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摘 要

此次毕业设计是一个关于生产实践的设计型课题，所设计的换热器是浮头式，换热器在石油、化工等工业中是享有相当重要地位的单元换热设备，该设备在管程的介质是循环水，壳程的介质是氢气,运用循环水冷却氢气。

将工艺参数作为这次设计的基本数据，为了使设备成功完成工作并符合工业标准，一开始就要对设备进行热力计算并通过GB151-2014标准结构选型。最后，对所需的零部件等符合一定的标准进行选取并对本次设计通过SW6完成强度校核，并将结果和之前的计算进行比对。

关键词：换热器 冷却 浮头式 SW6

The design of floating head heat exchanger

Abstract

This graduation design is a design type lesson about production practice. The heat exchanger is a floating head. Heat exchanger is an important unit heat exchange equipment in the oil and chemical industry. The medium of the pipe is circulating water, the medium of the shell is hydrogen gas, and it uses circulating water to cool the hydrogen.

The basic data of this design is process parameters. In order to make the device meet the requirements of the process, the thermal calculation and structure selection are carried out first according to GB151-2014. Finally, the required components are selected and the strength is checked by SW6, and the results are compared with the previous calculations.

Keywords: Cooling; Heat exchanger; Floating head; SW6

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 简述换热器 1

1.2 中外现状 2

1.3 浮头式换热器 3

第二章 换热器工艺计算 4

2.1 原始数据 4

2.2 定性温度与物性参数 4

2.3 物料与热量衡算 4

2.4 有效平均温差 5

2.5 初算传热面积 5

2.6 换热器结构设计 6

2.7 管程传热与压降 7

2.8 壳程传热与压降 7

2.9 总传热系数 9

2.10 传热面积与壁温核算 9

第三章 结构设计 11

3.1 结构设计 11

3.1.1 筒体 11

3.1.2 封头 12

3.1.3 壳程接管补强计算 13

3.1.4 拉杆与换热管 13

3.1.5 折流板 13

3.1.6 管子与管板的连接 13

3.1.7 拱盖与定距管数据 14

3.1.8 管板与折流板 14

3.1.9 防冲挡板 14

3.1.10 支座的选择 14

3.2 工艺装置投资估算 15

第四章 结语 17

参考文献 18

附录 19

致 谢 37

第一章 绪论

1.1 简述换热器

对于换热器来说最少要包含两种流体并且温度不同或者是流体和固体、固体粒子能够进行能量（或焓）的传递。^【1】换热器在化工生产中能够有多种多样的使用方式，就包括预热、冷凝、加热、冷却等等。换热器主要有螺旋板式换热器、废热锅炉、板翅式换热器、管壳式换热器、板壳式换热器这几种类型。^【2】

在二十世纪的20年代开始涌现的板式换热器对食品工业引起了巨大的轰动。紧接在三十年代的时候一种铜及其合金材料造成的板翅式换热器被利用钎焊方法的英国人发明出来，这一创造成功解决了长期难以克服的飞机发动机散热的问题。^【3】 后来，在纸浆工厂得到广泛运用的第一台板壳式换热器再一次被瑞典人成功造出。1960年开始各方迫切需要一些高效紧凑型的热交换器，由于在高温和高压环境下工作时出于对节能和换热等条件的要求有所提高，也进一步推动了管壳式换热器的发展。^【4】

1.2 中外现状

1.2.1中国的情况

当前，大约有七百亿人民币的产值是我国的换热器产业的市场所达到的规模，集中供暖、冶金、电力、食品、制药、制冷空调、石油、机械、化工、船舶等领域是最主要的贡献力量。^【5】因为随着换热器在机械、船舶、石油、化工、食品、冶金等行业的需求量不断稳定的提高，所以在未来很长的一段时间内我国的换热器产业将会蓬勃发展。截至2015年，中国的换热器产业产值取得了超过880亿元的骄人成绩；而到2020年我国的换热器产业产值突破1500亿元的大关具有很大的可能性。换热器大约三成的市场份额来自于石油化工领域，因此毋庸置疑换热器产业最大的市场是属于石油化工领域的。^【6】加热、冷却或者冷凝等都是在大多数石油、化工生产中很常见的工艺过程，这些过程大多数都是需要通过换热器来实现的。石化产品的能量利用率、质量、可靠性和经济性都取决于换热器的性能。

1.2.2国外现状

二十世纪的七十年代，传热强化技术因为世界能源危机的问题得到迅猛的发展。为了在应对世界能源危机的问题的同时又能够不降低工业生产的经济效益，于是就提出大力发展高效能且能够运用在多种类型工业过程要求的换热装置。^【7】鉴于世界能源危机的问题，工业上所能利用的原料所含的热量愈来愈少，造成换热的许可温差将会变得更小，在这种状况之下我们要发展出更高要求的换热器性能和更新换热技术是唯一出路。^【8】因而多年来，人们在换热器的研发创新领域不断提出大量课题。

根据国外大量的关于换热器市场的调查，管壳式换热器占据着市场将近百分之六十四。各种板式换热器的市场竞争能力大幅攀升的情况是不可否认的，但是牢牢占据市场主体地位仍然属于管壳式换热器这一事实没有改变。^【9】管壳式换热器能够朝着大型化、高压、高温的方向不断发展主要是得力于动力、石油化工工业的跨越式发展。^【10】在这样的一个大环境之下也使得换热器的结构不断推陈出新。

1.3 浮头式换热器

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