论文总字数：22718字

摘 要

换热器的应用非常广泛，它在石油、化工、食品等诸多领域有着举足轻重的地位。目前，无论是国外还是国内的工业生产中，应用最广泛的换热设备依然是管壳式换热器。管壳式换热器是一种最为典型的间壁式换热器，虽然这种换热器的传热效率低，相同的换热量所需的传热面积要更大，而且设备比较笨重。但是它结构简单，操作安全可靠，并且可以在高温高压下使用，所以其在工程实践中仍然被广泛的应用。故本课题选择以管壳式换热器之一即固定管板式换热器作为研究对象进行设计分析。

首先查阅有关换热器的中文文献和外文文献，了解换热器在国内外的研究现状及发展趋势，并且通过对外文文献的翻译更好地了解到国外的先进技术；其次查阅化工原理课程设计等相关书籍进行工艺计算，确定换热器壳体内径为500mm，换热管为Φ19×2，管长为6m等工艺尺寸，然后根据GB150、GB151等国家标准进行管箱、法兰、折流板、拉杆、接管、鞍座等的结构设计，最后通过SW6软件对换热器进行了强度校核，校核结果合格，从而设计出了本台可以满足工艺要求的固定管板式换热器。

关键词： 固定管板式换热器 二甲醚 工艺计算 结构设计 SW6校核

Abstract

The application of heat exchanger is very extensive. It plays a decisive role in many fields such as petroleum, chemical industry, food and so on. At present, no matter in foreign or domestic industrial production, the most widely used heat exchanger is shell and tube heat exchanger. The tube shell heat exchanger is one of the most typical inter wall heat exchangers. Although the heat exchanger has low heat transfer efficiency, the heat transfer area required for the same heat exchange is larger, and the equipment is heavy. But its structure is simple, operation is safe and reliable, and it can be used at high temperature and high pressure, so it is still widely applied in engineering practice. Therefore, this topic chooses the shell and tube heat exchanger, one of which is the fixed tube-plate heat exchanger as the research object, and carries on the design analysis.

Firstly, we refer to the Chinese and foreign literatures on heat exchangers to find out the research status and development trend of heat exchangers at home and abroad, and better understand the advanced technology of foreign countries through the translation of foreign documents. Secondly, referring to the course design of chemical engineering principles and other relevant books to carry out process calculation, it is determined that the inner diameter of the heat exchanger shell is 500mm, the heat transfer pipe specification is Φ19×2,and the length of the tube is 6m. Then the structural design of tube box, flange, baffle plate, pull rod, pipes and saddle are carried out according to the national standards such as GB150 and GB151. Finally, the strength of the heat exchanger is checked by SW6 code, and the results are qualified. Thus, the fixed tube-plate heat exchanger which meets the requirements of process conditions is designed.

Keywords：fixed tube-plate heat exchanger; dimethyl ether; process calculation; structural design; checking with SW6

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究动态 1

1.2.1 壳程强化传热技术的介绍及应用 1

1.2.2 管程强化传热技术的介绍及应用 1

1.2.3 整体强化传热技术的介绍及应用 2

1.3 选题的依据与意义 2

第二章 换热器的工艺设计 3

2.1 设计方法的选择 3

2.1.1 设计条件及选型 3

2.1.2 选择流体走向 3

2.2 物性参数的确定 3

2.3 总传热系数的计算 3

2.3.1 热流量 3

2.3.2 平均传热温差 4

2.3.3 二甲醚的流量 4

2.4 计算传热面积 4

2.5 换热器的工艺结构尺寸的确定 4

2.5.1 换热管管径和管内流速的选择 4

2.5.2 管程结构的确定 4

2.5.3 选择换热管的排列方式 5

2.5.4 壳程结构的确定 5

2.5.5 选用折流板 5

2.5.6 接管口的确定 5

2.6 换热器工艺核算 6

2.6.1 换热量的校核 6

2.6.2 金属壁面温度校核 7

2.7 流体的流动阻力的校核 8

2.7.1 校核管程流体的流动阻力 8

2.7.2 校核壳程流体的流动阻力 8

2.8 本章小结 9

第三章 换热器的结构设计和强度计算 10

3.1 结构计算条件 10

3.2 结构尺寸设计 10

3.3 构件材料及数据 11

3.4 壳程筒节与管箱的尺寸设计 12

3.4.1 壳程筒节设计 12

3.4.2 换热器管箱设计 13

3.5 紧固件的设计 14

3.5.1 垫片压紧力作用中心圆直径 14

3.5.2 紧固件所受载荷 15

3.5.3 紧固件的横截面积 15

3.5.4 紧固件的设计载荷 15

3.6 管板结构设计 15

3.6.1 各元件的结构尺寸 15

3.6.2 各种系数的计算 16

3.6.3 法兰力矩的计算 17

3.6.4 管板厚度校核 18

3.7 开孔补强 29

3.7.1 二甲醚气体进口接管补强计算 29

3.7.2 二甲醚液体出口接管补强计算 31

3.7.3 冷却水进出口接管补强计算 32

3.8 接管设计 34

3.8.1 接管外伸长度的确定 34

3.8.2 接管位置的设计 34

3.9 接管法兰设计 35

3.10 拉杆的设计 35

3.11 折流板结构设计 36

3.12 鞍座的设计 36

3.12.1 选择鞍座的类型 36

3.12.2 鞍座位置的确定 37

3.13 防冲挡板 38

3.14 水压试验 38

3.14.1 壳程压力试验 38

3.14.2 管程压力试验 39

3.15 本章小结 40

第四章 对固定管板式换热器进行经济性评价 41

4.1 经济性评价的目的与方法 41

4.2 对换热器进行造价预估 41

4.2.1 主要材料的费用 41

4.2.2 人机费 42

4.2.3 辅材费 42

4.2.4 设备总成本 42

4.2.5 利润和税金 42

4.2.6 设备造价预估 42

4.3 经济性分析 43

结论 44

参考文献 45

致谢 47

绪论

课题背景

换热器是一种用来交换热量的过程设备，它一般通过热传导、热对流或热辐射的方式来达到传递热量的效果，根据不同工艺要求的需要，它可以把冷流体加热，也可以把热流体冷却。换热器的应用非常广泛，它在石油、化工、食品等诸多领域有着举足轻重的地位。据统计，用在换热器上的投资大约占全部设备总投资的40%^[1]。所以，如何设计制造出高效、节能并且投资少的换热设备成为每个设计人员面对的重要问题。

目前，无论是国外还是国内的工业生产中，应用最广泛的换热设备依然是管壳式换热器。管壳式换热器是一种最为典型的间壁式换热器，虽然这种换热器的传热效率低，相同的换热量所需的传热面积要更大，而且设备比较笨重。但是它结构简单，操作安全可靠，并且可以在高温高压下使用，所以其在工程实践中仍然被广泛的应用^[2]。

国内外研究动态

管壳式换热器因其特点被广泛利用，为了提高其性能，现在针对此类换热器的研究非常的多，其研究方向主要集中在壳程、管程以及整体的强化传热技术上。

壳程强化传热技术的介绍及应用

壳程一般是通过设置支撑元件以达到强化传热的目的。目前运用最广泛的支撑元件是弓形折流板，这种元件使得流体在壳程中呈“Z”字形流动，以达到扰流的作用。其主要优点是结构简单，加工方便；但是这种设计的缺点是传热效率低，压降较大，易造成较大的振动，而且存在流动死区^[3]。除此之外，Ender Ozden等人^[4]研究发现弓形折流板的间距不同，一定程度上会影响换热器的传热性能。

请支付后下载全文，论文总字数：22718字