江汉大学课题名称：固定管板式换热器设计
系别：化学与环境工程学院
专业：过控121班
学号：
姓名：库勇智
指导教师：杨继军
时间： 2016年元月
课程设计任务书
设计题目：固定管板式换热器设计
一、设计目的：
1.实用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型的过程装
备设计的全过程。
2.掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案
的可行性研究和论证。
3.掌握软件强度设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确可靠，
正确掌握计算机操作和专业软件的实用。
4.掌握图纸的计算机绘图。
二、设计条件：
设计条件单
名称管程壳程
物料名称循环水甲醇
工作压力0.45Mpa 0.05Mpa
操作温度40℃70℃
推荐钢材10，Q235-A，16MnR
换热面积60㎡
推荐管长Φ=25
32-39㎡40-75㎡76-135㎡
2m 2．5 3m
管口表
符号公称直径用途
a 200 冷却水金口
b 200 甲醇蒸汽进口
c 20 放气口
d 70 甲醇物料出口
e 20 排净物
f 200 冷却水出口
三、设计要求：
1.换热器机械设计计算及整体结构设计
2.绘制固定管板式换热器装配图（一张一号图纸）
3.管长与壳体内径之比在3-20之间
四、主要参考文献
1.国家质量监督检验检疫总局，GB150-2011《压力容器》，中国标准出版社，2011.
2.国家质量监督检验检疫总局，TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》，新华出版社，2009.
3.国家质量监督检验检疫总局，GB151-1999《管壳式换热器》，中国标准出版社，1999.
4.天津大学化工原理教研室，《化工原理》上册，姚玉英主编，天津科学技术出版社，2012.
5.郑津样，董其伍，桑芝富主编，《过程装备设计》，化学工业出版社，2010.
6.赵惠清，蔡纪宁主编，《化工制图》，化学工业出版社，2008。
7.潘红良，郝俊文主编，《过程装备机械设计》，华东理工大学出版社，2006。
8.E．U．施林德尔主编，《换热器设计手册》第四卷，机械工业出版社，1989.
前言
换热设备是用于两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同一种流体间热量（或焓)传递的装置。
换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一，其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源的有效利用与节约，对国民经济有着十分重要的影响。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换
热器进行高温和低温热能回收带来了显着的经济效益。
在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低品位热能的有效装置。
换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同。其中常用结构为管壳式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强，在各工业部门应用最为广泛。根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式和釜式重沸器五类。
固定管板式换热器
固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。
固定管板式换热器的特点是：
1、旁路渗流较小；
2、锻件使用较少，造价低；
3、无内漏；
4、传热面积比浮头式换热器大20%～30%。
固定管板式换热器的缺点是：
1、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差t≤50℃,当t≥50℃时必须在壳体上设置膨胀节；
2、易产生温差力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；
3、壳程无法机械清洗；
4、管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低。
固定管板式换热器的机械设计除了最关键的换热板片以外，还有两块墙板，我们称为框架板和压力板，框架板为外侧不可活动的墙板，压力板为换热板片另一侧的可用拉杆螺栓调整位置的墙板；数根拉杆螺栓，用来加紧框架板和压力板；立柱；上下导杆，连接在框架板和立柱之间，用来支撑并给压力板和换热。半片导向；框架板和立柱上可安装底脚底脚，用于固定机器。除此以外，还可以有法兰，过滤器，温度计和压力计等一系列附件。
固定管板式换热器管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单紧凑，能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线膨
胀系数相差较大时，壳体与管束中将产生较大的热应力。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。
主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和后端结构等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。管箱和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连，检修或清洗时便于拆卸。换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。
一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题.准确的热力设计和计算，强度和工艺条件。
目录
一、设计计算
1.工艺条件 (11)
2.计算
（1）管子数 n (11)
（2）管间距的确定 (12)
（3）换热器壳体直径的确定 (12)
（4）换热器壳体壁厚的计算 (12)
（5）换热器封头选择 (13)
（6）容器法兰选择 (13)
（7）管板尺寸的确定 (14)
