管程与壳程
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管壳式换热器标准的一些常见问题换热器-1 GB151-1999管壳式换热器的适用范围是什么?答:1.适用于固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式换热器。
2.适用的参数为:公称直径DN ≤2600mm;公称压力PN ≤35MPa;且公称直径(mm)和公称压力(MPa)的乘积不大于1.75×104。
换热器-2 对于管、壳程设计压力均为内压的管壳式换热器,其受压元件在什么情况下可按压差设计?还应考虑什么问题?答:对于同时受管、壳程内压作用的元件,仅在能保证管、壳程同时升、降压时,才可以按压差设计。
压差的取值还应考虑在压力试验过程中可能出现的最大压差值,同时设计者应提出压力试验的步进程序。
换热器-3 试述管壳式换热器中管、壳程设计温度与管壁、壳壁温度的差异及作用。
答:管、壳程设计温度分别为管程管箱和壳程壳体的设计温度,是对应于管、壳程设计压力分别设定的管、壳程受压元件金属温度(沿元件金属横截面的温度平均值)的最高值或最低值。
用于确定元件材料的许用应力。
管壁、壳壁温度分别为沿长度平均的换热管、壳程圆筒金属温度,分别是传热过程中形成的换热管、壳程圆筒金属温度沿长度方向的平均值。
用于计算壳程圆筒与换热管的热膨胀差在管板、换热管和壳程圆筒中引起的应力。
这两组温度不仅定义、性质和作用不同,而且数值上也会有较大差异,因此,在计算时一定要注意,不可混用。
换热器-4 管壳式换热器中同时受管、壳程温度作用的元件的设计温度如何确定?答:管壳式换热器中同时受管、壳程温度作用的元件的设计温度可按金属温度确定,也可取较高侧的设计温度。
换热器-5 管壳式换热器主要元件腐蚀裕量的考虑原则是什么?答:管壳式换热器主要元件腐蚀裕量的考虑原则:a)管板、浮头法兰、球冠形封头和钩圈两面均应考虑腐蚀裕量;b)平盖、凸形封头、管箱和圆筒的内表面应考虑腐蚀裕量;c)管板和平盖上开槽时,可把高出隔板槽底面的金属作为腐蚀裕量,但当腐蚀裕量大于槽深时,还应加上两者的差值;d)压力容器法兰和管法兰的内直径面上应考虑腐蚀裕量;e)换热管不考虑腐蚀裕量;f)拉杆、定距管、折流板和支持板等非受压元件,一般不考虑腐蚀裕量。
西北大学化工学院列管式换热器的工艺设计说明书题目: 列管式换热器的工艺设计和选用课程名称: 化工原理课程设计专业: 化学工程与工艺班级: 09级学生姓名: 李哲学号: 2009115057指导教师: 吴峰设计起止时间:2012 年1月1日至2012 年 1月13日设计题目:列管式换热器的工艺设计和选用一、设计条件炼油厂用循环水将煤油油从230℃冷却到120℃。
柴油流量位28700kg/h;循环水初温为22℃,经换热后升温到46℃。
换热器的热损失可忽略。
管、壳程阻力压降不大于100kPa。
试设计能完成上述任务的列管式换换热器。
二、设计说明书的内容1、设计题目及原始数据;2、目录;3、设计方案的确定;4、工艺计算及主体设备设计;5、辅助设备的计算及选型;(主要设备尺寸、衡算结果等);6、设计结果概要或设计结果汇总表;7、参考资料、参考文献;目录一.设计任务及设计条件 (3)二.设计方案 (3)1.换热器类型选择 (3)2.流程选择 (3)3.流向选择 (3)三.确定物性数据 (3)四.估算传热面积 (3)五.工艺结构尺寸计算 (3)1.管径及管内流速选择 (3)2.传热管数和传热管程数 (4)3.平均传热温差校正及壳程数 (5)4.传热管排列和分程方法 (5)5.壳体内径 (5)6.折流板 (5)7.其他主要附件 (6)8.接管 (6)9.壁厚的确定、封头 (7)六.换热器核算 (7)(一).热流量核算 (7)1.壳程表面传热系数核算 (8)2.管程表面传热系数核算 (8)3.污垢热阻 (9)4.传热面裕度 (9)(二)传热管壁温及壳体壁温计算 (9)(三)阻力计算 (10)1.管程流体阻力计算 (10)2.壳程流体阻力计算 (10)七.换热器主要计算结果汇表 (11)八.主要符号说明 (11)九.换热器主要结构尺寸图和管子布置图 (12)十.参考文献 (15)一.设计任务及设计条件:用循环冷却水将流量为28700Kg/h 的煤油从230℃降至120℃,冷却水为清净河水,进口温度22℃,选定冷却水出口温度46℃,设计一台列管换热器完成冷却任务。
管壳式换热器工作原理管壳式换热器是一种常见的热交换设备,广泛应用于化工、石油、电力、冶金等工业领域。
它的工作原理主要是利用管内流体与管外流体之间的热量传递,实现热能的转移。
在管壳式换热器中,管束(或管子)内流体被称为管程流体,管壳两侧的流体分别被称为壳程流体。
下面将详细介绍管壳式换热器的工作原理。
首先,管壳式换热器的工作原理是基于热量传递的基本原理。
当管程流体和壳程流体在换热器内部流动时,它们之间会发生热量的传递。
具体来说,当管程流体流经管子时,其内部会吸收或释放热量,而壳程流体则在管壳之间流动,从而与管程流体进行热量交换。
这样,管程流体的温度会发生变化,从而实现热能的传递。
其次,管壳式换热器的工作原理还涉及流体流动和传热的过程。
在换热器内部,管程流体和壳程流体之间的热量传递是通过对流和传导来实现的。
当流体在管壳内部流动时,会产生对流传热,即流体本身的运动会带动热量的传递。
同时,流体与管壁之间也会发生传导传热,即通过管壁将热量传递给另一侧的流体。
这些传热方式共同作用,实现了管壳式换热器内部的热量传递。
此外,管壳式换热器的工作原理还与换热器的结构设计有关。
换热器内部的管束结构和壳程结构会影响流体流动和热量传递的效果。
合理的结构设计可以提高换热器的换热效率,减小流体流动的阻力,从而实现更高效的热量传递。
因此,在实际工程中,需要根据具体的工艺要求和换热条件,选择合适的管束结构和壳程结构,以实现最佳的换热效果。
总的来说,管壳式换热器的工作原理是基于热量传递的基本原理,通过管程流体和壳程流体之间的热量交换来实现热能的转移。
在实际应用中,需要合理设计换热器的结构,以提高换热效率,满足工艺要求。
通过对管壳式换热器工作原理的深入理解,可以更好地应用和优化这种热交换设备,为工业生产提供更可靠、高效的热能转移解决方案。
管壳式换热器的工作原理及结构(山东华昱压力容器有限公司,济南250305)随着今天快速发展的科技,换热器已广泛运用于我国各个生产区域,换热器跟人们生活一脉相连。
用来热交换的机械设备就是所谓的换热器。
本文综述了管壳式换热器的工作原理及结构。
标签:管壳式换热器;工作原理;结构1 管壳式换热器的工作原理属于间壁式换热器的就是管壳式换热器,其换热管内组成的流体通道称为管程,换热管外组成的流体通道称为壳程。
管程以及壳程分别经过2个不一样温度的流体时,温度相对高的流体经过换热管壁把热量传递给温度相对低的流体,温度相对高的流体被冷却,温度相对低的流体被加热,进而完成两流体换热工艺的目标。
(工作原理和结构见图1)管壳式换热器关键由管箱、管板、管子、壳体以及折流板等组成。
一般圆筒形为壳体;直管或U形管为管子。
为把换热器的传热效能提高,也能使用螺纹管、翅片管等。
管子的安排有等边三角形、正方形、正方形斜转45°以及同心圆形等几种方式,最为常见的是前面三种。
依照三角形部署时,在一样直径的壳体内能排列相对多的管子,以把传热面积增加,但管间很难用机械办法清洗,也相对大的流体阻力。
在管束中横向部署一些折流板,引导壳程流体几次改变流动目标,管子有效地冲刷,以把传热效能提高,同时对管子起支承作用。
弓形、圆形以及矩形等是折流板的形状。
为把壳程以及管程流体的流通截面减小、流速加快,以把传热效能提高,能在管箱以及壳体内纵向安排分程隔板,把壳程分为二程以及把管程分为二程、四程、六程以及八程等。
管壳式换热器的传热系数,水换热在水时为1400~2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m(℃)〕;气体用水冷却时,为10~280W/(m(℃);水蒸汽用水冷凝时,为570~4000W/(m(℃)。
2 管壳式换热器依据结构特征能分为下面2类2.1 刚性构造的管壳式换热器:固定管板式是这种换热器的另一个名称,一般能可分为单管程以及多管程2种。
在两块管板上换热器的管端以焊接、胀接、胀焊并用的办法固定,而管板则以焊接的办法以及壳体相连。
2【大连理工大学, 2003,四】有一单管程列管换热器,传热面积为40m( 按外表面积计 ) ,共有25mm 2.5 mm 的传热管86根,现用该换热器以循环水冷却流量为 28000kg/h 的石油产品,石油产品走壳程,循环水走管程,两流体逆流换热。
实际测得石油产品的进、出口温度分别为 90℃和 50℃,冷却水的进、出口温度分别是 25℃和 40℃,已知石油产品的比热容为 2.8KJ/kg ,水的有关物性分别为:密度 =995kg/m 3粘度=0.8 10-3Pa s比热 Cp=4.17kJ/(kg K)导热系数=0.618W/(m K)试求:1、冷却水用量2、该换热器总换热系数3、管程和壳程的传热膜系数(又称表面传热系数)(可忽略两侧的污垢热阻)4、由于污垢积累,石油产品的出口温度升高,为使石油产品出口温度仍为50℃,需增加冷却水量使得冷却水出口温度为35℃时,石油产品出口温度达到50℃,估算两侧污垢热阻之和为多少(各物性数据可视为不变,忽略管壁热阻)。
解: 1、由题意:Q m2Cp2 (t2t1)m1Cp1(T1T2 )解得 m250136kg / h13.93kg / s2、由 1得,Q KA t m1Cp1(T1T2 ) 8.71105(T1t2 ) (T2t1 )36.1 Ct ln T1t2T2t1解得 K603.2W / m2K3、流速uV13.93/ 9950.52m / sd i20.02286n44d i u0.020.52995Re0.810 312935 Cp 4.17 0.8Pr 5.40.618i 0.023Re0.8 Pr0.4d i0.0230.618129350.8 5.40.40.022716.8W / m2K由11d o得K O O idiO834.9W / m2 K4、(T1 t2') (T2t1)t 'T1t2 '38.04 ClnT2t1由 Q KA t m1Cp1(T1T2) 得K '572.42W /m2KRso 1 18.9 10 5 m2 K / WK ' K【大连理工大学, 2004,四】某厂内有一台单管程列管换热器,欲用120℃的饱和蒸汽将某种水溶液进行加热,水溶液走管程。
管壳式换热器特点:1多腔结构2管壳程之间密封协调要求检验:1固定管板式换热器的壳程检验只能从外表面进行,埋藏缺陷的检验只能选择超声波探伤的方法,一般将全部隔热层拆除后进行检验,对于直径较大,壳程温度较高,壳体均匀腐蚀的容器可局部拆除保温层进行检验。
管板附近区域,形状突变部位及附近区域应部分拆除,应露出部分纵环焊缝、T型焊缝、角焊缝。
2管程检验主要是对两端管箱进行检验,考虑到要检验换热管与管板的连接部位,一般应将管箱或者管箱盖板拆下进行检验。
因此,管程检验一般在内表面进行,必要时才拆除管箱外部的的隔热层来检验外表面。
管程检验一般将管箱或管盖板拆下,从内表面进行检验。
固定管板式换热器最好将两端管箱都拆开进行检验,由于管程入口端流体压力高、流速大、对管箱内表面和管板的冲刷腐蚀更打,前端管箱更具有代表性。
3宏观检查及测厚:固定管板式换热器的管程和壳程均承压,都应进行检验。
设备壁温较高,在防腐层完好的情况下,外壁表现为均匀腐蚀特征,可局部拆除保温进行检验。
壳程检验:壳体与管板法兰连接的环焊缝、膨胀节与壳体连接的环焊缝、筒节上的纵焊缝和连接部位的丁字形焊缝、介质进出口管角焊缝等为重点检验部位;检查容器本体及焊缝表面有无裂纹、变形、腐蚀、泄漏等缺陷;选择有代表性的区域进行测厚检查。
管程检验:检查管箱本体及所有焊缝表面有无裂纹、变形、腐蚀、泄漏等缺陷;注意检查下管板、进出口管角焊缝的流体冲刷腐蚀,下管箱盖板、上管板的积液腐蚀;上、下管箱的表面腐蚀及应力集中部位等应重点检查,选择有代表性的部位进行测厚检测。
4无损检测:固定管板式换热器制造中有一道焊缝不能进行射线检测,采用带垫板的焊接形式时有可能存在缝隙腐蚀。
因此,管板与壳体连接焊缝应进行表面检测。
固定管板式换热器的膨胀节的环焊缝也要进行检测。
当壳体材料为碳素钢或者低合金钢时,表面无损检测通常采用磁粉探伤,膨胀节为不锈钢时在膨胀节与碳素钢的异种钢焊接部位多选择渗透检测,由于通常只能从外表面进行检测,壳体内有换热管束遮挡,埋藏缺陷一般采用超神波探伤。
管壳式换热器原理与设计管壳式换热器是一种常见的换热设备,广泛应用于化工、炼油、石油化工、动力、核能等多个工业领域。
其工作原理和设计要点如下:工作原理:基本构造:管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、折流板、管箱等部件组成。
壳体通常为圆筒形,内部装有平行排列的管束,管束两端固定在管板上。
流体通过管内(管程)和管外(壳程)进行热交换。
热量传递:冷热两种流体分别在管程和壳程中流动,热量通过管壁从高温流体传递给低温流体。
一种流体在管内流动(管程流体),另一种流体在管外,即壳体内流动(壳程流体)。
热量传递遵循热力学第二定律,从高温区自发流向低温区。
强化传热:为了提高传热效率,壳程内常设置折流板,迫使壳程流体多次改变方向,增加流体湍流程度,从而提高传热系数。
管束的排列(如等边三角形或正方形)也会影响传热效率和清洁维护的便利性。
设计要点:流体选择:根据工艺要求决定哪种流体走管程,哪种走壳程。
一般而言,易结垢或腐蚀性的流体走管程便于清洗和更换管束。
材料选择:根据流体的性质(如温度、压力、腐蚀性)选择合适的材料,如不锈钢、碳钢、铜合金等,以确保换热器的耐用性和安全性。
热负荷计算:根据工艺条件计算所需的热负荷,确定换热面积,进而决定管束的数量、长度和直径。
压降考虑:设计时需考虑流体在管程和壳程中的压降,确保泵送能耗合理,避免因压降过大导致系统运行不稳定。
结构设计:包括管板的设计(固定管束的方式)、壳体厚度设计、支撑和悬挂结构设计等,以保证换热器的机械强度和稳定性。
清洗与维护:设计时应考虑换热器的可维护性,如管束的可拆卸性,以及便于清洗壳程内部的结构设计。
综上所述,管壳式换热器的设计是一个综合考虑热工性能、机械强度、材料选择、经济性和可维护性的复杂过程,需要精确的计算和细致的工程设计。
管壳式换热器工作原理
管壳式换热器是一种常用的热交换设备,其工作原理如下:
1. 冷热介质流经换热器:冷介质(通常是待加热流体)从进口管道进入换热器的壳程,热介质(通常是用于加热的流体)从进口管道进入换热器的管程。
2. 介质的传热过程:在管壳式换热器内,冷、热介质通过管程和壳程之间的管板进行传热。
冷介质在管程的管道中流过,热量通过管壁传递给热介质。
热介质流经壳程的壳体,将热量传递给壳程的外壁,而冷介质则从壳程外侧带走吸收的热量。
3. 介质的流动操作:管壳式换热器内冷热介质的流动方式有多种,常见的有串流(串流换热器),并流(并流换热器)和逆流(逆流换热器)。
4. 热量交换完成后,介质流出换热器:经过传热过程后,冷介质和热介质的温度发生变化,冷介质在换热器的出口处流出,热介质也在换热器的出口处流出。
总结来说,管壳式换热器通过管程和壳程之间的传热,将热量从热介质传递给冷介质。
冷热介质在换热器内部流动,通过壳体和管道壁的传热,完成热量交换,最终达到热能转移的目的。
不同的流动方式和操作条件,会影响换热的效果和效率。
管程指介质流经换热器内的通道及与其相贯通的部分。
壳程系指介质流经换热管外的通道及与其相贯通的部分。
这个涉及到管壳式换热器流体选择问题,主要依据有两流体的操作压力和温度、可以利用的压力降、结构和腐蚀性以及设备方面的考虑。
一般来说,水、水蒸气或强腐蚀性流体;有毒性的流体;容易结垢的流体以及高压操作的流体走管程;
而塔顶冷凝蒸汽;烃类冷凝和再沸;关键压力降控制的流体,粘度大的流体走壳程。
除了上述条件外,另外还需要考虑到传热系数和最充分利用压力降,从压力降考虑,雷诺数低走壳程更合理。
一般塔顶冷却器多数物料走壳程冷却水走管程
再沸器物料则走管程,蒸汽、凝液走壳程
以上为大多数是这样,也有特例:
一般主物料走壳程,辅助加热、冷却介质走管程。
现场判断的最佳方法是:管程介质从换热器一端进出,壳程介质靠中间一点进出,
管程进出口一端要预留一定的抽换热器芯子的空间。
简单地说管程就是管内,壳程就是管外.
就固定管板换热器而言,管壳程物料选择依据大致有:
1)不洁净和易结垢的流体宜走管程,因管内清洗方便; 腐蚀性流体宜走管程,以
免管束和壳体同时受腐蚀,且清洗,检修方便;
压强高的流体宜走管程,以免壳体同时受压;
有毒流体宜走管程,使泄漏机会减少;
被冷却的流体宜走壳程,便于散热,增强冷却效果;
饱和蒸汽宜走壳程,便于排出冷凝液和不凝气,且蒸汽洁净不污染;
流量小或粘度大的流体宜走壳程,因折流档板的作用可使在低雷诺数下即可达到湍流,但也可在管内采用多管程; 若两流体温差较大,宜使α大的流体走壳程,使管壁和壳壁温差减小.
在具体选择时,上述原则经常不能同时兼顾,会互相矛盾,这时要根据实际情况,抓住主要问题,作为选择的依据.而且不同换热器考虑的问题也不一样,比如:U型管的,管程就不能走洁净和易结垢的流体.
管程是指列管内部,壳程是指列管外部和筒体之间的地方.
管程和壳程是列管式换热器的两种介质流动区间,列管式换热器一般由外壳、花板、封头等组成,简单来说:管内称管程,管外则叫壳程一般来说,清洁流体走壳程,不清洁流体、易结垢,易结晶、易堵塞的介质走管程,这样便于清理污垢、结晶等堵塞物。
一般情况下,没有什么绝对的,但是有这样的几个规律,勉强能当个借鉴。
1、压力高的要走管程。
2、被冷却的走壳程。
但是在一些情况下,也是有变动的,比如还要从换热器的材质来分析,用一种最适合的办法来解决。