【正文】 ls， identify specific size, identify specific location, the thickness calculation of tube sheet, the thickness calculation of floating head planting and floating head flange, the opening reinforcement calculation etc. In the end, the final design results through five maps to display. After the design、 manufacture、 testing and checking according to the GB15098 and GB515199,We get the result, which corresponds with the practical each aspects of the floating head heat exchanger has detailed instructions in the design manual. Key words: ShellTube heat exchanger, floating head heat exchanger, tube sheet, floating head planting, floating head flange. 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） III 目 錄 前言 ........................................................................................................................... 1 第 1 章 換熱器概述 ................................................................................................. 2 換熱器的應(yīng)用 ............................................................................................ 2 換熱器的主要分類 ................................................................................... 2 換熱器的分類及特點(diǎn) ..................................................................... 2 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) ......................................................... 3 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) ........................................................................... 7 換熱管簡介 ............................................................................................... 8 第 2 章 工藝計算 ..................................................................................................... 9 設(shè)計 條件 ..................................................................................................... 9 初算換熱器傳熱面積 ................................................................................. 9 流動空間的確定 .............................................................................. 9 估算換熱器傳熱面積 39。對換熱器的結(jié)構(gòu)組成、工作過程、制造及驗收等有明確認(rèn)識，掌握換熱器工藝設(shè)計、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容 ， 并能用 AutoCAD 軟件繪制裝配圖和零部件圖，提高查閱文獻(xiàn)和文獻(xiàn)檢索的能力。其中，工藝計算主要是確定換熱器的換熱面積、換熱器的選型、壓降計算、壁溫計算等；而結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度設(shè)計則主要包括：管板厚度計算、換熱管的分布、折流板的選型、浮頭蓋及浮頭法蘭的計算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計算以及各種零部件的材料選擇等。它不僅使我貫通幾年里所學(xué)習(xí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)理論知識，還培養(yǎng)和提高我們?nèi)后w合作、相互配合的工作能力。特此致謝！ 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 換熱器概述 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(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)的熱量交換設(shè)備，又稱熱交換器。在三類 換熱器 中， 間壁式換熱器 應(yīng)用最多。 隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。這類換熱器的結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，常做成塔狀，但僅適 用于工藝上允許兩種流體混合的場合。 蓄熱式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、價格便宜，單位體積傳熱面比較大，故較適合用于氣 氣熱交換的場合。 管殼式換熱器的分類及特點(diǎn) 由于設(shè)計題目是浮頭式換熱器的設(shè)計，而浮頭式又屬于管殼式換熱器，故特此介紹管殼式換熱器的主要類型以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。為了增加殼程流體的速度以改善傳熱，在殼體內(nèi)安裝了折流板。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程；同樣。 由于管內(nèi)外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。更主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系 數(shù)相差較大時，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。（也可設(shè)計成不可拆的）。 浮頭式換熱器的 優(yōu)點(diǎn)：（ 1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程；（ 2）介質(zhì)間溫差不受限制；（ 3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于 450 度，壓力小于等于 兆帕；（ 4）可用于結(jié)垢比較嚴(yán)重的場合；（ 5）可用于管程易腐蝕場合。因為管束與殼體是分離的，在受熱膨脹時，彼此間不受約束，故消除了溫差應(yīng)力。管程流體（ B 流體）從管箱進(jìn)口管流入，通過內(nèi)插管到達(dá)外套管的底部，然后返回，通過內(nèi)插管和外套管之間的環(huán)形空間，最后從管箱出口管流出。管束一端與殼體之間用填料密封，管束的另一端管板與浮頭式換熱器同樣夾持在管箱法蘭和殼體法蘭之間， 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 用螺栓連接。 管殼式換熱器特殊結(jié)構(gòu) 包括有雙殼程結(jié)構(gòu)、螺旋折流板、雙管板等特殊結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)將使換熱器擁有更高的工作 效率。物流通過這種結(jié)構(gòu)換熱器時存在明顯的徑向變化，故不適用于有高熱效率要求的場合。 T 形翅片管：用于管外沸騰時，可有效降低物料泡核點(diǎn)，沸騰給熱系數(shù)提高～ 倍，是蒸發(fā)器、重沸器的理想用管。 管殼式換熱器的應(yīng)用已經(jīng)有悠久的歷史，而且管殼式換熱器被當(dāng)作一中傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的換熱設(shè)備在很多工業(yè)部門中大量使用。 C） 出口溫度（ 176。 30 0 10 0 2021T ???℃ ； 69 10 1 852t ???℃ ； 表 22煤油 與原油的物性參數(shù) 名稱 平均溫度（℃） 比熱kJ/kg178。 S 熱阻（ 179。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 估 算換熱器傳熱面積 39。 cQ = 9 5 4 0 0 3 . 1 7 ( 1 0 1 6 9 ) 9 6 7 7 3 7 6k J / h = 2 6 8 8 k W? ? ?； hQ 2 3 1 8 4 2 . 8 9 ( 3 0 0 1 0 0 ) 1 3 4 0 0 3 5 2 k J / h 3 7 2 2 k W? ? ? ? ?； 故 Q 3722kW? 。 1 2 2 1m1221( T t ) ( T t ) ( 300 101 ) ( 100 69)t t 300 101lnln 100 69T t? ? ?? ? ???℃ ； （ 3） 按經(jīng)驗值初選總傳熱系數(shù) K估 查表選得 K估 =180W/（㎡﹒℃）； （ 4）初算出所需的傳熱面積 39。 （碳鋼），取管內(nèi)流速 ui=。 6=528 （ 3）殼體直徑 采用多管程結(jié)構(gòu)， 換熱管采用正方形排列法，查 GB1511999 可知管心距Pt=32，分程隔板槽兩側(cè)相鄰管的中心距為 44mm。 1000=250mm； 故取 h=250mm。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 （ 1） 管程流體傳熱膜系數(shù) iα 管程流體流通截面積 ： si=179。iα 計算如下： 由于 iaμ2μ ，故原油為高黏度的流體，故應(yīng)用 SiederTate 關(guān)聯(lián)式： 39。 校核平均溫差 與平均溫差有關(guān)參數(shù)的計算如下： 1221T T 30 0 10 0R = 5t t 10 1 69???? ； 2111t t 10 1 69P= = 0. 13 9T t 30 0 69? ?? ； 根據(jù) R、 P 值， 按單殼程、 6 管程， 查溫度校正系數(shù)圖可得溫度校正系數(shù) 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 Δtφ ? ，因此 ， 有效平均溫度差為： 39。039。 由 Re=2365，傳熱管相對粗糙度 ，查λ Re 雙對數(shù) 坐標(biāo)圖得λ = 2 2i1i i ρ ul 6 8 0 5 1 . 2P ( ) = 0 . 0 4 6 9 5 5 . 2 P ad 2 0 . 0 2 2? ?? ? ? ?； 2 2i2 ρ u 8 0 5 1 . 2P = 3 ( ) = 3 1 7 3 8 . 8 P a22 ?? ? ?； iΔ P (6 9 5 5 . 2 1 7 3 8 . 8 ) 1 . 4 6 1 7 3 0 3 0P a 0 . 0 7 3 M P a? ? ? ? ? ? ?； 經(jīng)查， 管程 壓力降 在允許的范圍內(nèi) 。由于流動的復(fù)雜性，要準(zhǔn)確地分析影響這種復(fù)雜流動的各種因 素，精確地計算壓力降是相當(dāng)?shù)睦щy。1ΔP —— 流體橫過管束的壓力降， Pa； 39。 bo2b i2l ρuΔ P = N (3 .5 )D2； 式中： F —— 管子排列方法對壓力降的修正系數(shù)，對三角形排列 F ? 。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 換熱器壁溫計算 換熱管壁溫 t 計算 符號說明： Κ —— 以換熱管外表面積為基準(zhǔn)計算的總傳熱系數(shù)， W/（ m178。 熱流體側(cè)的壁溫： t h m d h mh31t = T Κ ( + r ) tα12 0 0 1 8 8 ( 0 . 5 2 1 0 ) 7 6 . 8 44651 6 1 . 4 o C??? ? ? ? ? ?? ； 冷流體側(cè)的壁溫： t c m dc mc31t =t + Κ ( +r ) Δ tα185 18 8 ( 0. 52 10 ) 76 .8 427814 4. 5?? ? ? ? ? ?? ℃ ； th tct t + t 16 1. 4 14 4. 5t = 15 322 ???℃。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第 3 章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計與強(qiáng)度計算 在確定換熱器的 傳 熱面積 和工藝結(jié)構(gòu)尺寸 后，應(yīng)進(jìn)行換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計和強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)計算 ，還有主要構(gòu)件的設(shè)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），具體計算如下。 焊接方式：選為雙面焊對接接頭， 100%無損探傷，故焊接系數(shù) 1?? 。 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 （ 1）前端管箱厚度計算 前端管箱為橢圓形管箱，這是因為橢圓形封頭的應(yīng)力分布比較均勻，且其深度較半球形封頭小得多，易于沖壓成型。 選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，故 Κ1? ，且同上 12C 0, C 2m m??，則計算厚度為： ? ?39。39。開孔 不但削弱了換熱器壁的強(qiáng)度，而且在殼體和接管的連接處 ， 因結(jié)構(gòu)的連接性被破壞，會產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給換熱器的安全操作帶來隱患。 開孔直徑 ： id= d + 2C 34 9 2 3 35 5m m 50 0 m m2 iD? ? ? ? ? ?； 滿足等面積法開孔補(bǔ)強(qiáng)計算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)計算。 421A 2451δ = 1 0 .4 m mD D 6 2 0 3 8 5??? ； 圓整 到標(biāo)準(zhǔn)系列 ， 39。 開孔直徑 ： id= d + 2C 25 1