1、畢業設計（論文） 題目：四管程浮頭式換熱器 學 院： 助學單位： 專 業： 過程裝備與控制工程 辦學形式： 姓 名： 指導教師： 年 月四管程浮頭換熱器摘要本設計說明書是關于浮頭式換熱器的設計，主要是進行了換熱器的工藝計算、換熱器 結構和強度設計。換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械及其它許多工業部門廣泛使用的一種通用設備。在目前大型化工及石油化工裝置中，采用各種換熱的組合，就能充分合理地利用各種等級的能量，使產品的單位能耗降低，從而降低產品的成本已獲得好的經濟效益。因而，在大型化工及石油化工生產過程中，換熱器得到越來越廣泛的應用。在化工廠中，換熱器所占比例也有了明顯提高，

2、成為最重要的單元設備之一。近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業得到了迅猛發展。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大的換熱設備。在設計過程中，我盡量采用較新的國家標準，做到既滿足設計要求，又使結構優化，降低成本，以提高經濟效益為主，力爭使產品符合生產實際需要，適合市場激烈的競爭。同時為了使本次設計能夠進行順利，我在設計前參閱了許多有關書籍和英文文獻，并做了一定量的外文翻譯工作。設計的前半部分主要是對換熱器的原理、結構進行的詳細的描述，從而進行換熱器的選型，結構設計分析。設計的后半部分則是關于結構和強度的設計，主要是根據已經選定的換熱器型式進行設備內各零部件的設計，如管板、折流板、定距管、

3、鉤圈、管箱等。關鍵詞：管殼式換熱器 、浮頭式換熱器 、管板 浮頭蓋 、浮頭法蘭。Floating Head Heat Exchanger DesignAbstractThis design manual is about the floating head heat exchanger design, mainly for the heat exchanger process calculation, heat exchanger design of the structure and strength. Heat exchanger is the chemical, oil refining

4、, power, food, light industry, atomic energy, pharmaceutical, machinery, and other widely used in many industrial sectors as a general-purpose device. The past 23 years, chemical, petroleum, light industry and other process industries have been developing rapidly. In the design process, I try to use

5、 a relatively new national standard, so not only meet the design requirements, but also to structural optimization, cost reduction, mainly to improve economic efficiency, and strive to make the products meet the actual needs of production for the market competition. Meanwhile, in order to make this

6、design smoothly carried out, I read a lot before in the design of the books and English literature, and to do a certain amount of foreign language translation workThe first part of the design is mainly the principle of heat exchanger, a detailed description of the structure, which for heat exchanger

7、 selection, structure design. The latter part is about the design of the structure and strength of the special heat exchanger, which is mainly to design the parts, such as tube-sheet, baffle plate, distance control, floating cover, tube boxes and so on , based on the heat exchanger types selected. T

8、he paper include: design and calculation, material selection, determining the specific dimensions , determining the exact location, pipe thickness calculation, the floating head cover and floating head flange thickness calculation, the opening reinforcement calculation. Finally I draw an assembly ma

9、p, three parts diagram.Key words: Floating Head Heat Exchanger; Design; Check;目錄 1說明部分11.1換熱器的概述11.2 換熱器的發展歷史11.3 換熱器的分類21.3.1 直接接觸式換熱器21.3.2 蓄熱式換熱器21.3.3 間壁式換熱器31.3.4 中間載熱體式換熱器31.4 浮頭式（或固定管板式或U形管式）換熱器的介紹41.5 換熱器的設計要求61.6 設備制造工藝過程71.7 換熱器的選型81.7.1板型選擇81.7.2流程和流道的選擇81.7.3壓降校核91.8 管程結構部件91.9 殼程結構部件122

10、 計算部分172.1浮頭式換熱器筒體的計算172.1.1 計算條件172.1.2 前端管箱筒體壁厚計算172.1.3 后端管箱筒體壁厚計算18殼程筒體壁厚計算192.2 前后端封頭的計算20計算條件202.2.2 前端封頭的厚度計算202.2.3 后端封頭的厚度計算212.3管板的計算212.3.1 符號說明212.3.2 墊片的選擇和計算22管板結構參數及系數的確定222.3.4 換熱器的應力校核24換熱管與管板連接的拉脫力校核252.4 螺栓的選擇及強度校核252.4.1螺栓的選擇25螺栓的強度校核262.5 法蘭的選擇262.5.1 法蘭的力矩計算27法蘭的應力校核272.6 浮頭部分的

11、計算282.6.1 球冠形封頭計算282.7 開孔補強計算29符號說明29補強的判斷方法30謝辭33參考文獻341說明部分1.1換熱器的概述換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，使流體溫度達到工藝流程規定的指標的熱量交換設備，又稱熱交換器1.2 換熱器的發展歷史二十世紀20年代出現板式換熱器，并應用于食品工業。以板代管制成的換熱器，結構緊湊，傳熱效果好，因此陸續發展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質的換熱問

12、題，人們對新型材料制成的換熱器開始注意。60年代左右，由于空間技術和尖端科學的迅速發展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的發展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發展和廣泛應用。此外，自60年代開始，為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發展。近二三十年來，化工、石油、輕工等過程工業得到了迅猛發展。能源緊缺已成為世界性重大問題之一，各工業部分都在大力發展大容量、高性能設備，以減少設備的投資和運轉費用。因此，要求提供尺寸小，重量輕、換熱能力大的換熱設備。特別是20世紀70年代的世界能源危機，加速了

13、當代先進換熱技術和節能技術的發展。世界各國十分重視傳熱強化和熱能回收利用的研究和開發工作，開發適用于不同工業過程要求的高效能換熱設備來提高工業生產經濟效益，并取得了豐碩成果。到目前為止，已研究和開發出多種新的強化傳熱技術和高效傳熱元件。為了強化傳在研究和發展熱管的基礎上又創制出熱管式換熱器。1.3 換熱器的分類 在工業生產中，由于用途、工作條件和物料特性的不同，出現了各種不同形式和結構的換熱設備。 按作用原理或傳熱方式分類：按換熱設備熱傳遞原理或傳熱方式進行分類，可分為以下幾種主要形式。 直接接觸式換熱器這類換熱器又稱混合式換熱器，它是通過冷、熱流體的直接接觸、混合進行熱量交換的換熱器。如冷卻

14、塔、冷卻冷凝器等。為增加兩流體的接觸面積，以達到充分換熱，在設備中常放置填料和柵板，通常采用塔狀結構。直接接觸式換熱器具有傳熱效率高、單位容積提供的傳熱面積大、設備結構簡單、價格便宜等優點，但僅適用于工藝上允許兩種流體混合的場所。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。1.3.2 蓄熱式換熱器這類換熱器又稱回熱式換熱器。它是借助于由固體(如固體調料或多孔性

15、格子磚等)構成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。在換熱器內首先由熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后由冷流體通過，由蓄熱體把熱量釋放給冷流體。由于兩種流體交替與蓄熱體接觸，因此不可避免地會使兩種流體少量混合。若兩種流體不允許混合，則不能采用蓄熱式換熱器。蓄熱式換熱器結構緊湊、價格便宜、單體體積傳熱面積大，故較適合用于氣-氣熱交換的場合。如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。1.3.3 間壁式換熱器這種換熱器又稱表面式換熱器。它是利用間壁（固體壁面）將進行熱交換的冷

16、、熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。間壁式換熱器是工業生產中應用最為廣泛的換熱器，其形式多種多樣。1.3.4 中間載熱體式換熱器這類換熱器是把兩個間壁式換熱器由在其中循環的載熱體連接起來的換熱器。載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器。1 間壁式換熱器分類：間壁式換熱器根據傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。(1)管式換熱器這類換熱器都是通過管子壁面進行傳熱的換熱器。按傳熱管的結構形式不同大致可以分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、管殼式換熱器和纏繞管式換熱器等。

17、(2)板面式換熱器此類換熱器都是以板面作為傳熱面，按傳熱板面的結構形式可分分為以下五種：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器。板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優越，由于其結構上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態，從而強化了傳熱。板面式換熱器采用板材制造，在大規模組織成產時，可降低設備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。 (3)其他型式換熱器 這類換熱器是指一些具有特殊結構的換熱器，一般是為滿足某些工藝特殊要求而設計的，如石墨換熱器、聚四氟乙烯換熱器和熱管換熱器等換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。 混合式換熱器是通過冷、熱流體的直接

18、接觸、混合進行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器。由于兩流體混合換熱后必須及時分離，這類換熱器適合于氣、液兩流體之間的換熱。例如，化工廠和發電廠所用的涼水塔中，熱水由上往下噴淋，而冷空氣自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飛沫及水滴表面，熱水和冷空氣相互接觸進行換熱，熱水被冷卻，冷空氣被加熱，然后依靠兩流體本身的密度差得以及時分離。 蓄熱式換熱器是利用冷、熱流體交替流經蓄熱室中的蓄熱體(填料)表面，從而進行熱量交換的換熱器，如煉焦爐下方預熱空氣的蓄熱室。這類換熱器主要用于回收和利用高溫廢氣的熱量。以回收冷量為目的的同類設備稱蓄冷器，多用于空氣分離裝置中。 間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，

19、并通過間壁進行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應用最廣。 間壁式換熱器根據傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設計的換熱器，如刮面式換熱器、轉盤式換熱器和空氣冷卻器等。1.4 浮頭式（或固定管板式或U形管式）換熱器的介紹浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，而另一端的管板可在殼體內自由浮動，殼體和管束對膨脹是自由的，故當兩張介質的溫差較大時，管束和殼體之間

20、不產生溫差應力。浮頭端設計成可拆結構，使管束能容易的插入或抽出殼體。（也可設計成不可拆的）。這樣為檢修、清洗提供了方便。但該換熱器結構較復雜，而且浮動端小蓋在操作時無法知道泄露情況。因此在安裝時要特別注意其密封。 浮頭換熱器的浮頭部分結構，按不同的要求可設計成各種形式，除必須考慮管束能在設備內自由移動外，還必須考慮到浮頭部分的檢修、安裝和清洗的方便。 在設計時必須考慮浮頭管板的外徑Do。該外徑應小于殼體內徑Di，一般推薦浮頭管板與殼體內壁的間隙b1=35mm。這樣，當浮頭出的鉤圈拆除后，即可將管束從殼體內抽出。以便于進行檢修、清洗。浮頭蓋在管束裝入后才能進行裝配，所以在設計中應考慮保證浮頭蓋在

21、裝配時的必要空間。 鉤圈對保證浮頭端的密封、防止介質間的串漏起著重要作用。隨著幞頭式換熱器的設計、制造技術的發展，以及長期以來使用經驗的積累，鉤圈的結構形式也得到了不段的改進和完善。 鉤圈一般都為對開式結構，要求密封可靠，結構簡單、緊湊、便于制造和拆裝方便。 浮頭式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應性，在長期使用過程中積累了豐富的經驗。盡管近年來受到不斷涌現的新型換熱器的挑戰，但反過來也不斷促進了自身的發展。故迄今為止在各種換熱器中扔占主導地位。 管子構成換熱器的傳熱面，管子尺寸和形狀對傳熱有很大影響。采用小直徑的管子時，換熱器單位體積的換熱面積大一些，設備比較緊湊，單位傳熱面積的金屬消耗量少

22、，傳熱系數也較高。但制造麻煩，管子易結垢，不易清洗。大直徑管子用于粘性大或者污濁的流體，小直徑的管子用于較清潔的流體。 管子材料的選擇應根據介質的壓力、溫度及腐蝕性來確定。 換熱器的管子在管板上的排列不單考慮設備的緊湊性，還要考慮到流體的性質、結構設計以及加工制造方面的情況。管子在管板上的標準排列形式有四種：正三角形和轉角正三角形排列，適用與殼程介質清潔，且不需要進行機械清洗的場合。正方形和轉角正方形排列，能夠使管間的小橋形成一條直線通道，便于用機械進行清洗，一般用于管束可抽出管間清洗的場合。 另外對于多管程換熱器，常采用組合排列方法，其每一程中一般都采用三角形排列，而各程之間則常常采用正方形

23、排列，這樣便于安排隔板位置。 當換熱器直徑較大，管子較多時，都必須在管束周圍的弓形空間內盡量配置換熱管。這不但可以有效地增大傳熱面積，也可以防止在殼程流體在弓形區域內短路而給傳熱帶來不利影響。 管板上換熱管中心距的選擇既要考慮結構的緊湊性，傳熱效果，又要考慮管板的強度和清洗管子外表面所需的空間。除此之外，還要考慮管子在管板上的固定方法。若間距太小，當采用焊接連接時，相鄰兩根管的焊縫太近，焊縫質量受熱影響不易得到保證；若采用脹接，擠壓力可能造成管板發生過大的變形，失去管子和管板間的結合力。一般采用的換熱管的中心距不小于管子外徑的1.25倍。 當換熱器多需的換熱面積較大，而管子又不能做的太長時，就

24、得增大殼體直徑，以排列較多的管子。此時為了提高管程流速，增加傳熱效果，須將管束分程，使流體依次流過各程管束。 為了把換熱器做成多管程，可在一端或兩端的管箱中分別安置一定數量的隔板。1.5 換熱器的設計要求換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求：（1） 合理地實現所規定的工藝條件； （2） 結構安全可靠； （3） 便于制造、安裝、操作和維修； （4） 經濟上合理。1.6 設備制造工藝過程選取換熱設備的制造材料及牌號，進行材料的化學成分檢驗，機械性能合格后，對鋼板進行矯形，方法包括手工矯形，機械矯形及火焰矯形。備料劃線切割邊緣加工（探傷）成型組對焊接焊接質量檢驗組裝焊接壓力試驗質量檢驗 化工設備不

25、僅在制造之前對原材料進行檢驗，而且在制造過程中要隨時進行檢查。 質檢內容設備制造過程中的檢驗，包括原材料的檢驗、工序間的檢驗及壓力試驗，具體內容如下： （1）原材料和設備零件尺寸和幾何形狀的檢驗； （2）原材料和焊縫的化學成分分析、力學性能分析試驗、金相組織檢驗，總稱為破壞試驗； （3）原材料和焊縫內部缺陷的檢驗，其檢驗方法是無損檢測，它包括：射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測、滲透檢測等； （4）設備試壓，包括：水壓試驗、介質試驗、氣密試驗等。 耐壓試驗和氣密性試驗： 制造完工的換熱器應對換熱器管板的連接接頭，管程和殼程進行耐壓試驗或增加氣密性試驗，耐壓試驗包括水壓試驗和氣壓試驗。換熱器一般進行

26、水壓試驗，但由于結構或支撐原因，不能充灌液體或運行條件不允許殘留試驗液體時，可采用氣壓試驗。 如果介質毒性為極度，高度危害或管、殼程之間不允許有微量泄漏時，必須增加氣密性試驗。 質檢方法換熱器壓力試驗的順序如下： 固定管板換熱器先進行殼程試壓，同時檢查換熱管與管板連接接頭，然后進行管程試壓； U形管式換熱器、釜式重沸器（U形管束）及填料函式換熱器先用試驗壓環進行殼程試壓，同時檢查接頭，然后進行管程試壓； 浮頭式換熱器、釜式重沸器（浮頭式管束）先用試驗壓環和浮頭專用工具進行管頭試壓，對于釜式重沸器尚應配備管頭試壓專用殼體，然后進行管程試壓，最后進行殼程試壓； 重疊換熱器接頭試壓可單臺進行，當各臺

27、換熱器程間連通時，管程和殼程試壓應在重疊組裝后進行。1.7 換熱器的選型1.7.1板型選擇板片型式或波紋式應根據換熱器場合的實際需要而定。對流量大允許壓降小的情況，應選用阻力小的板型，反之選用阻力大的板型。根據流體壓力和溫度的情況，確定選擇可拆卸式，還是釬焊式。確定板型時不宜選擇單板面積太小的板片，以免板片數量過多，板間流速偏小，傳熱系數過低，對較大的換熱器更應注意這個問題。1.7.2流程和流道的選擇流程指板式換熱器內一種介質同一流動方向的一組并聯流道，而流道指板式換熱器內，相鄰兩板片組成的介質流動通道。一般情況下，將若干個流道按并聯或串聯的費那個是連接起來，以形成冷、熱介質通道的不同組合。流

28、程組合形式應根據換熱和流體阻力計算，在滿足工藝條件要求下確定。盡量使冷、熱水流道內的對流換熱系數相等或接近，從而得到最佳的傳熱效果。因為在傳熱表面兩側對流換熱系數相等或接近時傳熱系數獲得較大值。雖然板式換熱器各板間流速不等，但在換熱和流體阻力計算時，仍以平均流速進行計算。由于“U”形單流程的接管都固定在壓緊板上，拆裝方便。1.7.3壓降校核在板式換熱器的設計選型使，一般對壓降有一定的要求，所以應對其進行校核。如果校核壓降超過允許壓降，需重新進行設計選型計算，直到滿足工藝要求為止。1.8 管程結構部件(1).換熱管 換熱管型式光管、翅片管、螺旋槽管、螺紋管等。當管內外兩側給熱系數相差較大時，翅片

29、管的翅片應布置在給熱系數低的一側。換熱管尺寸（常用）無縫鋼管：192 252.5 382.5不銹鋼管： 252 382.5標準管長為：10、 1.5、 2.0、 2.5、 3.0、 4.5、 6.0、 7.5、 9.0、 12.0m等。外徑范圍： 10 57換熱管材料黑金屬：碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼等。有色金屬：銅、銅鎳合金、鋁合金、鈦合金等。非金屬：石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。換熱管排列形式及中心距換熱管在管板上的排列形式：正三角形、正方形、轉角正三角形、轉角正方形。如圖1.1所示，在同樣的管板面積上正三角形排列的管數最多，故用得最為普遍，但管外不易清洗。為便于管外清洗，可以采用正方形或轉角正

30、方形排列的管束。圖1.1 換熱管排列型式換熱管中心距一般不小于1.25倍的換熱管外徑。常用的換熱管中心距見表1-1。表1-1 常用換熱管中心距 mm換熱管外徑do1214192532384557換熱管中心距1619253240485772(2) 管板作用：a. 用來排布換熱管 b. 分隔管程和殼程的流體，避免冷、熱流體混合。 c. 同時受管程、殼程壓力和溫度的作用。 管板材料選擇管板材料，除力學性能外，還應考慮管程和殼程流體的腐蝕性，以及管板和換熱管之間的電位差對腐蝕的影響。工程上常用材料：a. 碳素鋼b. 低合金鋼 鋼板、鍛件c. 不銹鋼d. 不銹鋼鋼e. 鈦鋼 復合板f. 銅鋼g. 堆焊襯

31、里。 管板結構在滿足強度的前提下，應盡量減少管板厚度。薄管板一般為：820mm。形狀主要有：平面形、橢圓形、碟形、球形、撓性薄管板等。最為常用的是平面形薄管板。圖1.1 薄管板結構形式圖1.3 橢圓形管板 圖1.4 雙管板結構圖1.2所示為用于固定管板式換熱器中的薄管板四種結構形式。圖1.3所示為橢圓形管板。圖1.4所示為雙管板結構(3)管箱管箱位于管殼式換熱器的兩端。作用：把從管道輸送來的流體均勻地分布到各換熱管和把管內流體匯集在一起送出換熱器。在多管程換熱器中，管箱還起改變流體流向的作用。圖1.5 管箱結構形式管箱的結構形式主要以換熱器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素來決定。圖1.5為

32、管箱的幾種結構形式。圖1.5（a）的管箱結構適用于較清潔的介質情況。因為在檢查及清洗管子時，必須將連接管道一起拆下，很不方便。圖1.5（b）為在管箱上裝箱蓋，將蓋拆除后（不需拆除連接管），就可檢查及清洗管子，但其缺點是用材較多。圖1.5（c）形式是將管箱與管板焊成一體，從結構上看，可以完全避免在管板密封處的泄漏，但管箱不能單獨拆下，檢修、清理不方便，所以在實際使用中很少采用。圖1.5（d）為一種多程隔板的安置形式。1.9 殼程結構部件殼程主要由殼體、折流板或折流桿、支承板、縱向隔板、拉桿、防沖擋板、防短路結構等元件組成。1、殼體殼體一般是一個圓筒，在殼壁上焊有防沖擋板，見圖1.6。當殼體法蘭采

33、用高頸法蘭或殼程進出口接管直徑較大或采用活動管板時，殼程進出口接管距管板較遠，流體停滯區過大；靠近兩端管板的傳熱面積利用率很低。為克服這一缺點，可采用導流筒結構，見圖1.7。導流筒除可減小流體停滯區，改善兩端流體的分布，增加換熱管的有效換熱長度，提高傳熱效率外，還起防沖擋板的作用，保護管束免受沖擊。防沖擋板或導流筒的設置條件：若進口管流體2值為下列值時設防沖擋板或導流筒a.非腐蝕、非磨蝕的單相流體22230kg/ms2；b.其他液體、包括沸點下的液體2740kg/ms2；有腐蝕、磨蝕的介質設防沖擋板；接管距管板較遠設導流筒，減小流體停滯區，增加換熱管的有效換熱長度。密度流速導流筒：減小流體停滯

34、區，改善兩端流體的分布，增加換熱管的有效換熱長度，提高換熱率，并起防沖擋板的作用。有接管，供殼程流體進入和排出之用。為防止進口流體直接沖擊管束而造成管子的侵蝕和振動，在殼程進口接管處常裝圖1.6 防沖擋板圖1.7 導流筒結構2、折流板設置折流板的目的：是為了提高殼程流體的流速，增加湍動程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數，同時減少結垢。在臥式換熱器中，折流板還起支撐管束的作用。常用的折流板形式有弓形和圓盤-圓環形兩種。其中弓形折流板有單弓形、雙弓形和三弓形三種。各種形式的折流板見圖1.8所示。根據需要也可采用其他形式的折流板。弓形折流板缺口高度應使流體通過缺口時與

35、橫向流過管束時的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占殼體內直徑的百分比來表示。如單弓形折流板，缺口弦高一般取O.200.45倍的殼體內直徑，最常用的是0.25倍殼體內直徑。對于臥式換熱器，殼程為單相清潔液體時，折流板缺口應水平上下布置。若氣體中含有少量液體時，則在缺口朝上的折流板最低處開設通液口，見圖1.9（a）；若液體中含有少量氣體，則應在缺口朝下的折流圖1.8 折流板形式圖1.9 折流板缺口布置板最高處開通氣口，如圖1.9（b）。臥式換熱器的殼程介質為氣液相共存或液體中含有固體顆粒時，折流板缺口應垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口，如圖1.9（c）。折流板一般應按等間距布置，管束兩端的

36、折流板應盡量靠近殼程進、出口接管。折流板的最小間距應不小于殼體內直徑的15，且不小于50mm；最大間距應不大于殼體內直徑。折流板上管孔與換熱管之間的間隙以及折流板與殼體內壁之間的間隙應合乎要求，間隙過大，泄漏嚴重，對傳熱不利，還易引起振動；間隙過小，安裝困難。從傳熱角度考慮，有些換熱器（如冷凝器）是不需要設置折流板的。但是為了增加換熱管的剛度，防止產生過大的撓度或引起管子振動，當換熱器無支撐跨距超過了標準中的規定值時，必須設置一定數量的支持板，其形狀與尺寸均按折流板規定來處理。圖1.10 拉桿結構折流板與支持板一般用拉桿和定距管連接在一起，如圖1.10（a）所示。拉桿數不少于4根，每個折流板不

37、少于3個支點。當換熱管外徑小于或等于14mm時，采用折流板與拉桿點焊在一起而不用定距管，如圖1.10（b）所示。在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞到折流板背后接近殼體處，會有一部分流體停滯起來，形成了對傳熱不利的“死區”。為了消除這個弊病，宜采用多弓形折流板。如雙弓形折流板，因流體分為兩股流動，在折流板之間的流速相同時，其間距只有單弓形的一半。不僅減少了傳熱死區，而且提高了傳熱效率。3、折流桿圖1.11 折流桿結構目的：裝有折流板的管殼式換熱器存在著影響傳熱的死區，流體阻力大，且易發生換熱管振動與破壞。為了解決傳統折流板換熱器中換熱管與折流板的切割破壞和流體誘導振動，并且強化傳熱提

38、高傳熱效率，近年來開發了一種新型的管束支撐結構折流桿支撐結構。結構：由折流圈和焊在折流圈上的支撐桿（桿可以水平、垂直或其他角度）所組成。折流圈可由棒材或板材加工而成，支撐桿可由圓鋼或扁鋼制成。一般4塊折流圈為一組，如圖1.11所示，也可采用2塊折流圈為一組。支撐桿的直徑等于或小于管子之間的間隙。因而能牢固地將換熱管支撐住，提高管束的剛性。2 計算部分2.1浮頭式換熱器筒體的計算2.1.1 計算條件1、設計條件 設計壓力： 管程：2.0Mpa，殼程：2.0Mpa 設計溫度 管程：60， 殼程：1202、操作介質 管程：水 殼程：丙烷 3、程數 管程：4， 殼程：14、換熱面積 53.7 m25、

39、安裝地點 撫順6、設計溫度下屈服點 焊接系數 2.1.2 前端管箱筒體壁厚計算（1）厚度計算計算厚度：設計厚度： 根據管殼式換熱器對于低合金鋼板的最小厚度要求，當 時，最小厚度為8mm，又考慮此處有兩個大開孔，利用多余的壁厚進行開孔補強，所以：名義厚度： 有效厚度： （2）壓力試驗應力校核壓力試驗類型：水壓試驗允許最大操作壓力：水壓試驗校核：0.92.1.3 后端管箱筒體壁厚計算 （1）計算厚度根據管殼式換熱器對于低合金鋼板的最小厚度要求，當 時，最小厚度為10mm,名義厚度： 有效厚度： （2） 壓力及應力計算及水壓試驗校核水壓試驗校核：壓力試驗允許通過的應力水平：0.9試驗壓力下圓筒的應力

40、： 合格。2.1.4殼程筒體壁厚計算 =2.0 設計溫度t=120 內徑 材料名稱 16MnR 計算厚度 : 名義厚度：根據管殼式換熱器對于低合金鋼板的最小厚度要求，當 時，最小厚度為8mm,有效厚度： =0.9345=310.5 合格。2.2 前后端封頭的計算2.2.1計算條件計算壓力： =2.0 內徑： 前 ；后 設計溫度： 120； 材料名稱： 16MnR；腐蝕裕量： ；負偏差： ； 焊接系數： ；設計溫度許用應力：本設計當中均采用標準橢圓型封頭。2.2.2 前端封頭的厚度計算（1）厚度計算： ； ；根據化工設備設計手冊查表得到橢圓封頭形狀系數：；計算厚度：名義厚度：有效厚度：最大允許工

41、作應力： 該厚度的前端封頭滿足使用要求。2.2.3 后端封頭的厚度計算（1）厚度計算： ； ；根據化工設備設計手冊查表得到橢圓封頭形狀系數：；計算厚度：設計厚度：名義厚度：有效厚度：（2）壓力試驗應力校核壓力試驗類型：水壓試驗最大允許壓力：水壓試驗校核：由于，所以該厚度的后端封頭滿足使用要求。2.3管板的計算2.3.1 符號說明D-法蘭外直徑，mm；Db-螺栓中心圓直徑，mm；Di-法蘭內直徑，mm；FD-作用在法蘭環內側風頭壓力載荷引起的軸向分力，N； FD=0.785PCFr-作用在法蘭環內側封頭壓力載荷引起的徑向分力，N；M0-總力矩，Nmm；Pc-計算壓力，MPa；Ri-封頭球面部分內

42、直徑，mm；LD-螺栓中心至法蘭環內直側的徑向距離，mmLr- Fr對法蘭環截面形心的力臂，mm；1-封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環直徑的夾角（）；-封頭計算厚度，mm；f-法蘭計算厚度，mm；2.3.2 墊片的選擇和計算選纏繞墊片 材料 填料 石墨 壓緊形式1a尺寸 當 2.3.3管板結構參數及系數的確定.管子選中252.5 10號鋼 管長 L=2840mm實際管子數n=256根，采用轉正方形排列，查表S=32mm Sn=40mm . 隔板面積：對于a型連接形式，轉正方形=4（4978.032816+5883.133328+400256）=19444.64mmna=2563.14（25-2.5）2.5=45216mm設管板的 查表 Et=1861000Mpa Ep=196Mpa確定管板的設計壓力根據 管程側：結構開槽 殼程側：結構尺寸為零 系數 根據FB151-1999圖32查算：所以 因為 2.0Mpa所以 滿足要求 (3)根據內，外，壓計算校核的結果 取 2.7 開孔補強計算2.7.1符號說明A-開孔削弱所需要的補強截面積，mm2；B-補強有效寬度，mm；Di-殼體內直徑，mm；d-開孔直徑，mm；fr-強度削弱系數h1-接管外側有效補強高度，mm；h2-接管內側有效補強高度，mm；pc-計算壓力，MPa；S