管壳式换热器设计总结

管壳式换热器设计

管壳式换热器的换热设计由复杂的电脑软件完成，对换热器换热原理的掌握可以更有效的使用好软件。

本文阐述了换热器设计基础，包括如下几个方面:管壳式换热器构件;根据结构和用途划分的管壳式换热器类型;换热设计所需数据;管侧设计;壳侧设计包括管子排布，折流板和壳侧压降;平均温差。管侧和壳侧的换热和阻力降方程众所周知，本文着重他们之间的相互作用以使换热器设计最优化。

管壳式换热器构件

设计者需充分了解管壳式换热器的机械构件及其对换热设计的影响。管壳式换热器的主要构件包括:壳体，壳盖，管子，管箱，管箱盖，管板，折流板，管口。

其它构件包括拉杆，定位件，通道隔板，防冲板，纵向挡板，密封条，支撑和支座。TEMA有详细的部件描述。

一个管壳式换热器包括三部分:前封头，壳体和后封头。图1给出了不同结构的TEMA名称。换热器可以表示为有三部分的字母代号，例如BFL换热器表示罩盖，纵向隔板双壳程和固定管板后封头。

换热器类别

固定管板式

固定管板式换热器(图2)是垂直的管子两头固定在管板上，管板与壳体焊接在一起。这种结构包括可移动管箱盖(如AEL)，罩盖型管箱盖(如BEM)和整体管板(如NEN)。

固定管板式结构简单，成本低，不需要膨胀节。固定管板式拆除管箱盖或帽后管子可以机械清洗，而且壳侧没有法兰连接壳侧流体不易泄漏。

固定管板式管束固定在壳体上，管外侧无法进行机械清洁，但可以使用化学清洁。如管侧壳侧温差太大，管板无法吸收不同的应力，则需要加膨胀节，此时不适合用固定管板式。 U型管式 U型管换热器管子是U型，只有一个管板，成本也较低。

U型管换热器一端自由，管束在不同的应力下可伸缩，U型管换热器管束可以抽出，管外侧可以清洁。

U型管换热器管内无法有效的清洁，U型端须要有柔性转轴才能清洁。所以对于U型管换热器易结垢流体不易走管内。

浮头式

浮头式换热器用途广泛，价格昂贵。浮头式换热器一端管板固定于壳侧，另一端浮动。管束可以伸缩，管子内外都可以清洁。管侧壳侧都可以走脏的流体，炼油多用浮头式换热器。

1 《化工设备的选择与设计》设计题目-3

3. 某一焦化厂需要将甲苯液体从80℃冷却到45℃，甲苯处理量为20000kg/h，冷却介质采用20℃的工艺循环水，要求冷却水出口温度不高于30℃，甲苯与水的操作压力都在0.4~0.6MPa 。要求换热器的管程和壳程压降不大于0.2 MPa，设计管壳型换热器。

甲苯管壳式换热器的设计

一、列管式换热器的设计

二、设计任务

1. 处理能力：20000kg/h甲苯

2. 设备形式：初步确定用水平列管式冷凝器

三、操作条件

1. 甲苯：冷凝温度80℃，冷凝液于温度45℃下离开冷凝器；

2. 冷却介质：水，入口温度20℃，出口温度30℃

3. 允许压降：不大于0.2 MPa；

4. 每年按300天，每天按24小时连续运行。

四、设计要求

选择适宜的列管式换热器并进行核算。

甲苯水平管壳式换热器的设计——工艺计算书（标准系列）

1.确定流体流动空间

冷却水走管程，便于水垢清洗；甲苯走壳程，有利于甲苯的散热和冷凝。选用mm5.225的碳钢管，管内流速0.94m/s

2.计算流体的定性温度，确定流体的物性数据

甲苯的定性温度为C5.622/)4580(mT

水的定性温度为mt=（20+30）/2=25℃

其中入口温度为C201t，出口温度为Ct302

两流体在定性温度下的物性数据如下

物性

流体 温度

℃ 密度

kg/m3 粘度

Pa·s 比热容

kJ/(kg·℃) 导热系数

W/(m·℃)

甲苯 65 886 0.000445 1.91 0.1273

水 25 997 0.00090275 4.179 0.609

甲苯物性参数来源网址：/p-905591811922.html 2 水物性参数来源网址：/view/a7b7e051ad02de80d4d840fb.html?from=rec&pos=4&weight=18&lastweight=18&count=5

２００２年第２３卷第５期　化学工业与工程技术　・　３９　・　

管壳式换热器的结构设计　

唐淑萍　

（南化公司催化剂厂．江苏南京　２１００４８）　

［摘要］主要介绍了管壳式换热器的结构设计情况。　

［关键词］换热器；结构设计；管板；强度　［中图分类号］　Ｉ＇ＱＯ５１．５　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１００６—７９０６（２００２）０５—００３９－－０３　

在换热设备中，应用最广泛的是管壳式换热器，　

它具有选材范围广，换热表面清洗较方便，适用性较　

强，处理能力大，能承受高温和高压等特点。管壳式　

换热器的结构设计，必须考虑诸多因素，如：材料、压　

力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清　

理等。在工程设计中，要按其特定的条件进行设计，　

以满足工艺上的要求。　

１　管壳式换热器的形式及结构　

管壳式换热器的形式大致分为固定管板式、釜　

式浮头式及Ｕ形管式等几种。最常见的是固定管　

板式。该换热器主要由管箱、筒体、管板、列管、折流　

板、拉杆、定距管以及其他附属零部件组成，见图ｌ。　

图ｌ　管壳式换热器的结构形式　、　—　ｐ　．０、＇　、＇　、ｕ‘　’ｌ　ｃ　～　～　ｌ，　．～　’　本文介绍管板及管板与其他部件的连接和折流　

板结构形式。　

１．１　管　板　

１．１．１管板受力分析　

管板是一个被密布的管孔削弱的圆平板，被支　

承在由管束构成的弹性基础上，该平板二侧作用有　

均布载荷。由于管子的端部是刚性固定在管板上，　

当管板受介质压力作用产生弯曲变形时，管束中每　

根管子亦要发生轴向变形，这样管板将受到每根管　

子的弹性反力ｕ　。　

管板、管束及壳体均是刚性连接，壳体管束的热　

变形及由介质压力引起的壳壁伸缩会受到管束和管　

板的约束，从而使管板受到壳体作用的力和力矩。　

当管板兼作法兰时，除管板对法兰有加强作用　

外，法兰力矩反过来使管板产生附加力矩。　

［收稿日期］２００２—０５—２Ｏ　

［作者简介］唐淑萍（１９６５一），女．安徽宿县人．１９８７年毕业于　郑州工学院化工系化工机械专业．工程师。　

４３卷增刊２００２年１０月中国造船ＳＨＩＰＢＵⅡ。ＤＩＮＧＯＦＣＨＩＮＡ９０１４３ＳｐｅｃｉａＯｃｔ，２００２文章编号：１０００—４８８２（２００２）Ｓ一００２５６—０３

管壳式换热器的设计

白志国

（海洋石油工程股份有限公司设计分公司）

摘要

本文主要介绍管壳式换热器的设计步骤和应注意的事项

关键词：管壳式换热器；传热设计；结构设计；ｕ型管式换热器；浮头式换热器

（一）前言

换热器足海洋石油开发工程中常用的加热设备，其中应用最多的是管壳式换热器，它具有选材范

围广，换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，能承受高温和高压等特点。

笔者参与设计了锦州９３油田、绥中３６—１油田、岐口１７—２油田中换热器的设计。本文介绍管壳

式换热器的设计步骤及在设计中应注意的问题。

（二）管壳式换热器的设计步骤

管壳式换热器的设计分为传热设计和结构设计：

１．传热设计

管壳式换热器的设计首先进行传热设计。从理论上讲，换热器有无数个解，因为不同管长和筒体

内径的换热器都可以满足功率的要求，但在使用中有一定的压力降和外型尺寸的要求，这样的换热器

只有一个。

设计中首先需要收集的资料和基本参数有：冷热流体的流量、允许压力降和进出口温度，介质的

物理参数及成分，换热器允许的尺寸（成橇尺寸），以上参数需在相关手册及流程图中查询。

然后根据冷热流体的温差、流体的状态、结垢情况选择合适的换热器形式。对于温差不大的情况

可选择固定管板式，ｕ型管式及浮头式可用于温差较大的情况，ｕ型管式换热器结构较简单，但管内

清垢困难，浮头式换热器结构较复杂。对于介质为气体的情况可考虑用折流杆式换热器。

要使换热器正常而有效地操作，就必须慎重地选择流动空间：即选择哪种流体走管程，哪种流体

走壳程。正确合适地选择流动空间，对于提高换热器的效率，降低成本有很重要的意义。

流体流速的选择，对换热器的设计和运转效果都具有非常重要的意义。为了增大给热系数，一般

希望参与换热的流体采用高的流速。同时高流速，可使结垢程度减轻、降低热阻，而有利于传热。因