典型化工设备设计-换热器结构

固定管板式换热器的结构设计摘要换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一，其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源的有效利用与节约，对国民经济有着十分重要的影响。

换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同。

其中常用结构为管壳式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强，在各工业部门应用最为广泛。

固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用比较广泛的一种换热器。

这类换热器具有结构简单、紧凑、可靠性高、适应性广的特点,并且生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便。

固定管板式换热器能承受较高的操作压力和温度，因此在高温高压和大型换热器中，其占有绝对优势。

固定管板式换热器主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和后端结构等部件组成。

管束安装在壳体内，两端固定在管板上。

管箱和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连，检修或清洗时便于拆卸。

换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。

一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题.准确的热力设计和计算，还要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。

关键词：换热器；固定管板式换热器；结构；设计The Structural Design of Fixed Tube Plate Heat ExchangerAuthor : Chen Hui -juanTutor : Li HuiAbstractHeat exchanger is one of the most important equipments which is used in the fields of chemical, oil, power, metallurgy, transportation, national defense industry. Its right setting and the improvements of performance play an important role in the rationality o technology, economy, energy utilization and saving, which has a very important impact on the national economy.The type of heat exchanger is various, the different use occasions and the purpose is are commonly used for the tube shell type structure, because of its simple structure, low cost and wide selection, easy to clean, strong adaptability, themost widely used in various industry departments.Fixed tube plate heat exchanger is a kind of typical structure of tube and shell heat exchanger, also is a kind of heat exchanger is applied more widely. This kind of heat exchanger has simple and compact structure, high reliability, the characteristics of wide adaptability, and the production of low cost, wide range of selection of materials, heat exchange surface cleaning more convenient. Fixed tube plate heat exchanger can operate under high pressure and temperature, therefore, the heat exchanger in high temperature and high pressure and large in its possession of absolute advantage. Fixed tube plate heat exchanger is mainly composed of shell, heat exchange tube bundle, tube plate, the front tube box (also known as the roof or head) and the back-end structure parts. Tube bundle is installed on both ends of casing, which is fixed on the tube plate. Tube box and the back-end respectively connected to theflange bolts at the ends of the shell structure, maintenance or cleaning for easy disassembly. The merits of the heat exchanger design ultimately depends on whether applicable, economic, safe, flexible and reliable running, convenient maintenance cleaning, etc. A high heat transfer efficiency, compact, low cost, safe and reliable production of heat exchanger, requires carefully considered in the design of all sorts of problems. The accurate thermal design and calculation, but also for intensity and conform to the requirement of process manufacturing level.Keywords: Heat exchanger,Fixed tube plate heat exchanger, Structure,Design目录1 绪论.......................................... 错误!未定义书签。

化工设备设计全书换热器设计换热器是一种用于传递热量的设备，常用于化工工艺中。

换热器设计的目标是在满足工艺要求的前提下，最大限度地提高热量传递效率，并确保设备的稳定运行和安全性。

换热器设计过程包括以下几个主要步骤：1. 确定热量传递需求：首先，需要明确工艺中所需的热量传递量，即冷热流体之间的温度差和传热面积。

2. 选择合适的换热器类型：根据工艺要求和特定的应用场景，选择适合的换热器类型。

常见的换热器类型包括壳管式换热器、板式换热器、螺旋板换热器等。

3. 确定传热介质和流体参数：确定冷热流体的物性参数，如温度、压力、流量等，并选择合适的传热介质，如水、蒸汽、油等。

4. 计算传热面积：根据热量传递需求和换热器类型，计算所需的传热面积。

传热面积的大小直接影响换热器的尺寸和成本。

5. 设计换热器结构：根据换热器类型和传热面积，设计换热器的结构参数，如管束布置、管道直径、板间距等。

6. 选择合适的材料：根据工艺要求和流体特性，选择合适的材料来制造换热器，确保其耐腐蚀性和耐高温性。

7. 进行强度计算：对换热器结构进行强度计算，确保其能承受工作条件下的压力和温度。

8. 进行传热和流动阻力计算：通过传热和流动阻力计算，评估换热器的传热效率和流体流动特性是否满足工艺要求。

9. 进行换热器的工艺模拟和优化：使用计算机辅助设计软件，进行换热器的工艺模拟和优化，以提高热量传递效率和设备性能。

10. 编制设计报告和施工图纸：最后，根据设计结果编制详细的设计报告和施工图纸，作为生产制造和安装的依据。

换热器设计需要综合考虑工艺要求、设备特性和经济效益等因素，并遵循相关的设计规范和标准，以确保设计的准确性和安全性。

化工原理课程设计管壳式换热器选型姓名：学号：10091693班级：工092指导老师：袁萍前言1.换热器的设备简介传热是热能从热流体间接或直接传向冷流体的过程。

其性质复杂，不但要考虑经过间壁的热传导，而且要考虑到间壁两边流体的对流传热，有时还须考虑到辐射传热。

在化学工业中常遇到的热交换问题，根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。

其中间壁式换热器詹用量最大，据统计，这类换热器占总用量的99%。

间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类，其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长期的操作过程中积累了丰富的经验，其设计资料基本齐全，在许多国家都有了系列化的标准。

因此，作为广泛应用于各个领域的工业设备，它在国民经济中具有非常重要的作用。

换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、双重管式换热器、填料函式换热器和双管板换热器等。

前3种应用比较普遍。

固定管板式换热器的结构：主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。

它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。

这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。

这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高及壳程介质清洁，不易结垢的场合。

在满足工艺过程要求的前提下，换热器应达到安全与经济的目标。

换热器设计的主要任务是参数选择和结构设计、传热计算及压降计算等。

设计主要包括壳体形式、管程数、换热管类型、管长、管子排列、管子支承结构、冷热流体的流动通道等工艺设计和封头、壳体、管板等零部件的结构、强度设计计算。

换热器及零部件结构设计1.绪论换热设备是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药机械及其他许多工业部门广泛使用的通用设备。

随着工业的发展，换热设备在能量储存、转化、余热回收以及新能源利用和污染治理中得到广泛应用。

1.1 换热器的分类1.1.1 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；2.蓄热式换热器；3.间壁式换热器.1.2 管壳式换热器的分类及特点管壳式换热器可分为五类：1.固定管板式换热器；2.浮头式换热器3.U形管式换热器；4.填料函式换热器；5重沸器。

浮头式换热器的特点浮头式换热器两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，成为浮头。

浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。

浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。

适用于壳体和管束之间壁温差较大的或壳程介质易结垢的场合。

2.换热器的工艺条件与选型2.1 换热器的工艺条件设计条件壳程管程工作介质设计压力工作压力设计温度介质特性换热面积烃循环水-0.0781MPa0.495MPa-0.071MPa0.45MPa80℃60℃易爆/78㎡2.2 换热器的选型根据换热器流体的性质和各种管壳式换热器的特点，本回收塔冷却器选用浮头式换热器。

3. 换热器的零部件结构设计3.1换热管3.1.1 换热管的材料、形式及尺寸回收塔冷却器采用光管，因为光管加工方便、价格便宜。

根据换热流体的性质选用Φ25mm×2.5mm长度L=60000mm的20号无缝钢管作为换热管的材料。

根据GB151-89表3-11（a ）I 级换热器换热管外径允许的偏差是Φ25±0.20管板管孔允许的偏差是Φ+0.15025。

3.1.2 换热管的排列方式及管心距如图所示，换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。

化工原理课程设计说明书课题名称：年处理7万吨乙醇的换热器设计目录摘要 (1)Abstract (2)第一章设计内容 (3)1.1概述 (3)1.2固定管板式换热器的优缺点 (4)1.3固定管板式换热器的构成及结构特点 (4)1.4固定管板式换热器的结构原理 (4)第二章设计计算 (5)2.1确定设计方案 (5)2.2确定物性数据 (5)2.3初选总传热系数 (7)2.4计算传热面积 (8)2.5工艺结构尺寸 (8)第三章换热器核算 (14)3.1面积核算 (14)3.2压降核算 (16)附表及符号说明 (20)设计小结与致谢 (21)参考文献 (22)摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。

在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。

根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。

我们这次课程设计的任务是设计一套固定管板式换热器。

乙醇为热流体,水为冷流体。

乙醇进口温度为C70,出口温度为在这次设计过程包括设计方案的确定，设计计算（总传热系数选择传热面积及其工艺尺寸的计算），然后进行面积与压降核算经过反复核算最终确定出了换热器的各个参数。

面积裕度为24.7%符合面积裕度范围（15%-25%）,管程压降为2028.6pa<105pa,壳程压降为5722pa<105pa 符合设计要求。

紧接着我们开始编写说明书，用CAD画换热器装配图。

最终完成满足要求的设计方案。

关键词：固定管板式换热器设计AbstractThe heat exchanger is part of thermal fluid heat transfer to the cold fluid equipment, also called heat exchanger. Heat exchanger is the realization of chemical processes of heat exchange and transmission of essential equipment the petroleum, chemical industry, light industry, pharmaceuticals, energy and other industrial production, often used for the cryogenic fluid heating or cooling the high temperature fluid, the liquid vaporized into steam or the steam is condensed into liquid. According to statistics, heat exchanger tonnage about the entire process equipment 20%, some even as high as 30%, one can imagine the importance.We this course design task is to design a set of fixed tube plate heat exchanger Ethanol as the hot fluid, water as cooling fluid. Ethanol inlet temperature, outlet temperature in determining this design process including design, design calculation (calculation of heat transfer area and the process of selection of size of the total heat transfer coefficient and pressure drop), and then the area of accounting after repeated accounting Area of margin of 24.7% compliance area margin range (15%-25%), pipe pressure drop is 2028.6pa<105pa, pressure shell of 5722pa<105pa meets the design requirements. eventually determine the various parameters of the heat exchanger. Then, we heat exchanger assembly drawing with CAD. Finally completed to meet the requirements of the design scheme.Keywords: fixed tube sheet heat exchanger design第一章 设计内容1.1概述目前固定管板式换热器产品达到了一个成熟阶段,凭借其高效、节能、环保的优势,在各行业领域中被频繁使用, 并被用以替换原有管壳式和翅片式换热器,取得了很好的效果。

化工原理课程设计——换热器设计本课题研究的目的要紧是针对给定的固定管板式换热器设计要求，通过查阅资料、分析设计条件，以及换热器的传热运算、壁厚设计和强度校核等设计，差不多确定固定管板式换热器的结构。

通过分析固定管板式换热器的设计条件，确定设计步骤。

对固定管板式换热器筒体、封头、管板等部件的材料选择、壁厚运算和强度校核。

对固定管板式换热器前端管箱、后端管箱、传热管和管板等结构进行设计，对换热器进行开孔补强校核。

绘制符合设计要求的固定管板式换热器的图纸，给出相关的技术要求；在固定管板换热器的结构设计过程中，要参考相关的标准进行设计，比如GB-150、GB151……，使设计能够符合相关标准。

同时要是设计的结构满足生产的需要，达到安全生产的要求。

通过设计过程达到熟悉了解换热器各部分结构特点及工作原理的目的。

关键词：换热器；固定管板；设计；强度名目摘要 ....................................................... 错误!未定义书签。

1绪论 (1)1.2固定管板换热器介绍 (2)1.3本课题的研究目的和意义 (3)1.4换热器的进展历史 (4)2产品冷却器结构设计的总体运算 (6)2.1 产品冷却器设计条件 (6)2.2前端管箱运算 (8)2.2.1前端管箱筒体运算 (8)2.2.2前端管箱封头运算 (10)2.3后端管箱运算 (11)2.3.1后端管箱筒体运算 (11)2.3.2后端管箱封头运算 (12)2.4壳程圆筒运算 (13)3各部分强度校核 (15)3.1开孔补强运算 (15)3.2壳程圆筒校核 (18)3.3管箱圆筒校核 (19)4换热管及法兰的设计 (20)4.1换热管设计 (20)4.2管板设计 (21)4.3管箱法兰设计 (22)4.4壳体法兰设计 (25)4.5各项系数运算 (27)5 产品冷却器制造过程简介 (34)5.1 总则 (34)5.2零部件的制造 (34)结论 (43)参考文献: (44)致谢 (44)1绪论1.1换热器的作用及分类在工业生产中，换热设备的要紧作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。

一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。

2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。

3、允许压强降：不大于1×105Pa。

4、每年按330天计，每天24小时连续运行。

三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：114000吨/年煤油五、设计要求：1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。

2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。

3、设计结果概要或设计结果一览表。

4、设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）。

5、对本设计的评述及有关问题的讨论。

第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。

由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。

1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。

所以传热是最常见的重要单元操作之一。

无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。

此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。

归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。

②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。

1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。

在换热器中至少要有两种不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度较低，吸收热量。

板式换热器典型结构板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、冶金、电力、制药等工业领域。

它的典型结构包括：板叠堆、板组、端板、挡板、密封条和连接件等部分。

1. 板叠堆板叠堆是板式换热器的核心部分，由多个平行的金属板组成。

这些金属板通常是波纹状的，以增加换热面积和强化对流传热效果。

板叠堆的材质通常选择不锈钢、钛合金、镍合金等耐腐蚀材料，以适应不同工况的需求。

2. 板组板组是由板叠堆叠加在一起形成的整体结构。

板组的数量和排列方式决定了换热器的换热效率和流体的流动路径。

一般来说，板组越多，换热面积越大，换热效果越好。

板组的排列方式主要有单通道、多通道和多效等形式，用于满足不同的换热要求。

3. 端板端板是将板组固定在一起的部分，通常由厚重的金属材料制成。

端板具有良好的密封性能，能够确保流体在板组内部的流动方向和流量分布均匀。

端板上还设置有进出口管道和连接口，用于与外部系统进行流体的连接和调节。

4. 挡板挡板位于板组的两端，用于分隔流体的进出口。

挡板上开设了流体通道和孔洞，使得流体可以在板组内部按照预定的路径流动，从而实现换热的目的。

挡板的设计和布置对于换热器的性能和效率有着重要的影响。

5. 密封条密封条位于板叠堆和端板之间，用于保持板组内部的密封性。

密封条通常采用橡胶或聚四氟乙烯等材料制成，具有良好的耐腐蚀性和密封性能。

通过适当的压力和温度控制，可以确保换热器的工作安全和稳定。

6. 连接件连接件用于将板组、端板、挡板和密封条等部分紧密地连接在一起。

连接件通常采用螺栓、螺母和密封垫等元件组成，能够承受换热器内部流体的压力和温度载荷。

连接件的质量和紧固程度对于换热器的性能和安全运行至关重要。

板式换热器的典型结构包括板叠堆、板组、端板、挡板、密封条和连接件等部分。

这些部分相互协作，通过流体的流动和热量的传递，实现了高效的换热过程。

板式换热器具有结构紧凑、换热效率高、适应性强等优点，是现代工业中不可或缺的重要设备之一。

广东石油化工学院化工原理课程设计说明书题目：柴油预热原油的管壳式换热器学生班级：学生姓名：学生学号： 18指导教师：李燕化学化工学院年月日化工原理课程设计任务书一、设计题目：列管式换热器设计二、设计任务及操作条件某炼油厂用柴油将原油预热。

柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过0.5×105Pa。

试选用一台适当型号的列管式换热器。

(x:学号)三、设计要求提交设计结果，完成设计说明书。

设计说明书包括：封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、参考文献及设计自评表、换热器装配图等。

（设计说明书及图纸均须手工完成）四、定性温度下流体物性数据物料温度℃质量流量kg/h比热kJ/kg.℃密度kg/m3导热系数W/m.℃粘度Pa.s 入口出口柴油175 T2 34220 2.48 715 0.133 0.64×10-3原油70 110 44330 2.20 815 0.128 3.0×10-3 推荐总K=45~280 W/m.℃注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8五、参考书目:1、姚玉英 . 化工原理 ,上册,1版.天津:天津大学出版社,19992、柴诚敬.化工原理课程设计. 1版.天津:天津大学出版社,19943、匡国柱.化工单元过程及设备课程设计. 1版.北京:化学工业出版社,20024、李功祥.常用化工单元设备设计.1版.广州:华南理工大学出版社,2003目录1.设计任务书 (1)2.概述 (2)3.设计条件及物性参数表 (2)4.方案设计和拟定 (3)5.设计计算 (6)6.热量核算 (11)7.参考文献 (16)8.心得体会 (17)1．设计任务书1.1设计题目用柴油预热原油的管壳式换热器1.2设计任务1.查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤；2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；3.根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；4.以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；5.编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。