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摘 要

换热器在广泛地运用于我国的经济建设和工业生产。本课题旨在选择管壳式换热器中的浮头式换热器进行研究分析，对浮头式换热器换热器的工艺计算、结构设计和强度设计三方面进行计算。

根据任务书的设计条件，从换热器的工艺计算开始设计,依照该浮头式换热器的设计条件进行换热面积的初步估算，后续进行传热系数的较核，计算得到所需的换热面积，最后进行换热器壁温和压力降的计算。后半部分的工作着力于换热器的结构设计和强度计算，确定壳体、选择合适的换热管、计算管板的厚度、以及确定换热器的控制设计等。换热器的结构设计可通过绘制CAD图纸形象地表现出来。

本次设计采用SW6对换热器的危险部位进行了强度校核。主要校核了筒体、管板、前端管箱、后端管箱等换热器重要部件，结果表明整个装置的设计都达到了要求。

关键词： 浮头式换热器 结构设计 工艺计算 强度校核

Abstract

The heat exchanger nowadays is widely used in the development of national economy and industrial production.The design is aimed at choosing a floating head heat exchanger for analysis which is one of the shell and tube heat exchangers,. The main contents include the process calculation, the structure design, the intensity analysis.

According to the conditions,starting from the process caculation of the exchanger,The estimation of the heat exchanger area should be carried out.And then,by finishing the selection of a suitable heat exchanger, the check of heat transfer coefficient, and the caculation of the actual exchanger area,the first part of the design is done.Meanwhile the pressure drop and wall temperature should also be calculated.The next part is about the structure and intensity design. The main work includes the determination of the shell,the selection of suitable heat exchanger tubes,the calculation of the tube sheet,the design of its control and so on.Based on the design data,it is convenient to use CAD to draw the drafts for the floating head heat exchanger vividly..

Based on the code SW6, the intensity analysis is carried out for the barrel,the tube plate,the front tube box,the back tube box,etc.The results indicate that the intensity of the whole vessel is up to standard.

Key word:floating head heat exchanger；Process calculation；

Structural design；Intensity check

目 录

摘 要 I

Abstract II

1.1 课题背景总述 6

1.2 换热器国内外研究现状和发展趋势 6

1.3 管壳式换热器简介 7

第二章 工艺计算 9

2.1 工艺条件 9

2.2 流动空间的确定 9

2.3 初算换热器传热面积 9

2.3.1 传热计算（热负荷计算） 9

2.3.2 有效平均温差的计算 10

2.3.3 按经验值初选总传热系数 10

2.3.4 初算出所需的传热面积 10

2.4 工程结构尺寸 10

2.4.1 管径和管内流速 10

2.4.2 管壳程数和传热管数 10

2.4.3 传热管的排列和分程方法 11

2.4.4 壳体内径 11

2.4.5 折流板和拉杆 11

2.4.6 其他附件 11

2.4.7 接管 11

2.5 总传热系数k的校验 12

2.5.1 管程流体传热膜系数 12

2.5.2 壳程流体传热膜系数 12

2.5.3 总传热系数k 13

2.6 校核换热面积 13

2.7 压力降计算 13

2.7.1 管程压力降 13

2.7.2 壳程压力降 14

2.8 换热器壁温计算 15

第三章 换热器结构设计与强度计算 17

3.1 壳体的确定 17

3.1.1 壳体和管箱材料的选择 17

3.1.2 圆筒壳体厚度的计算 17

3.2 管箱厚度计算 17

3.2.1 前端管箱厚度计算 17

3.2.2 后端管箱厚度计算 17

3.3 换热管 18

3.3.1 换热管的排列方式 18

3.4 布管限定圆 18

3.5 换热管与管板的连接 18

3.6 管板设计 19

3.7 折流板 19

3.7.1 折流板的型式和尺寸 19

3.7.2 折流板排列 19

3.7.3 折流板重量计算 19

3.8 拉杆与定距管 20

3.8.1 拉杆的直径、数量及布置 20

3.9 防冲板 20

3.10 保温层 20

3.11 法兰与垫片 21

3.11.1 固定端的壳体法兰、管箱法兰与管箱垫片 21

3.11.2 外头盖法兰与外头盖垫片、浮头垫片 21

3.11.3 接管法兰 22

3.12 钩圈式浮头 22

3.12.1 浮头盖的设计计算 23

3.12.2 管程压力作用下（内压）浮头盖的计算 24

3.13 分程隔板 27

3.14 支座的选择 28

3.15 控制设计 28

第四章 换热器的腐蚀、制造与检验 29

4.1 换热器的腐蚀 29

4.1.1 换热管腐蚀 29

4.1.2 壳体腐蚀 29

4.2换热器的制造与检验 29

4.2.1 总体制造工艺 29

4.2.2 换热器质量检验 29

4.2.3 管箱、壳体、头盖的制造与检验 29

4.2.4 换热管的制造与检验 30

4.2.5 管板与折流板的制造与检验 30

第五章 结论 31

致谢 32

参考文献 33

第一章 绪论

1.1 课题背景总述

换热器是一种在汽车、动力、石油化工、冶金、医药、航空、制冷工程机械等行业广泛应用的设备^[1]。近20年来，换热器的应用范围囊括了能量的储存、转化、回收，以及污染治理和新能源利用等^[2]。

由于我国工业正处于迅速发展期，所以在能源利用、开发和节约方面不断提高要求，使得对换热器的综合性能有了更高的标准^[3]。我国现今常用的有固定管板、浮头以及U形管式换热器，其中浮头式换热器使用最为频繁^[3]。管壳式换热器中的浮头式换热器是应用最广泛的换热设备，特别是在较高参数的工作条件中，这种类型的换热器更具有优势。

1.2 换热器国内外研究现状和发展趋势

1.2.1 国内研究现状和发展趋势

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