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3.2.1管箱材料 29
3.2.1结构尺寸 30
3.3封头 30
3.3.1封头材料的选取 30
3.3.2结构尺寸 30
3.4 法兰的选择 31
3.4.1设备法兰的选择 31
3.4.2接管法兰的选择 31
3.5管板 32
3.5.1管板材料 32
3.5.2结构设计 32
3.6压力应力校核膨胀节的设定 33
3.7 支座的选择及应力校核 39
3.7.1 支座的选择 39
3.7.2 鞍座的应力校核 41
4 参考资料 44
5 总结 45
6 致谢 46
1 绪论
1.1 研究的目的和意义
管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)也叫做列管式换热器。是间壁式换热器的一种，管壳式换热器的传热面是封闭在壳体中管束的壁面。这种换热器具有较简单的结构，操作起来方便，制造材料多种多样，主要以金属材料为主，耐高温、高压，是应用最为广泛的类型。固定管壳式换热器有许多优点，其中包括：传热系数高、结构紧凑、不易泄露、不易结垢、安装方便、质量可靠、都经强烈监检，其制造，检验及验收都严格按照GB151-1999《管壳换热器》及相关标准。本文对管壳式换热器进行了整体的设计，结构要求即四管程单壳程固定管壳式。设计管壳式换热器要明确其结构，可以通过多种渠道进行选择，但必须要进行换热面的计算并通过管子的根数来初步确定，然后按照任务书及其相关的一系列国际标准进行结构设计。设计的前半部分是工艺计算部分，主要计算换热器换热量、流动阻力、换热系数；设计的后半部分则是换热面布置设计及辅助设施设计，换热器结构设计，换热器强度计算及校核，以及计算结果汇总，换热器的装配图、部件图及零件图等绘制。设计必须遵循设计的设备必须在技术上是可行的，操作上是安全的，经济上是合理的，环境上是友好的这些基本要求。
管壳式换热器是众多换热器中量大而品种繁多的设备，急需新的耐磨损、耐腐蚀、高强度的材料。我们国家在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金和碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中发展较快的当以尤以钛材。钛有较好的抗腐蚀能力，但需强化传热效果，部分制造单位已经较好的掌握了钛材的加工制造技术。铝镁合金是比较理想的材料，抗腐蚀性高，导热性强，价格比钛材便宜，应该重点关注。国内在改进换热器方面取得了显著的成绩，在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，通过缩小传热面积达到压强下降的目的。有效的提高了换热器的能源利用率，通过换热器改装创新方面实现了成本最低化，效益最高化。组成管壳式(又称列管式) 换热器的部分有多种，但壳体、管束、管板和封头是管壳式换热器必不可少的组成部分，管壳式换热器的壳体部分以圆形居多，壳体内部有的装有平行管束，有的装有螺旋管，管束两端分别固定在管板上。在管壳式换热器有两种流体进行换热，一种流体在管内流动，将其流动的行程称为管程；壳程即为在管外流动的另一流体的行程。管束的壁面即为所指的传热面。在管壳式换热器的设计中，必须要选择管子的型号，管子的型号有多种，通常选择直径16mm 20mm或者25mm型号的管子，管壁厚度选择一般分为1mm，1.5mm，2mm和2.5mm四类。从国外引进的一些换热器，其设置的管径有的能够低达8mm，壁厚仅为0.6mm。不仅节省了材料还很大程度上提高了换热效率，由于该换热器具备良好的优点，近年来也在中国被逐渐应用并且销量不断扩大。通过螺旋管束设计增加流体的湍流效果从而大大提高了管壳式换热器的换热效率。在进行管壳式换热器的设计时，为提高生产效率，把成本降低到最小把收益提高大最大，各企业不断创新，例如被广泛应用于汽-水领域的内部壳层和管层的不对称设计，这种不对称设计思维使该换热器的最大换热效率提高到14000w/m².k。管壳式换热器在结构选材方面以金属居多，中国新版GMP的发行，在食品、制药领域为不锈钢316L为主体的换热器打下了良好的基础，未来将成为该行业领域的必选。