管壳式换热器设计

管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。

它由壳体、管束、管板、管箱等组成，能够有效地将两种介质之间的热量传递。

下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。

一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。

其中，一个介质在管内流动，被称为"壳侧流体"，另一个介质在管外流动，被称为"管侧流体"。

壳侧流体通过壳体流动，而管侧流体则通过管束流动。

热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。

二、设计要求1.热量传递效果好：要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递，以满足工艺要求。

2.压力损失小：为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗，设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。

3.适应不同工艺条件：换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。

4.安全可靠：要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性，尽量减少故障率。

三、结构设计1.壳体：壳体是换热器的外壳，一般采用钢质材料制造。

壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数，并采取相应的增强措施。

2.管束：管束是由多根管子组成的，一般采用金属材料或塑料制造。

管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数，同时也要考虑到换热面积的要求。

3.管板：管板位于管束两端，起到支撑和固定管束的作用，一般采用钢质材料制造。

管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性，并采用合适的孔洞布置，以保证流体的均匀流动。

4.管箱：管箱是安装在管板上的设施，主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。

管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数，以实现流体的顺畅流动。

在设计过程中，需要进行换热器的热力计算和结构力学计算，以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。

同时，还需要根据不同工艺和使用条件的要求，进行热交换面积的计算和确定。

管壳式换热器结构设计在化工、石油和能源等领域中，管壳式换热器是一种广泛应用的高效换热设备。

本文将详细探讨管壳式换热器的结构设计，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容，旨在提高设备的传热效率和可靠性。

一、管壳式换热器的基本结构管壳式换热器主要由壳体、管束、折流板、进出口接管等部件组成。

其核心部分是管束，它由许多平行排列的传热管组成。

这些传热管的一端与壳体连接，另一端则通过封头与进出口接管相连。

在操作时，一种流体（例如水或油）在管内流动，另一种流体（例如蒸汽或冷凝液）在壳侧流动，两种流体通过管壁进行热交换。

二、材料选择与优化管壳式换热器的材料选择对其性能和可靠性至关重要。

壳体通常采用碳钢、不锈钢和钛等材料，而管束则通常采用不锈钢、铜和钛等具有优良传热性能和抗腐蚀性的材料。

在某些特殊情况下，还可以考虑对关键部位进行表面处理，以提高抗腐蚀性和耐磨性。

三、传热原理与优化管壳式换热器的传热原理主要是通过对流传热和热传导的组合来实现的。

为了提高设备的传热效率，可以采用以下措施：1、改变折流板的形状和布置，以增加壳侧流体的湍流度。

2、选择具有高导热系数的材料，以提高管壁的热传导性能。

3、适当增加管束数量和布置密度，以增加传热面积。

四、应用特点与优势管壳式换热器在各种工业领域中得到了广泛应用，主要特点有：1、结构紧凑，占地面积小，易于布置。

2、材料选择广泛，适用于各种不同的工艺条件和腐蚀性介质。

3、传热效率高，能够实现两种流体的有效热交换。

4、制造工艺成熟，操作维护方便，使用寿命较长。

五、结论本文对管壳式换热器的结构设计进行了全面分析，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容。

通过合理的结构设计，可以显著提高管壳式换热器的传热效率和可靠性，使其在各种工业领域中发挥更加重要的作用。

随着技术的不断进步，管壳式换热器的设计和制造水平也将不断提升，为工业生产带来更大的价值。

六、展望随着工业生产的不断发展和能源紧缺的压力日益增大，管壳式换热器的应用前景更加广阔。

管壳式换热器设计和选型首先，管壳式换热器的设计需要根据具体的换热要求来确定，主要包括换热量、换热介质、流体流量和温度等参数。

根据设计要求，可以确定壳程和管程的尺寸、管道布置、换热面积等参数。

在设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.热力计算：根据热源和热负荷的温度和流量要求，进行热力计算，确定所需的换热面积。

2.材料选择：根据工作介质的性质和工作条件，选择合适的材料，如不锈钢、铜合金等，以确保换热器的耐腐蚀性和耐高温性。

3.管道布置：根据介质的流态和流速等因素，确定管道的布置方式，如串流、并流、交叉流等，以实现最佳的换热效果。

4.换热面积：根据设计要求和换热性能，确定所需的换热面积，以满足换热要求。

5.清洗和维护：在设计过程中，要考虑到换热器的清洗和维护，选择合适的结构和材料，以方便换热器的维护和清洗。

在选型过程中，需要考虑以下几个因素：1.流体性质：选型时需要考虑流体的性质，包括流体的物理性质、压力和温度范围、粘度等。

不同的流体对换热器的要求不同，需要选择适合的换热器类型和材料。

2.温度和压力：根据工作条件确定换热器的温度和压力范围，选择符合要求的换热器。

3.环境限制：考虑到环境因素，如空间限制、气候条件等，选择适合的换热器尺寸和类型。

4.经济效益：综合考虑设备造价、运行费用、维护保养成本等因素，选择经济、高效的换热器。

5.供应商选择：选择有经验和信誉良好的供应商，确保提供优质的产品和服务。

总之，管壳式换热器的设计和选型需要根据具体的应用要求和工艺条件来确定，需要综合考虑热力计算、材料选择、管道布置、换热面积、清洗和维护等因素，并在选型过程中考虑流体性质、温度和压力、环境限制、经济效益和供应商选择等因素，以确保设计符合要求，选型合理可靠，并能够实现高效换热。

管壳式换热器的设计及计算管壳式换热器是常见的一种热交换设备，用于在流体之间进行热量传递。

它由一个外壳和多个热交换管组成。

在设计和计算管壳式换热器时，需要考虑以下几个方面：选择换热器类型、确定换热器尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等。

下面将详细介绍管壳式换热器的设计及计算过程。

首先，选择适合的换热器类型。

根据具体的应用和流体特性，可以选择不同类型的管壳式换热器，如定压式、定温式、冷凝器和蒸发器等。

每种类型的换热器都有特定的性能和适用范围，需根据实际需求确定。

接下来，确定换热器的尺寸。

首先要确定传热面积，这取决于所需的传热量和两种流体间的温度差。

一般来说，换热器的传热面积越大，传热效果越好。

然后确定换热器的外壳直径和长度，这取决于流体的流速、流量和压降要求。

根据流体速度和流量计算出流道的横截面积，再确定壳程内的流道数量，最后通过换热器的设计公式计算出外壳直径和长度。

确定流体特性是设计换热器的关键一步。

需要收集并分析流体的物性数据，如温度、压力、流速、密度、热容等。

这些参数将用于计算热量传递量和压降。

此外，还需要考虑流体的腐蚀性、粘度和污染物含量等因素，在选择材料时要注意其耐腐蚀性能和抗堵塞能力。

计算热量传递量是设计换热器的核心任务。

可以使用传热计算公式，如奥兹逊公式、Nusselt数公式等，根据流体的特性参数计算出传热系数。

传热系数与换热器的结构、流体速度和物性参数有关。

通过计算热传导、对流和辐射等传热机制，可以得到热量传递量的准确数值。

最后，要计算管壳式换热器的压降。

压降是流体通过换热器时产生的能量损失。

为了保证流体的正常流动和换热效果，需要控制良好的压降。

可以通过实验或计算公式，如达西公式和克尔文公式，预测换热器内的压降情况。

根据流体的流速、流量和物性参数，计算出壳程和管程内的压降，并进行整体的能量平衡计算。

综上所述，管壳式换热器的设计和计算包括选择换热器类型、确定尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等步骤。

管壳式换热器设计选型
一、换热器选型的基础
在管壳式换热器结构形式中，设计和选型的主要因素有：换热器的负
荷率、传热效率、凝结物沉积、对管壳换热器热性能的影响因素、管壳型
号和规格、在换热器抗冲击性能的影响、铭牌设计性能和管壳强度要求等。

1.关于管壳式换热器的负荷率
在计算换热器的负荷率时，需要考虑换热器的负荷率与介质流量温度
有关，当流量温度越大，换热器的负荷率越大，但流量温度比较低时，换
热器的负荷率就较低。

在负荷率计算中，还需要考虑其他因素如液体的粘度、流体压力、换热面积、单位传热面积等。

2.关于管壳式换热器的传热效率
换热器的传热效率主要取决于换热器的几何结构，以及内、外管壳间
的接触面积大小，而内、外管壳间的接触面积的大小，又是由管壳结构型
号和规格参数决定的，所以，选择管壳型号和规格参数时，必须考虑到换
热器的传热效率。

3.凝结物沉积
凝结物沉积是管壳式换热器热性能的一个重要因素，它包括水铁、水铝、水锡等，这些凝结物会影响换热器的传热效率，严重影响换热器的使
用寿命。

管壳式换热器的设计
1.传热面积的计算：传热面积决定了热交换效果的好坏，计算传热面
积是设计的第一步。

传热面积的大小受到工艺需求、流体特性和设备尺寸
等因素的影响。

2.流体流速的选择：流体流速对传热效率有重要影响。

流速不宜过大，以免增加流体阻力和泵耗能，但也不宜过小，以免影响传热效果。

需要通
过经验和实验确定合适的流速范围。

3.换热器的参数选择：根据工艺要求和流体性质选择合适的管壳式换
热器参数，如管子和外壳的材料、厚度和长度等。

一般情况下，不同材料
的换热器对不同的流体具有不同的传热效果和抗腐蚀能力。

4.温度和压力的控制：管壳式换热器工作时，内外两种流体通常以不
同的温度和压力运行，因此需要采取相应的措施确保换热器的安全性能。

这包括选择合适的密封材料、加装安全阀和温控装置等。

5.清洗和维护的考虑：管壳式换热器在长期使用过程中会有积垢和堵
塞的问题，因此需要预留清洗口和维护通道，并定期进行清洗和维护工作，以保证换热器的正常运行。

总之，管壳式换热器的设计需要综合考虑传热效率、流体性质、工艺
要求和设备安全性能等因素，确保换热效果良好、运行安全可靠。

通过合
理的设计和选择，可以使管壳式换热器发挥最佳的效果，实现节能降耗的
目的。

第七章管壳式换热器的机械设计本章重点：固定管板式换热器的基本结构本章难点：管、壳的分程及隔板建议学时：4学时第一节概述一、定义：换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。

二、衡量标准：1.先进性—传热效率高，流体阻力小，材料省；2.合理性—可制造加工，成本可接受；3.可靠性—强度满足工艺条件。

三、举例1.冷却器(cooler)1)用空气作介质—空冷器aircooler2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0°C〜-20°C—保冷器deepcooler2.冷凝器condenser1)分离器2)全凝器3.加热器(一般不发生相变)heater1)预热器(preheater)—粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降2)过热器(superheater)—加热至饱和温度以上。

4.蒸发器(etaporater),—发生相变5.再沸器(reboiler)6.废热锅炉(wasteheatboiler)看下图说明其结构及名称图卜1换热器樹件名称1—忖箱〔乩乩口门型〉江一接骨法兰；3设备法兰管扳拓一秃程接管：6—拉杆洛勰胀节芒-売休洱-换热管；10-#气管J1—吊耳；12—封头彳13-顶丝门4—双头螺拄门5-燃母JE--垫片门7—防冲板门8—折流扳或支承板19--定距竹：20—拉杆螺母；21—支座辽2排液世；盟-管箱壳体；24曲程接管25分程隔J®；2G-骨箱盈四、管壳式换热器的分类1、固定管板式换热器：优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。

管坏时易堵漏。

缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50°C，设置膨胀节。

适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。

2、浮头式换热器：管束可以抽出，便于清洗；但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。

适用于介质易结垢的场合。

3、填料函式换热器：造价比浮头式低检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现，但壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。