2.5.2 管板厚度的计算 ......................................... 31 2.6 换热管的轴向应力............................................... 33 2.7 浮头盖的设计计算............................................... 34
2.7.1 管程压力作用下浮头盖的计算............................. 34 2.7.2 壳程压力PS作用下浮头盖的计算 ........................... 39 2.8开孔补强 ....................................................... 40 结论 ................................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 .......................................................................................................................................... 44 谢辞 ................................................................................................................................................... 45
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1 前言
1.1 换热器的概述 1.1.1 换热设备的应用
换热设备是化工，炼油，动力，食品，轻工，原子能，制药，机械，及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%-20%；在炼油厂中，约占总投资的35%-40%。
在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量又温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热，废热特别是低位热能的有效装置。例如，烟道气，高炉炉气，需要冷却的化学反应工艺气等的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供热，供气，发电，和动力的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗和电耗，提高工业生产经济效益。
1.1.2 换热器设备的分类
（a） 按作用原理或传热方式分类 （1）直接接触式换热器
这类换热器又称混合式换热器，它是利用冷，热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。如冷却塔，冷却冷凝器等。为增加两流体的接触面积，以达到充分换热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构。
（2）蓄热式换热器
这类换热器又称回热式换热器，它是借助于固体构成的蓄热体与热
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流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。在换热器内首先由热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由流体通过，由蓄热体把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合，则不嫩采用蓄热式换热器。 （3）间壁式换热器
这类换热器又称表面式换热器。它是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多种多样，如常见的管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。 （4）中间载流体式换热器
这类换热器是把两个间壁式换热器由在其中循环的载流体连接起来的换热器。载流体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器。 间壁式换热器的分类 （1）管式换热器
这类换热器都是通过管子壁面传热的换热器，按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器，套管式换热器，缠绕管式换热器和管壳式换热器。蛇管式换热器一般由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形，螺旋形和长的蛇行等。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。按使用状态不同，蛇管式换热器又可
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分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。套管式换热器是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用U形弯管将他们连接成排，并根据实际需要，排列组合成传热单元，换热时，一种流体走内管，另一种流体走内外管间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热。两种流体都可以在较高的温度，压力，流速下进行换热。套管式换热器的优点是结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可有较高的传热系数；缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修，清洗，和拆卸都较麻烦，在可拆连接 处容易造成泄漏。管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。在圆筒形壳体中放置了许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和顶距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两侧的端盖上装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为了安置测试仪表用的接口管，排液孔和排气孔等。缠绕管式换热器是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋闲形状交替缠绕而成，相邻两成螺旋状传热管的螺旋方向相反，采用一定形状的定距管使之保持一定的距离。缠绕状传热管可以采用单根绕制，也可采用两根或多跟组焊后一起绕制。管内可以通过一种介质，称通道型缠绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上，构成多通道型缠绕管式换热器。缠绕管式换热器适用于同时处理多种介质等场合。 （2）板面式换热器
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这类换热器都是通过板面进行传热的换热器。板面式换热器按传热板面的结构形式可分为以下五种：螺旋板式换热器，板式换热器，板翅式换热器，板壳是换热器和伞式换热器。板面式换热器的传热性能要比管式换热器优越，由于结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。板面是换热器采用板材制作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。 （3）其他形式换热器
这类换热器是指一些具有特殊结构的换热器一般是为满足工艺特殊要求而设计的，如石墨换热器，聚四氟乙烯换热器和热管式换热器等。
1.2 浮头式换热器 1.2.1 设计参数的确定
压力容器设计参数主要有设计压力，设计温度，厚度，及其附加量，焊接接头系数和许用应力等。 (1) 设计压力
为压力容器的设计载荷之一，其值不低于最高工作压力。最高工作压力系指容器顶部在正常工作过程中可能产生的最高表压。设计压力应视内压和外压容器分别取值。
当内压容器上装有安全泄放装置时，其设计压力应根据不同形式的安全泄放装置确定。装设安全阀的容器，考虑到安全阀开启动作的滞后，容器不能及时泄压，设计压力不应低于安全阀的开启压力，通常可取最高工作压力的1.05-1.10倍；装设爆破片时，设计压力不得低于爆破片的爆破压力。
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