1、摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，通过这种设备使物料能达到指定的温度以满足工艺的要求。换热器是化工、石油、动力、食品以及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有举足轻重的地位，已经得到了越来越广泛的应用。本设计综合考虑介质性质，效益成本等因素，选择了固定管板式的换热器，固定管板式换热器的两端管板采用焊接方法与壳体连接固定。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多样，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。在本设计过程中，严格按照 GB150-1998钢制压力容器和 GB151-1999管壳式换热器以及换热器设计手册等
2、标准进行设计和计算。综合考虑各种因素，结构设计合理、经济，同时满足制造、检修、装备、运输和维修等要求；换热器的材料、主要尺寸选择恰当，满足强度、刚度、稳定性和水压试验等校核要求。本设计按照任务书的要求，对给定的介质和处理量分析，对换热器进行选型，热流量恒算，估算出换热面积之后对传热系数进行严格校正，计算出实际换热面积，最后 jinx 那个压力降和壁温的计算。设计的后半部分对各个结构逐一进行分析和设计以及强度检验，主要是根据已经选定的换热器形式进行设备内各零件（如接管、折流板、管箱等） ，包括：材料的选择、具体尺寸的确定、具体位置的确定、管板厚度计算、开孔补强等。最终完成整个设备的设计。关键词：
3、换热器；吸收器；工艺设计；结构设计AbstractThe evaporator is a type of heat exchanger, the heat exchanger is the transmission of heat to heat fluid to the cold fluid equipment, this equipment can make materials reaches the specified temperature to meet the technological requirements. Heat exchanger is the general equ
4、ipment in chemical, petroleum, power, food and many other industrial sectors, has play a decisive role status in production, has been more and more widely used.The design consideration of media properties, cost and other factors, choose the U tube heat exchanger with evaporating space, U type tube t
5、ype heat exchanger is only one tube plate, simple structure, less sealing surface, and U type tube heat exchanger can be freely telescopic, no temperature difference stress. In the design process, design and calculation in strict accordance with the“ GB150-1998“ steel pressure vessel and “ GB151-199
6、9 “shell and tube heat exchanger for heat exchanger design handbook“ and other standards. Considering various factors, reasonable structure design, economic, manufacturing, maintenance, and meet the equipment, transport and repair requirements; select the appropriate size, the main material of heat
7、exchanger, to meet the requirements of strength, rigidity, stability and hydraulic test check.The design in accordance with the requirements of the mission, the analysis and processing of a given amount of medium, selection of heat exchanger, heat flow balance, estimate of heat transfer area on the
8、heat transfer coefficient is strictly correction, calculate the actual heat exchange area, at last jinx the pressure drop and wall temperature calculation. The latter part of the design of each structure tested one by one analysis and design as well as the strength, is mainly based on the heat excha
9、ngers have been selected components of equipment (such as pipe, baffle plate, tube box), including: the choice of materials, in particular to determine the size, specific to determine the position, the thickness of the tube plate opening reinforcement calculation, etc. The design of the final comple
10、tion of the entire equipment.Keywords: heat exchanger evaporator; methanol; process design; structure design目 录1. 绪论 .11.1 工程背景 .11.2 换热器简介 .11.3 设计概述 .21.4 设计要求 .21.5 设计题目 .32. 传热工艺计算 .42.1 介质定性温度物性 .42.2 热流量恒算 .42.3 估算换热面积 .42.4 管径和流速的选择 .52.5 换热管的排列方式 .52.6 平均温差校核 .62.7 壳体直径确定 .63. 换热器核 算 .73.1 管
11、程给热系数 .7i3.2 壳程给热系数 .803.3 总传热系数校核 .93.4 传热面积校核、热流密度核算 .103.5 壁温核算 .103.6 压力降计算 .103.6.1 管程压力降 .113.6.2 壳程压力降 .114. 结构设计及强度校核 .124.1 壳体设计和强度计算 .124.2 折流板的设计 .134.3 拉杆设计 .134.4 管箱短节设计 .144.4.1 管箱结构设计 .144.4.2 前端管箱封头设计 .164.4.3 管箱法兰 .174.4.4 封头强度计算 .174.7 壳体后端封头设计 .184.8 管板设计 .194.9 管板的连接 .214.9.1 管板与
12、壳体的连接 .214.9.2 管板与换热管的连接 .224.9.3 管板与管箱的连接 .245. 接管的设计 .265.1 壳程接管设计 .275.2 管程接管设计 .285.3 开孔补强计算 .285.3.1 壳体接管开孔补强 .295.3.2 管箱接管开口补强 .305.4 壳体排气接管设计 .325.6 冷却水出口接管 .325.7 垫片的选取 .345.8 支座的设计 .35总 结 .3801. 绪论1.1 工程背景在工业生产中，为了实现物料之间热量的传递过程的一种设备，统称换热器。换热器是炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。它不仅可以单独作为加热器、冷却器
13、等使用，而且也是一些化工单元操作的重要附属设备，在化工工业生产中占有举足轻重的位置。随着石油化工行业的飞速发展，对换热器的性能要求越来越高，换热器在总投资中所占的比重也越来越大，通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的 10-20%。在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的 35-40%。换热器的设计、制造、结构改进以及传热机理的研究越来越活跃，一些高新型高效换热器相继问世。在化工厂中经常应用换热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。换热器的类型也非常多，性能各异，各具特点，可以适应绝大多数工艺过程对换热器的要求。在换热器的设计过程中，首先应该根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产
14、任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸，进而进行各零部件的选取和设计。1.2 换热器简介换热器随着使用目的的不同，可以把它分为：热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等。由于使用的条件不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。在化工生产过程中，换热器还经常作为一个单独的化工设备使用，有时候又把它作为某工艺设备中的一个组成部分如精馏塔底部的再沸器，氨合成塔中的下部热交换器等等。换热设备的类型按照传热方式的划分有直接接触式、蓄热式和间壁式三类。其中直接接触式和蓄热式换热设备具有结构简单，制造容易等特性，但是在换热过程中，有高温流体和低温流体互相混合或者部分混合使其在应用上受到了一定的限制。所以
15、在工业生产中一般以间壁式换热器使用居多。间壁式换热器在结构上又可分为管式换热器和板式换热器。管式换热器主要包括蛇管、套管和列管式换热器；板式换热器主要包括型板式、螺旋式和板壳式换热器。不同的1换热器当然也有各自不同的优缺点，在使用时应该合理使用。20 世纪 80 年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型换热器层出不穷，不仅带来了巨大的社会经济效益，也很大程度上降低了企业的成本。因而，在能源日益紧张、全球环境气温不断升高的背景下，换热设备的节能研究和开发备受关注。在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各国政府都加大了投入资金。国内外的研究机构也取得了很多可喜的成绩，
16、在强化传热元件方面，华南理工大学相继开发出表面多孔管、螺旋槽管、纵横管等；天津大学在流路分析法、震动等方面研究成果显著；在强度软件方面，江苏化工学院开发出液压涨管器；以换热器起家的兰州石油机械研究所率先开发出板式换热器、板式冷凝器、高效重沸器等等一批使用价值较高的换热器。换热器的发展也朝着精确性，大型化和 PC 化发展。换热器的传热与流动计算的准确性取决与物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直成为传热界的重点研究课题。而随着开发研究的不断大型化，换热器的直径也超过 5m，传热面积将达到单位 10000m2，紧凑型的换热器将越来越受欢迎。而各种新型换热技术也在向计算机软件靠拢，各种流体模拟和换热器
17、的设计软件也相继问世，使设计者们在换热器的设计和各种实验当中更加的精确和方便。1.3 设计概述本设计是合成氨工艺吸收制冷工段二级吸收器设计，实质上就是由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。 。这种形式也是石油化工行业中应用最广泛的形式。1.4 设计要求完善的换热器在设计
18、时应该满足下面各项要求：合理地实现所规定的工艺条件：传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的2条件。设计者应根据这些条件进行热力计算，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量。安全可靠：换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差计算时候，应该遵循相关文献和国家行业标规定。以免造成安全隐患。有利于安装、操作和维修：设备与部件之间应该便于拆卸和运输，在移动时候在厂房里不会收到楼梯、梁等的妨碍，还要根据需要添置气、液排放口，人口以及保温层等。经济合理：换热器评价的最终指标是：在一定时间内（通常为 1 年）
19、固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费等）的总和为最小。在设计和选型时，如果有几种换热器能完成生产任务，这个指标尤为重要。1.5 设计题目工艺条件：已知条件 壳程 管程工作压力（MPa）0.2 0.1进口温度（） 55 33出口温度（） 43操作介质 透平油 循环水流量(kg/h) 72000 14200032. 传热工艺计算传热工艺设计是通过已知条件，通过介质定性温度下的物性，算出热流量Q，估算出传热面积，确定管径和管子排列方式之后对换热器的各个参数进行核算，包括传热系数核算、换热面积核算和壁温核算等内容。由已知透平油流量为 62648.6kg/h,进出口温度，可
20、以求得管程和壳程物质的定性温度。2.1 介质定性温度物性壳程物质透平油，定性温度 ,管程冷却水定性温度定为 33。49235mT在定性温度下，透平油物性：密度 ,粘度: ,定压比热: 3/768kgsmpa7.18,导热系数： 。 kgj/95.1 w/013.循环水物性：密度 ，粘度 ,定压比热： ，导/94kgspa5. kgj/.4热系数: 。mw/0.622.2 热流量恒算由已知条件可以求得热流量： kwhkjTCwQip 1.380/1692575.720)(0 由此可以算出循环水出口温度为 35.8。2.3 估算换热面积假设总传热系数为 ,可以估算实际传热面积 。kmw2/10 m
21、TKAQ因为逆流平均温差公式： )ln(0iiiimtT4带入数据：2.14)348.5ln(.mT所以，由 计算传热面积mTKAQ21.9.41038A考虑 10%的面积裕度， 。21.59.4.2.4 管径和流速的选择：由管子的规格，选取 ，由表选择循环水流速 3m/s，再通过管程m.2的流量可以求得管子数管子数 （根）36842dVN因为透平油易结垢，所以选择 U 型管换热器，管程数为 2，所以管板需要布置 368 根。根据实际布管可知，DN700 管板可以布置 370 根换热管，2.5 换热管的排列方式换热管在管板上的排列方式有：正方形排列、同心圆排列和等边三角形排列三种。正方形排列的传热管使用比较少，但便于管外表面进行机械清洗。同心圆在靠近壳体的地方布管均匀。在小直径的换热器中，其可排下的管数比三角形还多。但圈数超过六圈时，所排管数就比三角形少。这种排列法几乎只用于空分设备上。三角形排列使用最普遍。其优点是在同一管板面积上，可以排列比较多的传热管，管外传热系数较高，流动阻力也相对较大。用三角形排列时候，排列面积是一个正六角形。当管束的管数超过 127 根时候，就必须在最外排管子和壳体间的弓形部分另排管子。这不仅是为了多排列管子，更重要的是为了消除管间的有害通道。本设计采用正三角行排管。管心距 。mt325.1
