空气冷却器设计
2、应完成的项目：______________________________________________________________________
(1)了解换热器在各行业的用途;
(2)换热器机械计算;
(3)传热工艺计算;
(4)画施工图，折合为3张以上0号图，其中总装图为0号图;
(5)按规定和规范翻译参考文献5000汉字，并写毕业论文。
3、参考资料以及说明：__________________________________________________________________
(1)《GB151-99钢制管壳式换热器》国家技术监督局发布
(2)《GB151-98钢制管壳式换热器》国家技术监督局发布
(3)《AutoCAD2005压力容器设计》_____________ 栾春远编著，化学工业出版社
(4)《过程设备设计》郑津洋等著，化学工业出版社___________________________________
(5)《化工设备设计手册》上下卷朱有庭，曲文海，于浦义主编
(6)《机械设计手册》，化学工业出版社
(7)《化工原理》上下册，邹华生等主编，华南理工大学出版社
(8)压力容器安全技术监察规程.国家技术监督局
(9)换热器设计.上海科学技术出版社，1987
(10)流体力学与传热.华南理工大学出版社，2006
摘要
本文主要围绕空气冷却器，即卧式固定管板式换热器的设计展开说明，本说明共分五章。
第一章为绪论，主要介绍本设计课题的选题背景，选题意义以及调研情况，并对本设计的主要工作进行规划。
第二章为方案论证，对换热器的传热原理进行了简述。并对换热器进行了分类，并对各类换热器作了简短的描述，最后着重介绍了本次设计主题，固定管板式换热器。
第三章为设计论述，对固定管板式换热器的主要部件的设计作了详细的描述，其中包括：管程的设计，筒体的设计与强度校核，折流板的设计，管箱的设计与强度校核，封头的设计与强度校核，管板的设计与强度校核，是否安装膨胀节的判定，鞍式支座的选取与开孔补强的计算。
第四章为结果的汇总与分析，主要将第三章的计算内容进行了汇总并作了补充说明，然后对其他的标准附件进行了选择。
第五章为总结，总结了本次设计的不足，介绍了换热器在近期的发展与未来的趋势。
关键词：空气冷却器，固定管板式换热器，传热，管板，发展
Abstract
This task is the design of air cooler. Air cooler have another namethat is fixed tube heat exchanger. The specification of the design contains five chapter.
The first chapter is introduction. It introduces the topic of the design background, the significance of the topic and the Fact finding, and the design plan of the main work.
The second chapter is demonstration program. It introduced the principle of heat transfer heat exchanger. And it introduced heat
exchanger different types of heat exchange and finally focuses on the theme of fixed plate heat exchanger.
The third chapter discusses the design of fixed tube heat exchanger main components. It contains: the design of tube side, design and strength check of cylinder, the design of baffles, design and strength check of tube box, design and strength check of head, design and strength check of tube plate, to determine whether to install expansion joints, the selection of saddle supports and opening reinforcement calculations.
The fourth chapter is a summary and analysis of the results. It mainly summarizes the calculation of the third chapter and give a supplement. Then it has a choice off other standard accessories
The five chapter is summary. It summarizes the shortcomings of this design, and introduces the future of the heat exchanger.
Keyword : Air cooler, Fixed plate heat exchanger, Heat transfer, Tube plate, The future
目录
摘要 ................................... II
Abstract ................................ III
第一章绪论 (1)
1.1选题背景 (1)
1.2选题意义 (1)
1.3调研情况 (1)
1.3.1国际资源形式 (1)
1.3.2国内资源形式 (2)
1.3.3换热器对于我们的重大意义 (3)
1.4 主要工作 (4)
第二章方案论证 (5)
2.1传热的基本方式及其机理 (5)
2.1.1热传导 (5)
2.1.2对流传热 (5)
2.1.3辐射传热 (5)
2.2冷、热流体热量传递方式及换热设备 (6)
2.2.1间壁式传热 (6)
2.2.2混合式传热 (6)
2.2.3蓄热式传热 (7)
2.3列管式换热器 (7)
2.4固定管板式换热器 (7)
2.5本章小结 (9)
第三章设计论述 (10)
3.1初始数据与数据处理 (10)
3.2管程的设计 (10)
3.2.1换热管规格与尺寸的选择 (10)
3.2.2排管 (11)
3.3 筒体设计 (12)
3.3.1筒体壁厚的确定 (12)
3.3.2筒体强度的校核 (12)
3.4 折流板的设计 (14)
3.5管箱的设计与长颈法兰的选择 (15)
3.5.1管箱筒体的设计 (15)
3.5.2长颈法兰的选择 (15)
3.5.3封头的计算 (15)
3.6管板的设计与强度校核 (16)
3.6.1管板的设计 (16)
3.6.2管板厚度的校核 (17)
3.7膨胀节判定 (20)
3.8鞍式支座的选用 (21)
3.9开孔补强的计算 (22)
3.9.1壳体管接头处开孔补强 (22)
3.9.2封头管接头处开孔补强 (24)
3.9.3管箱管接头处开孔补强 (26)
3.10本章小结 (28)
第四章结果汇总与分析 (28)
4.1计算结果汇总 (28)
4.2其他附件的设计与选择 (29)
4.3本章小结 (30)
第五章总结 (30)
5.1设计中存在的问题 (30)
5.1.1换热管的设计问题 (30)
5.1.2折流板的设计问题 (31)
5.1.3材料选择问题 (31)
5.2换热器的发展前景 (31)
结构设计 管箱设计 参照标准GB151-2014 壳体内径DN=450mm，材料为Q235,许用应力[δ]=125Mpa,壳体厚度δ=8mm，采用卷制。 接管 管程接管：Ф159×8，无缝钢管，材料为10号钢，L=100mm。 壳程接管：Ф219×8，无缝钢管，材料为10号钢，L=100mm。 管板 固定管板材料为Q235 Pg=1.6Mpa，厚度b=40mm。 具体尺寸(:mm) DN D D1 D2 D3 D4 D5 d2 450 565 530 500 447 487 450 18 螺栓规格数量 b f b P s P t M16 24 30 40 0.6 1.0
折流板 选取弓形折流板，上下缺口，材料Q235，缺口高度h=112.5mm，板间距l s =237.5mm, 进出口板间距L s,i =l s,o =260mm，厚度δ=6mm，外径D b=446.5mm，折流板数目9，经 计算换热与结构均符合要求。 拉杆 材料为Q235，选用Ф=16的拉杆4根，具体位置及装配方式见装配图，一端与管板采用螺纹连接，另一端用螺母固定在折流板上。 封头 选用材料为16Mn的椭圆形标准封头，取壁厚8mm。 H=137 h=25 D i =450 分程隔板 选用材料Q235，厚度为8mm,宽450mm，长489mm，一端为和封头形状相同的圆冠，另一端为平面，分程隔板焊于管箱内。 支座(JB-T4712.1-2007） DN450 120包角焊制，单筋，带垫板 L 1 b 1 δ 1 δ 2 b 3 δ 3 弧长 b 4 δ 4 e L 2 420 120 8 8 96 8 540 200 6 48 290
列管式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力。根据 传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换 热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 ◎初选换热器的规格尺寸 ◆ 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式， 重新计算。 ◆ 计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 估。 ◆ 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排 列。◎计算管、壳程阻力 在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计 算，直到合理为止。 ◎核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 ◎计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的 计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18 设计条件数据 物料流量 kg/h 组成（含乙醇量） mol% 温度℃操作压力 MPa 进口出口 釜液 3.31450.9
热交换器设计计算 一、基本参数 管板与管箱法兰、壳程圆筒纸之间的连接方式为e 型 热交换器公称直径DN600，即D i =600mm 换热管规格φ38?2，L 0=3000mm 换热管根数n=92 管箱法兰采用整体非标法兰 管箱法兰/壳体法兰外直径D f =760mm 螺柱孔中心圆直径D b =715mm 壳体法兰密封面尺寸D 4=653mm 二、受压元件材料及数据 以下数据查自GB 150.2—2011； 管板、法兰材料：16Mn 锻件 NB/T 47008—2010 管板设计温度取 10℃ 查表9，在设计温度100℃下管板材料的许用应力： =t r σ][178Mpa （δ≤100mm ） 查表B.13，在设计温度100℃壳体/管箱法兰/管板材料的弹性模量： Mpa 197000 E E E p f f ===’’’ 壳程圆筒材料：Q345R GB 713 壳程圆筒的设计温度为壳程设计温度 查表2，在设计温度100℃下壳程圆筒材料的许用应力： =t c σ][189Mpa （3mm ＜δ≤16mm ） 查表B.13，在设计温度10℃下壳程圆筒材料的弹性模量Mpa 197000E s = 查表B.14在金属温度20℃~80℃范围内，壳程圆筒材料平均线膨胀系数： ℃） （α??=mm /mm 10137.15-s 管程圆筒材料：Q345R GB 713 管程圆筒的设计温度为壳程设计温度 按GB/T 151—2014 中7.4.6.1规定，管箱圆筒材料弹性模量，当管箱法兰采用长颈对焊法兰时，取管箱法兰的材料弹性模量，即Mpa 197000E h = 换热管材料：20号碳素钢管 GB 9948 换热管设计温度取100℃ 查表6，在设计温度100℃下换热管材料的许用应力Mpa 147σ][t t =（δ≤16mm ） 查表B.3，设计温度100℃下换热管材料的屈服强度Mpa 220R t eL =（δ≤16mm ）
热交换器的选型和设计指南
目录 1 概述 (1) 2 换热器的分类及结构特点。 (1) 3 换热器的类型选择 (2) 4 无相变物流换热器的选择 (11) 5 冷凝器的选择 (13) 6 蒸发器的选择 (14) 7 换热器的合理压力降 (17) 8 工艺条件中温度的选用 (18) 9 管壳式换热器接管位置的选取 (19) 10 结构参数的选取 (19) 11 管壳式换热器的设计要点 (23) 12 空冷器的设计要点 (32) 13 空冷器设计基础数据 (35)
1 概述 本工作指南为工艺系统工程师提供换热器的选型原则和工艺参数的选取及计算方法。 2 换热器的分类及结构特点。 表 2－1 换热器的结构分类
3 换热器的类型选择 换热器的类型很多，每种型式都有特定的应用范围。在某一种场合下性能很好的换热器，如果换到另一种场合可能传热效果和性能会有很大的改变。 因此，针对具体情况正确地选择换热器的类型，是很重要的。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: 1) 热负荷及流量大小 2) 流体的性质 3) 温度、压力及允许压降的范围 4) 对清洗、维修的要求 5) 设备结构、材料、尺寸、重量 6) 价格、使用安全性和寿命 在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、加工条件、密封性、安全性等方面加以考虑。所有这些又常常是相互制约、相互影响的，通过设计的优化加以解决。针对不同的工艺条件及操作工况，我们有时使用特殊型式的换热器或特殊的换热管，以实现降低成本的目的。因此，应综合考虑工艺条件和机械设计的要求，正确选择合适的换热器型式来有效地减少工艺过程的能量消耗。对工程技术人员而言，在设计换热器时，对于型式的合理选择、经济运行和降低成本等方面应有足够的重视，必要时，还得通过计算来进行技术经济指标分析、投资和操作费用对比，从而使设计达到该具体条件下的最佳设计。 3.1管壳式换热器 管壳式换热器的应用范围很广，适应性很强，其允许压力可以从高真空到41.5MPa，温度可以从-100°C以下到 1100°C高温。此外，它还具有容量
设计题目：甲醇冷凝冷却器的设计 系别 专业： 学生姓名: 学号: 起迄日期: 2015年06 月 03日~2015年06 月 13 日指导教师:
化工原理课程设计任务书
化工原理课程设计任务书 2．对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：图表 物料甲醇水 入口6430 温度℃ 出口5040 质量流量kg/h106009562 设计压力(MPa)常压 3．主要参考文献： 柴诚敬主编化工原理（高等教育出版社） 贾绍义柴诚敬主编化工原理课程设计（天津大学出版社） 4．课程设计工作进度计划： 序号起迄日期工作内容 1设计实验内容和要求 2按设计任务和条件计算实验结果3完成电子稿的设计
课程设计说明书 设计名称化工原理课程设计 2015 年 6 月 3 日 化工原理课程设计说明书 目录 （一）课程设计的任务和要求：设计方案 (1)
（二）对课程设计成果的要求：图表 (2) （三）主要参考文献 (2) （四）课程设计工作计划进度 (2) （五）设计计算过程...................................................5~11（六）计算结果列表 (12) 1、设计题目 甲醇冷凝冷却器的设计 2、设计任务及操作条件 处理能力10600kg/h甲醇。 设备形式列管式换热器 操作条件 ①甲醇：入口温度64℃，出口温度50℃，压力为常压。 ②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃，压力为。 ③允许压降：不大于105 Pa。 ④每年按330天计，每天24小时连续运作。 3、设计要求
选择适宜的列管式换热器并进行核算。 设 计 方 案 1．确定设计方案 （1）选择换热器的类型 两流体温度变化情况： 热流体进口温度64℃，出口温度50℃冷流体。 冷流体进口温度30℃，出口温度40℃。 从两流体温度来看，换热器的管壁温度和壳体壁温之差不会很大，因此初步确定选用列管式换热器。 （2）流动空间及流速的确定 由于循环冷却水易结垢，为便于清洗，应使冷却水走管程，甲醇走壳程。另外，这样的选择可以使甲醇通过壳体壁面向空气中散热，提高冷却效果。同时，在此选择逆流。选用φ25mm ×的碳钢管，管内流速取u i = s 。 2、确定物性数据 定性温度：可取流体进出口温度的平均值。 壳程甲醇的定性温度为： 6450572 +T ==℃ 管程循环水的定性温度为： ℃＝＋＝352 4030t 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 甲醇在57℃下的有关物性数据如下： 密度 ρo = kg/m 3 定压比热容 c p o =(kg ·℃) 导热系数 λo =(m ·℃) 粘度 μo = Pa ·s 循环水在35℃下的物性数据：
化工原理课程设计任务书一、设计题目 苯冷却器的设计 二、设计任务及操作条件 1.设计任务 处理能力：100000 吨/年 操作周期：7200小时/年 2.操作条件 苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 冷却介质：循环水，入口温度25℃。 允许压强降：不大于50KPa。 3.设备型式：管壳式换热器 4.厂址：张掖地区 三、设计内容 1.设计方案的选择及流程说明 2.管壳式换热器的工艺计算：确定换热器的传热面积 3.管壳式换热器的主要结构尺寸设计 4.辅助设备选型和计算 5.设计结果汇总 6.绘制流程图及换热器设备工艺条件图 7.对本设计进行评述
目录 1设计概况 (1) 1.1热量传递的概念和意义 (1) 1.2化学工业和热传递的关系 (1) 1.3传热的基本方式 (1) 1.4换热器的种类 (2) 1.4.1间壁式换热器的类型 (2) 1.4.2混合式换热器 (3) 1.4.3蓄热式换热器 (4) 1.5列管式换热器设计一般要求 (4) 1.6流体通道的选择原则 (4) 1.7管壳式换热器的简介 (5) 2试算并初选换热器规格 (6) 2.1选择换热器类型 (6) 2.2流体流动途径的确定 (6) 2.3确定流体的定性温度 (6) 2.4计算热负荷和冷却水流量 (7) 2.5计算两流体的平均温度差 (7) 3工艺结构尺寸计算 (8) 3.1管径和管内的流速 (9) 3.2管程数和传热管数 (9) 3.3壳体内径 (9) 3.4传热管排列和分程方法 (9) 3.5折流板: (10) 3.6接管 (10) 4核算总传热系数 (11) 4.1计算管程对流传热系数 (11) 4.2计算壳程对流传热系数 (11)
绪论 1. 2.热交换器的分类： 1）按照材料来分：金属的，陶瓷的，塑料的，是摸的，玻璃的等等 2）按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。3）按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式，逆流式，错流式，混流式 4）按照传送热量的方法来分：间壁式，混合式，蓄热式 恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面而进行传递。 过时，把热量储蓄于壁内，壁的温度逐渐升高；而当冷流体流过时，壁面放出热量，壁的温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。 第一章 1.Mc1℃是所需的热量，用W表示。两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比；即热容量越大，流体温度变化越小。 2.W—对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率。 4.顺流和逆流情况下平均温差的区别：在顺流时，不论W1、W2值的大小如何，总有μ＞０，因而在热流体从进口到出口的方向上，两流体间的温差△t总是不断降低；而对于逆流，沿着热流体进口到出口方向上，当W1＜W2时，μ＞０，△t不断降低，当W1＞W2时，μ＜０，△t不断升高。 5.P（定义式P12） 物理意义：流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升比，所以只能小于1。 6.R—冷流体的热容量与热流体的热容量之比。（定义式P12） 7.从φ值的大小可看出某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。除非处于降低壁温的目的，否则最好使φ＞0.9，若φ＜0.75就认为不合理。 （P22 例1.1） 8.所谓Qmax是指一个面积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。 9.实际传热量Q与最大可能传热量Qmaxε表示，即ε=Q/Qmax。意义：以温度形式反映出热、冷流体可用热量被利用的程度。 10.根据ε的定义，它是一个无因次参数，一般小于1。其实用性在与：若已知ε及t1′、t2′时，就可很容易地由Q=εW min(t1′-t2′)确定热交换器的实际传热量。 11.带翅片的管束，在管外侧流过的气体被限制在肋片之间形成各自独立的通道，在垂直于 流动方向上（横向）不能自由运动，也就不可能自身进行混合，
热交换器设计 在采用一体化布置的高温气冷堆中，为了使预应力混凝土压力容器体积不致过大，蒸汽发生器应尽量紧凑，严格限制受热面空间布置，并要求其具有较高的功率密度。因此，一体化布置的高温气冷反应堆主要选用直流型多头螺旋管式蒸汽发生器。 本文从实际工程设计出发，对多头螺旋管式蒸汽发生器的设计进行了研究，提出了多头螺旋管束受热面结构的设计方法，推荐了螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式。根据所提出设计方法和螺旋管内外的传热系数和压降的计算关系式对260MW蒸汽发生器进行了设计计算。 由于螺旋管具有占地面积小、传热系数大、结构紧凑、易于清洗、污垢热阻小等优点，不仅在核反应堆，而且在直流锅炉、急冷锅炉、各种石油化工设备中的换热器，热交换器都有相当广泛的应用。因此本文得到的结果不仅适用于高温气冷反应堆的蒸汽发生器，而且适用于各种工业设备中的螺旋管式换热器和螺旋管式热交换器。 - I -
- II - 主要符号表 英 文 字 母 pf c 液体比热，W /kg ℃； D 螺旋直径，m ； c D 中心柱直径，m ； d D 套筒直径，m ； d 管子外径，m ； i d 管子内径，m ； aeff n i F F F ,, 所示的修正系数，无因次； G 质量流速，kg/sm 2； H 管束高度，m ； h 螺旋管导程，m ； mac h 对流放热系数，W/m 2℃； mic h 核沸腾放热系数，W/m 2℃； f K 液体的导热系数，W/m ℃； L 螺旋管长度，m ； M 头数，个； Nu 努塞尔特数，无因次； g Nu 汽相努塞尔特数，无因次； n 轴向方向管子排数，个； w g ,Pr 管壁温度确定的汽相pr 数，无因次； Pr 普朗特数，无因次； Re 雷诺数，无因次；
华东交通大学 课程设计说明书 设计题目：热水冷却器的设计 学院：基础科学学院专业班级：应用化学一班学生姓名：王业贵 学号：211 指导教师：周枚花老师 完成日期：2013.6.28
目录 任务书 (3) 一、设计题目： (3) 二、设计目的： (3) 三、设计任务及操作条件 (3) 四、设计内容 (3) 五、课程设计说明书的内容 (4) 六、主要参考书 (4) 七、设计时间 (4) 前言 (5) 一、设计方案简介 (6) 1.1换热器的选择 (6) 1.2设计概述 (7) 1.3设计方案 (7) 1.4管程安排 (8) 二、确定物性数据 (8) 三、主要工艺参数计算 (9) 3.1热负荷 (9) 3.2平均传热温差 (9) 3.3冷却水用量 (9) 3.4初算传热面积 (9) 3.5工艺结构尺寸 (10) 3.5.1管径和管内流速 (10) 3.5.3平均传热温差校正及壳程数 (10) 3.5.4传热管排列和分程方法 (11) 3.5.5壳体直径 (11) 3.5.6折流板 (11) 3.5.7接管 (12) 四、压降核算 (12) 4.1传热面积校核 (12) 4.1.1管程传热膜系数 (12) 4.1.2壳程传热膜系数 (13) 4.1.3污垢热阻和管壁热阻 (14) 4.1.4总传热系数K (14) 4.1.5传热面积校核 (14) 4.2换热器内压降的核算 (15) 4.2.1管程阻力 (15) 4.2.2壳程阻力 (16) 五、主要结构尺寸和计算结果 (17) 六、心得体会 (18) 七、参考文献 (18) 八、附图（工艺流程、主体设备工艺条件图） (18)
热交换器原理与设计 题型：填空20％名词解释（包含换热器型号表示法）20％ 简答10％计算（4题）50％ 0 绪论 ?热交换器：将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) ?热交换器的分类：按照热流体与冷流体的流动方向分为：顺流式、逆流式、错流式、混流式 ?按照传热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式。(2013-2014学年第二学期考题[填空]) 1 热交换器计算的基本原理（计算题） ?热容量（W＝Mc）：表示流体的温度每改变1℃时所需的热量?温度效率（P）：冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) ?传热有效度（ε）：实际传热量Q与最大可能传热量Q max之比 2 管壳式热交换器 ?管程：流体从管内空间流过的流径。壳程：流体从管外空间流过的流径。 ?<1-2>型换热器：壳程数为1，管程数为2 ?卧式和立式管壳式换热器型号表示法（P43）(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])
记：前端管箱型式:A——平盖管箱B——封头管箱 壳体型式:E——单程壳体 F——具有纵向隔板的双程壳体 H——双分流 后盖结构型式:P——填料函式浮头 S——钩圈式浮头 U——U 形管束 ?管子在管板上的固定：胀管法和焊接法 ?管子在管板上的排列：等边三角形排列（或称正六边形排列）法、同心圆排列法、正方形排列法，其中等边三角形排列方式是最合理的排列方式。(2013-2014学年第二学期考题[填空]) ?管壳式热交换器的基本构造：⑴管板⑵分程隔板⑶纵向隔板、折流板、支持板⑷挡板和旁路挡板⑸防冲板 ?产生流动阻力的原因：①流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源；②固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。 ?热交换器中的流动阻力：摩擦阻力和局部阻力 ?管壳式热交换器的管程阻力：沿程阻力、回弯阻力、进出口连接管阻力 ?管程、壳程内流体的选择的基本原则：（P74） 管程流过的流体：容积流量小，不清洁、易结垢，压力高，有腐蚀性，高温流体或在低温装置中的低温流体。(2013-
冷凝器换热计算 第一部分:设计计算一、设计计算流程图
二、 设计计算（以HLR ４5S 为例） 1、已知参数 换热参数: 冷凝负荷:Ｑk =６１０00W 冷凝温度：t k =50℃ 环境风温度：t a1＝３5℃ 冷凝器结构参数： 铜管排列方式:正三角形叉排 翅片型式:开窗片，亲水膜 铜管型式:光管 铜管水平间距：S 1=25.4ｍm 铜管竖直方向间距:S 2＝22m ｍ 紫铜光管外径:d ０=9.52ｍm 铜管厚度:δt =0。35ｍm 翅片厚度：δf ＝0。１15m ｍ 翅片间距：S f =１.8ｍm 冷凝器尺寸参数 排数：N C ＝3排 每排管数:N B ＝５2排 2、计算过程 1)冷凝器的几何参数计算 翅片管外径:f b d d δ20+== 9。75 ｍm 铜管内径:t i d d δ-=0＝8．８2 mm 当量直径:) ()(2))((4411f f b f f b eq S d S S d S U A d δδ-+---===３.04 ｍｍ 单位长度翅片面积:32 2110/)4(2－?-=f b f S d S S f π＝0．５37 m 2/m 单位长度翅片间管外表面积：310/)(－?-=f f f b b s S d f δπ＝０.0286 ｍ２／m
单位长度翅片管总面积:b f t f f f +==0。5６666 m 2/m 翅片管肋化系数:i t i t d f f f πβ== ＝２０.46 ２)空气侧换热系数 迎面风速假定:f w ＝2.6 m/s 最窄截面处风速:))(/(11max b f f f f d S S w S S w --=δ=4.5 m/ｓ 冷凝器空气入口温度为:t ａ1=3５℃ 取出冷凝器时的温度为:t a2=43℃ 确定空气物性的温度为：2/)(21a a m t t t +=＝39℃ 在tm ＝39℃下，空气热物性: v f =17。５×10－6m ２/s,λf =0。02６4W ／ｍK ，ρf =１。09５5k ｇ/m ３,C Ｐa ＝1.１03k Ｊ/（k ｇ＊℃) 空气侧的雷诺数:f eq f v d w /Re max = ＝783．7 由《制冷原理与设备》中公式(7－3６),空气侧换热系数 m eq eq n f f O d d C ???? ??=γλαRe '=50.3 W/m 2K 其中： 362)(103)(000425.0)(02315.0518.0eq eq eq d d d A γγγ -?-+-=＝0。185２ ????? ??-=1000Re 24.036.1f A C =0.217 eq d n γ0066 .045.0+==0.59３1 ? ?1000Re 08.028.0f m +-==-0。21７ 铜管差排的修正系数为1。１,开窗片的修正系数为1。2,则空气侧换热系数为：(开窗片、波纹片的修正系数有待实验验证） 'o o αα=×1.1×1．２=６6．４1 W/m ２K
冷却器毕业设计 篇一：换热器冷却器课程设计 课程设计任务书 1、设计题目：年处理量20万吨柴油冷却器的设计 2、操作条件： （1）柴油：入口温度175℃；出口温度90℃； （2）冷却介质：采用循环水，入口温度20℃，出口温度50℃； （3）允许压降：不大于105Pa； （4）柴油定性温度下的物性数据： ?c＝720kg/m3 ?c?6.6?10-4Pa.S cpc?2.48kJ/(kg.0c) ?c?0.133w/(m.0c) （5）每年按330天计，每天24小时连续生产。 3、设计任务： （1）处理能力：XX00t/a柴油； （2）设备型式：列管式换热器； （3）选择适宜的列管换热器并进行核算； （4）绘制带控制点的工艺流程图和设备结构图，并编写设计说明书。 摘要
柴油冷却器是帮助柴油散热的一个装置。本次课程设计采用浮头式换热器来实现柴油冷却。在设计中，主要以循环水为冷却剂，在给定的操作条件下对柴油冷却器进行设计。 本设计的内容包括：1、设计方案的确定：换热器类型的选择、流动空间的选择等。2、换热器的工艺计算：换热器面积的估算、换热器工艺尺寸的计算、换热器的核算等。 3、操作条件图等内容。 目录 摘要 ................................................ ................................................... ................................................... (2) ABSTRACT .......................................... ................................................... ................................ 错误！未定义书签。 第1章绪论 ................................................ ................................................... ................................................... . (3) 1.1换热器技术概
换热器设计计算步骤 1. 管外自然对流换热 2. 管外强制对流换热 3. 管外凝结换热 已知：管程油水混合物流量 G ( m 3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)， 管子内径di (m)，热水温度 t ℃， 油水混合物进口温度 t 1’, 油水混合物出口温度 t 2” ℃。 1. 管外自然对流换热 1.1 壁面温度设定 首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，t w ℃， 热水温度为t ℃，油水混合进口温度为'1t ℃，油水混合物出口温度为"1t ℃。 "w 11 t ()2 t t =+ 1.2 定性温度和物性参数计算 管程外为水，其定性温度为1()K -℃ 21 ()2 w t t t =+ 管程外为油水混合物，定性温度为'2t ℃ ''"2111 ()2t t t =+ 根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值 一般需要查出的为密度ρ (3/kg m ),导热系数λ(/())W m K ?，运动粘度2(/)m s ，体积膨胀系数a 1()K -，普朗特数Pr 。
表1 油水物性参数表 水 t ρ λ v a Pr 10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52 20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02 30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42 40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31 50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54 60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99 70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55 80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21 90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95 100 958.4 0.683 0.000000295 0.00075 1.75 油 t ρ λ v a Pr 10 898.8 0.1441 0.000564 6591 20 892.7 0.1432 0.00028 0.00069 3335 30 886.6 0.1423 0.000153 1859 40 880.6 0.1414 9.07E-05 1121 50 874.6 0.1405 5.74E-05 723 60 868.8 0.1396 3.84E-05 493 70 863.1 0.1387 0.000027 354 80 857.4 0.1379 1.97E-05 263 90 851.8 0.137 1.49E-05 203 100 846.2 0.1361 1.15E-05 160 1.3 设计总传热量和实际换热量计算 0m v Q Cq t Cq t ρ=?=?v v C q t C q t αρβρ=?+?油油水水 C 为比热容/()j kg K ?，v q 为总体积流量3 /m s ，αβ分别为在油水混合物中 油和水所占的百分比，t ?油水混合物温差，m q 为总的质量流量/kg s 。 实际换热量Q 0Q Q *1.1/0.9= 0.9为换热器效率，1.1为换热余量。 1.4 逆流平均温差计算
本科毕业设计 (论文) 轻质燃油冷却器设计 Design of Light Fuel Oil Cooler 学院：机械工程学院 专业班级：过程装备与控制工程装备091 学生姓名： xxx 学号： 010912xxx 指导教师：张志文（副教授） 2013 年6 月
目录 1 绪论 (1) 2 结构设计 (2) 2.1 换热器类型的确定 (2) 2.2换热管结构尺寸设计 (2) 2.3壳体和管箱结构设计 (3) 2.4分程结构设计 (4) 2.5折流板和支持板结构 (4) 2.6拉杆和定距管 (5) 2.7防冲板和旁路挡板 (6) 2.8接管及其法兰的选择 (6) 3 强度计算和校核 (7) 3.1筒体和封头设计 (7) 3.2温差应力和管子拉脱力计算 (8) 3.3法兰装置的设计及选型 (10) 3.4固定管板的设计和计算 (12) 3.5开孔补强的校核 (22) 3.6支座设计及选型 (26) 结论 (28) 致谢 (29) 参考文献 (30)
1 绪论 1.1 换热器简介 换热器是一种非常重要的换热设备，能够把热量从一种介质传递给另一种介质，在各种工业领域中有很广泛的应用。尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用更广泛。换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能。 1.2 换热器分类 换热器的种类很多，根据不同的工业领域可以选用不同的换热器，可以更大的发挥换热器的传递热量的作用。现在由于人们追求换热器重量轻、占地面积少、使用经济性高，从而推动了紧凑式换热表面的发展，所以紧凑式换热器在实际应用中种类很多。管壳式的换热器在过程工业中的应用很广泛。除了工业中用到的主要换热器种类，如紧凑式换热器、管壳式换热器、再生器和板式换热器外，还有其他特殊的换热器，如双套管、热管、螺旋式、板壳式、夹套式等。 1.3 换热器的发展趋势 近年来,随着全球能源形势的日趋紧张，常规能源的日益减少，节能降耗越来越受到人们的重视。换热器是化工、石油、钢铁、汽车、食品及许多其他工业部门的通用设备，是调节工艺介质温度以满足工艺需求以及回收余热以实现节能降耗的关键设备，其换热性能和动力消耗关系到生产效率和节能降耗水平，其重量和造价决定了整个生产系统的投资。根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，在现代石油化工企业中换热器的投资约占全部投资的30%-40%，其重要性可想而知。国内对换热器强化换热技术的研究，主要集中在对换热器内流体液态变化以及对各部件的参数优化两方面。而其他各国对强化技术研究的侧重点不同。 换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。 本课题所设计的轻质燃油冷却器是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计换热器产品，熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中去，为以后的工作和学习打下扎实基础。
2.4 列管换热器设计示例 某生产过程中，需将6000 kg/h的油从140℃冷却至40℃，压力为0.3MPa；冷却介质采用循环水，循环冷却水的压力为0.4MPa，循环水入口温度30℃，出口温度为40℃。试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。 1．确定设计方案 （1）选择换热器的类型 两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃冷流体(循环水)进口温度30℃，出口温度40℃。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。 （2）流动空间及流速的确定 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，油品走壳程。选用ф25×2.5的碳钢管，管内流速取u i=0.5m/ｓ。 2．确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值。 壳程油的定性温度为(℃) 管程流体的定性温度为(℃) 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在90℃下的有关物性数据如下： 密度ρo=825 kg/m3 定压比热容c po=2.22 kJ/(kg·℃) 导热系数λo=0.140 W/(m·℃) 粘度μo=0.000715 Pa·s 循环冷却水在35℃下的物性数据： 密度ρi=994 kg/m3 定压比热容c pi=4.08 kJ/(kg·℃) 导热系数λi=0.626 W/(m·℃) 粘度μi=0.000725 Pa·s 3．计算总传热系数 （1）热流量 Q o=W o c poΔt o=6000×2.22×(140-40)=1.32×106kJ/h=366.7(kW) （2）平均传热温差 (℃) （3）冷却水用量 (kg/h)
目录 设计目录 (1) 一设计任务书 (3) 二物性参数的确定 (4) 三设计方案的确定 (4) 1选择换热器的类型 (4) 2流程安排 (5) 四估算传热面积 (5) 1换热器的热负荷 (5) 2平均传热温差 (6) 3传热面积 (6) 五工程结构尺寸 (7) 1管径和管内的流速 (7) 2管程数和传热管数 (7) 3平均传热温差校正及壳程数 (7) 4传热管排列和分程方法 (8) 5管体内径 (8) 6折流板 (8) 7其它附件 (9) 8接管 (9) 六换热器的核算 (9) 1传热能力的核算 (9)
①管程传热膜系数 (9) ②污垢热住和关闭热阻 (10) ③壳程对流传热膜系数α (10) ④总传热系数K (11) ⑤传热面积裕度 (11) 2换热器内流体的流动阻力 (12) 校核①管程流体的阻力 ②壳程流体的阻力 七换热器的主要工艺结构尺寸和计算结果表 (13) 八设备参数的计算 (14) 1壳体壁厚 (14) 2接管法兰 (15) 3设备法兰 (15) 4封头管箱 (15) 5设备法兰用垫片 (15) 6管法兰用垫片 (16) 7管板 (16) 8支垫 (16) 9设备参数总表 (16) 九参考文献 (17) 十学习体会与收获 (18) 十一重要符号说明 (20)
一. 设计任务书 化工原理课程设计任务书 专业过程装备与控制工程 班级 姓名设计题目循环水冷却器设计 设计条件1设备处理量74T/h 2循环水入口温度55 摄氏度出口温度40摄氏度 3冷却水入口温度20 摄氏度出口温度40摄氏度 4常压冷却热损失5% 5两侧污垢的热阻0.00017(m2℃)/W 6初设k= 900W/(m℃) 设计要求 1设计满足以上条件的换热器并写出设计说明 2根据所选换热器患处设备装配图 指导教师 二计算物性参数 1、定性温度下两流体的物性参数
2、设计方案的选择 2．1换热器型式的选择 在乙醇精馏过程中塔顶一般采用的换热器为列管式换热器，故初步选定在此次设计中的换热器为列管式换热器。 列管式换热器的型式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。在乙醇精馏的过程中乙醇是在常压饱和温度下冷凝，进口温度为76℃，出口温度为45。冷却介质为水，入口温度为24℃，出口温度为36℃，两流体的温度差不是很大，再根据概述中各种类型的换热器的叙述，综合以上可以选用固定管板式换热器。 2．2流体流速的选择 流体流速的选择涉及到传热系数、流动阻力及换热器结构等方面。增大流速，可加大对流传热系数，减少污垢的形成，使总传热系数增大；但同时使流动阻力加大，动力消耗增多；选择高流速，使管子的数目减小，对一定换热面积，不得不采用较长的管子或增加程数，管子太长不利于清洗，单程变为多程使平均传热温差下降。因此，一般需通过多方面权衡选择适宜的流速。表1至表3列出了常用的流速范围，可供设计时参考。选择流速时，应尽可能避免在层流下流动。 表1 管壳式换热器中常用的流速范围 流体的种类一般流体易结垢液体气体 流速，m/s 管程0.5 ~3.0 > 1.0 5.0 ~30 壳程0.2 ~1.5 > 0.5 3.0 ~15 表2 管壳式换热器中不同粘度液体的常用流速 液体粘度，mPa·s > 1500 1500 ~500 500 ~100 100 ~35 35 ~ 1 < 1 最大流速，m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 2.4 表3 管壳式换热器中易燃、易爆液体的安全允许速度 液体名称乙醚、二硫化碳、苯甲醇、乙醇、汽油丙酮 安全允许速度，m/s < 1 < 2 ~3 < 10 由于使用的冷却介质是井水，比较容易结垢，乙醇则不易结垢。水和乙醇的粘度都较小，参考以上三个表格数据可以初步选定管程流速为0.9m/s，壳程流速为7m/s。 2．3流体出口温度的确定 冷却介质水的入口温度24℃，出口温度为36℃，故，可以求得水的定性温度为：Tm=30℃ 热流体乙醇在饱和温度下冷凝，故可以确定入口温度和出口温度相同，故乙醇的定性温度Tm=60.5℃。
南京工业大学《材料工程原理B》课程设计 设计题目：煤油冷却器的设计 专业：高分子材料科学与工程 班级：高材0801 学号： 1102080104 姓名：夏亚云 指导教师：周勇敏 日期： 2010/12/30 设计成绩：
目录 一.任务书 (3) 1.1.设计题目 1.2.设计任务及操作条件 1.3.设计要求 二.设计方案简介……………………………………………………………………………………… .-3- 2.1.换热器概述 2.2 列管式换热器 2.3.设计方案的拟定 2.4.工艺流程简图 三.热量设计 (5) 3.1.初选换热器的类型 3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定 3.3.确定物性数据 3.4.计算总传热系数 3.5.计算传热面积 四.工艺结构设计 (8) 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4.3.平均传热温差校正及壳程数 4.4.传热管排列和分程方法 4.5.壳程内径及换热管选型汇总 4.6.折流板 4.7.接管 五.换热器核算 (13) 5.1.热量核算 5.2.压力降核算 六.辅助设备的计算和选择 (17) 6.1.水泵的选择 6.2.油泵的选择 七.设计结果表汇 (20) 八.参考文献 (20) 九.心得体会 (21) 附图：（主体设备设计图，工艺流程简图）
§一．化工原理课程设计任务书 1.1设计题目 煤油冷却换热器设计 1.2设计任务及操作条件 1、处理能力15.8×104t/y 2、设备型式列管式换热器 3、操作条件 （1）煤油：入口温度140℃，出口温度40℃ （2）冷却介质：工业硬水，入口温度20℃，出口温度40℃ （3）油侧与水侧允许压强降：不大于105 Pa （4）每年按330天计，每天24小时连续运行 （5）煤油定性温度下的物性参数： 1.3设计要求 选择合适的列管式换热器并进行核算 1.4绘制换热器装配图 （见A4纸另附） §二．设计方案简介 2.1换热器概述 换热器是化工，炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%~20%，在炼油厂约占总费用35%~40%。换热器在其他部门，如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的意义。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。 换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器
列管式换热器的设计计算 1．流体流径的选择 哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换 热器为例) (1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。 (2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 (3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。 (4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。 (5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 (6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用 多管程以增大流速。 (7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和 流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。 在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。 2. 流体流速的选择 增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。 此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准； 单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。 3. 流体两端温度的确定 若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。为了节省水量，可使水的出口温度提高些，但传热面积就需要加大；为了减小传热面积，则要增加水量。两者是相互矛盾的。一般来说，设计时可采取冷却水两端温差为5～10℃。缺水地区选用较大的温度 差，水源丰富地区选用较小的温度差。 4. 管子的规格和排列方法 选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5mm及φ19×mm两种 规格的管子。 管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。一般出厂的标准钢管长为6m，则合理的换热器管长应为1.5、2、3或6m。系列标准中也采用这四种管长。此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。 如前所述，管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，如第五节中图4－25所示。等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。 管子在管板上排列的间距(指相邻两根管子的中心距)，随管子与管板的连接方法不同而异。通常，胀管法取t=(1.3～1.5)do，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t≥(d+6)。焊接法取t=1.25do。 5. 管程和壳程数的确定当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程流体