摘要管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最为广泛地应用。
本文设计的换热设备是化工生产中应用的管壳式换热器中的浮头式换热器。
壳程介质为苯，壳程设计压力分别为0.0462MPa；管程介质为冷却水，管程设计压力为0.473MPa；传热面积为74.42m。
操作时管程内的水冷却壳程内的物料。
设计方法采用压力容器的常规设计方法，按照GB150-89《钢制压力容器》、GB151-89《钢制管壳式换热器》等技术法规执行，设计内容主要包括设计方案的选择、壳程和管程强度及结构设计、传热系数设计、以及换热器其它零部件设计等。
设计计算结果准确，图纸符合国家机械制图标准要求，传热效果满足要求。
尽管本设备结构复杂，造价高；但是能承受较高压力，适用于壳侧走易结垢的介质，管、壳程温差较大的场合，是当今化工生产中使用较多的换热设备之一。
关键词：物料衡算；导热系数；换热面积AbstractThe fixed tube-sheet exchanger is adopted in industry field extensively with the merits of high reliability and extensive applicabilityThe shell type adopted in chemical production was used as the heat exchange equipment in this paper, and adopted floating-head type heat exchanger. The shell medium was Benzene, and the design pressure was 0.0462MPa , the tube medium was Process water , and the design pressure was 0.473MPa and the heat transfer area was 74.42m. The material of shell was cooled by the water of tube . The ordinary design method of pressure vessel was adopted in this paper , and based on the GB150-98 《Steel Pressure Vessel》, GB151-99 《Steel shell and tube exchanger》, and the main design contents contained that the choice of designproposal , strength of shell and tube, structure design, heat transfer coefficient design, and the design of other accessories . The design calculation result was correct , the woring drawings met the national mechanical charing requirement.And the heat transfer satisisfied the requirements .Though the structure of floating-head type heat exchanger was complex; had the higher manufacturing cost it could bear the hight pressure , and the pipe was easy changed and the shell medium was the same with clean , applied in the condition of higher temperature difference between shell and tube ,deposited medium flowing in side, and became the most usually heat transfer equipment in chemical production recentlyKeywords: material balance；conductivity factor；heat transfer area目录第一章绪论 (1)1.1换热器的地位 (1)1.2换热器的种类 (1)1.3换热器研究及发展动向 (2)1.3.1物性模拟研究 (2)1.3.2分析设计的研究 (2)1.3.3大型化及能耗研究 (2)1.4.4强化技术研究 (2)1.5.5控制结构及腐蚀的研究 (3)第2章经济技术分析 (4)第3章设计方案选择 (6)3.1压力容器选材 (6)3.2设计压力的确定 (6)3.3设计温度的确定 (7)3.4管程与壳程的选择 (7)3.5确定换热器的设计类别 (8)第4章工艺设计 (9)4.1物性数据的确立 (9)4.2初选换热器规格 (9)4.2.1 计算热负荷 (9)4.2.2 计算冷却水的流量 (10)4.2.3 计算两流体的平均温度差 (10)4.2.4计算换热面积 (11)4.3换热管设计 (11)4.3.1换热管根数的确定 (11)4.3.2换热管排列方式与管间距的确定 (11)4.4 换热管壳体直径的确定 (12)4.5拉杆的选取 (13)4.6壳程流体进出口接管直径 (13)4.7核算压强降 (13)4.7.1管程压强降较核 (13)4.7.2壳程压强降的较核 (14)4.8核算总传热系数 (15) (15)4.8.1管程对流传热系数i4.8.2壳程对流传热系数 (16)4.8.3污垢热阻的选择 (18)4.8.4总传热系数Ko (18)4.9传热面积核算 (18)4.10换热管壁温的核算 (18)第5章强度设计计算 (20)5.1换热器壳体壁厚的设计计算 (20)5.2管箱壁厚设计计算 (20)5.3封头的选择及计算 (21)5.4壳体水压试验校核 (22)5.5垫片的选取 (23)5.6螺栓的设计 (25)5.7容器法兰设计 (25)5.7.1法兰的校核 (26)5.8管板厚度的选择及校核 (28)5.8.1设计计算与校核 (31)5.9管子拉脱力的计算 (32)5.10浮头端盖 (32)5.11补强计算 (33)5.12鞍座的选用与校合 (35)第6章结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录 (41)第1章绪论1.1换热器的地位换热设备（也称换热器或热交换器），就是实现热量传递的设备。
在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
这些过程均和热量传递有密切联系，因而均可以通过换热设备来完成。
其换热过程可分为加热、冷却、蒸发、冷凝、干燥等。
随着生产的发展，各种不同型式和种类的换热设备发展很快，新结构、新材料的换热设备不断涌现。
在化工厂中，换热设备的投资占总投资的10%~20%；在炼油厂中，约占总投资的35%~40%。
常用的换热器按设备的结构可分成两大类，即板片式换热器和管壳式换热器。
板片式换热器是由板片和密封垫片组合而成。
目前国内外在化工生产中所用换热设备，管壳式换热器仍然占主导地位。
虽然它在换热效率，结构紧凑和金属材料消耗等方面，不如其它新型换热设备，但它具有结构坚固、操作弹性大、适应性强、可靠程度高、选材范围广，处理能力大、能承受高温高压的等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。
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。
流程优化软件技术的发展带来了换热器应用的增多。
20世纪80年代常减压装置用量达90～100台,90年代末至今以超过140台。
换热器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企业成本降低，效率提高。
1.2换热器的种类换热器按传热方式分为直接接触式换热器、蓄能式换热器、间壁式换热器、中间载体式换热器。
其中间壁式换热器在工业生产中应用最为广泛，其结构形式多种多样，常见的管壳式换热器和板式换热器。
管壳式换热器在工业中应用广泛，它结构坚固、可靠性高、适应性强、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便、能承受较高的操作压力和温度。
板式换热器结构紧凑、使用灵活、清洗和维修方便。
但不易密封，承载能力低，流道狭窄易堵塞，流动阻力大。
综合考虑选用管壳式换热器。
管壳式换热器按结构分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器以及釜式重沸器。
1.3换热器研究及发展动向1.3.1物性模拟研究换热器传热与流体计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。
因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟。
两相流的物性基础来源于实验实际工况的模拟，这恰恰是与实际工况差别的体现。
实验室模拟工况很复杂，准确性主要体现与实际工况的差别。
纯组分介质的物性数据基本上准确，但油气组成物的数据就与实际工况相当较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。
为此，要求物性模拟在实验手段上更加先进，测试的准确率更高。
从而使换热器计算更精确，材料更节省。
物性模拟将代表换热器的经济水平。
1.3.2分析设计的研究分析设计是近代发展的一门新兴学科，美国ANSYS软件技术一直处于国际领先技术，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析法技术带来发展，同时也给常规强度计算带来更准确、更便捷的手段。
在超常规强度计算中，可模拟出应力的分布图，使常规方法无法得到的计算结果能方便、快捷、准确地得到，使换热器更加安全可靠。
这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞越。
将会逐步取代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度。
1.3.3大型化及能耗研究换热器将随着装置的大型化而大型化，直径将超过5m，传热面积将达到单位100002m，紧凑型换热器将越来越受欢迎。
板壳式换热器、折流杆换热器、板翅式换热器、板式空冷器将得到发展，振动损失将逐渐克服，高温、高压、安全、可靠的换热器结构将朝着结构简单、制造方便、重量轻发展。
随着全球水资源的紧张，循环水将被新的冷却介质取代，循环将被新型、高效的空冷器所取代。
保温绝热技术的发展，热量损失将减少到目前的50%以下。