摘要
固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用比较广泛的一种换热器。这类换热器具有结构简单、紧凑、可靠性高、适应性广的特点,并且生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便。固定管板式换热器能承受较高的操作压力和温度，因此在高温高压和大型换热器中，其占有绝对优势。
本次设计的题目是乙二醇塔底进料换热器的设计，课题预期达到的目标为：换热器面积的计算（实际换热面积：92.6mm2），管程壳程压力降的计算（小于等于0.4MPa），工艺结构尺寸的计算：管程数（1管程），换热管的确定（内径：19mm 数量：500根），壳体内径（600mm），壳程数（1壳程）的计算，折流板的选型（形式：弓形折流板，数量：13）等。
换热器的强度计算：对筒体、管箱厚度的计算和校核，对壳体及管箱各处开孔补强，对延长部分兼做法兰的计算及强度核算。经水压试验、压力校核后显示结果全部合格。
换热器的结构设计：折流板、法兰（甲型平焊法兰）、换热管、支座（鞍式支座）、垫片（石棉橡胶板垫片）的规格及选型。
完善设计图纸及设计说明书。
关键词：换热器；工艺；结构；强度
I
Abstract
Fixed tube plate heat exchanger is a typical structure of the shell and tube heat exchanger and a wide range of heat exchanger. This type of heat exchanger has the characteristics of a simple structure, compact, high reliability and wide adaptability , and low cost of the production, wide choice of used materials, more convenient of cleaning heat exchanger the surface . Fixed tube plate heat exchanger can withstands the higher operating pressure and temperature, so it has the absolute advantage in the possession of high temperature and high pressure heat exchangers and large,.
This design topic is naphtha condenser design, the goal which the topic anticipated achieved:
The craft design of heat exchanger:the heat transfer area computation(actual heat transfer area:322.2mm2);tube side pressure drop computation(≤0.4MPa);the craft structure size computation:number of tube passes(2 tube passes),the number of heat exchange tube(inside diameter:19mm,number:900),the inside diameter of shell(1000mm), number of shell passes(1 shell passes),the lectotype of baffle board(form:segmental baffle,number:13)etc The strength calculation of heat exchanger:the computation and check of cylinder thinckness and channel thinckness,the shell and the reinforcement for opening supplements the intensity,the extension part concurrently makes the flange the computation and the intensity calculation. Examinatation part carried on the hydraulic pressure test, the pressure examination and so on, in which all results has been all qualified
The structural design of the heat exchanger:The specification and lectotype of baffle plate、flange(type A manhole weded flange)、heat exchange tube、suppot(saddle support)、gasket(paronite gasket)
Consummates the design paper and the design instruction booklet
Keywords: heat exchanger; craft;structure; intensity
目录
摘要..................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................... II 第1章引言 (1)
1.1 换热器的用途 (1)
1.2换热器的分类 (1)
1.3 换热器的发展趋势 (1)
第2章固定管板式换热器的工艺计算 (3)
2.1 估算换热面积 (3)
2.1.1 选择换热器的类型 (3)
2.1.2 流程安排 (3)
2.1.3 确定物性数据 (3)
2.1.4 估算传热面积 (4)
2.2 工艺结构尺寸 (5)
2.2.1 管径和管内流速 (5)
2.2.2 管程数和传热管数 (5)
2.2.4 传热管排列和分程方法 (7)
2.2.5 壳体内径 (7)
2.2.6 折流板 (8)
2.2.7其他附件 (8)
2.2.8 接管 (9)
2.3 换热器核算 (9)
2.3.1 热流量核算 (9)
2.3.2 壁温核算 (13)
2.3.3 换热器内流体的流动阻力 (14)
2.4 换热器的主要结构尺寸和计算结果 (17)
第3章强度计算 (19)
3.1 筒体壁厚计算 (19)
3.2 管箱短节、封头厚度的计算 (20)
3.2.1 管箱短节厚度的计算 (20)
3.2.2 封头厚度的计算 (20)
3.3 管箱短节开孔补强的校核 (21)
3.4壳体接管开孔补强校核 (22)
3.5 管板设计及校核 (23)
3.5.1 管板计算的有关参数的确定 (23)
3.5.2 计算法兰力矩 (27)
3.5.3管板的计算的相关参数 (28)
3.5.4 确定 和
G (29)
2
3.5.5 对于其延长部分兼作法兰的管板计算 (29)
3.5.6 设计条件不同的组合工况 (30)
第4章结构设计 (36)
4.1折流挡板 (36)
4.2 法兰 (36)
4.3 换热管 (37)
4.4 支座 (37)
4.5 压力容器选材原则 (38)
4.6 垫片 (39)
第5章结论 (40)
参考文献 (41)
致谢 (43)
第1章引言
1.1 换热器的用途
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门[1]。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一[2]。换热器在节能技术改革中具有的作用表现在两个方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器的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，可以显著提高设备的热效率[3]。
1.2换热器的分类
换热器的种类划分方法很多，方法也各不相同。
按其用途：可将换热器分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器[4~5]。
按其传热方式和作用原理：可分为混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器等。其中间壁式换热器为工业应用最为广泛的一种换热器。它按传热面形状可分为管式换热器、板面式换热器、扩展表面换热器等。这其中又以管壳式换热器应用最为广泛，它通过换热管的管壁进行传热。具有结构简单牢固、制造简便、使用材料范围广、可靠程度高等优点，是目前应用最为广泛的一种换热器[5]。
管壳式换热器的形式：管壳式换热器根据其结构的不同，可以分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器、釜式重沸器等[6~8]。
1.3 换热器的发展趋势
二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器[9~12]。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
1
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[13]。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[14]。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造成本的标准系列化，并在广泛的范围内继续向大型化发展，并CDF（Comptational Fluid Dynamics）模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成一个高技术体系[15~16]。
板翅式换热器（冷箱）主要用于乙烯裂解，空气分离和天然气液化等。我国杭州制氧机集团有限公司（杭氧）在引进美国S-W公司技术和关键加工设备——大型真空钎焊炉基础上，生产制造出的乙烯冷箱，设计水平和制造能力已基本达到国际先进水平，并在燕山，扬子，上海，天津，广州及齐鲁等乙烯改造项目中得到应用。板翅式换热器流道多达15股，单体外形尺寸达6m×1.1×1.154m,最高设计压力达5.12Mpa。管壳式换热器具有结构坚固、弹性大和使用范围广等独特优点，一直被广泛应用。尤其在高温高压和大型化的场合下，以及制造工艺上的进一步自动化和机械化，管壳式换热器今后将在广泛的领域内得到继续发展[17]。
2
3 第2章 固定管板式换热器的工艺计算
2.1 估算换热面积
2.1.1 选择换热器的类型
两流体温度变化情况：热流体进口温度170℃，出口温度140℃；冷流体进口温度70℃，出口温度90℃，因此初步确定选用固定管板式换热器。 2.1.2 流程安排
从两物流的操作压力来看，应使温度低的走管程，温度高的走壳程。 2.1.3 确定物性数据
定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
故壳程流体的定性温度为：
170140
155()2
T +=
=℃
管程流体的定性温度为：
7090
80()2
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。
2N 在155℃下的有关物性数据如下： 密度 1ρ=1.38kg/3m
4 定压比热容 1p c =1.038kJ/kg ·℃ 热导率 1λ=0.0545W/m ·℃ 粘度 1μ=2.3×310-Pa ·s N2在80℃下的物性数据：
密度 2ρ=1.14kg/3m 定压比热容 2p c =1.038kJ/kg ·℃ 热导率 2λ=0.051W/m ·℃ 粘度 2μ=2.1×310-Pa ·s 2.1.4 估算传热面积
1.热流量：
1111p Q m c t =D
（2-1） 3347600/3600=?1.038?10?(170-140)
()kw =3006.74
2.平均传热温差:
12
12
ln m t t t t t ?-??=
?? （2-2） (17070)(14090)
ln
---=
（170-70）（140-90）
24.66()K =
5 3.传热面积：
由于壳程的压力较高，故可以选取较大的K 值。假设K=20W/（㎡.K ）则估算的面积为：
213006.7410101.6()p m Q A m K t ?=
==?20?24.66
（2-3）
2.2 工艺结构尺寸
2.2.1 管径和管内流速
换热管的规格包括管径和管长，换热管直径越小，换热器单位体积的换热面积越大。因此，对于洁净的流体管径可取小些，但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取得大些，以免堵塞。
本设计选用Φ25×2较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速i u =10.8m/s 2.2.2 管程数和传热管数
根据传热管内径和流速确定单程传热管数[19]：
2241.38/86.9
224.5()0.7850.01510.8
4
s i i
V
n d u π
=
=
≈??根 （2-4）
按单程管计算，所需的传热管长度为：
0106.1
2.7()
3.140.019250
p
s
A L m d n π=
=
=?? （2
-5）
按单程管设计传热管过长，宜采用多管程结构。
6 我国生产的钢管系列标准中管长有1.5m,2m,3m,4.5m,6m 和9m,根据选定的管径和流速，现取传热管长3l m =。 则该换热器的管程数为：
2.71()3
p L N l =
==管程
（2-6）
传热管总根数：
224.52449T N =?=（根）
平均温差校正系数：
1221170140
1.59070
t t R t t ?-?-=
==--
21119070
0.217070
t t P T t --=
==--
按单壳程，两管程结构，查得：
0.99t ε?=
平均传热温差：
=0.9924.6624.4m t m t t ε??=??=逆（℃） （2-7）
由于平均温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。
7 2.2.4 传热管排列和分程方法
管子的排列方式有等边三角形，正方形，转角正方形三种。与正方形相比，等边三角形排列比较仅凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正方形排列虽然比较松散，传热效果也较差，但管外清洗比较方便，对易结垢流体更为适用。若将正方形排列的管束斜转45°安装，可在一定程度上提高对流传热系数[12]。
图2-1 换热管排列方式
综合本设计结构和工艺结构考虑采用正三角形排列方法。
取管心距 01.25t d =（焊接时），则25t =（mm ） （2-8）
隔板中心到力气最近一排管中心距离：
25
618.5()2
S mm =
+= （2-9）
2.2.5 壳体内径
采用多管程结构，取管板利用率0.7η=，则壳体内径为：
1.05/D t N η=
8 1.0525250/0.76666=?=（mm ）
（2-10）
按卷制壳体的进级档，可取6666D =mm 。 2.2.6 折流板
安装折流挡板的目的是为了提高管外对流传热系数，为取得良好效果，挡板的形状和间距必须适当，本设计采用弓形折流板，弓形缺口太大或太小都会产生死区，太大不利于传热，太小又增加流体阻力[12]。
取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：
0.2566661665h =?=（mm ）
故可取h=1665（mm ） 取折流板间距0.3B D =，则：
0.366662000B =?=（mm ）
故可取B=200（mm ） 折流板数B N ：
-1=-1=22000
B N =
传热管长4000
（块）折流板间距 （2-11）
2.2.7其他附件
根据本换热器壳体的内径，故按标准取拉杆直径为16Φ，拉杆数量4根。 壳程入口处应设防冲挡板[19]。如下表所得：
9 表2-1 拉杆直径表
换热管外径d 拉杆直径d n 10≤d ≤14 10 14〈d 〈25 12 25≤d ≤57 16
2.2.8 接管
壳程流体进出口接管：取接管内2N 流速为120/u m s =，则接管内径为:
11
44347600/(360086.9)
355.6()3.1420
V
D mm u π??=
==?
（2-12）
圆整后可取内径为360mm 。
管程流体进出口接管：取接管内液体流速210.8/u m s =，则接管内径为：
24148971/(360086.9)
406.4()3.1410.8
D mm ??=
=? （2-13）
圆整后取管内径为410mm 。
2.3 换热器核算
2.3.1 热流量核算
（1）壳程表面传热系数[18~19]
10 用克恩法计算，
10.550.14
13000.36
Re Pr ()e w
d l m a m = （2-14）
当量直径：
223
4[0.0250.7850.019]20.017()3.140.019
e d m ?-?=
=? （2-15）
壳程流通截面积：
20019
(1)0.30.60.6(1)0.025()25
d S BD m t =-
=???-=
（2-16）
壳体流体流速及雷诺数分别为：
000347600/(3600168.37))16.87(/)0.034
V u m s S ?=
== （2-17）
003
0.01716.87168.37
Re 2414340.210e d u ρ
μ
-??=
=
=? （2-18）
普朗特数：
11
33
00
1.038100.210Pr 40.051
p c μλ-???=
==
（2-19）
粘度校正：
0.14
(
)1w
m m ?
则： 0.551/30.14
0220.36
()e r e w
R P d μαμλ= 0.551/3200.051
0.3624143441565[/()]0.017
W m K α=?
??=?
(2) 管内表面传热系数：
0.80.40.023
Re Pr i
i i
d λα= （2-20）
管程流体流通截面积：
2
22500
0.7850.0150.044()4
2
T i i p N S d m N π
=
=??= （2-21）
管程流体流速：
148971/(360086.9)10.8(/)0.044
i i i V u m s S ?=
==
12
3
0.01510.886.9
Re 612070.2310
i i i
i i
d u ρμ-??=
=
=?
普朗特数：
331.038100.2310Pr 4.420.054
p C μ
λ-???=== （2-22） 0.80.420.626
0.02361207 4.427637[/()]0.015
i W m k α=???=?
（3）污垢热阻和管壁热阻
管外侧污垢热阻： 200.000176()/R m K W =[?] 管内侧污垢热阻： 20.0002()/i R m K W =[?] 碳钢在该条件下的热导率为50/m W [(?)]℃ 管壁热阻为：
20.002
0.00004()/50
w R m K W =
=[?]
(4) 传热系数
00000
1
1()C i w i i i m K d d d R R R d d d αα=
++++ （2-23）
1
190.0002190.00004191
0.00017676371515171565
=
??++++
?
13 2783[/()]W m K =?
（5）传热面积裕度 计算的传热面积为：
213006740
78.6()78324.66
c c m Q A m K t ===?? （2-24）
该换热器的实际传热面积为：
20 3.140.019650092.6()p T A d lN m π==???= （2-25）
该换热器的面积裕度为：
92.678.6
17.9()78.6
P c c A A H A --===% （2-26）
传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。 2.3.2 壁温核算
由于换热管内侧污垢热阻较大，会使传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，减低了传热管和壳体的壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中应按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温[19]。
//1/1/m c m h
w c h
T t t αααα-=- （2-27）
14 式中液体的平均温度m t 和m T 为：
1270908022m t t t ++===（℃） （2-28）
12170140
15522
m T T T ++=
==（℃） （2-29）
27637W/(m K)c i αα==[?] 201565W/(m K)h αα==[?]
传热管平均壁温：
155/763780/1565
92.71/76371/1565
t +=
=+℃
壳体壁温可近似取为壳程流体的平均温度，即155T =℃。 壳体壁温和传热管壁温之差为：
15592.762.3t ?=-=
由于换热器壳程流体的温差不大，壳程压力不高，因此，选用固定管板式换热器较为适宜。
2.3.3 换热器内流体的流动阻力
（1）管程流体阻力
12()t s p t p p p N N F ?=?+? （2-30）
15
1,s N = 2p N = 1.5t F =
2
4i i i L u p d ρλ?= （2-31）
Re 61207=传热管对粗糙度
0.2
0.0120
d
ε
=
=，查图得0.04i λ=流速10.8/u m s =，386.9/kg m ρ=
21610.886.9
0.0481088.10.0152
p ??=?
?=（Pa ）
2
2286.910.83315204.0222
u p ρ??==?=（Pa ） （2-32）
(81088.115204.02)12 1.5288876t p ?=+???= (Pa)
管程流体阻力在允许范围之内[19]。 （2）壳程阻力
''
12()s s s p p p F N ∑?=?+? （2-33）
1,s N = 1.15s F =.
16 2
'01
0(1)2
C B u p Ff N N ρ?=+ （2-34）
0.5F = 0.2280.2280 5.0Re 52414340.296f --==?=
0.50.51.1 1.150024.5C T N N ==?= （2-35）
19B N = 00.54u =m/s
2
0168.370.4780.50.29624.5(191)1392.32
p ??=???+?= (Pa)
流体流过折流板缺口的阻力：
2
'
02(3.5)2
i
B u B p N D ρ?=- （2-36）
0.3B =m, 1D =m
2
'
2
20.2168.370.5419(3.5)1321.70.62
p ???=?-?=（Pa ）
总阻力：
0(1392.31321.7)1 1.153121∑P =+??=（Pa ）
固定管板式换热器的结构设计 摘要 换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一，其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源的有效利用与节约，对国民经济有着十分重要的影响。 换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同。其中常用结构为管壳式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强，在各工业部门应用最为广泛。 固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用比较广泛的一种换热器。这类换热器具有结构简单、紧凑、可靠性高、适应性广的特点,并且生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便。固定管板式换热器能承受较高的操作压力和温度，因此在高温高压和大型换热器中，其占有绝对优势。 固定管板式换热器主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和后端结构等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。管箱和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连，检修或清洗时便于拆卸。换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题.准确的热力设计和计算，还要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。 关键词：换热器；固定管板式换热器；结构；设计
The Structural Design of Fixed Tube Plate Heat Exchanger Author : Chen Hui-juan Tutor : Li Hui Abstract Heat exchanger is one of the most important equipments which is used in the fields of chemical, oil, power, metallurgy, transportation, national defense industry. Its right setting and the improvements of performance play an important role in the rationality o technology, economy, energy utilization and saving, which has a very important impact on the national economy. The type of heat exchanger is various, the different use occasions and the purpose is are commonly used for the tube shell type structure, because of its simple structure, low cost and wide selection, easy to clean, strong adaptability, the most widely used in various industry departments. Fixed tube plate heat exchanger is a kind of typical structure of tube and shell heat exchanger, also is a kind of heat exchanger is applied more widely. This kind of heat exchanger has simple and compact structure, high reliability, the characteristics of wide adaptability, and the production of low cost, wide range of selection of materials, heat exchange surface cleaning more convenient. Fixed tube plate heat exchanger can operate under high pressure and temperature, therefore, the heat exchanger in high temperature and high pressure and large in its possession of absolute advantage. Fixed tube plate heat exchanger is mainly composed of shell, heat
摘要 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效紧凑换热器。各相邻板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器的传热性能与板面的波纹形状、尺寸及流程组合方式都有密切关系。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，其传热系数高，结构紧凑，占地面积小，价格低，安装方便，易清洗，在适用的范围内有取代管壳式换热器的趋势。板式换热器应用很广，尤其是更适宜用于医药、食品、制酒、化工等工业，并且随着板型、结构上改进，正在进一步扩大它的应用领域。 本文对板式换热器的发展及应用领域作了简要的介绍，通过板式换热器的传热原理，进行板式换热器热力计算和阻力计算，在满足了校核条件下，设计出板片波纹形式为双人字形、板片数为149片的并联流程组合的可拆卸式板式换热器。在此基础上，用AutoCAD绘制板式换热器零件图及装配图。设计的换热器工艺性好，安全可靠，便于操作、安装，成本低。 关键词：板式换热器；结构设计；传热计算；阻力计算
Abstract Plate heat exchanger is a new compact and efficient heat exchanger, consists of a series of corrugated sheet metal with a certain shape made of stacked. Formed thin rectangular channels between adjacent plates, through plates exchange heat. Plate heat exchanger heat transfer performance are closely related with plate’s corrugated shape, size and process combinations. Compared with the conventional shell and tube heat exchanger, at the same flow resistance and pump power consumption, it has the advantages of high heat transfer coefficient, compact, small footprint, low price, easy to install and clean. It has the trends replace shell and tube heat exchanger within applicable range. Plate heat exchanger applications is very broad, especially more suitable for medicine, food, wine, chemical and other industries. With the improvement of plate’s shape and structural, its field of application is further expanding. In this paper, the development and applications of plate heat exchanger was made a brief introduction.Through the principles of heat transfer of the plate heat exchanger, performed thermal and resistance calculations, under meeting the checking conditions, designs detachable plate heat exchanger, that plate’s corrugated shape is double herringbone, plate number is 149, process composition is parallel. On this basis, using AutoCAD to draw plate heat exchanger parts and assembly drawings. Designed heat exchanger technology is good, safe, reliable, easy to operate, install, and low cost. Keywords:plate heat exchanger; structural design; heat transfer calculation; resistance calculation
固定管板式换热器设计
目录 第一章绪论··3 1.1什么是管壳式换热器·3 1.2管壳式换热器的分类··3 第二章总体结构设计··4 2.1固定管板式换热器结构··4 第三章机械设计··4 3.1工艺条件 (4) 3.2设计计算 (4) （1）管子数n (5) （2）换热管排列形式··5 （3）管间距的确定 (5) （4）壳程选择··5 3.3 筒体··6 （1）换热器壳体内径的确定··6 （2）换热器封头的选择··6 3.4 折流板··6 （1）折流板切口高度的确定··6 （2）确定折流板间距··6 （3）折流板的排列方式··7 （4）折流板外径的选择··7 （5）折流板厚度的确定··7
（6）折流板的管孔确定··7 3.5 拉杆、定距管··7 （1）拉杆的直径和数量··7 （2）拉杆的尺寸··8 （3）拉杆的布置··9 （4）定距管··9 3.6、防冲板··9 3.7、接管··9 （1）接管的公称直径··9 （2）接管的壁厚确定··9 （3）接管高度的确定··9 3.8 法兰··10 （1）容器法兰的选用··10 （2）接管法兰··10 3.9 垫片的选用··11 3.10 管板的设计与计算··11 3.11 支座··12 3.12 圆筒节的设计··13 第四章列管式换热器机械结构设计··13 4.1 传热管与管板的连接··14 4.2 管板与壳体及管箱的连接··14 4.3 管法兰与接管连接··14
第五章强度计算··15 5.1 换热器壳体壁厚的计算··15 5.2 管箱短节··16 第六章安装制造··16 6.1 换热器制造··16 6.2 换热器安装··17 参考文献··18 心得体会··18
固定管板式换热器的注意事项及工作原理 固定管板式换热器在运行中应注意事项有： (1)换热器在新安装或检修完之后必须进行试压后才能使用。 (2)换热器在开工时要先通冷流后通热流，在停工时要先停热流后停冷流。以防止不均匀的热胀冷缩引起泄漏或损坏。 (3)固定管板式换热器不允许单向受热，浮动式换热器管、壳两侧也不允许温差过大。 (4)启动过程中，排气阀应保持打开状态，以便排出全部空气，启动结束后应关闭。 (5)如果使用碳氢化合物，在装入碳氢化合物之前要用惰性气体驱除换热器中的空气，以免发生爆炸。 (6)停工吹扫时，引汽前必须放净冷凝水，并缓慢通气，防止水击。换热器一侧通气时，必须把另一侧的放空阀打开，以免弊压损坏，关闭换热器时，应打开排气阀及疏水阀，防止冷却形成真空损坏设备。 (7)空冷器使用时要注意部分流量均匀，确保冷却效果。 (8)经常注意监视防止泄漏。 固定管板式换热器的工作原理：
图1 [固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造。A流体从接管1流入壳体内，通过管间从接管2流出。B流体从接管3流入,通过管内从接管4流出。如果A流体的温度高于B流体,热量便通过管壁由A流体传递给B流体；反之，则通过管壁由B流体传递给A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体 (A流体)。管子和管箱以内的区域称为管程,通过管程的流体称为管程流体(B流体)。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形;管子为直管或U形管。为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。
板式换热器技术方 案
板式换热器技术方案 京招字[ ]069号1.供货需求表 板式换热器本体及其配套零部件的供应和设备的调试及维保。具体见附表1 2.环境条件： 2.1工程位于北京市，气侯特征为：冬季干冷，夏季湿热。环境温度： 极端最高 40.6 ℃，极端最低 -27.4 ℃。 2.2介质温度≤100℃，介质重度≤1.2Kg/dm3，PH=5～9。 3、整体技术要求 3.1投标人提供的板式换热器技术参数应满足《供货需求表》要求。3.2 板式换热器生产厂家须有生产及安装同类型设备的经验，且其所生 产的设备须具有十年以上成功运行的经验。招标方在评标时有权考证。 3.3 有关设备须符合下列有关国际认可的机构/组织和中国有关政府机关 所制订的条例和规范。 3.4板式换热器的设计、制造、检验与验收应遵守GB 16409-1996《板式 换热器》和GB 151- 89的规定，同时还须遵循GB 150-89图集的要求。 3.5板式换热器为水-水热交换器。
3.6板式换热器要求板片、垫片进口，并需提供国外板片生产厂生产资 质及有关认证文件,并要求提供板片、垫片进口报关文件。并由板片原生产厂，或由板片原生产厂在中国境内设立的合资或独资企业装配及制造。 3.7整个板式热交换器包括一个由低碳钢制成的框架，经由机械加工压 铸成人字波纹形的AISIS304或AISIS316不锈钢传热板片，承托换热片的上下导杆，固定压紧板和活动压紧板组成。 3.8板片与板片之边缘和信道周围均用三元乙丙橡胶垫片(EPDM)或丁氰 橡胶(NBR)作密封。 3.9一次及二次的出／入水管接驳口须设在板式热交换器的固定压紧 板，且面对固定压紧板。 3.10每台机组须附有详细标明厂家的名称、设备的型号和编号及有关的 技术数据等资料的标志铭牌。 3.11投标方需对照设备表详细列出各机组各项参数对比表，并提供各机 组的外型尺寸。 4.零部件技术要求 4.1换热板片须为AISIS304或ANIS316不锈钢板。 4.2密封胶垫采用三元乙丙（EPDM）或丁氰橡胶(NBR )制造，在板换预 紧状态下，承压1.6MPa。 4.3在每块换热板片的旁通口周围须提供密封垫片，用以隔绝两种换热
江汉大学 课题名称: 固定管板式换热器设计 系别: 化学与环境工程学院 专业: 过控１21班 学号: 1222091０４119 姓名: 库勇智 指导教师: 杨继军 时间: 2016年元月 课程设计任务书 设计题目:固定管板式换热器设计 一、设计目得: 1.实用国家最新压力容器标准、规范进行设计,掌握典型得过程装备 设计得全过程、 2.掌握查阅与综合分析文献资料得能力,进行设计方法与设计方案得 可行性研究与论证。 3.掌握软件强度设计计算,要求设计思路清晰,计算数据准确可靠,正 确掌握计算机操作与专业软件得实用。 4.掌握图纸得计算机绘图。 二、设计条件: 设计条件单
管口表 三、设计要求: 1。换热器机械设计计算及整体结构设计 2、绘制固定管板式换热器装配图(一张一号图纸) 3。管长与壳体内径之比在3-2０之间 四、主要参考文献 1.国家质量监督检验检疫总局,GＢ150—2０１1《压力容器》,中国标
准出版社,２011。 2。国家质量监督检验检疫总局,ＴSG R０00４-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》,新华出版社,20０9、 3.国家质量监督检验检疫总局,GB151—1999《管壳式换热器》,中国标准出版社,19９９、 4、天津大学化工原理教研室,《化工原理》上册,姚玉英主编,天津科学技术出版社,2012、 5、郑津样,董其伍,桑芝富主编,《过程装备设计》,化学工业出版社,2010。 6。赵惠清,蔡纪宁主编,《化工制图》,化学工业出版社,２0０８。7.潘红良,郝俊文主编,《过程装备机械设计》,华东理工大学出版社,20０6、 ８。E.U、施林德尔主编,《换热器设计手册》第四卷,机械工业出版社,１98９。 前言 换热设备就是用于两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度得同一种流体间热量(或焓)传递得装置。 换热器就是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一,其正确得设置,性能得改善关系各部门有关工艺得合理性、经济性以及能源得有效利用与节约,对国民经济有着十分重要得影响。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量得４0％左右,
一 列管换热器工艺设计 1、根据已知条件，确定换热管数目和管程数： 选用.5225?φ的换热管 则换热管数目：5.737019 .014.35.2110 A 0≈??== d l n p π根 故738=n 根 管程数：对于固定板式换热器，可选单管程或双管程，为成本计，本设计采用单管程。 2、管子排列方式的选择 （1）采用正三角形排列 （2）选择强度焊接,由表1.1查的管心距t=25mm 。 表1.1 常用管心距 管外径/mm 管心距/mm 各程相邻管的管心距/mm 19 25 38 25 32 44 32 40 52 38 48 60 （3）采用正三角形排列，当传热管数超过127根，即正六边形的个数a>6时，最外层六边形和壳体间的弓形部分空间较大，也应该配置传热管。不同的a 值时，可排的管数目见表1.2。具体排列方式如图1，管子总数为779根。 表1.2 排管数目 正六角形的数目a 正三角形排列 六角形对角线上的管数b 六角形内的管数 每个弓形部分的管数 第一列 第二列 第三列 弓形部分的管数 管子总数 1 3 7 7 2 5 19 19 3 7 37 37 4 9 61 61 5 11 91 91 6 13 12 7 127 7 15 169 3 1 8 187 8 17 217 4 24 241 9 19 271 5 30 10 21
301 11 23 397 7 42 439 12 25 469 8 48 517 13 27 547 9 2 66 613 14 29 631 10 5 90 721 15 31 721 11 6 102 823 16 33 817 12 7 114 931 17 35 919 13 8 126 1045 18 37 1027 14 9 138 1165 19 39 1411 15 12 162 1303 20 41 1261 16 13 4 198 1459 21 43 1387 17 14 7 228 1616 22 45 1519 18 15 8 246 1765 23 47 1657 19 16 9 264 1921 图1.1折流板的管孔及换热管及拉杆分布 3、壳程选择 壳程的选择：简单起见，采用单壳程。 4、壳体内径的确定 换热器壳体内径与传热管数目、管心距和传热管的排列方式有关。壳体的内径需要圆整成标准尺寸。以400mm为基数，以100mm为进级档，必要时可以50mm为进级档。 对于单管程换热器，壳体内径公式0 b t+ - D d = ~ )3 2( )1 (
西安科技大学—乘风破浪团队 1 换热器的设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 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； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温
西安科技大学—乘风破浪团队 2 差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。 （3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表
江汉大学 课题名称：固定管板式换热器设计 系别：化学与环境工程学院 专业：过控121班 学号： 122209104119 姓名：库勇智 指导教师：杨继军 时间： 2016年元月
课程设计任务书 设计题目：固定管板式换热器设计 一、设计目的： 1.实用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型的过程装 备设计的全过程。 2.掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案 的可行性研究和论证。 3.掌握软件强度设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确可靠， 正确掌握计算机操作和专业软件的实用。 4.掌握图纸的计算机绘图。 二、设计条件： 设计条件单 名称管程壳程 物料名称循环水甲醇 工作压力0.45Mpa 0.05Mpa 操作温度40℃70℃ 推荐钢材10，Q235-A，16MnR 换热面积60㎡ 推荐管长Φ=25 32-39㎡40-75㎡76-135㎡ 2m 2．5 3m
管口表 符号公称直径用途 a 200 冷却水金口 b 200 甲醇蒸汽进口 c 20 放气口 d 70 甲醇物料出口 e 20 排净物 f 200 冷却水出口 三、设计要求： 1.换热器机械设计计算及整体结构设计 2.绘制固定管板式换热器装配图（一张一号图纸） 3.管长与壳体内径之比在3-20之间 四、主要参考文献 1.国家质量监督检验检疫总局，GB150-2011《压力容器》，中国标准出版社，2011. 2.国家质量监督检验检疫总局，TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》，新华出版社，2009. 3.国家质量监督检验检疫总局，GB151-1999《管壳式换热器》，中国标准出版社，1999. 4.天津大学化工原理教研室，《化工原理》上册，姚玉英主编，天津科学技术出版社，2012. 5.郑津样，董其伍，桑芝富主编，《过程装备设计》，化学工业出版社，
固定管板式换热器的设计 学生：库勇智，化学与环境工程学院 指导教师：王小雨，江汉大学 摘要 换热器是用来在流体间交换热量的装置，在化学专业中具有非常重要的地位，被使用于化工各行业中。由于其中固定管板式换热器管板和壳体是一体构造，具有结构简单、造价十分便宜的优点，所以被普遍的使用。 这篇设计说明书上面着重说明了换热器的换热面积、各个设计压力和设计温度以及接管等数据参数。根据上面所给的数据和换热器类型来对换热器的各个零部件，即换热管根数，尺寸、排列方式，壳体和管箱、封头等等，最后校核、压力试验，根据工艺结构选出材料，最后作图。 本设计说明书的每一部分都是完全参照GB150-2011《压力容器》和GB151-2014《热交换器》中固定管板式换热器的有关标准来计算、校核和选型的。 关键词 管壳式换热器；固定管板式换热器；加热器
Abstract Heat exchanger is a device for exchanging heat between the fluids and in chemistry has a very important position, is used in the chemical industry. Because of the fixed tube plate heat exchanger tube plate and the shell is an integral structure, with has the advantages of simple structure, low cost advantages, so be widely use. The design specification above illustrates the change of the heat exchange area of the heat exchanger, each design pressure and temperature and over data parameters. According to the data given above and the heat exchanger type heat exchanger parts, i.e. the heat exchange tube number, size, arrangement, shell and tube box, head, and so on, finally checking, pressure test, selected according to process structure materials. Finally, drawing. The design specification is strictly according to GB150-2011< pressure container > and heat GB151-2014< exchanger is > fixed tube plate heat exchanger of the relevant provisions of the calculation, selection and checking. Key words Shell and tube heat exchanger ；fixed tube heat exchanger ；heater
优秀论文审核通过 未经允许切勿外传 新疆工程学院 毕业设计（论文） 2013 届 题目固定管板式换热器设计 专业设备维修技术 学生姓名韩向阳 学号 小组成员侯磊、张立东、蒋颖超 指导教师蔡香丽、薛风 完成日期
新疆工程学院教务处印制
新疆工程学院 毕业论文（设计）任务书班级化设备10-6班专业设备维修技术姓名韩向阳日期 2013.3.4 1、论文（设计）题目：固定管板式换热器设计 2、论文（设计）要求： （1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。 （3）主题明确，思路清晰。 （4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。 （5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。 3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4 完成日期 2013.4.10 4、指导教师签字： 新疆工程学院 毕业论文（设计）成绩评定 报告
序 号 评分指标具体要求分数范围得分1 学习态度 努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规 定的任务。 0—10分 2 能 力 与 质 量 调研论 证 能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研，能较 好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各 类信息并从中获取新知识的能力。 0—15分 综合能 力 论文能运用所学知识和技能，有一定见解和实用价 值。 0—25分 论文（设 计）质量 论证、分析逻辑清晰、正确合理，0—20分 3 工作量 内容充实，工作饱满，符合规定字数要求。绘图(表) 符合要求。 0— 15分4 撰写质量 结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清 楚，字迹工整，书写格式规范， 0— 15分 合计0—100分评语： 成绩： 评阅人（签名）： 日期： 毕业论文答辩及综合成绩
化工原理课程设计（论文） 煤油冷却器的设计 学院 专业 年级 学号 学生姓名 指导教师 2011年 11月
目录 一．任务书 (4) 1.1题目 1.2任务及操作条件 1.3列管式换热器的选择及设计要求 二．概述 (5) 2.1换热器概述 2.2固定管板式换热器 2.3设计背景及设计要求 三．物料数据的确定 (10) 3.1试算并初选换热器规格 3.2计算总传热系数 3.3计算传热面积 四．工艺结构尺寸 (13) 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4.3传热管排列和分程方法 4.4壳体内径 4.5折流板 4.6接管 4.7拉杆和定距管 4.8管板厚度
4.9封头 4.10缓冲挡板 4.11放气孔、排液孔 4.12膨胀节 4.13胀接 4.14密封垫圈 五．换热器核算 (20) 5.1壳程对流传热系数 5.2管程对流系数 5.3传热系数K 5.4传热面积 5.5计算压强降 六．工艺计算结果汇总表 (25) 七．后记 (26) 参考文献 (27)
煤油冷却器的设计 一．化工原理课程设计任务书 1.1设计题目：煤油冷却器的设计 1.2设计任务及操作条件 1.处理能力 19.6*104 吨/年煤油 2.设备型式列管式换热器 3.操作条件 a 煤油：入口温度145℃，出口温度 35℃ b 冷却介质：自来水，入口温度 30℃，出口温度 40℃ c 允许压强降：不大于105 pa d 煤油定性温度下的物性数据：密度为825kg/m3 ，粘度为7.15*10-4 pa*s，比热容为2.22kJ/（kg *℃），导热系数为0.14w/（m*℃） e 每年按330天计，每天24小时连续运行 1.3换热器的选择及设计要求 列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体的温差大于50 C，故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易结垢的物料。因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。
固定管板式换热器设计结构设计 第一章绪论 1 研究的目的和意义 随着现代工业的发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现[1]。 换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。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%一45%。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[2]。 目前,在换热设备中,管壳式换热器使用量最大。因此对其进行研究就具有很大的意义。 换热器换热过程是为了实现下列目的：⑴通过减小设计传热面积来减小换热器的体积和质量⑵．提高已有换热器的换热能力⑶．使换
热器能在较低额温差下正常工作⑷．通过减小换热器的流体阻力来减少换热器的动力消耗 2 国内外发展状况 2.1管程强化传热研究进展 换热管是管壳式换热器的主要组成部分，以下是列举的集中国内外新型高效换热管以及它们的作用 2.1.1螺旋槽管 螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凸的异形管,管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数,起到双边强化的作用。根据在光管表面加工螺旋槽的类型螺旋槽管有单头和多头之分,其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。美国、英国、日本从1970年至1980年间对螺旋槽管进行了大量的研究[1] 2.1.2横纹管 华南理工大学曾研究过1974年前苏联提出的一种换热管，研究表明：在相同流速下，横纹管的流体阻力较单头螺旋槽管的流体阻力要小。[2] 2.1.3螺旋扁管 梁龙虎[3]经实验研究,表明螺旋扁管管内膜传热系数通常比普通圆管大幅度提高,在低雷诺数时最为明显,达2～3倍;随着雷诺数的
换热器的设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 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； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
（3）U形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表
板式换热器选型与计算方法 板式换热器的选型与计算方法 板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 总传热量(单位:kW). 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度 T2 = 热侧出口温度 t1 = 冷侧进口温度 t2= 冷侧出口温度 热负荷 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为： （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）
在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s； Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)； T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为： 一侧有相变化 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2--------物流相变热，J/kg； D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。 对数平均温差(LMTD) 对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大小直接关系到换热器传热难易程度.在某些特殊情况下无法计算对数平均温差,此时用算术平均温差代替对数平均温差，介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方式是不同的。在一些特殊情况下，用算术平均温差代替对数平均温差。 逆流时： 并流时：
（二）板式换热器 3设计与运行条件 3.1板式换热器型式 板式换热器采用等截面可拆卸板式换热器（水-水），换热面材质材质为GB316不锈钢。 3.2板式换热器的配置 本次招标共需配备2台可拆卸板式换热器（水-水），单台功率22.5MW，单台换热面积950㎡，换热器接管管径按设计所提管径配置，换热器按本技术规书所提面积订货。 3.3板式换热器设计参数
3.4热网循环水水质 板式换热器工作介质为热网循环水，水质为软化水，具体水质如下：
3.5运行方式 板式换热器并联运行。 板式换热器换热量的控制通过控制一次侧（高温介质）流量和控制二次侧（低温介质）流量来实现。 3.6设备的安装地点及标高 板式换热器安装在换热站0米层。 4技术要求 投标方提供的板式换热器设计、制造、检验与验收应满足国家相关规中的相关规定，同时应满足本技术规书术要求，如有矛盾时按较高要求执行。 4.1板式换热器性能要求 4.1.1投标方所提供的板式换热器是可拆卸板式换热器（水-水），其技术先进、经济合理，成熟可靠的产品，具有较高的运行灵活性。 4.1.2板式换热器能在最大工况点长期连续运行，能满足板式换热器不同运行工况的需要，并且预留能增加10%换热能力板片的安装空间和技术条件。 4.1.3板式换热器不宜选择单板面积太小的板片，避免板片数量过多,要求单板面积大于等于2.5㎡。 4.1.4板式换热器采用板型应使换热器流体充分湍动，防止板片表面结垢。 4.1.5板式换热器应选用阻力小的板型，保证一次侧（高温介质）压降不大于0.03MPa，二次侧（低温介质）压降不大于0.03MPa。 4.1.6板式换热器板片厚度应不小于0.7mm。 4.1.7板式换热器额定工况运行时，二次侧（低温介质）出口温度偏差不应出现负偏差。 4.1.8板片波纹形式应采用技术成熟、有成功使用业绩的波纹形式。 4.1.9板式换热器外部、部保证不泄漏，一、二次水禁止混流。
板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数 曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得 快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和 压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 总传热量(单位:kW). 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度* A3 F7 y& G7 S+ Q T2 = 热侧出口温度3 s' _% s5 s. T" D0 q4 b t1 = 冷侧进口温度& L8 ~: |; B: t2 M2 w$ z t2= 冷侧出口温度 热负荷 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为：0 B N/ I" A+ m0 z' H9 ~ （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量） 在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；# Q/ p3 p: I4 ~0 N' I) W mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s；+ Z: I9 b- h9 h" r3 P) {/ ^ Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)；6 L8 t6 b3 o& m/ n T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡 算式为：& w3 v) j4 I4 R 一侧有相变化1 Y# e$ B6 c& z% C3 W- W* J 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中
固定管板式换热器的设计 第一章.设计方案概述和简介 一、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。化工生产中换热器的使用十分普遍，由于物料的性质、要求各不相同，换热器的种类很多。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。 按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛。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：另一种流体温度较低，吸收热量。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位 二、列管式换热器的分类 1、 U型管换热器 U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。 2、固定管板式换热器 固定管板式换热器主要是由筒体、封头、管板、换热管、管箱、折流板及法兰等组成，管束两端固定在管板上，管板和筒体之间是刚性连接在一起，相互之间无相对移动，换热器结构简单、制造方便、造价较低；在相同直径的壳体内可排列较多的换热管，而且每根换热管都可单独进行更换和管内清洗；但管外壁清洗较困难。当两种流体的温差较大时，会在壳壁和管壁中产生温差应力，一般当温差大于50摄氏度时就应考虑在壳体上设置膨胀节以减小温差应力。但当管、壳温差大于70摄氏度时，壳程压力超过0.6Mpa时，导致膨胀节过厚失去温差补偿作用。因此，固定管板式换热器适用于壳程流体清洁，不易结垢，管程常用要清洗，冷热流体温差不太大的场合。