浮头式换热器论文
管壳式换热器
摘要
换热器是在工厂生产中最常见的过程设备之一，是用于物料之间进行热量传递的过程设备，使热量从热流体传递到冷流体的设备。通过这种设备使物料能达到指定的温度以满足工艺的要求。浮头式换热器是针对固定管板式换热器在热补偿方面的缺陷进行了改进的换热设备。
本设计说明书是关于浮头式换热器的设计，主要分为说明和计算两部分。说明部分主要叙述了换热器的特点和分类、换热器的发展现状、国内发展趋势和研究热点，以及浮头式换热器主要零部件结构的设计及压力容器常用材料等。计算部分主要对浮头换热器的筒体、封头和法兰进行了详细地计算，并对其进行了水压试验的校核；其中，换热管、管板、折流板、鞍座和钩圈等各个受压元件按照GB150—1998《钢制压力容器》和GB151—1999《管壳式换热器》的标准进行简单的结构设计，使其屈服应力在许用应力范围之内。除此之外，还参阅相关的设计手册及大量的文献，完成了各个零件图的绘制，还对一篇外文进行了翻译等工作。
关键词：浮头式换热器；厚度计算；强度校核；水压试验
Shell and tube heat exchanger
Abstract
Heat exchanger is used in the materials to carry on the thermal transmission the process. Through this kind of equipment，materials achieve assignment the temperature to satisfy the craft the request. Floating head heat exchanger tube against a fixed plate heat exchanger in the thermal compensation of the defects and improved heat transfer equipment.
The design manual is about floating head heat exchanger, which included explanation part and calculation part.And the explanation part described the characteristics and classification of heat exchanger, the development of the status quo, development trend of domestic and research hot spots, also the floating heat exchangers’design of the structure of the main components and pressure vessels commonly used materials. The main part of the calculation of the cylinder, head and flange of the calculation in detail, and its verification of hydraulic test; also heat exchanger, tube sheet，baffle，circle hooks，such as saddles and all by pressure components in accordance with the GB150-1998 "Steel Pressure vessel" and GB151-1999 "Tubular heat exchangers" standard for strength calculation, checking water pressure test intensity to yield stress in the range of allowable stress. In addition, see the related design manuals and a lot of literature, completed the mapping of various parts,but also a translation of a foreign languages and so on.
Keywords: floating head heat exchanger; thickness calculation; strength check; pressure test
目录
1 换热器概述 (1)
1.1 换热器的特点 (1)
1.2 换热器的分类及其优缺点 (2)
1.3 浮头式换热器的简介 (2)
1.4 换热器的研究热点 (4)
2 浮头式换热器的设计 (6)
2.1 设计参数的确定 (6)
2.1.1 设计压力 (6)
2.1.2 设计温度 (6)
2.1.3 厚度及厚度附加量 (7)
2.1.4 焊接接头系数 (7)
2.1.5 许用应力 (7)
2.2 设备材料选择 (8)
2.3 结构的选择与论证 (9)
2.3.1 换热管 (9)
2.3.2 管板 (10)
2.3.3 封头 (11)
2.3.4 折流板 (12)
2.3.5 开孔和开孔补强设计 (12)
2.3.6 法兰 (14)
3 计算部分 (15)
3.1 壳体圆筒计算 (15)
3.1.1 计算条件 (15)
3.1.2 厚度计算 (15)
3.1.3 压力试验时应力校核 (16)
3.1.4 压力及应力计算 (16)
3.2 前端管箱筒体的厚度计算（管箱短节的计算） (17)
3.2.1 计算条件 (17)
3.2.2 厚度计算 (17)
3.2.3 压力试验时应力校核 (18)
3.2.4 压力及应力计算 (18)
3.3 前端管箱封头计算 (19)
3.3.1 计算条件 (19)
3.3.2 厚度计算 (19)
3.3.3 应力试验时应力校核 (20)
3.3.4 压力计算 (20)
3.4 后端管箱筒体计算 (20)
3.4.1 计算条件 (20)
3.4.2 厚度计算 (21)
3.4.3 压力试验时应力校核 (21)
3.4.4 应力及应力计算 (22)
3.5 外头盖封头的计算 (22)
3.5.1 计算条件 (22)
3.5.2 厚度计算 (23)
3.5.3 压力试验时应力校核 (23)
3.5.4 压力计算 (24)
3.6 管板设计 (24)
3.6.1 符号说明： (24)
3.6.2 管板厚度计算 (26)
3.6.3 换热管的轴向应力校核 (28)
3.6.4 换热管与管板连接的拉脱力校核 (30)
3.7 浮头盖的设计计算 (30)
3.7.1 球冠形封头厚度计算 (30)
3.7.2 浮头法兰厚度计算 (32)
3.8 开孔补强 (39)
4 结论 (42)
参考文献 (43)
谢辞 (44)
1 换热器概述
换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，又称热交换器。换热器应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。现在，石油化工装置不断向大型化发展，要求换热器也相应大型化，而新产品的开发、原料的深度加工和精细化工的发展等则要求换热器型式多样化。另外，又对换热器提出了新的节能要求，如炼油工业中,为了提高换热系统有效能的利用，要求降低换热器的平均温差，这就需要开发新型换热器。近年来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著的经济效益。
1.1 换热器的特点
一般换热器都用金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；镍合金则用于高温条件下；非金属材料除制作垫片零件外，有些已开始用于制作非金属材料的耐蚀换热器，如石墨换热器、氟塑料换热器和玻璃换热器等。
由于制造工艺和科学水平的限制，早期的换热器只能采用简单的结构，而且传热面积小、体积大和笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，逐步形成一种管壳式换热器，它不仅单位体积具有较大的传热面积，而且传热效果也较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。
1.2 换热器的分类及其优缺点
换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。
混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的冷水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。
蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称为蓄冷器，多用于空气分离装置中。
间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。
间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。
1.3 浮头式换热器的简介
浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期使用过程中积累了丰富的经验。尽管近年来受到不断涌现的新型换热器的挑战，但反过来也不断促进了自身的发展。故迄今为止在各种换热器中仍占主导地位。
浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。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。
换热器的管子在管板上的排列不单考虑设备的紧凑性，还要考虑到流体的性质、结构设计以及加工制造方面的情况。管子在管板上的标准排列形式有四种：正三角形和转角正三角形排列，适用与壳程介质清洁，且不需要进行机械清洗的场合。正方形和转角正方形排列，能够使管间的小桥形成一条直线通道，便于用机械进行清洗，一般用于管束可抽出管间清洗的场合。
浮头式换热器优点是：浮头式换热器的管束连同浮头可以自由伸缩，与外壳的膨胀无关，因而不产生温差应力；而且管束可以抽出，便于清洗管程和壳程；结构坚固；可靠性高；适应性广；处理能力大；能承受较高的工作压力。这些优点表明对于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况，浮头式换热器很能适应。
浮头式换热器缺点是：由于其结构较为复杂，尤其是单管程，锻件多，造价高，造价比固定管板式约高20%，而且浮头盖操作时无法检查，所以在安装和制造时应特别注意其密封，以免发生内漏。
浮头式换热器适用范围：浮头式换热器适用于压力温度范围较大，特别是壳体和换热管壁温相差较大或介质易结垢的场合。一般易结垢介质走管程，两种介质都易结垢时，高压介质走管程，可以降低造价；腐蚀性介质宜走管程，可以减少耐腐蚀材料的用量；制造也比较方便。
浮头式换热器简图
1.4 换热器的研究热点
在工业制冷装置换热器的选择方面需要根据工矿企业自身的自然条件、现场条件、运行经验等因素进行综合考虑，并且坚持高效率、低能耗、运行安全稳定、便于检修维护的原则，进而取得满意的经济效益。随着科学技术的进步及计算机模拟换热数学模型的推广普及，相信会出现更多、更高效的新型换热器，而对于制造厂商来说，材料节省，成本降低，技术含量提升，经济效益也会明显提高。
各种新型、高效换热器逐步取代现有常规产品。电场动力效应强化传热技术、添加物强化沸腾传热技术、通入惰性气体强化传热技术、滴状冷凝技术、微生物传热技术、磁场动力传热技术将会在新的世纪得到研究和发展。同心管换热器、高温喷流式换热器、印刷线路板换热器、穿孔板换热器、微尺度换热器、微通道换热器、流化床换热器、新能源换热器将在工业领域及其它领域得到研究和应用。
在这里主要对管壳式换热器的传热强化技术进行简单的介绍。强化传热研究的主要任务是改善热传递速率，以达到用最经济的设备来传递规定的热量，用最经济的冷却方式保护高温元件的安全，即用最佳的热效率实现能源的合理利用。因此，强化传热因其在工业生产与能源利用中的特殊作用而得到不断完善。
传热强化技术是一项能显著改善传热性能的节能新技术。其主要内容是采用强化传热元件，改善换热器的结构，提高传热效率，从而使设备投资与运行费用最低，以达到生产的最优化。
增大传热系数、妥善布置传热面、增大平均温度差是强化传热的三种途径，其中提高传热系数是当今强化传热的重点。换热设备传热过程的强化就是使换热设备能在单位时间内、单位面积上传递的热量达到最大化。管壳式换热器强化传递通常是对光管进行加工得到各种结构的异型管，如波纹管、螺纹管、螺旋槽纹管、横槽纹管、翅片管、针翅管、多孔表面管等，通过这些异型管进行强化传热，提高工作效率，达到节能减排效果。
强化传热一般分为主动强化传热（有源强化）与被动强化传热（无源强化）两种。主动强化传热以消耗外部能量为代价的，如采用电场、光照射、搅拌、流体振动、机械表面振动等手段，由于受到外加能量限制，因而工程主要采用被动强化传热技术，即通过增加单位体积内的传热面积或者提高传热系数增加产热量。目前，管壳式换热器的传热强化技术主要包括管程和壳程的传热强化研究。
2 浮头式换热器的设计
2.1 设计参数的确定
压力容器设计参数主要有设计压力，设计温度，厚度，厚度附加量，焊接接头系数和许用应力等。
2.1.1 设计压力
为压力容器的设计载荷之一，其值不低于最高工作压力。最高工作压力系指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。设计压力应视内压和外压容器分别取值。
当内压容器上装有安全泄放装置时，其设计压力应根据不同形式的安全泄放装置确定。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不应低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的1.05-1.10倍；装设爆破片时，设计压力不得低于爆破片的爆破压力。
对于盛装液化气体的容器，由于容器内介质压力为液化气体的饱和蒸汽压，在规定的装量系数范围内，与体积无关，仅取绝于温度的变化，故设计压力与周围的大气环境温度密切相关。此外还要考虑容器外壁有无保冷设施，可靠的保冷设施能有效地保证容器内温度不受大气环境温度的影响，即设计压力应根据工作条件下可能达到的最高金属温度确定。
2.1.2 设计温度
设计温度也为压力容器的设计载荷条件之一，它是指容器在正常情况下，设定元件的金属温度。当元件金属温度不低于0℃时，设计温度不得低于元件金属可能达到的最高温度；当元件金属温度低于0℃时，其值不得高于元件金属可能达到的最低温度。GB150规定设计温度等于或低于-20℃的容器属于低温容器。元件的金属温度可以通过传热计算或实测得到，也可按内部介质的最高温度确定，或在基准上增加（或减少）一定数值。
设计温度与设计压力存在对应关系。当压力容器具有不同的操作工况时，应按最苛刻的压力与温度的组合设定容器的设计条件，而不能按其在不同工况下各自的最苛刻条件确定设计温度和设计压力。
2.1.3 厚度及厚度附加量
设计时要考虑厚度附加量C由钢材的厚度负偏差C1和腐蚀裕量C2组成，C=C1+C2,不包括加工减薄量C3。
计算厚度（δ）是按有关公式采用计算压力得到的厚度。
设计厚度（
δ）是计算厚度与腐蚀裕量之和。
d
名义厚度（
δ）指设计厚度加上钢材厚度负偏差后向上圆整至钢材标准规格的n
厚度，即标注在图样上的厚度。
有效厚度（
δ）为名义厚度减去腐蚀裕量和钢材负偏差。
e
腐蚀裕量主要是防止容器受压元件由于均匀腐蚀，机械磨损而导致厚度的消弱减薄。与腐蚀介质直接接触的筒体，封头，接管，等受压元件，均应考虑材料的腐蚀裕量。腐蚀裕量一般可根据钢材在介质中的均匀腐蚀速率和容器的设计寿命确定。在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，C2 不小于1mm；对于不锈钢，当介质的腐蚀性极微时，可取C2=0。
2.1.4 焊接接头系数
通过焊接制成的容器，焊缝中可能存在夹渣，未熔透，裂纹，气孔等焊接缺陷，且在焊缝的热影响区很容易形成粗大晶粒而使母材强度或塑性有所降低，因此焊缝往往成为容器强度比较薄弱的环节。为弥补焊缝对容器整体的强度削弱，在强度计算中需引入焊接接头系数。焊接接头系数表示焊缝金属与母材强度的比值，反映容器强度受削弱的程度。
2.1.5 许用应力
许用应力是容器壳体，封头等受压元件的材料许用强度，取材料强度失效判据
的极限值与相应的材料设计系数之比，设计时必须合理的选择材料的许用应力，采用过小的许用应力，会使设计的部分过分笨重而浪费的材料，反之则使部件过于单薄而容易破损。
材料强度失效判据的极限值可以用各种不同的方式表示，如屈服点s σ，抗拉强度b σ，持久强度D σ，蠕变极限n σ等。应根据失效类型来确定极限值。
在蠕变温度以下通常取材料常温下最低抗拉强度b σ，常温或设计温度下的屈服点或t s σ三者除以各自的材料设计系数后所得到的最小值，作为压力容器受压元件设计时的许用应力，即按下式取值 [σ]=min{
s
t
s
s
s
b
b n n n σ
σ
σ,
,
}，也即是说设计受压元件
时，以抗拉强度和屈服点同时来控制许用应力。因为对韧性材料制作的容器，按弹性失效设计准则，容器总体部位的最大应力强度应低于材料的屈服点，故许用应力应以屈服点为基准。目前在压力容器设计中，不少规范同时用抗拉强度作为计算许用应力的基准，其目的是为能在一定程度上防止断裂失效。
当碳素钢和低合金钢的设计温度超过420℃，铬钼合金钢的设计温度高于450℃，奥氏体不锈钢设计温度高于550℃时，有可能产生蠕变，因而必须同时考虑
基于高温蠕变极限t n σ或持久强度t
D σ的许用应力。
GB150《钢制压力容器》给出了钢板，钢管，锻件以及螺栓材料在设计温度下的许用应力同时也列出了确定钢材许用应力的依据。螺栓的许用应力应根据材料的不同状态和直径大小而定。为保证螺栓法兰连接结构的密封性，必须严格控制螺栓的弹性变形。一般情况下，螺栓材料的许用应力取值比其他受压元件材料低；同时为防止小直径螺栓在安装时断裂，小直径螺栓的许用应力也比大直径的低。
2.2 设备材料选择
材料是压力容器的物质基础，正确选用压力容器材料是保证容器长期安全使用
的一个基本条件，压力容器所用材料必须要有良好的焊接性能和冷热加工性能，压力容器材料的物理性能也是选材要考虑的。要进行换热的容器要用导热系数较高的材料达到节省材料的目的。
压力容器常用的钢材主要有板、管、棒、丝、锻件、铸件等形状。压力容器的本体主要采用板材、管材和锻件，其紧固件采用棒材。压力容器用刚可分为碳素钢、低合金钢和高合金钢。16MnR是一种低合金钢，它是在碳素钢的基础上加入一种或数种合金元素（不超过5%）以提高钢材的强度，耐高温、耐低温、耐腐蚀等性能，各种合金元素在低合金钢中起着不同的作用，锰能有效的提高强度，降低冷脆性能。
作为联接的螺栓，是法兰密封结构中主要受力元件。要求螺栓材料具有高的强度，好的韧性。为避免螺栓与螺母咬死或胶合，通常选用不同强度级别的材料或选用不同的热处理规范。使用有不同的硬度。螺栓硬度一般应比螺母高30HB以上，考虑到螺母的更换比螺栓容易，螺栓材料强度通常比螺母高。因此，螺栓材料选用A3钢[16]。
垫片材料的选择应根据工作系统的温度、压力以及介质种类、化学性能（如腐蚀性、氧化性是否有毒或污染大气）物理性能（如比重、粘度比）考虑一般要求垫片材料不污染工作介质，耐腐蚀，具有良好的变形性和回弹能力。垫片的耐用温度应大于操作温度，要有一定的机械强度和适当的柔软性。在工作温度200℃下，不易变质硬化或软化；同时，在考虑介质的放射性，应力以及外力对法兰变形的附加影响因素。检修更换垫片是否容易。垫片现场加工是否可能，经济性以及材料来源等。
2.3 结构的选择与论证
2.3.1 换热管
除光管外，换热管还可采用各种各样的强化换热管，如翅片管，螺旋槽管，螺纹管等。当管内外两侧给热系数相差较大时，翅片管的翅片应布置在给热系数低的
一侧。
换热管尺寸换热管尺寸主要为φ19mm×2mm,φ25mm×2.5mm,φ38mm×2.5mm,无缝钢管以及φ25mm×2mm,φ38mm×2.5mm的不锈钢管。标准管长有1.5，
2.0,
3.0,
4.5,6.0,9.0m等。采用小管径，可使单位体积的传热面积增大，结构紧凑，金属耗量减少，传热系数提高。据估算，将同直径换热器的换热管有25mm改为19mm，其传热面积可增加40%左右，节约金属20%以上。但小管径流体大，不便清洗，易结垢堵塞。一般大直径管子用于粘性大或污浊的流体，小直径管子用于较清洁的流体。
常用材料有碳素钢，低合金钢，不锈钢，铜铜镍合金，铝合金，钛等。此外还有一些非金属材料，如石墨，陶瓷，聚四氟乙烯等。设计时应根据工作压力，温度和介质腐蚀性等选用合适材料。
换热管在管板上的排列形式主要有正三角形，正方形和转角三角形，转角正方形。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，故用的最为普遍，但管外不一清洗。为便于管外清洗，可以采用正方形或转角正方形排列的管束。2.3.2 管板
管板是管壳式换热器最重要的零件之一，用来排布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，避免冷热流体混合，并同时受管程，壳程压力和温度的作用。
在选择管板材料时除力学性能外，还应考虑管程和壳程的流体的腐蚀性，以及管板和换热管之间的电位差对腐蚀的影响。当流体物腐蚀性或有轻微腐蚀时，管板一般采用压力容器用碳素钢或低合金钢板或锻件制造。
当流体腐蚀性较强时，管板应采用不锈钢，铜，铝，钛等耐腐蚀材料。但对于较厚的管板，若整体采用价格昂贵的耐腐蚀性，造价很高。例如，高温，高压换热器中，管板厚度达300mm以上，有的甚至达到50mm。为节约耐腐蚀材料，工程上常采用不锈钢和钢，钛和钢，铜和钢等符合板，或堆焊衬里。
当换热器承受高温，高压时，高温和高压对管板的要求的矛盾的。增大管板厚度，可以提高承受能力，但当管板两侧流体温差很大时，管板内部沿厚度方向的热应力。当迅速停车或进气温度突然变化时，热应力往往会导致管板和换热管在连接处发生破坏。因此，在满足强度的前提下，应尽量减少管板厚度。薄管板顾名思义是指相对于采用标准，规范计算所得的管板厚度要薄很多的管板，一般厚度为
8-20mm。
当要求严格禁止管程和壳程中的介质互相混合时，可采用双管板结构。在双管板结构中管子分别固定在两块管板上，两块管板保持一定距离，如果管子与管板连接处有少量流体漏出，可让其从连管板之间的空隙泄放之外界，也可利用一薄壁圆筒将此空隙封闭起来，充入惰性气体，使其压力高于管程和壳程的压力，达到避免两种介质混合的目的。
2.3.3 封头
压力容器的封头种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等。其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头。采用什么样的封头要根据工艺条件的要求、制造的难易程度和材料的消耗等情况来决定。
在这个设计中封头的设计为标准椭圆形封头。受均匀内压作用封头强度计算，由于封头和圆筒相连接。所以不仅需要考虑封头本身因内压引起的薄膜应力，还有考虑与圆筒连接处的不连续应力。连接处总应力的大小与封头的几何形状尺寸，封头与圆筒厚度的比值大小有关，但在导出分头厚度计算公式时，主要利用内薄膜应力作为依据，而将因不连续效应产生的应力增强影响以应力增强的系数形式引入厚度计算式中。
在本设计中使用标准椭圆形封头和短圆筒组成，有内段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力情况。由于封头的椭圆部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，采用椭圆形封头还易于制造。
2.3.4 折流板
设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结构。在卧式换热器中，折流板还起支撑管束的作用。当工艺上无需折流板要求，而换热管有比较细长时，以及浮头式换热器的浮头端重量较重时或U形管换热器的管束较长，则应考虑设置支持板，以起到防止换热管变形的目的。
常用的折流板形式有弓形和圆盘-圆环形两种，其中弓形折流板有单弓形，双弓形和三弓形三种，根据需要也可采用其他形式的折流板与支持板，如堰形折流板。
弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横向流过管束时的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占壳体内直径的百分比来确定。如单弓形折流板，缺口弦高宜取0.20-0.45倍的壳体内直径，最常用的是0.25倍壳体内直径。
折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板应尽量靠近壳程进出口接管。折流板最小间距宜不下于内直径的1/5，且不小于50mm；最大间距应不大于恰提内直径。折流板上管孔与换热管之间的间隙以及折流板与壳体内壁之间的间隙应合乎要求，间隙过大，泄漏严重，对传热不利，还易引起振动；间隙过小，安装困难。
折流板与支持板一般用拉杆和定距管连接在一起，在大直径的换热器中，如折流板的间距较大，流体绕道折流板背后接近壳体处，会有一部分流体停滞起来，形成了对传热不利的死去。为了消除这个弊病，宜采用多弓形折流板。如双弓形折流板，因流体分为两股流动，在折流板之间的流速相同时，其间距只有单弓形的一半。不仅减少了传热死去，而且提高了传热效率。
2.3.5 开孔和开孔补强设计
由于各种工艺和结构要求，不可避免地要在容器上开孔并安装接管，开孔后，除削弱器壁的强度处，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患。因此，压力容器的设计必须充分考虑
开孔的补强设计。
开孔应力集中的程度与孔的形状有关，圆孔应力集中程度最低。因此，我们所设计的固定管板式换热器选择圆形开孔。为了降低峰值应力需要在开孔边缘补强，即用在开孔边缘附近增加截面的方法，来提高应力。
压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构主要有补强圈补强，厚壁接管补强和整锻件补强三种形式。
（1）补强圈补强
这是中低压容器应用最多的补强结构，补强圈补强贴焊在壳体与接管连接处。它结构简单，制造方便，使用经验丰富，但补强圈与壳体金属之间不能完全贴合，传热结果差，在中温以上使用时，二者存在较大的热膨胀差，因而使补强局部区域产生较大的热应力；另外，补强圈去壳体采用搭接连接，难以与壳体形成整体，所以抗疲劳性能差。这种补强结构一般使用在静载，常温，中低压，材料的标准抗拉强度低于540MPa，补强圈厚度小于等于1.5
δ，壳体名义厚度nδ不大于38mm的场
n
合。
（2）厚壁接管补强
即在开孔处焊上一段厚壁接管。由于接管的加厚部分正处于最大应力区域内，故比补强圈更能有效地降低应力集中系数。接管补强结构简单，焊缝少，焊接质量容易检查，因此补强效果较好。高强度低合金钢制压力容器由于材料缺口敏感性较高，一般都采用该结构，但必须保证焊缝全熔透。
（3）整锻件补强
该补强结构是将接管和部分壳体连同补强部分金属集中开孔应力最大部位，能有效地降低应力集中系数；可采用对焊焊缝，并使焊缝极其热影响区离开最大应力点，抗疲劳性能好，疲劳寿命只降低10%-15%。缺点是锻件供应困难，制造成本较高，所以只在重要压力容器中应用，如核容器，材料屈服点在500MPa,以上的开孔
及受低温，高温，疲劳载荷容器的大直径开孔等。
2.3.6 法兰
由于法兰间表面总是粗糙不平，若在其间放一软软的垫片，用螺栓拧紧，使垫片受压而产生变形（局部表面为塑性变形，整体是弹性变形）填满两密封面的凹凸不平的间隙，就可以阻止介质漏出，达到密封的目的。换热器介质交换需要在密封的条件下进行，所以需要选择一定型式的法兰进行密封。
炼厂常用的法兰形式有平焊法兰、对焊法兰及螺纹法兰。综合各自的优缺点，考虑到平焊法兰钢性较差，在温度和压力较高时易发泄露，螺纹法兰又不与介质接触。相比之下，对焊法兰由于其钢度较大，在较大压力下，温度波动是也能保证密封。因此，我们选择对焊法兰。对焊法兰密封选择是否合理，对密封有很大影响。在选用时应全面了解介质的性质，操作条件根据这些性质和条件特点选用合适的静密封结构、材质和规定。
3 计算部分
3.1 壳体圆筒计算 3.1.1 计算条件
计算压力：MPa P c 5.2= 设计温度：C t ?=200
材料名称：R M n 16(热轧)(板材) 内径：mm D i 1100=
设计温度许用应力：[]MPa t 170=σ 试验温度许用应力：[]MPa 170=σ 试验温度下屈服点：MPa s 345=σ 钢板负偏差：mm C 01= 腐蚀裕量：mm C 32= 焊接接头系数：85.0=φ
3.1.2 厚度计算
计算厚度:
[]mm
P D P c
t
i c 60.95
.285.0170211005.22=-???=
-=
φ
σ
δ （3—1）
设计厚度：
mm C d 60.12360.92=+=+=δδ （3—2）
名义厚度:
mm C d n 14060.121=?++=?++=δδ （3—3）
按GB151表8中规定，取mm n 14=δ 有效厚度：
mm C C n e 1130142
1=--=--=δδ （3—4）
列管式换热器说明书
目录 一、设计任务 (2) 二、概述与设计方案简介 (3) 2.1 概述 (3) 2.2设计方案简介 (4) 2.2.1 换热器类型的选择 (4) 2.2.2流径的选择 (6) 2.2.3流速的选择 (6) 2.2.4材质的选择 (6) 2.2.5管程结构 (6) 2.2.6 换热器流体相对流动形式 (7) 三、工艺及设备设计计算 (7) 3.1确定设计方案 (7) 3.2确定物性数据 (8) 3.3计算总传热系数 (8) 3.4计算换热面积 (9) 3.5工艺尺寸计算 (9) 3.6换热器核算 (11) 3.6.1传热面积校核 (11) 3.6.2．换热器压降的核算 (12) 四、辅助设备的计算及选型 (13) 4.1拉杆规格 (13)
4.2接管 (13) 五、换热器结果总汇表 (14) 六、设计评述 (15) 七、参考资料 (15) 八、主要符号说明 (15) 九、致 (16) 一、设计任务
二、概述与设计方案简介 2.1 概述 在工业生产中用于实现物料间热量传递的设备称为换热设备，即换热器。换热器是化工、动力、食品及其他许多部门中广泛采用的一种通用设备。 换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式，即间壁式、直接接触式、蓄热式。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。 直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互
换热器设计开题报告
毕业设计开题报告 论文题目: 抽余液塔底换热器设计 学院化工装备学院 专业：过程装备与控制工程 学生姓名：邓华 指导教师：翟英明(高级工程师) 开题时间：2015年3月16日 一、选题目的 1、通过毕业设计，练习综合运用课程和实践的基本知识，进行融会贯通的独立思考。 2、在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到化工换热器设计的主要程序和方法。 3、培养分析和解决工程实际问题的能力。 4、树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。 5、通过此次设计任务，学会换热器的结构及强度设计计算及制造、检修和维护方法。 二、选题意义 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。换热器是实现传热过程的基本设备。而此设备是比较典型的传热设备。 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。 化工、石油等行业中广泛使用各种换热器，它们是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备，在工业设备价值及作用方面占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一方面是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。 三、国内现状 目前，我国换热器产业的市场规模大概为700亿人民币，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。2010年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10～15%左右的速度增长。到2015年，我国换热器产
浮头式换热器设计
浮头式换热器1；浮头式换热器设计概述 2；浮头式换热器国外研究现状和发展趋势3；设计研究技术路线和目标 4；研究容和拟解决的关键问题 5；计划安排和预期成果 6；参考文献
成人高等教育 毕业设计（论文） 题目_________________________________ _________________________________ 学生_________________________________ 联系 指导教师_________________________________ 评阅人_________________________________ 教学站点_________________________________ 专业_________________________________ 完成日期_________________________________
成人高等教育毕业设计（论文）任务书 年月日
浮头式换热器的设计
摘要 本次设计的题目为浮头式换热器。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗。在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，采用了2-4型，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构。然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数.压强校核.壳程压降.管程压降的计算。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各零部件（如壳体. 折流板. 管箱固定管板.分程隔板.拉杆.进出口管.浮头箱.浮头.支座.法兰.补强圈）的设计， [关键词]换热器；浮头；管壳 工况： 一种浮头式换热器，它由壳体、换热管束、管板、浮头、外接管、法兰螺栓连接件、膨胀件等组成，其特点是壳体与换热管束之间可连接一个膨胀节，以消除热膨胀差，浮头直接与外接管相接，以减小流阻。膨胀节与法兰连接件全部在壳体外，安装和检修方便，该种浮头换热器结构简单、紧凑，流阻小，热效率高，便于检修，适用于换热介质之间温差大的工况，尤为适用石油、化工等高温高压的换热装置中。 目录
课程设计报告,列管式换热器设计
设计（论文）题目： 列管式换热器的设计 目录 1 前言 (3) 2 设计任务及操作条件 (3) 3 列管式换热器的工艺设计 (3) 3.1换热器设计方案的确定 (3) 3.2 物性数据的确定 (4) 3.3 平均温差的计算 (4) 3.4 传热总系数Ｋ的确定 (4) 3.5 传热面积A的确定 (6) 3.6 主要工艺尺寸的确定 (6) 3.6.1 管子的选用 (6) 3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定 (6) 3.6.3 校核平均温度差 t m及壳程数Ns (7) 3.6.4 传热管排列和分程方法 (7) 3.6.5 壳体径 (7) 3.6.6 折流板 (7)
3.7 核算换热器传热能力及流体阻力 (7) 3.7.1 热量核算 (7) 3.7.2 换热器压降校核 (9) 4 列管式换热器机械设计 (10) 4.1 壳体壁厚的计算 (10) 4.2 换热器封头选择 (10) 4.3 其他部件 (11) 5 课程设计评价 (11) 5.1 可靠性评价 (11) 5.2 个人感想 (11) 6 参考文献 (11) 附表换热器主要结构尺寸和计算结果 (12) 1 前言 换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，
列管式换热器设计方案计算过程参考
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求： =0.727Χ10-3Pa.s 密度ρ=994kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ =1.15Χ10-3Pa.s 密度ρ=880kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
4、传热面积的计算。 平均温度差 确定R和P值 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0==75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：，取n为123 管长：=12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。（2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm D i=t(n c—1)+2e=19×(—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。
换热器毕业设计论文.doc
第1章 浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；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（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大
浮头式换热器检修方案
1. 概述 本次抢修换热器的体积较大、检修的设备重量较重，检修时间紧，并需高度交叉作业，为确保换热器的检修优质、高速、安全顺利的完成，特编制本方案。 2. 编制依据 《石油化工换热器设备施工及验收规范》SH3532-95 《石油化工施工安全技术规程》SH3505-1999 《管壳式换热器》GB151-1999 3. 检修准备 3.1 检修前，应根据检修计划会同车间主管人员一起到现场最终确定检修工作内容和计 划工作量，熟悉现场的每一项检修内容的位置、工作量和检修难度，以便于做好各工种、各工序之间的工作协调。 3.2 根据计划工作内容编制详细的检修方案，并报机动部、车间和有关部门批准。同 时，根据工作量合理组织人员和机具，排出检修计划进度表，要每一项检修内容具体落实到班组或个人。 3.3 根据检修计划内容，核实每项施工任务的具体位置和详细情况，对在检修时需要搭设 脚手架和使用吊车的任务逐项统计，列出有关脚手架搭设数量和吊车台班需求情况的明细表，落实施工手段用料和机具需用的数量。 3.4 准备好检修所需的检修施工机具和材料，逐一落实检修所需材料的到货情况、数量 及到货时间，认真做好到货材料、配件的检验和保管。 3.5 检修前，应向所有参加检修施工人员进行详细的技术交底，明确检修的工作内容、 技术要求、质量标准和时间要求。 4. 检修程序 4.1 换热器结构形式 这次检修的换热器类型是浮头式换热器等。 4.2 检修程序 换热器的检修程序按其结构形式分为：浮头式换热器检修程序（壳程压力高 于/ 低于管程压力）； 5. 检修要求 5.1 保温、保冷拆除换热器置换、蒸馏合格后，经车间允许方可进行换热器的检修。检
换热器的壳体设计毕业设计
换热器的壳体设计毕业设计 目录 第一章换热器概述1 1.1换热器的应用 (1) 1.2换热器的主要分类 (1) 1.2.1换热器的分类及特点 (1) 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 (2) 1.3管壳式换热器特殊结构 (5) 1.4换热管简介 (5) 第二章工艺计算7 2.1设计条件 (7) 2.2换热器传热面积与换热器规格： (8) 2.2.1 流动空间的确定 (8) 2.2.2 初算换热器传热面积'A (8) 2.2.3 传热管数及管程的确定 (9) 2.2.4管心距的计算 (9) 2.2.5换热器型号、参数的确定 (9) 2.2.6壳体径计算 (9) 2.2.7折流板的计算 (10) 2.3换热器核算 (10) 2.3.1传热系数核算 (11)
2.3.2换热器的流体阻力 (13) 2.3.3换热器的选型 (14) 第三章 换热器的结构计算和强度计算 15 3.1换热器的壳体设计 (15) 3.2筒体材料及壁厚 (15) 3.3封头的材料及壁厚 (16) 3.4管箱材料的选择及壁厚的计算 (16) 3.5开孔补强计算 (17) 3.6水压试验及壳体强度的校核 (19) 3.7 换热管 (20) 3.7.1 换热管的排列方式 (20) 3.7.2 布管限定圆L D (20) 3.7.3 排管 (21) 3.7.4 换热管束的分程 (21) 3.8 管板设计 (22) 3.8.1 管板与壳体的连接 (22) 3.8.2 管板计算 (22) 3.8.3 管板重量计算 (26) 3.9 折流板 (26) 3.9.1 折流板的型式和尺寸 (27) 3.9.2 折流板排列 (27) 3.9.3 折流板的布置 (27)
浮头式换热器毕业设计说明书
摘要 本次设计为浮头式换热器，浮头式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等组成。浮头换热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗，缺点为结构较为复杂。在传热计算工艺中，包括传热量、传热系数的确定和换热器径及换热管型号的选择，以及传热系数、阻力降等问题。在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、管板厚度计算以及折流板、法兰和接管、支座、分隔板等零部件的设计，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151《管壳式换热器》和GB150《钢制压力容器》设计的。换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处见，是不可缺少的工艺设备之一。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果。 关键字：换热器，工艺计算，强度校核
Abstract This design is floating head heat exchanger, it is made up of tube box 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、hook circle、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connected with shell, and the other tube sheet is floating tube sheet. So it’s easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. In the process of heat transfer calculation, include area computation 、capacity of heat transmission 、the determine of heat transfer coefficient and the choice of the heat exchange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、tube box、sealing head and so on. This design is according to GB151 << shell-and-tube heat exchanger >> and GB150 << Steel pressure vessel >> to design. Heat exchanger is one of the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable achievements. Keywords:heat exchanger; Process calculation；strength check
E2118B浮头式换热器检修施工方案
浮头式换热器检修施工方案 装置名称：炼油厂二套常减压装置 设备名称：原油-二级减二线（n）换热器 设备位号：E2118B 工作令号：D05-150680 编制： 审核： 会签： 审批： 二O—五年九月二十日
一、项目名称、概况 二、检修内容 三、施工验收标准、质量管理程序文件 四、施工组织及HSE质量控制体系 五、主要施工工器具 六、施工方法和步骤 七、关键质量控制点及质量验收指标 八、人员配备及相关资质要求 九、检验仪器设备清单 十、HSE措施和注意事项 十一、施工网络进度、施工平面图十二、备品备件表 十三、检修施工危害分析记录表十四、检修施工作业环境因素表十五、应急措施
一、项目名称、概况 1、设备简介 (1)设备名称：原油-二级减二线(n)换热器 (2)设备位号：E2118B (3)设备型号：浮头式换热器 (4)设备参数： 2、概况 E2118B原油-二级减二线(n )换热器是炼油厂二常装置的一台浮头式换热设备，装置经过一个生产周期的运行后计划于今年 10月份进行停车消缺，进行相应抽芯检修及配合容检等。 二、检修内容 1、拆装换热器保温层。 2、拆装设备进出口管道。 3、管箱、外头盖、浮头盖拆装。 4、换热器抽芯。
5、管束抽芯、配合清理容检。 6、检查、修理管箱、浮头盖、外头盖及内附件、接管及其法兰密封面，并更换全部垫片。 7、壳程、管程试压消漏3遍。 8、更换部分紧固件附件复位。 9、壳体保温修补及防腐。 10、设备与管线连接、系统气密。 三、施工验收标准、质量管理程序文件 1、TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 2、GB 150.1 ?150.4-2011《压力容器》 3、GB 151-1999《管壳式换热器》 4、SHS 01009-2004《管壳式换热器维护检修规程》 5、SHS 01004-2004《压力容器维护检修规程》 6、SH/T3542-2007《石油化工静设备安装工程施工技术规程》 7、SH 3501-2011《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》 8、GB 50235-2010《工业金属管道工程施工及验收规范》 9、SH/T 3536-2011《化工工程建设起重施工规范》 10、S H 3505-1999《石油化工施工安全技术规程》 11、Q/YPMC-M01-2012《质量手册》 12、Q/YPMC-QP0 ?33-2012所有相关程序文件和管理制度 四、施工组织及HSE质量控制体系 1、施工组织 2、质量保证体系
列管式换热器的设计
化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 班级： | 姓名学号： 指导教师： $
目录§一.列管式换热器 ！ .列管式换热器简介 设计任务 .列管式换热器设计内容 .操作条件 .主要设备结构图 §二.概述及设计要求 .换热器概述 .设计要求 ~ §三.设计条件及主要物理参数 . 初选换热器的类型 . 确定物性参数 .计算热流量及平均温差 壳程结构与相关计算公式 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 计算传热系数k 计算传热面积 ^ §四.工艺设计计算 §五.换热器核算 §六.设计结果汇总 §七.设计评述 §八.工艺流程图 §九.主要符号说明 §十.参考资料
： §一 .列管式换热器 . 列管式换热器简介 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 设计任务 ￥ 1.任务 处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行） 设备形式：列管式换热器 2．操作条件 (1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃ (2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃ (3)允许压强降：不大于一个大气压。 备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。 [ .列管式换热器设计内容 1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 % 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）
换热器设计开题报告
换热器设计开题报告 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
理工学院毕业设计(论文)开题报告题目：气-液介质专用换热器设计 学生姓名：石静学号：09L0503216 专业：过程装备与控制工程 指导教师：郭彦书（教授） 2013 年 4月 8 日
1文献综述 绪论 换热设备是化工、炼油、动力、能源、冶金、食品、机械、建筑工业中普遍应用的典型设备。一般换热设备在化工、炼油装置中的建设费用比例达20%~50%因此无论从能源利用，还是从工业的投资来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要意义。在各种换热器中，由于管壳式换热器具有单位体积内能够提供较大的传热面积、传热效果好、适应性强、操作弹性大、易制造、成本低、易于检修和清洗等特点，因此应用最广泛。管壳式换热器按结构特点分为固定管板式、U型管式、浮头式、双重管式、填涵式和双管板等几种形式。不同的结构各有优缺点，适用于不同的场合。本文介绍的是板式换热器[1]。 管壳式换热器的特点 管壳式换热器是由一系列具有一定波纹形状的的金属片叠装而成的一种高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进行热量交换，它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。板式换热器的广泛应用，加速了我国板式换热器行业的迅速发展，但我国板式换热器设计与发达国家之间仍存在着不小的差距。板式换热器是以波纹为传热面，在流道中布满网状触电，流体沿着板间狭窄弯曲、犹如迷宫式的通道流动，其速度大小和方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少界面膜热阻，并使固体颗粒悬浮，不易沉积，有效地强化了传热，因此，它比管壳式等其他类型换热器具有很多独特的优点。第一，传热系数高，由于换热器的特殊结构及组装方式，使介质在流经相邻两板片间的流道时，流动方向和流速不断变化，在低流速下，形成急剧湍流，强化换热；第二，温差小，由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，可使热交换器的一、二次流体温度十分接近，温差趋近1~3℃；第三，热损失小，由于板片边缘及密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般为1%左右，不需采取保护措施。在相同换热面积情况下，板式换热器的热损失仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式的一半；第四，结构紧凑，换热板片由薄的不透钢板压制而成，板片间距一般为4mm，板片表面的波纹大大增加了有效换热面积，这样单位容积中可容纳很大的传热面积（每立方米体积可布置250㎡的传热面积），占地面积仅为管壳式的五分之一到十分之一。因此，体积小，节省安装空间。第五，适应性强，可根据产量及工艺要求，方便地增加或减少传热板片，亦可将板片重新排列，改变流程组合；第六，用途广泛，目前已广泛应用于化工、石油、机械、冶金、电力、食品、热水供应、集中供暖等工程领域，完成加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中截
浮头式换热器检修方案
浮头式换热器检修方案 1. 概述 本次抢修换热器的体积较大、检修的设备重量较重，检修时间紧，并需高度交叉作业，为确保换热器的检修优质、高速、安全顺利的完成，特编制本方案。 2. 编制依据 《石油化工换热器设备施工及验收规范》SH3532-95 《石油化工施工安全技术规程》SH3505-1999 《管壳式换热器》GB151-1999 3. 检修准备 3.1检修前，应根据检修计划会同车间主管人员一起到现场最终确定检修工作内容和计 划工作量，熟悉现场的每一项检修内容的位置、工作量和检修难度，以便于做好各工种、各工序之间的工作协调。 3.2根据计划工作内容编制详细的检修方案，并报机动部、车间和有关部门批准。同 时，根据工作量合理组织人员和机具，排出检修计划进度表，要每一项检修内容具体落实到班组或个人。 3.3根据检修计划内容，核实每项施工任务的具体位置和详细情况，对在检修时 需要搭设脚手架和使用吊车的任务逐项统计，列出有关脚手架搭设数量和吊车台班
需求情况的明细表，落实施工手段用料和机具需用的数量。 3.4准备好检修所需的检修施工机具和材料，逐一落实检修所需材料的到货情 况、数量及到货时间，认真做好到货材料、配件的检验和保管。 3.5检修前，应向所有参加检修施工人员进行详细的技术交底，明确检修的工作内容、 技术要求、质量标准和时间要求。 4. 检修程序 4.1换热器结构形式 这次检修的换热器类型是浮头式换热器等。 4.2 检修程序 换热器的检修程序按其结构形式分为：浮头式换热器检修程序（壳程压力高于/低于管程压力）； 5. 检修要求 5.1保温、保冷拆除 换热器置换、蒸馏合格后，经车间允许方可进行换热器的检修。检修前，应按规定办理有关的票证，并按方案要求进行检修施工。 换热器封头及连接管道的保温、保冷应提前进行拆除，拆除时应保持其完整，拆下的保温、保冷结构要编号，要保存好，便于恢复时使用。 5.2管箱拆下 首先，拆下与换热器两端管箱相连的法兰螺栓及妨碍拆卸管箱的管道。 然后，使用倒链或吊车将两端的管箱吊下，拆下的螺栓要保管好并标记，管箱要放支垫固定牢固。 浮头式换热器应先拆卸管箱、后头盖，然后拆下内浮头封头及后钩圈。 5.3抽芯
列管式换热器设计
第一章列管式换热器的设计 1.1概述 列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。 1.2列管换热器型式的选择 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。 为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。 （2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 （3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。 （4）U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，
换热器设计开题报告
毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目： 学院：化工装备学院 专业班级：过程装备与控制工程0802 学生： 指导教师： 开题时间：2011年10 月18 日
指导教师评阅意见
一、选题的目的及意义： 换热器的基建投资在一般化工、石化企业中约占设备总投资的20%，其中固定管板式换热器约占换热器的70%。 固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈,（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。 固定管板换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束根据换热器的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 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。 本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计固定管板式换热器产品。熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中区，为以后的工作和学习打下扎实的基础。 二、国外现状发展及趋势 2.1 国外情况 对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB公司提出的。其基本原理为:将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。在气一水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少30%-40%的传热面积节省材料20%-30%。相对于弓形折
换热器检修施工方案
1. 概述 华星石化4月份底E401/2抢修。本次抢修换热器的体积较大、检修的设备重量较重，检修时间紧，并需高度交叉作业，为确保换热器的检修优质、高速、安全顺利的完成，特编制本方案。 2. 编制依据 《石油化工换热器设备施工及验收规范》SH3532-95 《石油化工施工安全技术规程》SH3505-1999 《管壳式换热器》GB151-1999 3. 检修准备 3.1检修前，应根据检修计划会同车间主管人员一起到现场最终确定检修工作内容 和计划工作量，熟悉现场的每一项检修内容的位置、工作量和检修难度，以便于做好各工种、各工序之间的工作协调。 3.2根据计划工作内容编制详细的检修方案，并报机动部、车间和有关部门批准。 同时，根据工作量合理组织人员和机具，排出检修计划进度表，要每一项检修内容具体落实到班组或个人。 3.3根据检修计划内容，核实每项施工任务的具体位置和详细情况，对在检修时需 要搭设脚手架和使用吊车的任务逐项统计，列出有关脚手架搭设数量和吊车台班需求情况的明细表，落实施工手段用料和机具需用的数量。 3.4 准备好检修所需的检修施工机具和材料，逐一落实检修所需材料的到货情况、 数量及到货时间，认真做好到货材料、配件的检验和保管。 3.5 检修前，应向所有参加检修施工人员进行详细的技术交底，明确检修的工作内 容、技术要求、质量标准和时间要求。 4. 检修程序 4.1换热器结构形式 这次检修的换热器类型是浮头式换热器等。 4.2 检修程序 换热器的检修程序按其结构形式分为：浮头式换热器检修程序（壳程压力高于/低于管程压力）； 浮头式换热器检修程序浮头式换热器检修程
5. 检修要求 5.1 保温、保冷拆除 换热器置换、蒸馏合格后，经车间允许方可进行换热器的检修。检修前，应按规定办理有关的票证，并按方案要求进行检修施工。 换热器封头及连接管道的保温、保冷应提前进行拆除，拆除时应保持其完整，拆下的保温、保冷结构要编号，要保存好，便于恢复时使用。 5.2 管箱拆下
换热器设计论文
上海理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文） 第1章绪论 换热器是一种实现物料之间传递热量的节能设备，在石油，化工，动力，食品，轻工等行业应用普遍。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%。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。换热器的种类很多，但根据冷，热流体热量交换的原理和方式基本上可分为三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三大类换热器中，间壁式换热器应用最多。 间壁式换热器又可分为夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和壳管式换热器。其中壳管式换热器（又称列管式）是最典型的间壁式换热器，它在工业应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占有主导的地位。 1.1 课题的提出和研究内容 1.1.1 课题背景 管壳式冷凝器所涉及到的原理和它应用的领域都十分广泛，特别在制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的冷凝器，大型中央空调的冷水机组中都有其身影。可以说在民用和工业领域中的重要性不言而喻，所以对其的合理优化设计是非常重要的。 这次的毕业设计是与上海第一冷冻机厂的校企合作项目，上海第一冷冻机厂有限公司始创于1934年，我国第一台活塞式制冷压缩机、第一台离心式压缩机、第一台溴化锂制冷机和第一台螺杆制冷压缩机都诞生在这里！公司现已成为一个集冷冻空调设备研制开发、制造和压力容器制造、压力管道设计及相关工程安装和系统服务于一体的集约化企业。此次的毕业设计正是为企业设计HSG70-2型冷凝器，也是将大学四年所学知识学以致用。 1.1.2课题任务 本课题是按照上海第一冷冻机厂的要求设计HSG70-2型双机头（双回路）管壳式冷凝器。由于这个型号是工厂第一次设计，所以需
板式换热器设计毕业论文
板式换热器设计毕业论文 目录 前言 (1) 1章标题 (2) 1.1节标题 (3) 1.1.1小节标题 (4) 1.1.1.1小节子标题 (5) 1.2节标题 (6) 1.2.1小节标题 (7) 1.2.1.1小节子标题 (8) 2章标题 (9) 2.1节标题 (10) 2.1.1小节标题 (11) 2.1.1.1小节子标题 (12) 1绪论 1.1 板式换热器的学术背景及意义 目前板式换热器已成为高效、紧凑的热交换设备，大量地应用于工业中,它的发展已有一百多年的历史。 1878年德国人发明了半片式换热器，现在通常都称作板式换热器，它经过了50余年的发展，至20世纪30年代，由薄金属板压制的板片组装而成的板式换热器间世，并将该换热器应用于工业中，显示出了优异的性能，从此就迅速地得到了广泛的推广应用，成为紧凑、高效的换热设备之一。 板式换热器是以波纹板的新型高效换热器。国外早在20世纪20年代就作为工艺设备引入食品工业，40—50年代初开始用于化工领域。近十年来，板式换热器发展很迅速，现已广泛用于食品、制药、合成纤维、石油化工、动力机械、船舶、动力、供热等各行业。目前我国的板式换热器工厂，可制造单板传热面积从0.042m2至1.32m2，波纹形式为水平平直波纹、人字形波纹、球形波纹、锯齿形波纹、竖直形波纹的板式换热器。
由于板式换热器在制造上和使用上都有一些独特之处，所以在工业上一经使用成功之后就发展很快。到本世纪四十年代，已经有几个国家好几个厂生产出许多种不同形状和不同尺寸的板片。至于现在，世界上能生产板式换热器的工厂已经很多了，主要的生产厂不下三、四十个。几个主要生产厂一般都有该厂独特的板片波形。一般一个厂只生产有限几种尺寸的板片。然后组装成换热面积大小不同的换热器。因为从设计到制造成功一定波形的板片需要有较大的投资和较长的时间，所以一般生产工厂不轻易改变板片的波形。 早期的板式换热器大都用于食品工业，如牛奶、蛋液、啤酒等的加工过程中。这是由于早期扳片的单板面积较小，不能组成单台面积较大的换热器，所以只能用于处理物料流量较小的场合，随着单板面积的增大，能组成的单台板式换热器的面积也相应增大。现在各制造厂竞相增大单板面积和组成大型的板式换热器。 板式换热器今后的发展趋势是：提高操作温度和操作压力，加大处理量，扩大使用范围，研制采用新的结构材料的制造工业，而研制新的垫片材料易提高其使用温度和使用压力，将是其中的重点。 虽然板式换热器有很多优点，而其现在发展很快，但它们在结构与制造上尚存在问题。随着科学技术的飞速发展，板式换热器正不断完善，应用也日趋广泛。 21世纪我国的能源形势是紧张的，我国和世界的能源消耗随着人口的增长和工业化的进展将会快速增长；现在我们利用的主要一次能源（煤炭、石油、天然气和核能）之中，除煤炭之外，其余三项已逐渐枯竭，其价格不可避免将持续增长；目前尚没有发现能替代石油、天然气、核能的一次能源，作为有效替补的能源有太阳能和热核反应，但前者成本费高，后者尚有许多实质的问题没有解决，尚不能达到实用阶段；为了控制地球温室效应，化石燃料的使用受到了各国舆论的强烈反对。综上所述，在21世纪的上半个世纪之间，作为解决我国能源和环境问题的重要措施之一是如何有效地利用好一次能源，其中主要研究的内容是从一次能源转移至二次能源、三次能源的高效率化；各阶段利用技术的先进性和效率的提高；需求的平衡和能源的供给、消耗系统的改善等。上述所说内容的实质是热技术，当分析各项技术时，我们将发现，换热技术是关键工艺之一。 近几十年来，板式换热器的技术发展，可以归纳为以下几个方面。 1：研究高效的波纹板片。初期的板片是铣制的沟道板，至三四十年代，才用薄金属板压制成波纹板，相继出现水平平直波纹、阶梯形波纹、人字形波纹等形式繁多的波纹片。同一种形式的波纹，又对其波纹的断面尺寸——波纹的高度、节距、圆角等进行大量的研究，同时也发展了一些特殊用途的板片； 2：研究适用于腐蚀介质的板片、垫片材料及涂（镀）层； 3：研究提高使用压力和使用温度； 4：发展大型板式换热器； 5：研究板式换热器的传热和流体阻力； 6：研究板式换热器提高换热综合效率的可能途径。 1.2 我国设计制造应用情况 我国板式换热器的研究、设计、制造，开始于六十年代。1965年，兰州石油化工机器