浮头式换热器设计毕业论文

浮头式换热器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。新型浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成，其特征是：在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心，半径稍大于管束外径的梯型凹槽，且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通，而不与凹型槽相连通；在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，设浮头法兰为凸型和梯型凸台双密封，分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰，且凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配，该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖，其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽及其垫片，该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径，同时相应变更加大相关零部件的尺寸；另配置一无外力辅助钢圈，其圈体内径大于浮头管板外径，钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封，另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封。浮头换热器的特点：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，这个特点在现场能看出来。这种换热器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（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。

详细的看GB151-1999 中3.5节A -- 前端盖 是平盖管箱E -- 单体壳程T -- 可抽式浮头500 -- 壳体圆筒内直径 500mm

这只是个模板，你还要自己修改数据，其中有些公式显示不出来。一．设计任务和设计条件某生产过程的流程如图所示，反应器的混合气体经与进料物流患热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知混和气体的流量为227301㎏/h，压力为6.9MPa ,循环冷却水的压力为0.4MPa ，循环水的入口温度为29℃，出口温度为39℃ ，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。物性特征：混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度定压比热容 =3.297kj/kg℃热导率 =0.0279w/m粘度循环水在34℃ 下的物性数据：密度 =994.3㎏/m3定压比热容 =4.174kj/kg℃热导率 =0.624w/m℃粘度二． 确定设计方案1． 选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃ 出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。2． 管程安排从两物流的操作压力看，应使混合气体走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。三． 确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程混和气体的定性温度为T= =85℃管程流体的定性温度为t= ℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对混合气体来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。混和气体在35℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）：密度定压比热容 =3.297kj/kg℃热导率 =0.0279w/m粘度 =1.5×10-5Pas循环水在34℃ 下的物性数据：密度 =994.3㎏/m3定压比热容 =4.174kj/kg℃热导率 =0.624w/m℃粘度 =0.742×10-3Pas四． 估算传热面积1． 热流量Q1==227301×3.297×(110-60)=3.75×107kj/h =10416.66kw2.平均传热温差 先按照纯逆流计算，得=3.传热面积 由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。假设K=320W/(㎡k)则估算的传热面积为Ap=4.冷却水用量 m= =五． 工艺结构尺寸1．管径和管内流速 选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=1.3m/s。2．管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=按单程管计算，所需的传热管长度为L=按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长l=7m，则该换热器的管程数为Np=传热管总根数 Nt=612×2=12243.平均传热温差校正及壳程数 平均温差校正系数按式（3-13a）和式（3-13b）有 R=P=按单壳程，双管程结构，查图3-9得平均传热温差 ℃由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。4.传热管排列和分程方法 采用组合排列法,即每程内均按正三角形排列,隔板两侧采用正方形排列。见图3-13。取管心距t=1.25d0，则 t=1.25×25=31.25≈32㎜隔板中心到离其最.近一排管中心距离按式（3-16）计算S=t/2+6=32/2+6=22㎜各程相邻管的管心距为44㎜。管数的分成方法，每程各有传热管612根，其前后关乡中隔板设置和介质的流通顺序按图3-14选取。5．壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可按式（3-19）估算。取管板利用率η=0.75 ，则壳体内径为D=1.05t按卷制壳体的进级档，可取D=1400mm6．折流板 采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为H=0.25×1400=350m，故可 取h=350mm取折流板间距B=0.3D，则 B=0.3×1400=420mm，可取B为450mm。折流板数目NB=折流板圆缺面水平装配，见图3-15。7．其他附件拉杆数量与直径按表3-9选取，本换热器壳体内径为1400mm，故其拉杆直径为Ф12拉杆数量不得少于10。壳程入口处，应设置防冲挡板，如图3-17所示。8．接管壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为u1=10m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为300mm。管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2=2.5m/s，则接管内径为圆整后去管内径为360mm六． 换热器核算1． 热流量核算（1）壳程表面传热系数 用克恩法计算，见式（3-22）当量直径，依式（3-23b）得=壳程流通截面积，依式3-25 得壳程流体流速及其雷诺数分别为普朗特数粘度校正（2）管内表面传热系数 按式3-32和式3-33有管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数（3）污垢热阻和管壁热阻 按表3-10，可取管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热阻按式3-34计算，依表3-14，碳钢在该条件下的热导率为50w/(m•K)。所以（4） 传热系数 依式3-21有（5）传热面积裕度 依式3-35可得所计算传热面积Ac为该换热器的实际传热面积为Ap该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。2． 壁温计算因为管壁很薄，而且壁热阻很小，故管壁温度可按式3-42计算。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15℃，出口温度为39℃计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，按式4-42有式中液体的平均温度 和气体的平均温度分别计算为0.4×39+0.6×15=24.6℃(110+60)/2=85℃5887w/㎡•k925.5w/㎡•k传热管平均壁温℃壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=85℃。壳体壁温和传热管壁温之差为 ℃。该温差较大，故需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力较大，因此，需选用浮头式换热器较为适宜。3．换热器内流体的流动阻力（1）管程流体阻力, ,由Re=35002，传热管对粗糙度0.01，查莫狄图得 ，流速u=1.306m/s,,所以，管程流体阻力在允许范围之内。（2）壳程阻力 按式计算, ,流体流经管束的阻力F=0.50.5×0.2419×38.5×(14+1)× =75468Pa流体流过折流板缺口的阻力, B=0.45m , D=1.4mPa总阻力75468+43218=1.19× Pa由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。（3）换热器主要结构尺寸和计算结果见下表：参数 管程 壳程流率 898560 227301进/出口温度/℃ 29/39 110/60压力/MPa 0.4 6.9物性 定性温度/℃ 34 85密度/（kg/m3） 994.3 90定压比热容/[kj/（kg•k）] 4.174 3.297粘度/（Pa•s） 0.742×1.5×热导率（W/m•k） 0.624 0.0279普朗特数 4.96 1.773设备结构参数 形式 浮头式 壳程数 1壳体内径/㎜ 1400 台数 1管径/㎜ Φ25×2.5 管心距/㎜ 32管长/㎜ 7000 管子排列 △管数目/根 1224 折流板数/个 14传热面积/㎡ 673 折流板间距/㎜ 450管程数 2 材质 碳钢主要计算结果管程 壳程流速/（m/s） 1.306 4.9表面传热系数/[W/（㎡•k）] 5887 925.5污垢热阻/（㎡•k/W） 0.0006 0.0004阻力/ MPa 0.04325 0.119热流量/KW 10417传热温差/K 48.3传热系数/[W/（㎡•K）] 400裕度/% 24.9%七． 参考文献：1． 刘积文主编，石油化工设备及制造概论，哈尔滨；哈尔滨船舶工程学院出版社，1989年。2． GB4557.1——84机械制图图纸幅面及格式3． GB150——98钢制压力容器4． 机械工程学会焊接学会编，焊接手册，第3卷，焊接结构，北京；机械工业出版社 1992年。5． 杜礼辰等编，工程焊接手册，北京，原子能出版社，19806． 化工部六院编，化工设备技术图样要求，化学工业设备设计中心站，1991年。