摘要 换热器可按照其结构形式分类：有固定管板式换热器；填料函式换热器；浮头式换热器；U形管换热器。固定管板式换热器类属于管壳式换热器，是管壳式换热器的一种标准结构，也是目前应用比较广泛的一种换热器[1]。这类换热器拥有许多特点：结构简易，紧凑，适用面很广泛，安全系数很高，选料面可以很广，成本很低廉，换热表面的清洗也极为方便。因为固定管板式换热器可以承受比较高的温度和比较高的操作压力，所以在大型换热器和高温高压换热器中，占首要地位。固定管板式换热器有许多特点，最突出的特点是锻件少、比较便宜、密封性能好。由于它的壳程无法机械清洗，所以管子腐蚀后会和壳体一起报废，设备的寿命就会降低[2]。所以当所需流量不同时，需要根据不同的流量设计不同的换热器。 首先根据给出的设计温度和设计压力来确定设备的结构形式以及壳程和管程的材料，然后根据物料的性质和传热的面积来确定换热管的材料，尺寸和根数。根据换热管的根数确定换热管的排列，并根据换热管的排列和长度来确定筒体直径以及折流板的选择。通过对容器的内径和内外压的计算来确定壳体和封头的厚度并进行强度的校核。然后是对换热器各部件的零部件的强度设计，有法兰的选择和设计计算与校核，钩圈及浮头法兰的设计计算与校核和管子拉脱力的计算。并且还包括管板的结构设计、防冲挡板、滑道结构的设计以及支座设计。结构设计中的标准件可以按照国家标准根据设计条件直接选取，非标准件，设计完结构后必须进行相应的应力校核。通过查阅GB150-2011《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》以及GB和JB等标准以及查看设计要求，我对固定管板式换热器进行了结构设计和CAD绘图。进行了标准件的选取，零件间连接结构的设计，零件材料的选择以及厚度的计算。其中包括了筒体壁厚、封头壁厚、管板壁厚和管箱壁厚的计算，管子拉脱力和稳定性校核，接管、法兰、容器法兰、支座等的选择及开孔补强设计，管板、折流板以及换热管之间的连接的结构设计，壳体与管板之间的连接处的设计。 随着经济的发展，现有的科技成果为我们的生活带来了很大的方便，换热器的设计技术也在不断地更新，以后的应用前景将会更加美好。根据设计要求，绘制了一张总装配图和两张零部件图。 关键词：换热器；结构；计算；校核 目录 第一章绪论3 1.1换热器概述3 1.2换热器类型3 1.2.1卧式壳程换热器3 1.2.2卧式管程换热器3 1.2.3立式壳程换热器3 1.2.4管内向下流动的立式管程换热器3 1.2.5向上流动的立式管程换热器3 1.3换热器发展前景3 1.4固定管板式换热器总体设计3 1.5本文研究内容3 第二章工艺计算3 2.1设计条件3 2.2确定物性数3 2.3换热器的类型与流动空间的确定3 2.4估算传热面积3 2.4.1二甲胺蒸气用量3 2.4.2热负荷计算3 2.4.3计算有效平均温度差3 2.4.4估算传热面积3 2.4.5选工艺尺寸计算3 2.4.6管程数和传热管数3 2.4.7平均传热温差的校正以及壳程数的选取3 2.4.8管子排列3 2.4.9管心距3 2.4.10壳体内径3 2.4.11折流板3 2.4.12换热器核算及壳程表面传热系数3 2.4.13管内表面传热系数3 2.4.14污垢热阻和管壁热阻3 2.4.15传热系数3 2.4.16传热面积裕度3 2.4.17传热管和壳体壁温核算3 2.4.18压降校核3 2.4.19壳程流体阻力3 2.5换热器主要结构尺寸和计算结果3 第三章结构设计3 3.1壳体、管箱壳体和封头的设计3 3.1.1壁厚的确定3 3.1.2管箱法兰和垫片确定3 3.1.3箱壳体壁厚的确定3 3.1.4标准椭圆封头的厚度确定3 3.2管板与换热管设计3 3.3进出口的设计3 3.3.1接管的设计3 3.3.2接管外伸长度3 3.3.3排气、排液管3 3.3.4壳程接管位置的最小距离3 3.3.5管箱接管尺寸的最小位置3 3.4折流板或支持板尺寸3 3.4.1折流板缺口高度和最小厚度3 3.4.2折流板和折流板孔径3 3.4.3折流板直径及允许偏差3 3.4.4折流板的布置及质量计算3 3.5防冲挡板3 3.6拉杆与定距管3 3.6.1拉杆的尺寸3 3.6.2拉杆的直径和数量3 3.6.3拉杆的位置、定距管尺寸及鞍座选用3 第四章强度计算3 4.1壳体、管箱壳体和封头校核3 4.1.1对壳体进行强度校核3 4.1.2压力试验强度校核3 4.1.3管箱壳体校核3 4.1.4压力试验强度校核3 4.1.5对椭圆封头进行强度校核3 4.1.6压力试验强度校核3 4.2接管开孔补强3 4.2.1蒸汽进出口的接管有关参数的选定3 4.2.2有效补强范围的确定3 4.2.3有效补强面积3 4.2.4冷却水进出口的接管有关参数的选定3 4.2.5开孔处所需的最小补强面积3 4.2.6有效补强范围的确定3 4.2.7有效补强面积3 4.3膨胀节3 4.3.1管子拉脱力计算3 4.3.2膨胀节设置计算3 4.4管板校核3 4.4.1结构尺寸参数3 4.4.2壳程圆筒材料和换热管材料3 4.4.3管板、法兰、螺栓、垫片材料3 4.4.4管子的许用应力3 4.4.5垫片压紧力作用中心圆直径和面积3 4.4.6管板布管区当量直径和系数计算3 4.4.7基本法兰力矩3 4.4.8管程压力操作工况下法兰力矩3 4.4.9换热管与壳体圆筒的热膨胀应变形差3 4.4.10管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数3 4.4.11管子厚度和加强系数3 4.4.12管板周边无量纲宽度和壳体法兰参数3 4.4.13旋转刚度无量纲参数、确定系数3 4.4.14设计条件不同危险组合土况的应力计算3 4.4.15四种危险工况的各种应力计算与校核3 4.5设计值总汇3 第五章结论3 参考文献3 致谢3 换热器概述 换热器的定义是将热流体的一部分热量传递给冷流体的设备，又叫做热交换器。换热器在生活中应用广泛，在正常生活中汽轮机装置中的凝汽器还有日常生活中的取暖用的暖气散热片以及航天火箭上的油冷却器等，都叫做换热器。换热器还广大运用于化工工业，石油，动力和原子能等工业部门[6]。换热器的主要作用是保证介质在工艺过程中所要求的特定温度，同时也是其中之一的主要设备在提高能源利用率方面。在节能技术改革中，换热器具有的作用表现在两大方面：一方面在生产工艺流程中明显能减少能源的消耗的办法是使用大量的换热器的效率；第二方面可以明显提高设备的热效率的方法是用换热器来收回工业余热。 列管式换热器的应用己经有了很久远的历史，而且列管式换热器作为一种传统的标准换热设备，应用于很多化工部门。尤其应用于化工设备，石油设备，能源设备等部门使用的换热设备，在这些部门中，列管式换热器仍处于首要地位，列管式换热器中所用的换热表面可以是带肋片的扩展表面、简单的光管或经开槽、波纹或其他特殊方式处理后的强化表面。 本次设计特针对这类换热器中的卧式壳程换热器的结构和工艺计算进行了介绍。