论文总字数：21475字

摘 要

本次毕业设计的题目是醚循环热交换器的设计，根据给定的设计参数完成热交换器的结构设计与各主要受压元件的强度校核计算，热交换器的换热面积为48平方米。由于本此次设计中热交换器管壳程介质的处理量不是很大，结合管壳程介质的物性特征，选用了管壳程易于清洗，不易产生较大热应力的浮头式热交换器。本次设计浮头式热交换器的具体内容包括各个零部件材料选择、连接结构的选择和各受压元件强度校核。还对接管开孔补强，热交换器管板和管子与管板拉脱力进行了校核。最后通过SW6-2011强度计算软件对上述计算进行了复验。 并对热交换器换热管排管设计，压力试验，结构设计等进行了详细说明。根据设计计算的结果完成了醚循环热交换器的结构设计与施工图图纸绘制，并最终经过总结整理完成毕业设计论文。

关键词：醚循环热交换器设计；强度校核计算；结构设计

Abstract

The topic of this graduation project is the design of the ether circulation heat exchanger. The structural design of the heat exchanger is calculated as the strength calibration core of the main pressure element based on the given design parameters, and the heat exchange area of the heat exchanger is 48 square meters. In this design, the heat exchanger tube shell does not have a large amount of processing, so it is easy to clean the tube shell to match the physical properties of the tube shell. comparing with the physical characteristics of the shell and tube side medium, a floating head heat exchanger has been chosen and it is easy to clean. In addition, it does not produce large thermal stress.Combined with the physical characteristics of the shell and tube side medium, the floating head heat exchanger with the shell and tube side easy to clean and not easy to produce large heat stress is selected. The specific content of this design of floating head heat exchanger includes material selection of various parts and components, selection of connection structure and strength verification of various pressure components. In addition, the opening and reinforcement of the connecting pipe, the pulling off force of the heat exchanger tube plate and tube and tube plate are checked. Finally, the strength calculation software sw6-2011 is used to retest the above calculation. The design of heat exchanger tube bank, pressure test and structure design are described in detail. Design and calculation results, structural design, construction, surface preparation and final graduation design paper.

Key words: Design of ether cycle heat exchanger; strength check calculation; structural design

目录

1.前言 1

1.1热交换器的简介 1

1.2热交换器的发展趋势 1

2.热交换器的选型 2

2.1设计参数 2

2.2热交换器的选型 2

3.工艺参数与物性参数 3

3.1工艺参数 3

3.2物性参数 3

3.2.1管程介质物性参数 3

3.2.2壳程介质物性参数 4

4.结构设计 5

4.1换热管结构尺寸设计 5

4.1.1换热管尺寸 5

4.1.2换热管的排列方式 5

4.1.2换热管管数计算 5

4.2壳体及管箱结构设计 6

4.2.1通体直径确定 6

4.2.2布管限定圆 6

4.2.3管箱的确定 7

4.2.4管箱圆筒节 7

4.3分程结构设计 7

4.3.1分程隔板 7

4.3.2分程隔板槽 8

4.4折流板和支持板结构 9

4.4.1折流板类型的选择 9

4.4.2折流板数量和间距的确定 9

4.5拉杆和定距管 9

4.5.1拉杆的结构形式 9

4.5.2定距管尺寸 9

4.6流速的确定 10

4.7接管及其法兰的选择 10

4.8支座 10

4.9钩圈结构 11

4.10吊耳 12

5.强度计算和校核 13

5.1筒体设计 13

5.1.1热交换器的筒体壁厚计算 13

5.1.2筒体工作压力校核 13

5.1.3筒体水压试验校核 14

5.2封头与管箱设计 14

5.2.1 封头与管箱短节的厚度计算 14

5.2.2 封头工作压力校核 15

5.2.3封头水压试验校核 15

5.3管、壳程进出料接管校核 16

③.接管校核接管内径 16

5.4球冠形封头 17

5.5温差应力和管子拉脱力计算 18

5.5.1温差应力计算 18

5.5.2管子拉脱力计算 19

5.6法兰设计 20

5.6.1管箱法兰 20

5.6.2管箱法兰垫片的选型 21

5.6.3螺栓的设计和选型 21

5.7管板的设计和计算 21

5.7.1管板选择 21

5.7.2管板计算 22

6.补强计算 27

6.1补强校核 27

6.1.1壳程补强 27

6.1.2管程补强 28

7.安装、操作和维护 31

7.1现场安装 31

7.1.1拆装空间 31

7.1.2安装 31

7.1.3管路配置 31

7.2试车和操作 31

7.3维护 32

8.经济核算 33

结束语 35

1.前言

1.1热交换器的简介

热交换器是一种换热设备，是实现冷热流体将部分相互传递的设备。随着社会的发展，热交换器在化工生产中的应用越来越广泛，已经是化工生产中不可或缺的设备^[1]。同时热交换器在石油，化工等工业部门中的应用尤为广泛，它可以增加能源的利用率，减少能源的消耗，提高生产效率。

由于热交换器在化工生产中起到的作用不同，因此有许多名称，例如冷却器、冷凝器、预热器、蒸发器等^[2]。热交换器根据其形式作用的不同因此有多种类型，其中以管壳式热交换器的使用最为广泛，而在本次设计中选取的浮头式热交换器也属于其中的一类。

1.2热交换器的发展趋势

现代社会中，随着科技技术的不断发展，能源问题日渐严重化。热交换器的优化主要还是从提高传热效率、增加能源利用率、减少废水废气排放等多方面进行^[3]。为了满足发展趋势，研究者们以节能增效为目的研制新型热交换器。同时，热交换器的相关技术也得到了大力发展，如防腐、焊接、新型材料等多方面都得到了改善。

本课题所设计的是醚循环四冷却器，是通过在管壳程之间冷热流体进行热能交换来实现冷却物料的设备，以此。通过本次课题设计我们能熟悉压力容器设计的基本要求，掌握热交换器的常规设计方法，以及设计时所需要注意的事项。在这次毕业设计中，我们可以将理论知识用于实际的设备设计上，这样可以给我们日后的工作打下坚定的基础。

2.热交换器的选型

2.1设计参数

2.2热交换器的选型

热交换器的选型会影响其使用以及生产工艺的实施，因此要考虑的因素有很多，如工作环境，压力高低，介质腐蚀性，温差大小，维修安装以及清洗的方便性等。由于本次设计中，管壳程的压力都不是很大，壳程介质为，管程介质为循环水，都不易结垢。因此初步确定选用结构简单，易于清洗的浮头式热交换器^[4]。

3.工艺参数与物性参数

3.1工艺参数

表3-1

3.2物性参数

3.2.1管程介质物性参数

表3-2

3.2.2壳程介质物性参数

表3-3

4.结构设计

4.1换热管结构尺寸设计

4.1.1换热管尺寸

由于本此设计的醚循环冷却器，根据传热面积与管壳程介质等多种因素，我们选用尺寸为,长度为的换热管。它可以提高换热效率；增加空间的利用率；传热效果也较好等众多优点。

4.1.2换热管的排列方式

换热管管子的排列方式有四种，如图4-1所示：

图4-1换热管排列形式

由于本设计条件中壳程介质为，因此换热管采用转角三角形排列方法。查参考文献^[5]表6-2得管间距。

4.1.2换热管管数计算

由于在固定换热管时，需将管热管插入管板，因此取插入管板的换热管总长度为。

换热器的实际传热面积

为方便排管，故定为200根换热管。

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