浙江大学毕业设计题目：釜式换热器的设计学院：系别：专业：过程装备与控制工程学号：目录1概述 (3)2设计计算 (5)2.1主要技术参数的确定 (5)2.2釜式换热器的结构设计 (5)2.2.1总体结构设计 (5)2.2.2换热器管程设计 (7)2.2.3 换热器壳程设计 (8)2.3 元件的强度设计 (9)2.3.1 筒体 (9)2.3.2 开孔补强设计计算 (11)3标准零部件的选用及主要零部件的设计 (15)3.1 法兰的选用 (15)3.1.1容器法兰的选用 (15)3.1.2管法兰的选取 (16)3.2 封头 (17)3.3 管板 (18)3.4 堰板 (19)4鞍座的设计 (19)4.1 鞍座的选取 (19)4.2鞍座位置的设置 (19)4.2.1鞍座位置的相关标准的要求 (19)4.2.2设备总长的确定 (20)4.2.3A值的确定 (20)4.3力的计算 (20)4.3.1重量产生的反力 (20)4.3.2地震产生的力 (21)4.3.3风载产生的力 (24)4.3.4热膨胀产生的力 (26)4.4总合力计算 (27)4.5应力校核 (29)4.5.1轴向应力 (30)4.5.2切向应力 (31)4.5.3周向应力 (31)4.6结论 (32)5三维实体造型设计 (32)5.1 软件介绍 (32)5.2 主要零部件的造型设计 (32)5.2.1 管箱封头的设计 (32)5.2.2 鞍座的设计 (34)5.2.3 螺母的设计 (35)5.3 装配体的设计 (35)5.4 工程图的生成 (38)设计总结 (41)注释 (43)参考文献 (44)谢辞 (45)附件 (46)1概述换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,是在化工、石油、石油化工、冶金等领域普遍应用的一种工艺设备，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，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。

目前在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。

在近年来国内在节能、增效等方面改进换热器性能，在提高传热效率，减少传热面积，降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。

换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。

管壳式换热器虽然在换热效率、设备体积和金属材料的耗量等方面不如其他新型换热设备，但他又结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、适用范围广等优点，所以在各种工程中得到普遍使用。

而本次毕业设计的题目就是有相变传热的釜式换热器，它也是管壳式换热器的一种，广泛应用于石油及化工领域，又称釜式再沸器。

换热器作为节能设备之一，在国名经济中起到非常重要的作用。

换热器的结构决定了换热器的性能，一种性能能否发挥其作用取决用设计着如何选择合理的结构，任何一个场合都有适应于这个特点的换热结构。

要是传热效率提高、能耗下降、就必须了解换热器的机构特点，在这次设计中结构设计也就作为重点之一。

设计题目在毕业实习之前就已确定，任务涵盖了两部分内容，一是设备设计部分；二是在设备设计的基础上进行三维实体辅助造型设计。

设备设计包括总体结构设计和各个组成的结构设计以及强度设计，主要零部件的设计和选型以及校核。

三维实体辅助造型设计是利用软件SolidWorks来完成的，包括各个零部件的造型设计、装配体的设计和工程图的生成。

工作任务是比较繁重的，在实习过程中，见到最多的是固定管板式换热器，却未见到釜式设备，对于釜式换热器的局部结构始终无法想象，关于釜式换热器的介绍资料在图书馆的资料库里，找到的不多。

在经过多次考虑和导师的探讨，才对它的总体结构确定了下来，然而解决后新的问题又摆在面前，在过去的学习中，并未对SolidWorks做深入的学习和应用，当要系统的完成一个完全有自己设计的设备建模时遇到了太多的问题，每个功能的应用和实现过程有时需要摸索很多次，而且往往会在建模时会发现设计的合理性出问题，对前面的设计计算进行反复的修改，直到最后完成工程图的生成，才完成了设备的全部设计，可以说，每一步都紧密联系在一起，相互制约着。

但同时也让我体会到设计者和制造者之间的矛盾和联系，设计者有时是无法注意到制造问题的，而SolidWorks可以让设计者先对自己的设计做一个检验。

通过本次设计使我对所学的专业知识有了更深刻地认识，并从中学到了很多课本上无法得到的东西，通过自身的努力和学习，通过导师的细心指导，使我不仅在知识水平上和解决实际问题的能力上有了很大的提高，而且深刻体会到要把所学的知识理论变成可实际应用的设备时，所面对的种种难题，认识到提高运用知识，解决实际问题的能力的重要性，由于时间仓促和经验不足，难免存在很多问题，敬请各位老师指导！2 设计计算2.1主要工艺参数的确定壳程管程介质水、水蒸气再生气设计压力MP 0.4 3.2a设计温度℃ 210 340换热面积2m 260接管规格：再生气进口DN300；再生气出口 DN300水进口 DN300；水出口 DN300蒸汽出口 DN4002.2釜式换热器的结构设计2.2.1总体结构设计选择了比较带蒸发空间的传统的结构形式，由管箱、小端壳体，斜锥壳体，大端壳体、管板、法兰、换热管等零部件组成。

如图2—1所示图2—1122.2.2换热器管程设计[][]1)换热管a)换热管的形式换热管形式有光管、各种翅片管、螺纹管、异形管等。

光管是作为管壳式换热器的传统形式，当前应用非常普遍，廉价，易于制造、安装、检修、清洗方便。

随着节约材料，节约能源的强化传热技术研究的发展，光管不断受到冲击，但是依据本设计的技术参数和考虑制造成本，依然选用光管。

b) 管径 采用标准管径的换热管。

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。

将同直径换热器的换热管有25φ改为19φ使换热面积可增加40%左右，节约金属20%以上，但小管径流体阻力大，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，而再生气成分未定，选用25φ㎜×2.5㎜的无缝钢管。

c) 管长 管子过长清洗安装均不方便。

一般取6m 以下，对于卧式设备，管长与壳径之比应在6-10范围内，本设计采用标准管长6m 。

d) 管材 选用20号钢。

e) 管束确定 估算单根换热管面积A []4()t A d L πδ=-A — 单根换热管的面积㎡d — 无缝钢管直径㎜t δ — 无缝钢管壁厚㎜()3225 2.56000424.11510A mm π=-⨯=⨯所需的换热管数n=F AF — 要求工艺换热面积㎡，F=260㎡632601061442410n ⨯==⨯ 25φ㎜×2.5㎜的换热管的拉杆至少需要6根，故所需换热管管数至多608根。

2) 管板管板是管壳式换热器最重要的零部件之一，用来排布换热管、将管程与壳程的流体分开，避免冷热流体混合，并同时受管程压力、壳程压力和温度的作用。

a)管板材料在选择管板材料时除考虑力学性能外还应考虑管程和壳程流体的腐蚀性，以及管板和换热管之间的电位差对腐蚀的影响，由于此设计中的再生气主要成分为二氧化碳，选用一般压力容器用钢16MnR。

b)列管形式排布考虑到管外是水易清洗，采用正六边形排列。

换热管中心距要保证管子与管板连接时，相邻两管间的净空距离有足够的强度和宽度，一般不小于1.2倍的换热管外径，因此换热管的中心距选标准S=32㎜。

管板上排列管子的根数六角形14层，实际可排721根，对角线上的管数N=29，不计弓形部分可排管子总数为631根。

c)管板与壳体和管箱的连接管板与壳体的连接形式分为两类：一种是可拆式，一种是不可拆式。

对于釜式换热器特殊的结构形式，考虑维修方便，以及再生气的腐蚀性并不大，气密性要求不高，管板不做法兰设计中采用如图3—1所示的连接形式：图2—1加紧式连接d)换热管与管板的连接形式换热管与换热管的连接在管壳式换热器的设计中是一个比较重要的结构部分，它不仅给加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备运行中，保证无泄漏及能承受介质压力。

从制造工况以及经济等方面考虑，我选用了强度焊。

3）管箱管箱的作用是把从管道输送来的流体均匀地分布到各换热管内，和把管内流体汇集在一起送出换热器，在多管程换热器中，管箱还起到改变介质的流向的作用，由于我采用的釜式换热器的特殊结构形式，我选用封头管箱，并用两程，隔板尺及结构见图3—3。

但是由于采用了2程分程，隔板槽两侧管心距至少取44㎜。

图2—3 分程隔板2.2.3 换热器壳程设计 课程内主要由壳体、折流板、支撑板、拉杆、定距管、滑板等结构组成。

1） 壳体结构见设计图纸。

2） 折流板 折流板的作用是为了提高壳程流体流速，迫使流体按规定的路径多次横向流过管束，增加湍动程度，以提高管间对流传热效率。

而对于釜式换热器，折流板即起着流作用又起支撑作用。

由于弓形折流板中，流体只经过圆缺部分而垂直流过管束，流动中死区较少，所以较为优越，结构也简单。

弓形折流板的圆缺率为25%左右。

折流板的缺口应尽量靠近管排，此采用上下方向排列，可造成流体剧烈扰动，以增大传热系数。

弓形折流板的间距一般不应小于壳体内径的20%,且不小50㎜，并相邻两块折流板间距不得大于壳体内径。

由于换热管总长为6000㎜，去折流板间距为750㎜，可以计算需要7块折流板。

折流板的安装固定时通过拉杆和定距管来实现的，每一根拉杆的最后一块折流板是与拉杆焊接的。

其缺口的弦高取0.3倍的圆筒内径，h=300㎜。

对于卧式换热器，为在停车时排进课程内残留也和在换热过程中伴随有气相的产生，则在折流板顶和底部需设置缺口，其角度为90o ，高度为15～20㎜，共排除换热器内残留也和气体用。

折流板的厚度是根据换热器直径和换热管无支撑跨距来实现的，[]2由表3—5查得折流板的最小厚度为10㎜。

它的名义外径为DN －6=00.8994-㎜。

3） 拉杆 拉杆常用形式有两种：一种为拉杆和折流板焊接形式，一般用于换热管外径小于或等于14㎜的管束;另一种为拉杆定居管结构形式，用于换热管外径大于或等于18㎜的管束。

拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，再不管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，拉杆直径选用16mm ∅。

4） 滑板 用来支撑折流板，并在安装时起到导轨和滑轨的作用，便于安装和拆卸，并在设备工作时防止由于介质的冲击引起的震动和浮动，它的长度定为5000㎜，有两根组成。

材料选用235Q AF -。

2.3 元件的强度设计[]3换热器是由客体、管箱、封头、官板、法兰、换热管等受力元件组成，各元件都需要进行强度设计计算，以确保在运行时安全可靠。

由于官板受力情况复杂，影响管板强度的因素很多，有管内外压力，温度生产的应力，法兰力矩和换热管的支撑力等的影响，故正确地进行管板分析计算是比较复杂的，在此由于时间的关系，不予校核设计。