浮头式换热器工艺说明书

浮头式换热器设计说明书设计者：徐凯指导教师：张玲张亚男秦敏系别：机械工程系专业：热能与动力工程日期：2009.11宁夏理工学院前言换热器是非常重要的换热设备。

在国民生产的各个领域得到了广泛的应用。

本设计说明书主要介绍浮头式换热器的原理和设计思路及整个设计过程。

在浮头式换热器中，浮头式换热器的两端的管板，一端不与壳体相连，该端亦称浮头。

管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。

浮头式换热器主要有如下特点：浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场就能清楚地看出来。

这种换热器的壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。

其缺点是结构复杂造价高，一般比固定管板高20%左右，在运行中浮头处发生泄漏不易检查处理。

浮头式换热器适应于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的工作条件下。

本书内容系统、完整，理论与实际并重。

书中对浮头式换热器设计中所需的各学科知识均有简要的介绍和解释。

同时该书对换热器在编写时注重介绍的方法简明扼要，条理清楚，深入浅出，紧密结合工程实际。

期间得秦敏、张春兰、张亚男、张玲等老师的悉心指导。

在此表示真挚的感谢！由于编者水平有限，其中难免不妥之处，恳请各位读者批评指正。

编者：徐凯2009-11-26目录第一章绪论第二章设计任务和设计条件 (1)第三章确定设计方案 (3)3.1 换热器类型的确定 (3)3.2 管程及壳程的流体安排 (3)第四章确定物性数据 (4)4.1定性温度的确定 (4)4.2列表 (6)第五章传热面积的估算 (7)第六章工艺结构尺寸的确定 (9)6.1 管径和管内流速的确定 (9)6.2 管程数和传热管数的确定 (9)6.3 平均传热温差的校正 (10)6.4 传热管排列和分程方法确定 (10)6.5 壳体内径的确定 (11)6.6 折流板的确定 (11)6.7 其它附件的确定 (12)第七章所设计换热器的校核算 (13)7.1 传热热流量的核算 (13)7.2 壁温的校核计算 (15)7.3 换热器内流体的流动阻力的核算 (17)参考文献 (19)换热器原理课程设计心得体会 (21)第一章绪论1.1换热器课程设计的目的和要求课程设计是《换热器原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。

化工原理课程设计原油加热器——浮头式换热器工艺说明书学院：材料科学与工程专业：高分子材料与工程班级：高分子112班姓名：***学号：**********指导教师：佟白目录第1章绪论 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

设计任务和设计条件 (3)第2章工艺设计与计算 (3)2. 1浮头式换热器的选用 (3)2.1.1 流动途径 (3)2.1.2 物性参数的确定...................................................................... 错误!未定义书签。

2.1.3 热负荷的计算 (3)2.1.4 估算传热面积A (4)2.2 工艺结构尺寸 (4)2.2.1 管径和管内流速 (4)2.2.2 管程数和传热管数 (4)2.2.3 平均传热温差校正及壳程数 (5)2.2.4 传热管排列和分程方法 (5)2.2.5 壳体内径 (6)2.2.6 折流板 (6)2.2.7 接管 (6)2.2.8 法兰 (14)2.2.9 其他附件.................................................................................. 错误!未定义书签。

2.3换热器核算 (7)2.3.1 传热能力核算 (7)2.3.2壳程流体传热膜系数 (7)2.3.3管程传热膜系数 (8)2.3.4总传热系数 (8)2.3.5传热面积裕度2.3.6壁温核算2.3.7换热器内流体的流动阻力 (9)2.3.8管程流体阻力 (9)2.3.9壳程流体阻力 (11)第3章3.1设备参数计算3. 2设计结果一览表错误!未定义书签。

目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：符号公称直径（mm）管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。

化工原理课程设计设计题目：浮头式换热器的设计指导教师李毅学生姓名凌风2010 年 10 月 20 日浮头式换热器设计任务书一、设计题目：浮头式换热器的设计二、设计原始数据操作条件：①大豆油：入口温度133℃，出口温度40℃②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃③大豆油处理量：5000kg/h④允许压降：不大于1×105Pa⑤大豆油定性温度下的物性数据：根据液体相对密度共线图查得86.5℃下大豆油的密度为： =925 kg/m3根据液体粘度共线图得86.5℃下大豆油的粘度为：μ=0.000850 Pa/s根据液体比热容共线图得86.5℃下大豆油的定压比热容为：2.052 kJ/(kg·℃)CP0 =查表得86.5℃下大豆油的导热系数为λ=0.1559 W/(m·℃)⑥循环冷却水在定性温度下的物性数据如下：ρ=994 kg/m3密度：i=4.08 kJ/(kg·℃)定压比热容：CPiλ=0.626 W/(m·℃)导热系数：iμ=0.000725 Pa/s粘度：i⑦每年按330天计算，每天24小时连续运行。

三、设备型式浮头式换热器四、设计任务1.编写课程设计说明书2.设计计算列管式换热器的管径尺寸、管内流速、热负荷、传热面积、管程数、管数、壳程数和接管尺寸等3.工艺流程图及换热器工艺条件图4.设计评述目录一、设计方案 (3)1.1选择换热器的类型 (3)1.2流动空间及流速的确定 (3)二、物性数据 (4)三、计算总传热系数 (4)3.1热流量 (4)3.2平均传热温差(逆流) (4)3.3冷却水用量 (4)3.4总传热系数K (4)四、计算传热面积 (5)五、工艺结构尺寸 (5)5.1管径和管内流速 (5)5.2管程数和传热管数 (5)5.3平均传热温差校正系数 (6)5.4传热管排列和分程方法 (6)5.5壳体内径 (6)5.6折流板 (6)5.7接管 (7)六、换热器核算 (7)6.1热量核算 (7)6.2换热器内流体的流动阻力 (9)6.3换热器主要结构尺寸和计算结果 (10)七、主体设备图 (11)八、参考文献 (11)九、主要符号说明 (11)十、总结 (12)一、设计方案1.1选择换热器的类型两流体温度变化情况：入口温度133℃，出口温度40℃循环水，入口温度30℃，出口温度40℃本设计任务为煤油冷却器的设计，两流体在传热过程中无相的变化，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器；固定管板式换热器结构比较简单，制造简单，制造成本低，管程可用多种结构，规格范围广，在生产中广泛应用。

摘要本设计说明书介绍了题目为PN1.6DN500冷却器的设计过程，并简要论述了它的运用场合、特点和制造加工工艺。

本文首先以给出的技术特性与工艺参数为基础，利用传热原理等理论进行工艺计算，确定了内导流浮头式冷却器的基本型号BES 500—1.6—55—3/19—2Ⅱ；再依据GB150—1998《钢制压力容器》和GB151—1999《管壳式换热器》等标准着重对浮头式换热器各零部件进行了结构设计与强度校核，包括筒体、管箱、浮头法兰、浮头盖、管板以及开孔补强等部件及元件；最后，介绍了内导流浮头式换热器的检验、安装、使用与维修等内容。

关键词：传热系数内导流筒浮头法兰弓形折流板浮头式换热器AbstractThis design specifications introduces the design process of PN1.6 DN500 cooler, and expounds briefly the utilization situation、characteristic and manufacture process. Firstly, It is based on physical technical characteristic and technology parameter given in the production that the technology calculation is done by making use of fundamentals about heat transfer process in order to define the model of floating-head type cooler with inner diversion tube,which is BES 500—1.6—44.9—3/25—2Ⅱ. Then, the structural design and intensity examination about most of components in heat exchanger are carried out by means of standards, such as GB150—1998<Steel pressure vessels> and GB151—1999<shell and tube heat exchanger>，including tube body、tube box、floating head flange、floating head cover、the tube plate as well as reinforcement for opening and so on. Finally, it is also related to inspection、installation、operation and maintenance about floating-head type heat exchanger with inner diversion tube.Key word: heat transfer coefficient ；inner diversion tube ; floating head flange；flow resistance；segmental baffle；floating-head type heat exchanger ;目录摘要 (I)Abstract....................................................... I I 绪论. (1)第一章方案论证 (5)1.2 经济合理性 (7)1.3 结构可操作性 (7)第二章结构及强度设计 (9)2.1 筒体结构设计及计算[1] (9)2.1.1. 筒体厚度计算 (9)2.1.2 筒体的强度校核和水压试验 (10)2.2 管箱结构设计 (11)2.2.1封头的材料及形式选择[14] (11)2.2.2标准封头壁厚计算 (11)2.2.3管箱应力校核 (12)2.2.4 管箱的结构设计 (12)2.3 管箱法兰设计 (13)2.3.1 法兰选用[5] (13)2.3.2垫片选用[8] (13)2.3.3螺柱与螺母选用[5] (14)2.3.4管箱法兰计算及校核[2] (14)2.4 钩圈式浮头的设计 (19)2.4.1 钩圈式浮头的结构尺寸计算 (19)2.4.2 浮头盖的设计计算 (20)2.4.3浮头钩圈的设计计算 (28)2.5 换热管及管板的设计 (28)2.5.1、换热管的设计 (28)2.5.2 换热器管板设计 (30)2.6 外头盖设计 (35)2.6.1 外头盖侧法兰选用[10] (35)2.6.2.外头盖法兰选用[5] (36)2.6.3.外头盖垫片及其它[9] (36)2.6.4 外头盖封头的设计[14] (36)2.7 开孔补强设计[1] (37)3.7.1 补强判别 (37)2.7.3．封头开孔补强计算 (39)2.8 其他零部件设计[2] (40)2.8.1拉杆设计 (40)2.8.2 分程隔板设计 (41)2.8.3 定距管设计 (41)2.8.4滑道设计 (41)2.8.5 折流板的设计计算 (41)P) (43)2.8.6. 防冲板设计(GB151- 1999,762.8.7. 内导流筒的选用 (43)2.8.8. 防短路结构设计 (43)2.8.9. 鞍式支座的选用[11] (44)2.8.10. 预防管束发生振动破坏的措施 (45)第三章浮头式换热器的制造、检验与验收 (46)3.1浮头式换热器制造、检验与验收要求 (46)3.2浮头式换热器的制造工艺[4] (46)3.2.1主要零部件的加工工艺 (46)3.2.3 浮头式换热器的焊接工艺 (49)3.2.4 浮头式换热器的涂漆工艺 (51)3.3浮头式换热器的检验与验收 (51)3.3.1 换热器常见的试验工艺及要求 (52)3.3.2 浮头式换热器的检验工艺 (52)第四章浮头式换热器的安装、使用与维修 (54)4.1浮头式换热器的安装要求 (54)4.2浮头式换热器的使用与维修[4] (54)4.2.1浮头式换热器使用时常见的几种破坏形式 (54)4.2.2浮头式换热器的维修 (55)第五章分析与总结 (56)设计小结 (57)参考文献 (58)致谢 (59)绪论过程设备在生产技术领域中应用非常广泛，是化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、能源、纺织、宇航、城建、国防、海洋工程等传统部门所必需的关键设备。

浮头式换热器制造工艺卡一. 引言浮头式换热器是一种广泛应用于工业生产中的重要设备，用于进行热能传递。

本文将详细介绍浮头式换热器的制造工艺卡，包括材料准备、工艺流程、工艺参数等内容。

二. 材料准备2.1 材料清单在制造浮头式换热器时，常用的材料清单如下：•主换热管: 不锈钢304•浮头: 不锈钢316L•泄漏盘: 不锈钢304•密封垫片: 柔性石墨垫片2.2 材料特性在选择材料时，需考虑以下因素：•主换热管需具有良好的耐腐蚀性和导热性。

•浮头需具有良好的耐蚀性和耐高温性。

•泄漏盘需具有优异的密封性能和耐腐蚀性。

•密封垫片需具有较好的抗压强度和耐温性。

选择适合的材料能提高浮头式换热器的性能和使用寿命。

三. 工艺流程3.1 加工主换热管主换热管的加工工艺如下：1.切割：将不锈钢304材料根据要求的长度进行切割。

2.打孔：在管壁上按照设计要求进行打孔，以便后续操作连接。

3.弯曲：根据实际需求，使用弯曲机将管材弯曲成所需形状。

4.清洗：用溶剂对管材进行清洗，去除表面油污和杂质。

5.检测：采用无损检测方法检查管材是否存在裂纹或其他缺陷。

3.2 制造浮头浮头的制造工艺如下：1.选择不锈钢316L材料，根据设计要求切割出所需形状的浮头片。

2.对浮头片进行加工，包括打孔、折弯、焊接等操作。

3.完成浮头的组装：将加工好的浮头片进行组装，确保其结构紧密和稳固。

采用焊接、螺栓连接等方式进行固定。

3.3 安装泄漏盘泄漏盘的制造工艺如下：1.选择不锈钢304材料，根据设计要求切割所需形状。

2.对泄漏盘进行加工，包括打孔、磨平等操作。

3.对泄漏盘进行密封性能测试，确保其具有优异的密封性。

3.4 安装密封垫片密封垫片的制造工艺如下：1.选择柔性石墨垫片作为密封垫片材料。

2.根据设计要求，切割出所需形状和尺寸的垫片。

3.清洗垫片，去除表面污垢。

4.垫片安装：将清洗好的垫片安装在浮头和泄漏盘之间，确保其紧密贴合。

四. 工艺参数在浮头式换热器的制造过程中，需关注以下工艺参数：•换热管的直径和长度•浮头的形状和尺寸•泄漏盘的尺寸和装配方式•密封垫片的材料和尺寸•焊接工艺参数：焊接电流、焊接速度等以上工艺参数会直接影响浮头式换热器的性能和使用寿命。

浮头式换热器课程设计说明书(共25页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1.方案确定选择换热器的类型浮头式换热器：主要特点是可以从壳体中抽出便于清洗管间和管内。

管束可以在管内自由伸缩不会产生热应力。

换热面积的确定根据《化工设备设计手册》选择传热面积为 400m 2换热管数N 的确定我国管壳式换热器常用碳素钢、低合金钢钢管，其规格为φ19× 2、φ25× 、φ32× 3、φ38 × 3、φ57 × 等，不锈钢钢管规格为φ19 × 2、φ25 × 2、φ32 × 2、φ38 × 、φ57 × 。

换热管长度规格为、、、、、、、、等。

换热器换热管长度与公称直径之比，一般在 4～25 之间，常用的为 6～10。

管子的材料选择应根 据介质的压力、温度及腐蚀性来确定。

选用32×3mm 的无缝钢管，材质为 0Cr18Ni9，管长为 6000mmn=A/πd 0L 3-5式 3-5：n —换热管数 A —换热面积m 2 d0—换热管外径mm L —换热管长度mm故 -3-3400n==6133.1432600010⨯⨯10⨯⨯根表拉杆直径 /mm表拉杆数量换热器公称直径DN/mm400＜d400≤d＜700700≤d＜900900≤d＜2600 44810拉杆需 10根。

换热管的排布与连接方式的确定换热管排列形式如图所示。

换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转正三角形、转三角形。

正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，故用的最为广泛，但管外不易清洗。

为便于管外便于清洗可以采用正方形或转正方形的管束。

换热管中心距要保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和宽度。

管间需要清洗时还要留有进行清洗的通道。

换热管中心距宜不小于倍的换热管的外径。

1 绪论1．1 换热设备在工业中的应用在炼油、化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷却和冷凝的过程，这些过程总称为换热过程。

传热过程的进行需要一定的设备来完成，这些使传热过程得以实现的设备就称之为换热设备。

据统计，在炼油厂中换热设备的投资占全部工艺设备总投资的35％～40％,因为绝大部分的化学反应或传质传热过程都与热量的变化密切相关，如反应过程中：有的要放热、有的要吸热、要维持反应的连续进行，就必须排除多余的热量或补充所需的热量。

工艺过程中某些废热或余热也需要加以回收利用，以降低成本。

综上所述，换热设备是炼油、化工生产中不可缺少的重要设备。

换热设备在动力、原子能、冶金及食品等其他工业部门也有着广泛的应用。

1．2 换热设备的分类1.2.1按作用原理或传热方式可分为：直接接触式、蓄热式、间壁式。

1.2.1.1直接接触式换热器，如下图所示热流体图1.1其传热的效果好，但不能用于发生反应或有影响的流体之间。

蓄热式换热器，如下图所示图1.2其适用于温度较高的场合，但有交叉污染，温度被动大。

1.2.1.3 间壁式换热器，又称表面式换热器利用间壁进行热交换。

冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。

1.2.2 按其工艺用途可分为：冷却器（cooler）、冷凝器（condenser）、加热器（一般不发生相变）（heater）、蒸发器（发生相变）（evaporator）、再沸器（reboiler）、废热锅炉（waste heat boiler）。

1.2.3 按材料分类：分为金属材料和非金属材料换热器。

1．3 国内外的研究现状上个世纪70年代初发生世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。

为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备。

因此，几十年来，高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。

近年来，国内已经进行了大量的强化传热技术的研究，但在新型高效换热器的开发方面与国外差距仍然较大，并且新型高效换热器的实际推广和应用仍非常有限。

浮头式换热器设计说明书摘要本设计说明书是关于浮头式换热器的设计，主要是进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。

设计的前半部分是工艺计算部分，主要是根据给定的设计条件估算换热面积，从而进行换热器的选型，校核传热系数，计算出实际的换热面积，最后进行压力降和壁温的计算。

设计的后半部分则是关于结构和强度的设计，主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如接管、折流板、定距管、钩圈、管箱等）的设计，包括：材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算等。

关于浮头式换热器设计的各个环节，设计说明书中都有详细的说明。

浮头式换热器：其结构如图2所示。

管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故当管束与壳体受热伸长时，两者互不牵制，因而不会产生温差应力。

浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。

由上述特点可知，浮头式换热器多用于温度波动和温差大的场合，尽管与固定管板式换热器相比其结构更复杂、造价更高。

1.1设计任务根据给定的工艺设计条件，此设计为无相变热、冷流体间换热的浮头式换热器设计任务。

1.2总体设计①确定结构形式。

由于介质换热温差较大，因此选用浮头式换热器。

②合理安排流程。

安排冷的污水走壳程，处理过的热清水走管程。

1.3热工计算①原始数据○2定性温度与物性参数○3物料与热量恒算○4有效平均温差○5初算传热面积○6换热器结构设计○7管程传热与压降○8壳程传热与压降结构设计与强度设计1)换热流程设计：采用壳程为单程、管程为单程的结构型式.2)换热管及其排列方式:采用的无缝钢管，材料为2520钢，热管排列方式为三角形排列，如图所示，共101根。

另外6根拉杆,共排列107根。