换热器毕业设计论文Newly compiled on November 23, 2020
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、大型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的拉动。
未来散热器将会朝着更加节能环保和美观实用的角度不断创新与发展，短时期钢制柱式散热器和铜铝复合散热器任将会是市场主流产品与选择。
换热器在工业生产和生活的各个领域都得到了广泛的应用，而且其功作性能的优劣直接影响着整个装置和系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要，所以一个合理的换热器应满足一下的几点要求：
（1）在给定的工作条件（流体流量、进口温度等）下，达到要求的传热量和流体出口温度；
（2）流体压降要小，以减小运行的能量消耗；
（3）满足外形尺寸和重量要求；
（4）安全可靠，满足最高工作压力，工作温度以及防腐、防漏、工作寿命等方面要求；
（5）制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减少初投资；
（6）安装、运输以及维修方便等。按照设计要求，在结构的选取上，为了增大压差校正系数，采用了壳侧两程管侧四程。
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。在结构设计时，要考虑许多因素，例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及拆卸等等。之后对有些部件进行强度校核并进行对其优化设计。
换热设备是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%-20%，在炼油厂中，约占总投资的35%-40%。
换热设备的应用
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。在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量又温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热和废热，特别是低位热能的有效装置。
图1-1浮头式换热器实物图
换热器设备的分类
1.2.1按作用原理分类
（1）直接接触式换热器
直接接触式换热器又称混合式换热器，是利用冷，热流体直接接触，彼此混
合进行换热的换热器。为增加两流体的接触面积，以达到充分换热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构。如冷却塔，冷却冷凝器等。
（2）蓄热式换热器
蓄热式换热器又称回热式换热器，是借助于固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。在换热器内首先由热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由流体通过，由蓄热体把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合，则不采用蓄热式换热器。
（3）间壁式换热器
它又称表面式换热器，是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多样，如管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。
（4）中间载流体式换热器
它是把两个间壁式换热器由在其中循环的载流体连接起来的换热器。载流体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器等。
1.2.2按作用方式分类
（1）管式换热器
管式换热器都是通过管子壁面传热的换热器。按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕管式换热器和管壳式换热器等。蛇管式换热器一般由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形、螺旋
形和长的蛇行等。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。按使用状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。套管式换热器是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用U形弯管将他们连接成排，并根据实际需要，排列组合成传热单元，换热时，一种流体走内管，另一种流体走内外管间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热。两种流体都可以在较高的温度、压力、流速下进行换热。套管式换热器的优点是结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可有较高的传热系数；缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。在圆筒形壳体中放置了许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和顶距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两侧的端盖上装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为了安置测试仪表用的接口管，排液孔和排气孔等。缠绕管式换热器是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋闲形状交替缠绕而成，相邻两成螺旋状传热管的螺旋方向相反，采用一定形状的定距管使之保持一定的距离。缠绕状传热管可以采用单根绕制，也可采用两根或多跟组焊后一起绕制。管内可以通过一种介质，称通道型缠绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上，构成多通道型缠绕管式换热器。缠绕管式换热器适用于同时处理多种介质等场合。
（2）板面式换热器
板面式换热器是通过板面进行传热的换热器。板面式换热器按传热板面的结
构形式可分为以下五种：螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳是换热器和伞式换热器。板面式换热器的传热性能要比管式换热器优越，由于结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。板面是换热器采用板材制作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。
第2章浮头式换热器热力计算
浮头式换热器热力计算一般包括：定性温度和物性参数，初选结构，管程热力计算及流量计算，壳程换热计算，传热系数，管程压降，壳程压降压强校核。原始数据
油进口温度：'
t=175℃
1
油出口温度："
t=155℃
1
油工作压力： P
=
1
水进口温度：'
t=144℃
2
水出口温度："
t=163℃
2
=2MPa
水工作压力： P
2
壳体内径： D
=700mm
S
=750mm
管箱内径： D
N
换热管规格：Φ19×3 L=8m
定性温度和物性参数计算
水的定性温度：
=913kg/m3
水的密度：ρ
2
=kg℃
水的比热： Cp
2
水的导热系数：k
=m℃
2
=×10-6
水的粘度：μ
2
水的柏朗特数：Pr
=
2
油（柴油）的定性温度：
油的密度：ρ
1
=715 kg/m3
油的比热： Cp
1
= kJ/kg℃
油的导热系数：k
1
= W/m℃
油的粘度：μ
1
=×10-4
油的普朗特数：
初选结构
管排列方式：分程隔板两侧正方形，其余三角形
管子外径： d
=
管子内径：
d i =d
-（2×3/1000）=
管长： L=8m
管间距：
s==×=
壳体内径： D
s
=
管束中心排管数：由公式
得N
c
=22
总管子数：由：
得 N
t
=400
选型：采用双壳程四管程。
管程换热计算及流量计算
试选传热系数： k
=240 W/m2℃
传热面积：由
得
A=
逆流平均温差：
无量纲量参数：
温差校正系数：按2壳程4管程查得0.88
ψ=有效平均温差：
设计传热量：
换热效率：取η=
油流量：
水流量：
管程流通截面（4管程）： 管程流速： 管程雷诺数： 管程换热系数：
壳程换热计算
折流板的设计：纵向折流板中间分程，横向安置弓形折流板。 弓形折流板弓高： 折流板间距： 壳程流通截面： 壳程流速： 壳程量流速 壳程当量直径： 壳程雷诺数：
切去弓形面积所占比例：查得 壳程传热因子：查得96=s j
管外壁温度：'1
W t 假定后再复核，设'1
W t =160℃
壁温下的粘度： 粘度修正系数：
传热系数
水侧污垢热阻： 5117.210r -=?m 2℃/W 油侧污垢热阻： 5252.010r -=?m 2℃/W 管壁热阻：r 忽略 总传热热阻： 传热系数： 传热系数的比值： 管外壁热流密度：
8
019.0400786244
001???==
ππl d N Q q t =4118W/m 2℃
管外壁温度：
)1(1111
1r h q t t W +-'=1
1754118(0.000172)583.5
=-?+=℃ 误差校核：
'
-=?11W W W t t t ==℃
误差不大，不必再重算。
管程压降
壁温：
)1(
11112r h q t t W +-=1153.541880.00172583.5
=+?+（）=℃ 壁温下水的粘度：2
580.310w Pa S μ-=?? 管程摩擦系数：查得0.02i ξ= 管子沿程压降： 回弯压降：
进出口管处质量流速： 进出管口处压降：
管程结垢校正系数：根据r 2及Φ19?3得 2
1.2d ?=
管程压降：
壳程压降
当量直径：
雷诺数：
壳程摩擦系数：查得27.00=ξ 管束压降： 管嘴处质量流量： 进出口管压降：
导流板阻力系数：取5=ip ξ 导流板压降：
壳程结垢修正系数：查表取38.10
=d φ
壳程压降：
压强校核
管程工作压力2 2.0P MPa =，查表得2[] 2.5P MPa ?= 壳程工作压力1 1.6P MPa =，查表得1[] 1.8P MPa ?= 压强校核：
][22P P ?
][11P P ?
第3章 结构设计
结合热力计算确定换热流程、面积、排列方式、壳体、管箱、固定管板、分程隔板、以及其他零部件。
换热流程设计
采用2壳程4管程的2-4型换热器。由于换热器尺寸不大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用。管程分程隔板采用丁字型结构，其主要优点是布管紧密。壳体分程采用纵向隔板。
管程的分程隔板采用丁字型结构如图3-1所示，其主要优点是布管紧密。
图3-1丁字形隔板
管子和传热面积
换热管除要求具有足够的强度外，当采用胀管法固定时，还要求管子有良好的塑性，避免因胀接而产生裂缝。焊接固定时，要求管子可焊性好，一般采用优质碳钢，以保证管子质量，一般对于无腐蚀性或腐蚀性不大的流体可采用10号钢和20号钢管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用不锈钢、钢、铝等无缝管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油腐蚀性不大，故可采用碳钢，现选择20号钢的无缝钢管。
根据设计要求采用319?Φ的无缝钢管。 管子总数为400根。其传热面积为：
管子排列方式
管子在管板上的排列方式，应力求均布、紧凑并考虑清扫和整体结构的要求。基本的排列方式有五种：
等边三角形：一边与流向垂直是常用的形式，与正方形排列相比传热系数高，可节省15%的管板面积。适用于不生污垢、可用化学清洗污垢和允许压降较高的工况；
转角三角形。三角形的一边与流向平行，其特点介于等边三角行和正方形两种排列之间，不宜用于卧式冷凝器，因下方管子形成的厚度越来越厚的凝膜会使传热削弱；
正方形排列最不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器；
同心圆排列，用于小壳径换热器时比正三角形排列还紧凑，靠近壳体的地方布管均匀。
对于多管程换热器常采用组合排列法，每程均属正三角形排列，而各层面间呈正方形排列，以便于安排分程隔板。
综合比较以上几种布管方式，可采用组合排列形式，中间正方形，其余三角形。布管位置如图3-2示。十字形的走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题，共有406个管孔，其中6个孔为安装拉杆用。
图3-2 管子排列
壳体
壳体材料除要满足一定的强度外，由于制造过程中经过卷板、冲压和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量较低的R
A钢、nR
3
16钢
M
等，现选用nR
16钢。
M
=700mm
壳体内径D
s
壳体壁厚：
t]
[σ为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为220℃，则
t
w <220℃。根据碳钢板许用应力，查得t]
[σ=167MPa
φ为焊缝系数，取φ=
1
2.1p
p=，
1
p为工作压力，等于
壁厚修正：2
c=mm
则
实取mm
10
=
δ，之后要用有限元分析软件ANSYS进行强度校核。
管箱
3.5.1 封头
根据压力容器设计规范采用材质为16MnR的标准椭圆封头，在满足强度要求的情况下，其壁厚可用以下公式计算：
已知管程设计温度为200℃，则t
w
<200℃。根据碳钢板许用应力，表查得t]
[σ=170
p==×
则
实取mm
12
=
δ，之后用ANSYS进行强度校核。
曲面高度：
D-封头的平均直径
直边高度mm
h25
=
3.5.2壁厚
实取mm
12
=
δ，之后要用ANSYS进行强度校核。
内径："750
D mm
=长度：
0300
L mm
=
固定管板
外径：
1797
D mm
=
板厚：50
b mm
=
管板上开孔数与孔间距与管的排列一致。管板材料选用Q235钢。
管子与管板的连接必须牢固、不泄漏、不产生大的应力变形，最常见的连接
方法为胀接，胀接只能用于工作压力低与4MPa和温度低于300℃的场合；对于高温、高压、易燃、易爆的运行条件多采用焊接，但采用焊接容易产生热应力且间隙中流体不流动很容易造成间隙腐蚀，采用胀焊并用的方法可以避免。
由于工作压力和温度都不是特别高，而且管子的间距比较大，管板和管子的连接采用胀接。换热管在管板内的胀接长度L=38mm。
分程隔板
3.7.1 管程分程隔板
管箱的分程在固定端管箱与浮头端管箱内都要安装分程隔板，隔板的布置见图3-1，由于两端管箱不是很长，卸下清洗时不用拆下来，因此可以将隔板直接焊接在箱体上。管程隔板要考虑密封问题，它们的密封是通过在固定管板和浮动管板插隔板的槽内安放密封填料。为了保证填料能起到密封作用，隔板的长度要按安装的尺寸进行计算。
3.7.2壳程分程隔板
安装壳体的分程隔板一方面要考虑到密封问题，另一方面要便于拆卸，因此采用图3-3所示的装置来安装隔板，当转动偏心杆手柄，偏心杆的凸轮推动与其相接的端头包有密封填料的板可使两端夹紧也可使其松开，便于拆卸。对于浮头式管束要能够拆卸必须要隔板可以拆卸。因此，此装置是必须要用的。
图3-3壳体分程隔板
折流板
采用弓形折流板，材料钢板，由于壳内分程，每程均采用半弓形如图3-4所示，布置方式采用垂直切口流动方向。
图3-4折流板
按一个壳程计算（计算过程见热力学计算）得： 拱高：140h mm = 板间距：230B mm = 板数：33B n = 板厚：6B mm δ=
由于考虑到实际安装时由于第一块折流板的位置壳体接管位置的影响，在一个壳程内折流板的实际个数应为32个，总的折流板数为64。
拉杆
材质为钢。直径φ12，共6根。拉杆是用来安装折流板的。每个折流板最好由三个拉杆来定位。其布置位置见图3-4。
进出口管
3.10.1 管程进口管
按30002
22
= 则9.11862.191322=?=w ρ 进出口流通截面积为： 进出口管内径为： 取用mm 4100?Φ的热扎钢管。 3.10.2 管程进出口管 按2000211 = 则5.10725.17151 1=?=N w ρ 进出口流通截面积为： 进出口管内径为： 取用mm 5.4150?Φ的热轧钢管。 浮头箱 外头盖内直径： 外头盖同样采用材质为16MnR 的标准椭圆形封头： 厚度12mm δ= 曲面高度： 直边高度mm h 25=' 浮头 如图3-5所示为浮头端的装配图，包括碟形盖，钩圈法兰和浮动管板，由于浮动管板要与管子胀接后从壳体一端伸到另一端，因此管板的外直径应小于壳体内径，其主要尺寸如下： 图3-5 浮头结构图 浮动管板外直径：0690D mm = 浮动管板厚：500b mm = 浮头法兰外径： 浮头法兰内直径： 12(5013)654f f D D =-?+=mm 碟形盖内半径： 厚度：0δδ>取15mm 补强圈 在实际设计和名义厚度大于12mm 时，接管D g >80mm 就必须加开孔补强，当壳体名义厚度小于或等于12mm 时，接管D g >50mm 就必须加开孔补强。因此对于D g =100的管箱接管和D g =150的壳体接管都必须进行开孔补强。 在补强圈标准中规定了补强圈的尺寸，按标准尺寸D g =100的接管补强圈外直径D 0=210mm ，D g =150的接管补强圈外直径D 0=300mm 。补强圈的厚度可通过等面积补强法进行计算。这里设定补强圈的厚度均为15mm 。 法兰 3.1 4.1法兰密封面的形式 压力容器和管道法兰联接中，常用的密封面型式有以下三种。 （1）平面型密封面 密封表面是一个突出的光滑平面（又称突平面）。这种密封面结构简单，加 工方便，便于进行防腐衬里。但螺栓上紧后，垫圈材料容易往两侧伸展，不易压紧，用于所需压紧力不高且介质无毒的场合。 （2）凹凸型密封面 它是由一个凸面和一个凹面所组成，在凹面上放置垫圈，压紧时，由于凹面的外侧有挡台，垫圈不会挤出来。 （3）榫槽型密封面 密封面是由一个榫和一个槽所组成，在垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式金属包垫圈，易获得良好的密封效果。它适用于密封易燃、易爆、有毒介质。密封面的凸面部分容易破坏，运输与装拆时都应注意。 在选取密封面时综合考虑介质因素和装拆的因素，壳体法兰均采用凹凸面型密封面，管箱接管法兰采用平面型密封面，壳体接管法兰采用凹凸型密封面。3.14.2 壳体法兰 壳体接管采用平颈对焊法兰，由于管箱、壳体、浮头箱直径都不一样，因此在选用法兰时，不能只按标准选取。如图3-6为壳体与浮头箱的对接法兰，DN=800mm的是按标准选取的，而DN=700的法兰是按DN800法兰螺栓孔的位置来设计其尺寸的， 图3-6凹凸面密封法兰 大致尺寸如下: DN=800mm的法兰，D=960mm， D 1=915mm，D 2 =876mm，D 3 =866mm，H=115mm， h=35mm，δ=48mm，δ 1 =16倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。 DN=700mm的法兰，D=960mm，D 1=915mm，D 4 =863mm， H=115mm， h=35mm，δ =46mm，δ 1 =16，倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。 其它的法兰装配尺寸见三维实体图。 3.1 4.3 接管法兰 管箱接管采用平颈对焊法兰，如图示： 图3-7接管法兰 设计尺寸按化工机械标准设计，其尺寸大致如下： 管箱接管：DN=100 PN=时： N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H 1 =12mm，S=6mm，法兰厚度C=24mm 螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个 壳体接管：DN=150 PN=时： N=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H 1 =12mm，S=，法兰厚度C=22mm，螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个 另外，对焊时法兰要在颈部开坡口。 支座 卧式设备一般采用两个鞍座。这是因为基础水平高度有可能不一致，如果使用多个支座，将会造成支座反力分布不均匀，从而引起设备的局部应力增大，因此采用两个支座。 采用双支座时，一个鞍座为固定支座，地脚螺栓为圆孔；另一个鞍座为活动支座，地脚螺栓为长圆孔，配合两个螺母，第一个螺母拧紧后，倒退一圈，然后再用第二个螺母锁紧。这样，可以使设备在温度变化是自由伸缩。如图示： 图3-8 鞍式支座 其主要尺寸为：h=200mm；l 1=640mm；b 1 =150mm； 1 δ =10mm； 2 δ =8mm； l 3=350mm；b 3 =120mm； 3 δ=8mm；弧长830mm；b4=200mm； 4 δ=6mm；e=36mm； l 2 =460mm。 支座的安放位置也有一定的标准，一般支座与壳体端面的距离A<，L为壳体的长度。 第4章安装与拆卸 设计中要考虑到安装问题，各零部件的结构不能影响整个装配体的安装，对 于浮头式换热器，设计的初衷是可以拆下管束进行清洗。因此也要考虑到拆卸的问题，其安装步骤可概述如下： （1）焊接部件：将所有的焊接部件进行焊接，包括管箱，壳体，浮头箱，碟形盖，支座等； （2）安放折流板：将拉杆的一个螺纹端拧入固定管板的螺纹孔，6根拉杆都装好，然后每套入一组定距杆再装一组折流板，依次把折流板装在拉杆上，直到最后两块折流板装上后用螺母套在拉杆的另一个螺纹端拧紧固定； （3）安装管子：将管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上进行胀接。另一端装上浮动管板并进行胀接； （4）安装壳程隔板：先将壳程隔板两侧的偏心杆机构装好，将壳程隔板从管束侧面装入并将一头插入固定管板上安装隔板的槽中； 图4-1安装示意图 （5）安装壳体：将焊接好的壳体从浮动管板的那一端套入，使之前装好的组件（如图4-1示）完全装入壳体内，在壳程隔板的伸出端扭动偏心杆的摇柄使隔板两侧的密封填料挤紧，从而达到壳程的分程密封； （6）安装管箱：在固定管板端接已焊接好的管箱，将管箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接。在浮头端装上钩圈法兰和碟形盖，（钩圈法兰由两个半圆形构成，使其安装方便）用双头螺柱连接； （7）安装浮头箱：将浮头箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接； （8）安装支座：将支座焊接到壳体上。 总结 通过三个月的努力，我的毕业设计终于圆满完成。虽然做的过程很辛苦，但 是看到自己的成果，我感到很欣慰。作为大学三年的最后一道大作业—毕业设计，使我在各个方面都有了很大的提高，收获很大。具体表现在以下几个方面：通过在设计中经常查资料提高了我们检索和查阅资料的能力；进一步扎实了所学的理论知识，对所学基础知识和专业知识进行了一次综合应用和系统复习；思维方式和设计思想更加全面化和系统化。养成了勤学好问的习惯，敢于面对困难，能够独立的查找和解决问题，也提高了自己的创新能力。将理论知识和生产实际相结合，为以后的工作和学习打下了很好的基础，但是，设计过程中仍然存在不足之处，有的问题还需要进一步展开研究。具体如下： （1）管子的胀接没有进行分析计算； （2）由于管程与壳程的分程使管子的排列不均匀，故存在旁流与侧流的问题，此问题尚未进行分析； （3）通常在进液管口有挡板控制流速和引流，此结构尚未设计。 致谢 首先，向尊敬的导师李老师致以衷心的谢意，在大三毕业设计期间，李老师以其渊博的知识、开阔的思维使我在知识和能力上获得了极大的提高；更重要的是，李老师在工作方面严谨的作风、积极进取的态度对我产生了巨大的积极影响。这次毕业论文设计李老师给予我许多帮助，在设计的选题以及设计的方法上，提供了许多宝贵的建议。李师在毕业设计期间，对我们要求严格，使我们能够基本独立完成设计任务，培养我们独立解决问题的能力，还从自己的宝贵时间中抽时间为我们审阅设计内容，并给予纠错，帮助改正。这些帮助和教导将使我在今后的学习和工作中奋发向上、积极进取，在学业和事业上取得更好的成绩。 而后更重要的，我要感谢我的母校--河南机电高等专科学校给了我三年深造 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 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 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 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目： 学院：化工装备学院 专业班级：过程装备与控制工程0802 学生： 指导教师： 开题时间：2011年10 月18 日 指导教师评阅意见 一、选题的目的及意义： 换热器的基建投资在一般化工、石化企业中约占设备总投资的20%，其中固定管板式换热器约占换热器的70%。 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。固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。 固定管板换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束根据换热器的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。 本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，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，设计固定管板式换热器产品。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区，为以后的工作和学习打下扎实的基础。 二、国外现状发展及趋势 2.1 国外情况 对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB公司提出的。其基本原理为:将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。在气一水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少30%-40%的传热面积节省材料20%-30%。相对于弓形折 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 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) 上海理工大学成人高等学历教育毕业设计（论文） 第1章绪论 换热器是一种实现物料之间传递热量的节能设备，在石油，化工，动力，食品，轻工等行业应用普遍。在炼油，化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%—45%。近年来随着节能技术的发展，换热器的应用领域不断扩大带来了显著的经济效益。换热器的种类很多，但根据冷，热流体热量交换的原理和方式基本上可分为三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三大类换热器中，间壁式换热器应用最多。 间壁式换热器又可分为夹套式换热器、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和壳管式换热器。其中壳管式换热器（又称列管式）是最典型的间壁式换热器，它在工业应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占有主导的地位。 1.1 课题的提出和研究内容 1.1.1 课题背景 管壳式冷凝器所涉及到的原理和它应用的领域都十分广泛，特别在制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的冷凝器，大型中央空调的冷水机组中都有其身影。可以说在民用和工业领域中的重要性不言而喻，所以对其的合理优化设计是非常重要的。 这次的毕业设计是与上海第一冷冻机厂的校企合作项目，上海第一冷冻机厂有限公司始创于1934年，我国第一台活塞式制冷压缩机、第一台离心式压缩机、第一台溴化锂制冷机和第一台螺杆制冷压缩机都诞生在这里！公司现已成为一个集冷冻空调设备研制开发、制造和压力容器制造、压力管道设计及相关工程安装和系统服务于一体的集约化企业。此次的毕业设计正是为企业设计HSG70-2型冷凝器，也是将大学四年所学知识学以致用。 1.1.2课题任务 本课题是按照上海第一冷冻机厂的要求设计HSG70-2型双机头（双回路）管壳式冷凝器。由于这个型号是工厂第一次设计，所以需 换热器设计开题报告 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】 理工学院毕业设计(论文)开题报告题目：气-液介质专用换热器设计 学生姓名：石静学号：09L0503216 专业：过程装备与控制工程 指导教师：郭彦书（教授） 2013 年 4月 8 日 1文献综述 绪论 换热设备是化工、炼油、动力、能源、冶金、食品、机械、建筑工业中普遍应用的典型设备。一般换热设备在化工、炼油装置中的建设费用比例达20%~50%因此无论从能源利用，还是从工业的投资来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要意义。在各种换热器中，由于管壳式换热器具有单位体积内能够提供较大的传热面积、传热效果好、适应性强、操作弹性大、易制造、成本低、易于检修和清洗等特点，因此应用最广泛。管壳式换热器按结构特点分为固定管板式、U型管式、浮头式、双重管式、填涵式和双管板等几种形式。不同的结构各有优缺点，适用于不同的场合。本文介绍的是板式换热器[1]。 管壳式换热器的特点 管壳式换热器是由一系列具有一定波纹形状的的金属片叠装而成的一种高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进行热量交换，它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。板式换热器的广泛应用，加速了我国板式换热器行业的迅速发展，但我国板式换热器设计与发达国家之间仍存在着不小的差距。板式换热器是以波纹为传热面，在流道中布满网状触电，流体沿着板间狭窄弯曲、犹如迷宫式的通道流动，其速度大小和方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少界面膜热阻，并使固体颗粒悬浮，不易沉积，有效地强化了传热，因此，它比管壳式等其他类型换热器具有很多独特的优点。第一，传热系数高，由于换热器的特殊结构及组装方式，使介质在流经相邻两板片间的流道时，流动方向和流速不断变化，在低流速下，形成急剧湍流，强化换热；第二，温差小，由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，可使热交换器的一、二次流体温度十分接近，温差趋近1~3℃；第三，热损失小，由于板片边缘及密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般为1%左右，不需采取保护措施。在相同换热面积情况下，板式换热器的热损失仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式的一半；第四，结构紧凑，换热板片由薄的不透钢板压制而成，板片间距一般为4mm，板片表面的波纹大大增加了有效换热面积，这样单位容积中可容纳很大的传热面积（每立方米体积可布置250㎡的传热面积），占地面积仅为管壳式的五分之一到十分之一。因此，体积小，节省安装空间。第五，适应性强，可根据产量及工艺要求，方便地增加或减少传热板片，亦可将板片重新排列，改变流程组合；第六，用途广泛，目前已广泛应用于化工、石油、机械、冶金、电力、食品、热水供应、集中供暖等工程领域，完成加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中截 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 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， 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 列管式换热器结构设计毕业设计论文 第一章换热器概述 过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%～20%；在炼油厂，约占总投资的35%～40%。 1.1 换热器的应用 在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500℃）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。 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。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。 1.2 换热器的主要分类 在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。 1.2.1 换热器的分类及特点 按照传热方式的不同，换热器可分为三类： 1.直接接触式换热器 又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两 种流体混合的场合。 2.蓄热式换热器 在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。 蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于气--气热交换的场合。 3.间壁式换热器 这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为： （1）管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等； （2）板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等； （3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 由于设计题目是浮头式换热器的设计，而浮头式又属于管壳式换热器，故特此介绍管壳式换热器的主要类型以及结构特点。 管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，其具体结构如下图所示。壳体多为圆筒形，内部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次就称为一个壳程，而图1-2-1所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分为若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程；同样。为提高管外流速，也可以在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可以配合使用。 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 (1222212112111 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)/(1211 由表得70C 时水的比热2p c 为4.187C kg J /k （【1】《化工原理》P525页） 98.7170187 .445320375400 t t 12212 p c m Q C 平均温度45.19450289.3812 1 T T 21T 21 ）（）（C 平均温度99.707098.712 1 t t 2 1 t 21 ）（）（C 2. 管程、壳程流体的物性参数 0.35MPa ，194.45C 时水蒸汽的物性参数：（【2】《水和水蒸汽热力性质图表》P62，【3】《化工原理》P525页） 0.3MPa 190C 比容0.7009kg m 3 【2】，0.3MPa 200C 比容0.71635kg m 3【2】， 0.4MPa 190C 比容0.52182kg m 3 【2】，0.4MPa 200C 比容0.53426kg m 3【2】， 成绩 化工原理课程设计 设计说明书 设计题目：管壳式换热器的设计 化工原理课程设计任务书 一、设计任务及操作条件 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（2.5－0.01×18）×104=23200kg/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:定性温度下流体物性数据 有机化合液986 0.54*10-3 4.19 0.662 水994 0.728*10- 4.174 0.626 3 注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8 二、确定设计方案 1.选择换热器的类型 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40℃，管程压降与壳程压降均不大于60kPa，壳程压降不高，因此初步确定选用固定板式换热器。 2.管程安排 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，有机化合液走壳程。 三、确定物性数据 定性温度：对于一般气体和水等低粘度立体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程的有机化合液的定性温度为 T ℃712 40 102=+= 管程流体的定性温度为 t=℃352 30 40=+ 根据定性温度分别查取壳程流体和管程流体的有关物性数据。 有机化合液的有关物性数据如下： 密度 3/986m kg =ρ 粘度 =μ0.54*10-3 Pa ·s 比热容 1Cp =4.19 kJ/（kg ·℃） 导热系数 λ=0.662 W/（m ·℃） 循环水的有关物性数据如下： 密度 3 kg/m 994 =ρ 粘度 =μ0.728*10-3 Pa ·s 比热容 2Cp =4.174 kJ/（kg ·℃） 导热系数 λ=0.626 W/（m ·℃） 四、估算传热面积 1、热流量 Q 1=1 11t c m p ? =23200×4.19×(102-40)=6.03×106kj/h =1675.00kw 2、平均传热温差 先按照纯逆流计算，得 理工学院 毕业设计(论文)开题报告 题目：气-液介质专用换热器设计 学生姓名：石静学号：09L0503216 专业：过程装备与控制工程 指导教师：郭彦书（教授） 2013 年 4月 8 日 1文献综述 绪论 换热设备是化工、炼油、动力、能源、冶金、食品、机械、建筑工业中普遍应用的典型设备。一般换热设备在化工、炼油装置中的建设费用比例达20%~50%因此无论从能源利用，还是从工业的投资来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要意义。在各种换热器中，由于管壳式换热器具有单位体积内能够提供较大的传热面积、传热效果好、适应性强、操作弹性大、易制造、成本低、易于检修和清洗等特点，因此应用最广泛。管壳式换热器按结构特点分为固定管板式、U型管式、浮头式、双重管式、填涵式和双管板等几种形式。不同的结构各有优缺点，适用于不同的场合。本文介绍的是板式换热器[1]。 管壳式换热器的特点 管壳式换热器是由一系列具有一定波纹形状的的金属片叠装而成的一种高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进行热量交换，它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。板式换热器的广泛应用，加速了我国板式换热器行业的迅速发展，但我国板式换热器设计与发达国家之间仍存在着不小的差距。板式换热器是以波纹为传热面，在流道中布满网状触电，流体沿着板间狭窄弯曲、犹如迷宫式的通道流动，其速度大小和方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少界面膜热阻，并使固体颗粒悬浮，不易沉积，有效地强化了传热，因此，它比管壳式等其他类型换热器具有很多独特的优点。第一，传热系数高，由于换热器的特殊结构及组装方式，使介质在流经相邻两板片间的流道时，流动方向和流速不断变化，在低流速下，形成急剧湍流，强化换热；第二，温差小，由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，可使热交换器的一、二次流体温度十分接近，温差趋近1~3℃；第三，热损失小，由于板片边缘及密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般为1%左右，不需采取保护措施。在相同换热面积情况下，板式换热器的热损失仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式的一半；第四，结构紧凑，换热板片由薄的不透钢板压制而成，板片间距一般为4mm，板片表面的波纹大大增加了有效换热面积，这样单位容积中可容纳很大的传热面积（每立方米体积可布置250㎡的传热面积），占地面积仅为管壳式的五分之一到十分之一。因此，体积小，节省安装空间。第五，适应性强，可根据产量及工艺要求，方便地增加或减少传热板片，亦可将板片重新排列，改变流程组合；第六，用途广泛，目前已广泛应用于化工、石油、机械、冶金、电力、食品、热水供应、集中供暖等工程领域，完成加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中截止间的热交换；第七，操作灵活，维修方便，传热板片 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方法换热器设计开题报告
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