1、目錄前 言1第一章 換熱器概述21.1換熱器發展趨勢21.2浮頭式換熱器簡介21.3浮頭換熱器的特點31.4固定管板式換熱器簡介31.5固定管板式換熱器的特點4第二章 換熱器的主要結構尺寸52.1設計方案52.2確定物性數據52.3估計傳熱面積52.3.1 熱流量62.3.3 傳熱面積62.3.4 冷卻水用量62.4工藝結構尺寸6 2.4.1 管徑和管內流速62.4.3平均傳熱溫差校正及殼程數72.4.4殼體內徑7第三章 固定管板式換熱器的設計143.1殼體和管箱材料的選擇143.2結構設計143.2.1接管143.2.2分程隔板143.2.3折流板153.2.4墊片選擇153.2.5臥式支座

2、的選擇153.3強度的計算163.3.1筒體壁厚計算163.3.2封頭、短節厚度計算163.3.3開孔補強計算173.3.4固定管板計算19第四章 浮頭式換熱器的設計224.1殼體和管箱材料的選擇224.2結構設計224.2.1浮頭管板及鉤圈法蘭結構設定224.2.2接管224.2.3分程隔板234.2.4折流板234.2.5管箱結構設計244.2.6墊片選擇244.2.7臥式支座的選擇244.3強度的計算244.3.1筒體壁厚計算244.3.2封頭、短節厚度計算254.3.3開孔補強計算274.3.4 管板計算28第五章 小結33參考文獻34致謝35前 言在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業

3、生產中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過程均和熱量傳遞有著密切聯系，因而均可以通過換熱器來完成。隨著經濟的發展，各種不同型式和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現。為了適應發展的需要，我國對某些種類的換熱器已經建立了標準，形成了系列。換熱器的應用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應用于化工、石油、動力和原子能等工業部門。它的主要功能是保證工藝過程對介質所要求的特定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設備之一。換熱器既可是一種單元設備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等

4、；也可是某一工藝設備的組成部分，如氨合成塔內的換熱器。換熱器是化工生產中重要的單元設備，根據統計，熱交換器的噸位約占整個工藝設備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。由于換熱器在我國工業生產中所占的重要作用，根據已知數據求得換熱器的類型、工藝結構、機械結構也是非常重要的，以便更好的了解乃至去生產合格、優良的換熱器。本課題以管板式和浮頭式換熱器為例，通過查閱資料，進行相關整理，將設計換熱器的設計過程以及方法展示出來。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

5、進行順利，我在設計前參閱了許多有關書籍和英文文獻，并做了一定的摘要。第一章 換熱器概述1.1換熱器發展趨勢由于國防工業技術的不斷發展，換熱器操作條件日趨苛刻迫切需要新的耐磨損、耐腐蝕、高強度材料。近年來國內在節能增效等方面改進換熱器性能，提高傳熱效率，減少傳熱面積降低壓降，提高裝置熱強度等方面的研究取得了顯著成績。換熱器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企業成本降低，效益提高。隨著工業的高速發展，換熱器技術技術必將迅速的發展。就目前情況分析，換熱器的基本發展趨勢是：提高傳熱效率，提高緊湊性，降低材料消耗，增強承受高溫、高壓、超低溫及耐腐蝕能力，保證互換性及擴大容量的靈活性，通過減少污塞以減

6、少操作事故，從選材、結構設計及運行操作等方面增長使用壽命并在廣泛的范圍內向大型化發展1。1.2浮頭式換熱器簡介下面是浮頭式換熱器結構簡圖圖1-1浮頭式換熱器結構簡圖1-封頭；2-管箱接管；3-管箱法蘭；4-墊片；5-管板；6-筒體法蘭；7-補償圈；8-筒體；9-折流板；10-換熱管；11-拉桿；12-鞍座；13-分程隔板 管殼式換熱器是把換熱器與管板連接，再用殼體固定。固定管板式換熱器和浮頭式換熱器都屬于管殼式換熱器。固定管板式換熱器的兩端管板，采用焊接方式與殼體連接固定。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浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱

7、時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應力。浮頭式換熱器浮頭端結構，它包括圓筒、外頭蓋側法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側法蘭內側面設凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側鉆孔并套絲或焊設多個螺桿均布，浮頭處取消鉤圈及相關零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通；在凹型和梯型凹槽之間鉆孔并套絲或焊設多個螺桿均布，設浮頭法蘭為凸型和梯型凸臺雙密封，分程隔板與梯型凸臺相通并位于同一端面的寬面法蘭，且凸型和梯型凸臺及分程隔板分別與浮頭管

8、板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相對應匹配，該浮頭法蘭與無折邊球面封頭組配焊接為浮頭蓋，其法蘭螺孔與浮頭管板的絲孔或螺桿相組配，用螺栓或螺帽緊固壓緊浮頭管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其墊片，該結構必要時可適當加大浮頭管板的厚度和直徑及圓筒的內徑，同時相應變更加大相關零部件的尺寸；另配置一無外力輔助鋼圈，其圈體內徑大于浮頭管板外徑，鋼圈一端設法蘭與外頭蓋側法蘭內側面凹型或梯型密封面連接并密封，另一端設法蘭或其他結構與浮頭管板原凹型槽及其墊片或外圓密封2。1.3浮頭換熱器的特點浮頭式換熱器的一端管板固定在殼體與管箱之間，另一端管板可以在殼體內自由移動，這個特點在現場能看出來。這種換熱器殼體和管束的熱膨脹

9、是自由的，管束可以抽出，便于清洗管間和管內。管束在使用過程中由溫差膨脹而不受殼體約束，不會產生溫差應力。其缺點是結構復雜，造價高（比固定管板高20%），在運行中浮頭處發生泄漏，不易檢查處理。浮頭式換熱器適用于殼體和管束溫差較大或殼程介質易結垢的條件2。1.4固定管板式換熱器簡介下面是一個固定管板式換熱器結構圖：圖1-1 固定管板式換熱器結構圖 1-封頭；2-管箱接管；3-管箱法蘭；4-墊片；5-管板；6-筒體法蘭；7-補償圈；8-筒體；9-折流板；10-換熱管；11-拉桿；12-鞍座；13-分程隔板固定管板式換熱器的兩端管板和殼體制成一體，當兩流體的溫度差較大時，在外殼的適當位置上焊上一個補償

10、圈，（或膨脹節）。當殼體和管束熱膨脹不同時，補償圈發生緩慢的彈性變形來補償因溫差應力引起的熱膨脹。固定管板式換熱器結構簡單，造價低廉，殼程清洗和檢修困難，殼程必須是潔凈不易結垢的物料1。固定管板式換熱器主要有外殼、管板、管束、封頭壓蓋等部件組成。固定管板式換熱器的結構特點是在殼體中設置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程進出口管直接和封頭焊在一起，管束內根據換熱管的長度設置了若干塊折流板。這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數1。固定管板式換熱器結構簡單，制造成本低，管程清洗方便，管

11、程可以分成多程，殼程也可以分成雙程，規格范圍廣，故在工程上廣泛應用。殼程清洗困難，對于較臟或有腐蝕性的介質不宜采用。當膨脹之差較大時，可在殼體上設置膨脹節，以減少因管、殼程溫差而產生的熱應力。1.5固定管板式換熱器的特點固定管板式換熱器的特點有：（1）、旁路滲流較小；（2）、造價低；（3）、無內漏；(4)、固定管板式換熱器的缺點是，殼體和管壁的溫差較大，易產生溫差力，殼程無法清洗，管子腐蝕后連同殼體報廢，設備壽命較低，不適用于殼程易結垢場合2 3。第二章 換熱器的主要結構尺寸2.1設計方案固定管板式換熱器和浮頭式換熱器同屬管殼式換熱器，從操作壓力上看，應使氣體走管程，冷卻水走殼程。但由于冷卻水

12、比較容易結垢，若流速太低，將會加快污垢生長速度，使換熱器傳熱能力下降，所以從整體考慮，應使冷卻水走管程，干空氣走殼程4。2.2確定物性數據定性溫度：對于一般氣體和水登低黏度流體，其定性溫度可取體進出口溫度的平均值。故殼程混合氣體的定性溫度為（）管程流體的定性溫度為（）殼程氣體在105下的有關物性數據如下：密度 = 763.4 kg/m 定壓比熱容 = 1.95 kJ/kg 熱導率 = 0.112 W/m 黏度 = 8.78×10 Pas冷卻水在30下的有關物性數據如下：密度 = 995.7 kg/m定壓比熱容 = 4.174 kJ/kg熱導率 = 0.618 W/m黏度 = 8.01

13、×10 Pas換熱器的設計，首先要根據生產工藝條件的要求，通過化工工藝計算，確定換熱的傳熱面積，同時選擇管徑、管長、決定管數、管程數和殼程數.2.3估計傳熱面積2.3.1 熱流量根據，有2.3.2 平均傳熱溫差先按純逆流計算，根據,有2.3.3 傳熱面積 由于殼程氣體的壓力較高，故可選取較大的K值。假設 K=320W/(k)則估算的傳熱面積為2.3.4 冷卻水用量2.4工藝結構尺寸2.4.1管徑和管內流速選用252.5較高級冷拔傳熱管，取管內流速=1m/s2.4.2管程數和傳輸管數因為換熱管的換熱是依靠傳熱管構成傳熱面來進行，所以管子的尺寸、形狀對傳熱有很大影響。同時。管子的大小。管

14、子的排列對清潔污垢非常重要4。 可依據傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數（根） 按單管程計算，所需的傳熱管長度為根據本設計實際情況，采用非標設計，現取傳熱管長=8m，則該換熱器的管程數為（管程）傳熱管總根數（根）平均傳熱溫差校正及殼程數平均溫差校正系數按單殼程，雙管程結構，查溫差校正系數圖，有平均傳熱溫差平均傳熱溫差由于平均傳熱溫差校正系數大于0.8，同時殼程流體流量較大，故取單殼程合適4。2.4.4殼體內徑傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距，則t=1.2525=31.2532（mm）隔板中心到離其最近一排管中心距離各程相鄰管的管心距為

15、44mm殼體內徑采用多管程結構，取管板利用率=0.75，則殼體內徑為按卷制殼體的進級檔，可取D=600mm 折流板在換熱器中設置折流板，可提高殼程內流體的流速和加強湍流強度，從而提高傳熱效率，是強化傳熱的一種結構.常用弓形形折流板.根據經驗，折流板間的間隔不大于殼體內徑，最小為殼內徑的0.2倍.板間距太大湍流強度會不夠，太小則增加了流動阻力.采用弓形折流板，去弓形之流板圓缺高度為殼體內徑的25%，則切去的圓缺高度為 h=0.25×600=150mm取折流板最小間距B=0.2D，則B=0.2×600=120mm，可取B為200mm。折流板數目(塊）本換熱器換熱管外徑為25mm

16、，故其拉桿直徑為16mm拉桿數量不得少于4。2.4.6接管殼程流體進出口接管：取接管內氣體流速為=0.9m/s，則接管內徑為圓整后可取管內徑為150mm管程流體進出口接管：取接管內液體流速=1.3m/s，則接管內徑為圓整后去管內徑為200mm2.5換熱器核算2.5.1熱流量核算殼程表面傳熱系數用克恩法計算4，有當量直徑，有殼程流通截面積殼程流體流速及雷洛數普朗特數Pr=黏度校正2.5.2 管內表面傳熱系數管內表面傳熱系數管程流體流通截面積管程流體流速普朗特數2.5.3污垢熱阻和管壁熱阻取管外側污垢熱阻管內側污垢熱阻碳鋼在該條件下的熱導率為48w/(m.K),則管壁熱阻為 2.5.4傳熱系數傳熱

17、系數有：2.5.5傳熱面積裕度計算傳熱面積Ac為 該換熱器的實際傳熱面積A為該換熱器的面積裕度為為保證換熱器操作的可靠性，一般應使傳熱面積裕度大于15%20%，傳熱面積裕度和適，該換熱器能夠完成生產任務。2.5.6平均溫差壁溫計算因為管壁很薄，而且壁熱阻很小。由于該換熱器用循環水冷卻，冬季操作時，循環水的進口溫度將會降低。為確?？煽?，取循環冷卻水進口溫度為15，出口溫度為40計算傳熱管壁溫。另外，由于傳熱管內側污垢熱阻較大，會使傳熱管壁溫升高，降低了殼體和傳熱管壁溫之差。但在操作初期，污垢熱阻較小，殼體和傳熱管間壁溫差可能較大。計算中，應該按最不利的操作條件考慮，因此，取兩側污垢熱阻為零計算傳

18、熱管壁溫。于是，有式中液體的平均溫度和氣體的平均溫度分別計算為傳熱管平均壁溫殼體壁溫，可近似取為殼程流體的平均溫度，即T=105。殼體壁溫和傳熱管壁溫之差為（）。雖然該溫差較大，但由于換熱管各部件所用材料不同，沒有校核熱應力，無法確定固定管板式換熱器是否需要設溫度補償裝置。用浮頭式換熱器則無需溫度補償裝置。52.5.7換熱器內流體的流動阻力管程流體阻力：由Re=24886，傳熱管對粗糙度0.2/20=0.01，查莫狄圖得，流速m/s, kg/m³（Pa）（Pa）（Pa）換熱器允許阻力范圍是，管程流體阻力在允許范圍之內。當殼程裝上折流板后，流體在管外流動為平行流和錯流的耦合。盡管管束為

19、直管，但流動卻變得復雜化。由于制造安裝公差不可避免地存在間隙，因而會產生泄漏和旁流，而流體橫向沖刷換熱管引起的旋渦，也使流動變得更加復雜。由于流動的復雜性，要準確地分析影響這種復雜流動的各種因素，精確地計算壓力降是相當的困難。但我們可以大致的算出數值，以判斷是否合理。殼程阻力按式計算，且流體流經管束的阻力流體流過折流板缺口的阻力總阻力由于殼程流體的操作壓力較高，殼程流體的阻力也比較適宜。2.5.8換熱器主要結構尺寸和計算結果換熱器主要結構尺寸和計算結果見表2-1：表2-1 換熱器主要結構尺寸工藝計算的主要目的是計算出其換熱面積，選出相應的換熱器型式，因此，接下來應該是進行換熱器的結構設計以及強

20、度計算。第三章 固定管板式換熱器的設計在確定換熱器的換熱面積后，應進行換熱器主體結構以及零部件的設計和強度計算，主要包括殼體和封頭的厚度計算、材料的選擇、管板厚度的計算、浮頭蓋和浮頭法蘭厚度的計算、開孔補強計算，還有主要構件的設計（如管箱、殼體、折流板、拉桿等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等）4，具體計算如下。3.1殼體和管箱材料的選擇由于所設計的換熱器屬于常規容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇16MnR為殼體與管箱的材料。16MnR是低碳低合金鋼，具有優良的綜合力學性能和制造工藝性能，其強度、韌性、耐腐蝕性

21、、低溫和高溫性能均優于相同含碳量的碳素鋼，同時采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節約鋼材6。3.2結構設計 3.2.1接管由工藝計算結果選擇接管型號，可知殼體接管為，管箱接管為，經強度校核，知管箱不需要補強，殼體需要補償圈補強，補償圈補強寬度為B=300mm。由圓筒直徑為600mm，可取接管伸出長度殼體接管安裝位置距離端面最小尺寸為：管板厚度b=89mm，但固定管板式換熱器是管板延長兼做法蘭，考慮到結構的特殊性，取b=104mm 為焊縫考慮，C3倍殼體壁厚，且不小于50到100mm，取C=80mm 管箱接管安裝位置距離端面最小尺寸為：法蘭高度接管外徑為焊縫考慮，C3倍殼體壁厚，且不小于

22、50到100mm，取C=60mm3.2.2分程隔板由GB151表6知，分程隔板最小厚度為，取在管板上，分程隔板槽深為6mm，槽寬為12mm3.2.3折流板管殼式換熱器一般選用弓形折流板，折流板間距及切口高度在工藝計算中已知折流板與殼體間隙查表知，固定管板式換熱器間隙為4.5mm折流板厚度為4mm折流板管孔直徑為25.8mm一般應使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、出口管，其余折流板按等距離布置。靠近管板的折流板與管板間的距離l應按下式計算：l=B+CB為補償圈寬度，B=300mm考慮焊縫影響，C取80mm則l=B+C=300+80=380mm，考慮到折流板的分布，結構調整為400mm 固定式所

23、需折流板數目為（換熱管長-兩管板厚度-前后端折流板離管板的距離）=（8000-2×104-2×400）/20035，取折流板36塊。則每塊折流板相距d=（換熱管長-前后端折流板離端面的距離）/35=194mm3.2.4墊片選擇管箱墊片根據管程操作條件（循環水壓力0.4MPa，溫度30）選擇石棉橡膠墊圈，墊片內徑，墊片外徑，厚度為3mm3.2.5臥式支座的選擇由于管筒長度時，取，即40005600mm需滿足要求 ，由前面計算知，查JB4712知，且：由于，取C為80mm取為5000mm，查JB/T4712-92選擇鞍座的型號為：DN600、120°包角重型帶墊板鞍式

24、支座。3.3強度的計算3.3.1筒體壁厚計算由工藝設計給定設計溫度105，設計壓力=7MPa，選低合金結構鋼板16MnR卷制，材料105時的許用應力=163MPa，取焊縫系數，腐蝕裕度，則計算厚度設計厚度名義厚度，為方便焊接，可取=20mm有效厚度水壓試驗壓力所選材料的屈服應力水壓試驗壓力校核150.2MPa<0.9,水壓強度滿足要求氣密試驗壓力，故也滿足要求7.3.3.2封頭、短節厚度計算由于換熱器形式不同，固定管板式換熱器前后端管箱相同，皆為固定管箱，采用延長部分兼做法蘭的管板，法蘭設計壓力為=0.4MPa。由工藝設計給定設計溫度30，設計壓力=0.4MPa，選低合金結構鋼板16Mn

25、R卷制，材料30時的許用應力=170MPa，取焊縫系數，腐蝕裕度，則計算厚度，設計厚度名義厚度，考慮到開孔補強，取=10mm有效厚度水壓試驗壓力所選材料的屈服應力水壓試驗壓力校核4.2MPa<0.9,水壓強度滿足要求氣密試驗壓力，故也滿足要求管箱封頭取用厚度與短節相同，取=10mm5 8 9。查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數如下表3.1 DN600標準橢圓形封頭參數DN(mm)曲面高度(mm)直面高度（mm）厚度(mm) 60015040103.3.3開孔補強計算由于殼程流體和管程流體的進出，不可避免的要在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除削弱器壁的強度外，

26、在殼體和接管的連接處，因結構的連續性被破壞，會產生很高的局部應力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設計必須充分考慮開孔的補強問題。補強判別：根據GB150表8-1，允許不另行補強的最大接管外徑是，本設計開孔外徑分別為219mm，159mm，因此需要另行考慮其補強。管箱短節開孔補強的校核：開孔補強采用等面積法補強，由工藝設計給定的接管尺寸為，考慮實際情況選20號熱軋碳素鋼管，。接管計算壁厚管子有效壁厚開孔直徑接管有效補強寬度接管外側有效補強高度需要補強面積可以作為補強的面積為接管補強的強度足夠，不需另設補強結構。殼體接管開孔補強校核：開孔補強采用等面積法補強，有工藝設計給定的接管尺寸為，考

27、慮實際情況選20號熱軋碳素鋼管，mm。接管計算壁厚管子有效壁厚開孔直徑接管有效補強寬度接管外側有效補強高度需要補強面積可以作為補強的面積為尚須另加的補強面積為補強圈厚度考慮鋼板負偏差并經圓整，取補強圈名義厚度為10mm，但為方便于制造時準備材料，補強圈名義厚度可取筒體厚度20mm。則另行補強面積為同時計及焊縫面積后，該開孔補強的強度足夠。為使制造方便，取補強圈B=300mm9 10。3.3.4固定管板計算固定管板計算采用BS法假定管板厚度b=80mm總換熱管數量n=228一根管壁金屬的橫截面積為開孔強度削弱系數（雙程）兩管板間換熱管有效長度（除掉兩管板厚）估取7850mm 計算系數按管板簡支考

28、慮，依K值查圖筒體內徑截面積筒體殼壁金屬的橫截面積 管板上管孔所占的總截面積系數系數殼程壓力，管程壓力當量壓差殼壁平均溫度管壁溫度裝配溫度筒體的線膨脹系數管子的線膨脹系數管子材料的彈性模數通體材料的彈性模數筒子與筒體的剛度比換熱管與殼體的總膨脹差最大壓差管板采用16Mn鍛，換熱管采用20號碳素鋼， 管板最大應力： 管子最大應力： 或 管子、管板強度校核:管板計算厚度滿足強度要求，考慮管板雙面腐蝕，取隔板槽深取6mm，實際管板厚為89mm。同時，可知換熱器并不需要設置膨脹節補償。至此，固定管板式換熱器計算結束，圖3-1是由以上數據畫出的裝配圖： 圖3-1 固定管板式換熱器裝配圖第四章 浮頭式換熱

29、器的設計4.1殼體和管箱材料的選擇由于所設計的換熱器屬于常規容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇16MnR為殼體與管箱的材料。4.2結構設計4.2.1浮頭管板及鉤圈法蘭結構設定選擇B型鉤圈，形狀如4-1圖所示，查GB151中5.6.3.3中表14，表15，有=4mm墊片寬度=10mm浮頭管板外徑與殼體內徑間隙=3mm，則浮頭管板密封面寬度外頭蓋內直徑浮頭管板外直徑浮頭法蘭和鉤圈的內直徑：浮頭法蘭和鉤圈的外直徑螺栓中心圓直徑圖4-1 浮頭管箱結構示意圖4.2.2接管由工藝計算結果選擇接管型號，可知殼體接管為，管箱接管為，經強度校核，知管箱不需要補強，殼

30、體需要補償圈補強，補償圈補強寬度為B=300mm。由圓筒直徑為600mm，可取接管伸出長度殼程接管安為焊縫考慮，C3倍殼體壁厚，且不小于50到100mm，取C=80mm法蘭寬度為H=160mm殼體接管安裝位置距離端面最小尺寸為： 對于左邊管箱： 法蘭高度接管外徑為焊縫考慮，C3倍殼體壁厚，且不小于50到100mm，取C=60mm管箱接管安裝位置距離端面最小尺寸為：4.2.3分程隔板由GB151表6知，分程隔板最小厚度為，取在管板上，分程隔板槽深為6mm，槽寬為12mm4.2.4折流板管殼式換熱器一般選用弓形折流板，折流板間距及切口高度在工藝計算中已知折流板與殼體間隙查表知，固定管板式換熱器間隙

31、為4.5mm，浮頭式換熱器為5.5mm折流板厚度為4mm折流板管孔直徑為25.8mm一般應使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、出口管，其余折流板按等距離布置。固定端離端面的距離,結構調整為630mm浮頭端離端面的距離:浮頭式所需折流板數目為（換熱管長-前后端折流板離端面的距離）=（8000-630-700）/20032，取折流板32塊。則每塊折流板相距d=（換熱管長-前后端折流板離端面的距離）/32=209mm4.2.5管箱結構設計選用B型封頭管箱，因為換熱管直徑較大，且為二管程，其管箱最小長度可不按流通面積算，只考慮相鄰焊縫間距離計算。可取管箱長度為650mm。4.2.6墊片選擇（1）管箱墊

32、片根據管程操作條件（循環水壓力0.4MPa，溫度30）選擇石棉橡膠墊圈，墊片內徑，墊片外徑，厚度為3mm(2）外頭蓋墊片根據殼程操條件（干空氣壓力7.0MPa，溫度105）選擇纏繞式墊片,墊片，厚度為4.5mm(3)浮頭墊片根據管殼程壓差，氣體溫度確定墊片為金屬包石棉墊，以浮頭管板結構確定墊片結構尺寸為694mm（574mm內徑），厚度為3mm。4.2.7臥式支座的選擇由于管筒長度時，取，即40005600mm需滿足要求 ，由前面計算知，查JB4712知，且：由于，取C為80mm取為5000mm，查JB/T4712-92選擇鞍座的型號為：DN600、120°包角重型帶墊板鞍式支座。4

33、.3強度的計算4.3.1筒體壁厚計算由工藝設計給定設計溫度105，設計壓力=7MPa，選低合金結構鋼板16MnR卷制，材料105時的許用應力=163MPa，取焊縫系數，腐蝕裕度，則計算厚度設計厚度名義厚度，為方便焊接，可取=20mm有效厚度水壓試驗壓力所選材料的屈服應力水壓試驗壓力校核150.2MPa<0.9,水壓強度滿足要求氣密試驗壓力，故也滿足要求4.3.2封頭、短節厚度計算浮頭式換熱器的設計與固定管板式不同，一端為固定管箱，與固定管板式換熱器相近，一端為浮頭管箱 8。圖4-2為封頭示意圖。（1）固定管箱的計算由工藝設計給定設計溫度30，設計壓力=0.4MPa，選低合金結構鋼板16M

34、nR卷制，材料30時的許用應力=170MPa，取焊縫系數，腐蝕裕度，則計算厚度，設計厚度名義厚度，考慮到開孔補強，取=10mm有效厚度水壓試驗壓力所選材料的屈服應力水壓試驗壓力校核4.2MPa<0.9,水壓強度滿足要求氣密試驗壓力，故也滿足要求管箱封頭取用厚度與短節相同，取=10mm查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數如下 表4-1 DN600標準橢圓形封頭參數DN(mm)曲面高度(mm)直面高度（mm）厚度(mm) 6001504010（2）浮頭式浮頭管箱短節、封頭厚度計算浮頭管箱內徑D=700mm，由工藝設計給定設計溫度105，設計壓力=7MPa，選低合金結

35、構鋼板16MnR卷制，材料105時的許用應力=163MPa，取焊縫系數，腐蝕裕度，則計算厚度設計厚度名義厚度，為方便焊接，可取=20mm有效厚度水壓試驗壓力所選材料的屈服應力水壓試驗壓力校核,水壓強度滿足要求管箱封頭取用厚度與短節相同，取查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數如下表4-2 DN600標準橢圓形封頭參數DN(mm)曲面高度(mm)直面高度（mm）厚度(mm) 70017550204.3.3開孔補強計算由于殼程流體和管程流體的進出，不可避免的要在容器上開孔并安裝接管。開孔以后，除削弱器壁的強度外，在殼體和接管的連接處，因結構的連續性被破壞，會產生很高的局部應

36、力，給容器的安全操作帶來隱患，因此壓力容器設計必須充分考慮開孔的補強問題。補強判別：根據GB150表8-1，允許不另行補強的最大接管外徑是，本設計開孔外徑分別為219mm，159mm，因此需要另行考慮其補強。管箱短節開孔補強的校核：開孔補強采用等面積法補強，由工藝設計給定的接管尺寸為，考慮實際情況選20號熱軋碳素鋼管，。接管計算壁厚管子有效壁厚開孔直徑接管有效補強寬度接管外側有效補強高度需要補強面積可以作為補強的面積為接管補強的強度足夠，不需另設補強結構。殼體接管開孔補強校核：開孔補強采用等面積法補強，有工藝設計給定的接管尺寸為，考慮實際情況選20號熱軋碳素鋼管，。接管計算壁厚管子有效壁厚開孔

37、直徑接管有效補強寬度接管外側有效補強高度需要補強面積可以作為補強的面積為尚須另加的補強面積為補強圈厚度考慮鋼板負偏差并經圓整，取補強圈名義厚度為10mm，但為方便于制造時準備材料，補強圈名義厚度可取筒體厚度20mm。則另行補強面積為同時計及焊縫面積后，該開孔補強的強度足夠。為使制造方便，取補強圈B=300mm4 5。4.3.4 管板計算浮頭式換熱器的設計有兩個管板，但管板并不相同。（1）固定管板的計算固定管板計算采用BS法假定管板厚度b=80mm總換熱管數量n=228一根管壁金屬的橫截面積為開孔強度削弱系數（雙程）兩管板間換熱管有效長度（除掉兩管板厚）估取7850mm 計算系數按管板簡支考慮，

38、依K值查圖筒體內徑截面積筒體殼壁金屬的橫截面積 管板上管孔所占的總截面積系數系數殼程壓力，管程壓力當量壓差 管板采用16Mn鍛，換熱管采用20號碳素鋼， 管板最大應力 管子最大應力： 或 管子、管板強度校核:管板計算厚度滿足強度要求，考慮管板雙面腐蝕，取隔板槽深取6mm，實際管板厚為89mm。（2）浮頭管板及鉤圈浮頭式換熱器浮頭管板的厚度不是由強度決定的，按結構取，鉤圈采用B型，材料與浮頭管板相同，設計厚度，定為86mm。圖4-2為浮頭管板和鉤圈示意圖。4-2 浮頭管板和鉤圈示意圖浮頭蓋上無折邊球形封頭的計算按外壓球殼計算。選用16Mn板，封頭，封頭外側為105氣體，封頭內側為30循環水，取壁

39、溫60。假設名義厚度 ，雙面腐蝕取，鋼板負偏差， 當量厚度mm封頭外直徑=+=450+25=475mm，計算系數A依據所選16MnR材料、溫度、A系數查GB150，圖6-5外壓圓筒、球殼厚度計算圖得B=180計算許用壓力，計算值可用至此，浮頭式換熱器的計算已經完成，圖4-3為浮頭式換熱器的裝配圖。4-3 浮頭式換熱器裝配圖第五章 小結時間如流水，轉眼之間我們的畢業設計即將結束。本次設計是大學四年來任務最重，耗時最多，最為重要，然而這次畢業設計讓我受益匪淺。在畢業設計即將結束之際，我對這次設計進行了總結。 首先，這次畢業設計對培養我的實際工程能力具有重要意義。通過畢業設計，我把先修課程中所獲得的理論知識在實際的設計工作中綜合地加以動用，使這些知識得到鞏固和發展，并使理論知識和生產實踐密切地結合起來。這次設計，初步培養了我對壓力容器設計的工作能力；樹立正確的設計的思想；掌握一些容器設計有基本方法和步驟