前 言
本书是根据毕业设计课题“ 换热器”的整体设计过程编写而来的。针对这个课题，我们到 进行了毕业实习，在那里，我们通过参观、讲座、图纸相结合的方式对浮头式换热器的各个零部件及其具体结构、加工制造方法等有一定的了解，为这次毕业设计和本书的编写奠定了基础。
本书共分为六部分：第一部分绪论，主要是浮头式换热器的应用、优点及选题背景的介绍。第二部分工艺计算，通过热量计算，阻力计算来选用合适型号的浮头式换热器。第三部分结构及强度计算，充分运用各种标准及设计准则对浮头式换热器的各零部件进行结构设计，并对其危险截面进行应力计算与应力校核，以保证其安全性。第四部分浮头式换热器的制造工艺，主要介绍了浮头式换热器的制造工艺和装配流程，管板的加工等。第五部分是关于浮头式换热器的检验、安装、使用和维修。第六部分个人小结，是对本次毕业设计的总结和毕业设计后的感想。
在这次毕业设计中，我得到了 老师和 的热心帮助和大力支持，同时也得到了设计组同学的许多帮助，在此我特向他们表示真诚的感谢。
由于本人知识水平有限，经验不足，本书中一定存在不少缺点和错误，请各位评审老师提出宝贵的指正意见。
作者：
2004年5月22日
摘要
本课题详细介绍了 换热器的设计与制造过程, 它以流体的物性参数和生产量要求为基础, 利用传热过程基本原理、通过计算确定浮头式换热器的基本型式。依据GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》等标准对换热器各零部件结构与强度进行设计，包括筒体、管箱、浮头盖、浮头法兰、及活动管板等，特别地，对于浮头法兰，我们分析了其危险截面应力并加以校核，保证其安全性。在加工制造方面，用简单的流程图将各零部件的加工与装配次序表现得清晰明了，对管子与管板的连接、管孔的加工提出了更详细具体的要求。此外，还涉及到了浮头式换热器检验、安装、使用和维修方面的内容。 关键词:浮头式换热器 管壳式换热器 管板 浮头法兰
Abstract
The present paper detailed introduces the design and manufacture process of Floating head heat exchanger which has nominal pressure of one and nominal diameter of nine hundred. It is based on physical parameters of fluid and the amount which is required in production, Making use of fundamentals about heat transfer process defines the model of Floating head heat exchanger by calculation. Then, Calculation of structure and strength about most of components in heat exchanger must be according to standards, such as GB150-1998《Steel pressure vessels 》,GB151-1999《Tubular heat exchangers》,including a thick-shaped part of the body, the case of tube pass, floating head cover, floating head flange, movable tube sheet and so on, Especially, about floating head flange, it is calculated、integrated and calibrated about stress, in order to security. It is obvious that order about manufacture and installation is plotted flow schematically. There are some concrete requirements about the joint of tube to tube sheet and manufacture technology of tube sheet. Moreover, it is also related to inspection 、installation 、operation and maintenance about Floating head heat exchanger.
Key words: Floating head heat exchanger Shell and tube heat exchanger Tube sheet Floating head flange
目 录
绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
第一章 工艺计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
第一节 传热计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.1.1 传热量的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.1.2 流体流动空间的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.1.3 有效平均温差„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
1.1.4 型式的选取„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
1.1.5 传热校核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
第二节 流体阻力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
1.2.1 管程压力降„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
1.2.2 壳程压力降„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
第三节 管壁温度计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
1.3.1 管壁温度 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
1.3.2 圆筒壁温的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
第二章 结构及强度计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
第一节 筒体的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
2.1 筒体的结构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
第二节 管箱的结构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
2.2 管箱的结构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
第三节 浮头盖的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
2.3 浮头盖的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
2.3.1 管程压力下的浮头盖计算„„„„„„„„„„„„„„„„ 17
2.3.1.1 球形封头计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
2.3.1.2 浮头法兰计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
2.3.2 壳程压力下的浮头盖计算 „„„„„„„„„„„„„„„„20
2.3.2.1 球形封头计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
2.3.3 法兰应力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
2.3.4 法兰应力校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
第四节 管板的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
2.4 管板的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
2.4.1 浮头钩圈的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
第五节 外头盖的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
2.5 外头盖的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
第六节 开孔补强计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29
2.6 开孔补强计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29
第七节 其它零部件 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32
2.7 其它零部件 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32
第三章 浮头式换热器的制造工艺 „„„„„„„„„„„„„„„„„„34
3.1 浮头式换热器的制造 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„34
3.2 管子与管板的连接 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34
3.3 管板的加工 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35
第四章 浮头式换热器的检验、安装、使用、和维修 „„„„„„„„„„37
4.1 浮头式换热器的检验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37
4.2 安装、使用、维修„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 设计小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„39 附录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„40 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„65
前 言
本书是根据毕业设计课题“ 换热器”的整体设计过程编写而来的。针对这个课题，我们到 进行了毕业实习，在那里，我们通过参观、讲座、图纸相结合的方式对浮头式换热器的各个零部件及其具体结构、加工制造方法等有一定的了解，为这次毕业设计和本书的编写奠定了基础。
本书共分为六部分：第一部分绪论，主要是浮头式换热器的应用、优点及选题背景的介绍。第二部分工艺计算，通过热量计算，阻力计算来选用合适型号的浮头式换热器。第三部分结构及强度计算，充分运用各种标准及设计准则对浮头式换热器的各零部件进行结构设计，并对其危险截面进行应力计算与应力校核，以保证其安全性。第四部分浮头式换热器的制造工艺，主要介绍了浮头式换热器的制造工艺和装配流程，管板的加工等。第五部分是关于浮头式换热器的检验、安装、使用和维修。第六部分个人小结，是对本次毕业设计的总结和毕业设计后的感想。
在这次毕业设计中，我得到了 老师和 的热心帮助和大力支持，同时也得到了设计组同学的许多帮助，在此我特向他们表示真诚的感谢。
由于本人知识水平有限，经验不足，本书中一定存在不少缺点和错误，请各位评审老师提出宝贵的指正意见。
作者：
2004年5月22日
摘要
本课题详细介绍了 换热器的设计与制造过程, 它以流体的物性参数和生产量要求为基础, 利用传热过程基本原理、通过计算确定浮头式换热器的基本型式。依据GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》等标准对换热器各零部件结构与强度进行设计，包括筒体、管箱、浮头盖、浮头法兰、及活动管板等，特别地，对于浮头法兰，我们分析了其危险截面应力并加以校核，保证其安全性。在加工制造方面，用简单的流程图将各零部件的加工与装配次序表现得清晰明了，对管子与管板的连接、管孔的加工提出了更详细具体的要求。此外，还涉及到了浮头式换热器检验、安装、使用和维修方面的内容。 关键词:浮头式换热器 管壳式换热器 管板 浮头法兰
Abstract
The present paper detailed introduces the design and manufacture process of Floating head heat exchanger which has nominal pressure of one and nominal diameter of nine hundred. It is based on physical parameters of fluid and the amount which is required in production, Making use of fundamentals about heat transfer process defines the model of Floating head heat exchanger by calculation. Then, Calculation of structure and strength about most of components in heat exchanger must be according to standards, such as GB150-1998《Steel pressure vessels 》,GB151-1999《Tubular heat exchangers》,including a thick-shaped part of the body, the case of tube pass, floating head cover, floating head flange, movable tube sheet and so on, Especially, about floating head flange, it is calculated、integrated and calibrated about stress, in order to security. It is obvious that order about manufacture and installation is plotted flow schematically. There are some concrete requirements about the joint of tube to tube sheet and manufacture technology of tube sheet. Moreover, it is also related to inspection 、installation 、operation and maintenance about Floating head heat exchanger.
Key words: Floating head heat exchanger Shell and tube heat exchanger Tube sheet Floating head flange
目 录
绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1
第一章 工艺计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
第一节 传热计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.1.1 传热量的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.1.2 流体流动空间的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2
1.1.3 有效平均温差„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
1.1.4 型式的选取„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
1.1.5 传热校核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
第二节 流体阻力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
1.2.1 管程压力降„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
1.2.2 壳程压力降„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
第三节 管壁温度计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
1.3.1 管壁温度 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„10
1.3.2 圆筒壁温的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
第二章 结构及强度计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
第一节 筒体的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
2.1 筒体的结构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12
第二节 管箱的结构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
2.2 管箱的结构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
第三节 浮头盖的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
2.3 浮头盖的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15
2.3.1 管程压力下的浮头盖计算„„„„„„„„„„„„„„„„ 17
2.3.1.1 球形封头计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
2.3.1.2 浮头法兰计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
2.3.2 壳程压力下的浮头盖计算 „„„„„„„„„„„„„„„„20
2.3.2.1 球形封头计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
2.3.3 法兰应力计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
2.3.4 法兰应力校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
第四节 管板的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
2.4 管板的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
2.4.1 浮头钩圈的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
第五节 外头盖的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
2.5 外头盖的计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
第六节 开孔补强计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29
2.6 开孔补强计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29
第七节 其它零部件 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32
2.7 其它零部件 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32
第三章 浮头式换热器的制造工艺 „„„„„„„„„„„„„„„„„„34
3.1 浮头式换热器的制造 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„34
3.2 管子与管板的连接 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34
3.3 管板的加工 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„35
第四章 浮头式换热器的检验、安装、使用、和维修 „„„„„„„„„„37
4.1 浮头式换热器的检验„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37
4.2 安装、使用、维修„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 设计小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„39 附录„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„40 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„65