螺旋板式换热器结构及性能 1、本设备由两张卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。 2、在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。 3、I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。 4、II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。 5、III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。 6、单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定：并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合：一个通道并联，一个通道串联。 螺旋板式换热器的基本参数： 1.螺旋板式换热器的公称压力PN规定为0.6，1，1.6、 2.5Mpa（即原6、10、16、25kg/cm）（系指单通道的最大工作压力）试验压力为工作压力的1.25倍。 2.螺旋板式换热器与介质接触部分的材质，碳素钢为Q235A、Q235B、不锈钢酸港为SUS321、SUS304、3161。其它材质可根据用户要求选定。 3.允许工作温度：碳素钢的t=0-+350℃。不锈钢酸钢的t=-40-500℃。升温降压范围按压力容器的有关规定，选用本设备时，应通过恰当的工艺计算，使设备通道内的流体达到湍流状态。（一般液体流速1m/Sec气体流速10m/Sec）.设备可卧放或立放，但用于蒸气冷凝时只能立放；用于烧碱行业必须进行整体热处理，以消除应力。 螺旋板式换热器防堵塞原理 螺旋板式换热器与一般列管式换热器相比是不容易堵塞的，尤其是泥沙、小贝壳等悬浮颗粒杂质不易在螺旋通道内沉积，主要体现在： 1.因为它是单通道杂质在通道内的沉积一形成周转的流还就会提高至把它冲掉； 2.因为螺旋通道内没有死角，杂质容易被冲出。 螺旋板换热器的分类 螺旋板换热器分为可拆分螺旋板换热器和不可拆分螺旋板换热器。不可拆式螺旋板换热器的结构比较简单，螺旋通道的两端全部焊死。可拆式螺旋板换热器.除螺旋通道两端的密封结构以外，其他与不可拆式完全相同。为达到机械清洗的目的，可拆式螺旋通道，一端敞开，用平板盖和垫片密封，以防止流体漏到大气中或同一通道内的流体短路。为了提高螺旋板的承压能力，在板与板之间用定距柱支撑。筒体上的流体进出口有法向接管和切向接管两种。中国普遍使用切向接管,它的流体阻力小,杂质容易被冲出。使用回转支座比较方便，可使换热器立放或卧放。换热的A、B流体分别流过螺旋板的两侧，其中的一种流体沿螺旋通道由外向内，至中心出口流出；而另一种流体则沿螺旋通道由中心进口，由内向外流出。两种流体呈纯逆流方式流动。螺旋板换热器最大结构尺寸为：板宽1800毫米，外径1700毫米，传热面积250米，板与板之间的距离20毫米。允许最高操作压力可达 2.5兆帕。工作温度由选用的材料而定，材料大多用碳钢、不锈钢、铝、铜和钛。
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。
纯凝结段换热器热力水力计算 （盘管式） 一．原始数据 给水压力w P （MPa ） 给水流量G （s kg /） 给水进口焓1h （kg kJ /）或给水进口温度1t （℃） 给水出口焓2h （kg kJ /）或给水出口温度2t （℃） 蒸汽压力s P （MPa ）或蒸汽饱和温度s T （℃） 蒸汽进口焓1H （kg kJ /） 蒸汽温度1T （℃） 疏水出口焓2H （kg kJ /） 二．选用数据 1．管子直径i o d d /（m m /） 螺旋管式高加常取略大的管径，约φ18~32mm ，壁厚2.5~5mm 左右。腰圆管的壁厚最薄至2.5mm ，实践表明2mm 壁厚者寿命不长。 螺旋形以及腰圆形等的管子，当壁厚在2.5~3mm 以上时，可以拼焊，但须注意拼接质量。 2．管内水速w （s m /） N d G w i 2 4 πυ = 在额定满负荷运行工况下，流经管内的给水流速按平均温度不超过下列数值，平均温度可按进口和出口温度的算术平均值或按热力计算的数据取用： 不锈钢、蒙乃尔合金（monel ）、因科镍（inconel ）管子为3s m / 铜镍合金（70-30，80-20，90-10）管子为2.7s m / 碳钢管子为2.4s m / 在平均温度下的额定满负荷工况下的碳钢管和铜管的合适给水速度推荐 为1.85s m /，或在1.85~2s m /之间，不得已时可略超过2s m /，但不应超过2s m /；螺旋管式高压加热器的碳钢螺旋管内给水速度推荐为2s m / 三．计算 1．传热量Q （W ）
()31210?-=h h G Q 2．核算蒸汽量D （s kg /） ()98 .0103 21??-= H H Q D 3．对数平均温差m t ?（℃） 2 11 2t T t T In t t t s s m ---= ? 4．给水平均温度f t （℃） m s f t T t ?-= 5．汽侧壁温w t （℃） m s w t T t ?-=4.0 6．汽液膜平均温度M t （℃） ()w s M t T t +=2 1 7．系数B ，查表 8．汽化潜热r （kg kJ /） 根据s P 查汽水性质表 9．换热管数量N （根） w d G N i 24 υ =
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
一、铜盘管换热器相关计算 条件：600kg 水 6小时升温30℃单位时间内换热器的放热量为q q=GC ΔT=600*4.2*10^3*30/(6*3600)= 3500 w 盘管内流速1m/s ，管内径为0.007m ，0.01m ， 盘管内水换热情况： 定性温度40℃ 定性温度50℃ 管径0.014m Re 21244.31 Re 25179.86 管径0.20m Re 30349.01 Re 35971.22 湍流范围：Re=10^4~1.2*10^5 物性参数： 40℃饱和水参数。 黏度—653.3*10^-6 运动黏度—0.659 *10^-6 普朗特数—4.31 导热系数—63.5*10^2 w/(m. ℃) 求解过程： 盘管内平均水温40℃为定性温度时 换热铜管的外径，分别取d1=0.014m d2=0.02m 努谢尔特准则为 0.4f 8 .0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝ 1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 （d1） 0.4f 8 .0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝ 1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7
（d2） 管内对流换热系数为 l Nu h f f i λ?==143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1） l Nu h f f i λ?= =190.7*0.635/0.02=6055.63 （d2） 管外对流换热系数 格拉晓夫数准则为（Δt=10） 23/υβtd g Gr ?==9.8*3.86*10^-4*10*.0163/(0.659*10^-6)2 =356781.6 （d1） 23/υβtd g Gr ?==9.8*3.86*10^-4*10*.0223/(0.659*10^-6)2 =927492.9（d2） 其中g=9.8 N/kg β为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K 自然对流换热均为层流换热（层流范围：Gr=10^4~5.76*10^8） 25.023w w Pr t g l 525.0Nu ??? ? ????=να=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1） 25.023w w Pr t g l 525.0Nu ???? ????=να=0.525(927492.9*4.31)0.25=23.47504 （d2） 其中Pr 普朗特数为4.31 对流换热系数为 d Nu m λ α==18.48755*0.635/0.014=838.5422 （d1）
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)
共享知识分享快乐 一、铜盘管换热器相关计算 条件：600kg水6小时升温30℃?单位时间内换热器的放热量为q q=GCΔT=600*4.2*10^3*30/(6*3600)= 3500 w 盘管内流速1m/s，管内径为0.007m，0.01m， 盘管内水换热情况： Re=10^4~1.2*10^5 湍流范围：物性参数： 40℃饱和水参数。 黏度—653.3*10^-6 运动黏度—0.659 *10^-6 普朗特数—4.31 导热系数—63.5*10^2 w/(m. ) ℃ 求解过程： 盘管内平均水温40℃为定性温度时 换热铜管的外径，分别取d1=0.014m d2=0.02m 努谢尔特准则为 0.80.40.80.4Pr023Re*0.2Nu?1.=143.4 （d1）＝1.2*0.023*21244.31 4.31fff0.40.80.40.8Pr023Re*0.?Nu1.2 d2）＝1.2*0.023*30349.014.31（=190.7 fff 管内对流换热系数为??Nu ff?h）d1 （=143.4*0.635/0.014=6503.39 i l??Nu ff h?）（d2 =190.7*0.635/0.02=6055.63 i l管外对流换热系数 格拉晓夫数准则为（Δt=10） 3232??/?tdGr?g）（=9.8*3.86*10^-4*10*.016=356781.6 /(0.659*10^-6)d13232??/Gr?g?td） （=9.8*3.86*10^-4*10*.022/(0.659*10^-6)d2=927492.9 其中g=9.8 N/kg ?为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K 页眉内容． 共享知识分享快乐 自然对流换热均为层流换热（层流范围：Gr=10^4~5.76*10^8） 0.253???t?lg??w0.25Pr??Nu0.525d1）=18.48755 （=0.525(356781.6*4.31)?? w2???0.253???t?lg??w0.25Nu525Pr??0.）（d2=23.47504 =0.525(927492.9*4.31) ??w2???其中Pr普朗特数为4.31 对流换热系数为 ?Nu m??）（d1 =18.48755*0.635/0.014=838.5422 d?Nu m??）
iani盘管与夹套式热交换器 一、实验目的 测定盘管式与夹套式热交换器的热总传系数。 二、实验原理 化学工厂常见的反应器、调料桶等都需要配备加热(或冷却)及搅拌装置，以便有效控制器内物料的温度，一般均以夹套或盘管式热交换器来达成目的。夹套与盘管可同时共有，也可单独装设，依实际需要而定。 (一)盘管式热交换器 盘管式热交换器包括一个圆柱形容器，在容器内可以装设机械搅拌，以便加强热传效果，其盘管则由铜管、钢管或其他合金管均匀地盘绕而成，使获得较大的传热面积。若以盘管盘绕方式来区分，则可分为平板盘管式(Plate coil)热交换器(图一)及螺旋盘管式(Helical coil)热交换器(图二)两种。平板管水平置于容器底部，藉由自然对流的方式传递热量，螺旋管则装在垂直圆柱容器内，两者皆可加装搅拌器，以提高热传效率。 图一平板盘管热交换器(a)侧视图(b)为不同盘绕方式的俯视图
图二 附挡板螺旋盘管式热交换器及其几何形状的建议值比率 盘管式热交换器具有如下的优点： (1)流体具有离心力，而增加传热效果。 (2)型态简单，有安定的流动，适于黏性流体的热交换。 (3)积垢性小，易清理。 (4)适于流量小或低比热的流体。 (5)安装容易，坚固耐用。 但它亦受以下的限制： (1)整体结构小，管的整修、接合比较困难。 (2)管外虽可用机械方式清理，但管内一定要以化学方式 处理。 以下各种热传系数经验式的介绍，皆以螺旋盘管式热交换器为例： 1.稳定状态下的传热 (1)总传热系数 如图三所示，若所供应热源为热水加热流体，当系统达稳定状态后，则热水所供应的热量为 ()hb ha h h h T T Cp m q -= (1) 冷水吸收热量为：
换热器计算的设计型和操作型问题--传热过程计算 与换热器 日期:2005-12-28 18:04:55 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：椴木杉热度： 944 在工程应用上，对换热器的计算可分为两种类型：一类是设计型计算（或称为设计计算），即根据生产要求的传热速率和工艺条件，确定其所需换热器的传热面积及其他有关尺寸，进而设计或选用换热器；另一类是操作型计算（或称为校核计算），即根据给定换热器的结构参数及冷、热流体进入换热器的初始条件，通过计算判断一个换热器是否能满足生产要求或预测生产过程中某些参数（如流体的流量、初温等）的变化对换热器传热能力的影响。两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平均温差（LMTD）法和传热效率-传热单元数（e-NTU）法两种。 一、设计型计算 设计型计算一般是指根据给定的换热任务，通常已知冷、热流体的流量以及冷、热流体进出口端四个温度中的任意三个。当选定换热表面几何情况及流体的流动排布型式后计算传热面积，并进一步作结构设计，或者合理地选择换热器的型号。 对于设计型计算，既可以采用对数平均温差法，也可以采用传热效率-传热单元数法，其计算一般步骤如表5-2所示。 表5-2 设计型计算的计算步骤
体进出口温度计算参数P 、R ； 4． 由计算的P 、R 值以及流动排布型式，由j-P 、R 曲线确定温度修正系数j ；5．由热量衡算方程计算传热速率Q ，由端部温度计算逆流时的对数平均温差Δtm ； 6．由传热速率方程计算传热面积 。 体进出口温度计算参数e 、CR ； 4．由计算的e 、 CR 值确定NTU 。由选定的流动排布型式查取 e-NTU 算图。可能需由e-NTU 关系反复计算 NTU ；5．计算所需的传热面积 。 例5-4 一列管式换热器中，苯在换热器的管内流动，流量为 kg/s ，由80℃冷却至30℃；冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效率-传热单元数法计算所需要的传热面积。 解 （1）对数平均温差法 由热量衡算方程，换热器的传热速率为 苯与冷却水之间的平均传热温差为 由传热速率方程，换热器的传热面积为 A = Q/KΔt m = = m 3 （2）传热效率-传热单元数法 苯侧 (m C ph ) = *1900 = 2375 W/℃ 冷却水侧 (m c C pc ) =(m h C ph )(t h1-t h2)/(t c1-t c2) =2375*(80-30)/(50-20)= W/℃ 因此， (m C p )min=(m h C ph )=2375 W/℃ 由式（5-29），可得
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。
一、弹性螺旋螺纹管换热器与容积式换热器在热水应用领域的比较: （一）弹性螺旋螺纹管换热器热效率高，更加节省能量： 内部独特的反向缠绕、螺旋上升的盘管结构，以逆流方式换热，使蒸汽在换热管束中得以充分冷凝，无须经过二次换热，故可以节省大量蒸汽； （二）弹性螺旋螺纹管换热器为全不锈钢焊接，耐高温高压： 由于弹性螺旋螺纹管换热器的换热管束和壳体全部采用不锈钢材质，具有统一的膨胀系数，其最高承压1.6MPa，最高耐温400℃，不会由于压力和温度不稳定而引起换热器的变形；无需减温减压装置。 而普通容积式换热器一般壳采用碳钢，管为紫铜管。由于材质不一样所以膨胀系数不同，随着热胀冷缩易在焊口处裂管。再加上大都采用浮动盘管式，盘管不断振动，更易断管。为后期检修造成很大麻烦。另外容积式换热器承压较低，高压力需加装减温减压装置，不仅使初投资费用增加，同时减温减压装置会对蒸汽热能造成浪费。 （三）弹性螺旋螺纹管换热器结构紧凑，安装方便，占地面积小 螺旋螺纹管换热器体积小，节省基建投资；重量轻，便于安装，设备可直接与管道相连，降低了安装费用。 普通容积式换热器体积庞大，一般为弹性螺旋螺纹管换热器的10倍，占地面积较大；安装复杂，需要预制基础，安装费用较高。 （四）弹性螺旋螺纹管换热器使用寿命长： 弹性螺旋螺纹管换热器利用欧文（OWEN）湍流抖振频率准则原理，采用换热管束最小间隙设计，有效消除了湍流抖振现象，延长了换热器的使用寿命，螺旋螺纹管换热器的设计寿命可达40年,正常使用条件下，换热器3年内出现质量问题免费维修或更换（认为因数除外）。 而一般容积式换热器只能使用5年左右。 （五）弹性螺旋螺纹管换热器结垢倾向低，维护费用低 弹性螺旋螺纹管换热器独特的内部结构、独特的表面处理工艺以及两侧介质的逆流换热，在提高综合传热系数的同时保证了换热器具有自洁功能，结垢倾向低。另外为保证系统稳定运行，我公司特配一不锈钢热力平衡器，可保证水温稳定。即便是长期使用后出现结垢现象，我们只采用化学除垢的方法清洗换热器即可，省时、省力、费用低、效果好。 反观容积式换热器需定期检查，每年至少进行一次外观检查，每三年至少进行一次内外部检查，维修工作量大，维护费用高。特别是当换热管出现断管及裂管情况，需要将换热管抽出检修，这就必须提供大的检修空间以便将管拿出。对检修造成极大不便。 （六）弹性螺旋螺纹管换热器可根据实际使用情况调节水温，而容积式换热器的终端水温不能高于限定值，否则会加速结垢，增加维修工作量。 （七）弹性螺旋螺纹管换热器节能环保： 弹性螺旋螺纹管换热器热媒走管程，冷媒走壳程，冷包热的流动可保持换热器本身干燥，不会影响周围空气环境。再加上换热器及热力平衡器均采用不锈钢材质卫生等级高，可定期进行高温杀菌。 容积式换热器因其既是换热器又是贮水罐，其温暖潮湿的环境给微生物的繁殖创造了条件，极易产生大量细菌，能导致感染和炎症反应，造成室内二次污染，威胁人的健康。 二、弹性螺旋螺纹管换热器与板式换热器的比较
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
1 当前国浮动盘管型换热器的一些基本形式 1.1盘管型式 1.1.1立式螺旋型 其基本构造是几个不同旋转直径的竖向螺旋管组成一级管束。但其组合分配型式有较大差异，按管束末端的构造又可分为下述两种类型。 （1）末端为自由浮动的分配器（也称之为惰性块）见图1、图2。 图形1、图2中的分配器具有两个功能：其一，使热媒在各管束较均匀的分配，增大流程，以利充分换热；其二，起阴尼作用，防止共振破坏。图2所示带有两个惰性块，还可起诱导振动的受体作用，能提高传热效率。 （2）盘管始、末端采用分、集水短管连接，如图3所示。国大部分生产浮动盘管型换热器的厂家均采用这种做法。 1.1.2水平螺旋型 它是由一根根水平螺旋管组成，按其分水与集水立管的位置也分为两种类型：分水立管、集水立管边置型，如图4所示；分水立管、集水立管中置型，如图5所示。 1.2换热器的型式 1.2.1半即热式 典型产品是热高牌半即热式换热器 1.2.2容积式 这是近几年来国生产厂家发展较快，品种繁杂的产品。据初步了解，大概有如图6所示的产品。2、浮动盘管型换热器的优点 浮动盘管型换热器与U型管换热器相比，在换热性能上的优越性，主要体现在如下两个方面。 2.1传热系数K值有所提高 工业大学程林教授在他发表的“弹性管束换热器的发展与应用”一文中提到：“与一般的管束式换热器相比，在相同流速条件下，弹性管束汽水热交换器的传热系数提高了200%，同时，弹性管束亦比浮动盘管的传热系数提高40%。 笔者也做过几次浮动盘管型容积式换热器的热工性能测试。其结果及它与我在前几年研制的RV系列容积式换热器、HRV系列半容积式换热器在水-水换热工况下的性能曲线比较见图7。 从图7可以看出：在水-水换热时，相同热媒流速条件下，DFRV浮动盘管换热器的K平均值分别为R V-03、RV-04、HRV-01、HRV-02的1.40、1.31与1.12倍。 需说明的是图7的比较是粗浅的，因为它只固定了热媒流速一个因素。传热系数的基本公式为： 1/K=1/α1+δ/λ+1/α2 式中：K----传热系数； α1----热媒向换热管壁的放热系数； α2----换热管外壁向被加热水的放热系数； 壁厚、水垢和铁锈的总厚度； δ----- λ----管壁、水垢、铁锈等的导热系数。 图7中的关系只反映了K与α1（因与α1热媒流速V1成正比）的关系。由于容积式换热器被加热水流速V2很低，又很难计算确定，并且对于生活热水换热器来说，换热器的产热量主要是满足规定温度下的设计耗热量即可。因此，我们没有做更深入的工作，作出相应不同热媒流速V1，被加热水流速V2的对应K 值的关系曲线。也就是说，图7中的关系线未反映出K与V2即α2之关系。另外RV、HRV系列换热器测
条件：600kg 水 6小时升温30℃单位时间内换热器的放热量为q q=GC ΔT=600**10^3*30/(6*3600)= 3500 w 盘管内流速1m/s ，管内径为0.007m ，0.01m ， 盘管内水换热情况： 定性温度40℃ 定性温度50℃ 管径0.014m Re Re 管径0.20m Re Re 物性参数： 40℃饱和水参数。 黏度—*10^-6 运动黏度— *10^-6 普朗特数— 导热系数—*10^2 w/(m. ℃) 求解过程： 盘管内平均水温40℃为定性温度时 换热铜管的外径，分别取d1=0.014m d2=0.02m 努谢尔特准则为 0.4 f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝** （d1） 0.4 f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝** （d2） 管内对流换热系数为 l Nu h f f i λ?= =*= （d1） l Nu h f f i λ?= =*= （d2） 管外对流换热系数 格拉晓夫数准则为（Δt=10） 23/υβtd g Gr ?==**10^-4*10*.0163/*10^-6)2= （d1） 23/υβtd g Gr ?==**10^-4*10*.0223/*10^-6)2=（d2） 其中g= N/kg β为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K 自然对流换热均为层流换热（层流范围：Gr=10^4~*10^8） 25 .023 w w Pr t g l 525.0Nu ? ?? ? ????=να=*= （d1）
25 .023w w Pr t g l 525.0Nu ??? ? ????=να=*= （d2） 其中Pr 普朗特数为 对流换热系数为 d Nu m λ α= =*= （d1） d Nu m λ α= =*= （d2） 其中λ为(m. ℃) .传热系数U λ δ++=o i h 1h 1U 1=1/+1/+1/393= U= （d1） λ δ++=o i h 1h 1U 1=1/+1/+1/393= U= （d2） h i －螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外表面传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 m δ=1m λ－管材的导热系数 J/m ·s ·℃ λ=393W/m ℃ k o －分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k o 为1） J/㎡·s ·℃ 自来水 k o =㎡℃/W 换热器铜管长度 d q l απ70==3500/10/= （d1） A= d q l απ70= =3500/10/= （d2） A= 二、集热面积的相关计算（间接系统） 条件：加热600kg 水，初始水温10℃，集热平面太阳辐照量17MJ/㎡以上，温升30℃，
浮头式冷却器E-1401设计 摘要 该毕业设计题目为浮头式冷却器（即浮头式换热器）E-1401设计，源于工程实际。浮头式换热器是管壳式换热器中的一类，其管板一端固定在壳体与前端管箱之间，另一端（即浮头）可以在壳体中自由移动。由于管束的热膨胀不受壳体的约束，因此浮头式换热器不会产生较大的温差热应力，这样便避免了对换热器结构的损害。此外，浮头式换热器还便于拆卸、易于清洗，适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的场合。因此在石油化工以及其他相关行业中得到了广泛的应用。 该设计主要进行了换热器结构的研究和各处强度的校核。根据所提供的设计条件，以及GB150-2011《压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》、《固定式压力容器安全技术监察规程》等标准确定出换热器各个零部件（管箱、封头、法兰、开孔接管、折流板、钩圈等）的具体方案，包括各处材料的选择，各零部件的基本结构，壁厚计算及强度校核，开孔补强计算，管板、法兰以及浮头钩圈的强度计算等。本设计历时3个月，共完成说明书一份，A1图纸5张，外文翻译一份。 关键词：换热器浮头设计
Floating cooler E-1401 design Summary The graduation project titled Floating cooler ( ie, floating head heat exchanger ) E-1401 design , from engineering practice . Floating head heat exchanger shell and tube heat exchanger is in a class of its tube plate fixed at one end between the housing and the front tube box , the other end ( ie, floating head ) can move freely in the housing. Due to thermal expansion of the bundle is not bound by the housing , the floating head heat exchanger and therefore no large temperature difference between the thermal stress , thus avoiding damage to the structure of the heat exchanger . In addition, floating head heat exchanger is also easy to disassemble , easy to clean , suitable for large temperature difference between the shell and tube bundle or medium shell easy to scale the occasion. So it has been widely used in the petrochemical and other related industries. The design is mainly studied the intensity of the heat exchanger and around the structure checked. Determine the various components of the heat exchanger according to the design conditions provided and GB150-2011 " pressure vessel ", GB151-1999 " shell and tube heat exchangers ", " Safety Technology Supervision Stationary Pressure Vessels " and other standards ( tube box , head, flange , opening over, baffles, circle hooks , etc. ) of the specific program , including the selection of materials throughout , the basic structure of the various parts , wall thickness calculation and strength check , opening reinforcement calculations, tube sheets , flanges and strength calculation Floating circle hook . Keywords : Heat exchanger floating head design