《管壳式换热器机械设计》参考资料

管壳式换热器（GB151-1999）1.管壳式换热器的结构组成：a 受压元件：壳体、膨胀节、设备法兰、换热管、管箱、管板、接管及法兰（DN250）设备主螺柱（M36）b 非受压元件：支座、折流板、拉杆c 管程：与换热管相连通的空间d 壳程：换热管外部、壳体内部的连通空间2管壳式换热器的设计：a 工艺设计：A 、Δp换热器直径、换热管规格、材料、数量、长度、排列方式、程数、折流板结构和数量； b 机械设计：换热管束级别确定，结构设计，强度、刚度、稳定性计算第一部分 传热和换热器基本知识列管式换热器的工艺设计步骤：1、计算传热量、平均温差，估计总传热系数K ，估算传热面积；（1）传热量的计算：两流体无相变热量衡算式： 可知：要想计算传热量，需要知道4个温度和2个流量。

（2）传热温差的计算： （3）传热面积的估算：2、设定换热管规格和管内流体流速，计算换热管数和长度，确定管程数；管束分程： 在满足流量和压降的前提下，采用多管程可提高流速，达到强化传热的目的，管程数一般有1、2、4、6、8、10、12等7种，布管原则为：① 应尽可能使各管程的换热管数大致相等； ②分程隔板槽形状简单，密封面长度较短。

3、根据换热管数量和排列形式，确定换热器壳体直径；（1）换热管的排列形式：三角形、正方形排列（2）换热管中心距：宜不小于1.25d0，常用管间距详见GB151表12筒体直径估算值：（3）布管限定范围： 固定管板式换热器或U 形管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距()()2112e c pc c c h ph h h Q W c T T W c T T ζ=⋅-=⋅⋅-∆-∆∆=∆∆1212,ln()m t t t t t 122m t t t ∆+∆∆=或e m Q A K t =⋅∆2,0.785i V n d u =A l dn π=1.05n D t η=离为0.25d0，一般不小于8mm 。

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℃，tt ＞ts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。

北京理工大学珠海学院课程设计任务书2011～2012学年第2 学期学生姓名：专业班级：指导教师：工作部门：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（1）气体工作压力管程：半水煤气（1、0.80MPa；2、0.82 MPa；3、0.85Mpa；4、0.88 MPa ；5、0.90 MPa）壳程：变换气（1、0.75MPa；2、0.78 MPa；3、0.80Mpa；4、0.84 MPa ；5、0.85 MPa）（2）壳、管壁温差50℃，t t＞t s壳程介质温度为320-450℃，管程介质温度为280-420℃。

（3）由工艺计算求得换热面积为120m2，每组增加10 m2。

（4）壳体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数，接管及其他数据根据表7-15、7-16选用。

（5）壳体与支座对接焊接，塔体焊接接头系数Φ=0.9（6）图纸：参考图7-52，注意：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。

四、进度安排制图地点：暂定CC405时间安排：从第7周（2012年3月31日）至第10 周（2012年4月20日）序号内容主讲人时间听课班级1 化工设备设计的基本知识唐小勇4月9 日星期一、三、五上午09化工1，24月11日09化工1，24 月13日09化工1，22 管壳式换热器的设计计算唐小勇4月9 日-13日上午：8：30-11：30下午14：00-17：3009化工1，23 管壳式换热器结构设计唐小勇4 月16 日上午：8：30-11：30下午14：00-17：3009化工1，24月17 日09化工1，24 管壳式换热器设计制图唐小勇4 月17 日上午：8：30-11：30下午14：00-17：3009化工1，24 月18 日09化工1，24月19 日09化工1，25 设计说明书的撰写唐小勇4月9日-18日上午：8：30-11：3009化工1，209化工1，209化工1，26 答辩唐小勇4月20日上午：8：30 09化工1 下午14：30 09化工2五、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。

GB151-1999《管壳式换热器》概况作者资料(这条文章已经被阅读了1530次) 时间：2004/09/12 01:33pm来源：tigerliu521GB151-1999《管壳式换热器》概况兰州石油机械研究所教授级高级工程师朱巨贤管壳式换热器以其对温度、压力、介质的适应性，耐用性及经济性，在换热设备中始终占有约70％的主导地位。

因此管壳式换热器的标准化工作为世界各工业发达国家所重视，也为ISO国际标准化组织的所重视。

因此出现了TEMA、API660、JISB8249等一批管壳式换热器标准，ISO目前也正在与API联手并会同有关国家编ISO管壳式换热器标准。

我国自二十世纪七十年代开始相继编制了JB1147《管壳式换热器制造技术条件》、《钢制管壳式换热器设计规定》及GB151-89《钢制管壳式换热器》，并在历经十年后出现了修改较大、与国际先进标准接轨更好的、但同时由于出版等原因未能按时出版的GB151-1999《管壳式换热器》及其英文版，现就GB151-1999版修订概况介绍如下：一、取消了“钢制”增加了铝、铜、钛有色金属取消“钢制”这在我国压力容器标准体系中是个较大的变化，也是向国际先进标准靠拢迈出的重要一步。

有色金属制管壳式换热器国内过去有着众多的使用业绩，而随着工业向深度发展，石油化工向深加工要效益，有色金属制管壳式换热器今后会有良好的发展前景，但过去一直没有有色金属制管壳式换热器的设计、制造、检验与验收的综合性标准，GB151-1999版解决了这一问题。

下面简要地介绍一下铝、铜、钛的情况： 1.铝及铝合金a.在空气和许多化工介质中有着良好的耐蚀性；b.在低温下具有良好的塑性和韧性；c.有良好的成型及焊接性能； d.设计参数：P≤8MPa，-269oC≤t≤200oC。

2.铜及铜合金a. 有优良的耐蚀性（如海军铜具有良好的耐海水腐蚀性）；b.具有良好的导热性能；c.有良好的低温性能；d.有良好的成型性能，但焊接性能稍差；e.设计参数：纯铜t≤150oC;铜合金t≤200oC;f.有GB8890《热交换器用铜合金管》标准。

1前言 (1)1.1概述 (1)1.1.1换热器的类型 (1)1.1.2换热器 (1)1.2设计的目的与意义 (2)1.3管壳式换热器的发展史 (2)1.4管壳式换热器的国内外概况 (3)1.5壳层强化传热 (3)1.6管层强化传热 (3)1.7提高管壳式换热器传热能力的措施 (4)1.8设计思路、方法 (5)1.8.1换热器管形的设计 (5)1.8.2换热器管径的设计 (5)1.8.3换热管排列方式的设计 (5)1.8.4 管、壳程分程设计 (5)1.8.5折流板的结构设计 (5)1.8.6管、壳程进、出口的设计 (6)1.9 选材方法 (6)1.9.1 管壳式换热器的选型 (6)1.9.2 流径的选择 (8)1.9.3流速的选择 (9)1.9.4材质的选择 (9)1.9.5 管程结构 (9)2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11)2.1 管径 (11)2.2管子数n (11)2.3 管子排列方式，管间距的确定 (11)2.4换热器壳体直径的确定 (11)2.5换热器壳体壁厚计算及校核 (11)3换热器封头的选择及校核 (14)4容器法兰的选择 (15)5管板 (16)5.1管板结构尺寸 (16)5.2管板与壳体的连接 (16)5.3管板厚度 (16)6管子拉脱力的计算 (18)7计算是否安装膨胀节 (20)8折流板设计 (22)9开孔补强 (25)10支座 (27)10.1群座的设计 (27)10.2基础环设计 (29)10.3地角圈的设计 (30)符号说明 (32)参考文献 (34)小结 (35)2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1 管径换热器中最常用的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×2.5mm 。

小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。

所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用φ19mm ×2mm 直径的管子更为合理。