管壳式换热器设计

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。

管壳式换热器设计要领1.结构设计：管壳式换热器由壳体、管束、管板、管头盖板等部分组成。

在设计中，需考虑到换热器的耐压性能、换热面积、流体分布等因素。

换热器的结构应具有良好的刚性和密封性能，以确保设备的可靠运行。

2.材料选择：换热器的材料选择直接影响其性能和使用寿命。

一般来说，壳体、管束等部分可选用碳钢、不锈钢、铜合金等材料，而密封件宜选择耐高温、耐腐蚀的材料。

在实际应用中，还需要根据工艺要求和介质特性选择合适的材料。

3.传热计算：换热器的传热计算是设计的重要环节之一、传热计算需要确定换热器的传热系数、摩擦阻力、压降等参数。

传热系数的计算可采用经验公式或传热实验数据进行估算。

同时，需考虑换热介质的性质、流体状态和流速等因素。

4.流动特性：换热器的流动特性对传热效果和设备性能有重要影响。

合理设计的管束结构和流体分布能有效提高传热效果。

同时，应考虑流体在管束间和壳内的流动方式，如单相流、两相流、多相流等。

对于热敏介质，还需注意避免结垢、热点等问题。

5.安全性和维修性：管壳式换热器在使用过程中要保证安全性和维修性。

在设计中要考虑到设备的容易维修、更换部件的便利性，以及防止泄漏、爆炸等安全事故的发生。

合理的结构设计和材料选择可以提高设备的可靠性和安全性。

6.经济性：在设计过程中要全面考虑成本和效益，追求经济性指标。

应根据具体的工艺要求和使用情况，合理选择换热器的型号、大小和材料。

在满足工艺条件的前提下，尽量降低投资成本和运行成本，提高设备的经济效益。

综上所述，管壳式换热器的设计要领主要包括结构设计、材料选择、传热计算、流动特性、安全性和维修性、经济性等方面。

合理的设计能够保证设备的正常运行和高效换热，同时提高设备的安全性和经济性。

在具体的设计中应根据实际情况进行优化和改进，以满足特定工艺要求和使用要求。

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。

一、课程设计题目管壳式换热器的设计二、课程设计内容1．管壳式换热器的结构设计包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。

2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力；（3）计算是否安装膨胀节；（4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。

3. 筒体和支座水压试验应力校核4. 支座结构设计及强度校核包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。

6. 编写设计说明书一份7. 绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（塔设备的）。

三、设计条件气体工作压力管程：半水煤气0.75MPa壳程：变换气 0.68 MPa壳、管壁温差55℃，tt ＞ts壳程介质温度为220-400℃，管程介质温度为180-370℃。

由工艺计算求得换热面积为140m2，每组增加10 m2。

四、基本要求1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；2.设计说明书一律采用电子版，2号图纸一律采用徒手绘制；3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔；4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上8：30前，由班长负责统一交到HF508。

5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。

五、设计安排六、说明书的内容1.符号说明2.前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。

3.材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。

4.绘制结构草图（1）换热器装配图（2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；（3）标注形位尺寸。

（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5.壳体、封头壁厚设计（1）筒体、封头及支座壁厚设计；（2）焊接接头设计；（3）压力试验验算；6.标准化零、部件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。

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。