管翅式换热器管路布置优化设计的数值研究
管翅式换热器管路布置优化设计的数值研究
摘要：采用分布参数法模型对常见的双流程管翅式换热器，在不同的空气及制冷剂进口状态下的工作性能进行了数值研究，对管路布置提出了改变不同流程管径比的优化设计方案，并从数值模拟的角度给出了验证。数值计算结果表明改变两流程之间的管径比可以优化换热器的换热性能，而且两流程的管径之间存在一个最佳比值 0.8，在该最佳管径比下，换热器的换热性能在不同工况下均比相同管径提高 6％～11％，同时可以使空气侧的阻力损失减少 2％。
关键词：管翅式换热器；管路布置；优化设计；数值模拟
中图分类号：TK 172 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2007）06–0893–06
管翅式换热器在制冷、空调、化工以及工业废气冷热处理、压缩机中间冷却等工程领域中有着广泛的应用。换热器研制过程要考虑两方面的问题[1]：一是热交换器中传热过程的强化，二是整体性能要求的提高。对于多流路的翅片管换热器，制冷剂经过分配流入换热器的不同流路，在各流路中换热的均匀性对提高换热器的整体性能有很大的影响。因此，对多流路换热器中制冷剂的流路布置进行优化，使各流路换热均匀是提高换热器整体性能的一个重要措施。目前对流路的设计，还主要停留在实验尝试阶段，每一种新的流路设计方案的开发，都需要经过样机的实验测试，延长了研发周期，增加了研发成本[2]。
本文针对一种常用的双流路管翅式换热器，采用分布参数法模型，通过数值模拟的方法，在空气及制冷剂不同进口条件下，分析了其换热性能；并对管路布置进行了优化分析，说明了在双流程管翅式换热器中，存在一个最佳流程管径比。
1 物理模型
图 1（a）为所研究的管翅式换热器的外观结构示意图，图 1（b）为空气及制冷剂的流程示意图，从图(b)中可以清楚地看到，经膨胀阀出口的制冷剂分成 a、b 两个流路进入蒸发器，在管内蜿蜒流动换热。空气吹过管外翅片构成的狭缝通道，流动方向与制冷剂的流动方向垂直。换热器的结构尺寸参见表1。
该管翅式换热器沿着空气流动方向是双流路布置（a 和 b 两个流路），在该布置条件下，由于 a 流路空气的进口温度较高，空气和制冷剂间的温差较大，使流路 a 的换热效果明显比流路 b 好。因此，如果两流路的管径一致，制冷剂流量在 a、b 两个流路平均分配，那么很有可能是 b 流路出口尚处于两相区，而 a 流路出口已经达到了过热，从而使得两个流路的换热不均匀，恶化了换热器的整体换热性能。而且，在相同的制冷剂质量流量下，制冷剂在过热区流动的压降比两相区要大，因此，如果在 a流路出现过热的情况下，a 流路制冷剂的压降肯定比 b 流路大。为了满足换热器在稳定工况下，不同流路制冷剂进出口压力一致的要求，a 流路中的制冷剂分配量必须小于 b 流路，而这样的流量分配又会更进一步恶化换热器的换热性能。
本文的优化设计思想是：通过减小流路 b 的管径，使得制冷剂在流路 a 中的分配量大于在流路 b中的分配，从而使换热器两个流路的换热均匀，换热性能得到优化；同时由于流路 b 的管径较小，可以保证其在较小的流量下仍然具有同流路 a 相同的压降，满足不同流路制冷剂进出口压力一致的要求。但是，随着流路 b 的管径进一步减小，主要的制冷剂流量都分配到了流路 a，这样会出现流路 a 的出口仍在两相区，而流路 b 的出口已经过热，再次出现换热不均匀现象，使换热性能恶化，因此，两流路管径之间存在一个最佳比值，在该比值下换热器可以达到最佳的换热性能。本文对该优化方案进行数值验证。
2 数学模型
2.1控制方程
对换热器使用分布参数法模型，采用热力学分析的方法，将计算过程转化为在划分的计算单元内求解传热方程和热平衡方程，并补充求解经验关联式，从而得到换热器的性能参数。取计算单元如图2 所示。
在编写数值模拟程序时做了如下假设：
（1）每个单元当作一个独立换热器处理；
（2）忽略管壁热阻；
（3）忽略空气中水蒸气凝结的影响，换热器表面当成干表面处理。
基于上述假设，对于一个给定的换热单元，可以得到如下控制方程。
空气侧能量平衡方程
在上述控制方程的基础上，结合空气及制冷剂进口边界条件（通常采用直接给定入口温度及其他相关物性参数的第一类边界条件），即可开展换热器性能的模拟计算。然而要确定传热方程中的传热系数k 以及空气和制冷剂的出口压力，需要预先知道空气及制冷剂侧的换热和阻力系数，因此需要选定相关的实验
关联式。
2.2 换热及压降关联式
2.2.1 空气侧
对管翅式换热器 Wang[3]曾经做过大量的实验研究，并得出了具有较高预测精度的换热及压降实验关联式，本文选用 Wang 关联式
2.2.2 制冷剂侧
制冷剂在蒸发器内的换热伴随着相变过程，因此在制冷剂侧的换热和流动分成两相区与过热区两个区域。
对于过热区，采用 Dittus-Boelter[5]换热关联式来计算换热系数
关联式的具体说明可参见相关参考文献，这里为了内容简洁，将不作详细描述。
3 模拟结果及讨论
作者自主开发了换热器的数值模拟程序，对换热器在不同的空气及制冷剂进口状态下的工作性能进行预测，同时也可以为换热器的优化设计提供数值验证。为了验证数学模型及模拟程序的可靠性，本文先对管带式换热器进行了模拟计算，并将模拟0结果同实验结果进行了对比，如图3所示。从图3中可以看出模拟结果同实验结果符合良好，换热量的最大偏差小于 8％，压降的最大偏差小于 7％。经过分析可以发现，模拟的偏差主要是由于实验关联式本身的偏差引起的，现有的实验关联式的偏差通常都在±10％左右。
下面对本文研究的管翅式换热器进行模拟分析，计算的额定工况如表 2 所示。在计算过程中，每次只改变其中一个参数，分析在该参数变化条件下，换热器两流程的不同管径比对换热性能的影响。同时为了便于说明，约定d2代表流路b的铜管管径，而d1代表流路a的铜管管径。
图4是在不同空气流量下，换热器的换热和阻力性能曲线。在图 4（a）中，换热器的换热量随着空气流量的增加而增加，开始时增加较大，然后增加趋势减小。这主要是因为换热器的迎风面积不变，空气流速随着流量的增加而增加，而随着流速增加空气侧的换热系数也在逐渐增加，但增加趋势逐渐减缓。在不同的空气流量下都存在一个最佳的两流程管径比 d2/d1＝0.8，可以使空气流量在 200 m3·h－1、
228.38 m3·h－1、250 m3·h－1这3 种工况下的换热器的换热性能分别比相同管径下提高 10％、11％和 7％。同时从图 4（b）可以看到空气流量的增加，加快了空气流速，使空气侧的压降也在增加，而且压降还随着管径比的增加而增加，在最佳管径比 0.8 的条件下，空气阻力比相同管径下小 2％。
图 5 是不同空气进口温度下，换热器的换热性能曲线，由于空气的进口温度对空气侧压降的影响较小，这里不再讨论压降的变化关系。空气的进口温度越高，空气和制冷剂之间的换热温差就越大，换热器的换热效果也越好，因此，换热器的换热性能随空气进口温度的增加而增加。而且在不同空气进口温度下，同样有一个最佳的管径比在 0.8 左右，在该最佳管径比下可以使空气进口温度为 25℃、27℃、29 ℃，3 种工况的换热性能分别提高 8％、11％和 7％。
图 6是不同制冷剂进口温度（蒸发温度）条件下换热器的换热器性能随管径比的变化关系。随着蒸发温度的提高，一方面空气和制冷剂之间的温差减小，另一方面制冷剂的潜热换热量也减小，因此造成换热器换热性能随蒸发温度的升高而降低。在不同制冷剂进口温度下，同样存在一个最佳管径比，而且最佳管径比同样在 0.8 左右，可以使蒸发温度分别在 1 ℃、3 ℃、5 ℃，3 种制冷剂进口温度下的换热性能比相同管径条件下分别提高 7％、11％和 9％。
图 7 是在制冷剂不同进口干度条件下，换热器换热性能曲线。随着制冷剂进口干度的增加，制冷剂的潜热换热量减小，换热器换热性能也逐渐减小。在不同制冷剂进口干度条件下，仍然存在最佳管径比 0.8，使得换热性能在 0.2、0.246、0.3，3 种制冷剂不同进口干度下，比相同管径分别提高 9％、11％和 7％。
图8是制冷剂不同质量流量下的换热器性能曲线。随着制冷剂流量的增加，制冷剂的流速及潜热换热量都在增加，因此换热器换热性能随着制冷剂的质量流量的增加而增加。在不同的质量流量下，换热性能同样随管径比的增加，先增加再减小，存在一个最佳管径比为 0.8。在该最佳值条件下，对应制冷剂流量为 0.46 kg·m－1、0.5 kg·m－1、0.55 kg·m－1， 3 种工况换热性能比相同管径分别提高 11％，9％和6％。
通过以上的计算分析，可以看出在不同的制冷剂及空气进口条件下，对换热器的换热性能来说，都存在一个最佳管径比，因此证明本文先前提出的优化设计思路及设计方案的正确性。
4 结论
针对一种双流路布置的管翅式换热器，采用分布参数法模型，开发了数值计算程序，并对换热器在不同工况下的工作性能进行了分析。提出了改变不同流路管径比的管路布置优化方案，并从数值计算的角度给出了验证，得到结论如下。
（1）换热器的换热性能随着空气流量、空气进口温度、制冷剂流量的增加而增加；随着蒸发温度、制冷剂进口干度的增加而减小。
（2）在各种工况下，都存在最佳流路管径比，本文计算得到的最佳管径比在 0.8 左右，在该管径比下可以使换热器的换热性能比相同管径下提高6％～11％，同时空气侧的阻力减小 2％。
（3）对于多流程换热器，应当适当调整制冷剂在各流程间的流量分配，尽可能使得各流程换热均匀。而改变不同流程的管径比，可以有效地调整制冷剂在各流程间的分配，从而使换热器的整体换热性能得到较好的优化。
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管壳式换热器的工艺设计
管壳式换热器的工艺设计 芮胜波李峥王克立李彩艳 兖矿鲁南化肥厂 芮胜波：（1974-），山东枣庄人，工程师，工程硕士，从事煤化工项目研发及建设工作。第一作者联系方式：山东滕州木石兖矿鲁南化肥厂项目办（277527），电话：0632-2363395 摘要：管壳式换热器在各种换热器中应用最为广泛，为了使换热器既能满足工艺过程的要求，又能从结构、维修、造价等方面比较合理，在设计中要从各个方面综合考虑。本文着重从换热器程数的选择以及如何降低换热器的压力降方面进行了比较详细的论述，对于换热器的工艺设计起到一定的指导作用。 关键词：管壳式换热器，程数，压降 在化工、石油、动力、制冷以及食品等行业中，换热器都属于非常重要的工艺设备，占有举足轻重的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强，特别是换热器的设计必须满足各种特殊工况和苛刻操作条件的要求。大致说来，随着换热器在生产中的地位和作用不同，对它的要求也不同，但都必须满足下列一些基本要求：首先是满足工艺过程的要求；其次，要求在工作压力下具有一定的强度，但结构又要求简单、紧凑，便于安装和维修；第三，造价要低，但运行却又要求安全可靠。 许多新型换热器的出现，大大提高了换热器的传热效率。比如板式换热器和螺旋板式换热器具有传热效果好、结构紧凑等优点，在温度不太高和压力不太大的情况下，应用比较有利；板翅式换热器是一种轻巧、紧凑、高效换热器，广泛应用于石油化工、天然气液化、气体分离等部门中；此外，空气冷却器以空气为冷却剂在翅片管外流过，用以冷却或冷凝管内通过的流体，尤其适用于缺水地区，由于管外装置了翅片，既增强了管外流体的湍流程度，又增大了传热面积，这样，可以减少两边对流传热系数过于悬殊的影响，从而提高换热器的传热效能。 尽管各种各样的新型换热器以其特有的优势在不同领域得以应用，但管壳式换热器仍然在各种换热器中占有很大的比重，虽然它在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不占优势，但它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在工程中仍得到普遍使用。 目前我们在各种工程中应用最多的换热器就是管壳式换热器，其中又以固定管板式为最常见，除了波纹管换热器等可选用标准系列产品外，其它光管换热器都由工艺专业自行设计，尽管专用计算软件HTFS的应用使设计人员从繁琐的手工设计计算中解脱出来，但是为了使设计出来的换热器能更好的满足各种要求，仍然有许多方面需要在设计时充分加以考虑。 首先，程数的选择。 管程程数的选择：关键要比较管程与壳程的给热系数，如果单管程时管程流体的给热系数小于壳程流体给热系数，则可选用双管程，管程给热系数会因此显著增大，并且总传热系数也会有大幅提高。例如，有一台单管程换热器，管程给热系数为990W/(m2.℃), 壳程给热系数为5010 W/(m2.℃),总传热系数为794 W/(m2.℃)，在换热器的外形尺寸保持不变的情况下改为双管程后，管程给热系数变为1680 W/(m2.℃)，增大了70%，，总传热系数变为1176 W/(m2.℃)，增大了48%，显然此时选用双管程换热器有利。反之，如果单管程时管程的给热系数大于壳程给热系数，虽然改用双管程时，管程给热系数也会显著增大，但是总传热系数则增幅不明显，例如，一单管程换热器，管程给热系数为2276 W/(m2.℃), 壳程给热系数为2104 W/(m2.℃),总传热系数为1040 W/(m2.℃)，在换热器的外形尺寸保持不变的情况下
固定板管式换热器设计说明书
固定板管式换热器 设 计 说 明 书 系别： 班级： 姓名： 学号：
一、 设计任务和设计条件 某炼油厂拟用原有在列管式换热器中回收柴油的热量。已知原油 流量为40000kg/h ，进口温度70℃，要求其出口温度不高于110℃；柴油流量为30000kg/h ，进口温度为175℃。设计一适当型号的换热器，已知物性数据： 二、 确定设计方案 ① 初选换热器的规格 当不计热损失时，换热器的热负荷为： Q=W )(12t t c pc C =40000/3600×2.2×103×(110-70)=9.8×105W 逆流过程如图所示： T 2125℃ T 1175℃ t 170℃ t 2110℃ 逆流平均温度差： m t = 8.5970 125110175ln ) 70125()110175( ℃ 初估 值 R= 25.170110125 175 P= 381.070 17570 110 初步决定采用单壳程，偶数管程的固定板管式换热器。经查表得校
正系数 =0.9＞0.8，可行。 ∴ 53.859.80.9 逆m m t t ℃ 初步估计传热系数K 估=200W/(㎡·℃), 则 A m 07.918 .53200108.9t 5 m 估估K Q ∴所设计换热器（固定板管式）的参数选择如下表： ② 计算（管、壳程的对流传热系数和压降）： a. 管程： 流通面积 220175.04 222 002.044m N N d S P T i i 柴油流速 s m S W u i i h i /666.00175.0715360030000 3600 Re 4 3 1049.11064.0715666.002.0 i i i i du 柴油被冷却，所以 ) /(701)133 .01064.01048.2(1490002.0133.0023.0Pr Re 023 .023.0338 .03 .0C m W d i i i i i ?
管壳式换热器工艺设计说明书
管壳式换热器工艺设计说明书 1.设计方案简介 1.1工艺流程概述 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图1，苯经泵抽上来，经管道从接管A进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。两物质在换热器中进行交换，苯从80℃被冷却至55℃之后，由接管B流出；循环冷却水则从30℃升至50℃，由接管D流出。 图1 工艺流程草图 1.2选择列管式换热器的类型 列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛
的传热设备。其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好；此外，结构简单，制造的材料围广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。如下图所示。 1.2.1列管式换热器的分类 根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种： ⑴固定管板式换热器 固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。两管板由管子互相支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。其缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。 固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。 固定板式换热器 ⑵浮头式换热器 浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端管板可在壳体移动，因
而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生漏时不便检查；管束与壳体间隙较大，影响传热。 浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。 ⑶填料函式换热器 填料函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。但壳程介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 ⑷U形管式换热器 U形管式换热器，只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管不便清洗，管板上布管少，结垢不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，层管子损坏后不易更换。 U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管介质清洁，不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。
管壳式换热器的有效设计外文翻译
武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计(论文)外文资料翻译 原文题目：Effectively Design Shell-and-Tube Heat Exchangers 原文来源：Chemical Engineering Progress February 1998 文章译名：管壳式换热器的优化设计 姓名：xxx 学号：62021703xx 指导教师(职称)：王成刚（副教授） 专业：过程装备与控制工程 班级：03班 所在学院：机电学部
管壳式换热器的优化设计 为了充分利用换热器设计软件，我们需要了解管壳式换热器的分类、换热器组件、换热管布局、挡板、压降和平均温差。 管壳式换热器的热设计是通过复杂的计算机软件完成的。然而，为了有效使用该软件，需要很好地了解换热器设计的基本原则。 本文介绍了传热设计的基础，涵盖的主题有：管壳式换热器组件、管壳式换热器的结构和使用范围、传热设计所需的数据、管程设计、壳程设计、换热管布局、挡板、壳程压降和平均温差。关于换热器管程和壳程的热传导和压力降的基本方程已众所周知。在这里，我们将专注于换热器优化设计中的相关应用。后续文章是关于管壳式换热器设计的前沿课题，例如管程和壳程流体的分配、多壳程的使用、重复设计以及浪费等预计将在下一期介绍。 管壳式换热器组件 至关重要的是，设计者对管壳式换热器功能有良好的工作特性的认知，以及它们如何影响换热设计。管壳式换热器的主要组成部分有：壳体 封头 换热管 管箱 管箱盖 管板 折流板 接管 其他组成部分包括拉杆和定距管、隔板、防冲挡板、纵向挡板、密封圈、支座和地基等。 管式换热器制造商协会标准详细介绍了这些不同的组成部分。 管壳式换热器可分为三个部分：前端封头、壳体和后端封头。图1举例了各种结构可能的命名。换热器用字母编码描述三个部分，例如，BFL 型换热器有一个阀盖，双通的有纵向挡板的壳程和固定的管程后端封头。根据结构
管壳式换热器的设计要点
管壳式换热器的设计要点 换热器的设计过程包括计算换热面积和选型两个方面。有关换热器的选型问题，前面已经讲过了，下面主要介绍管壳式换热器的设计要点及如何分析计算结果、调整计算，而设计出满足工艺需要的、传热效率高的换热器。 11.1设计计算的基本模型及换热器的性能参数 换热器的性能主要是通过下列公式来描述的。 a.冷、热两流体间热量平衡 Qreq=(WCpΔT)hot=(WCpΔT)cold W--流体质量流量 Cp--流体的比热 hot--热流体 cold--冷流体 ΔT--进出口温度差 b.传热率方程 Qact=(A)(ΔTm)(1/ΣR) ΣR=(1/hi)o+(1/ho)o+(Rf)o+(Rw)o ΣR--总热阻 A--传热面 hi、ho--分别为两流体的传热膜系数 Rf--两流体的污垢热阻
Rw--金属壁面热阻 ΔTm--平均温度差 O--通常换热计算以换热管外表面为基准 c. 传热率的估算 Qact≥Qreq d. 对压力降的限制条件 (ΔPi)act≤(ΔPi)allow (ΔPo)act≤(ΔPo)allow ΔP--压力降 下标i表示管内 下标o表示管外 11.2 换热器的计算类型 换热器的计算类型常分为设计计算和校核计算两大类。换热器计算一般需要三大类数据：结构数据、工艺数据和物性数据，其中结构数据的选择在换热器中最为重要。在管壳式换热器的设计中包含有一系列的选择问题，如壳体型式、管程数、管子类型、管长、管子排列、折流板型式、冷热流体流动通道方式等方面的选择。工艺数据包括冷、热流体的流量、进出口温度、进口压力、允许压降及污垢系数等。物性数据包括冷、热流体在进出口温度下的密度、比热容、粘度、导热系数、表面张力。 a.设计计算 Design 设计计算就是通过给定的工艺条件，来确定一台未知换热器的结构参数，并使其结构最优、尺寸最小。对设计计算应先确定下列基本的几何参数：
管壳式换热器设计 课程设计
河南理工大学课程设计管壳式换热器设计 学院：机械与动力工程学院 专业：热能与动力工程专业 班级：11-02班 学号： 姓名： 指导老师： 小组成员：
目录 第一章设计任务书 (2) 第二章管壳式换热器简介 (3) 第三章设计方法及设计步骤 (5) 第四章工艺计算 (6) 4.1 物性参数的确定 (6) 4.2核算换热器传热面积 (7) 4.2.1传热量及平均温差 (7) 4.2.2估算传热面积 (9) 第五章管壳式换热器结构计算 (11) 5.1换热管计算及排布方式 (11) 5.2壳体内径的估算 (13) 5.3进出口连接管直径的计算 (14) 5.4折流板 (14) 第六章换热系数的计算 (20) 6.1管程换热系数 (20) 6.2 壳程换热系数 (20) 第七章需用传热面积 (23) 第八章流动阻力计算 (25) 8.1 管程阻力计算 (25) 8.2 壳程阻力计算 (26) 总结 (28)
第一章设计任务书 煤油冷却的管壳式换热器设计：设计用冷却水将煤油由140℃冷却冷却到40℃的管壳式换热器，其处理能力为10t/h，且允许压强降不大于100kPa。 设计任务及操作条件 1、设备形式：管壳式换热器 2、操作条件 （1）煤油：入口温度140℃，出口温度40℃ （2）冷却水介质：入口温度26℃，出口温度40℃
第二章管壳式换热器简介 管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。纵然各种板式换热器的竞争力不断上升，管壳式换热器依然在换热器市场中占主导地位。目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热，提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。 强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方式，其中提高传热系数是强化传热的重点，主要是通过强化管程传热和壳程传热两个方面得以实现。目前，管壳式换热器强化传热方法主要有：采用改变传热元件本身的表面形状及表面处理方法，以获得粗糙的表面和扩展表面；用添加内物的方法以增加流体本身的绕流；将传热管表面制成多孔状，使气泡核心的数量大幅度增加，从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力；改变管束支撑形式以获得良好的流动分布，充分利用传热面积。 管壳式热交换器（又称列管式热交换器）是在一个圆筒形壳体内设置许多平行管子（称这些平行的管子为管束），让两种流体分别从管内空间（或称管程）和管外空间（或称壳程）流过进行热量交换。 在传热面比较大的管壳式热交换器中，管子根数很多，从而壳体直径比较大，以致它的壳程流通截面大。这是如果流体的容积流量比较小，使得流速很低，因而换热系数不高。为了提高流体的流速，可在管外空间装设与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板，使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装置纵向隔板而使流体来回流动的次数，称为程数，所以装了纵向隔板，就使热交换器的管外空间成为多程。而当装设折流板时，则不论流体往复交错流动多少次，其管外空间仍以单程对待。 管壳式热交换器的主要优点是结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战，但由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于优势地位。 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，
列管式换热器设计
酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） 2013 级石油化工生产技术专业 题目：列管式换热器设计 毕业时间： 2015年7月 学生姓名：陈泽功刘升衡李侠虎 指导教师：王钰 班级： 13级石化（3）班 2015 年 4月20日 酒泉职业技术学院 2013 届各专业 毕业论文（设计）成绩评定表
答辩小 组评价 意见及 评分 成绩：签字（盖章）年月日 教学系 毕业实 践环节 指导小 组意见 签字（盖章）年月日 学院毕 业实践 环节指 导委员 会审核 意见 签字（盖章）年月日 一、列管式换热器计任务书 某生产过程中，需用循环冷却水将有机料液从102℃冷却至40℃。已知有机料液的流量为2.23×104 kg/h，循环冷却水入口温度为30℃，出口温度为40℃，并要求管程压降与壳程压降均不大于60kPa，试设计一台列管换热器，完成该生产任务。 已知： 有机料液在71℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 定压比热容℃ 热导率℃
粘度 循环水在35℃下的物性数据： 密度 定压比热容K 热导率K 粘度 二、确定设计方案 （1）选择换热器的类型 （2）两流体温的变化情况： 热流体进口温度102℃出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温度为40℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。 （3）管程安排 从两物流的操作压力看，应使有机料液走管程，循环冷却水走壳程。但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，混和气体走壳程。 三、确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程混和气体的定性温度为 T= =71℃ 管程流体的定性温度为 t=℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。对有机料液来说，最可靠的无形数据是实测值。若不具备此条件，则应分别查取混合无辜组分的有关物性数据，然后按照相应的加和方法求出混和气体的物性数据。有机料液在71℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度
换热器的管道布置参考文本
换热器的管道布置参考文 本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
换热器的管道布置参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 一列管式换热器管道布置 以列管式换热器为例进行讨论，其他换热器与之类 同。 虽然列管式换热器已有标准系列，其基本结构都已确 定，但管口大小、位置和安装结构是由工艺设计根据化工 计算和管道布置要求来决定的。离心泵入口弯管和异径管 布置见图7—7。图7—8是离心泵的配管图，虚线表示另 一种接法。在泵上方不布置管道有利于泵的检修，吸人管 转弯向上(亦可转向侧面)不妨碍拆卸叶轮。 合适的流动方向和管口布置能简化和改善管道布置的 质量。图7—9(a)、(c)、(e)为习惯流向的布置，在该图所 示的场合是不合理的；图7—9(b)、(d)、(f)则是改变了
流动方向的合理布置。 图7—9(a)改成图7—9(b)简化了塔到冷凝器的大口径管道，节约了二个弯头和相应的管道。图7—9(c)改成图7—9(d)消除了泵吸人管道上的气袋，节约了四个弯头、一个排液阀和一个放空阀，缩短了管道，同时也大大改善了吸入条件。图7—9(e)改成图7—9(f)缩短了管道，使流体的流动方向更为合理。二换热器的平面配管换热器一般布置成管箱对着道路，顶盖对着管廊，配管时，首先留出换热器的两端和法兰周围的安装与维修空间，在这个空间内不能有任何障碍物(如管道、管件等)。对直径o．6m左右的换热器而言。要力争管道短，操作、维修方便。在管廊上右转弯的管道布置在换热器的右侧，从换热器底部引出的管子也在右侧转弯向上。从管廊的总管引来工程管道(如蒸汽管)，则布置在任何一侧都不会增加管道长度。换热器与邻近设备间可用管道直接架空相连，换
(完整版)管壳式换热器简介及其分类
管壳式换热器简介及分类 概述 换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产中，换热器的主要作用是使热量从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流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空以及其他许多工艺部门广泛使用的一种通用设备。在华工厂中，换热器的投资约占总投资的10%-20%；在炼油厂中该项投资约占总投资的35%-40%。 目前，在换热器中，应用最多的是管壳式换热器，他是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器。虽然管壳式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面的金属消耗量无法与板式或者是板翅式等紧凑换热器相比，但管壳式换热器适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来人们已在其设计和加工方面积累了许多经验，建立了一整套程序，人么可以容易的查找到其他可靠设计及制造标准，而且方便的使用众多材料制造，设计成各种尺寸及形式，管壳式换热器往往成为人们的首选。 近年来，由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素，传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展，设计人员已经开发出了多种新型换热器，以满足各行各业的需求。如为了适应加氢装置的高温高压工艺条件，螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器技术获得了快速发展，并在乙烯裂解、合成氨、聚合和天然气工业中大量应用，可达到承压35Mpa、承温700℃的工艺要求；为了回收石化、原子能、航天、化肥等领域使用燃气、合成气、烟气等所产生的大量余热，产生了各种结构和用途的废热锅炉，为了解决换热器日益大型化所带来的换热器尺度增大，震动破坏等问题，纵流壳程换热器得到飞速的发展和应用；纵流壳程换热器不仅提高了传热效果，也有效的克服了由于管束震动引起的换热器破坏现象。另外，各种新结构的换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器等也大量涌现。 管壳式换热器按照不同形式的分类 工业换热器通常按以下诸方面来分类：结构、传热过程、传热面的紧凑程度、所用材料、
有效设计管壳式换热器0终稿
管壳式换热器的有效设计 STHEs表示管程壳程式换热器的热能计算。为了充分利用交换器设计软件，人们需要了解STHE分类，比如换热器组件，管程布局，挡板位置，压降，以及平均气温差异。 壳管式换热器的热设计（STHEs）是由精密的电脑软件设计的。然而，为了有效使用该软件，需要很好地了解对换热器设计的基本原则。这篇文章解释了换热量设计基础，包含的如此主题例如：STHE 成份；依照工程和依照服务STHEs 的分类；对热设计需要的数据；管程设计；壳程设计，包括换热管的排布和壳程边压力下降和不同的平均温度。一个著名的基本方程用于换热器管程壳程的热传导和压力降，这里我们着眼于这些对换热器优化设计的相关应用。在后续的前沿课题中，如换热器壳程，使用多壳程，重复设计以及浪费，是将在下一期提及。STHEs的组件 设计师有一个良好的STHEs的机械特性的知识，以及它们如何影响了散热设计，这是必不可少的。STHE的主要组成部分是： ?壳程; ?封头; ?管程; ?管箱; ?管箱盖; 隔板; ?喷嘴 其他内容包括：拉杆和间隔，分区板，冲击板，纵向挡板，密封条，支持和基础部件。 该管程换热器制造商协会（和互助）标准（1）详细描述了这些不同的组成部分。 一个STHE分为三个部分：前端封头，壳体和后端封头。图1说明了对各项建设的可能性和互助的名称。热交换器是描述三个部分- 例如字母代码，后焦
距有交换网覆盖，双通的纵向挡板外壳程，和固定管程板。 基于建设的分类 固定管板。固定管板式换热器（图2），包含了两端固定在壳程体焊接管程板直管程。建造有可移动的渠道覆盖，管程内型通道覆盖（如边界），或（如尼日利亚）的综合管程板。 固定管程板建筑的主要优势是因为它结构简单，成本低。事实上，固定管程板是最便宜的建筑类型，只要没有伸缩缝的要求。其他的好处是可以管程清洗后的渠道盖或发动机罩，因为没有法兰接头，也可以清除机械和 减少器壳程液体泄漏。这种设计的缺点是，由于捆绑固定在外壳程上，不能移除，所以管程子在外边不能清洗机械。因此，它的适用范围仅限于干净的壳程侧的服务。但是，如果一个满意的化学清洗程序可以执行，那么固定管程板的结构可能会选择防污器壳程上的服务。在管程壳程和温差大的情况下，管程板将无法吸收差应力，从而需要一个伸缩缝。在很大程度上，这带走了低成本的优势。 图2 固定管板式换热器
列管换热器设计一般步骤
列管换热器设计一般步骤 1、作出流程简图。 2、按生产任务计算换热器的换热量Q。 3、选定载热体，求出载热体的流量。 4、确定冷、热流体的流动途径。 5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。 6、初算平均传热温度差。 7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。 8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。 9、核算Ｋ。 10、校核平均温度差D。 11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。 12、管程和壳程压力降的计算。 二、机械设计 1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。 2、换热器封头选择。 3、换热器法兰选择。 4、管板尺寸确定。 5、管子拉脱力计算。 6、折流板的选择与计算。 7、温差应力的计算。
8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。 9、绘制主要零部件图。 三、编制计算结果汇总表 四、绘制换热器装配图 五、提出技术要求 六、编写设计说明书 3 1 2列管换热器设计步骤 常规的列管换热器的设计步骤如下。 (1) 输入已知条件:如热流体的生产任务qm2、T1、T2为已知，确定冷流体,则冷流体进口温度t1也为已知，再优化确定t2;确定管材的内径d1、外径d2、管长L,管间距l和挡板间距B;根据冷热流体的性质确定 污垢热阻Rd1和Rd2。 (2) 选择流体流通的通道和方向、管程数和壳程数。 (3) 计算冷流体流量qm1和热负荷。 (4) 计算逆流的Δtm和平均温度差修正系数ψ,再计算实际Δtm。 (5) 计算定性温度tm和Tm,选定流体物性方程,计算定性温度下的物性参数:ρ1, μ1, λ1, cp1, Pr1, ρ2, μ2, λ2, cp2, Pr2。 (6) 设定K的初值。 (7) 由传热速率式计算A。 (8) 由已知管材参数计算n, D。 (9) 计算S1, S2和Re1, Re2。 (10) 设定壁温tW,计算μ1μ1W0 14, μ2μ2W0 14。 (11) 计算α1, α2。 (12) 计算tWc,比较tW与tWc,如不符要求,重复步骤(10)～(12); (13) 计算Kc和Ac,比较A与Ac,考虑一定的安全系数,A>115% Ac,最终设计以A为换热器的传热面积。如 不符要求,重复步骤(6)～(13)。 在编制程序时,应把有关通用部分编制成独立子程序模块。 ①物性数据库,必须包括传热计算所需的冷热流体物性,如密度、黏度、比热容、导热系数、汽化潜热等， 饱和蒸汽、过热蒸汽的温度和压强的相关参数。 ②由于对流给热系数α的关联式很多,可以建立计算α的专用模块。 ③设备的尺寸模块,如系列化尺寸,对计算得到的设备尺寸应按标准系列进行圆整；又如已知列管数和管间 距计算各种排列的管壳的内径,并圆整列管数。 ④计算过程中的试差部分需要有相应的迭代计算子程序。
列管式换热器的设计
化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 班级： | 姓名学号： 指导教师： $
目录§一.列管式换热器 ！ .列管式换热器简介 设计任务 .列管式换热器设计内容 .操作条件 .主要设备结构图 §二.概述及设计要求 .换热器概述 .设计要求 ~ §三.设计条件及主要物理参数 . 初选换热器的类型 . 确定物性参数 .计算热流量及平均温差 壳程结构与相关计算公式 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 计算传热系数k 计算传热面积 ^ §四.工艺设计计算 §五.换热器核算 §六.设计结果汇总 §七.设计评述 §八.工艺流程图 §九.主要符号说明 §十.参考资料
： §一 .列管式换热器 . 列管式换热器简介 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 设计任务 ￥ 1.任务 处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行） 设备形式：列管式换热器 2．操作条件 (1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃ (2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃ (3)允许压强降：不大于一个大气压。 备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。 [ .列管式换热器设计内容 1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 % 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）
管壳式换热器设计说明书
1．设计题目及设计参数 (1) 1.1设计题目：满液式蒸发器 (1) 1.2设计参数： (1) 2设计计算 (1) 2.1热力计算 (1) 2.1.1制冷剂的流量 (1) 2.1.2冷媒水流量 (1) 2.2传热计算 (2) 2.2.1选管 (2) 2.2.2污垢热阻确定 (2) 2.2.3管内换热系数的计算 (2) 2.2.4管外换热系数的计算 (3) 2.2.5传热系数 K计算 (3) 2.2.6传热面积和管长确定 (4) 2.3流动阻力计算 (4) 3．结构计算 (5) 3.1换热管布置设计 (5) 3.2壳体设计计算 (5) 3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5) 3.4零部件结构尺寸设计 (6) 3.4.1管板尺寸设计 (6) 3.4.2端盖 (6) 3.4.3分程隔板 (7) 3.4.4支座 (7) 3.4.5支撑板与拉杆 (7) 3.4.6垫片的选取 (7) 3.4.7螺栓 (8) 3.4.8连接管 (9) 4．换热器总体结构讨论分析 (10) 5．设计心得体会 (10) 6．参考文献 (10)
1．设计题目及设计参数 1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数： 蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22； 蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃， 冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1 t " =7℃。 2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量 根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ， P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kg m 04427.0v 3 1=，kg m v 3 400078.0= 图2-1 R22的lgP-h 图 制冷剂流量s kg s kg h h Q q m 667 .0250 4051054 10=-= -= 2.1.2冷媒水流量 水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3 ,c p =4.192KJ/(Kg ·K)
列管式换热器设计
第一章列管式换热器的设计 1.1概述 列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。 1.2列管换热器型式的选择 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。 为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。 （2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 （3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。 （4）U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，
列管式换热器设计(水蒸气加热水)要点
食品工程原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计 班级：食品卓越111班 设计者：张萌 学号：5603110006 设计时间：2013年5月13日~5月17日指导老师：刘蓉
目录 概述 1.1.换热器设计任务书 ......................................................................... - 7 - 1.2换热器的结构形式 ....................................................................... - 10 - 2.蛇管式换热器 ................................................................................. - 11 - 3.套管式换热器 ................................................................................. - 11 - 1.3换热器材质的选择 ....................................................................... - 11 - 1.4管板式换热器的优点 ................................................................... - 13 - 1.5列管式换热器的结构 ................................................................... - 14 - 1.6管板式换热器的类型及工作原理 ............................................... - 16 - 1.7确定设计方案 ............................................................................... - 17 - 2.1设计参数........................................................................................ - 18 - 2.2计算总传热系数 ........................................................................... - 19 - 2.3工艺结构尺寸 ............................................................................... - 20 - 2.4换热器核算.................................................................................... - 21 - 2.4.1．换热器内流体的流动阻力 (21) 2.4.2.热流量核算 (22)
管壳式换热器设计讲解
目录 任务书 (2) 摘要 (4) 说明书正文 (5) 一、设计题目及原始数据 (5) 1.原始数据 (5) 2.设计题目 (5) 二、结构计算 (5) 三、传热计算 (7) 四、阻力计算 (8) 五、强度计算 (9) 1.冷却水水管 (9) 2.制冷剂进出口管径 (9) 3.管板 (10) 4支座 (10) 5.密封垫片 (10) 6.螺钉 (10) 6.1螺钉载荷 (10) 6.2螺钉面积 (10) 6.3螺钉的设计载荷 (10) 7.端盖 (11) 六、实习心得 (11) 七、参考文献 (12) 八、附图
广东工业大学课程设计任务书 题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班 姓 名 xx 学 号 xxxx 一、课程设计的内容 设计一台如题目名称所示的换热器。给定原始参数： 1. 换热器的换热量Q= 35 kw; 2. 给定制冷剂 R22 ; 3. 制冷剂温度 t k =40℃ 4. 冷却水的进出口温度 '0132t C =" 0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1）学生独立完成设计。 2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。(换热器的传热计算, 换热面积计 算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。 3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，使用计算机绘图。 4）说明书要求： 文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。 格式要求： （1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等；（6）参考文献。 三、课程设计应完成的工作 1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份； 2）绘制换热器的装配图1张，拆画关键部件零件图1～2张。
管壳式换热器的设计(课程设计)
xxxxxxxxx 大学 课程设计说明书 设计题目：管壳式换热器的设计 学院、系：化学工程与工艺学院（精细化工专业）专业班级：精细2012班 学生：xxxxxxxxxxxx 指导教师：xxxxxxxxxxxxx 成绩：________________________ 2015年07 月08
目录 2015年07 月08 (1) 目录 (2) 一、课程设计题目 (5) 二、课程设计容 (5) 1．管壳式换热器的结构设计 (5) 2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核 (5) 3. 筒体水压试验应力校核 (5) 4. 鞍座的选择 (6) 5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。 (6) 6. 编写设计说明书一份 (6) 7. 绘制1号装配图一。 (6) 三、设计条件 (6) （1）气体工作压力 (6) （2）壳、管壁温差50℃，t t ＞t s (6) （3）由工艺计算求得换热面积为105m2。 (6) （4）壳体与封头材料在低合金高强度钢中间选用，并查出其参数，接管及其他数据根据表7-15、7-16选用。 (6) （5）壳体与支座双面对接焊接，壳体焊接接头系数Φ=0.85 (6) （6）图纸：参考图7-52，注意：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。 (6) 四、基本要求 (7) 五、说明书的容 (7) 1.符号说明 (7) 2.前言 (7) 3.材料选择 (7) 4.绘制结构草图 (7) 5.壳体、封头壁厚设计 (8) 6.标准化零、部件选择及补强计算： (8) 7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 (8) 8.主要参考资料。 (8)
管壳式换热器工程设计论文.
管壳式换热器工程设计论文 2019-11-19 1管壳式换热器的工作原理 在工业生产中广泛运用到管壳式换热器，管壳式换热器是由圆筒形的壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等组成的。其中，壳体内部装有两端固定在管板上的管束。冷热两种流体用来换热，在管内流动的是管程流体，在管外流动的是壳程流体。在壳体内通常安装一些挡板，以使管外流体的传热分系数增大。挡板可使壳程流体速度提高，从而使流体湍流程度增强，流体能够按规定路程多次横向通过管束。在管板上，换热管的排列可以按照等边三角形或正方形。排列为等边三角形显得紧凑，使得管外流体湍流程度增强，提高传热分系数；排列为正方形则清洗管外方便，对于易结垢的流体非常适用。 2管壳式换热器工艺设计 管壳式换热器工艺设计应该符合特定的工艺条件，比如要具有安全可靠的结构，制造、安装、操作和维修方便，经济成本低，设计技术具有科学性等。理想的管壳式换热器可以是两端管板分别与壳体固定和在壳体内自由浮动，壳体和管束的膨胀自由，从而在两种介质间存在较大的温差的情况下，不会在管束和壳体之间产生温差应力。把浮头端设计成可拆结构，可以使管束插入或抽出壳体容易。也可以把浮头端设计成不可拆的。 3管壳式换热器的工艺设计方法 管壳式换热器的工艺设计主要是针对传热设计和压降设计这两个方面，管壳式换热器的工艺设计方法主要包括下面几个。 3.1Colburn-Donohue方法 管壳式换热器的壳侧的传热和流动过程是非常复杂的，尤其是壳侧的传热和压降设计计算非常重要，一些设计原理就是通过壳侧传热和压降计算方法的确定而建立的。1933年，以理想管排数据为基础的壳侧传热系数计算关联式由Colburn首先提出。而带有折流板的管壳式换热器中存在漏流和旁流,采用Sieder-Tate关联式计算进行设计更为方便。因为管壳式换热器中同时发生流体的传热与流动阻力，它们是相互制约的，所以，在设计计算中应将流体的传热与流动阻力作为一个整体考虑。1949年,完整的管壳式换热器综合设计方法由Donohue首次提出。这种方法的传热计算式对Colburn关联式进行了修正，这种方法称为Colburn-Donohue方法。 3.2Kern方法