摘 要

本文借助CAD SOILDWORKS首先对管壳式换热器的总体结构进行了平面及立体的绘制，再分析管壳式换热器的结构和工作原理，明确换热器中流体的流型。根据设计工况的温度和流量条件，确定管壳式换热器正常工作环境下的换热性能和阻力性能参数。根据管壳式换热性能和阻力性能以及材料和冷热流体物性参数，计算出换热器内部结构尺寸，选择合适结构形式。根据确定的管壳式换热器内部结构及压力条件，确定换热器壳体管箱、封头、管板等参数。 根据设计的管壳式换热器，对其换热性能和阻力性能及结构应力进行校核，所得过程对于管壳式换热器的设计具有重要的指导意义。

论文主要研究了管壳式换热器的设计依据、过程步骤以及校核方式。

本文的特色：在自身设计管壳式换热器的过程中，对换热器的设计步骤及校核过程有详细的解析，。

关键词：管壳式换热器；壳程；管程；换热性能；设计；

Abstract

In this paper, the overall structure of the shell-and-tube heat exchanger is firstly mapped by CAD and SOILDWORKS. Then the structure and working principle of the shell-and-tube heat exchanger are analyzed, and the flow pattern of the fluid in the heat exchanger is defined. According to the temperature and flow conditions of the design conditions, the heat exchange performance and resistance performance parameters of the shell-and-tube heat exchanger in the normal working environment are determined. According to the shell-and-tube heat transfer performance and resistance performance, and the material and the hot and cold fluid physical property parameters, the internal structure size of the heat exchanger is calculated and the appropriate structure form is selected. According to the determined shell and tube heat exchanger internal structure and pressure conditions, determine the heat exchanger shell tube box, head, tube sheet and other parameters. According to the designed shell-and-tube heat exchanger, the heat transfer performance, resistance performance and structural stress are checked. The obtained process has important guiding significance for the design of the shell-and-tube heat exchanger.

The paper mainly studies the design basis, process steps and checking methods of the shell-and-tube heat exchanger.

The characteristics of this article: In the process of designing the shell-and-tube heat exchanger itself, a detailed analysis of the design procedure and the verification process of the heat exchanger is carried out.

Key Words：shell-and-tube heat exchanger; shell side; tube pass; heat transfer performance; design

目录

第1章 绪论 1

1．1 目的及意义（含国内外的研究现状分析） 1

1.1.1 管壳式换热器背景 1

1.1.2 国内外研究现状 1

1.4.1 管壳式换热器的结构分类 2

第2章 换热器参数设计及计算 3

2.1 设计参数 3

2.2 设计任务 4

2.3 参数设计依据 4

2.4 基本参数计算 5

第3章 换热器的结构设计 11

3.1结构尺寸参数 11

3.2采用原件材料及数据 11

3.3壳体、管箱壳体和封头的设计 12

3.4进出口设计 13

3.5 管板与换热管 15

3.5.1 管板 15

3.5.2 管孔 17

3.5.3 换热管 17

3.6壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接 17

3.7其他各部件结构 18

3.7.1 折流板和支持板常用的折流板和支持板的形式 18

3.7.2 拉杆、定距管 19

3.7.3 防冲板 20

3.7.4 沉降管设计 21

3.7.5 换热管下箱设计 21

3.7.6 座选取 21

第四章 强度的计算与校核 21

4.1 圆筒计算 21

4.2 压力实验应力校核 22

4.3 最大工作压力和计算应力 22

4.4 封头设计计算 22

4.5 管板设计计算 23

4.6 设计条件不同危险组合工况的应力计算 27

4.7 计算是否必须安装膨胀节 34

4.8 接管、接管法兰以及开孔补强 35

4.9鞍座强度校核 37

参考文献 39

致 谢 40

第1章 绪论

1．1 目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1.1 管壳式换热器背景

在石油、化工、冶金、电力、轻工、能源等部门所使用的换热设备中管壳式换热器处于主导地位。它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发及废热回收方面,是理论研究水平最高、设计技术最完善、标准化、规范化、历史久远及计算机软件开发最早的换热设备。它的工艺设计一般是指传热设计和压降(或流动)设计,传热尤为复杂。近年来随着节能技术的发展,换热器的应用领域不断扩大,带来了显著的经济效益,给管壳式换热器增添了新的生命力。因此对其进行研究就具有很大的意义。

这种换热器结构坚固,处理能力大、选材范围广,适应性强,易于制造,生产成本较低,清洗较方便,在高温高压下也能适用。为了提高和强化管壳式换热器的传热效率,近年来各国开展许多了研究工作,除了对管壳式换热器的设计方法作改进外,主要是对该换热器的传热管件及结构做改动,从而实现强化传热。新近由瑞士 Allures公司技术,后经 Brown fintube ltd改进的高效传热元件-偏置折边翅边管和螺旋扁管。 Hamon- Lummus公司又新推出一种SRC翅片管,用于冷凝传热。管壳式换热器是换热器的基本类型之一,19世纪80年代开始就已应用在工业上。这种换热器结构坚固,处理能力大、选材范围广,适应性强,易于制造,生产成本较低,清洗较方便,在高温高压下也能适用。为了提高和强化管壳式换热器的传热效率,近年来各国开展了许多研究工作,除了对管壳式换热器的设计方法作改进外,主要是对该换热器的传热管件及结构做改动,从而实现强化传热.

1.1.2 国内外研究现状

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设 备,是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以 满足过程工艺条件的需要,同时也提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通 压力容器、中水处理设备等近30多种产业,相互形成产业链条。