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摘 要

管壳式换热器具有稳定可靠、适应能力强的优良特点，并且在各大换热器中占据主导地位。固定管板式换热器作为管壳式换热器的最基本的型式固然也这些优点，其优点有结构排列紧密、管程受压较小、壳内侧不容易结垢，清洗比较方便、造价低廉等。由于固定管板式换热器的推广，各行各业也获得了相当不错的经济收益。本次设计的换热器是循环水/环氧氯丙烷固定管板式换热器，主要完成循环水与环氧氯丙烷之间的热量交换。此课题包括的内容有：

1. 设计部分：换热管的设计其流程有换热面积的计算，换热管类型、尺寸等的选择、管数的计算、壳体直径的计算等等
2. 强度校核部分：对管箱的结构尺寸的强度校核、对筒体的结构尺寸的校核、封头和管板的强度校核等等

关键词：换热器；工艺；结构；强度。

Circulating water / epichlorohydrin fixed tube-plate heat exchange

Abstract

Shell and tube heat exchangers have the advantages of stable and reliable, strong adaptability, and play a leading role in various heat exchangers. As the most basic type of tube and shell heat exchanger, the fixed tube plate heat exchanger has many advantages, such as tight arrangement of structure, less pressure on the tube side, less easy scaling on the inside of the shell, convenient cleaning and low cost, etc. Due to the promotion of fixed tube-plate heat exchanger, various industries have also obtained quite good economic benefits.The designed heat exchanger is a circulating water / epichlorohydrin fixed tube-plate heat exchanger, which mainly completes the heat exchange between circulating water and epichlorohydrin. The topics include: Design part: the design process of heat exchanger pipe includes calculation of heat transfer area, selection of heat transfer pipe type, size, calculation of pipe number, calculation of shell diameter, etc. Strength check part: strength check for the structural dimensions of the tube box, structural dimensions for the tube body, strength check for the head and tube plate, etc.

Key words: heat exchanger; process; structure; strength.

目录

第一章 绪论 1

1.1 换热器的概念与意义 1

1.2换热器的发展趋势 1

第二章 工艺计算 4

2.1 估算换热面积 4

2.1.1流程安排 4

2.1.2 确定物性参数 4

2.1.3 估算换热面积 4

2.2 工艺尺寸结构 4

2.2.1 确定换热管数 4

2.2.2 换热管的排布 5

2.2.3 壳体内径 5

第三章 强度计算 6

3.1 筒体壁厚计算 6

3.1.1 管程圆筒 6

3.1.2 壳程圆筒 6

3.2 封头设计 7

封头的厚度计算 7

3.3管程接管补强计算 7

3.4 壳程接管开孔补强计算 8

3.5换热器经济性分析 9

第四章 强度校核 10

参考文献 32

致 谢 35

绪论

• 1. 换热器的概念与意义

“热量是由温度高的物体传递到温度较低的物体的”这是换热器应用到的基本的物理性质^[1]。换热器是一种使得流体达到工艺所需要的的温度指标的设备。是将高热量流体的部分能量传递给低热量流体的设备，又称热交换器。换热器的运用非常的广泛，它不仅是化工，炼油的必要设备，而且还遍及各式各样的轻工业行业^[2]。换热器的种类也非常多，在不同的工业生产过程中可谓是各显神通，而固定管板式换热器凭借着自己结构简单、造价低廉、制造容易等优势在各式各样的换热器之中脱颖而出^[3]。根据数据统计，在化工厂，换热器设备的投资占总投资的10%~20%，而固定管板式换热器则占据了其中的70%^[4]。利用换热器的最主要的目的是实现两种或者两种以上物质之间的热量交换，除此之外，它还能回收余热和废热，从而提高热能的总利用率^[5]。

1.2换热器的发展趋势

管板是管板式换热器的主要组成部分，所以管板的准确设计对管板式换热器的制造和安全运行尤为重要^[7]。

在1977以前我们国家在管板的设计计算方面还没有制定自己的公式，。就算在1967年我国颁布的《钢制化工容器》我们还直接引用了英国的固定管板式换热器管板厚度的计算公式。在当时，很多西方的工业国家都已经有了自己的管板设计体系和规范。单单从这一方面来看，我们就可以看出当时我们跟很多的西方国家有多大的差距^[8]。

随着我国工业的发展，换热设备的需求也在不断地扩大。根据相关资料显示，2016年换热设备行业规模再创新高，同时对节能环保和新材料应用方面有了新的要求。迄今为止，因为过多的企业处于创新体系的建设，发展和完善的过程中，而对于人才开发与培养的水平人处于较低的水平。所以我国距离从换热设备生产大国跨入世界换热设备生产强国还是有很大差距的。而纵使差距再大我们在换热器发展的道路上还是有很大优势的：

1. 伴随着我国CAD技术的发展以及数据库技术的进步，技术人员可以更便捷地获取相关数据，从而提高数据准确性。
2. GB/T151在2014年对换热设备制造中的焊接型式进行了新的修订，所以制造人员可以获得更加准确的焊接型式与相应的尺寸。
3. 我国的检测技术也在不断地发展技术人员可以运用更多的检测手段，比如超声波检测、磁粉检测、射线检测和渗透检测。检测形式和质量有进一步的提高。
4. 随着计算机技术的提高，有限元模拟技术和计算流体力学有了更广泛的应用。
5. 我国在焊接材料上的高技术含量和生产工艺的改进。不仅在设备质量方面还是在绿色环保方面都有所改进^[9]。

现阶段固定管板式换热器的设计还有存在着诸多问题；比如膨胀节的位置选择、换热管与管板怎样连接，流体物质对换热器的腐蚀等。

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