U型管换热器设计方案
用户：上海航天能源股份有限公司
型号： KSI600D-1500 任务书编号： SR12023 工作令： SWA12171 图号： SW01-013-00
编制：日期：
1、设计标准
本设计中U型管换热器属于换热设备，属管壳式（列管式）换热器。应以安全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性，足够的安全寿命。设计标准如下：
a. TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》
b. GB151-1999《管壳式换热器》
c. GB150.1~150.4-2011《压力容器》
c. HG20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》
d. JB4712.2-2007《容器支座》
2、U型管换热器的特点
U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定在同一管板上，这一换热器的优点是：管束可以自由伸缩，不会因为管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。
缺点：管内清洗不便，管束中间
部分的管子难以更换，又因最内层管
子弯曲半径不能太小，在管板中心部
分部管不紧凑，所以管字数不能太多，
且管束中心部分存在间隙，使壳程流
体易于短路而影响壳程换热。此外，
为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部
分必须用壁较厚的管子。这就影响了
其适用场合，仅宜用于管壳壁温相差
较大，或壳程介质易结垢而管程介质
不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的
场合。
3、材料选择
一、管程材料
①筒体与封头的材料选择：
该设备管程设计压力1.0MPa，设计温度70°，介质为天然气。天然气最主要的成分是甲烷，经过处理的天然气具有无腐蚀性，因此可选用一般的钢材。由操作条件可知，该容器属于低压、常温范畴。在常温下材料的组织性和力学性能没有明显的变化。但根据客户的要求，选用材料S31603 ，执行GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》的相关要求。
②换热管的材料选择：
根据该设备的压力、温度、介质的腐蚀程度，按照GB151《管壳式换热器》及客户技术规格书中的换热管有关要求，选用GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》材质，牌号为：00Cr17Ni14Mo2。
③管板材质的选择：
根据GB151《管壳式换热器》中的管板材料的有关要求，可以选用钢板及锻件。本台设备管板较厚，依据标准选择S31603II级锻件，符合标准NB/T47010-2009承压设备不锈钢及耐热钢锻件的要求。
④接管的材料选择：
根据GB150《钢制压力容器》引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的要求，故选择00Cr17Ni14Mo2 GB14976-2002《流体输送用不锈钢无缝钢管》作各型号接管。因设备设计压力较高，涉及到开孔补强问题，在后面的强度计算过程中，选择S31603II锻件作为接管材料。
⑤法兰的材料选择：
法兰选用HG/t20615-2009钢制管法兰，材质：S31603II，符合NB/T47010-2009承压设备不锈钢及耐热钢锻件标准。
二、壳程材料：
①筒体与封头的材料选择：
该设备管程设计压力1.0MPa，设计温度70°，介质为热水。因此可选用一般的钢材。由操作条件可知，该容器属于低压、常温范畴。在常温下材料的组织性和力学性能没有明显的变化。但根据客户的要求，选用材料S31603 ，执行GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》的相关要求。
②接管的材料选择：
根据GB150《钢制压力容器》引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的要求，故选择00Cr17Ni14Mo2 GB14976-2002《流体输送用不锈钢无缝钢管》作各型号接管。因设备设计压力较高，涉及到开孔补强问题，在后面的强度计算过程中，选择S31603II锻件作为接管材料。
③法兰的材料选择：
法兰选用ASME B16.5-2009钢制管法兰，材质：S31603II，符合NB/T47010-2009承压设备不锈钢及耐热钢锻件标准。
三、其他附件、连接件：
与受压件相焊的的垫板，选用与壳体一致的材料：S31603 GB24511-2009；
其余非受压件，选用Q235-B GB3274 《碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和钢带》；
设备紧固件选用JB/T4707-2000《等长双头螺柱》、GB/T6170-2000六角螺母；
4、设计参数的确定
根据用户提供的容器运行条件，确定该设备的设计参数如下：
5、结构设计
一、管箱设计：
①管箱筒体强度设计：
前端管箱筒体计算结果 计算单位 江苏盛伟过滤设备有限公司 计算所依据的标准
GB 150.3-2011
计算条件
筒体简图
计算压力 P c 1.00
MPa
设计温度 t 70.00 ? C
内径 D i 600.00
mm 材料
S31603 ( 板材 )
试验温度许用应力 [σ] 120.00
MPa 设计温度许用应力 [σ]t 120.00
MPa 试验温度下屈服点 σs 180.00
MPa 钢板负偏差 C 1 0.30
mm 腐蚀裕量 C 2 0.00
mm 焊接接头系数 φ
0.85
厚度及重量计算 计算厚度 δ = P D P c i
t c
2[]σφ- = 2.96
mm
有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 9.70 mm 名义厚度 δn = 10.00 mm 重量 225.65 Kg
压力试验时应力校核
压力试验类型 液压试验
试验压力值 P T = 1.25P
[][]σσt
= 1.5000 (或由用户输入)
MPa
压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ 0.90 σs = 162.00
MPa
试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = 55.46 MPa
校核条件 σT ≤ [σ]T
校核结果
合格
压力及应力计算
最大允许工作压力 [P w ]=
2δσφδe t i e []()
D += 3.24553
MPa 设计温度下计算应力 σt
= P D c i e e
()
+δδ2= 31.43 MPa [σ]t φ 102.00
MPa
校核条件 [σ]t φ ≥σt
结论 合格
②管箱封头强度设计：
前端管箱封头计算结果
计算单位 江苏盛伟过滤设备有限公司
计算所依据的标准
GB 150.3-2011 计算条件
椭圆封头简图
计算压力 P c 1.00 MPa
设计温度 t 70.00 ? C 内径 D i 600.00 mm 曲面深度 h i 150.00
mm 材料
S31603 (板材) 设计温度许用应力 [σ]t 120.00 MPa 试验温度许用应力 [σ] 120.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.00 mm 腐蚀裕量 C 2 0.00 mm
焊接接头系数 φ 1.00
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
试验压力值 P T = 1.25P c = 1.5000 MPa 压力试验允许通过的应力[σ]t
[σ]T ≤ 0.90 σs = 162.00 MPa 试验压力下封头的应力
σT = φδδ.4).(e e i T D p += 51.51
MPa
校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果 合格
压力试验时应力校核
压力试验类型 液压试验 试验压力值 P T = 1.25P c = 1.5000 MPa 压力试验允许通过的应力[σ]t
[σ]T ≤ 0.90 σs = 162.00 MPa 试验压力下封头的应力
σT = φδδ.2)5.0.(e e i T KD p += 51.51
MPa
校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果 合格
厚度及重量计算
形状系数
K = ???
????????? ??+2
i i 2261h D = 1.0000 计算厚度 δh = KP D P c i
t c 205[].σφ- = 2.51
mm 有效厚度
δeh =δnh - C 1- C 2= 8.80
mm
③管板的强度计算：
U 型管换热器管板计算
计算单位 江苏盛伟过滤设备有限公司
设 计 条 件
壳程设计压力s p 1.00 MPa 管程设计压力p t 1.00 MPa 壳程设计温度t s 70.00 ? C 管程设计温度t t 70.00 ?C 壳程筒体壁厚δs 10.00 mm 管程筒体壁厚δh 10.00 mm 壳程筒体腐蚀裕量 C 0.00 mm 管程筒体腐蚀裕量 C 0.00 mm 换热器公称直径D i 600.00
mm
换热管使用场合
严格场合 管板与法兰或圆筒连接方式 ( a b c d 型 ) a 型 换热管与管板连接方式 ( 胀接或焊接 ) 焊接 材料(名称及类型) S31603 锻件 名义厚度δn 52.00 mm 管 强度削弱系数 μ 0.40 刚度削弱系数 η 0.40 材料泊松比 ν 0.30
隔板槽面积 A d
32092.50 mm 2 换热管与管板胀接长度或焊脚高度 l 4.00
mm 设计温度下管板材料弹性模量E p 191250.00 MPa
设计温度下管板材料许用应力[]σr t 104.50
MPa 许用拉脱力 []q 58.50 MPa 壳程侧结构槽深 h 1 0.00 mm 板 管程侧隔板槽深 h 2 4.00 mm 壳程腐蚀裕量C s 0.00 mm 管程腐蚀裕量C t 0.00
mm 材料名称 00Cr17Ni14Mo2 换
管子外径 d
19.00
mm
最小厚度 δmin = 2.00 mm 名义厚度 δnh = 8.80
mm 结论 满足最小厚度要求 重量
30.31
Kg
热 管子壁厚 t δ 2.00 mm 管 U 型管根数 n 200
根 换热管中心距 S
25.00 mm 设计温度下换热管材料许用应力 []σt t 117.00 MPa
垫片材料 软垫片 压紧面形式 1a 或1b 垫 垫片外径 D o 660.00 mm 片 垫片内径 D i
620.00 mm a 型 垫片厚度 δg
mm 垫片接触面宽度 Ω
mm
垫片压紧力作用中心园直径 D G
644.00
mm E f ' ( c 型 ) 管板材料弹性模量 191250.00 MPa E f '' ( d 型 ) 管板材料弹性模量 191250.00
MPa E h ( b d 型 )
管箱圆筒材料弹性模量
191250.00
MPa E s ( b c 型 ) 壳程圆筒材料弹性模量 191250.00 MPa b f ( c d 型 )
管板延长部分形成的凸缘宽度
0.00 mm δf ' ( c 型 ） 壳体法兰或凸缘厚度 0.00
mm δf '' ( d 型 )
管箱法兰或凸缘厚度
0.00
mm
参数计算
管板布管区面积 三角形排列
A nS A t d =+=17322. 248592.50
mm 2
A t 正方形排
列
A nS A t d =+=22
一根换热管管壁 金属横截面积a a d =-πδδtn tn () = 106.81 mm 2
管板开孔前抗 弯刚度 D b c d 型
D E =
?-=p 2
δν3121()
0.00
N ·mm 管板布管区当 量直径D t D A t t ==4π562.60
mm
半径 R a 型 R D ==G
2 322.00 mm
其他
R D ==i 2
系数 ρt ρt t ==D R 20.87
系数 ω' 按δs i D 和δf 'i D 查图得 : ω' = 0.000000 系数 ω''
按δh
i D 和δf
''i D 查图得 : ω''= 0.000000
壳程圆筒与法兰或凸缘的旋转刚度参数 K f '
a d 型 K f '= 0
MPa
b c 型 K E b D b D E f '=+?? ???+??????
??=112223f 'f i f f
'i 's δω0.00
管箱圆筒与法兰
或凸缘的旋转刚度参数 K f ''
a ,c 型 K f ''= 0
MPa
b ,d 型
K E b D b D E f ''f ''f i f f ''i ''h =+?? ???+??????
??=112223δω0.00 管板边缘旋转刚
参数 K f a 型 K f = 0
MPa 其他
K K K f f 'f
''=+=0.00 旋转刚度无量 刚系数 ~
K f
==f t 2i f 8~K D
D D K 0.00
系数
M e c ,,C C C
=c C 0.2825 按~
K f 和1ρt ,查图分别得: =e C 0.0445
=M C 0.0000
管板厚度或管板应力计算
a 管板计算厚度 δ
[]t
r d
c G
82.0σμδp C D = d p 取||s P 、||t P 大值
43.411
mm
型 管板名义厚度n δ t s n C C ++=δδ
48.000 mm
结 论 合格
管板中心处径 向应力σr r 0|= P s = 0 σμ
δr r 0c s t i |||==-?? ?
??=C P P D 2
MPa
P t = 0 σμ
δr r 0c s t i |||==-?? ?
??=C P P D 2
MPa b c d
布管区周边处 径向应力
P s = 0 σμδr r R e s t i t |||==-?? ?
??=C P P D 2
MPa
型
σr r R t
|= P t = 0 σμ
δr r R
e
s t i t
|||==-?? ?
??=C P P D 2
MPa 边缘处径向应
力 σr r R |= P s = 0 σδr r R M s t i |||==-?? ?
??=322
C P P D
MPa
P t = 0
σδr r R M s t i |||==-?? ?
??=32
2
C P P D
MPa
管板应力校核 单位：MPa
|σr|r=0 = []
15.σ
r
t
b P
s 工况|σr|r=Rt = []
15.σ
r
t
c |σr|r=R = []
15.σ
r
t
d
|σr|r=0 = []
15.σ
r
t
型P
t 工况|σr|r=Rt =[]
15.σ
r
t
|σr|r=R = []
15.σ
r
t
换热管轴向应力计算及校核σ
t
: MPa (单
位)
计算工况计算公式计算结果校核只有壳程设计压力P
s
,
管程设计压力P
t =0 :
|-2.65|
≤[]
σ
t
t
合格
只有管程设计压力P
t
,
壳程设计压力P
s =0 :
σ
π
t s t t
=---
()
P P
d
a
P
2
4
=
|1.65|
≤[]
σ
t
t
合格
壳程设计压力P
s
,管程
设计压力P
t 同时作用:
|-1.00|
≤[]
σ
t
t
合格
换热管与管板连接拉脱力校核
拉脱力q q
a
dl
=
?
=
σ
π
t 1.19≤[q]MPa
校核合格
重量69.12Kg 注：带＃号的材料数据是设计者给定的。
④进出口开孔补强计算：
开孔补强计算计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司
接管: A,B,φ219×8计算方法 : GB150-1998 等面积补强法, 单孔设计条件简图
计算压力p c1MPa
设计温度70℃
壳体型式圆形筒体
壳体材料名称及类型S31603 板材
壳体开孔处焊接接头系数φ0.85
壳体内直径D i600mm
壳体开孔处名义厚度δn10mm
壳体厚度负偏差C10.3mm
壳体腐蚀裕量C20mm
壳体材料许用应力[σ]t120MPa
接管实际外伸长度80mm
接管实际内伸长度0mm 接管材料00Cr17Ni14Mo2接管焊接接头系数1名称及类型管材
接管腐蚀裕量0mm 补强圈材料名称
凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm 补强圈外径mm 补强圈厚度mm
接管厚度负偏差C1t1mm 补强圈厚度负偏差C1r mm 接管材料许用应力[σ]t117MPa 补强圈许用应力[σ]t MPa 开孔补强计算
壳体计算厚度δ 2.956mm 接管计算厚度δt0.871mm 补强圈强度削弱系数f rr0接管材料强度削弱系数f r0.975
开孔直径d205mm 补强区有效宽度B410mm 接管有效外伸长度h140.5mm 接管有效内伸长度h20mm 开孔削弱所需的补强面积A606.9mm2壳体多余金属面积A11380mm2接管多余金属面积A2484mm2补强区内的焊缝面积A364mm2 A1+A2+A3=1928 mm2 ，大于A，不需另加补强。
补强圈面积A4mm2A-(A1+A2+A3) mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。
二、壳程结构强度设计：
①壳程筒体强度计算：
U 形管式换热器筒体计算结果
计算单位 江苏盛伟过滤设备有限公司 计算所依据的标准
GB 150.3-2011
计算条件
筒体简图
计算压力 P c 1.00
MPa
设计温度 t 70.00 ? C
内径 D i 600.00
mm 材料
S31603 ( 板材 )
试验温度许用应力 [σ] 120.00
MPa 设计温度许用应力 [σ]t 120.00
MPa 试验温度下屈服点 σs 180.00
MPa 钢板负偏差 C 1 0.30
mm 腐蚀裕量 C 2 0.00
mm 焊接接头系数 φ
0.85
厚度及重量计算 计算厚度 δ = P D P c i
t c
2[]σφ- = 2.96
mm
有效厚度 δe =δn - C 1- C 2= 9.70 mm 名义厚度 δn = 10.00 mm 重量 225.65 Kg
压力试验时应力校核
压力试验类型 液压试验
试验压力值 P T = 1.25P
[][]σσt
= 1.5000 (或由用户输入)
MPa
压力试验允许通过 的应力水平 [σ]T [σ]T ≤ 0.90 σs = 162.00
MPa
试验压力下 圆筒的应力 σT = p D T i e e .().+δδφ2 = 55.46 MPa
校核条件 σT ≤ [σ]T
校核结果
合格
压力及应力计算
最大允许工作压力 [P w ]=
2δσφδe t i e []()
D += 3.24553
MPa 设计温度下计算应力 σt
= P D c i e e
()
+δδ2= 31.43 MPa [σ]t φ 102.00
MPa
校核条件 [σ]t φ ≥σt
结论 合格
②壳程封头计算：
后端封头计算结果
计算单位 江苏盛伟过滤设备有限公司
计算所依据的标准
GB 150.3-2011 计算条件
椭圆封头简图
计算压力 P c 1.00 MPa
设计温度 t 70.00 ? C 内径 D i 600.00 mm 曲面深度 h i 150.00
mm 材料
S31603 (板材) 设计温度许用应力 [σ]t 120.00 MPa 试验温度许用应力 [σ] 120.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.00 mm 腐蚀裕量 C 2 2.00 mm
焊接接头系数 φ 0.85
压力试验时应力校核
压力试验类型
液压试验
试验压力值 P T = 1.25P c = 1.5000 MPa 压力试验允许通过的应力[σ]t
[σ]T ≤ 0.90 σs = 162.00 MPa 试验压力下封头的应力
σT = φδδ.4).(e e i T D p += 78.30
MPa
校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果 合格
压力试验时应力校核
压力试验类型 液压试验 试验压力值 P T = 1.25P c = 1.5000 MPa 压力试验允许通过的应力[σ]t
[σ]T ≤ 0.90 σs = 162.00 MPa 试验压力下封头的应力
σT = φδδ.2)5.0.(e e i T KD p += 78.30
MPa
校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果 合格
厚度及重量计算
形状系数
K = ???
?
??????
?
? ??+2
i i 2261h D = 1.0000 计算厚度 δh = KP D P c i
t c 205[].σφ- = 2.95
mm 有效厚度 δeh =δnh - C 1- C 2= 6.80 mm 最小厚度
δmin = 2.00
mm
③进出口补强计算：
开孔补强计算
计算单位
江苏盛伟过滤设备有限公司
接 管: C,D , φ114×6
计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔
设 计 条 件
简 图
计算压力 p c 1 MPa 设计温度 70 ℃
壳体型式 圆形筒体
壳体材料 名称及类型 S31603 板材
壳体开孔处焊接接头系数φ 0.85
壳体内直径 D i 600 mm 壳体开孔处名义厚度δn 10 mm 壳体厚度负偏差 C 1 0.3 mm 壳体腐蚀裕量 C 2 0 mm 壳体材料许用应力[σ]t
120 MPa
接管实际外伸长度 50 mm
接管实际内伸长度 0 mm 接管材料 00Cr17Ni14Mo2 接管焊接接头系数 1 名称及类型
管材
接管腐蚀裕量 0
mm 补强圈材料名称 凸形封头开孔中心至 封头轴线的距离
mm 补强圈外径 mm 补强圈厚度
mm 接管厚度负偏差 C 1t 0.75 mm 补强圈厚度负偏差 C 1r mm 接管材料许用应力[σ]t 117 MPa 补强圈许用应力[σ]t
MPa
开 孔 补 强 计 算
壳体计算厚度δ 2.956 mm 接管计算厚度δt
0.438 mm 补强圈强度削弱系数 f rr 0 接管材料强度削弱系数 f r 0.975 开孔直径 d
103.5 mm 补强区有效宽度 B 207 mm 接管有效外伸长度 h 1
24.92
mm
接管有效内伸长度 h 2
mm
名义厚度 δnh = 8.80
mm 结论 满足最小厚度要求 重量
30.31
Kg
压 力 计 算
最大允许工作压力
[P w ]= 205[].σφδδt e
i e KD += 2.29897
MPa
结论
合格
开孔削弱所需的补强面积A306.7mm2壳体多余金属面积A1696.3mm2接管多余金属面积A2233.8mm2补强区内的焊缝面积A336mm2 A1+A2+A3=966.1 mm2 ，大于A，不需另加补强。
补强圈面积A4mm2A-(A1+A2+A3) mm2结论: 补强满足要求,不需另加补强。
6、SW6软件校核结果
U形管换热器设备计算计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司壳程设计压力 1.00MPa 管程设计压力 1.00 MPa
壳程设计温度70.00℃管程设计温度70.00 ℃筒体公称直径600.00mm 筒换热器筒体最小壁厚 4.50mm 筒体名义厚度10.00mm 体校核合格
筒体法兰厚度58.00
校核合格
前端管箱筒体名义厚度10.00mm 前校核合格
端前端管箱封头名义厚度8.80mm 管校核合格
箱前端管箱法兰厚度58.00mm 校核合格
后端后端管箱封头名义厚度8.80mm 管箱校核合格
管管板厚度52.00 mm 板校核合格
7、焊接接头型式的选择
根据设计规范，应选用全焊透的焊接接头，型式如下图所示：
8、画出设计总设备图及零件图
化工原理课程设计说明书 列管式换热器的选用和设计 苏州科技学院 班级应化0921 姓名朱子屹 指导教师杨兰 2011-6-30 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 欲用井水将6000kg/h的煤油从140℃冷却至40℃，冷水进、出口温度分别为30℃和40℃。若要求换热器的管程和壳程压强降不大于30kpa，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。 名称水煤油 密度 994 825 比热 4.08 2.22 导热系数 0.626 0.14 粘度 0.725×10^-3 0.715×10^-3 2.概述和设计方案简介 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和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
——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
毕业设计-换热器设计模版
一、 设计参数 过热蒸汽压力P 1：0.35Mpa ；入口温度T 1：250C ；出口温度T 2：138.89C （查水和水 蒸汽热力性质图表P11）；传热量Q ：375400kJ/h 。 冷却水压力P 2：0.7MPa ；入口温度t 1：70C ；出 口温度t 2（C ）；水流量m 2：45320kg/h 。 水蒸汽走管程，设计温度定为300C ，工作压力 为0.35Mpa （绝压）；冷却水走壳程，设计温度定位100C ，工作压力为0.9Mpa （绝压）。 二、 工艺计算 1.根据给定的工艺条件进行热量衡算 )t t ()()T T (1 2 2 2 2 1 2 1 1 2 1 1 1 p p c m Q h h m c m Q 查水和水蒸汽热力性质图表得 0.3MPa ，140C ，2738.79kJ/kg 250C ，2967.88 kJ/kg 0.4MPa, 150C ，2752.00 kJ/kg 250C ，2964.50 kJ/kg 采用插值法得到：0.35MPa 水蒸汽从138.89C 到 250C 的焓变为：234.6 kJ/kg h kg h h Q m /16006.234/375400)/(1 211 由表得70C 时水的比热2 p c 为4.187C kg J /k （【1】《化
200C 粘度0.136mPa/s ，导热系数 1.076C m W ，比热容4.505C kg kJ /【3】 得：194.45 C 时密度 3 16193.1m kg ，粘度 s 0.14m Pa 1 ，导热系数C m W 0699.11 ；比热容 C kg kJ c p /479.41 588 .00699 .100014 .044791 1 11 p r c P 0.7MPa ，70.99C 时水的物性参数：（【4】《化 工原理》P525页） 70C 密度977.83 m kg ，粘度0.406mPa/s ，导 热系数0.668C m W ，比热容4.187C kg kJ /[4] 80C 密度971.83 m kg ，粘度0.355mPa/s ，导 热系数0.675C m W ，比热容4.195C kg kJ /[4] 得：70.99 C 时密度 3 271.926m kg ，粘度 s 0.383m Pa 2 ，导热系数C m W 671.02 ；比热容 C kg kJ c p /329.42 393 .2667 .0000383 .043292 2 22r p c P 3.初定换热器尺寸 ①已知传热量Q
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 ?
化工原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计班级：09化工 设计者：陈跃 学号：20907051006 设计时间：2012年5月20 指导老师：崔秀云
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.......................................................................... - 19 - 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)
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求： =0.727Χ10-3Pa.s 密度ρ=994kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ =1.15Χ10-3Pa.s 密度ρ=880kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
4、传热面积的计算。 平均温度差 确定R和P值 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0==75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：，取n为123 管长：=12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。（2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm D i=t(n c—1)+2e=19×(—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。
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)
毕业设计开题报告 论文题目: 抽余液塔底换热器设计 学院化工装备学院 专业：过程装备与控制工程 学生姓名：邓华 指导教师：翟英明(高级工程师) 开题时间：2015年3月16日 一、选题目的 1、通过毕业设计，练习综合运用课程和实践的基本知识，进行融会贯通的独立思考。 2、在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到化工换热器设计的主要程序和方法。 3、培养分析和解决工程实际问题的能力。 4、树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。 5、通过此次设计任务，学会换热器的结构及强度设计计算及制造、检修和维护方法。 二、选题意义 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。换热器是实现传热过程的基本设备。而此设备是比较典型的传热设备。 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。 化工、石油等行业中广泛使用各种换热器，它们是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备，在工业设备价值及作用方面占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一方面是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。 三、国内现状 目前，我国换热器产业的市场规模大概为700亿人民币，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。2010年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10～15%左右的速度增长。到2015年，我国换热器产
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
第1章 浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及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，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大
（封面） XXXXXXX学院 列管式换热器课程设计报告 题目： 院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 时间：年月日 目录
1、设计题目（任务书） (2) 2、流程示意图 (3) 3、流程及方案的说明和论证 (3) 4、换热器的设计计算及说明 (4) 5、主体设备结构图 (10) 6、设计结果概要表 (11) 7、设计评价及讨论 (12) 8、参考文献 (12) 附图：主体设备结构图和花版设计图 一．任务书
（一）设计题目： 列管式冷却器设计 （二）设计任务： 将自选物料用河水冷却或自选热源加热至生产工艺所要求的温度 （三）设计条件： 1.处理能力：G=学号最后2位×300t物料/d； 2.冷却器用河水为冷却介质，考虑广州地区可取进口水温度为20~30C；加热器用热水或水蒸气为热源，条件自选； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.传热面积安全系数5～15％ 5.每年按330天计，每天24小时连续运行。 （四）设计要求： 1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5.选择合宜的列管换热器并运行核算； 6.用Autocad绘制列管式冷却器的结构（3号图纸）、花板布置图（3号图纸）； 7.编写设计说明书（包括：①.封面；②.目录；③.设计题目；④.流程示意图；⑤.流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。） （五）设计进度安排： 备注：参考文献格式： 期刊格式为：作者姓名.出版年.论文题目.刊物名称.卷号（期号）：起止页码。专著格式为：作者姓名.出版年.专著书名.出版社名.起止页码。 二．流程示意图
换热器的壳体设计毕业设计 目录 第一章换热器概述1 1.1换热器的应用 (1) 1.2换热器的主要分类 (1) 1.2.1换热器的分类及特点 (1) 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 (2) 1.3管壳式换热器特殊结构 (5) 1.4换热管简介 (5) 第二章工艺计算7 2.1设计条件 (7) 2.2换热器传热面积与换热器规格： (8) 2.2.1 流动空间的确定 (8) 2.2.2 初算换热器传热面积'A (8) 2.2.3 传热管数及管程的确定 (9) 2.2.4管心距的计算 (9) 2.2.5换热器型号、参数的确定 (9) 2.2.6壳体径计算 (9) 2.2.7折流板的计算 (10) 2.3换热器核算 (10) 2.3.1传热系数核算 (11)
2.3.2换热器的流体阻力 (13) 2.3.3换热器的选型 (14) 第三章 换热器的结构计算和强度计算 15 3.1换热器的壳体设计 (15) 3.2筒体材料及壁厚 (15) 3.3封头的材料及壁厚 (16) 3.4管箱材料的选择及壁厚的计算 (16) 3.5开孔补强计算 (17) 3.6水压试验及壳体强度的校核 (19) 3.7 换热管 (20) 3.7.1 换热管的排列方式 (20) 3.7.2 布管限定圆L D (20) 3.7.3 排管 (21) 3.7.4 换热管束的分程 (21) 3.8 管板设计 (22) 3.8.1 管板与壳体的连接 (22) 3.8.2 管板计算 (22) 3.8.3 管板重量计算 (26) 3.9 折流板 (26) 3.9.1 折流板的型式和尺寸 (27) 3.9.2 折流板排列 (27) 3.9.3 折流板的布置 (27)
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）
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 (2) 第三章设计方法及设计步骤 (4) 第四章工艺计算 (5) 物性参数的确定 (5) 核算换热器传热面积 (6) 传热量及平均温差 (6) 估算传热面积 (8) 第五章管壳式换热器结构计算 (10) 换热管计算及排布方式 (10) 壳体内径的估算 (12) 进出口连接管直径的计算 (13) 折流板 (13) 第六章换热系数的计算 (19) 管程换热系数 (19) 壳程换热系数 (19) 第七章需用传热面积 (22) 第八章流动阻力计算 (24) 管程阻力计算 (24) 壳程阻力计算 (25) 总结 (27)
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，
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，
板式换热器设计毕业论文 目录 前言 (1) 1章标题 (2) 1.1节标题 (3) 1.1.1小节标题 (4) 1.1.1.1小节子标题 (5) 1.2节标题 (6) 1.2.1小节标题 (7) 1.2.1.1小节子标题 (8) 2章标题 (9) 2.1节标题 (10) 2.1.1小节标题 (11) 2.1.1.1小节子标题 (12) 1绪论 1.1 板式换热器的学术背景及意义 目前板式换热器已成为高效、紧凑的热交换设备，大量地应用于工业中,它的发展已有一百多年的历史。 1878年德国人发明了半片式换热器，现在通常都称作板式换热器，它经过了50余年的发展，至20世纪30年代，由薄金属板压制的板片组装而成的板式换热器间世，并将该换热器应用于工业中，显示出了优异的性能，从此就迅速地得到了广泛的推广应用，成为紧凑、高效的换热设备之一。 板式换热器是以波纹板的新型高效换热器。国外早在20世纪20年代就作为工艺设备引入食品工业，40—50年代初开始用于化工领域。近十年来，板式换热器发展很迅速，现已广泛用于食品、制药、合成纤维、石油化工、动力机械、船舶、动力、供热等各行业。目前我国的板式换热器工厂，可制造单板传热面积从0.042m2至1.32m2，波纹形式为水平平直波纹、人字形波纹、球形波纹、锯齿形波纹、竖直形波纹的板式换热器。
由于板式换热器在制造上和使用上都有一些独特之处，所以在工业上一经使用成功之后就发展很快。到本世纪四十年代，已经有几个国家好几个厂生产出许多种不同形状和不同尺寸的板片。至于现在，世界上能生产板式换热器的工厂已经很多了，主要的生产厂不下三、四十个。几个主要生产厂一般都有该厂独特的板片波形。一般一个厂只生产有限几种尺寸的板片。然后组装成换热面积大小不同的换热器。因为从设计到制造成功一定波形的板片需要有较大的投资和较长的时间，所以一般生产工厂不轻易改变板片的波形。 早期的板式换热器大都用于食品工业，如牛奶、蛋液、啤酒等的加工过程中。这是由于早期扳片的单板面积较小，不能组成单台面积较大的换热器，所以只能用于处理物料流量较小的场合，随着单板面积的增大，能组成的单台板式换热器的面积也相应增大。现在各制造厂竞相增大单板面积和组成大型的板式换热器。 板式换热器今后的发展趋势是：提高操作温度和操作压力，加大处理量，扩大使用范围，研制采用新的结构材料的制造工业，而研制新的垫片材料易提高其使用温度和使用压力，将是其中的重点。 虽然板式换热器有很多优点，而其现在发展很快，但它们在结构与制造上尚存在问题。随着科学技术的飞速发展，板式换热器正不断完善，应用也日趋广泛。 21世纪我国的能源形势是紧张的，我国和世界的能源消耗随着人口的增长和工业化的进展将会快速增长；现在我们利用的主要一次能源（煤炭、石油、天然气和核能）之中，除煤炭之外，其余三项已逐渐枯竭，其价格不可避免将持续增长；目前尚没有发现能替代石油、天然气、核能的一次能源，作为有效替补的能源有太阳能和热核反应，但前者成本费高，后者尚有许多实质的问题没有解决，尚不能达到实用阶段；为了控制地球温室效应，化石燃料的使用受到了各国舆论的强烈反对。综上所述，在21世纪的上半个世纪之间，作为解决我国能源和环境问题的重要措施之一是如何有效地利用好一次能源，其中主要研究的内容是从一次能源转移至二次能源、三次能源的高效率化；各阶段利用技术的先进性和效率的提高；需求的平衡和能源的供给、消耗系统的改善等。上述所说内容的实质是热技术，当分析各项技术时，我们将发现，换热技术是关键工艺之一。 近几十年来，板式换热器的技术发展，可以归纳为以下几个方面。 1：研究高效的波纹板片。初期的板片是铣制的沟道板，至三四十年代，才用薄金属板压制成波纹板，相继出现水平平直波纹、阶梯形波纹、人字形波纹等形式繁多的波纹片。同一种形式的波纹，又对其波纹的断面尺寸——波纹的高度、节距、圆角等进行大量的研究，同时也发展了一些特殊用途的板片； 2：研究适用于腐蚀介质的板片、垫片材料及涂（镀）层； 3：研究提高使用压力和使用温度； 4：发展大型板式换热器； 5：研究板式换热器的传热和流体阻力； 6：研究板式换热器提高换热综合效率的可能途径。 1.2 我国设计制造应用情况 我国板式换热器的研究、设计、制造，开始于六十年代。1965年，兰州石油化工机器
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)