列管换热器实验装置说明书

列管换热器实验装置说明书天津大学化工基础实验中心2011．10一、实验目的：本实验装置是以水蒸气-空气为传热介质，采用列管换热器对流换热，用于教学实验中，通过对列管换热器对流传热系数、总传热系数K 的测定，加深了解间壁传热的基本概念和基本理论，了解各种影响因素对传热效率的影响。

二、换热器实验简介：1、列管换热器传热系数的测定：管壳式换热器又称列管式换热器。

是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。

这种换热器结构较简单，操作可靠，可采用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的换热器类型。

壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。

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。

总传热系数K 通过实验可测定 Om iS t Q K ⨯∆=（1）式中：K —列管换热器总传热系数，W/(m 2·℃)； Q i —管内传热速率，W ； S O —管外换热面积，m 2； m t ∆—平均温度差，℃。

m t ∆由下式确定： 逆m m t t ψ∆=∆ （2）12211221lnt T t T t T t T t m -----=∆）（）（逆 （3） 式中：t 1，t 2 —冷流体的入口、出口温度，℃； T 1，T 2 —热流体的入口、出口温度，℃；t w 逆 —逆流时平均温度差，℃；ψ—温差校正系数，由于实验用列管换热器采用单管程单壳程所以ψ=1。

管内换热面积： Lo d n S o o π= （4）式中：d O —内管管外径，m ；L O —传热管测量段的实际长度，m 。

由热量衡算式：)(12t t Cp W Q m m i -= （5）其中质量流量由下式求得：3600mm m V W ρ=（6） 式中： m V —冷流体在管内的平均体积流量，m 3 / h ； m Cp —冷流体的定压比热，kJ / (kg ·℃)； m ρ—冷流体的密度，kg /m 3。

摘要：列管式换热器属于间壁式换热器，冷热流体通过换热管壁进行热量的交换。

参照任务书的任务量,需设计年冷却15000吨乙醇的列管式换热器，设计时先确定流体流程，壳程走乙醇，其进、出口温度都为80℃，相变放出潜热，井水走管程冷却乙醇，进口温度为32℃，出口温度为40℃。

再进行热量衡算、传热系数校核，初选冷凝器的型号，然后通过进行设备强度校核等一系列的计算和选型，最终确定的设计方案为固定管板式换热器，所选用型号为BEM400-2.5-30-9/25-2 Ⅰ，换热器壳径为400mm，总换热面积为27.79m2,管程为2，管子总根数为60，管长6000 mm,管束为正三角排列，两端封头选取标准椭圆封头。

关键词：列管式换热器，乙醇，水，温度，固定管板式。

Abstract:The tube type heat exchanger is a dividing wall type heat exchanger, fluids with different temperatures exchange heat by means of tube wall’s heat transfer.According to the assignment, A tube type heat exchanger which has a process capacity of .⨯41510t/a is needed. The ethanol flow in the shell,the temperature in the entrance and exits is 80℃.The water which cool the ethanol flow in tubes, the inlet and outlet temperatures are 32℃and 40℃.Then by taking series calculating to confirm the module of the heat exchanger . After the design of intensity designing and a series calculating and choosing , the last result of our design is the fasten-board heat exchanger. The style of the heat exchangeis9BEM400 2.530 225Ⅰ----, and the diameter of the receiver is400mm ,The area of the heat exchange is 27.79 m2, The heat-exchanger in cludes two tube passes,one shell passes and 60 tubes.And the length of tubes is 6000mm . Tubes are ranked of the shape of triangle ，the envelops are oval-shaped.目录1前言 (3)2设计条件 (3)3设计方案的确定 (3)3.1设计原则 (3)3.2结构初选 (4)4列管式换热器的设计计算 (10)4.1列管式换热器型号的初选 (10)4.2核算总传热系数： (13)5列管式换热器的初步计算及选型 (15)5.1试算并初选换热器规格 (15)5.2设计校核 (19)6设备尺寸的确定及强度校核 (22)6.1计算圆筒厚度 (22)6.2封头设计 (23)6.3拉杆定距管尺寸 (24)6.4管板 (25)6.5容器法兰 (26)6.6接管与接管补强 (27)6.7管箱的计算 (33)6.8折流挡板 (33)6.9焊接方式 (34)6.10支座 (34)6.11辅助设备 (38)7设计结果概要 (39)8课程设计心得 (40)9参考文献 (42)1前言艰辛知人生，实践长才干。

食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书题目名称列管式换热器设计说明书专业班级 10食品科学与工程1班2012 年 01 月 06 日目录1、设计方案 (2)1 .1 设计条件 (2)2、衡算 (2)2.1传热面积的计算： (3)2.1.1煤油用量 (3)2.1.2平均传热温差 (3)2.1.3热流量 (3)2.1.4初传热面积 (3)2.2确定换热管数目和管程数目 (3)2.2.1管层数和传热管数 (3)2.2.2平均传热温差及壳层数平均温差较正系数： (4)2.3传热管排列和分层方法 (4)2.3.1隔板中心到最近一排管中心距 (4)2.3.2壳体直径 (4)2.3.3折流板 (4)2.3.4接管 (4)2.4换热器核算 (5)2.4.1传热面积核算 (5)2.4.2壳程传膜系数 (5)2.4.3污垢热阻和管壁热阻 (6)2.4.4总传热系数K (6)2.4.5传热面积校核 (6)2.5换热器内压核算 (6)2.5.1管程阻力 (6)2.5.2壳程阻力 (7)3 附录及图纸 (7)4总结 (8)5参考文献 (8)6附图 (8)1、设计方案列管式换热器是目前化工生产上应用最广的一种换热器。

它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。

本论文是工业生产煤油用冷却水冷却的换热器进行选择、及主要设备工作部件尺寸的设计。

1 .1 设计条件水入口温度10℃，出口温度60℃，流量20 m3/h；煤油入口温度170℃，出口温度50℃。

2、衡算管层的定性温度T=10/2+60/2=35℃；壳层的定性温度T=170/2+50/2=110℃。

查询煤油物理性质表[1]煤油在110℃下有关物理参数如下：密度ρ=825kg/m3；粘度μ=7.15×10-4Pa·s；比热容Cp=2.2kJ/(kg·℃)；导热系数λ=0.14W/(m·℃)。

查询饱和水的物理性质表[2]水在35℃有关的物理参数：密度ρ=994.2kg/m3；粘度μ=0.723×10-3Pa ·s ；比热容C p =4.174kJ/(kg ·℃)；导热系数λ=0.626W/(m ·℃)。

化工原理课程设计说明书列管式换热器设计专业：过程装备与控制工程学院：机电工程学院化工原理课程设计任务书某生产过程的流程如图3-20所示。

反应器的混合气体经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从110℃进一步冷却至60℃之后，进入吸收塔吸收其中的可溶性组分。

已知混合气体的流量为220301kg h ，压力为6.9MPa ，循环冷却水的压力为0.4MPa ，循环水的入口温度为29℃，出口的温度为39℃，试设计一列管式换热器，完成生产任务。

已知：混合气体在85℃下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值） 密度 3190kg m ρ= 定压比热容1 3.297p c kj kg = ℃ 热导率10.0279w m λ= ℃ 粘度51 1.510Pa s μ-=⨯ 循环水在34℃下的物性数据： 密度 31994.3kg m ρ= 定压比热容1 4.174p c kj kg = K 热导率10.624w m λ= K 粘度310.74210Pa s μ-=⨯目录1、确定设计方案 ............................................................................................. - 5 -1.1选择换热器的类型 (5)1.2流程安排 (5)2、确定物性数据............................................................................................. - 5 -3、估算传热面积............................................................................................. - 6 -3.1热流量 (6)3.2平均传热温差 (6)3.3传热面积 (6)3.4冷却水用量 (6)4、工艺结构尺寸............................................................................................. - 6 -4.1管径和管内流速 (6)4.2管程数和传热管数 (6)4.3传热温差校平均正及壳程数 (7)4.4传热管排列和分程方法 (7)4.5壳体内径 (7)4.6折流挡板 (8)4.7其他附件 (8)4.8接管 (8)5、换热器核算 ................................................................................................ - 9 -5.1热流量核算 (9)5.1.1壳程表面传热系数.......................................................................................... - 9 -5.1.2管内表面传热系数.......................................................................................... - 9 -5.1.3污垢热阻和管壁热阻.................................................................................... - 10 -5.1.4传热系数........................................................................................................ - 10 -5.1.5传热面积裕度................................................................................................ - 10 -5.2壁温计算.. (10)5.3换热器内流体的流动阻力 (11)5.3.1管程流体阻力................................................................................................ - 11 -5.3.2壳程阻力........................................................................................................ - 12 -5.3.3换热器主要结构尺寸和计算结果................................................................ - 12 -6、结构设计 .................................................................................................. - 13 -6.1浮头管板及钩圈法兰结构设计 (13)6.2管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 (14)6.3管箱结构设计 (14)6.4固定端管板结构设计 (15)6.5外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (15)6.6外头盖结构设计 (15)6.7垫片选择 (15)6.8鞍座选用及安装位置确定 (15)6.9折流板布置 (16)6.10说明 (16)7、强度设计计算........................................................................................... - 16 -7.1筒体壁厚计算 (16)7.2外头盖短节、封头厚度计算 (17)7.3管箱短节、封头厚度计算 (17)7.4管箱短节开孔补强校核 (18)7.5壳体接管开孔补强校核 (19)7.6固定管板计算 (20)7.7浮头管板及钩圈 (21)7.8无折边球封头计算 (21)7.9浮头法兰计算 (22)参考文献 ....................................................................................................... - 23 -1、确定设计方案1.1选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度110℃ 出口温度60℃；冷流体进口温度29℃，出口温度为39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用浮头式换热器。

目录一、设计任务 (2)二、概述与设计方案简介 (3)2.1 概述 (3)2.2 设计方案简介 (3)2.2.1 换热器类型的选择 (3)2.2.2 流径的选择 (5)2.2.3 流速的选择 (5)2.2.4 材质的选择 (6)2.2.5 管程结构 (6)2.2.6 换热器流体相对流动形式. (6)三、工艺及设备设计计算 (6)3.1 确定设计方案 (7)3.2 确定物性数据 (7)3.3 计算总传热系数. (7)3.4 计算换热面积 (8)3.5 工艺尺寸计算 (8)3.6 换热器核算 (10)3.6.1 传热面积校核. (10)3.6.2 ．换热器内压降的核算 (11)四、辅助设备的计算及选型 (12)4.1 拉杆规格 (12)4.2 接管 (12)五、换热器结果总汇表 (13)六、设计评述 (14)七、参考资料. (14)八、主要符号说明 (14)九、致谢 (15)、设计任务、概述与设计方案简介2.1 概述在工业生产中用于实现物料间热量传递的设备称为换热设备，即换热器。

换热器是化工、动力、食品及其他许多部门中广泛采用的一种通用设备。

换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3 种形式，即间壁式、直接接触式、蓄热式。

间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。

在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。

该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。

间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。

将在后面做重点介绍。

直接接触式换热器又称混合式换热器。

在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。

该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。

常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。

蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。

此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。

当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。

列管式换热器课程设计说明书1.工原理课程设计任务书一、设计题目：设计一煤油冷却器二、设计条件：1、处理能力 160000吨/年2、设备型式列管式换热器3、操作条件允许压力降：0.02MPa 热损失：按传热量的10%计算每年按330天计，每天24小时连续运行三、设计容4、前言5、确定设计方案（设备选型、冷却剂选择、换热器材质及载体流入空间的选择）6、确定物性参数7、工艺设计8、换热器计算（1）核算总传热系数（传热面积）（2）换热器流体的流动阻力校核（计算压降）9、机械结构的选用（1）管板选用、管子在管板上的固定、管板与壳体连接结构（2）封头类型选用（3）温差补偿装置的选用（4）管法兰选用（5）管、壳程接管10、换热器主要结构尺寸和计算结果表11、结束语（包括对设计的自我评书及有关问题的分析讨论）12、换热器的结构和尺寸（4#图纸）13、参考资料目录2.流程图3.工艺流程图水（30℃）煤油（140℃）浮头式换热器水（50℃）可循环利用产品：煤油（80℃）4.设计计算4.1设计任务与条件某生产过程中，用自来水将煤油从140℃冷却至80℃。

已知换热器的处理能力为160000吨/年，冷却介质自来水的入口温度为30℃，出口温度为50℃，允许压力降为0.02MPa ，热损失按传热量的10%计算，每年按330天计，每天24小时连续运行，试设计一台列管式换热器，完成该生产任务。

4.2设计计算4.2.1确定设计方案（1） 选择换热器的类型 两流体温度变化情况： 热流体进口温度1T 140℃，出口温度2T 80℃， 冷流体进口温度1t 30℃，出口温度2t 50℃。

进口温度差1T -1t =110℃＞100℃，因此初步确定选用浮头式换热器。

（2） 管程安排 由于自来水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器热流量下降，而且管程较壳程易于清洗，再加上热流体走壳程可以使热流体更易于散热，减小能耗，所以从总体考虑，应使自来水走管程，混合气体走壳程。

课程设计说明书列管式换热器班级：姓名：学号：日期：指导教师：目录设计任务书 (3)一、方案设计 (4)1、确定设计方案 (4)2、确定物性数据 (4)3、工艺流程图 (4)二、工艺过程设计计算 (5)三、设计结果一览表 (8)四、设计评述及问题的讨论 (9)五、主体设备设计图（详情参见图纸） (10)六、参考文献 (10)七、主要符号说明 (10)附图··········································································设计任务书姓名：专业：生物工程班级：一：设计题目：列管式换热器设计二：设计任务：浮头式列管换热器设计1.根据生产任务的要求确定设计方案(1)换热器类型的选择(2)换热器内流体流入空间的选择2.化工计算(1)传热面积的计算(2)管数、管程数及管子排列，管间距的确定(3)壳体直径及壳体厚度的确定3.换热器尺寸的确定及有关构件的选择4.换热器流体阻力的计算及其输送机械的选择5.编写设计书明书包括目录、任务书、设计方案说明、工艺过程设计计算、主要设备和辅助设备的设计计算、工艺计算和设备计算结果汇总表、设计评述与对某些问题的讨论、参考资料、符号一览表。

新疆工业高等专科学校No.:00000000000002281课程设计说明书题目名称：列管式换热器设计系部：化学工程系专业班级：学生姓名：指导教师：完成日期：新疆工业高等专科学校课程设计任务书2010-2011 学年一学期2011 年1 月11 日设计任务或主要技术指标：流量为30kg/s的某原油在列管式换热器壳程流过，从150降到110，将管程的油品从25加热至60。

试选一台适当型号的列管式换热器或设计一台列管式换热器。

设计进度与要求：1、8~9日搜集有关换热器设计的资料2、10~11日完成换热器的设计以及相关计算3、12日完成设计说明书的编制、打印、排版4、13日完成了绘图等全过程主要参考书及参考资料：1. 陆美娟、张浩琴主编.《化工原理》（上册，修订版）.北京：化学工业出版社.2006.42．黄振仁、魏新利主编.《过程装备成套技术设计指南》.北京：化学工业出版社.2002.123. 娄爱娟、吴志泉主编.《化工设计》.上海：华东理工大学出版社.2002.84. 倪进方主编.《化工过程设计》.北京：化学工业出版社.1999.8教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日新疆工业高等专科学校课程设计评定意见设计题目：学生姓名：评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：年月日前言换热器是化学，石油化学及石油炼制工业以及其它一些行业中广泛使用的热量交换设备。

它不仅可以单独作为加热器，冷凝器使用而且是一些化工单元操作的重要附属设备。

因此在化工生产中占有重要的地位。

在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为壳程。

主要的换热器有：1．固定管板式换热器：2．浮头式换热器：3．U型管式换热器：4. 填料函式换热器：本次我的设计任务是选取一台合适的换热器，选取的换热器仅要满足工艺和生产要求，虽然说要求不是很高，也没有一要求具体制作等那些较难的问题，但是我仍然会以认真仔细的态度去对待之这次任务，保证尽我最大的努力去做到最好。

列管换热器使用说明书苏州市枫港钛材设备制造有限公司2010-8列管式冷却器使用说明列管式冷却器是冶金、化工、机械、能源、交通、轻工、食品等工业部门普遍采用的热交换装置.它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发、废热回收等不同工况.由于其结构坚固，使用弹性大，适应性强，近些年来又对结构、工艺和材料等方面作了大量改进，使它的技术性能更趋于合理与先进.因此，在门类众多的热交换器中，管式换热器仍居于重要位置.二、结构与工作原理列管式冷却器由外部壳体、内部冷却体两大部份组成.由于具体结构方式的不同，从外部连接形式分为管螺纹式和法兰式；从安装形式分为卧式和立式；从浮动形式分为浮动盘式和浮动头式；从冷却管结构分为螺管式和翅片管式；从折流的结构分为弓形折流板、矩形折流板、双堰形折流板和圆形折流板等多种结构形式，均按具体条件选用.外部壳体包括：筒体、分水盖和回水盖.其上设有进、出油管和进、出水管，并附设排油、排水、排气螺塞、锌棒安装孔连温度计接口等.冷却体由冷却管、定孔盘、动孔盘、折流板等组成.冷却管两端与定、动孔盘连接；定孔盘和外体法兰连接，动孔盘可在外体内自由伸缩，以消除温度对冷却管由于热胀冷缩而产生的影响.折流板起强化传热及支承冷却管的作用.列管式冷却器的热介质是由筒体上的接管进口，顺序经各折流通道，曲折地流至接管出口.而冷却介质则采用双管程流动，即冷却介质由进水口经分水盖进入一半冷却管之后，再从回水盖流入另一半冷却管进入另一侧分水盖及出水管.冷介质在双管程流过程中，吸收热介质放出的余热由出水口排出，使工作介质保持额定的工作温度.三、使用与操作1、冷却器的基础必须足以使设备不发生下沉，在定孔盘头盖端应留足够的空间以便能从壳体内抽出管束，设备就位时应按吊装规范进行，待水平找正后拧紧地脚螺丝，连接冷热介质的进出管.2、冷却器启动前应放尽腔内的空气，以提高传热效率，其步骤：（1）、松开热、冷介质端的放气螺塞，关闭介质排出阀；（2）、缓慢打开热、冷介质的进水阀，使热、冷介质从放气孔溢出为止，然后拧紧放气螺塞，关闭进水阀.3、当水温升高5～10℃后，打开冷却介质的进水阀（注意：切忌快速打开进水阀，因冷却水大量流过冷却器时，会使换热器表面长期形成一层导热性很差的“过冷层”），再打开热介质的出入阀，使之处于流动状态，然后注意调整冷却介质的流量，使热介质保持在最佳使用温度.4、如果冷却水一侧发生电化腐蚀，可在指定位置安装锌棒.5、较脏的介质通过冷却器之前，应设有过滤装置.6、被冷却介质的压力应大于冷却介质的压力.四、保养与维修1、长期工作后，冷却管表面会积垢而增大热阻和流阻，使换热性能逐渐降低，以至不能保证冷却要求.显然，保养的重点应放在污垢清理，这里介绍几种清理方法：（1）、机械法a、采用电动清管工具.即由电动机带动一根柔性轴作旋转运动，轴端套有尼龙刷或钢丝刷进行旋转洗刷，并通过一个不漏水的罩把水注到轴的周围，以便及时洗刷出松的污垢.b、用一根圆管子，一端焊上与管子内径相仿的钢丝刷一边旋转一边推进，污垢可存积于管子内腔，不会产生污垢越积越厚使推进更困难，这种办法较常使用，但劳动强度大.（2）、采用高压泵（压力10～20Mpa）喷出高压水进行冲洗，效果较好，主要用于管间清洗.（3）、采用海绵球对换热管内进行自动清洗.根据不同的垢层采用不同硬度的海绵球，对于特殊的硬垢，可采用有一“带”状的金刚砂海绵球.其作用是利用较松软并富有弹性海绵球进入换热管内，海绵球受压缩与管子内壁均有接触，球与管壁产生相对运动，不断摩擦管壁，将沉积物除去.（4）、化学清理法：a、油侧清洗可用三氯乙烯溶液进行逆向循环清洗，溶液压力不大于额定工作压力.清洗时间视污垢情况而定，然后再将清水引入器内清洗，直至流出的水清洁为止.b、采用浸泡四氯化碳.将溶液灌入冷却器，历时15～20分钟后观看溶液颜色，若混蚀不堪，则更换新液重新浸泡，直至流出溶液与洁净颜色相仿为止，然后反复用清水冲洗，这种清洗应有良好的通风环境，以免中毒.此办法适应于油清洗.2、冷却器的故障多半由冷却管引起的.由于腐蚀、汽蚀、磨损而使管壁减薄和穿孔，也由于热胀冷缩，流体运动时产生的振动而造成的连接处及其它机械性损坏.冷却管破损后两种介质将互相渗合，应及时进行维修，其办法有：（1）、找出破损的冷却管，用管堵把两端堵死.管堵的锥度为3～5度之间，管堵材料硬度应低于或等于管子硬度，堵死的管子总数不得超过总数的10％.（2）、取出破损管，更换新管重新胀接.（3）、管端与管板连接处渗漏，应重新胀接.如果腐蚀严重，应更换管束.3、冬季停用的冷却器应放尽腔内介质，以防冻裂设备.4、冷却器拆卸及重新装配按下列步骤进行：（1）、关闭进出油、水阀门，放出滞留的介质，然后把冷却器从系统中拆卸下来.（2）、卸开回水盖及分水盖，检查密封圈、冷却管破损及积垢等情况.如果只进行管堵或更换冷却管可随即进行，如果需要拔出冷却管束必须从固定管板方向移出（大型的冷却器可采用竖直（固定管板朝下），然后用起吊设备吊起壳体即可露出管束.（3）、装配时按拆卸的逆过程进行，密封圈一般都应更换新的.（4）、安装后应分别进行先油侧后水侧的气密性试验，试验压力应大于实际工作压力的1.2 倍.五、故障与排除换热性能下降1、故障及产生原因（1）冷却水量不足；（2）腔内积气；（3）换热管壁积垢增大流阻和热阻；（4）机油浮化或冷却水有油水混合物；（5）回水盖与分水盖法兰连接处泄漏；（6）动、定孔盘与换热管连接处腐蚀而失去密封.2、排除方法（1）故障及产生原因①开大进水阀；②清理被阻塞的管路、阀门、滤网或换热管；（2）拧下螺塞排气；（3）选用适当方法，清洗换热管内外表面污垢；（4）①更换换热管；②用管塞堵死破损管（数量不大于10﹪）；（5）①拧紧两端盖上的螺丝；②更换密封垫；（6）更换管束. 附件：图纸。