【正文】 ............................................................... 17 目 錄 IV 熱流量核算 .............................................................................. 17 壁溫計算 .................................................................................. 20 換熱器內(nèi)流體的流動阻力 ...................................................... 20 第 3 章 強度計算 ............................................................................................. 22 基本零部件 ......................................................................................... 22 接管法蘭 .................................................................................. 22 接管 .......................................................................................... 23 支座 .......................................................................................... 23 殼程圓筒 ............................................................................................. 25 管箱 .............................................................................. 25_Toc421193204 封頭 .......................................................................................... 25 管箱法蘭 .................................................................................. 27 管板計算 ............................................................................................. 32 初始數(shù)據(jù) .................................................................................. 32 面積系數(shù)計算 .......................................................................... 34 強度影響系數(shù)計算 .................................................................. 36 膨脹節(jié)設(shè)置判斷 ................................................................................. 41 接管補強判斷 ..................................................................................... 41 第 4 章 結(jié)論 ..................................................................................................... 43 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 44 致謝 ..................................................................................................................... 45 附錄 ..................................................................................................................... 46 熱交換器裝配圖 ......................................................................................... 46 入口管板零件圖 ......................................................................................... 47 出口管板零件圖 ......................................................................................... 48 管箱零件圖 ................................................................................................. 49 鞍式支座零件圖 ......................................................................................... 50 頂絲零件圖 ................................................................................................. 51 吊耳零件圖 ................................................................................................. 52 中國石油大學(xué)（北京）本科畢業(yè)設(shè)計 1 前 言 用于大于等于兩種流體之間、固體和流體之間、固體粒子之間，或有熱接觸但溫度不同的同種流體之間的熱量（或焓）傳遞的裝置，叫做換熱設(shè)備，是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量傳遞和交換的設(shè)備。 1 課題研究背景及目的 在工業(yè)生產(chǎn)中，熱交換器的主要作用是使熱量（或焓）由溫度相對較高的流體傳到溫度相對較低的流體，使流體的溫度指標(biāo)達(dá)到工藝過程的規(guī)定，以滿足工藝過程的需求。 石油、化工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)，需要經(jīng)常加熱低溫流體或冷卻高溫流體。這些過程與熱量的傳遞有著非常密切的聯(lián)系，都要用熱交換設(shè)備來完成這些過程。 在化工廠的設(shè)備里，熱交換器的投資占總投資的 10%到 20%；在煉油廠中，約占設(shè)備總投資的 35%到 40%；海水淡化工藝?yán)镄枰玫降难b置幾乎全部是由熱交換設(shè)備組成的。近 20 年來，換熱設(shè)備在能量的轉(zhuǎn)化、儲藏、回收以及新能源的利用和污染物的治理中有著普遍的應(yīng)用 [1]。 隨著熱交換器節(jié)能技術(shù)的高速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也擴大了很多，利用熱交換器對多余的熱量進(jìn)行回收利用給公司帶來了較為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。熱交換器也是國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用極其廣泛的熱交換設(shè)備，隨著現(xiàn)代化的新工藝、新材料、新技術(shù)的開發(fā)和能源危機的來臨，世界各國都把石 油化工的深度加工和綜合高效利用能源放在了首要的位置，由此可見熱交換器面臨著巨大的挑戰(zhàn)。熱交換器的性能對能源的利用率、產(chǎn)品的質(zhì)量以及整套設(shè)備或者系統(tǒng)運行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性起著至關(guān)重要的作用，有時候甚至起著決定性作用。 隨著 熱交換器 的地位和作用的提高，為了適應(yīng)多種工作環(huán)境和工作要求， 熱交換器 也開發(fā)出了越來越多的類型，不同類型的 熱交換器 有不同的性能，也具有各自的優(yōu)缺點。管殼式 熱交換器 是屬于表面式換熱器的一類，是 熱交換器 中使用最廣的一種， 雖然在傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性和單位傳熱面積金屬消耗量等方面不如一些新型的高效緊湊 式熱交換器，但它結(jié)構(gòu)堅固、可靠性高、易于制造、適應(yīng)性廣、生產(chǎn)成本低、處理能力大、選用的材料范圍廣、能承受較高的操作壓力和溫度、換熱表面的清潔比較方便。在高溫、高壓和大型換熱器中，管殼式熱交換器仍具有絕對優(yōu)勢。管殼式熱交換器主要又分為：固定管板式熱交換器、 U 型管式熱交換器、浮頭式熱交換器等，而固定管板式又是管殼式熱交換器是使用最為廣泛的一種，具有結(jié)構(gòu)簡單，管程清洗方便等特點。 前 言 2 因此對固定管板式熱交換器的研究和設(shè)計具有很大的意義，也是為了實現(xiàn)以下目的： 減小設(shè)計傳熱面積的熱交換器來減小質(zhì)量和體積； 提高現(xiàn) 有 熱交換器 的換熱效率； 使 熱交換器 能夠工作在溫差較低的環(huán)境中； 減小 熱交換器 的流體阻力來減少換熱器的動力消耗。 2 設(shè)計主要流程 本設(shè)計首先搜集資料，查閱了相關(guān)的二十多篇文獻(xiàn)，了解了熱交換器詳細(xì)結(jié)以及作用原理，全面考慮設(shè)計過程中需要注意的因素，并總結(jié)了一些現(xiàn)代化的創(chuàng)新型設(shè)計方案，同時詳細(xì)介紹了本設(shè)計的主體 ——固定管板式熱交換器的結(jié)構(gòu)，對管程、殼程的各個主要部件作用做了介紹，最后介紹了本設(shè)計要用到的各個標(biāo)準(zhǔn)，完成了第一章的文獻(xiàn)綜述。在第二章，通過給定的設(shè)計要求，首先確定了設(shè)計方案，即初步選定熱交換器的容器類型、流體的通道、流速、管束的排布方式以及管徑等。然后便開始了工藝計算，對原油的流量、平均傳熱溫度和傳熱面積進(jìn)行計算。接下來通過工藝結(jié)構(gòu)尺寸計算確定了管長、管程數(shù)殼程數(shù)、傳熱管根數(shù)、殼體內(nèi)徑、折流板數(shù)以及接管內(nèi)徑等。最后進(jìn)行了 熱交換器 的傳熱和阻力計算完成了整個熱交換器的熱力計算。第三章首先確定了接管法蘭、接管以及 支座的尺寸，然后就分別開始了對殼程圓筒、封頭、管箱法蘭、管板等的選材和強度校核，最后進(jìn)行是否需要膨脹節(jié)和接管補強的判斷，完成了熱交換器的整個強度計算及校核。第四章進(jìn)行了對整個熱交換器的主要零部件的匯總，得出了設(shè)計結(jié)論中國石油大學(xué)（北京）本科畢業(yè)設(shè)計 3 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 熱交換器介紹 換熱設(shè)備是用于兩種及其以上的流體之間、一種流體和一種固體之間、固體粒子之間或有熱接觸且具有不同溫度的同種流體間的熱量（或焓）傳遞的裝置。它是化工、煉油、食品、輕工、能源、機械以及其他許多工業(yè)部門被廣泛使用的一種通用設(shè)備。在化工廠的設(shè)備里，熱交換器的投資占 總投資的 10% 到 20%；在煉油廠中，約占設(shè)備總投資的 35% 到 40%；海水淡化工藝?yán)镄枰玫降难b置幾乎全部是由熱交換設(shè)備組成的。近 20 年來，熱交換設(shè)備在能量的轉(zhuǎn)化、儲藏、回收以及新能源的利用和污染物的治理中有著普遍的應(yīng)用。 工業(yè)生產(chǎn)中，熱交換設(shè)備的主要作用是讓熱量（或焓）由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體的溫度達(dá)到工藝過程中規(guī)定的指標(biāo)，從而滿足工藝過程的需要。熱交換設(shè)備也是回收余熱、廢熱以及低品位熱能的有效裝置。 工業(yè)生產(chǎn)中，由于工作條件、用途、物料特性等不同，出現(xiàn)了各種不同形式和結(jié)構(gòu)的換熱設(shè)備 。在此，主要研究了管殼式固定管板熱交換器。管殼式熱交換器屬于間壁式熱交換器（又稱表面式熱交換器），它是利用間壁將需要交換的冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量從熱流體通過間壁傳遞給冷流體的一種熱交換器。這類熱交換器是目前使用最為廣泛的一種換熱設(shè)備。它的基本結(jié)構(gòu)是在一個或多個圓筒形的殼程（殼體）中放置管束（由多個管子組成），該管子的兩端或者一端要固定于管板上面，其中管子上的軸線要和殼體上的軸線相平行。是為了增加流體在殼程的流速并支承管子，改善傳熱的性能，在筒體內(nèi)間隔安裝多塊折流板（也可以是其他新型的折流元件），用 拉桿和定距管將折流板和管子組裝在一起。換熱器的殼體和兩側(cè)的端蓋上（偶數(shù)管程則是一側(cè)）裝有流體的進(jìn)出口，也有根據(jù)要求在其上裝設(shè)檢查孔，為安置測量儀表用的接口管、排氣孔和排液空等。 管殼式熱交換器雖然在傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性和單位傳熱面積金屬消耗量等方面比不上一些新型高效的緊湊式換熱器，但它也有明顯的優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)堅固、可靠性高、易于制造、適應(yīng)性廣、生產(chǎn)成本低、處理能力大、選用的材料范圍廣、能承受較高的操作壓力和溫度、換熱表面的清潔比較方便等。在高溫、高壓和大型熱交換器中，管殼式熱交換器仍具有絕對優(yōu)勢，是目前使用 最廣泛的一類換熱器。 根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，分為固定管板式熱交換器、浮頭式熱交換器、U 形管式熱交換器、填料函式熱交換器和釜式重沸器五類。在本設(shè)計論文中是對固