武汉工程大学2014年3月
设计任务书
一．设计条件
二．设计任务与内容
1．工艺设计计算
①确定设计方案
选择换热器类型，确定物料流程，确定物性参数
②估算传热面积
确定换热量、平均温差、传热面积、冷却水流量
③工艺结构参数确定
根据工艺计算，合理确定介质流向与换热管的结构尺寸，如管壳程数、壳体及进出口接管直径，换热管规格尺寸与数量，折流板排列形式与间距，管板直径及管子排列方式等。
④换热流量核算
⑤换热器内流动的流体阻力核算
2．结构设计
①筒体、管箱、法兰、浮头盖、管板、开口补强、支座等主要受压部件与元件的选材，结构选型与设计，强度计算与校核；
②编制法兰计算程序，并按指定要求进行探讨性计算；
③管束的振动计算及防震设计部分
3．绘制全部施工图，包括装配图、部件图、零件图等总计约1号图幅6张。
4．编制管箱、法兰、管束、管板、浮头盖、外头盖等主要零部件的加工制造工艺及其装配程序，并制订管、壳程的试压方案及程序。
5．主要受压元件的材料选择及其可焊性评价与焊接材料选择说明。
6．编写设计说明书。
三．设计说明书的基本内容与要求
设计说明书的作用是对自己所作的设计作出书面计算与论证，其基本内容依次为：题目、目录、前言、设计条件及所依据的主要设计标准、设计计算、加工工艺及试验等的说明，以及专题论证、电算程序与结果、造价概算和主要参考资料等。
前言中应概述设计作品在工艺装配中的功用、操作、维护要求和结构特点，主要设计内容简介，设计中的结构改进或创新，设计所遵循的标准规范等。
设计条件是指自己具体设计设备的操作条件，如介质性质、操作温度和压力等。
计算与论证为说明书的主体，包括除前言和设计条件外的全部上述内容。设计说明书要求格式规范统一，条理清楚，图文并茂，文理通顺，书写整洁。
参考资料书写格式为：
序号作者书刊名称出版社年月
设计指导书
一. 毕业设计的目的
1．运用所学基础与专业理论知识进行实际设备设计的全面训练，以掌握设备设计的基础思路、方法与内容。
2．综合训练和提高设计调研、文献查阅、方案论证、计（电）算、绘图及设计文件编制等基本技能。
3．树立生产和经济观点，培养工程设计的责任感和严肃认真的设计作风。
二. 设计要求与注意事项
1．全部设计内容必须独立按时完成。
2．在满足工艺与强度前提下，结构力求简单合理，操作维修方便，安全可靠。
3．选材可靠合理，价廉易得。
4．严格遵守现行国家或部颁标准，尽量采用标准部件。
5．图纸应符合施工图的内容要求，力求图面布局合理，图样正确清晰，标题栏、明细表齐全正确，装配图、部件图、零件图及说明书中的相应结构尺寸必须一致。
6．图纸应先请教师审查后在进行加粗，全套图纸完成后交指导教师审阅后签字，并将所指错误修改后按图幅样叠好，与说明书装入设计资料袋，资料袋封面应注明班级、姓名、日期及设计题目。
三. 主要设计资料索引
1．工艺计算及结构设计：[1]、[2]、[3]
2．结构尺寸与强度计算：[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]
3．焊接结构：[4]、[11]
4．零件材料及焊接材料：[10]
5．容器锻件技术条件：[16]
6．图幅、图样比例、标题栏、明细表规格：[12]
7．装配图及主要零部件技术要求：[13]、[3]、[4]
四. 主要设计参考资料
1．换热器设计，化工设备全书编委会，上海科技出版社，1989
2．JB/T47-92，列管式换热器基本型式及参数
3．GB151-99，钢制列管式换热器
4．GB150-2012，压力容器
5．JB4700～4707-92，压力容器法兰
6．JB/T××××-92，外头盖侧法兰等十项标准
7．HG20592-2009，钢制管法兰、垫片、紧固件
8．JB/T××××-92，容器支座
9． JB／T 4736-2002 补强圈
10．HG20583-2011，钢制化工容器材料选用规定
11．HG20584-89，钢制化工容器结构选用规定
12．化工设备设计文件编制规定
13．化工设备技术图样要求
14．GB4457～4460-84，GB131-83，机械制图
15．压力容器锻件技术条件
五．设计参考进度
第 9～10周：工艺计算
第11～12周：结构及强度设计
第13～14周：绘制施工图
第15～16周：电算及编制说明书
第16～17周：整理设计文件、准备答辩
六. 设计答辩复习思考题
1．影响传热效率和流体阻力的结构参数各有哪些？各起什么影响？
2．壳体直径、进出口接管直径、换热管根数各如何确定？
3．减小或消除轴向应力可采用哪些措施，其效果有何区别？
4．介质流向如何确定？为什么原油走壳程，可否改为原油走管程？
5．传热面积系指什么？以何者为准确定？三角形和正方形布管各有何优缺点？
6．设计中主要采用了什么标准？其主要内容是什么？
7．设计压力与操作压力是否相同？如何确定设计压力、设计温度、腐蚀余量和焊缝隙数？8．最大操作压力、设计压力、许用压力、液压试验压力、公称压力、气压试验压力、气密性试验压力的概念及其大小排列顺序？
9．许用压力的概念及其影响因素？
10. 液压试验、气压试验、气密性试验的目的、应用和校核条件有何异同？其试验程序各有何要求？为什么？
11. 最小厚度、计算厚度、设计厚度、名义厚度、有效厚度的区别与关系？
12. 16Mn与16MnR，20R与16MnR与在成分、性能和应用方面有何异同？可否互相代用？焊接时各采用什么焊条？
13. Q235-A、Q235-B、Q235-C及Q235-A与Q235-AF有何区别？
14. J22与J427, J427与J507有何异同?
15. 20R和16MnR对接焊时，其焊条和预热温度各如何确定？
16. 浮头法兰锻后热处理和组焊后热处理的目的有何区别？各进行什么热处理？其加热强度和冷却方式有何区别？
17. 射线、超声、磁粉和渗透探伤方法各适用于什么材料和缺陷的探伤？其灵敏度有何区别？
18. 容器上的A、B、C、D类焊缝如何划分？A、B和C、D类焊缝通常各要求进行什么探伤？
C、D类焊缝何时要求进行表面探伤？A、B类焊缝的探伤率由哪些因素确定？
19. 焊缝余高保留好还是磨平好？为什么？
20. GB151中规定的D N和P N的适用范围是多少？Ⅰ、Ⅱ级换热器有何区别？
21. 标准压力容器法兰和管法兰各自的设计条件是什么（指材料、强度、垫片等）？如何按工艺要求进行选定。
22. JB标准中的压力容器法兰有哪种型式？其结构和应用有何区别？若法兰强度不足，应调整哪个尺寸最有效？为什么？
23. 法兰用螺栓、螺母的材料硬度有何不同要求？为什么？如何满足？
24. 在材料和温度相同时，螺栓与壳体的许用应力是否相同？为什么？
25. 压力容器法兰用螺栓与螺母，其A、B级是根据什么确定？
26. 管法兰用用螺栓与螺母，其A、B、C级是根据什么确定？六角头螺栓、等长双头螺柱和全螺纹栓各适用什么条件？
27. 换热器接管何时必须采用整体法兰？介质为油品时，对法兰公称压力及密封面有何特殊要求？按管法兰为凹凸面时，其上、下、侧方位的法兰应为凹面还是凸面？
28. 管程和壳程上何时需设排气孔和排液孔？应设于何处？
29. 拉杆与管板和折流板的连接有哪几种形式？各适用于什么条件？拉杆的直径和数量根据什么确定？有何限定规定？
30. 折流板的功用、形式和配置原则？何时需开通气口和排液口？其间距的最大和最小限定值各为多少？
31. 管束上何时需设置支持板？其作用是什么？如何设置？
32. 管束上何时需设防冲板或导流筒？防冲板的直径或边长，最小厚度及其表面至圆筒内壁的距离各为多少？
33. 管束上的防短路措施有哪几种？各设于何处？
34. 换热管与管板有哪几种连接方法？各适用于什么条件？
35. 浮头钩圈有哪几种结构？有何区别？
36. 鞍座有哪几种结构？有何区别？
37. 哪些零部件需考虑设置吊耳？何时必设？何处需设置抽拉管束用的环手螺钉？
38. 安装时对活动支座的地脚螺母有何要求？在热胀和冷缩条件下，活动支座的地脚螺钉位置是否相同？为什么？
39. 拼焊管板和法兰，在制造中有何特殊要求？焊接和胀接连接管孔表面粗糙度各为多少？换热管装配前，对管端应作何处理？
40. 管箱及浮头是否进行热处理？其目的是什么？
41. 补强圈和鞍座侧面筋板上分别开设的M10和φ11孔是作什么用的？
42. 什么是螺栓的跨中装配？为什么要跨中？
43. 压力容器锻件分几级？有何区别？
四．设计进度
摘要 本次设计为浮头式换热器，浮头式换热器主要由管箱、管板、壳体、换热管、折流板、拉杆、定距管、钩圈、浮头盖等组成。浮头换热器的一端管板与壳体固定，另一端为浮动管板。因此其优点为热应力较小，便于检查和清洗，缺点为结构较为复杂。在传热计算工艺中，包括传热量、传热系数的确定和换热器径及换热管型号的选择，以及传热系数、阻力降等问题。在强度计算中主要讨论的是筒体、管箱、管板厚度计算以及折流板、法兰和接管、支座、分隔板等零部件的设计，还要进行一些强度校核。本设计是按照GB151《管壳式换热器》和GB150《钢制压力容器》设计的。换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，在日常生活中传热设备也随处见，是不可缺少的工艺设备之一。随着研究的深入，工业应用取得了令人瞩目的成果。 关键字：换热器，工艺计算，强度校核
Abstract This design is floating head heat exchanger, it is made up of tube box 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、hook circle、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connected with shell, and the other tube sheet is floating tube sheet. So it’s easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. In the process of heat transfer calculation, include area computation 、capacity of heat transmission 、the determine of heat transfer coefficient and the choice of the heat exchange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、tube box、sealing head and so on. This design is according to GB151 << shell-and-tube heat exchanger >> and GB150 << Steel pressure vessel >> to design. Heat exchanger is one of the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable achievements. Keywords:heat exchanger; Process calculation；strength check
1．设计任务书 1.1设计题目 列管式换热器(原油预热器)的设计 1.2操作条件 某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取 1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过 5 3.0 Pa。 10 1、查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤； 2、根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算； 3、根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计； 4、以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图； 5、编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。
目录 1.设计任务书 (3) 2.概述 (5) 3.设计标准 (7) 4.方案设计和拟订 (8) 5.设计计算 (12) 6.参考文献 (22) 7.附录 (23) 8.设计小结 (29) 9．CAD图 (32)
1.概述 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器,简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。 在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。 随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。 列管式换热器有以下几种： 1）固定管板式 固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。 特点：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料。
浮头式换热器设计说明书 设计者：徐凯 指导教师：张玲张亚男秦敏 系别：机械工程系 专业：热能与动力工程 日期：2009.11 宁夏理工学院
前言 换热器是非常重要的换热设备。在国民生产的各个领域得到了广泛的应用。本设计说明书主要介绍浮头式换热器的原理和设计思路及整个设计过程。 在浮头式换热器中，浮头式换热器的两端的管板，一端不与壳体相连，该端亦称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 浮头式换热器主要有如下特点：浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场就能清楚地看出来。这种换热器的壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂造价高，一般比固定管板高20%左右，在运行中浮头处发生泄漏不易检查处理。浮头式换热器适应于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的工作条件下。 本书内容系统、完整，理论与实际并重。书中对浮头式换热器设计中所需的各学科知识均有简要的介绍和解释。同时该书对换热器在编写时注重介绍的方法简明扼要，条理清楚，深入浅出，紧密结合工程实际。 期间得秦敏、张春兰、张亚男、张玲等老师的悉心指导。在此表示真挚的感谢！由于编者水平有限，其中难免不妥之处，恳请各位读者批评指正。 编者：徐凯 2009-11-26
目录 第一章绪论 第二章设计任务和设计条件 (1) 第三章确定设计方案 (3) 3.1 换热器类型的确定 (3) 3.2 管程及壳程的流体安排 (3) 第四章确定物性数据 (4) 4.1定性温度的确定 (4) 4.2列表 (6) 第五章传热面积的估算 (7) 第六章工艺结构尺寸的确定 (9) 6.1 管径和管内流速的确定 (9) 6.2 管程数和传热管数的确定 (9) 6.3 平均传热温差的校正 (10) 6.4 传热管排列和分程方法确定 (10) 6.5 壳体内径的确定 (11) 6.6 折流板的确定 (11) 6.7 其它附件的确定 (12) 第七章所设计换热器的校核算 (13) 7.1 传热热流量的核算 (13) 7.2 壁温的校核计算 (15) 7.3 换热器内流体的流动阻力的核算 (17) 参考文献 (19) 换热器原理课程设计心得体会 (21)
——大学《化工原理》列管式换热器 课程设计说明书 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 时间：年月日
目录 一、化工原理课程设计任务书............................................................................ . (2) 二、确定设计方案............................................................................ (3) 1.选择换热器的类型 2.管程安排 三、确定物性数据............................................................................ (4) 四、估算传热面积............................................................................ (5) 1.热流量 2.平均传热温差 3.传热面积 4.冷却水用量 五、工艺结构尺寸............................................................................ (6) 1.管径和管内流速 2.管程数和传热管数 3.传热温差校平均正及壳程数 4.传热管排列和分程方法 5.壳体内径 6.折流挡板 (7) 7.其他附件 8.接管 六、换热器核算............................................................................ . (8) 1.热流量核算 2.壁温计算 (10) 3.换热器内流体的流动阻力 七、结构设计............................................................................ . (13) 1.浮头管板及钩圈法兰结构设计 2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 3.管箱结构设计 4.固定端管板结构设计 5.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (14) 6.外头盖结构设计 7.垫片选择
课程设计任务书 设计题目：煤油换热器的设计 一、设计条件 1、处理能力 (1.584, 1.98，2.2176，2.4552，2.6928)×104吨/年煤油 2、设备型式列管式换热器 3、操作条件 a．煤油：入口温度100℃，出口温度40℃ b．冷却介质：自来水，入口温度30℃，出口温度50℃ c．允许压强降：不大于5×105Pa d．每年按330天计，每天24小时连续运行 4、设计项目 a．设计方案简介：对确定的工艺流程及换热器型式进行简要论述。 b．换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积。 c．换热器的主要结构尺寸设计。 d．主要辅助设备选型。 e．绘制换热器总装配图。 二、设计说明书的内容 1、目录； 2、设计题目及原始数据(任务书)； 3、论述换热器总体结构(换热器型式、主要结构)的选择； 4、换热器加热过程有关计算(物料衡算、热量衡算、传热面积、换热管型 号、壳体直径等)； 5、设计结果概要(主要设备尺寸、衡算结果等)； 6、主体设备设计计算及说明； 7、主要零件的强度计算（选做）； 8、附属设备的选择（选做）； 9、参考文献；
10、后记及其它。 三、设计图要求 用594×841图纸绘制换热器一张：一主视图，一俯视图，一剖面图，两个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。 四、参考书 1)Perry化学工程手册。 2)天津大学，《化工原理》，天津，天津科学技术出版社，1990年。 3)华南理工大学，《化工过程及设备设计》，广州，华南理工大学出版 社，1986年。 4)魏崇关，郑晓梅，《化工工程制图》，北京，化学工业出版社，1992 年。 5)刁玉玮，王立业编，《化工设备机械基础》，大连，大连理工大学出版 社，1989年。 6)《化工设备结构图册》编写组，《化工设备结构图册》，上海，上海科 学技术出版社，1978年。 7)柴诚敬，刘国维，李阿娜，《化工原理课程设计》，天津，天津科学技 术出版社，1994年。
目录 设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1 一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2 二、结构设计-------------------------------------------------------------5 1、管径及管长的选择---------------------------------------------------5 2、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------5 3、筒体内径确定-------------------------------------------------------5 4、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------6 5、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------7 6、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------7 7、外头盖结构设计-----------------------------------------------------8 8、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------8 9、管箱结构设计-------------------------------------------------------8 10、管箱结构设计------------------------------------------------------8 11、垫片选择----------------------------------------------------------9 12、折流板------------------------------------------------------------------------------------------9 13、支座选取----------------------------------------------------------10 14、拉杆的选择--------------------------------------------------------13 15、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------13 16、防冲板------------------------------------------------------------13 17、设备总长的确定----------------------------------------------------13 18、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------14 19、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14 三、强度计算--------------------------------------------------------------14 1、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------14 2、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------15 3、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------16 4、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------16 5、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------16 6、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------17 7、固定管板计算-------------------------------------------------------18 8、无折边球封头计算 --------------------------------------------------19 9、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20 四、设计汇总-----------------------------------------------------21 五、设计体会--------------------------------------------------------------21 参考文献--------------------------------------------------------------22
设计（论文）题目： 列管式换热器的设计 目录 1 前言 (3) 2 设计任务及操作条件 (3) 3 列管式换热器的工艺设计 (3) 3.1换热器设计方案的确定 (3) 3.2 物性数据的确定 (4) 3.3 平均温差的计算 (4) 3.4 传热总系数Ｋ的确定 (4) 3.5 传热面积A的确定 (6) 3.6 主要工艺尺寸的确定 (6) 3.6.1 管子的选用 (6) 3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定 (6) 3.6.3 校核平均温度差 t m及壳程数Ns (7) 3.6.4 传热管排列和分程方法 (7) 3.6.5 壳体径 (7) 3.6.6 折流板 (7)
3.7 核算换热器传热能力及流体阻力 (7) 3.7.1 热量核算 (7) 3.7.2 换热器压降校核 (9) 4 列管式换热器机械设计 (10) 4.1 壳体壁厚的计算 (10) 4.2 换热器封头选择 (10) 4.3 其他部件 (11) 5 课程设计评价 (11) 5.1 可靠性评价 (11) 5.2 个人感想 (11) 6 参考文献 (11) 附表换热器主要结构尺寸和计算结果 (12) 1 前言 换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，
热交换器课程设计任务书 (补充数据10组) 一、对流管式换热器设计： 第一组： (1) 预热空气量：7500 m3/h； (2) 预热空气温度：330 ℃； (3) 冷空气温度：20 ℃； (4) 处理烟气量：8600 m3/h； (5) 换热器进口烟气温度：650 ℃； (6) 烟气成分(体积%)： CO2SO2H2O O2N2 16.2 2.38.4 2.071.1第二组： (1) 预热空气量：8300 m3/h； (2) 预热空气温度：350 ℃； (3) 冷空气温度：20 ℃； (4) 处理烟气量：9800 m3/h； (5) 换热器进口烟气温度：650 ℃； (6) 烟气成分(体积%)： CO2SO2H2O O2N2 15.9 2.68.8 1.571.2第三组： (1) 预热空气量：10000 m3/h； (2) 预热空气温度：350 ℃； (3) 冷空气温度：20 ℃； (4) 处理烟气量：12500 m3/h； (5) 换热器进口烟气温度：680 ℃； (6) 烟气成分(体积%)： CO2SO2H2O O2N2 16.4 3.27.8 1.671.0第四组：
(1) 预热空气量：11500 m3/h； (2) 预热空气温度：360 ℃； (3) 冷空气温度：20 ℃； (4) 处理烟气量：14200 m3/h； (5) 换热器进口烟气温度：700 ℃； (6) 烟气成分(体积%)： CO2SO2H2O O2N2 16.8 3.17.6 1.271.3第五组： (1) 预热空气量：12500 m3/h； (2) 预热空气温度：380 ℃； (3) 冷空气温度：20 ℃； (4) 处理烟气量：15000 m3/h； (5) 换热器进口烟气温度：700 ℃； (6) 烟气成分(体积%)： CO2SO2H2O O2N2 16.5 3.07.7 1.871.0第六组： (1) 预热空气量：13500 m3/h； (2) 预热空气温度：330 ℃； (3) 冷空气温度：20 ℃； (4) 处理烟气量：16500 m3/h； (5) 换热器进口烟气温度：650 ℃； (6) 烟气成分(体积%)： CO2SO2H2O O2N2 16.7 2.87.6 1.871.1第七组： (1) 预热空气量：15800 m3/h； (2) 预热空气温度：350 ℃； (3) 冷空气温度：20 ℃； (4) 处理烟气量：19000 m3/h； (5) 换热器进口烟气温度：665 ℃；
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 (1) 第二章管壳式换热器简介 (1) 第三章设计方法及设计步骤 (2) 第四章工艺计算 (3) 4、1 物性参数的确定 (3) 4、2核算换热器传热面积 (4) 4、2、1传热量及平均温差 (4) 4、2、2估算传热面积 (6) 第五章管壳式换热器结构计算 (7) 5、1换热管计算及排布方式 (7) 5、2壳体内径的估算 (10) 5、3进出口连接管直径的计算 (10) 5、4折流板 (10) 第六章换热系数的计算 (15) 6、1管程换热系数 (15) 6、2 壳程换热系数 (16) 第七章需用传热面积 (17) 第八章流动阻力计算 (19) 8、1 管程阻力计算 (20) 8、2 壳程阻力计算 (20) 总结 (22)
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 管壳式换热器就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就是强化传热,提高对苛刻的工艺条件与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、扩大传热面积与增大传热温差等方式,其中提高传热系数就是强化传热的重点,主要就是通过强化管程传热与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,以获得粗糙的表面与扩展表面;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)就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)与管外空间(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。这就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
河南理工大学管壳式换热器课程设计 姓名：李钦博 学号：311204000210 学院：机械与动力机械学院 专业：热能与动力工程 班级：热动1201 指导老师：王华 河南理工大学机械与动力工程学院能源与动力工程系 2016.3
管壳式换热器课程设计任务书一、设计题目： 设计一台煤油冷却的换热器 二、操作条件： 1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度40℃。 3、允许压强降：不大于100kPa。 三、设备型式： 管壳式换热器 四、处理能力： 14t/h 五、设计要求： 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。 4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。
目录 一．设计概述 (3) 1.1热量传递的概念与意 (3) 1.2换热器的概念及意义 (5) 1.3管壳式换热器的简介 (5) 二.试算并初选换热器规格 (6) 2.1. 流体流动途径的确定 (6) 2.2. 物性参数及其选型 (6) 2.3. 计算热负荷及冷却水流量 (7) 2.4. 计算两流体的平均温度差 (7) 2.5. 初选换热器的规格 (8) 三.工艺计算 (9) 3.1. 核算总传热系数 (9) 3.2. 核算压强降 (11) 3.3经验公式 (12) 四.设计评述 (13) 参考文献 (13)
一.设计概述 1.1热量传递的概念与意义 1.热量传递的概念 热量传递是指由于温度差引起的能量转移，简称传热。由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 2. 化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。 应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学士热力学的扩展。 3.传热的基本方式 根据载热介质的不同，热传递有三种基本方式： （1）热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差。 （2）热对流（简称对流）流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。热对流仅发生在流体中，产生原因有二：一是因流体中各处温度不同而引起密度的差别，使流体质点产生相对位移的自然对流；二是因泵或搅拌等外力所致的质点强制运动的强制对流。
课程设计设计题目：列管式换热器 专业班级：应化1301班 姓名：王伟 学号： U201310289 指导老师：王华军 时间： 2016年8月
目录 1.课程设计任务书 (5) 1.1 设计题目 (5) 1.2 设计任务及操作条件 (5) 1.3 技术参数 (5) 2.设计方案简介 (5) 3.课程设计说明书 (6) 3．1确定设计方案 (6) 3.1.1确定自来水进出口温度 (6) 3.1.2确定换热器类型 (6) 3.1.3流程安排 (7) 3.2确定物性数据 (7) 3．3计算传热系数 (8) 3.3.1热流量 (8) 3.3.2 平均传热温度差 (8) 3.3.3 传热面积 (8) 3.3.4 冷却水用量 (8) 4.工艺结构尺寸 (9) 4.1 管径和管内流速 (9) 4.2 管程数和传热管数 (9)
4.3 传热管排列和分程方法 (9) 4.4 壳体内径 (10) 4.5 折流板 (10) 4.6 接管 (11) 4.6.1 壳程流体进出管时接管 (11) 4.6.2 管程流体进出管时接管 (11) 4.7 壁厚的确定和封头 (12) 4.7.1 壁厚 (12) 4.7.2 椭圆形封头 (12) 4.8 管板 (12) 4.8.1 管板的结构尺寸 (13) 4.8.2 管板尺寸 (13) 5.换热器核算 (13) 5.1热流量衡算 (13) 5.1.1壳程表面传热系数 (13) 5.1.2 管程对流传热系数 (14) 5.1.3 传热系数K (15) 5.1.4 传热面积裕度 (16) 5.2 壁温衡算 (16) 5.3 流动阻力衡算 (17) 5.3.1 管程流动阻力衡算 (17) 5.3.2 壳程流动阻力衡算 (17)
化工原理课程设计说明书列管式换热器的选用和设计
目录 1 化工原理课程设计任务书 2 设计概述 3 换热器方案的确定 3.1 确定设计方案 3.2确定物性数据 3.3 计算总传热系数 4 计算换热面积 5 工艺结构尺寸 5.1 管径和管内流速 5.2 管程和传热管数 5.3 平均传热温差校正及壳程数 6传热管的排列和分程方法 7换热器核算 8 换热器的主要结构尺寸和计算结果表 9 设计评述 10 参考资料 11 主要符号说明 12 特别鸣谢
1化工原理课程设计任务书 欲用自来水将2.3万吨/年的异丁烯从300℃冷却至90℃，冷水进、出口温度分别为25℃和90℃。若要求换热器的管程和壳程压强降不大于100kpa，试选择合适型号的列管式换热器。假设管壁热阻和热损失可以忽略。 名称水异丁烯 密度 996 12 比热 4.08 130 导热系数 0.668 0.037 粘度 0.37×10^-3 13×10^-3 2.概述与设计方案简介 换热器的类型 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。 2.1换热器 换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。
化工原理 课 程 设 计 设计任务：换热器 班级：13级化学工程与工艺（3）班 姓名：魏苗苗 学号：90 目录 化工原理课程设计任务书 (2) 设计概述 (3) 试算并初选换热器规格 (6) 1. 流体流动途径的确定 (6)
2. 物性参数及其选型 (6) 3. 计算热负荷及冷却水流量 (7) 4. 计算两流体的平均温度差 (7) 5. 初选换热器的规格 (7) 工艺计算 (10) 1. 核算总传热系数 (10) 2. 核算压强降 (13) 设计结果一览表 (16) 经验公式 (16) 设备及工艺流程图 (17) 设计评述 (17)
参考文献 (18) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件：1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度℃。 3、允许压强降：不大于50kPa。 4、每年按300天计，每天24小时连续运行。 三、设备型式：管壳式换热器 四、处理能力：109000吨/年苯 五、设计要求： 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。
4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。 六、附表： 1.设计概述 热量传递的概念与意义 热量传递的概念 热量传Array递是指由于 温度差引起 的能量转移， 简称传热。由 热力学第二 定律可知，在 自然界中凡 是有温差存 在时，热就必 然从高温处 传递到低温 处，因此传热
是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。 应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学是热力学的扩展。 传热的基本方式 根据载热介质的不同，热传递有三种基本方式： 热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差。
大学 生物工程专业《化工原理课程设计》说明书 题目名称浮头式换热器的设计 专业班级 学号 学生姓名 指导教师 2012 年06 月08 日
目录 1、设计方案................................................................................ 错误！未定义书签。 2、衡算........................................................................................ 错误！未定义书签。 2.1确定设计方案 ................................................................... 错误！未定义书签。 2.1.1换热器的类型.............................................................. 错误！未定义书签。 2.1.2 管程安排..................................................................... 错误！未定义书签。 2.2确定物性数据 ................................................................... 错误！未定义书签。 2.3估算传热面积 ................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.1 热负荷......................................................................... 错误！未定义书签。 2.3.2 热流体用量................................................................. 错误！未定义书签。 2.3.3 平均传热温差......................................................... 错误！未定义书签。 2.3.4 初算传热面积............................................................. 错误！未定义书签。 2.4换热器工艺结构尺寸设计 ............................................... 错误！未定义书签。 2.4.1 管径和管内流速......................................................... 错误！未定义书签。 2.4.2管程数和传热管数..................................................... 错误！未定义书签。 2.4.3 平均传热温差校正..................................................... 错误！未定义书签。 2.4.4 传热管排列................................................................. 错误！未定义书签。 2.4.5 壳体直径..................................................................... 错误！未定义书签。 2.4.6 折流板......................................................................... 错误！未定义书签。 2.4.7接管............................................................................. 错误！未定义书签。 3、换热器核算............................................................................ 错误！未定义书签。 3.1传热面积校核.................................................................... 错误！未定义书签。 3.1.1管程传热膜系数.......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.2 壳程传热膜系数......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.3 总传热系数................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.4 传热面积校核............................................................. 错误！未定义书签。 3.2换热器内压降的核算...................................................... 错误！未定义书签。 3.2.1 管程阻力..................................................................... 错误！未定义书签。 3.2.2 壳程阻力..................................................................... 错误！未定义书签。 4、设备选型................................................................................ 错误！未定义书签。 4.1管子排列方式的选择 ....................................................... 错误！未定义书签。 4.2折流板的选择 ................................................................... 错误！未定义书签。 4.3除污垢措施的选择 ........................................................... 错误！未定义书签。 4.4材料的选择 ....................................................................... 错误！未定义书签。 5、附录及图表............................................................................ 错误！未定义书签。 6、设计总结................................................................................ 错误！未定义书签。 7、参考文献................................................................................ 错误！未定义书签。