武汉工程大学化工机械专业毕业设计列管式换热器设计专业班级学号指导教师成绩列管式换热器设计摘要化工设备课程设计是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去完成某一设备设计任务的一次训练。
本次的设计的内容是水—CO2列管式固定管板换热器的设计。
这方面的知识虽然我们在大三上学期进行了理论课的学习，但是了解和掌握的东西仍然很有限。
在这次的课程设计，通过热量衡算，工艺计算，结构设计和校核等一系列工作，我们基本上完成了设计任务，也让我明白了怎么应用所学的化工设备知识，结合我们所掌握的其他相关学科的知识、计算机技术、参照相关的书籍文献等去解决实际的设计问题。
并且通过在设计过程中，不断的发现问题解决问题，使我们能够更加熟练的运用这些知识与技能。
这些经验的积累是对课堂学习的巩固和拓展，也是一次宝贵的经验积累。
当然在整个设计过程种，也离不开老师的悉心指导和同组各位组员的同心协力。
在我们的实践过程中，通过小组各位组员的分工合作和相互配合，我们才能比较顺利的完成各个时段的工作，在遇到问题时，我们能够一起参与讨论，通过查阅资料、咨询老师等来解决。
虽然在这个过程中，我们有发生过计算失误而重头开始计算，有过发现画图过程中的设计缺陷而重新设计等等问题，但这不但没有让我们知难而退，反而让我们更加深刻的认识到科学设计中所应该持有的严谨务实的态度的重要性。
这些宝贵经验的积累，对我们今后的学习工作也一定会有很大的帮助。
关键词:结构设计,工艺计算目录第一章设计条件 (3)第二章换热器结构设计 (3)2.1管子数计算 (3)2.2排列方式确定 (3)2.3壳体直径确定 (4)2.4壳体壁厚计算 (5)2.5管板尺寸确定 (5)2.6封头尺寸确定 (6)2.7容器法兰选择 (6)2.8管子拉脱力计算 (6)2.9折流板计算 (8)2.10支座确定 (9)第三章换热器主要结构尺寸和计算结果列表 (9)参考文献 (11)致谢 (12)第一章 设计条件1.1已知条件：（1）气体工作压力：管程：CO 2 压力1.5MPa ，进口温度100C ︒ , 出口温度60C ︒ 壳程：冷却水 ， 压力1.0MPa ， 进口温度20C ︒ , 出口温度50C ︒ (2)C t ︒=-=∆50501001 C t ︒=-=∆4020602C t t t t t ︒=-=∆∆∆-Λ=∆444050ln 4050ln 2121 33.12050601002121=--=--=t t T T R 375.02010020501112=--=--=t T t t P 经查得91.0=ΦtC C t t t m ︒=︒⨯=∆⨯Φ=∆404491.0壳、管壁温差 40C .，s t t t >。
（3）由工艺计算求得换热面积为402m 。
第二章 结构设计2.１管子数n ：选5.225⨯Φ的无缝钢管，材质２０号钢，管长4.5mΘS n =n d n L 均πL d n 均πSn =∴=5.40225.0400⨯⨯π=126根 其中因安排拉杆需增加６根，实际空数120个。
2.2管子排列方式，管间距确定管子的排列方法常用的有正三角形直列，正三角形错列，正方形直列和正方形错列。
a .正三角形错列b .正方形直列c .正方形列列正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。
而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些。
以上排列方式中最常用的是正三角形错 列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。
本设计采用正三角形排列，经查得层数为13层。
取管间距a=32mm ，如图1-1图1-1 排管图2.3换热器壳体直径的确定壳体内径为l b a D i 2)1(+-=式中i D ——换热器内径；b ——正六角形对角线上的管子数，查得b=13l ——最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取l=20d .4842522)113(32=⨯⨯+-⨯=i D取壳体内径mm D i 500=。
2.4换热器壳体壁厚的计算材料选用Q235，计算壁厚为[]PPD n ti-=ϕσδ2+C式中P ——设计压力，取P=1.25MPa;i D =500mm85.0=ϕ;[]MPa 113=σn δ=5.325.185.0113250025.1+-⨯⨯⨯=6.77mm圆整后实取n δ =7mm.2.5管板尺寸确定选用固定式换热器管板，并兼作法兰。
由《钢制列管式固定管板换热器结构设计手册》4.11.7节，查得2/16cm kgf P P s t ==（1.6MPa ）(取管板的公称压力为16 kgf/2cm )的碳钢管板尺寸。
2.6换热器封头选择上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB1154-73标准，封头为8500⨯DN ，曲面高度mm h 1251=，直边高度,252mm h =材料选用20钢2.7容器法兰的选择材料：16MnR根据JB1160-82标准，选用500DN ,)(6.1MPa P N 的突面密封面甲型平焊法兰。
法兰尺寸如图1-3所示。
图1-3 法兰2.8管子拉脱力计算pp q =ld pf 0π式中f =0.866a 2-204d ⨯π=0.866⨯2225432⨯-π=396mm 2=3.96410-⨯m 2 P=1.5MPa l =30mm03.0025.0101096.35.164⨯⨯⨯⨯⨯=-πp q=0.25MPa2温差力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力t q ()ld d d q i o t t 0224-=σ()st s t t A A t t aE +-=1σns S D A •=中π=8508⨯⨯π=1.276210-⨯m 2()n d d A i ot 224-=π=()1202025422⨯-⨯π=21800mm 2=0.022m 20127.0022.01401021.0108.1166+⨯⨯⨯⨯=-t σ=42.3MPa()03.0025.0402.0025.03.4222⨯⨯-⨯=t q=3.17MPa由已知条件可知：p q 与t q 的作用方向相同，合拉脱力 t p q q q +==3.42<[]q =4.0MPa 拉脱力在范围之内2.9折流板设计折流板为弓形，mm D h i 3755004343=⨯==,经查得折流板最小厚度为4mm; 折流板外径为496.5mm ，材料为Q235A 钢，。
拉杆选用12φ，共6根，材料为Q235 折流板数量11.0'--=h L N B 16001004500--=B N =6.33取整的N B =7块 实际折流板间距为：mm h 550171004500=+-=折流板开孔直径由参考文献3表4-23查得为40.08.25⨯φ2.10支座设计采用鞍座查文献二 314 ，315页取DN500－A I M －200型鞍式支座第三章 换热器主要结构尺寸和计算结果列表参考文献1.国家质量技术监督局．GB151-1999《管壳式换热器》．北京：中国标准出版社，19992. 《化工设备机械基础》.刁玉玮.大连理工大学出版社 1992.123．中华人民共和国机械工业部，石油工业部，化学工业部《钢制管壳式换热器设计规定》1983年，化学工业出版社4. 《化工原理》.张宏丽. 北京.化学工业出版社 2008.25. 《化工机械工程手册》余国宗.化学工业出版社 2003.16. 《化工设备设计手册》朱有庭.化学工业出版社 2005.67. 《化工设备与维修》王灵果.孙爱萍 2009.88. 《化工设备制造技术》庞春虎 . 化学工业出版社 2009.59. 《常用化工单元设备设计》李庆样.华南理工大学出版社 2003.410.化工设备设计全书编辑委员会．化工设备设计全书——换热器．北京：化学工业出版社，200311．《JB1154-73》北京：中国标准出版社，12.《JB1160-82》北京：中国标准出版社，致谢在本次论文设计过程中，老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。
在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。
这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。
在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。