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管壳式乙酸换热器设计

摘要

    管壳式换热器亦名列管式换热器,它是把闭合于壳体中的管束的管壁当成传热表面的间壁式换热器。这种形式的换热器造型相对简单，操作性比较可靠，各种各样的材料都能作为其打造的材料，尤其是金属的材料，为如今换热器中应用最为广泛的类型。

    管壳式换热器组成的部件有壳体、管箱、管束、管板、折流板等。进行换热的冷热两种流体，位于换热管和管箱内流动的流体叫管程流体；另一种在管外流动的流体叫壳程流体。此换热器中的流体按照温度的高低可分为冷流体和热流体，按照流动途径的不同有管程流体和壳程流体两种。因为乙酸显弱酸性，所以管程流体为乙酸，壳程流体为水。此次设计的换热器中壳程介质为水，它的壳程压力是0.055Mpa；管程介质为乙酸，管程设计压力为0.275MPa。此次设计的管子排列采用正三角形方式，在壳体中安装折流板以增强流体的湍流程度并对相关的设计参数进行计算或校核。

    最后，依照各种设计参数以及工作条件，在确定固定管板式换热器为我此次设计的最合适的类型的基础上进行了有关本次的设计的计算与研究。

关键词： 管壳式换热器；固定管板式；设计计算

 

目 录

摘  要 II

Abstract III

第一章  绪论 1

1.1 流体流动途径的确定 1

1.2 设计压力的确定 1

1.3 设计温度的确定 2

1.3.1 定义 2

1.3.2 确定方法 2

1.4 工作条件 3

第二章 换热器类型选择 5

第三章 换热器相关参量的计算 9

3.1 相关设计参数 9

3.2 相关参量的计算 9

3.2.1 热负荷的计算 9

3.2.2 冷却水流量的计算 10

3.2.3计算两流体平均温差 10

3.3 管子数的计算及管子排列方式 13

3.3.1 管子数的计算 13

3.3.2 管子的排列方式和管间距 14

3.4 换热器的壳体直径的确定 15

3.5 实际传热面积 15

3.6 总传热系数的核算 16

3.6.1 壳程（冷却水）的对流传热系数的核算 16

3.6.2 管程对流传热系数的计算 17

3.6.3 污垢热阻的确定 18

3.7 压强降的核算 19

3.7.1 管程压强降的校核 19

3.7.2 壳程压强降的校核 21

第四章 元件的设计与校核 23

4.1 换热器壳体壁厚的选材与计算 23

4.1.1 选择材料的种类 23

4.1.2 计算壳程的壁面厚度 23

4.1.3 计算管箱的壁面厚度 25

4.1.4 计算封头的选型和尺寸 26

4.2 计算换热管的壁厚 29

4.3 接管壁厚的校核 30

4.3.1 封头接管的校核 30

4.3.2 筒体接管的壁厚校核 33

4.4 临界数值的计算 36

4.4.1 临界长度的计算 36

4.4.2 临界压力的计算 36

4.5 计算管子拉脱力 37

4.5.1 处于温差作用下时，管子每平方米胀接时所产生的力是 37

4.5.2 处于操作压力下，每平方米胀接管子周边产生的力是 38

4.6 判定膨胀节的设定 40

4.6.1 存在温差时管、壳的轴向力 40

4.6.2 计算管子轴向力 40

4.6.3 计算壳体的轴向力 41

4.6.4 管子及壳体的轴向力校核 41

4.7 法兰及螺栓的设计计算 42

4.7.1 法兰介绍及应用原理 42

4.7.2 法兰的校核 43

4.8 开孔与补强 48

4.8.1 对压力容器开孔的限制 48

4.8.2 补强结构 48

4.8.3 等面积补强计算 49

4.9 支座的设计计算 51

4.9.1 概述 51

4.9.2 支座设计计算 51

4.9.3 圆筒及封头的应力分析 54

第五章 管壳式换热器的结构设计 59

5.1 容器法兰的结构设计 59

5.1.1 法兰的选型 59

5.1.2 法兰材料的选择 59

5.1.3 法兰垫片的选择 59

5.1.4 螺栓的选择 59

5.2 换热管的设计 59

5.3 支座的选择与设计 60

5.4 另外各部件的选择与设计 60

5.4.1 膨胀节 60

5.4.2 折流板 60

5.4.3 拉杆 61

5.4.4 定距管 62

5.5 各部分之间的连接 62

5.5.1 壳体与管板 62

5.5.2 管板与法兰 62

5.5.3 管子与管板 63

第六章致谢 64

参考文献65

参考文献

[1]  GB151-98  钢制管壳式换热器  学苑出版社 1998

[2]  矛晓东  《典型化工设备机械设计指导》  1995.8

[3]  GB150-89  钢制压力容器   学苑出版社  1989

[4]  《化工设备机械基础》 刁玉玮 王立业  大连理工出版社  1998.1

[5] 姚玉英  《化工原理》  天津大学出版社  1987

[6]  董其伍  《过程设备设计》 化学工业出版社  2005.7

[7]  董大勤  《化工设备设机械基础》 化学工业出版社  2002.3

[8]  陈敏恒 方图南  《化工原理 》  化学工业出版社  1999.2 

[9]  汤善甫  《化工设备机械基础》  华东理工大学出版社  2002.1

[10]  秦书经  《换热器》  化学工业出版社  2003.5

[11] 丁伯民  《化工容器 》 化学工业出版社  2003.1

[12] 《化工设备设计手册》  上海人民出版社  1972

[13] 周志安  《化工设备设计基础》  化学工业出版社  1996

[14] 丁尚林  宋向雁  《过程设备机械设计基础》  化学工业出版社  2001

[15] 聂德清  《化工设备设计》   化工出版社  1999

[16] 王志魁  《化工原理》    化学工业出版社  1998

[17] 钱颂文  《换热器设计手册》   化学工业出版社 1996

[18] 余国琮  吴修慈  《化工容器及设备》  天津大学出版社  1998

[19] 唐尔钧  《化工设备机械设计基础》 机械工业出版社  1994.9

[20] 《化学工程手册》   化学工业出版社  1996

[21] 《机械设计材料手册》  机械工业出版社  1997

[22] 郑津洋《过程装备设计》  化学工业出版社,2001.8

[23] 《管壳式换热器管板温度分析》  科技文献出版社  1998

[24] 《换热器》         化学工业出版社     2002

[25] 《换热管基础及其应用》  科技文献出版社重庆分社  1977

   《化工设备》  刑晓琳 潘传九  化工工业出版社    2010