降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。这些研究归纳为以下几个方面传热与流动研究旨在提髙传热及压降计算的准确性，寻求提髙传热效率，降低压降的途径。这方面研究主要涉及到物性模拟研究分析设计研究如温度场流动分布的模拟研究等传热及流动试验和工艺计算软件的开发等。换热设备大型化新型热交换设备的开发及降低能耗节水的研究。强化传热的研究如强化传热管研究板管的研究如板壳式板空冷等。材料研究相容性及经济性的结合。抗腐蚀及控制结垢的研究涉及使用寿命及保持传热效率。国内外发展概况换热器是进行热交换操作的通用工艺设备，被广泛应用于各个工业部门，尤其在石油化工生产中应用更为广泛。换热器分类方式多样，按照其工作原理可分为直接接触式换热器蓄能式换热器和间壁式换热器三大类，其中间壁式换热器用量最大，据统计，这类换热器占总用量的。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类，其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期的操作过程中积累了丰富的经验，其设计资料比较齐全，在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战，但由于管壳式热交换器具有结构简单牢固操作弹性大应用材料广等优点，管壳式换热器目前仍是化工石油和石化行业中使用的主要类型换热器，尤其在高温高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。目前，我国已制定了列管式换热器的系列标准，但还有很多场合，所用列管式换热器是根据生产要求设计的非定型设备。管壳式换热器的效率问题是设计的核心。多年以来，国内外学者对列管式换热器的研究工作从来都没有间断过，目前研究的焦点主要集中在高温高压和大型换热设备，如何优化它们的结构以提高其传热效果。这方面的研究进展对于改善石油化工医药食品等众多生产领域的生产工艺节省能源消耗降低生产成本提高产品竞争能力，具有十分重要的意义。淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页设计目的与要求通过此次毕业设计，培养学生综合运用所学的基础理论专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，使学生得到从事实际工作所必需的基本训练和进行科学研究工作的初步能力。本次毕业设计通过型管换热器强度设计和结构设计结合起来，掌握典型过程设备设计的般程序，初步掌握科学研究的基本方法与科学论文的写作技巧与规范。本设计要求我们熟悉过程设备设计的基本方法跟程序，熟悉相关的国家级行业标准，掌握设计方法跟程序，能完成课题所规定的内容。本次毕业设计将通过把工艺设计和机械设计结合起来，进行完整的换热器设计，掌握化工设备设计的般方法和步骤，熟悉和了解有关国家标准行业标准以及相应的设计规范，培养综合运用所学理论知识去分析解决实际问题的能力，使我们受到本专业工程师的系统训练。课题简介换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的种设备，故又称热交换器。它是化工炼油动力和原子能及许多工业部门广泛应用的种通用设备，是保证工艺流程和条件，利用二次能源实现余热回收和节约能源的主要设备。在化工厂换热器约占总投资的由于工艺流程不同，生产中往往进行着加热冷却蒸发或冷凝等过程。通过换热器热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺需求。型管式换热器换热设备有多种多样的形式，每种结构形式的换热设备都有其本身的结构特点和工作特性，有些结构形式，在中情况下使用是好的，但是，在另外的情况下，却不太适合，或就根本不能使用。根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式浮头式型管式和填料函式四类。型管式管式换热器的典型结构如图所示，形管式换热器仅有个管板，管子两端均固定于同管板上。此类换热器的特点是管束可以自由伸缩，不会因管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好承压能力强管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。缺点是管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分布管不紧凑，所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部分需用壁较厚的管子。这就影响了它的使用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介质易结垢而管程介质清洁及不易结垢，高温高压腐蚀性强的情形。淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页图型管换热器结构简图换热器选型换热器选型时，需要考虑的因素很多，主要是流体的性质压力温度及允许压力降的范围对清洗维修的要求材料价格使用寿命等。流体的种类导热率粘度等物理性质，以及腐蚀性热敏性等化学性质，对换热器选型有很大的影响。而在本设计中是环氧乙烷与冷却水热交换，由于环氧乙烷温度较高，而且处理量大易腐蚀。综合考虑，本设计选用型管式换热器。淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页结构设计表设计条件表壳程管程设计压力操作压力进口出口设计温度操作温度进口出口进口出口流量物料环氧乙烷冷却水程数换热面积壳体管箱壳体和封头设计壳体的设计圆筒公称直径据前面计算所知，圆筒的内公称直径为，采用卷制圆筒。圆筒厚度圆筒的最小厚度应按第三章计算，但圆筒的最小厚度不得小于表的规定。表碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度公称直径浮头式型管式固定管板式管箱壳体管箱短节及其开孔应按的有关要求设计，管箱短节的最小厚度不得小于表的规定，取实际厚度为。多程管箱的内直径深度应保证两程之间的最小流通面积不小于每程管子流通面积的倍，如图当操作允许时也可以等于每程管子的流通面积。分程隔板的最小厚度不得小于表的规定，取隔板的最小厚度为，如图封头设计按工作原理，设计封头应为受压的椭圆形封头。采用长轴和短轴比为的淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页标准型封头，如表。图管箱的最小内侧深度示意图表分程隔板的最小厚度公称直径隔板最小厚度碳素钢及低合金钢高合金钢图分程隔板与管板的连接示意图椭圆形封头是由半个椭圆球和高度为的短圆筒即封头直边构成，直边的作用是避免筒体与封头连接的环焊缝受到边缘应力的影响。封头壁厚不包括壁厚附加量应小于封头直径的。进出口设计接管的要求接管应与壳体内表面齐平接管应尽量沿着壳体的径向或轴向设置接管与外部线可采用焊接连接在设计温度下，接管法兰不采用整体法兰必要时可设置温度及接口压力表接口及液面计接口。淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页图椭圆形封头示意图接管直径的计算确定接管直径的基本公式仍用连续性方程式，经简化之后的计算公式为对计算出来的管径进行圆整，取最近的标准管径。接管上设置温度及接口压力表接口及液面计接口。对于不能利用接管或接口进行放气和排气的换热器，应在管程和壳体的最高点设置放气口，最低点设置排液口，且最小公称直径为。接管的外伸长度接管的外伸长度也叫接管的伸出长度，接管法兰面到壳体管箱壳体外壁的长度，可按下式计算除上式计算外，接管外伸长度也可取为。接管与筒体管箱壳体的连接结构型式接管与壳体管箱壳体包括封头连接的形式，可采用插入式焊接结构，般接管不能凸出与壳体内表面。开孔补强计算具体过程见强度计算。接管的最小位置在换热器的设计中，为使换热器面积得到充分利用，壳程进出口接管应尽量靠近两端管板，而管箱进出口接管因尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱壳体长度，减轻设备质量。然而，为力保设备的制造安装管口距底的距离也不应淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页靠的太近，它受到最小位置的限制。壳程接管位置的最小尺寸壳程接管的最小位置，见图，可按下列公式计算带补强圈接管无补强圈接管由于本设计中壳程接管放气空均加补强圈，故根据公式计算得接管最小位置为。图壳程接管的最小位置示意图管箱接管位置的最小尺寸管箱接管的最小位置，见图，可按下列公式计算带补强圈接管无补强圈接管式中管板厚度壳程管箱接管位置最小尺寸补强圈外边缘无补强圈时，管外侧至管板或法兰与壳体连接焊缝之间的距离补强圈外径接管外径，。淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页管板与换热管管板材料不锈钢厚度根据设计要求，为方便换热管的清洗，管板设计成可拆连接，采用焊接连接，管板的最小厚度不包括腐蚀裕量见表取包括腐蚀裕量表管板的最小厚度换热管外径用于炼油工业局易燃易爆有毒介质等严格场合用于无害介质的般场合布管换热管的排列形式，见图，本设计选择正三角形排列形式，如下图图换热管的排列示意图换热管中心距换热管中心距般不小于倍的换热管外径。常用换热管中心距见表。表常用换热管中心距换热管外径换热管中心距分程隔板槽两侧相邻管中心距见图根据表中要求，取换热管中心距为。布管限定圆按表确定。淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页图管板中管孔的分布示意图表布管限定表换热器型式固定管板式型管式浮头式布管限定圆表布管限定表表布管限定表从表中可得，，且不小于，取管程分程根据设计要求，采用管程结构，布置形式可参照图，并应考虑尽可能使各管程的换热管数大致相等，分程隔板槽形状简单，密封面长度较短。淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页图分程隔板的布置形式示意图壳程进出口处的布管，应考虑壳体内壁与管束之间的流通面积和介质进出口管处的流通面积相当。管孔Ⅱ级换热器的换热管和管孔直径允许偏差按表规定。根据表中要求，取管孔直径为，。表级换热器换热管和管孔直径允许偏差拉杆孔拉杆与管板采用螺纹连接，螺纹结构见图。图拉杆与管板的螺纹连接示意图螺孔深度为式中拉杆螺孔公称直径，。管板密封面管板与法兰连接的结构尺寸及制造检验要求等按压换热管外径允许偏差管板管孔直径允许偏差淮海工学院二〇〇届本科毕业设计论文第页共页力容器法兰的规定。分程隔板槽槽深般不小于分程隔板槽宽度为取分程隔板槽拐角处倒角为，倒