丙烯冷凝器(E-301)设计
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摘要：本文先简单阐述了换热器的研究背景，并附带介绍了换热器的重要作用及其型式的发展过程。然后结合课题设计方向，由于本次设计方向为丙烯冷凝器（E-301）的设计，该冷凝器属于浮头式换热器的一种；在介绍浮头式换热器常见通用结构过程中，讲述一些用于该丙烯冷凝器的元件结构。最后，简单讲述了本次设计所用的技术路线，大致介绍了冷凝器设计的相关步骤和方法。
关键字：浮头式换热器，冷凝器，技术路线
1研究背景
换热设备是化工、炼油工业、医药、冶金、制冷等工业中普遍应用的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传送给低温流体。在实际生产过程中，为了满足工艺的要求，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、冷凝、蒸发等。一般换热器需要满足如下的基本条件：合理地实现所规定的工艺条件；安全可靠；利于安装、操作、维修；经济合理[1]。
管壳式换热器的使用已有很悠久的历史；在二十世纪30年代，开始出现板式换热器，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。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。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。近年来，由于能源消耗引起了人们的广泛重视，能源价格的逐渐上升，循环回收再利用观念已开始深入人心，工厂中废热回收也越来越具有吸引力。通过换热器的使用，回收生产过程中产生的废热来提高工厂的效率以减少国家的能源需求，节省资源，对于国家长久的发展来说具有重要的意义。同时，通过对换热器的优化设计，提高各类换热器的工作效率，减少因工作而造成的更多的能源浪费，也是设计换热器的重中之重。
2文献综述
常见换热器种类：按传热方式的不同，换热器大致可分为三类，主要有混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器。其中，间壁式换热器的工业应用最为广泛，它的原理是将冷、热流体用一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。其优点是避免了介质间的直接接触而导致介质的污染。在间壁式换热器中，由于管壳式换热器具有成本低，清洗方便，适用性强，工作可靠等优点，所以它的应用范围较广，在换热设备应用过程中仍处于主导地位。
冷凝器属于换热器的一种，常用于空调系统中，在化工行业的应用也较为常见。冷凝器可用液体（例如水）或气体（如空气）来冷却，冷凝蒸汽可用来加热流体。一般冷凝流体的流动路线为：（1）在水冷式凝气器中走管外；（2）在气冷式凝气器中走管内[2]。本文介绍的丙烯冷凝器结构属于浮头式换热器。
浮头式换热器：浮头式换热器的结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在沿壳体内轴向自由移动，该端称为浮头。当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时互不约束，当两种介质温差较大时，管束与壳体间不会产生温差应力。浮头端可设计为拆结构，使管束可以容易的插入或抽出（也有设计成不可拆的），这样为检修、清洗提供了方便[3]。所以，它适用于壳体与管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
浮头式换热器的主要元件：换热管、管板、管箱、壳体、折流板、封头、法兰、接管等。
图2-1浮头式换热器
2.1换热管
2.1.1换热管常见类型
换热管常用形式为光管，该类型管制造方便，较为经济，但是传热效率较低。为了强化传热，换热管还可采用强化传热管，如波纹管、螺旋槽管、螺纹管等。强化传热管的主要原理是通过改变管表面或内部形貌，从而改变流体的湍动程度，
来达到强化传热的目的。由于换热器中的传热在管子的表面，从性能角度来考虑管子几何变量的选择显得重要。管子应该能承受两侧的操作温度与压力、壳体和管束之间不同的热膨胀引起的热应力、管程和壳程流体的腐蚀性[2]。
管子的大小由管外径和管壁厚度决定。从传热的角度来看，小管径的管子能获得较高的传热系数，从而换热器也较紧凑。但大管径的管子易于清洗，更强固，当允许的管侧压降很小时需要用到这种管子。其具体尺寸需参照相关设计手册进行选择[2]。
换热管材料，管材的选择主要是根据工况条件来进行，常用材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢、铝合金等，此外还有一些如石墨、聚四氟乙烯、陶瓷等非金属材料。
2.1.2换热管排列方式
换热器管的布管原则是：无论采用哪种排列，都必须使管束周围的弓形空间尽可能多布管，增大传热面积，防止壳程流体短路[1]。图2-2为几种常见的换热管排列方法，其形式主要有正三角形、转角正三角形、正方形、转角正方形。正三角形排管方法在同样的管板面积上可以排最多的管，故而应用最为普遍，其缺点为清洗较困难。为了便于管外清洗，可采用正方形或转角正方形排列的管束。
正方形转角正方形正三角形转角正三角形（P为管
中心距）
图2-2换热管排列方式
2.2管板
管板主要用于分布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，也将冷热流体分开，避免他们混合，同时有受管程、壳程压力和温度的作用。在管板材料的选择中，主要需要考虑材料的力学性能，还要考虑在管程、壳程中流动介质的腐蚀性，以及管板和换热管之间的点位差对腐蚀性的影响[1]。
管板的设计准则为在满足强度要求的前提下，尽量减小管板的厚度，薄管板换热器可以节约管板材料。
2.3管箱
壳体直径较大的换热器多采用管箱结构。管箱位于管壳式换热器两端，管箱
的作用是把从管道输送出来的流体均匀的分布到各换热管和把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还起改变流体流向的作用。管箱的结构形式主要以换热器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素来确定[1]。图2-3为管箱几种常见的结构型式。
图2-3管箱结构型式
2.4壳体
壳体常为一个圆筒，在壳壁上焊有接管，供壳程流体进入和排出之用。P201小尺寸的壳体通常用标准尺寸的管子加工而成，大尺寸的壳体则用平板卷合而成。用于壳体的费用要远比管子的花费高，因此设计人员在设计时一般只使用一个壳体来满足要求的换热面积。比较经济的换热器通常是壳体直径小但尽可能长，只要满足整个工厂的布局、安装以及使用等现场条件即可[2]。
2.5折流板
设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善加热，增大壳程流体的传热系数，减小结垢。在卧式换热器中，折流板还起支撑管束的作用。常用的折流板型式有弓形和圆盘-圆环形两种。图2-4描绘了部分弓形和圆盘-圆环型折流板的样图。
图2-4弓形板及圆盘-圆环形折流板
2.6管内流动的分程
管束分程，在管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个行程。在管壳式换热器中，最简单常用的是单管程的换热器。为使流体在管束中保持较大流速，可将管束分成若干程数，使流体依次流过各程管子，以增加流体速度，提高传热系数[1]。下表2.1列出了管程的几种管束分程布置型式。
表2.1管程管束分程布置表
2.7.换热器中的其它结构
2.7.1封头
选择封头时有两点主要考虑的因素；（1）是否容易接近传热管，以便于清洗和更换；（2）管道安装是否方便。如果容易结垢或经常需要检查，最好选择容易
移动的封头和端盖[2]。
2.7.2排液口和排气口
所有换热器都要设置排液口和排气口，所以，要确定排液口和排气口的合适位置和大小。可能还须设置其他的孔，以供安装压力表和热电偶等用[2]。
3技术路线
3.1初步设计
管壳式换热器的整个设计步骤非常繁琐，所以有必要分解为一下几个不同的步骤：
a)初步估算管壳式换热器的尺寸大小；
b)几何参数的计算，亦即辅助计算；
c)传热和压降的校正因子；
d）壳侧传热膜系数和压降；
e)管侧传热膜系数和压降；设计的评价，即设计结果与设计规格比较[2]。
3.2各设计参数
3.2.1设计压力
设计压力指设定的换热器管、壳程顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不得低于工作压力。
对于同时受管、壳程压力作用的原件，仅在能保证管、壳程同时升、降压时，才可以按压差设计，否则应分别按管、壳程工作压力确定设计压力，并应考虑可能存在的最苛刻的管、壳程压力组合。按压差设计时，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。计算压力：计算压力指在相应的设计温度下，用以确定换热器原件厚度的压力，其中包括液柱静压力。当元件所承受的液柱静压力小于5%的设计压力时，可忽略不计[4]。
3.2.2载荷
设计时应考虑以下载荷；内压、外压或最大压差；膨胀量不同引起的作用力；液柱静压力。
3.2.3腐蚀裕量
为防止换热元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量，具体规定如下：
a.对有腐蚀或磨损的零件，应根据预期的寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确
定腐蚀裕量；
b.换热器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量；
c.介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢制换热器，腐蚀裕量不小
于1mm。
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，当腐蚀裕
量大于槽深时，还应加上两者的差值；
d.压力容器的法兰和管法兰的内径表面上应考虑腐蚀裕量；
e.换热管不考虑腐蚀裕量；
拉杆、定距杆、折流板和支持板等非受压元件，一般不考虑腐蚀裕量[4]。
3.2.4设计温度
考虑设计温度主要是考虑环境温度对材料性能的要求。在GB_150—2011中，通常将设计温度低于或等于-20℃称为低温。由于低温环境对材料性能有较为特殊的要求，所以相关选材及计算设计也要按相关规定进行，以满足工况要求。
3.3换热管与管板的连接
3.3.1强度胀接
胀接是最早采用的方法，它在温度和压力不高时可以满足要求，但在高温高压时胀接无法满足需要。胀接的原理是，当管子被胀大后，管子发生塑性变形使其管外径比板孔径更大，造成孔与管的过盈配合，因此能承受拉脱力；当过盈面上互相挤压而把间隙填满时，就形成了密封。图3-1表示出了不同管板厚度的焊接形状。
用于厚度≦25mm的场合用于厚度>25mm的场合用于厚管板及避免晶间腐蚀的场
合
图3-1强度胀接管孔结构
3.3.2强度焊接
焊接在目前用得比较广泛，且加工简便，连接强度好，在高温高压时也能保
证连接处的紧密性与抗拉脱能力。管子焊接处如有渗漏可以补焊或利用专用工具拆卸后予以更新。管子与薄管板的连接更应采用焊接方法。当连接处焊接之后，管板与管子中存在的残余热应力与应力集中，在运行时可能引起应力腐蚀与疲劳破坏。此外，管子与管板孔之间的间隙中存在的不流动液体与间隙外的液体浓度存在差别，容易产生间隙腐蚀。
用于整体板用于复合板
图3-2强度焊接管孔结构
3.3.3焊胀并用
胀焊结合法主要是利用胀消除管子与板孔之间的间隙，用焊保证连接质量。采用先焊后胀工序，焊前管板坡口容易清洗干净，焊接时管子与管板间隙处的空气可以从正、反两侧排除，对于防止焊缝产生气孔及保证焊接接头的质量十分有益。但是对于焊接性较差的管子与管板的接头，胀接时焊道容易产生微裂纹，甚至将焊道胀裂。对于这种情况下，应采用深度胀管（即管口处10 ~ 15mm 不胀），使胀接部位避开焊道，从而减小胀接对焊道的影响。
采用先胀后焊工序，由于胀接时在管端及管板坡口处将留下大量油污、铁锈等杂物，尽管焊前要进行清洗，但由于管桥较窄，加之管子伸出管板等原因，难以保证坡口的彻底清洁。当焊接时，这些杂物就容易造成夹渣、未熔合及气孔等缺陷，还会造成焊缝高低不平，甚至呈蜂窝状。另外，焊接所产生的高温会导致已胀接的部位变形，使胀接过程中产生的残余应力和弹性变形有所消失，从而出现了胀紧力变小甚至消失的可能。有关文献的试验研究结果表明，先胀后焊的泄漏率是先焊后胀的10 倍左右[7]。
3.4具体设计方法可参照以下方法进行：
3.4.1常用冷凝器按下列步骤进行设计[5]
（1）确定蒸汽冷凝温度，或由生产过程其他部分的条件（如蒸馏塔、真空喷射泵等）来确定，或由冷凝温度接近冷却水温的程度来确定。要注意，愈接近冷却水温则所需冷却面积越大。选择冷却水温不仅要保证冷凝器在夏季的操作性能；
同时也要考虑冬季的条件。
（2）确定冷凝的膜温。
（3）确定流体的物性。应注意壳侧与管侧的温度不同。
（4）由潜热计算冷凝热负荷（混合物的热负荷可以是加权值）。
（5）规定冷却水的温升。
（6）计算水的流量：
/p t W Q c =
其中Q=热负荷；
t =水的温升；
p c =比热。
（7）估算保持最低水流速时的每管程管数。
设管内最低流速v ，水流截面积a ，选定管径并计算其有效流动面积。
（8）设定换热器
a.根据经验估算总传热系数。
b.粗略计算对数平均温差ΔT 。
c.估算传热面积A 。
d.需要的管长，F l=A/（每根管长的表面积）
e.假定每管长度l ，并计算程数：
'p =()()
l a F n t 程数 如算得的程数不合理，则重新假定管长和（或）管径。由于程数多，设备制造费用就高，除特殊情况外应力求程数保持在8以下。
f.选用换热器壳体直径，要能按需要的程数紧凑地装入所需的管数。
g.由选定的实际总管数确定每程的实际管数。各程的管数可能要比最初设计的多几根或少几根。每程计算的流动面积=（每程管数）（每管的流动面积）
h.计算管内流速。
i.计算管侧膜系数。
j.计算壳侧膜系数。
k.根据经验选定管侧和壳侧污垢热阻。
l.计算总传热系数。
m.计算对数平均温差。
n.计算所需传热面积：/()()t A Q K = 净值
o.所设定换热器的实际面积：（每根管长的表面积）（总管数）（净管长）
p.将上述两个面积进行比较，若实际面积大于或等于所需面积，则所设换热器可满足操作要求。若所需面积大于实际面积，则另选管数稍多的、管子稍长的或管径稍大的或三者某些结合的换热器，从步骤（8）开始重新计算。若水的最低流速不合适，则应从步骤（7）起重新计算。
q.校对冬季操作条件对以下几点的影响：能否保持恒定的年平均冷凝液出口温度；是否由于进口水温较低，使冷却面积过剩从而产生冷凝液过冷；能否保持管内的最低水流速。
3.4.2．结构设计[6]
根据传热设计的结果进行换热器的结构设计。依据的标准主要是GBl50一2011《钢制压力容器》和GBl51—1999《管壳式换热器》，这里主要介绍浮头式换热器。
传热设计已经确定了换热器的形式、管长、管子外径和内径、管子根数、管子排列形式、简体内径、接管内外径、折流板间距和块数、管程数和壳程数，在这些参数的基础上进行结构设计。
首先，根据GB151和管数及管程数，确定换热管中心距及分程隔板两侧相邻管中心距，画出布管限定圆，根据管程分程和布置进行布管。布管时应注意：换热管中心距宜不小于1.25倍换热管外径，应尽可能使各管程的换热管根数人致相等。
管板、筒体壁厚的计算，根据GBl51-1999和GBl50-2011和管壳程压力、温度计算即可。
根据GBl51-1999设计合适的分程隔板、纵向隔板、防冲板、防短路结构(旁路挡板和挡管)、滑道、定距管。
如选用浮头式，还要计算钩圈式浮头：主要包括外头盖垫片、外头盖法兰、钩圈、短节、浮头法兰、分程隔板、浮动管板、球冠形封头(浮头盖)、双头螺栓和螺母等。其中主要计算浮头盖、浮头法兰、钩圈，球冠形封头(浮头盖)、浮头法兰应分别按管程压力作用下和壳程压力下进行内压和外压的设计计算，取其大者为计算厚度。钩圈分为A型和B型两种具体计算参见GBl51-1999。
最后根据计算结果设计出图。
4进度安排
参考文献
[1]王学生，惠虎.化工设备设计.上海：华东理工大学出版社，2011
[2]T.Kuppan著，钱颂文，廖景娱，邓先和，马小明，冯毅，郭崇志等译.换热器设计手册.北京.中国石化出版社，2004
[3]钱颂文主编.换热器设计手册.北京.化学工业出版社2002
[4]GB151
[5]施林德尔主编.换热器设计手册（第二卷）.北京：机械工业出版社，1988
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[7]顾天杰.浮头式换热器管束的组装.河南化工，2002（3），41-42.
毕业设计-换热器设计模版
一、 设计参数 过热蒸汽压力P 1：0.35Mpa ；入口温度T 1：250C ；出口温度T 2：138.89C （查水和水 蒸汽热力性质图表P11）；传热量Q ：375400kJ/h 。 冷却水压力P 2：0.7MPa ；入口温度t 1：70C ；出 口温度t 2（C ）；水流量m 2：45320kg/h 。 水蒸汽走管程，设计温度定为300C ，工作压力 为0.35Mpa （绝压）；冷却水走壳程，设计温度定位100C ，工作压力为0.9Mpa （绝压）。 二、 工艺计算 1.根据给定的工艺条件进行热量衡算 )t t ()()T T (1 2 2 2 2 1 2 1 1 2 1 1 1 p p c m Q h h m c m Q 查水和水蒸汽热力性质图表得 0.3MPa ，140C ，2738.79kJ/kg 250C ，2967.88 kJ/kg 0.4MPa, 150C ，2752.00 kJ/kg 250C ，2964.50 kJ/kg 采用插值法得到：0.35MPa 水蒸汽从138.89C 到 250C 的焓变为：234.6 kJ/kg h kg h h Q m /16006.234/375400)/(1 211 由表得70C 时水的比热2 p c 为4.187C kg J /k （【1】《化
200C 粘度0.136mPa/s ，导热系数 1.076C m W ，比热容4.505C kg kJ /【3】 得：194.45 C 时密度 3 16193.1m kg ，粘度 s 0.14m Pa 1 ，导热系数C m W 0699.11 ；比热容 C kg kJ c p /479.41 588 .00699 .100014 .044791 1 11 p r c P 0.7MPa ，70.99C 时水的物性参数：（【4】《化 工原理》P525页） 70C 密度977.83 m kg ，粘度0.406mPa/s ，导 热系数0.668C m W ，比热容4.187C kg kJ /[4] 80C 密度971.83 m kg ，粘度0.355mPa/s ，导 热系数0.675C m W ，比热容4.195C kg kJ /[4] 得：70.99 C 时密度 3 271.926m kg ，粘度 s 0.383m Pa 2 ，导热系数C m W 671.02 ；比热容 C kg kJ c p /329.42 393 .2667 .0000383 .043292 2 22r p c P 3.初定换热器尺寸 ①已知传热量Q
开题报告 一.本课题研究的目的和意义 近年来，随着全球能源形势的日趋紧张，常规能源的日益减少，节能降耗越来越受到人们的重视。换热器在工业生产中是调节工艺介质温度以满足工艺需求以及回收余热以实现节能降耗的关键设备，其换热性能和动力消耗关系到生产效率和节能降耗水平，其重量和造价决定了整个生产系统的投资。因此，换热器的强化传热、降低流阻以及提高综合性能成为了国内外科研人员和工程技术人员研究的热点。 二.国内外研究现状 冷却器是换热设备的一类，用以冷却流体。通常用水或空气为冷却剂以除去热量。换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意[5]。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。根据国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，“十一五”期间我国经济增长将保持年均7.5％的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，预计2010年钢铁工业总产值将超过5000亿元，化工行业总产值将突破4000亿元。这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。 据统计，在一般石油化工企业中，换热器的投资占全部投资的40﹪-50﹪；在现代石油化工企业中约占30﹪-40﹪；在热电厂中，如果把锅炉也作为换热设
毕业设计开题报告 论文题目: 抽余液塔底换热器设计 学院化工装备学院 专业：过程装备与控制工程 学生姓名：邓华 指导教师：翟英明(高级工程师) 开题时间：2015年3月16日 一、选题目的 1、通过毕业设计，练习综合运用课程和实践的基本知识，进行融会贯通的独立思考。 2、在规定的时间内完成指定的设计任务，从而得到化工换热器设计的主要程序和方法。 3、培养分析和解决工程实际问题的能力。 4、树立正确的设计思想，培养实事求是，严肃认真，高度负责的工作作风。 5、通过此次设计任务，学会换热器的结构及强度设计计算及制造、检修和维护方法。 二、选题意义 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。换热器是实现传热过程的基本设备。而此设备是比较典型的传热设备。 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。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。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。 化工、石油等行业中广泛使用各种换热器，它们是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备，在工业设备价值及作用方面占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一方面是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，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，可以显著地提高设备的热效率。 三、国内现状 目前，我国换热器产业的市场规模大概为700亿人民币，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持稳定增长。2010年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10～15%左右的速度增长。到2015年，我国换热器产
第1章 浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大
毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目： 学院：化工装备学院 专业班级：过程装备与控制工程0802 学生： 指导教师： 开题时间：2011年10 月18 日
指导教师评阅意见
一、选题的目的及意义： 换热器的基建投资在一般化工、石化企业中约占设备总投资的20%，其中固定管板式换热器约占换热器的70%。 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。固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。 固定管板换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束根据换热器的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。 本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计固定管板式换热器产品。熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中区，为以后的工作和学习打下扎实的基础。 二、国外现状发展及趋势 2.1 国外情况 对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB公司提出的。其基本原理为:将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。在气一水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少30%-40%的传热面积节省材料20%-30%。相对于弓形折
丙烯冷凝器(E-301)设计 ———— 摘要：本文先简单阐述了换热器的研究背景，并附带介绍了换热器的重要作用及其型式的发展过程。然后结合课题设计方向，由于本次设计方向为丙烯冷凝器（E-301）的设计，该冷凝器属于浮头式换热器的一种；在介绍浮头式换热器常见通用结构过程中，讲述一些用于该丙烯冷凝器的元件结构。最后，简单讲述了本次设计所用的技术路线，大致介绍了冷凝器设计的相关步骤和方法。 关键字：浮头式换热器，冷凝器，技术路线 1研究背景 换热设备是化工、炼油工业、医药、冶金、制冷等工业中普遍应用的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传送给低温流体。在实际生产过程中，为了满足工艺的要求，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、冷凝、蒸发等。一般换热器需要满足如下的基本条件：合理地实现所规定的工艺条件；安全可靠；利于安装、操作、维修；经济合理[1]。 管壳式换热器的使用已有很悠久的历史；在二十世纪30年代，开始出现板式换热器，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。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。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。近年来，由于能源消耗引起了人们的广泛重视，能源价格的逐渐上升，循环回收再利用观念已开始深入人心，工厂中废热回收也越来越具有吸引力。通过换热器的使用，回收生产过程中产生的废热来提高工厂的效率以减少国家的能源需求，节省资源，对于国家长久的发展来说具有重要的意义。同时，通过对换热器的优化设计，提高各类换热器的工作效率，减少因工作而造成的更多的能源浪费，也是设计换热器的重中之重。
换热器的壳体设计毕业设计 目录 第一章换热器概述1 1.1换热器的应用 (1) 1.2换热器的主要分类 (1) 1.2.1换热器的分类及特点 (1) 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 (2) 1.3管壳式换热器特殊结构 (5) 1.4换热管简介 (5) 第二章工艺计算7 2.1设计条件 (7) 2.2换热器传热面积与换热器规格： (8) 2.2.1 流动空间的确定 (8) 2.2.2 初算换热器传热面积'A (8) 2.2.3 传热管数及管程的确定 (9) 2.2.4管心距的计算 (9) 2.2.5换热器型号、参数的确定 (9) 2.2.6壳体径计算 (9) 2.2.7折流板的计算 (10) 2.3换热器核算 (10) 2.3.1传热系数核算 (11)
2.3.2换热器的流体阻力 (13) 2.3.3换热器的选型 (14) 第三章 换热器的结构计算和强度计算 15 3.1换热器的壳体设计 (15) 3.2筒体材料及壁厚 (15) 3.3封头的材料及壁厚 (16) 3.4管箱材料的选择及壁厚的计算 (16) 3.5开孔补强计算 (17) 3.6水压试验及壳体强度的校核 (19) 3.7 换热管 (20) 3.7.1 换热管的排列方式 (20) 3.7.2 布管限定圆L D (20) 3.7.3 排管 (21) 3.7.4 换热管束的分程 (21) 3.8 管板设计 (22) 3.8.1 管板与壳体的连接 (22) 3.8.2 管板计算 (22) 3.8.3 管板重量计算 (26) 3.9 折流板 (26) 3.9.1 折流板的型式和尺寸 (27) 3.9.2 折流板排列 (27) 3.9.3 折流板的布置 (27)
理工学院毕业设计(论文)开题报告 题目：气-液介质专用换热器设计 学生姓名：石静学号：09L0503216 专业：过程装备与控制工程 指导教师：郭彦书（教授） 2013年4月8日
1文献综述 1.1 绪论 换热设备是化工、炼油、动力、能源、冶金、食品、机械、建筑工业中普遍应用的典型设备。一般换热设备在化工、炼油装置中的建设费用比例达20%~50%因此无论从能源利用，还是从工业的投资来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要意义。在各种换热器中，由于管壳式换热器具有单位体积内能够提供较大的传热面积、传热效果好、适应性强、操作弹性大、易制造、成本低、易于检修和清洗等特点，因此应用最广泛。管壳式换热器按结构特点分为固定管板式、U型管式、浮头式、双重管式、填涵式和双管板等几种形式。不同的结构各有优缺点，适用于不同的场合。本文介绍的是板式换热器[1]。 1.2 管壳式换热器的特点 管壳式换热器是由一系列具有一定波纹形状的的金属片叠装而成的一种高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进行热量交换，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，其传热系数要高出很多。板式换热器的广泛应用，加速了我国板式换热器行业的迅速发展，但我国板式换热器设计与发达国家之间仍存在着不小的差距。板式换热器是以波纹为传热面，在流道中布满网状触电，流体沿着板间狭窄弯曲、犹如迷宫式的通道流动，其速度大小和方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少界面膜热阻，并使固体颗粒悬浮，不易沉积，有效地强化了传热，因此，它比管壳式等其他类型换热器具有很多独特的优点。第一，传热系数高，由于换热器的特殊结构及组装方式，使介质在流经相邻两板片间的流道时，流动方向和流速不断变化，在低流速下，形成急剧湍流，强化换热；第二，温差小，由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，可使热交换器的一、二次流体温度十分接近，温差趋近1~3℃；第三，热损失小，由于板片边缘及密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般为1%左右，不需采取保护措施。在相同换热面积情况下，板式换热器的热损失仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式的一半；第四，结构紧凑，换热板片由薄的不透钢板压制而成，板片间距一般为4mm，板片表面的波纹大大增加了有效换热面积，这样单位容积中可容纳很大的传热面积（每立方米体积可布置250㎡的传热面积），占地面积仅为管壳式的五分之一到十分之一。因此，体积小，节省安装空间。第五，适应性强，可根据产量及工艺要求，方便地增加或减少传热板片，亦可将板片重新排列，改变流程组合；第六，用途广泛，目前已广泛应用于化工、石油、机械、冶金、电力、食品、热水供应、集中供暖等工程领域，完成加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中截止间的热交换；第七，操作灵活，维修方便，传热板片
开题报告--U形管式换热器设计
毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：U形管式换热器设计 院系：化工装备学院 专业班级：过程装备与控制工程 学生姓名： 指导教师：
指导教师评阅意见
1、选题的目的及意义 1.1、选题的目的 毕业设计的选题要按照所学专业培养目标确定，要围绕本专业、学科选择有一定理论与实用价值且具有运用课程知识、能力训练的题目。本次设计的题目是U形管式换热器设计。它属静设备中一种比较常见的管壳式换热器。节约能源是当今世界的一种重要社会意识，是指尽可能的减少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行为。加强能源利用，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。目前，在我国石油化工产业换热器受到普遍的重视，而换热器的广泛应用，决定了换热器换热性能的改善设计理论的不断创新，对企业经济的收益和工业的飞速发展都具有一定的积极作用必将为节约能源和保护环境有显著的贡献。 1.2、选题的意义 近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。 未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈。 因此，作为过程装备与控制工程专业的毕业生，在今后的工作中接触最多的就应该是各种压力容器。在化工厂的各种压力容器中，最常见的就是换热器。因此，在毕业设计时，通过自己的努力设计出一台换热器，可以巩固以前学过的专业知识，更为将来到化工厂中的工作打下良好基础。设计这样一台换热器，无论是对以往知识的总结，还是对将来的工作都有着很重要的意义。 2、国内外的现状和发展趋势 国内方面，各研究机构和高等院校研究成果不断推陈出新，在强化传热元件方面华南理工大学相继开发出表面多孔管、波纹管、纵横管等；天津大学在流路分析法、振动方面研究成果显著；清华大学在板片传热方面有深入研究；西安大学在板翅式换热器研究方面已取得初步成果]1[。这些技术成果为国民经济的快速发展，为中国炼油、化工工业的发展起到了决定作用，也使中国传热技术水平步入国际先进水平。 目前换热器正向物性模拟研究、分析设计研究、大型化及耗能研究、强化
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）课题的来源、选题的目的和意义 换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备，自从21世纪以来，各国的换热器水平都有了长足的发展，我国的换热器技术在我国各方面人才的努力下也有了很大提高，本次设计就是在已有的计算基础上进行的，此次设计强调了节能与效率这两大主题。 在查阅了《管壳式换热器原理与设计》《传热学》等书的基础上，结合换热器设计的资料，进行了这次设计。 1.1换热器在化工生产中的应用 换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备，它是化工，炼油、动力、油田储运集输系统和原子能及其许多工业部门广泛应用的一种通用设备，是保证工艺流程和条件，利用二次能源实现余热回收和节约能源的主要设备。在化工厂换热器约占总投资的10%-20%;在炼油厂换热器约占全部工艺设备投资的35%-40%。由于工艺流程不同，生产中往往进行着加热、冷却、蒸发或冷凝等过程。通过换热器热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺需要。 1.2换热器的分类及其特点 换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是在耗能用量十分大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、工况、温度和压力的换热器，其结构和型式也不相同。按使用目的不同，换热器可分为加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。由于使用条件和工作环境不同，换热器又有各种各样的形式和结构。在生产中有时把换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一工艺设备中的组成部分，按传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式及蓄热式3类，其中间壁式换热器应用最普遍。 间壁式换热器在各工业部门中使用极其广泛，担负着各种换热任务，例如用以加热、蒸发、冷凝和废热回收等。由于它们的使用条件和要求差别很大，如容量、温度、压力和工作介质的性质等，涉及的范围极广，因此换热器的结构型式也多种多样。
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
列管式换热器结构设计毕业设计论文 第一章换热器概述 过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%～20%；在炼油厂，约占总投资的35%～40%。 1.1 换热器的应用 在工业生产中，换热器的主要作用是将能量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要。此外，换热器也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500℃）的余热，通过余热锅炉可生产压力蒸汽，作为供汽、供热等的辅助能源，从而提高热能的总利用率，降低燃料消耗，提高工业生产经济效益。 随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计、制造、结构改进及传热极力的研究十分活跃，一些新型高效换热器相继面世。 1.2 换热器的主要分类 在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。 1.2.1 换热器的分类及特点 按照传热方式的不同，换热器可分为三类： 1.直接接触式换热器 又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两
种流体混合的场合。 2.蓄热式换热器 在这类换热器中，热量传递是通过格子砖或填料等蓄热体来完成的。首先让热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后再让冷流体通过，把热量带走。由于两种流体交变转换输入，因此不可避免地存在着一小部分流体相互掺和的现象，造成流体的“污染”。 蓄热式换热器结构紧凑、价格便宜，单位体积传热面比较大，故较适合用于气--气热交换的场合。 3.间壁式换热器 这是工业中最为广泛使用的一类换热器。冷、热流体被一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。按照传热面的形状与结构特点它又可分为： （1）管式换热器：如套管式、螺旋管式、管壳式、热管式等； （2）板面式换热器：如板式、螺旋板式、板壳式等； （3）扩展表面式换热器：如板翅式、管翅式、强化的传热管等。 1.2.2 管壳式换热器的分类及特点 由于设计题目是浮头式换热器的设计，而浮头式又属于管壳式换热器，故特此介绍管壳式换热器的主要类型以及结构特点。 管壳式换热器是目前用得最为广泛的一种换热器，主要是由壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等部件组成，其具体结构如下图所示。壳体多为圆筒形，内部放置了由许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为了增加壳程流体的速度以改善传热，在壳体内安装了折流板。折流板可以提高壳程流体速度，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。 流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次就称为一个壳程，而图1-2-1所示为最简单的单壳程单管程换热器。为提高管内流体速度，可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分为若干组。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，也可以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。多管程与多壳程可以配合使用。
换热器设计开题报告 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
理工学院毕业设计(论文)开题报告题目：气-液介质专用换热器设计 学生姓名：石静学号：09L0503216 专业：过程装备与控制工程 指导教师：郭彦书（教授） 2013 年 4月 8 日
1文献综述 绪论 换热设备是化工、炼油、动力、能源、冶金、食品、机械、建筑工业中普遍应用的典型设备。一般换热设备在化工、炼油装置中的建设费用比例达20%~50%因此无论从能源利用，还是从工业的投资来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要意义。在各种换热器中，由于管壳式换热器具有单位体积内能够提供较大的传热面积、传热效果好、适应性强、操作弹性大、易制造、成本低、易于检修和清洗等特点，因此应用最广泛。管壳式换热器按结构特点分为固定管板式、U型管式、浮头式、双重管式、填涵式和双管板等几种形式。不同的结构各有优缺点，适用于不同的场合。本文介绍的是板式换热器[1]。 管壳式换热器的特点 管壳式换热器是由一系列具有一定波纹形状的的金属片叠装而成的一种高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进行热量交换，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，其传热系数要高出很多。板式换热器的广泛应用，加速了我国板式换热器行业的迅速发展，但我国板式换热器设计与发达国家之间仍存在着不小的差距。板式换热器是以波纹为传热面，在流道中布满网状触电，流体沿着板间狭窄弯曲、犹如迷宫式的通道流动，其速度大小和方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少界面膜热阻，并使固体颗粒悬浮，不易沉积，有效地强化了传热，因此，它比管壳式等其他类型换热器具有很多独特的优点。第一，传热系数高，由于换热器的特殊结构及组装方式，使介质在流经相邻两板片间的流道时，流动方向和流速不断变化，在低流速下，形成急剧湍流，强化换热；第二，温差小，由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，可使热交换器的一、二次流体温度十分接近，温差趋近1~3℃；第三，热损失小，由于板片边缘及密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般为1%左右，不需采取保护措施。在相同换热面积情况下，板式换热器的热损失仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式的一半；第四，结构紧凑，换热板片由薄的不透钢板压制而成，板片间距一般为4mm，板片表面的波纹大大增加了有效换热面积，这样单位容积中可容纳很大的传热面积（每立方米体积可布置250㎡的传热面积），占地面积仅为管壳式的五分之一到十分之一。因此，体积小，节省安装空间。第五，适应性强，可根据产量及工艺要求，方便地增加或减少传热板片，亦可将板片重新排列，改变流程组合；第六，用途广泛，目前已广泛应用于化工、石油、机械、冶金、电力、食品、热水供应、集中供暖等工程领域，完成加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中截
一、选题的依据及意义： 换热器的基建投资在一般化工、石化企业中约占设备总投资的20%，其中固定管板式换热器约占换热器的70%。 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。 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热器的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。 固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。 本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计固定管板式换热器产品。熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中区，为以后的工作和学习打下扎实的基础。 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 2.1换热器的概念及意义 在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程在、需要一种传热设备。这种设备统称为换热器。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速发展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的，任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。
一、设计参数 过热蒸汽压力P 1：0.35Mpa ；入口温度T 1：250C ；出口温度T 2：138.89C （查水和水蒸汽热力性质图表P11）；传热量Q ：375400kJ/h 。 冷却水压力P 2：0.7MPa ；入口温度t 1：70C ；出口温度t 2（C ）；水流量m 2：45320kg/h 。 水蒸汽走管程，设计温度定为300C ，工作压力为0.35Mpa （绝压）；冷却水走壳程，设计温度定位100C ，工作压力为0.9Mpa （绝压）。 二、工艺计算 1.根据给定的工艺条件进行热量衡算 )t t ()()T T (1222212112111 p p c m Q h h m c m Q 查水和水蒸汽热力性质图表得 0.3MPa ，140C ，2738.79kJ/kg 250C ，2967.88 kJ/kg 0.4MPa, 150C ，2752.00 kJ/kg 250C ，2964.50 kJ/kg 采用插值法得到：0.35MPa 水蒸汽从138.89C 到250C 的焓变为：234.6 kJ/kg h kg h h Q m /16006.234/375400)/(1211 由表得70C 时水的比热2p c 为4.187C kg J /k （【1】《化工原理》P525页） 98.7170187 .445320375400 t t 12212 p c m Q C 平均温度45.19450289.3812 1 T T 21T 21 ）（）（C 平均温度99.707098.712 1 t t 2 1 t 21 ）（）（C 2. 管程、壳程流体的物性参数 0.35MPa ，194.45C 时水蒸汽的物性参数：（【2】《水和水蒸汽热力性质图表》P62，【3】《化工原理》P525页） 0.3MPa 190C 比容0.7009kg m 3 【2】，0.3MPa 200C 比容0.71635kg m 3【2】， 0.4MPa 190C 比容0.52182kg m 3 【2】，0.4MPa 200C 比容0.53426kg m 3【2】，
沈阳工业大学化工装备学院毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目：含硫氨污水冷却器 院（系）：化工装备学院 专业班级：过控0802班 学生姓名：孙鹏博 指导教师：闫小波 开题时间：2011年3月10日
指导教师评阅意见 指导教师签字： 年月日
第1章引言 1.1课题研究的来源、目的、意义 课题研究来源：生产实际中的需要。 课题研究目的： 通过此次换热器的设计，正确系统地认识换热器，了解它的设计过程，并且掌握其设计方法。运用所学到的知识解决设计时的实际问题。学会查阅和熟练使用参考文献，为以后的工作积累宝贵经验。 课题研究意义： 如今的教育越来越趋向于生产实际中的应用，尤其是现在我国工业化发展迅速，科技发达引领工业大军的今天。创新与实践对我们来说越来越重要。节约能源是当今世界的一种重要社会意识，是指尽可能的减少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行为。加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。《中国人民共和国节约能源法》[1]指出“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。”在各国下大力量寻找新的能源以及在节约能源上研究新途径，换热设备的研究受到世界各国政府以及研究机构的高度重视，在研究投入大量资金、人力资源配备足够的情况下，一批具有代表性的高效能换热器和强化传热元件诞生。目前，在我国石油化工产业换热器受到普遍的重视，而换热器的广泛应用性，决定了换热器换热性能的改善,设计理论的不断创新[2]，企业经济的收益和工业的飞速发展,都具有一定的积极作用,为节约能源和保护环境有显著的贡献。 1.2本课题国内外研究的历史和现状 1.2.1国内现状及发展趋势 对国内换热器市场的调查表明，近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。换热器是一种高效紧凑的换热设备，它的应用几乎涉及到所有的工业领域，而且其类型、结构和使用范围还在不断发展[3]。近年来，焊接型板式换热器的紧凑性、重量轻、制冷性能好、运行成本低等优越性已越来越被人们所认识。随着我国经济的发展，
生毕业论文（设计）开题报告表 、研究或设计的目的和意义 换热器作为节能设备之一，在国民经济中起到非常重要的作用。同时, 要求，是企 业生存和发展的重要影响因素。 、研究或设计的国内外现状和发展趋势: 国内换热器的研究状况: 对于各型换热器的强化换热技术的研究，主要集中在对换热器内流体流态变化以及对各部件的参数 优化研究两方面，而对换热器部件参数的主要研究对象就是换热管（板）排列方式（顺排或叉排）、换 热管（板）排数、换热管（板）间距大小、肋片布置间距、肋片形状等。通常的研究方法包括：数值模 拟计算、实验方法研究、理论研究三类。 换热器研究的发展前景 换热器肋片换热的研究应该注重基础性的理论研究创新， 寻求建立能支撑肋片设计选型的系统化 的理论，同时要结合实验研究，寻求实际应用中最节能的肋片参数值。 换热器制造商和设计人员对于换热器肋片外型、 布置仍然没有可靠的理论依据，传统的肋片布置 方式在换热效率上不如换热管表面设置的针状或圆台状肋，而对于针状肋片在换热管表面的最佳 换 热的散布规律仍然还不明晰，理论研究非常薄弱；对替代传统的平板和环状肋片的高效换热肋片研究 甚少。 新型换热管的形状研究过少， 目前的研究仅局限于传统的圆形或矩形换热管上， 的探索研究比较缺乏。 对换热管排数和排列方式对换热器整体换热性能的影响研究的理论体系还没形成， 面的研究多以实验研究为主， 然后从实验中提取经验公式， 关于管排数的纯理论的换热理论还没有得到建 立。 作为衡量换热器性能时的换热效率，已不能作为换热器设计选型的标准，换热效率高并不意味着制造 成本的节省以及换热效果最佳化；传热因子和摩擦因子是比较合适的衡量换热器整体性能的指标， 但是 需要综合考虑此两种因素后建立换热器最优化换热的统一理论， 单一的考虑换热因子或者摩擦因子的大 小对于衡量换热器换热性能没有任何意义。 、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路 ： 本课题设计参数为年产 50000吨合成氨 主要内容： ① 换热器总体方案选择及结构设计； 论文（设计）名称 年产5000吨合成氨厂变换工段列管式换热器设计 论文（设计） 来源 生产和社会实践 论文（设计） 类型 指导教师 学生姓名 学号 03 班级 “节能”已经是国家的政策 对更高效的换热管型 目前对于此方