本设计说明书阐述的是处理量为1.8万吨/年煤油冷却器的设计方案，方案采用固定管板式换热器，以循环水为冷却剂，进行煤油冷却。它主要有外壳、管板、封头等部件组成。其特点是造价低，无内漏旁路渗流较小，处理能力大，选用的材料范围广。本设计采用单壳程，双管程。管程工作压力为1.6MPa，工作温度30℃，介质为水。壳程工作压力2MPa，工作温度140℃，介质为煤油。换热器作为流体间传热设备，在工业生产中有很高的比重。所以，在换热器的开发与研究上，不仅需要满足各种工艺条件，而且对综合应用能力也有很高得要求。设计时应该加大效率，减少成本，使经济效益也优先考虑。着重探究结构参数，换热性能等方面带来的影响。从查阅资料文献,确定参数和工艺设计计算；然后进行设计及相关图纸的绘制,到最后论文成稿，画出装配图和零件图。固定管板式换热器的设计包括管子的规格和排列方式、圆筒、封头、管板的材料选择及厚度设计，拆流板、防冲板的选择等。首先是选择管子，以查看介质来确定是否需要清洗为原则。管子在管板上的排列方式选择为正三角形排列。因为此时管板的强度高、流体短路机会少，还可以排列更多的管子。壳体厚度计算式是由圆筒薄膜应力准则推导出的。其最小壁厚应不小于封头内径的0.15%。管板作为管壳式换热器最重要的部件之一，在选材时除力学性能外，还应考虑流体的腐蚀性的影响。在计算时，要在满足材料的强度要求的下，尽量减少管板的厚度。拆流板选择为圆缺型挡板，切去的高度一般是外壳内径的20%—25%。换热器类型的选择取决于怎样的生产工艺和生产规模的大小,耗能低,传热效率高。维护换热器意义在提高技术方面具有十分重要的意义。换热器的合理设计可以使工业更为完善,性能得改善也与现有能源合理化的利用的密不可分。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题研究的前景及意义 1
1.3换热器的分类 2
第二章 工艺条件的选择及设计方案 4
2.1 设计方案的拟定 4
2.2选择换热器的类型 4
2.3流程安排及流速确定 4
第三章 换热器的工艺计算 5
3.2 计算换热器的热负荷Q 6
3.3 冷却水用量 6
3.4 平均温差的计算 7
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3.5 计算传热面积 7
3.6 管子选择和管数的确定 9
3.6.1 管子的选择 9
3.6.2 管子的工艺计算 9
3.7 管子排列方式和管间距的确定 10
3.7.1 管心距 10
3.7.2 管子排列方式 10
3.8 壳体内径的确定 11
3.9 确定总传热系数 11
3.9.1 管程换热系数的确定 11
3.9.2 壳程侧换热系数的确定 12
3.10 流体压降的计算 14
3.10.1 管程压降的计算 14
3.10.2 壳程压降的计算 14
3.11 壳体壁温的计算 15
3.11.1 流体平均温度的确定 15
3.11.2 壳体壁温的确定 15
第四章 换热器的结构设计 16
4.1 管子与管板的连接 16
4.2 管板与壳体的连接 16
4.3 管板与分程隔板的连接 17
4.4 管板与法兰的连接 18
4.5 拉杆与管板的连接 20
4.6 折流板 21
4.7 流体进出口接管 22
4.7.1 煤油进出口 23
4.7.2 水的进出口 23
第五章 换热器元件强度和刚度的计算 24
5.1 筒体设计及校核 24
5.1.1 设计参数的确定 24
5.1.2 厚度计算 24
5.1.3 筒体的水压试验 25
5.2 封头 25
5.2.1 种类和参数的确定 25
5.2.2 强度计算 25
5.2.3 封头直边高度 26
5.3 管箱 26
5.3.1 强度计算 26
5.3.2 管箱的水压试验 27
5.4 管子与管板的拉脱应力 28
5.5 计算是否安装膨胀节 28
5.5.1 管、壳壁温差所产生的轴向力 28
5.5.2 压力作用于壳体上的轴向力 29
5.5.3 压力作用于管子上的轴向力 30
5.6 接管开口补强的计算 30
第六章 其他辅助结构及标准件的选用 33
6.1 接管法兰及密封面形式 33
6.2 鞍座的选择 33
6.2.1 换热器总质量的计算 33
6.2.2 鞍座的尺寸及结构选择 34
6.3 吊耳 35
6.4 法兰螺栓规格 35
6.5 拉杆与定距管 35
6.6 缓冲挡板 36
6.7 焊条的选择及焊接形式 36
总结 39
参考文献 40
致谢 41
绪论
1.1 引言
本课题的设计是年产量1.8万吨煤油冷却器的设计，而煤油冷却器又是换热器的一种。
换热器的发展已经有将近一百年的历史，经常被广泛的应用与石油、电力、化工、机械、制药等领域。从80年代至今，由于科学技术以及制造技术的越发成功，理论研究的不断完善，有关与换热器的设计和应用越来越受到世界的关注。其中管壳式换热器仍然占据着不可动摇的优势。
换热器是可以将热流体与冷流体间进行相互转换的设备，它也被称为热交换器。各种类型的换热器在工业发展中都作为必不可少的设备，被广泛的应用于化工，制药，电力，冶金，交通，制冷，等行业。换热器类型的选择取决于怎样的生产工艺和生产规模的大小，耗能低，传热效率高。维护换热器意义在提高技术方面具有十分重要的意义。
随着工业生产的不断进步，对能源的开发和利用的需求也逐步增高，因而对换热器的要求也越来越高。换热器设计和研究也要日益完善。
1.2 课题研究的前景及意义
近几年来,随着高温热管技术研究的不断成熟和深入,高温热管换热器的应用领域逐渐扩大,目前已广泛应用于工业、民用和国防等各个领域。在冶金、化学、陶瓷、建材及轻工等工业生产中。
新型换热管的形状研究过少，目前的研究仅局限于传统的圆形或矩形换热管上，对更高效的换热管型的探索研究比较缺乏。对换热管排数和排列方式对换热器整体换热性能的影响研究的理论体系还没形成，目前对于此方面的研究多以实验研究为主，然后从实验中提取经验公式，关于管排数的纯理论的换热理论还没有得到建立。

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