管壳式换热器 GB151-1999
一.适用范围 1.型式
固定——P t 、P S 大，△t 小
浮头、U 形——P t 大，△t 大
*
一般不用于MPa P D 5.2>，易燃爆，有毒，易挥发和贵重介质。
结构型式：外填料函式、滑动管板填料函、双填料函式（径向双道） 2.参数
41075.1,35,2600X PN DN MPa P mm D N N ≤?≤≤。参数超出时参照执行。
D N :板卷按内径，管制按外径。
3.管束精度等级——仅对CS ，LAS 冷拔换热管
Ⅰ级——采用较高级，高级精度（通常用于无相变和易产生振动的场合） Ⅱ级——采用普通级精度 （通常用于再沸，冷凝和无振动场合） 不同精度等级管束在换热器设计中涉及管板管孔，折流板管孔的加工公差。 GB13296不锈钢换热管，一种精度，相当Ⅰ级；有色金属按相应标准。 4.不适用范围
受直接火焰加热、受核辐射、要求疲劳分析、已有其它行业标准（制冷、造纸等）P D ＜0.1MPa 或真空度＜0.02MPa
+
二．引用标准
1.压力容器安全技术监察规程——监察范围，类别划分*等
*按管、壳程的各自条件划类，以其中类别高的为准，制造技术可分别要求。
*壳程容积不扣除换热管占据容积计，管程容积=管箱容积+换热管内部容积。壳程容积=内径截面积X管板内侧间长度。
2. GB150-1998《钢制压力容器》——设计界限、载荷、材料及许用应力、
各受压元件的结构和强度计算。
3.有关材料标准。管材、板材、锻件等
4.有关零部件标准。封头、法兰（容器法兰、管法兰）紧固件、垫片、膨胀
节、支座等
三．设计参数
1.有关定义同GB150
2.设计压力Mpa
分别按管、壳程设计压力，并取最苛刻的压力组合（一侧为零或真空）。
管板压差设计仅适用确能保证管、壳程同时升降压，如1）自换热 2）P
t P s
均较高，操作又能绝对保证同时升降压。 3．设计温度℃
0℃以上，设计温度≥最高金属温度。
0℃以下，设计温度≤最低金属温度。
（一般可参照HG20580《设计基础》）
材料允许使用温度）
≯（元件表面温度算用最高部位温度，强度计
壳程元件平均温度壳程元件厚度截面金属管程元件平均温度管程元件厚度截面金属???
--t t ][][σσ()()固定管板式温差可不计环境温度壳材线胀系数温壳程筒体沿全长平均壁按附录Ｆ确定管材线胀系数换热管沿全长平均壁温??
?
??**-*
-S
t αα 应力计算用
* 对气-气或液-液可近似取管、壳程介质平均温度的平均值。其它按
c
h c
m h m t t T t αααα++=
估算。
** 可近似取壳程介质平均温度。外有保温或流体温度近似等于环境温度 4.腐蚀裕量C 2（仅对管，壳程均匀腐蚀）
2压缩空气、水蒸汽、水对CS 、LAS ≮1mm,
双面考虑的元件——管板、浮头法兰、浮头盖、钩圈，
管板、平盖的槽深作C 2或加差值。(槽深与C 2取大值)
不另考虑C 2的元件——换热管*、拉杆、定距管、折流板、支持板等。 *流动性较好腐蚀相对轻，换热元件要求给热系数α小，管头胀接不宜过厚。 5.许用应力
CS 、LAS 、SS 按GB150， 有色金属按GB151附录D 。 铝、铜及其合金 n b =4、n s =1.5 钛及其合金 n b =3、n s =1.5
复合板结合率≥B2级，可计入复层 ][]][[2
12
211··δδδσδσ
σ
++=t t t
6.焊接接头系数
CS 、LAS 、SS 按GB150， 有色金属按GB151附录D ，
管板——圆筒环向接头，用氩弧焊打底或有垫板焊接Φ=0.6。 7.换热面积 m 2
管束外表面积 d ?πn Le O ??，L e ——管板内侧有效长度。
U 形管一般不包括弯管段面积。 8.换热器公称长度 m 9.压力试验、气密试验 气密试验常用于易燃、极度、高度毒性介质或管、壳介质互漏时会有严重危害（例
如加重腐蚀、引起爆炸、影响产品质量、催化剂中毒、吸附剂粉化等）。 试验压力值同GB150
管板按压差设计时，须规定管、壳程升、降压的具体压差值， A 法： 100%NH 3，2~3KPa
B 法： 10~30%，NH 3，0.15~1.0Mpa
C 法： 1% NH 3，1~1.05P
D 四.材料
1. CS 、LAS 、SS 按GB150
2.有色金属按GB151附录D
1) 铝和铝合金≤8Mpa ，-269～200℃，对>65℃不宜用含Mg>3%的Al-Mg 合金*， 2) 铜和铜合金 纯铜≤150℃，铜合金≤200℃ 3) 钛和钛合金 纯钛≤300℃，钛合金≤350℃
*Mg 在Al 中的室温溶解度0.34%，极限溶解度14.9%，Mg 含量较高，会在晶间析出β相（Mg 2Al 3, Mg 8Al 5）,在某些介质中会产生应力腐蚀敏感性，只有在65℃以下不会产生。析出相过多也会降低冲击韧性。 3.锻件
1) 带凸肩与圆筒或管箱对接焊的管板， 2) 厚度>60mm 的管板， 3) 形状复杂的管板 4) 锻件级别≥Ⅱ级。 4.复合材料
1) 筒体、封头复合板（轧制、爆炸复合）
2) 管板、平盖复合或堆焊，堆焊分2层，第1层打底后热处理.
3) 轧制复合不锈钢管板Ⅰ级，平盖Ⅲ级, 爆炸复合管板≥B1级，平盖B3级。
（贴合率与剪切强度指标不同） 5.换热管
通常用无缝管，
附录C 的SS 有缝管用于PD ≤6.4Mpa ，非极度危害介质，并考虑接头系数0.85。 五.设计 1.管箱
1) 管箱深度
a) 轴向开孔 开孔中心处最小深度≥3
1d i
b) 侧向开孔 满足元件焊接距离要求 c) 对多管程管箱、相邻两程之间最小流通面积≥每程换热管流通面积的1.3
倍
2) 平盖厚度（用于平盖管箱）
a) 无分程隔板（强度条件） 操作时 Φ=t C G
KP D ][1σδ 3
7.13.0G
C D P WLG
K += 预紧时 Φ
'=t C G P K D ][2σδ 3
7.1G
C D P WLG
K =
＇ b) 有分程隔板（含刚度条件）
中心扰度Y ： DN ≤600 Y=0.75
DN>600 Y=800DN
（mm ）
最终取1δ、2δ、3δ中之大值
3) 分程隔板
a) 分程原则 ——每程换热管数大致相等，
——隔板槽形状简单，容易加工，
——密封面长度较短（计算隔板槽面积时，包括未被换热管
支承的面积——槽两测） b) 常用分程形式 c) 最小厚度
压差大时按（式12）进行计算 []
t
PB b
σδ5.1?= B ：尺寸系数—与隔板结
构尺寸有关
d) 隔板密封端最大厚度10mm ，超过时端部削边。 e) 隔板槽 ——槽深≮4mm （大于密封垫厚度） ——槽宽 隔板密封端厚+2mm ，
——槽拐角处倒角 b ×45°b ＞r （垫片转角）。 f) 密封面与法兰齐平，同时加工。
4) 管箱 PWHT （针对CS 、LAS ，SS 一般不做）
消除焊接残余应力，否则易引起法兰变形（甲型法兰尤甚），影响密封性能。 2.圆筒
1) 公称直径 宜与标准封头或容器法兰（以外径为标准的与管法兰匹配）
匹配 2) 厚度
最小厚度考虑保证刚性、变形小，管束/管板易安装，尤其对U 形、浮头式重叠式局部应力；以及P T >P s 时，壳侧试压值要提高
δmin (CS 、LAS) mm
DN
400～≤700>700～≤1000>1000～≤1500>1500～≤2000>2000～≤2600
浮头、Ｕ形810121416固定68101214
* 表中含1mm C 2值，当设计C 2>1mm 时，增加差值。
δmin (SS) mm
DN δmin 3） 制造要求 e ≤0.5%DN ，且DN ≤1200 e ≯5，
DN>1200 e ≯7；
周长
10-+ 内表面焊缝磨平。
直线度L/1000且L ≤6000 ≯4.5，
L>6000 ≯8
3.接管
1) 与圆筒内表面齐平 2) 径向或轴向设置
3) T D ≥300℃，用带颈对焊法兰，
4) 高点排气，低点排液，DN ≥20（或螺塞）
4.换热管（GB/T8163流体输送，GB9948石油裂解，GB13296锅炉、换热器S.S.无缝管）
1) 公称长度（m ）1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.5,6.0,7.5,9.0,12.0（有利于提
高管材利用率）
2) 规格 按各自材料标准（见表10），其中CS ，LAS ，SS 常用规格： （d 0）14,19,25,32,38,45,57
3) 偏差分Ⅰ、Ⅱ级精度，SS 均相当Ⅰ级精度 4) U 形管
a) 弯曲半径 R ≮2d 0(R ——管中心半径)
b) 弯前最小δmin )41(min 0
1R
d +
≥δδ 1δ——直管计δ R ——弯曲半径（指到管中心）0d ——管外径 c) 弯后圆度偏差≯10% 0d ，R<2.5 0d 的可15% 0d
d) 热处理 对有应力腐蚀且冷弯，则弯管段+150mm 直段：
CS 、 LAS ——消应处理；SS 商定方法；有色金属一般不做
5） 长度拼接
a) 不允许拼接的图样要注明， b) 允许拼接的相关要求： ——焊接工艺评定
——接头数，直管1条，U 形管2条，最短300mm ，弯管段+50mm 直段内无接头
——坡口机械加工，错边量e<0.15δ，且≤0.5mm ，直线度不影响穿管 ——接头数10%作XT ——逐根液压试验 P T =2P D ——通球检查
球径（mm ）
5.管板
1)有效厚度
a)整板 ???-???-=槽壳
壳
槽管管t C t C n e 22max max δδ a) 整板 复合板 复合质量符合要求时，计入21
2
][][δσσδδ?=t
t e 的当量复
2) 最小厚度（不含C2），与计算厚度比较取大值 a)
胀接 ——易燃易爆，有毒介质 0m in d ≮δ
——一般场合 250≤d 075.0min d ≥δ b) 焊接 满足结构设计和制造要求，但≮12mm c)
复合板 复δ≮3mm ，且表层2mm 理化性能达标——焊接连接换热管
复δ≮10mm ，且表层8mm 理化性能达标——胀接连接换热管 3) 拼接
a) 全焊透接头
b) 100%XT-Ⅱ或UT-Ⅰ c) PWHT （SS 除外） 4) 堆焊
a) 基层表面检测Ⅱ级
b) 不允许管桥间补焊堆焊法
c) 分层堆焊，保证最小有效层厚度——带级堆焊，2层，每层4mm ， ——手工堆焊，分区、对称、同时——表面机加工 5) 布管
a) 排列形式
（流向垂直于折流板缺口边） b) 中心距 ≮1.25d 0 10121416192022253032353845505557S 13～14161922252628323840444857647072Sn 283032353840424450525660687678800d Sn —分程隔板两侧相邻管中距离 c) 布管限定圆
——固定管板、U 形管板 最外层换热管外壁至圆筒内壁距b 3=0.25d 0，且≮8mm
——浮头管板 Di-2(b1+b2+b)
b1—浮头管板与圆筒间隙 b2—密封垫片台阶宽
b —台阶与换热管外壁距离
6) 管孔
b) 有色金属管不分级（详见GB151表18～表21）≈I 级范围 7) 孔桥宽度
出钻一侧管板表面，相邻两管孔之间的实际桥宽，由钻头偏移量引起，偏移量随管板厚度增大而增大，孔桥宽相应减小。
a) 孔桥宽度 名义孔桥宽度-孔桥偏差，B=（S-d ）-Δ1 孔桥偏差△1=2△2+C △ 2钻头扁移量，△2=0.0016X δ C 附加量d 0＜16，C=0.508 d 0≥16，C=0.762
b) 最小孔桥宽度 仅允许存在≤4%的孔数
其值为名义孔桥宽度的一半+附加量，
Bmin=1/2(S-d)+C1 d 0≤32，C 1=0.1
d 0＞32，C 1=0 (详见表51，表52—钢换热管)
6.换热管与管板连接 （抗拉脱+密封）
1) 强度胀—不可焊接或d 0＞14mm(机械胀)或习惯制造工艺
a) 胀接原理 换热管屈服变形，管板弹性变形（或管孔表面屈服） 硬度：换热管＜管板，有应力腐蚀不采用局部退火软化
管头.
——管壁厚减薄率6～8%，拉脱力最强
b) 最适宜间隙 曾有分析：一对#10、#20钢，胀接的最佳间隙值：
按GB151管孔尺寸，采用Ⅰ级管适宜。
c) 适用（开槽）P D ≤4.0Mpa ，T D ≤300℃，无剧烈振动，无过大温度变
化，无明显应力腐蚀
d) 要求:管孔不允许存在纵向或螺旋贯通刻痕Al 、Cu 管用翻边胀，提高[q]
e) 最小胀接长度 L=mm 3-管孔δ，或50mm 的较小值
f) 采用液压胀时，第一道加工沟槽后退到12mm 左右 g) 管头外表面清理至金属光泽，l ≮2δ管板
h) 不开槽[q]=2Mpa ，开槽[q]=4Mpa ，有色金属开槽[q]=3Mpa 2) 强度焊
a) 适用 GB151规定的压力范围，不适用有较大振动、有间隙腐蚀场
合
b) 焊口 45°倒角，倒角深度随换热管直径增大而加大，高压换热器
已广泛采用U 形坡口。
a)结构强度胀+密封焊或强度焊+贴胀、（消除间隙，轻度胀）
b)适用——密封要求高
——有振动或疲劳载荷
——有间隙腐蚀
——复合管板
7.筒体与管板连接焊接结构详见附录G，其中带≥10mm对接段结构，板材若
有分层，不抗撕裂。与筒体对接焊的带凸肩管板应采用锻
件，就是此原因.
8.折流板和支持板
1)作用
a) 折流板提高传热系数，增大换热管轴向压缩稳定度（减小失稳
当量长度），减小管束振动。
b) 支持板缩小换热管无支撑跨距，防止产生过大挠度（不超越最大无
支撑跨距）.
2)形式弓形（单、双、三），圆盘——圆环形
3)尺寸
a) 弓形缺口高度缺口处流速≈横过管束流速，
切割率一般为（0.2～0.45）Di
b)切口处于管孔中心线以下或两排管孔的小桥之间
c)最小厚度mm
无支撑跨距L
DN≤300>300～600>600～900>900～1200>1200～1500>1500
最小厚度
<40034581010
>400～≤700456101012
>700～≤900568101216
>900～≤15006810121616
>1500～≤20001012162020
>2000～≤26001214182022
d)管孔钢管分Ⅰ、Ⅱ级管束
可适当放大管孔尺寸，但不超越钢管的Ⅱ级孔.
i
4)折流板布置
a)两端的尽量靠近壳程进、出口管，缺口位于远离接管方位
b)等距分布
c)最小间距≥1/5Di，且≥50mm，一般不大于D
，缺口处L<最大无支撑跨
i
·以流体无诱导振动为前提，否则按附录E（管束振动）调整流速或结
构参数，必要时改用折流杆
d)缺口方向（卧式换热器）
——水平上下布置：单相清洁流体，若气中含液，下部开切口；若液中
含气，上部开切口
——垂直左右布置：冷凝、再沸、气液共存或液中含固体，低处开通液
切口
e)U形管束尾部支撑跨距A+B+C≤L
5)加工要求板的外圆尖角倒钝，管孔边缘去毛刺
6)折流杆（尚未列入GB151）
a)用折流杆栅取代折流板，壳程流体由横向错流变为轴向平行流
b)流过杆栅时有节流湍动作用，提高给热系数
c)且消除错流滞流死区，增加传热面利用率
d)防管束诱导振动，减轻管头焊缝附加载荷，强度和密封性提高
e)加工简单，安装较复杂，适宜成批生产（需要安装模具）
9.拉杆、定距管
1)形式 a ) 螺纹端拉杆+定距管+双螺母用于换热管d0≧19mm ,
b ) 点焊拉杆用于换热管d0≦14mm 。
2）直径和数量——保证管束的整体刚性
*在保证不小于给定拉杆总截面积下，直径和数量可做变动，但d 10mm， n 4 3）布置均匀布置在管束的外边缘，对D N较大时，布入布管区或折流板缺口区，每块板
不得少于3根。
4）固定端应远离圆筒焊有防冲板的接管端，便于圆筒的组装。
5）拉杆孔孔d1=d，+1mm d n≤d,
l1≥d，（焊接）； l2>l a(螺纹深)
10．防冲与导流
1）作用减轻冲蚀，改善流体不均匀分布。
2）防冲板
a）设置条件——轴向进口流速＞3m/s
——壳程进口流体的νρ2值：非腐蚀、磨蚀单相＞2230Kg/m·s2
其他液体＞740Kg/m·s2
——有腐蚀、磨蚀气体、蒸汽、气液混合物。
b）尺寸——间距≧1/4接管外径
——板的直径或边长=接管外径+50mm。
——厚度δ：CS≥4.5mm,SS≥3mm
c）组合式单片防冲罩（适用于满布管）
3）导流筒——防冲与均布作用
a）设置条件壳程进出口管距管板较远，流体停滞区过大，
b）作用减少流体停滞区，增加有效换热长度，提高换热面积利用率，
c）——内导流筒筒壳间隙≧1/3接管外径，筒端空距以流通面积对等为准，
即F环隙=F周向
——外导流筒筒壳间隙：接管外径≦200mm 为≧50mm，接管外径＞200mm为≧75mm。
4）扩大管起缓冲作用，常用于蒸汽进口管
11. 双壳程
1）纵向隔板
a）δ=6mm，端部与管板连接（焊接或螺栓）（δ取决于刚度和压差）
b）回流端通道面积≥折流板缺口面积
2）密封单向密封和双向密封2种结构，单向的应设置在压力高的一侧（进流侧）。
常用于可抽式管束，固定管板式可焊死或插入壳体槽口
12．防短路
1）旁路挡板(密封条)
a)设在与折流流向相垂直处，焊于折流板槽口，厚度δ=δ折
b)数量D N≦500mm 1对
500＜D N＜1000mm 2对
DN>1000mm 3对
对DN小的，管数少的效果明显
2）挡管（假管）
a）结构空管+端板(温度太高的不宜堵死)，直径同换热管，长度超出首尾折流板50mm 与折流板点焊。
b）数量每隔3~4排换热管设1根。
3）设置部位
a ） 旁路挡板在周边。
b ） 挡管在管箱分程隔板对应处。
c ） 两者均应设置在有效折流区内。
4）中间挡板 用于U 形管束的壳侧中间通道，与折流板点焊 13．滑道
1） 用途 可抽式管束装拆用
2） 结构 滑板、滚轮、滑条3种结构
滑条（卧式再沸点用，管束d 与外壳D 相切） 14．支座
1）鞍座 鞍座距离 L ≦3000 L B =（0.4~0.6）L
L ＞3000 L B =（0.5~0.7）L
L ——管板间长度；L B ——支座中心间距；两端对称
2）耳座 D N ≦800 至少2个，对称分布， D N ＞800 至少4个，均匀分布。
3） 重叠式
a ） 重叠支座高度比接管高度少5mm ，
b ） 重叠支座处增设调整垫片，
c ） 重量较大时，可增设1组支座，并校核筒体局部应力。
15．波形膨胀节 GB16749-1997标准是按T D =300℃，许用循环次数[N]=3000次 1）结构 单波，多波（轴向刚度K n =n
K
单层，多层（各层的σ↑↓N ，） 多层膨胀节的优越性：
·挠性好，补偿变形能力强
·挠曲时有多个中性面，断面弯曲应力趋于总体均衡 ·疲劳寿命高，约为单层的6倍 ·结构紧凑，占用空间小 ·利于采用耐腐蚀材料
·不会发生突然破坏，相对安全 2） 选材
a ） 耐腐蚀介质，且C 2≦1mm ，否则用SS ，
b ） 温度 CS 、LAS ≦375oC ， SS ≤500oC 。 3）热处理
a ）体钢冷成形，消除应力热处理，
b ）钢冷成形不热处理，热成形固溶处理。 4）制造
a ）整体式（ZD 或ZX ）有纵缝，无环缝，挤压或滚压成形，减薄量≯10%壁厚。
b ）冲压，环向拼接成形
·接头全焊透结构， ·接头100% X 检测，
·消除应力热处理或固溶处理（SS ），
·接头无角变形，错边量，焊缝内外表面磨光与圆弧一致。
C ）焊接接头控制要点
错边量 影响应力分布均匀性，多层结构的贴合度等。有限制值 余高 余高对最后一层焊道有保温和缓冷作用，有利于减小焊接应力。但局部形状突变引
起应力集中影响疲劳寿命。有限制值。
咬边 相当于尖锐缺口，造成应力集中大，对膨胀节的强度、应力腐蚀、疲劳寿命均不利。
不允许存在
5）衬筒
a ） 减少涡流阻力和流体对膨胀节的磨蚀，
b ）条件 空气、蒸汽、气体V ＞7m/s 水 V ＞3m/s
c ） 焊接固定在流体进流端，立式衬筒下端开泪孔。
6） 应力计算
采用工程近似法，将膨胀节视为梁、曲杆或环板（两个半环壳和环板组合） 计算方法同EJMA —美国膨胀节制造商协会
a ）内压 σ1—内压波壳周向薄膜应力
）
（W
h
mS PD P m 2571.01
21+=
σ MPa 一次总体薄膜应力，非自限性，与内压平衡所必须，直接关系到膨胀节的安全使用。
σ2—内压波壳经向薄膜应力
P
mS Ph
22=
σ MPa 一次总体薄膜应力，非自限性，与内压平衡所必须，但数值小，对膨胀节安全使用不
具主导影响
σ3—内压波壳经向弯曲应力
P P
C S h m P 2
32）（=
σ MPa 一次弯曲应力，非自限性，与内压平衡所必须，数值较大，对波壳的承压能力和疲劳
寿命有较大影响。但它是弯曲应力，应力沿厚度呈线性分布，应力达到屈服时，仅是上下表面屈服，中面仍是弹性状态，可继续承压；直至全部屈服。 b ）位移 σ4—轴向位移波壳经向薄膜应力
f
P b C h e C S E 31
2
242）（+=σ MPa K F e =1 （总轴向力/一个波的轴向刚度）
一次应力，一般数值很低，对波壳强度不起主导作用。
σ5—轴向位移波壳经向弯曲应力 d
P b C h e C S E 21
2535）（+=
σ MPa
二次应力，有自限性，满足变形协调而产生，应力沿厚度线性分布，数值较大，对膨
胀节强度影响较大，二次应力用“安定性”控制。 c ）应力控制 单项σ1、σ2分别≦[σ]t
组合σ2+σ3≦1.5σs
t
0. 7（σ2+σ3）+σ4+σ5≤2σs
t
·对CS 、LAS 抗疲劳性能差，此项必须合格（安定状态），否则不适用。
·对SS ，若合格可不考虑低周疲劳问题；若不合格时，可校核疲劳寿命及平面失稳确定的极限设计压力。）
·疲劳寿命控制N 操作≤[N]，[N] = N （疲劳破坏次数）/N f （安全系数≧15），N 可按
应力幅在疲劳曲线上查取允许循环次数，或按公式计算N=
4
.3370
12820）（-R f T σ
·平面失稳压力控制P 3≥P ，否则刚度不够，变形过大而平面失稳。
d ） 外压校核原则
当I 膨＜I 筒时，将膨胀节视为当量圆筒作外压校核。当量圆筒的长度为波纹管长度（L=nw ），直径为D m ，厚度为膨胀节横截面对形心轴1—1的惯性矩I 1-1所相当的圆筒厚
度 311/12l I S eq -=
I 1-1=I P +I r
I P ——膨胀节环板部分截面惯性矩 I r ——波峰、波谷圆弧横截面惯性矩。 当I 膨＞I 筒时，将膨胀节视为圆筒的一部分，作圆筒整体外压校核（校核方法按GB150 6章）。
六．管板计算
本计算不适用于非同一管径换热管、非轴对称布置、部分部管或载荷特殊的条件。
1．U 形管式 常用图18 a 型结构，管板不受换热管支持，考虑开孔削弱的普通圆平板 1）管板计算厚度
P d ——管板设计压力 S d P P =或t
P 或t
S P P -
δ——管板在垫片D G 处的计算厚度
2） 同时计算
·换热管的轴向应力 t t s t P a
d P P ---
=42
πσ）（ t t t
][σσ≤ 对S.S 、t t ][σ可取高值，
轴向应力按P S 、P t 单侧分别等于0及P S 、P t 同时作用三种工况计算 ·换热管拉脱力 q ≤[q] dl
a
q t πσ=
2.浮头式和填料函式 （常用结构同上）
1） 管板计算厚度
a t
P CD =δ 与无量纲压力有关的P d 同上关系
2） 同时计算
·换热管轴向应力 ???≤≤为负值时）（为正值时）（t cr
t t t t σσσσσ][][ 对S.S 、[σ]t t
可取高值
·换热管拉脱力 ][q q ≤
3. 固定管板式 常用图18 e 型结构，管板受换热管支撑
1） 结构
管板与壳程圆筒连为整体 延长部分兼作法兰
用垫片紧固件与管箱连接
2．）假设 承受均匀载荷，周边支承，弹性基础，
管孔均匀削弱，受整体弯曲的当量圆平板。 AD 规范——局部弯曲且不计温差应力
3．）载荷 内压力（Pt 、Ps ），温度引起膨胀差，法兰力距。 4．）适用 周边不布管区较窄（k ≦1.0）的情况。若k>1 a ）加大管间距t b ）按JB4732附录I
c ）加大管板δ 因为k=K （1-t ρ） 而δ
ηδ
L E na
E D K p t i
318.12
=
t ρ——本管区当量直径/壳内径（D t /D i ）
5．）计算内容
a ）管板应力（内压力、法兰力矩引起的弯曲应力和剪切应力）
b ）兼作法兰应力，
c ）圆筒轴向应力，
d ）换热管轴向应力及临界应力，
e ）换热管与管板连接的拉脱应力。
6．）计算前提
a ）最大绝对压差（自换热除外），即仅有Ps 作用或仅有Pt 作用的危险组合，当一侧为真空时要同时考虑。
b) 管，壳程一侧卸压，但不卸温度（即不断流体，短时停流不会形成最大温差）
c)不计温差应力、计温差应力2类4种工况。(当一侧为真空时，成为Pt 、Ps 同时作用或压力、温差同时作用的2种工况)
7．计算程序
a)程序号 SW6-98（V3.0 2002.10）{七.固定管板换热器（延长部分兼作法兰） b)模式 设计计算或校核计算（设定管板厚度和兼作法兰厚度，校核相关应力小于许用值。
c)输入参数
a ） 壳程圆筒参数 （平均金属温度ts ），s i s S S D t t T P δ、，材料、、，、包括0
b ） 管箱圆筒参数，（大小端平均），材料、、包括h
t t T P δ c ） 换热管参数 换热管平均温度t t 管子受压失稳当量长度lcr (图32 取不
同部位的大值)，材料、d 0、s n t 、、δ（管间距）
d ） 管板参数，材料、t P （设计）、δ、A d （槽面积）、连接型式（管子—管板）、
l （连接高度）、[q]
e ） 管箱法兰参数 （需输入法兰详细参数 包括垫片、紧固件），
f ） 壳体法兰（兼作法兰）参数，材料、f f D 、δ（外径）
g ） 膨胀节总体轴向刚度。——如无膨胀节为“0”，N/mm
8．）应力限制
a)由压力（Pt 、Ps ）和法兰力矩引起的管板应力为一次弯曲应力，限制σr *≦1.5[σ]r t
b)计入圆筒与换热管的温度膨胀差引起的管板应力为二次应力，限制σr *≦3[σ]r t
*r σ 管板及本管区周边径向应力
c)布管区周边剪切应力τp ，不计温差≦0.5[σ]r t
；计温差≦1.5[σ]r t
d)兼作法兰应力σf ， 不计温差≦1.5[σ]f t ，计温差 ≦3.0[σ]f t
e)换热管轴向应力σt ， 不计温差≦1.0[σ]t t
，及≦1.0[σ]cr （受压缩时）
计温差 ≦3.0[σ]t t
及≦1.0[σ]cr （受压缩时）
f ）圆筒轴向应力 σc ， 不计温差≦φ[σ]c t ；计温差≦3φ[σ]c t
g ）管头连接拉脱应力q ， 不计温差≦1.0[q] 计温差：胀接≦1.0[q]；
焊接≦3.0[q]
** 对S.S 许用值[σ]t
应取低值。 h ）极限分析和安定性准则 ·极限分析
受弯曲的梁，一点的应力达s σ时，整个结构未失效，当全截面各点应力达s σ，构件
才达到极限承载能力。在弯矩作用下表面进入屈服，继续加载，应力不增加，而是相邻层面相继进入屈服，但计算公式仍为弹性公式，此时计算应力（虚线值）比实际应力大
（实线值）。表面屈服时26t
M e s =σ，全截面屈服时已加载到弯矩42
t M S P σ=，代入
前式得：
·安定性准则
按纯弹性理论，在载荷作用下应力达到D 点时的应力—应变分别为1σ和1ε，卸载时
沿BC 下降，当应力将为零时，留有残余应变s ε，而当应变值为零时，相应存在残余应力OC ，再次加载，卸载，应力—应变沿BC 线变化，构件仍呈弹性状态，没有塑性应变发生，结构是安定的。
若结构承受更高载荷，应力沿OA 至D ，
点，对应的应力—应变点为＇1σ和＇1ε，且若＇
1
σ＞2s σ2时，卸载沿B ＇
E 下降，在应力-s σ处，出现反向压缩E
F ，应变才降为零.再次加载、卸载时，应力—应变沿FBB ＇
E 变化，相继产生拉伸屈服变形和压缩屈服变形，重而反复出现弹塑性变形，结构不处于安定状态，在一定的载荷循环下，导致材料疲劳破坏。
所以，对局部区域应力或一次+二次应力≤t
s σ2（相当3[σ]t
）结构是安全的。
9．调整 应力超限时的调整
a)增加管板厚度，
b)设置膨胀节，(一般情况可减薄管板) c)减小换热管无支撑跨距（即减小lcr ） d)增加换热管壁厚， e)增加壳程圆筒厚度，
f)改变材料，使管、壳材料的线胀系数α接近或相同（减少膨胀差）。 g)改型——对压力高，温差大条件。
七.图样技术参数（至少）
八 低温管壳式换热器 1低温脆性断裂
1）低于某一温度，韧性指标明显下降，在应力远低于材料强度指标下脆性断裂， 冷脆性只产生于体心立方晶格的金属，如Cr, Mo ，α铁——C.S, LAS. 面心立方晶格的金属不产生冷脆性，如Cu,Al,γ铁——S.S
2）低温界限，各国具体条件不同而不同，中国t ≤-20℃为界（美国-30℃，日/德-10℃） 3）低温低应力工况， 应力是低温脆性的动力，同样条件下，应力越低，脆断动力越小。降低应力可相应降低容器使用温度，——即温度一定，降低应力相当于提高使用温度。
温度≤-20℃，σ环≤σS标·1/6，且≯50Mpa——不适用于σb下>540Mpa的低温换热器。
. 不适用于紧固件。
4）评定指标，“临界脆性转变温度”工业上用低温冲击功指标
2．材料
1）镇静钢，使用温度按相应钢号规定的最低温度（随δ有变）
2）—δ>20mm,逐张UT—Ⅲ，δ<20mm,按GB150第四章。
3）低温夏比（V形缺口）冲击试验（免做条件除外），按批复验
——板每批1组
——管每批2根，δ>16mm 10% ≮2根试验温度<最低设计温度
4）焊材C.S,LAS成分，性能相同或相似
3．设计
1）强度计算按20℃时的[]σ
2）结构简单，少约束，平滑过度，减少局部应力，支座加垫板——相同壳材，整体补强（厚壁管）齐平，倒R 。
3）焊接全焊透结构，管板——壳体附录G中有对接焊条件的结构
4）法兰P D≥1.6Mpa 极度，高度。易燃，易爆/ P D≥2.5Mpa /T D〈-40℃用对焊法兰5）垫片S.S ,Al,Cu 包垫片，SS缠绕垫
6）换热管宜整根，超过供货长度，接头100%XT—Ⅱ，
4．制造
1）不锤击，不打材料标记，不打焊工钢印，不随意引弧。
2）正火板冷成形，或温成形（回火温度以下），（回火脆性区）
3）U形管冷弯，且R<10d0的，弯后做热处理
4）焊接工艺评定较小焊接线能量，多道焊。表面质量无缺陷。平滑过度，控制余高，焊疤修磨。
5）PWHT δ〉16mm的C.S,LAS需要（包括受压元件与非受压元件的连接）
6）每台做焊接试板
7）接头无损检测：100%——T D〈-40℃；T D≥-40℃δ>25mm;符合GB150相关条件的，
另加100%MT或PT
50%——其他条件的，50%为各条长,且≮250mm
8）试压液压液体温度≮材料或接头低冲试验温度+20℃
19
19
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 (2) 第二章管壳式换热器简介 (3) 第三章设计方法及设计步骤 (5) 第四章工艺计算 (6) 4.1 物性参数的确定 (6) 4.2核算换热器传热面积 (7) 4.2.1传热量及平均温差 (7) 4.2.2估算传热面积 (9) 第五章管壳式换热器结构计算 (11) 5.1换热管计算及排布方式 (11) 5.2壳体内径的估算 (13) 5.3进出口连接管直径的计算 (14) 5.4折流板 (14) 第六章换热系数的计算 (20) 6.1管程换热系数 (20) 6.2 壳程换热系数 (20) 第七章需用传热面积 (23) 第八章流动阻力计算 (25) 8.1 管程阻力计算 (25) 8.2 壳程阻力计算 (26) 总结 (28)
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，
武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计(论文)外文资料翻译 原文题目：Effectively Design Shell-and-Tube Heat Exchangers 原文来源：Chemical Engineering Progress February 1998 文章译名：管壳式换热器的优化设计 姓名：xxx 学号：62021703xx 指导教师(职称)：王成刚（副教授） 专业：过程装备与控制工程 班级：03班 所在学院：机电学部
管壳式换热器的优化设计 为了充分利用换热器设计软件，我们需要了解管壳式换热器的分类、换热器组件、换热管布局、挡板、压降和平均温差。 管壳式换热器的热设计是通过复杂的计算机软件完成的。然而，为了有效使用该软件，需要很好地了解换热器设计的基本原则。 本文介绍了传热设计的基础，涵盖的主题有：管壳式换热器组件、管壳式换热器的结构和使用范围、传热设计所需的数据、管程设计、壳程设计、换热管布局、挡板、壳程压降和平均温差。关于换热器管程和壳程的热传导和压力降的基本方程已众所周知。在这里，我们将专注于换热器优化设计中的相关应用。后续文章是关于管壳式换热器设计的前沿课题，例如管程和壳程流体的分配、多壳程的使用、重复设计以及浪费等预计将在下一期介绍。 管壳式换热器组件 至关重要的是，设计者对管壳式换热器功能有良好的工作特性的认知，以及它们如何影响换热设计。管壳式换热器的主要组成部分有：壳体 封头 换热管 管箱 管箱盖 管板 折流板 接管 其他组成部分包括拉杆和定距管、隔板、防冲挡板、纵向挡板、密封圈、支座和地基等。 管式换热器制造商协会标准详细介绍了这些不同的组成部分。 管壳式换热器可分为三个部分：前端封头、壳体和后端封头。图1举例了各种结构可能的命名。换热器用字母编码描述三个部分，例如，BFL 型换热器有一个阀盖，双通的有纵向挡板的壳程和固定的管程后端封头。根据结构
%物性参数 % 有机液体取69度 p1=997; cp1=2220; mu1=0.0006; num1=0.16; % 水取30度 p2=995.7; mu2=0.0008; cp2=4174; num2=0.62; %操作参数 % 有机物 qm1=18;%-----------有机物流量-------------- dt1=78; dt2=60; % 水 t1=23; t2=37;%----------自选----------- %系标准选择 dd=0.4;%内径 ntc=15;%中心排管数 dn=2;%管程数 n=164;%管数 dd0=0.002;%管粗 d0=0.019;%管外径 l=0.025;%管心距 dl=3;%换热管长度 s=0.0145;%管程流通面积 da=28.4;%换热面积 fie=0.98;%温差修正系数----------根据R和P查表------------ B=0.4;%挡板间距-----------------自选-------------- %预选计算 dq=qm1*cp1*(dt1-dt2); dtm=((dt1-t2)-(dt2-t1))/(log((dt1-t2)/(dt2-t1))); R=(dt1-dt2)/(t2-t1); P=(t2-t1)/(dt1-t1); %管程流速 qm2=dq/cp2/(t2-t1); ui=qm2/(s*p2);
%管程给热系数计算 rei=(d0-2*dd0)*ui*p2/mu2; pri=cp2*mu2/num2; ai=0.023*(num2/(d0-2*dd0))*rei^0.8*pri^0.4; %管壳给热系数计算 %采用正三角形排列 Apie=B*dd*(1-d0/l);%最大截流面积 u0=qm1/p1/Apie; de=4*(sqrt(3)/2*l^2-pi/4*d0^2)/(pi*d0);%当量直径 re0=de*u0*p1/mu1; pr0=cp1*mu1/num1; if re0>=2000 a0=0.36*re0^0.55*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; else a0=0.5*re0^0.507*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; end %K计算 K=1/(1/ai*d0/(d0-2*dd0)+1/a0+2.6*10^(-5)+3.4*10^-5+dd0/45.4); %A Aj=dq/(K*dtm*fie); disp('K=') disp(K); disp('A/A计='); disp(da/Aj); %计算管程压降 ed=0.00001/(d0-2*dd0); num=0.008; err=100; for i=0:5000 err=1/sqrt(num)-1.74+2*log(2*ed+18.7/(rei*sqrt(num)))/log(10); berr=err/(1/sqrt(num)); if berr<0.01 break; else num=num+num*0.01;
1．设计题目及设计参数 (1) 1.1设计题目：满液式蒸发器 (1) 1.2设计参数： (1) 2设计计算 (1) 2.1热力计算 (1) 2.1.1制冷剂的流量 (1) 2.1.2冷媒水流量 (1) 2.2传热计算 (2) 2.2.1选管 (2) 2.2.2污垢热阻确定 (2) 2.2.3管内换热系数的计算 (2) 2.2.4管外换热系数的计算 (3) 2.2.5传热系数 K计算 (3) 2.2.6传热面积和管长确定 (4) 2.3流动阻力计算 (4) 3．结构计算 (5) 3.1换热管布置设计 (5) 3.2壳体设计计算 (5) 3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5) 3.4零部件结构尺寸设计 (6) 3.4.1管板尺寸设计 (6) 3.4.2端盖 (6) 3.4.3分程隔板 (7) 3.4.4支座 (7) 3.4.5支撑板与拉杆 (7) 3.4.6垫片的选取 (7) 3.4.7螺栓 (8) 3.4.8连接管 (9) 4．换热器总体结构讨论分析 (10) 5．设计心得体会 (10) 6．参考文献 (10)
1．设计题目及设计参数 1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数： 蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22； 蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃， 冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1 t " =7℃。 2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量 根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ， P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kg m 04427.0v 3 1=，kg m v 3 400078.0= 图2-1 R22的lgP-h 图 制冷剂流量s kg s kg h h Q q m 667 .0250 4051054 10=-= -= 2.1.2冷媒水流量 水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3 ,c p =4.192KJ/(Kg ·K)
6.3.8 管壳式换热器的型号表示方法 (t t s s P N LN XXXDN A I II P d N ----------------或） ---- -- ---- --- ----- ------ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 1． 1〉第一个字母代表前端管箱形式 2〉第二个字母代表壳体形式 3〉第三个字母代表后端结构形式 2． 公称直径（mm ） 对于釜式重沸器用分数表示，分子为管箱内直径，分母为圆筒内直径 3． 管/壳程设计压力，MPa 。压力相等时只写P t 4． 公称换热面积 ㎡ 5． 当采用Al,Cu,Ti 换热管时，应在LN/d 后面加材料琼等号，如LN/D Cu LN --公称长度 ，m d --换热管外经 mm 6． 管/壳程数。单壳程时 只写N t 7． I----I 级（换热器）管束 采用较高级冷拔换热管，适用于无相变传热和易产生振动场合 II---II 级（换热器）管束 采用普通级冷拔换热管，适用于受沸、冷凝传热和无振动一般场合 例如： （1） 浮头式换热器：S---钩圈式浮头 6500 1.65442.5A E S I ------------ 平盖管箱，公称直径500㎜，管壳程设计压力均为1.6MPa ，公称换热面积254mm ,较高 级冷拔换热器外经25mm,管长6m,4管程但壳程的I 级浮头式换热器 （2） 固定管板式换热器： 2.5970020041.625B E M I ------------ 封头管箱，公称直径700mm,管程设计压力2.5MPa ，壳程设计压力1.6MPa,，公称换热面积2200m , 较高级冷拔换热管外经25mm,管长9mm,4管程，但壳程的固定管板式换热器，M--与B 相似的固定管板（封头）结构。
管壳式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力 。根据传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器 结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 初选换热器的规格尺寸 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式，重 新计算。计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排列。 计算管、壳程阻力在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计算，直到合理为止。 核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18设计条件数据
管壳式换热器简介及分类 概述 换热器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产中，换热器的主要作用是使热量从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流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空以及其他许多工艺部门广泛使用的一种通用设备。在华工厂中，换热器的投资约占总投资的10%-20%；在炼油厂中该项投资约占总投资的35%-40%。 目前，在换热器中，应用最多的是管壳式换热器，他是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器。虽然管壳式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面的金属消耗量无法与板式或者是板翅式等紧凑换热器相比，但管壳式换热器适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来人们已在其设计和加工方面积累了许多经验，建立了一整套程序，人么可以容易的查找到其他可靠设计及制造标准，而且方便的使用众多材料制造，设计成各种尺寸及形式，管壳式换热器往往成为人们的首选。 近年来，由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素，传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展，设计人员已经开发出了多种新型换热器，以满足各行各业的需求。如为了适应加氢装置的高温高压工艺条件，螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器技术获得了快速发展，并在乙烯裂解、合成氨、聚合和天然气工业中大量应用，可达到承压35Mpa、承温700℃的工艺要求；为了回收石化、原子能、航天、化肥等领域使用燃气、合成气、烟气等所产生的大量余热，产生了各种结构和用途的废热锅炉，为了解决换热器日益大型化所带来的换热器尺度增大，震动破坏等问题，纵流壳程换热器得到飞速的发展和应用；纵流壳程换热器不仅提高了传热效果，也有效的克服了由于管束震动引起的换热器破坏现象。另外，各种新结构的换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器等也大量涌现。 管壳式换热器按照不同形式的分类 工业换热器通常按以下诸方面来分类：结构、传热过程、传热面的紧凑程度、所用材料、
管壳式换热器传热设计说明书 设计一列管试换热器，主要完成冷却水——过冷水的热量交换设计压力为管程（表压），壳程压力为（表压），壳程冷却水进,出口温度分别为20℃和50℃，管程过冷水进，出口温度分别为90℃和65℃管程冷水的流量为80t/h。 2、设计计算过程： （1）热力计算 1)原始数据： 过冷却水进口温度t1′=145℃； 过冷却水出口温度t1〞=45℃； 过冷却水工作压力P1=（表压） 冷水流量G1=80000kg/h； 冷却水进口温度t2′=20℃； 冷却水出口温度t2〞=50℃； 冷却水工作压力P2= Mp a（表压）。改为冷却水工作压力P2= Mp 2)定性温度及物性参数： 冷却水的定性温度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃； 冷却水的密度查物性表得ρ2= kg/m3； 冷却水的比热查物性表得C p2= kJ/kg.℃ 冷却水的导热系数查物性表得λ2= W/m.℃ 冷却水的粘度μ2=×10－6 Pa·s； 冷却水的普朗特数查物性表得P r2=； 过冷水的定性温度℃； 过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3； 过冷水的比热查物性表得C p1=kg.℃； 过冷水的导热系数查物性表得λ1=m.℃； 过冷水的普朗特数查物性表得P r2； 过冷水的粘度μ1=×10－6 Pa·s。 过冷水的工作压力P1= Mp a（表压） 3)传热量与水热流量 取定换热器热效率为η=； 设计传热量： 过冷却水流量： ； 4)有效平均温差 逆流平均温差：
根据式（3-20）计算参数p、R: 参数P： 参数R： 换热器按单壳程2管程设计，查图3—8得温差校正系数Ψ=； 有效平均温差： 5)管程换热系数计算： 附录10，初定传热系数K0=400 W/m.℃； 初选传热面积： m2； 选用φ25×无缝钢管作换热管； 管子外径d0=m； 管子内径d i=×=0.02 m； 管子长度取为l=3 m； 管子总数： 取720根管程流通截面积： m2 管程流速： m/s 管程雷诺数： 湍流管程传热系数：（式3-33c） 6)结构初步设计： 布管方式见图所示: 管间距s=0.032m（按GB151,取）； 管束中心排管的管数按所给的公式确定： 取20根；
管壳式换热器的工作原理及结构 随着科技高速发展的今天，换热器已广泛应用国内各个生产领域，换热器跟人们生活息息相关。换热器顾名思义就是用来热交换的机械设备。换热器是一种非常重要的换热设备，能够把热量从一种介质传递给另一种介质，在各种工业领域中有很广泛的应用。尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用更广泛。换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能。换热器分为很多类型，管壳式换热器是很普遍的一种。管壳式换热器的传热强化技术主要包括管程和壳程的传热强化研究。本文对管壳式换热器的原理进行简单介绍。 一、管壳式换热器的工作原理 管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。 工作原理和结构图 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。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/（m（℃）〕；用水冷却气体时，为10～280W/（m（℃）；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000W/（m （℃）。 二、管壳式换热器的形式与结构 管壳式换热器是把管子与管板连接，再用壳体固定。它的形式大致分为固
目录 任务书 (2) 摘要 (4) 说明书正文 (5) 一、设计题目及原始数据 (5) 1.原始数据 (5) 2.设计题目 (5) 二、结构计算 (5) 三、传热计算 (7) 四、阻力计算 (8) 五、强度计算 (9) 1.冷却水水管 (9) 2.制冷剂进出口管径 (9) 3.管板 (10) 4支座 (10) 5.密封垫片 (10) 6.螺钉 (10) 6.1螺钉载荷 (10) 6.2螺钉面积 (10) 6.3螺钉的设计载荷 (10) 7.端盖 (11) 六、实习心得 (11) 七、参考文献 (12) 八、附图
广东工业大学课程设计任务书 题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班 姓 名 xx 学 号 xxxx 一、课程设计的内容 设计一台如题目名称所示的换热器。给定原始参数： 1. 换热器的换热量Q= 35 kw; 2. 给定制冷剂 R22 ; 3. 制冷剂温度 t k =40℃ 4. 冷却水的进出口温度 '0132t C =" 0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1）学生独立完成设计。 2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。(换热器的传热计算, 换热面积计 算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。 3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，使用计算机绘图。 4）说明书要求： 文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。 格式要求： （1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等；（6）参考文献。 三、课程设计应完成的工作 1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份； 2）绘制换热器的装配图1张，拆画关键部件零件图1～2张。
TEMA规格的管壳式换热器设计原则 ——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》 设计中的一般考虑 流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。壳程则会是高粘度流体或某种气体。当管/壳程流体中的
某一种要用到合金结构时，“碳钢壳体+合金管侧部件”比之“接触壳程流体部件全用合金+碳钢管箱”的方案要较为节省费用。 清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。 假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。 对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。 换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。 建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。一般此标准的最新版每3年出版发行一次。期间的修改以附录形式每半年出一次。在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。最初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。但现在已包含了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。目前ASME 正在开发用于换热器的其他规则。 列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中，对ASME规则的补充和说明。TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。按本标准制造的设备，设计目的在于在此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途” *译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版 3种建造标准的机械设计要求都是一样的。各TEMA级别之间的差异很小，并已由Rubin 在Hydrocarbon Process., 59, 92 (June 1980) 上做了归列。 TEMA标准所讨论的主题是：命名原则、制造公差、检验、保证、管子、壳体、折流板和支撑板，浮头、垫片、管板、管箱、管嘴、法兰连接端及紧固件、材料规范以及抗结垢问题。 API Standard 660, 4th ed., 1982*，一般炼油用途的管壳式换热器是由美国炼油协会出版的，以补充TEMA标准和ASME规范。很多从事化学和石油加工的公司都有其自己的标准以对以上各种要求作出补充。关于规范、标准和个客户的规定之间的关系已由F. L. Rubin编辑结集，由ASME 在1979年出版了(参见佩里化学工程师手册第6章关于压力容器规则的讨论)。 *译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到2001年第6版 换热器的设计压力和设计温度通常在确定时都在预计的工作条件上又给了一个安全裕量。一般设计压力比操作中的预计最高压力或关泵时的最高压力要高大约172KPa(25 Psi)；而设计温度则通常较最高工作温度高14°C (25°F)。 管束振动随着折流板换热器被设计用于流量和压降越来越高的场合，由管子振动带来的损 标准分享网 https://www.doczj.com/doc/f5690878.html, 免费下载
管壳式换热器课程设计 一、管壳式换热器的介绍 管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范 围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热面积所需金属的消耗量等方面均不如一些新型 高效率紧凑式换热器。管壳式换热器结构组成：管子、封头、壳体、接管、 管板、折流板；如图1－1所示。根据它的结构特点，可分为固定管板式、 浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。 二、换热器的设计 2.1设计参数 参数名称壳程管程 设计压力（MPa） 2.6 1.7 操作压力（MPa） 2.2 1.0/0.9（进口/出口） 设计温度（℃） 250 75
操作温度（℃） 220/175(进口、出口) 25/45(进口/出口) 流量（Kg/h） 40000 选定 物料（-）石脑油冷却水 程数（个） 1 2 腐蚀余度（mm） 3 - 2.2设计任务 1. 根据传热参数进行换热器的选型和校核 2.对换热器主要受压原件进行结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、支座等。 3.设计装配图和重要的零件图。 2.3热工设计 2.3.1基本参数计算 2.3.1.1估算传热面积 -=220-45=175 -=175-25=150 因为,所以采用对数平均温度差 算术平均温度差：= P= R= 查温差修正系数表得 因此平均有效温差为0.82 放热量 考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将大于冷流体吸收的热量，即：
取热损失系数,则冷流体吸收的热量： 由可的水流量： ==31372.8 这里初估K=340W/(),由稳态传热基本方程得传热面积： =16.55 2.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数 选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。从而查《换热器设计手 册》表1-2-7，即下表 公称直径管程数管子根数中心排管管程流通换热面积换热管长 换热管排列规格及排列形式： 换热管外径壁厚：d=50mm 排列形式：正三角形 管间距： =32mm 折流板间距： 2.1.1.3实际换热面积计算 实际换热面积按下式计算 2.2计算总传热系数，校核传热面积 总传热系数的计算 式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)； ——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；
课程设计 设计题目：管壳式水-水换热器 姓名 院系 专业 年级 学号 指导教师 年月日
目录 1前言 (1) 2课程设计任务书 (2) 3课程设计说明书 (3) 3.1确定设计方案 (3) 3.1.1选择换热器的类型 (3) 3.1.2流动空间及流速的确定 (3) 3.2确定物性数据 (3) 3.3换热器热力计算 (4) 3.3.1热流量 (4) 3.3.2平均传热温度差 (4) 3.3.3循环冷却水用量 (4) 3.3.4总传热系数K (5) 3.3.4计算传热面积 (6) 3.4工艺结构尺寸 (6) 3.4.1管径和管内流速 (6) 3.4.2管程数和传热管数 (6) 3.4.3平均传热温差校正及壳程数 (7) 3.4.4传热管排列和分程方法 (7) 3.4.5壳体内径 (7) 3.4.6折流板 (8) 3.4.7接管 (8) 3.5换热器核算 (8) 3.5.1热量核算 (8) 3.5.2换热器内流体的流动阻力 (12) 3 .6换热器主要结构尺寸、计算结果 (13) 3.7换热器示意图、管子草图、折流板图 (14) 4设计总结 (15) 5参考文献 (16)
1前言 在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，成为热交换器。热交换器在工业生产中的应用极为普遍，例如动力工业中锅炉设备的过热器、省煤器、空气预测器，电厂热力系统中的凝汽器、除氧器、给水加热器、冷水塔；冶金工业中高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气和煤气预热；制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器；制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，都是热交换器的应用实例。在化学工业和石油化学工业的生产过程中，应用热交换器的场合更是不胜枚举。在航空航天工业中，为了及时取出发动机及辅助动力装置在运行时产生的大量热量；热交换器也是不可或缺的重要部件。 根据热交换器在生产中的地位和作用，它应满足多种多样的要求。一般来说，对其基本要求有： （1）满足工艺过程所提出的要求。热交换强度高，热损失少。在有利的平均温度下工作。 （2）要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构，制造简单，装修方便，经济合理，运行可靠。 （3）设备紧凑。这对大型企业，航空航天、新能源开发和余热回收装置更有重要意义。 （4）保证低的流动阻力，以减少热交换器的消耗。 管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热器。它包括:固定管板式换热器、U 型管壳式换热器、带膨胀节式换热器、浮头式换热器、分段式换热器、套管式换热器等。管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板（或折流杆）。管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。
课程设计 6 4.3 吨/年热水的管壳式换热器设计 10 姓名郭宁 院系食品工程学院 专业热能与动力工程 年级热能本1201 学号20122916107 指导教师邹欣华 2015年1月20 日
目录 绪论 (1) 1设计任务 (1) 2换热器设计方案的确定 (1) 2.1确定流体的流量、压力、温度、热负荷 (1) 2.2管壳等材料的选择 (1) 3换热器热力计算 (1) 3.1流体物性数据 (1) 3.2传热温差 (2) 3.3传热面积 (2) 4换热器结构设计 (2) 4.1管数和管程数和管束的分程、管子的排列的确定 (3) 4.2管子在管板上的排列方式 (4) 5换热器校核设计 (4) 5.1核算总传热系数 (5) 5.2确定污垢热阻 (6) 5.3核算压强降 (6) 6图纸绘制 (9) 7主要参考文献 (9)
绪论 换热器的发展动向：换热器的传热与流体流动计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟。两相流的物性基础来源于实验室实际工况的差别。纯组分介质的物性数据基本上准确，但汽油组成物的数据就与实际工况相差较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。为此，要求物性模拟在手段上更加先进，测试的准确率更高。从而使换热器计算更准确，材料更节省。物性模拟将代表换热器的经济技术水平。 1设计任务 处理能力为6104.3?吨/年热水的管壳式换热器，热水入口温度90℃，出口温度70℃，冷却介质为循环水，入口温度为30℃，出口温度为40℃，允许压强降不大于105Pa 。每年按照320天计算，每天连续24小时运行。 2换热器设计方案的确定 2.1确定流体的流量、压力、温度、热负荷 流量：热水流量6104.3?吨/年=97.122kg/s 冷却水流量=246kg/s 温度：热水入口温度90℃，出口温度70℃，冷却介质为循环水，入口温度为30℃，出口温度为40℃。 热负荷：()()w t t c m Q 7" 2 '11110033.17090420097.122?=-??=-= 2.2管壳等材料的选择 选取规格为25*2.5mm 的无缝钢管，mm d mm d i 20,250== 3换热器热力计算 管程流体的定性温度： 80270 901=+= T ℃ 壳程流体的定性温度： 352 30 402=+=T ℃ 3.1流体物性数据 两流体在定性温度下的物性数据如下: 水35 993.95 4.174 727.4 0.6265 水80 971.8 4.195 355.1 0.674
一、课程设计题目 管壳式换热器的设计 二、课程设计内容 1．管壳式换热器的结构设计 包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表 接管选择、工艺接管管径计算等等。 2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核 （1）根据设计压力初定壁厚； （2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力； （3）计算是否安装膨胀节； （4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。 3. 筒体和支座水压试验应力校核 4. 支座结构设计及强度校核 包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓 5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。 6. 编写设计说明书一份 7. 绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（塔设备的）。 三、设计条件 气体工作压力 管程：半水煤气0.75MPa 壳程：变换气 0.68 MPa 壳、管壁温差55℃，t t ＞t s 壳程介质温度为220-400℃，管程介质温度为180-370℃。 由工艺计算求得换热面积为140m2，每组增加10 m2。 四、基本要求 1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计； 2.设计说明书一律采用电子版，2号图纸一律采用徒手绘制； 3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔； 4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上8：30前，由班长负责统一交到HF508。 5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。 五、设计安排
内容化工设备设 计的基本知 识管壳式换热 器的设计计 算 管壳式换热 器结构设计 管壳式换热器 设计制图 设计说明书的 撰写 设计人李海鹏 吴彦晨 王宜高 六、说明书的内容 1.符号说明 2.前言 （1）设计条件； （2）设计依据； （3）设备结构形式概述。 3.材料选择 （1）选择材料的原则； （2）确定各零、部件的材质； （3）确定焊接材料。 4.绘制结构草图 （1）换热器装配图 （2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示； （3）标注形位尺寸。 （4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等 5.壳体、封头壁厚设计 （1）筒体、封头及支座壁厚设计； （2）焊接接头设计； （3）压力试验验算； 6.标准化零、部件选择及补强计算： （1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 8.主要参考资料。 【格式要求】： 1.计算单位一律采用国际单位； 2.计算过程及说明应清楚； 3.所有标准件均要写明标记或代号； 4.设计说明书目录要有序号、内容、页码；
管壳式换热器工作原理、分类及其特点 管壳式换热器(shell and tube heat exchanger）又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。 1.1管壳式换热器工作原理 管壳式换热器一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体（图1中蓝色箭头示意）；另一种在管外流动，称为壳程流体（图1中红色箭头示意）。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，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。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。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。多管程与多壳程可配合应用。 图1管壳式换热器工作原理示意图 1.2管壳式换热器分类 1.2.1 固定管板式换热器 固定管板式换热器的两端管板，采用焊接与壳体联成一体，结构简单。由于两个管
板被换热管互相支撑，与其他管壳式换热器相比，管板最薄。当管束与壳体之间的温差太大而产生不同的膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，发生介质泄漏，因此当只适用于冷热流体温度差不大，且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装膨胀节，以减小热应力。 1.2.2 浮头式换热器 浮头式换热器的两断管板只有一端管板与壳体焊接固定，另一端的管板可在壳体内自由浮动，完全消除了热应力，该端成为浮头。整个管束可从壳体中抽出，便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。 1.2.3 U型管换热器 U型管换热器的每根换热管皆弯成U形，管子的两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器由于壳体和管子分开，管束可以自由伸缩，热补偿性能好，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。U型管式换热器一般用于高温高压的情况下，尤其当压力较高时，在弯管段壁厚要加厚，以补偿弯管后管壁的减薄。
管壳式换热器设计报告 2014-6-13
设计任务书 设计一个管壳式换热器，用冷水冷却工艺废水。 参数如下： 一、设计计算 1、方案确定 （1）热交换器的类型选择：管壳式换热器 （2）流程的选择：由于逆流换热的换热温差大，换热效果好，采用逆流换热，由于自来水易结垢，自来水走管程，所以工艺废水走壳程。 2、计算物性参数 （1）热流体（工艺废水）的物性参数： 100'1=t ℃ 30" 1=t ℃ kg/s 56.5/201==h t q m /s m 1067.5331-?=v q 定性温度：652 30 1002"1'1=+=+t t ℃ 查65℃下饱和水的物性参数如下： 31kg/m 45.980=ρ K)kJ/(kg 183.41?=p C K)W/(m 664.01?=λ /s m 10447.0261-?=ν 77.21=r p （2）自来水的物性参数： 15'2=t ℃ 假设50" 2=t ℃ k g /s 11.11/402==h t q m /s m 1017.11332-?=v q 定性温度：5.322 50 152" 2'2=+=+t t ℃ 查32.5℃下饱和水的物性参数如下： 32kg/m 83.994=ρ K)kJ/(kg 174.42?=p C K)W/(m 622.02?=λ /s m 10769.0262-?=ν 14.52=r p 3、估算传热面积 （1）热流量 W 1063.1)30100(418356.5)(6" 1'111?=-??=-=Φt t C q p m 条件 热流体 冷流体 工质 工艺废水 自来水 进口温度 C t 100'1= C t 15'2= 出口温度 C t 30" 1= ?"2=t 流量 20t/h 40t/h
管壳式换热器工作原理和结构 来自网络2010-3-2 15:17:39 admin 管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，管壳式换热器在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常管壳式换热器的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃ 以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下,在个别情况下也有更大或更长的。 工作原理和结构图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。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m(℃)〕;用水冷却气体时,为10～280W/(m(℃)；用水冷凝水蒸汽时,为570～4000W/(m(℃)。 管壳式换热器特点：管壳式换热器是换热器的基本类型之一，19世纪80年代开始就已应用在工业上。这种换热器结构坚固,处理能力大、选材范围广，适应性强，易于制造,生产成本较低，清洗较方便，在高温高压下也能适用。但在传热效能、紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先进。 管壳式换热器分类：管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前3种应用比较普遍。