换热器按传热原理可分为： 间壁式换热器：是可以将温度不同的两种流体在被壁面被分开的空间内流动，通过壁面的对流，使得两种流体之间进行换热。 蓄热式换热器：蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。 流体连接间接式换热器：是把两个表面式换热器由可循环的热载体连接起来的换热器，多用于空气分离。 接触式换热器：是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热[3]。 流道的选择:热和冷的热交换流体,根据以下原则来选择通道:①不洁应该去易结垢流体管,因为管清洗更方便; ②腐蚀性流体宜走管③高流体压力管应该去,以避免在压力下的情况; ④饱和蒸汽,蒸汽冷凝传热系数的壳由于流速是独立的,且易于冷凝液排出; ⑤如果两种流体大的固定管板式换热器的选择,之间的温差应使流以减少热应力。