课程设计任务书
设计题目： 3.8万吨原油换热器设计学生姓名：
专业班级：资源环境与城乡规划管理学号：
指导教师：
2012年 12月 13 日
1. 概述与设计方案简介 (1)
1.1. 换热器的类型 (1)
1.2. 换热器 (1)
1.2.1. 换热器类型 (2)
1.2.2. 固定管板式换热器 (2)
1.2.3. U型管换热器 (2)
1.2.4. 浮头式换热器 (2)
1.2.5. 填料函式换热器 (3)
1.3. 换热器类型的选择 (3)
1.4. 流径的选择 (3)
1.5. 材质的选择 (4)
1.6. 管程结构 (4)
2. 换热器选型及工艺计算 (5)
2.1. 确定基本操作参数 (5)
2.2. 初算传热面积 (5)
2.2.1. 传热量 (5)
2.2.2. 平均温差 (6)
2.2.3. 初算传热面积 (7)
2.3. 换热器基本参数确定 (7)
2.3.1. 换热管和管内流速 (7)
2.3.2. 管程数和壳体内径 (8)
2.3.3. 换热器工艺尺寸结构 (8)
2.3.4. 换热器选型 (9)
2.4. 总传热系数核算 (9)
2.4.1. 管程传热膜系数 (9)
2.4.2. 壳程传热系数 (10)
2.4.3. 污垢系数 (11)
2.4.4. 总传热系数 (11)
2.4.5. 计算传热面积 (12)
2.5. 换热器核算 (12)
2.5.1. 壳程压降 (12)
2.5.2. 管程压降 (12)
3. 工艺设计表 (13)
4. 换热器设备的计算 (14)
4.1. 壳体壁厚设计 (14)
4.1.1. 壁厚的计算 (14)
4.1.2. 换热器校核水压试验强度 (15)
4.2. 封头的设计 (16)
4.3. 法兰的设计 (17)
4.4. 支座的设计 (17)
4.4.1. 质量核算 (17)
4.4.2. 鞍座选型 (18)
4.5. 管板的设计 (19)
4.5.1. 管板尺寸确定 (19)
4.5.2. 管板与管子连接 (20)
4.5.3. 管板与壳体的连接 (20)
4.6. 流体进、出口接管直径的计算 (21)
4.7. 容器开孔补强 (21)
5. 设备设计数据表 (22)
设计心得 (23)
参考文献 (24)
1.概述与设计方案简介
1.1. 换热器的类型
列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。
其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。
1.2. 换热器
换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。
按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。
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。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。
工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。
紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。
管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。
使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体
内。因此，这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。
1.2.1.换热器类型
根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。
1.2.2.固定管板式换热器
这类换热器如图1-1所示。固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
1.2.3.U型管换热器
U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。
1.2.4.浮头式换热器
浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，
可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。
1.2.5.填料函式换热器
填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。
1.3. 换热器类型的选择
由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使水走管程。石油由于粘度较大，所以走壳程。
1.4. 流径的选择
在具体设计时考虑到尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧传热系数接近；在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置，应尽量减少其冷量损失；管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。
参考标准：
1)不洁净和易结垢的流体宜走便于清洗管子，浮头式换热器壳程便于清洗。
2)腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
3)压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，其中冷却介质循环水操作压力高，宜走管程。
4)饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系
不大。
5)被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果。
6)需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且
可采用多管程以增大流速。
7)粘度大的液体或流量较小的流体，宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于
流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。8)若两流体的温度差较大，传热膜系数较大的流体宜走壳程，因为壁温接近传热膜系数较
大的流体温度，以减小管壁和壳壁的温度差。
综合考虑以上标准，确定煤油应走壳程，水走管程。
1.5. 材质的选择
列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。
1.6. 管程结构
换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。
(a) 正方形直列（b）正方形错列 (c) 三角形直列
（d）三角形错列（e）同心圆排列
正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器，常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。
管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接。
2. 换热器选型及工艺计算
2.1. 确定基本操作参数
（1）热流体：入口温度140℃; 出口温度40℃ （2）冷却介质：岷江水
（3）允许压降：不大于0.1MPa （4）物性数据
（5）每年按360天计算，每天分成3班，每班8小时 （6）确定定性温度下的参数： 原油的定性温度 ℃902)40140(=+=T
冷却水的定性温度 ℃5.272)3520(=+=T
原油定性温度下的物性数据
()
()
C m W C kg kJ c s
Pa m kg o o o
po o o ?=?=??==-/128.0/2.2100.3/81533
λμρ导热系数定压比热容粘度密度
循环冷却水在27.5℃下的物理数据
1
2
c 3-c 321.0(599.0kg k 18.410005.1998-???=?=??==kW
m m W J c s
Pa m kg pc ℃污垢热阻
℃）
导热系数℃）
（定压比热容粘度密度λμρι
材料：碳钢导热系数 )(450℃?=m W λ
2.2. 初算传热面积
2.2.1. 传热量
原油流量：
h kg h
kg q o
m /2.439824360108.37=??=?
h m m
kg h kg q o v /4.5/815/2.43983
3
==
? 传热量：
w
h kJ C
C kg kg h kg T T c q Q o p o m 512107.2967041002.22.4398)
(?==???=-=??
2.2.2. 平均温差
已知岷江水的最高温度C t
201=且用水作冷却剂时，冷却水的出口温度不应高于工艺物流的出口温度
有： C c q Q o
p c m
40t 1
h kg q c
m /101.14?>?
则取冷却水用量： h kg c m /16000q =?
冷却水出口温度：
C C kg kJ h kg h kJ C c q Q t c p c m
5.34)
/(18.4/106.1/107.920452=????+=?+??
上式计算结果与假设的定性温度相符合
逆流时的平均传热温差：水 C C
205.34- 原油 C C
40140-
则 C t c m 41.5120
405.3440ln
)
2040()5.34140(=-----=
??
参数：
12.020
14020
5.34t 1112=--=--=
t T t P
9.620
5.3440
1401212=--=--=
t t T T R
查《化工工艺设计手》第2-279页 图 15-14（a ） 得 94.0t
=??
故平均传热温差:
C C t t o o mc t m
3.4841.519
4.0=?=??=???
2.2.
3. 初算传热面积
参照《化工过程设计》第282页 根据生产经验或文献报导，估算出传热系数，则初选K '值
1-2-m w 200C ?
则25
m m 7.271
.48200107.2t =??=?'=
'K Q S 参考《化工设备设计手册》第46页 取安全系数为1.04 则2m 0.29=
'S
2.3. 换热器基本参数确定
2.3.1. 换热管和管内流速
选用换热器管规格mm 5.225?φ用m 6长的管子。原油的粘度大，所以走壳程，水走管程。
所需总管数：
)(626
025.014.30
.290根≈??='=
L d S N π
参照《环境工程原理》表3.5-1，取水的流速为s m /96.0
2.3.2. 管程数和壳体内径
mm
D Pt D N u u n s
m n d q u h m m kg h
kg q B i
opt i h v i h v 5.3416
.0623205.1)
8.0~6.0:(05.1)(164
62
4
23.096
.0/23.0360062)005.0025.0(4
14.3164/16/998/16000233
=??======'==??-?=='
==
??ηηπ列
换热管是转角三角形排根每管程的管子数为：则管程数为：
2.3.3. 换热器工艺尺寸结构
1.横过管束中心线的管数
（根）
106519.119.1===N n c 2.折流板
参考《化工工艺设计手册》第2-263页 选用圆缺形折流板，圆缺形折流板的圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度mm h 10040025.0=?=
设定的折流板数为
29120
60001=-=-=
B L n B 3.管心距
管心距一般取05.1d mm Pt 32255.1≈?=则管心距 4.接管
1.壳程流体进出口接管
取接管内油品流速为s m /1 则接管内径为
m u V d 044.01
14.3)
8153600/()2.43984(4=???==
π 参考《化工设备设计基础》表3-31取标准管径为mm mm 657?φ 2.管程流体进出口接管
取接管内循环水流速为s m /5.1 则接管内径为
m u V d 063.05
.114.3)
9983600/()170004(4=???==
π 则取标准管径为mm mm 876?φ
2.3.4. 换热器选型
根据初步计算结果：传热面积2
9.27m 、总管数62根、4管程、管长m 6，壳体直径D=341.5mm
查JB/T 4715-92和GB 151-1999 初选管板式换热器型号为
I BEM 425/62.356.1400-----
该管板式壳体直径mm D 400=、换热面积为 2
2.35m 、公称压力为1.6MPa 、总管数为76、并且为4管程、每管程的管子数为19根、中心排管数为11根、管程流通面积为
20060.0m 。
2.4. 总传热系数核算
2.4.1. 管程传热膜系数
冷却水质量流量量：
s
kg h
kg t t c Q W i p 45.4/106.1)205.34(18.4107.9)(45
12=?=-??=-=?
管程截面积：
232101.54
62
)02.0(414.34
m n N d A i
-?=??==
π
管程相关系数：
4
3
32
273
4105.110005.177502.001
.7599
.010005.118.4Pr /78.0998775
)/(775)/(1018.310
1.5106.1?=??==
=??=?====?=??=??==--?-i i i ei i
i
i p i i i i i u G d R u G s
m G u m s kg m h kg A W G λρ流速
参考《化工装置实用工艺设计》原著第三版 图10-46查得50=H J
)
/(2866)01.7(02
.0599.050Pr 1
)()
()(23
1
3
1
3114
.014
.0C m w d J c J d J i i H i w
w i i i p H i i H ?=??===?=?）（则假定λαμμ
μμλμλα
2.4.2. 壳程传热系数
热交换器中心线或距中心线最近的管排上错流流动的最大通道面积S
2
00013125.0)032
.0025
.01(4.015.0)1(m p d BD A t =-??=-
= 热交换器中心线或距中心线最近的管排上错流流动的最小质量流速Ge
6
.51128
.0100.32.2Pr 782
100.308,93025.0Re /093.0815
08
.93)/(08.93)/(335100013125
.02
.439830
030000
0220=??=?=
=??====
=?=?===-?-?λμμρo p o m c Ge
d s m Ge
u m s kg m h kg A q Ge 流速
正三角形排列时管群的当量直径：
m d d P De T 020.0025.014.3)
4025.014.35.0032.043.0(82
)45.043.0(422
02
02
=???-?=-=ππ 带入克恩公式 假设95.0)(
14
.0=w
μμ 得到管程传热系数
)
/(31895.06.5178236.0020
.0128.0)(
Pr Re 36.0231
55.014
.03
1055
.00
0C m w De
w
?=????==
μμλα 2.4.3. 污垢系数
由已知：管内侧 W m r i s ℃??=-24,101.2 管外侧 W m r o s ℃??=-24,102 碳钢管导热系数 ℃?=m W 450λ
2.4.4. 总传热系数
i
i o i s m o o s d d d d r d d b r K 0
1,,0111αλα++++=
其中mm d d d d d i
i m 4.222025
ln 2025ln
00=-=+=
将m d 带入上式
mm
m W mm m W m m W k 4.2245250025.010*******
4-2
???+??+?=℃℃℃ 02.0025
.02866102.0025.0101.224?
+?
??+-mm mm W m ℃
得到
℃?=2
3.196m W k
2.4.5. 计算传热面积
2
2
54.284.483.196107.2m m W W t K Q S m =???=??=℃
℃ 与初选值基本相同
由换热器换热面积为32.52
m
面积裕度： %9.24%100)14.282.35(
2
2
=?-m m 2.5. 换热器核算
2.5.1. 壳程压降 1.管束
由式 2
)1(2
u d N D Ps e B s ??
+=?ρλ 阻力系数 49.0782
72.1Re 72.119
.019.0===
s λ Pa
m P 6902)093.0(81502.0)119(4.049.02
1=??+??=? 2.折流板缺口
Pa
m m u D B N P B 1.155)093.0(2
815
)4.015.025.3(162
)
25.3(22
2
2=???-?=-=?ρ
壳程：
Pa
P P
P 1.84521=?+?=?壳，总
2.5.2. 管程压降
由
t p s i F N N P P P ????+?=?)(21
其中
225
.1,4,12
22
11u P u d l P F N N t p s ρξ
ρλ=??
?=?=== 由Re=17743，传热管粗糙度005.020
01
.0=，查图得℃m W 038.01=λ，
流体流速3
998,78.0m kg s m u i ==ρ
Pa
P Pa P 9102
)78.0(998334602
)78.0(99802.06038.02
22
1=??
=?=???
=?
得到
Pa P i 262205.144370=??=?
由以上计算知：
壳程与管程的压降均小于0.1MPa ，故选用I BEM 425/62.356.1400-----是合理的。
3. 工艺设计表
换热器主要结构尺寸和计算结果见下表。
参数 管 程 壳 程 流量/(kg/s)
160000 4398.2 进/出口温度/错误！未找到
引用源。 20/34.7 140/40 物 性
定性温度/错误！未找
到引用源。 27.5 90 密度/(错误！未找到
引用源。) 998 815 定压比热容/ (错误！未找到引用
源。) 4.18
2.2
黏度/(Pa 错误！未找
0.001005 0.003
到引用源。s) 热导率/(错误！未找
到引用源。)
0.599 0.128 普朗特数
7.01 51.6
设 备 结 构 参 数
形式 固定式 台数 1 壳体内径mm 400
壳程数 1 管径/mm
管心距/mm
32
管长/mm 6000 管子排列
管数目/根 76 折流板数/块 29 传热面积 /错误！未找到引用源。
35.2 折流板间距/mm
200 管程数
4 材质
碳钢
主要计算结果 管程 壳程 流速/(m/s)
0.78 0.093 表面传热系数/(错误！未找
到引用源。)) 2866 318 污垢阻力/(错误！未找到引
用源。)
0.00021 0.0002 阻力/Pa
26220
841.5
传热温差/错误！未找到引用
源。 51.41 传热系数/(错误！未找到引
用源。))
196.3 面积裕度/%
24.9
4. 换热器设备的计算
4.1. 壳体壁厚设计
4.1.1. 壁厚的计算
根据工艺设计，选用错误！未找到引用源。的碳素钢管，其钢号为20R ，钢板标准为GB6654。
由于换热器为内压容器，故可采用内压容器的设计方法来确定其壁厚，壳壁计算壁厚计算公式为：
错误！未找到引用源。 []c
t
i
c p D p -=
?σδ2
式中，错误！未找到引用源。——计算压力，取MPa p c 6.1=
错误！未找到引用源。——壳体内径，错误！未找到引用源。mm D i 400= 错误！未找到引用源。——焊接接头系数，错误！未找到引用源。 t ——壳程温度，设
错误！未找到引用源。——壳程温度为错误！未找到引用源。时的的许用应力，取错误！未找到引用源。（查《化工设备设计基础》附表一得） 则壳体计算壁厚为：
[]mm p D p c t
c c 9.26
.185.01322400
6.12=-???=-=
?σδ 考虑到钢板厚度不均匀介质对筒壁的腐蚀作用，在确定筒体所需厚度时，还应在计算厚度错误！未找到引用源。的基础上，增加壁厚附加量C 。壁厚附加量C 是指在满足强度要求而计算出的壁厚之外，考虑其他因素而额外增加的壁厚量，包括钢板负偏差（或钢板负偏差）错误！未找到引用源。、腐蚀裕量错误！未找到引用源。，即错误！未找到引用源。。
取错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。，故
mm C C d 5.416.09.221=++=++=δδ
圆整后，取名义厚度为错误！未找到引用源。 4.1.2. 换热器校核水压试验强度
按强度、刚度计算确定的容器壁厚，由于材质、钢板弯曲、焊接及安装等造成加工过程不完善，有可能导致容器不安全，会在规定的工作压力下发生过大变形或焊缝有渗漏现象等，故必须进行压力试验予以校核。
最常用的压力试验方法是液压试验。本设计采用水压试验方法。 液压试验时要求满足的强度条件是：
错误！未找到引用源。 ()s e e i T T D p σ?
δδσ9.02≤+=
查《化工设备设计基础》附表一可知，对于20R 刚在壁厚为6mm 时，其屈服极限错误！未找到引用源。，则有
MPa p p T 26.125.125.1=?==
mm C n e 4.416.06=--=-=δδ
代入得：
()()MPa D p e e i T T 9.914
.424.440022=?+?=+=
δδσ
水压试验时满足强度要求。 4.2. 封头的设计
左右封头均采用标准椭圆形封头，根据JB/T 4337-95标准，封头为错误！未找到引用源。mm DN 6400?，曲面高度为错误！未找到引用源。，直边高度错误！未找到引用源。，材料选用20R 钢。
公称直径Dg
mm
曲面高度h1 mm
直边高度h2
mm
壁厚S mm 内表面积F （㎡）
容积V m 3 质量G Kg
碳钢 高合金
400 100 25 3 3 0.204 0.0115
4.90
4 4 6.53
5 8.1
6 6 6
9.90
4.3. 法兰的设计
壳体与封头采用法兰连接，材料选用20R 碳素钢，本设计的压力和壳体内径都较小，根据JB/T4701―2000选用DN400,1.6MPa 的甲型平焊法兰。
法兰尺寸如下： 单位：mm
公称直径DN
甲型平焊法兰平 PN=1.6MPa
螺柱
D
1D 2D 3D 4D δ
d 规格 数量
400 515 480 450 440 437 30 18 M16 20
4.4. 支座的设计
4.4.1. 质量核算 ①壳体质量m 1： 由上计算知：
mm DN 400 ，错误！未找到引用源。
查《化工设备设计基础》附表4得：单位长度的筒体质量为错误！未找到引用源。kg q 651= 则
kg L q m 39066511=?=?=
②封头的质量错误！未找到引用源。： DN=400mm ，错误！未找到引用源。，直边高度错误！未找到引用源。的标准椭圆形封头，其质量错误！未找到引用源。=9.9kg 。
所以 错误！未找到引用源。kg m 8.1929.92=?= ③水的质量错误！未找到引用源。：
?νρ
=3m
(7.4.1)
式中，错误！未找到引用源。——装填系数，0.1=? 储罐体积：
31.1079.16176.00115.02m V V V ≈=?+?=+=管封
则
kg m 8.10979981.10.13=??=
④附件质量错误！未找到引用源。：
Kg 300m 4=
⑤管子质量错误！未找到引用源。：
错误！未找到引用源。kg m m 96.39521.576761
5=?==
式中
错误！未找到引用源。——错误！未找到引用源。的管子单重，错误！未找到引用源。 ⑥法兰质量错误！未找到引用源。：PN=1.6MPa ； DN=400mm ；法兰质量27Kg 。 则
化工原理课程设计 设计题目：列管式换热器的设计班级：09化工 设计者：陈跃 学号：20907051006 设计时间：2012年5月20 指导老师：崔秀云
目录 概述 1.1.换热器设计任务书 .................................................................... - 7 - 1.2换热器的结构形式 .................................................................. - 10 - 2.蛇管式换热器 ........................................................................... - 11 - 3.套管式换热器 ........................................................................... - 11 - 1.3换热器材质的选择 .................................................................. - 11 - 1.4管板式换热器的优点 .............................................................. - 13 - 1.5列管式换热器的结构 .............................................................. - 14 - 1.6管板式换热器的类型及工作原理............................................ - 16 - 1.7确定设计方案.......................................................................... - 17 - 2.1设计参数................................................................................. - 18 - 2.2计算总传热系数...................................................................... - 19 - 2.3工艺结构尺寸.......................................................................... - 19 - 2.4换热器核算 ............................................................................. - 21 - 2.4.1．换热器内流体的流动阻力 (21) 2.4.2.热流量核算 (22)
——大学《化工原理》列管式换热器 课程设计说明书 学院： 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 时间：年月日
目录 一、化工原理课程设计任务书............................................................................ . (2) 二、确定设计方案............................................................................ (3) 1.选择换热器的类型 2.管程安排 三、确定物性数据............................................................................ (4) 四、估算传热面积............................................................................ (5) 1.热流量 2.平均传热温差 3.传热面积 4.冷却水用量 五、工艺结构尺寸............................................................................ (6) 1.管径和管内流速 2.管程数和传热管数 3.传热温差校平均正及壳程数 4.传热管排列和分程方法 5.壳体内径 6.折流挡板 (7) 7.其他附件 8.接管 六、换热器核算............................................................................ . (8) 1.热流量核算 2.壁温计算 (10) 3.换热器内流体的流动阻力 七、结构设计............................................................................ . (13) 1.浮头管板及钩圈法兰结构设计 2.管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 3.管箱结构设计 4.固定端管板结构设计 5.外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (14) 6.外头盖结构设计 7.垫片选择
化工原理课程设计管壳式换热器汇总 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
设计一台换热器 目录 化工原理课程设计任务书 设计概述 试算并初选换热器规格 1. 流体流动途径的确定 2. 物性参数及其选型 3. 计算热负荷及冷却水流量 4. 计算两流体的平均温度差 5. 初选换热器的规格 工艺计算 1. 核算总传热系数 2. 核算压强降 经验公式 设备及工艺流程图 设计结果一览表 设计评述 参考文献 化工原理课程设计任务书 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件： 1、苯：入口温度80℃，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50kPa。 4、每年按300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： 99000吨/年苯 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的设计。 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。 1.设计概述 热量传递的概念与意义 1.热量传递的概念 热量传递是指由于温度差引起的能量转移，简称传热。由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 2. 化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为
课程实训任务书 课程石油装备设计综合实训 题目炼油厂柴油换热器的选用和设计 主要内容： 1.液化气工艺概述； 2.换热器的工艺计算； 3.换热器的结构设计； 4.换热器的强度校核； 5.换热器的结果汇总。 设计条件： 炼油厂用原油将柴油从1750C冷却至1300C，柴油流量为12500kg/h；原油初温为700C，经换热后升温到1100C。换热器的热损失可忽略。操作压力为60KPa 管、壳程阻力压降均不大于30KPa。污垢热阻均取0.0003Pa s。 主要参考资料： [1] GB150-2011，压力容器[S] . [2]郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M] .北京：化学工业出版社,2010. [3]JB 4731-2005，钢制卧式容器[S] . [4]JB4712-2007，容器支座[S]. [5] JB 4715-1992，固定管板式换热器型式与基本参数[S]. 完成期限2013年3月24日 指导教师 专业负责人 2013年2月25日
目录 第1章液化气工艺及流程图概述 (1) 1.1液化石油气工艺概述 (1) 1.1.1液化石油气的特点 (1) 1.1.2液化石油气的来源 (1) 1.1.3液化石油气的提取 (2) 第2章列管式换热器的选用与工艺设计 (4) 2.1列管式换热器的概述 (4) 2.2 初算换热器的传热面积 (4) 2.3主要工艺及结构基本参数的计算 (6) 2.4管、壳程压强降的校验 (9) 2.5总传热系数的校验 (12) 2.6列出所涉及换热器的结构基本参数 (14) 第3章换热器的结构设计 (15) 3.1 筒体部分计算 (15) 3.2 椭圆封头厚度 (16) 3.3 管板选取 (17) 3.4 法兰选取 (17) 3.5 鞍式支座 (19) 3.6 接管 (19) 第4章换热器的强度校核 (21) 4.1 计算容器重量载荷的支座反力 (21) 4.2 筒体轴向应力验算 (21) 4.3 鞍座处的切向剪应力校核 (23) 4.4 鞍座处筒体周向应力验算 (24) 第5章设计结果汇总 (26) 参考文献 (27)
设计（论文）题目： 列管式换热器的设计 目录 1 前言 (3) 2 设计任务及操作条件 (3) 3 列管式换热器的工艺设计 (3) 3.1换热器设计方案的确定 (3) 3.2 物性数据的确定 (4) 3.3 平均温差的计算 (4) 3.4 传热总系数Ｋ的确定 (4) 3.5 传热面积A的确定 (6) 3.6 主要工艺尺寸的确定 (6) 3.6.1 管子的选用 (6) 3.6.2 管子总数n和管程数Np的确定 (6) 3.6.3 校核平均温度差 t m及壳程数Ns (7) 3.6.4 传热管排列和分程方法 (7) 3.6.5 壳体径 (7) 3.6.6 折流板 (7)
3.7 核算换热器传热能力及流体阻力 (7) 3.7.1 热量核算 (7) 3.7.2 换热器压降校核 (9) 4 列管式换热器机械设计 (10) 4.1 壳体壁厚的计算 (10) 4.2 换热器封头选择 (10) 4.3 其他部件 (11) 5 课程设计评价 (11) 5.1 可靠性评价 (11) 5.2 个人感想 (11) 6 参考文献 (11) 附表换热器主要结构尺寸和计算结果 (12) 1 前言 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。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、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。 列管式换热器工业上使用最广泛的一种换热设备。其优点是单位体积的传热面积、处理能力和操作弹性大，适应能力强，尤其在高温、高压和大型装置中采用更为普遍。列管式换热器主要有以下几个类型：固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器等。 设计一个比较完善的列管式换热器，除了能满足传热方面的要求外，还应该满足传热效率高、体积小、重量轻、消耗材料少、制造成本低、清洗维护方便和操作安全等要求。 列管式换热器的设计，首先应根据化工生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热器的传热面积，同时选择管径、管长，确定管数、管程数和壳程数，
河南理工大学课程设计管壳式换热器设计 学院：机械与动力工程学院 专业：热能与动力工程专业 班级：11-02班 学号： 姓名： 指导老师： 小组成员：
目录 第一章设计任务书 (2) 第二章管壳式换热器简介 (3) 第三章设计方法及设计步骤 (5) 第四章工艺计算 (6) 4.1 物性参数的确定 (6) 4.2核算换热器传热面积 (7) 4.2.1传热量及平均温差 (7) 4.2.2估算传热面积 (9) 第五章管壳式换热器结构计算 (11) 5.1换热管计算及排布方式 (11) 5.2壳体内径的估算 (13) 5.3进出口连接管直径的计算 (14) 5.4折流板 (14) 第六章换热系数的计算 (20) 6.1管程换热系数 (20) 6.2 壳程换热系数 (20) 第七章需用传热面积 (23) 第八章流动阻力计算 (25) 8.1 管程阻力计算 (25) 8.2 壳程阻力计算 (26) 总结 (28)
第一章设计任务书 煤油冷却的管壳式换热器设计：设计用冷却水将煤油由140℃冷却冷却到40℃的管壳式换热器，其处理能力为10t/h，且允许压强降不大于100kPa。 设计任务及操作条件 1、设备形式：管壳式换热器 2、操作条件 （1）煤油：入口温度140℃，出口温度40℃ （2）冷却水介质：入口温度26℃，出口温度40℃
第二章管壳式换热器简介 管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。纵然各种板式换热器的竞争力不断上升，管壳式换热器依然在换热器市场中占主导地位。目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热，提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。 强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方式，其中提高传热系数是强化传热的重点，主要是通过强化管程传热和壳程传热两个方面得以实现。目前，管壳式换热器强化传热方法主要有：采用改变传热元件本身的表面形状及表面处理方法，以获得粗糙的表面和扩展表面；用添加内物的方法以增加流体本身的绕流；将传热管表面制成多孔状，使气泡核心的数量大幅度增加，从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力；改变管束支撑形式以获得良好的流动分布，充分利用传热面积。 管壳式热交换器（又称列管式热交换器）是在一个圆筒形壳体内设置许多平行管子（称这些平行的管子为管束），让两种流体分别从管内空间（或称管程）和管外空间（或称壳程）流过进行热量交换。 在传热面比较大的管壳式热交换器中，管子根数很多，从而壳体直径比较大，以致它的壳程流通截面大。这是如果流体的容积流量比较小，使得流速很低，因而换热系数不高。为了提高流体的流速，可在管外空间装设与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板，使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装置纵向隔板而使流体来回流动的次数，称为程数，所以装了纵向隔板，就使热交换器的管外空间成为多程。而当装设折流板时，则不论流体往复交错流动多少次，其管外空间仍以单程对待。 管壳式热交换器的主要优点是结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战，但由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于优势地位。 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求： =0.727Χ10-3Pa.s 密度ρ=994kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ =1.15Χ10-3Pa.s 密度ρ=880kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
4、传热面积的计算。 平均温度差 确定R和P值 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0==75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：，取n为123 管长：=12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。（2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm D i=t(n c—1)+2e=19×(—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。
课程设计设计题目：列管式换热器 专业班级：应化1301班 姓名：王伟 学号： U201310289 指导老师：王华军 时间： 2016年8月
目录 1.课程设计任务书 (5) 1.1 设计题目 (5) 1.2 设计任务及操作条件 (5) 1.3 技术参数 (5) 2.设计方案简介 (5) 3.课程设计说明书 (6) 3．1确定设计方案 (6) 3.1.1确定自来水进出口温度 (6) 3.1.2确定换热器类型 (6) 3.1.3流程安排 (7) 3.2确定物性数据 (7) 3．3计算传热系数 (8) 3.3.1热流量 (8) 3.3.2 平均传热温度差 (8) 3.3.3 传热面积 (8) 3.3.4 冷却水用量 (8) 4.工艺结构尺寸 (9) 4.1 管径和管内流速 (9) 4.2 管程数和传热管数 (9)
4.3 传热管排列和分程方法 (9) 4.4 壳体内径 (10) 4.5 折流板 (10) 4.6 接管 (11) 4.6.1 壳程流体进出管时接管 (11) 4.6.2 管程流体进出管时接管 (11) 4.7 壁厚的确定和封头 (12) 4.7.1 壁厚 (12) 4.7.2 椭圆形封头 (12) 4.8 管板 (12) 4.8.1 管板的结构尺寸 (13) 4.8.2 管板尺寸 (13) 5.换热器核算 (13) 5.1热流量衡算 (13) 5.1.1壳程表面传热系数 (13) 5.1.2 管程对流传热系数 (14) 5.1.3 传热系数K (15) 5.1.4 传热面积裕度 (16) 5.2 壁温衡算 (16) 5.3 流动阻力衡算 (17) 5.3.1 管程流动阻力衡算 (17) 5.3.2 壳程流动阻力衡算 (17)
化工原理课程设计说明书列管式换热器的选用和设计
目录 1 化工原理课程设计任务书 2 设计概述 3 换热器方案的确定 3.1 确定设计方案 3.2确定物性数据 3.3 计算总传热系数 4 计算换热面积 5 工艺结构尺寸 5.1 管径和管内流速 5.2 管程和传热管数 5.3 平均传热温差校正及壳程数 6传热管的排列和分程方法 7换热器核算 8 换热器的主要结构尺寸和计算结果表 9 设计评述 10 参考资料 11 主要符号说明 12 特别鸣谢
1化工原理课程设计任务书 欲用自来水将2.3万吨/年的异丁烯从300℃冷却至90℃，冷水进、出口温度分别为25℃和90℃。若要求换热器的管程和壳程压强降不大于100kpa，试选择合适型号的列管式换热器。假设管壁热阻和热损失可以忽略。 名称水异丁烯 密度 996 12 比热 4.08 130 导热系数 0.668 0.037 粘度 0.37×10^-3 13×10^-3 2.概述与设计方案简介 换热器的类型 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 2.1换热器 换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。 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。
化工原理 课 程 设 计 设计任务：换热器 班级：13级化学工程与工艺（3）班 姓名：魏苗苗 学号：1320103090 目录 化工原理课程设计任务书 (2) 设计概述 (3) 试算并初选换热器规格 (6) 1. 流体流动途径的确定 (6)
2. 物性参数及其选型 (6) 3. 计算热负荷及冷却水流量 (7) 4. 计算两流体的平均温度差 (7) 5. 初选换热器的规格 (7) 工艺计算 (10) 1. 核算总传热系数 (10) 2. 核算压强降 (13) 设计结果一览表 (16) 经验公式 (16) 设备及工艺流程图 (17) 设计评述 (17)
参考文献 (18) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件：1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度32.5℃。 3、允许压强降：不大于50kPa。 4、每年按300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：109000吨/年苯 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的设计。 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。 六、附表： 1.设计概述 1.1热量传递的概念与意义 1.1.1热量传递的概念 热量传Array递是指由于 温度差引起 的能量转移， 简称传热。由 热力学第二 定律可知，在 自然界中凡 是有温差存 在时，热就必 然从高温处 传递到低温 处，因此传热
X X X X 大学 《材料工程原理B》课程设计 设计题目： 5.5×104t/y热水冷却换热器设计 专业： ----------------------------- 班级： ------------- 学号： ----------- 姓名： ---- 日期： --------------- 指导教师： ---------- 设计成绩：日期：
换热器设计任务书
目录 1.设计方案简介 2.工艺流程简介 3.工艺计算和主体设备设计 4.设计结果概要 5.附图 6.参考文献
1.设计方案简介 1.1列管式换热器的类型 根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。 （1）固定管板式换热器 这类换热器如图1-1所示。固定管板式换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。 （2）U型管换热器 U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。 （3）浮头式换热器 浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。
（封面） XXXXXXX学院 列管式换热器课程设计报告 题目： 院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 时间：年月日 目录
1、设计题目（任务书） (2) 2、流程示意图 (3) 3、流程及方案的说明和论证 (3) 4、换热器的设计计算及说明 (4) 5、主体设备结构图 (10) 6、设计结果概要表 (11) 7、设计评价及讨论 (12) 8、参考文献 (12) 附图：主体设备结构图和花版设计图 一．任务书
（一）设计题目： 列管式冷却器设计 （二）设计任务： 将自选物料用河水冷却或自选热源加热至生产工艺所要求的温度 （三）设计条件： 1.处理能力：G=学号最后2位×300t物料/d； 2.冷却器用河水为冷却介质，考虑广州地区可取进口水温度为20~30C；加热器用热水或水蒸气为热源，条件自选； 3.允许压降：不大于105Pa； 4.传热面积安全系数5～15％ 5.每年按330天计，每天24小时连续运行。 （四）设计要求： 1.对确定的设计方案进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管壳式冷却器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5.选择合宜的列管换热器并运行核算； 6.用Autocad绘制列管式冷却器的结构（3号图纸）、花板布置图（3号图纸）； 7.编写设计说明书（包括：①.封面；②.目录；③.设计题目；④.流程示意图；⑤.流程及方案的说明和论证；⑥设计计算及说明；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。） （五）设计进度安排： 备注：参考文献格式： 期刊格式为：作者姓名.出版年.论文题目.刊物名称.卷号（期号）：起止页码。专著格式为：作者姓名.出版年.专著书名.出版社名.起止页码。 二．流程示意图
第2章工艺计算 2.1设计原始数据 2.2管壳式换热器传热设计基本步骤 （1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能 （2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。 （3）确定流体进入的空间 （4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 （5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核 （6）选取管径和管流速 （7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K，然后再校核 （8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍 l （9）选取管长 N （10）计算管数 T （11）校核管流速，确定管程数 D和壳程挡板形式及数量等 （12）画出排管图，确定壳径 i （13）校核壳程对流传热系数 （14）校核平均温度差 （15）校核传热面积 （16）计算流体流动阻力。若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3 确定物性数据 2.3.1定性温度 由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在p=7.22MPa、t>295℃情况下为蒸汽，所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。 对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。其壳程混合气体的平均温度为： t=420295 357.5 2 + =℃（2-1） 管程流体的定性温度： T=310330 320 2 + =℃ 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 2.3.2 物性参数 管程水在320℃下的有关物性数据如下：【参考物性数据无机表1.10.1】 表2—2 壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]：【锅炉手册饱和水蒸气表】 表2—3
目录 任务书 (2) 摘要 (4) 说明书正文 (5) 一、设计题目及原始数据 (5) 1.原始数据 (5) 2.设计题目 (5) 二、结构计算 (5) 三、传热计算 (7) 四、阻力计算 (8) 五、强度计算 (9) 1.冷却水水管 (9) 2.制冷剂进出口管径 (9) 3.管板 (10) 4支座 (10) 5.密封垫片 (10) 6.螺钉 (10) 6.1螺钉载荷 (10) 6.2螺钉面积 (10) 6.3螺钉的设计载荷 (10) 7.端盖 (11) 六、实习心得 (11) 七、参考文献 (12) 八、附图
广东工业大学课程设计任务书 题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班 姓 名 xx 学 号 xxxx 一、课程设计的内容 设计一台如题目名称所示的换热器。给定原始参数： 1. 换热器的换热量Q= 35 kw; 2. 给定制冷剂 R22 ; 3. 制冷剂温度 t k =40℃ 4. 冷却水的进出口温度 '0132t C =" 0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1）学生独立完成设计。 2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。(换热器的传热计算, 换热面积计 算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。 3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，使用计算机绘图。 4）说明书要求： 文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。 格式要求： （1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等；（6）参考文献。 三、课程设计应完成的工作 1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份； 2）绘制换热器的装配图1张，拆画关键部件零件图1～2张。
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℃，t t ＞t s 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
内容化工设备设 计的基本知 识管壳式换热 器的设计计 算 管壳式换热 器结构设计 管壳式换热器 设计制图 设计说明书的 撰写 设计人李海鹏 吴彦晨 王宜高 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。内容包括：代号，PN,DN,法兰密封面形式，法兰标记，用途）。补强计算。 （2）人孔选择：PN,DN,标记或代号。补强计算。 （3）其它标准件选择。 7.结束语：对自己所做的设计进行小结与评价，经验与收获。 8.主要参考资料。 【格式要求】： 1.计算单位一律采用国际单位； 2.计算过程及说明应清楚； 3.所有标准件均要写明标记或代号； 4.设计说明书目录要有序号、内容、页码；
中南大学《化工原理》课程设计说明书 题目：煤油冷却器的设计 学院：化学化工学院 班级：化工0802 学号： 1505080802 姓名： ****** 指导教师：邱运仁 时间：2010年9月
目录 §一.任务书 (2) 1.1.题目 1.2.任务及操作条件 1.3.列管式换热器的选择与核算 §二.概述 (3) 2.1.换热器概述 2.2.固定管板式换热器 2.3.设计背景及设计要求 §三.热量设计 (5) 3.1.初选换热器的类型 3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定 3.3.确定物性数据 3.4.计算总传热系数 3.5.计算传热面积 §四. 机械结构设计 (9) 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4.3.平均传热温差校正及壳程数 4.4.壳程内径及换热管选型汇总 4.4.折流板 4.6.接管 4.7.壁厚的确定、封头 4.8.管板 4.9.换热管 4.10.分程隔板 4.11拉杆 4.12.换热管与管板的连接 4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图(BI型) 4.14.膨胀节的设定讨论 §五.换热器核算 (21) 5.1.热量核算 5.2.压力降核算 §六.管束振动 (25) 6.1.换热器的振动 6.2.流体诱发换热器管束振动机理 6.3.换热器管束振动的计算 6.4.振动的防止与有效利用 §七. 设计结果表汇 (28) §八.参考文献 (29) §附：化工原理课程设计之心得体会 (30)
§一.化工原理课程设计任务书 1.1.题目 煤油冷却器的设计 1.2.任务及操作条件 1.2.1处理能力：40t/h 煤油 1.2.2.设备形式：列管式换热器 1.2.3.操作条件 (1).煤油：入口温度160℃，出口温度60℃ (2).冷却介质：循环水，入口温度17℃，出口温度30℃ (3).允许压强降：管程不大于0.1MPa,壳程不大于40KPa (4).煤油定性温度下的物性数据ρ=825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.2kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃) 1.3.列管式换热器的选择与核算 1.3.1.传热计算 1.3. 2.管、壳程流体阻力计算 1.3.3.管板厚度计算 1.3.4.膨胀节计算 1.3.5.管束振动 1.3.6.管壳式换热器零部件结构 §二.概述 2.1.换热器概述 换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。 换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。 表2-1 传热器的结构分类
东南大学成贤学院 课程设计报告 题目冷却异丙苯换热器的设计 课程名称化工原理课程设计 专业制药工程 班级 xx制药xx班 学生姓名 xxx 学号 xxxx 设计地点 xxx
指导教师 xxx 设计起止时间：2018 年8月27日至2018 年9 月14日 目录 课程设计任务书 (1) 一、设计条件 (1) 二、设计说明书的内容 (2) 1.前言 (3) 2.设计方案简介 (5) 2.1换热器的选择 (5) 2.2流程的选择 (5) 2.3物性数据 (5) 3.工艺计算 (6) 3.1试算及换热器选型 (6) 3.1.1计算传热量 (6) 3.1.3计算两流体的平均传热温度 (7) 3.1.4计算P、R值 (7) 3.1.5假设K值 (7) 3.1.6估算面积 (9) 3.1.7管径、管内流速 (9) 3.1.8单程管数 (9) 3.1.9总管数 (9) 3.1.10管子的排列 (10) 3.1.11折流板 (10) 3.2核算传热系数 (10) 3.2.1管程传热系数 (10) 3.2.2壳程传热系数 (11) 3.2.3污垢热阻 (11) 3.2.4总传热系数 (12) 3.2.5计算传热面积 (12) 3 .2.6实际传热面积 (12) 3.3压降计算 (12) 1.管程压降 (12) 2.壳程压降 (13) 3.4核算壁温 (13)
3.5附件 (14) 3.5.1接管 (14) 3.5.2拉杆 (14) 4.换热器结果一览总表 (15) 5.附图 (17) 5.1符号表含义及单位 (17) 5.2管子排列方式 (19) 5.3换热器装置图 (20) 6.参考文献： (20) 7.设计结果概要及致谢 (21) 7.1结果 (21) 7.2致谢 (22)
船舶柴油机高温淡水冷却器设计 摘要：本文简要介绍了板式换热器的结构、优缺点、设计原理与设计依据，运用对数平均温差法（LMTD）设计了一款船舶柴油机高温淡水板式换热器，并对其进行热力和阻力校核。 关键词：板式换热器对数平均温差板片流程污垢系数 目录 第1章板式换热器基本构造 (3) 1.1 整体结构 (3) 1.2 流程组合方式 (4) 1.3 半片形式及其性能 (5) 1.3.1 常用形式 (5) 1.3.2 特种形式 (5) 1.4 密封垫片 (5) 第2章板式换热器的优缺点及应用 (6) 2.1 优点 (6)
2.2 缺点 (7) 2.3 应用 (7) 第3章板式换热器热力及相关计算 (8) 3.1 确定总传热系数的途径 (8) 3.2 总传热系数的计算 (8) 3.3 传热系数的计算 (11) 3.4垢阻的确定. (11) 第4章计算类型及工程设计一般原则 (12) 4.1 计算的类型 (12) 4.2工程设计、计算的一般原则 (13) 第5章板式换热器热力计算实际应用 (15)
第1章板式换热器基本构造 1.1整体结构 板式换热器的结构相对于板翅式换热器、壳管式换热器和列管式换热器比较简单，它是由板片、密封垫片、固定压紧板、活动压紧板、压紧螺柱和螺母、上下导杆、前支柱等零部件所组成，如图1-1所示： 板片为传热元件，垫片为密封元件，垫片粘贴在板片的垫片槽内。粘贴好垫片的板片，按一定的顺序（如图1-1所示，冷暖板片交叉放置）置于固定压紧板和活动压紧板之间，用压紧螺柱将固定压紧板、板片、活动压紧板夹紧。压紧板、导杆、压紧装置、前支柱统称为板式换热器的框架。按一定规律排列的所有板片，称为板束。在压紧后，相邻板片的触点互相接触，使板片间保持一定的间隙，形成流体的通道。换热介质从固定压紧板、活动压紧板上的接管中出入，并相间地进入板片之间的流体通道，进行热交换。 图1-1所示板式换热器为可拆式板式换热器，其原理就是在上导杆处安装了活动滑轮、顶压装置，在增减板片的时候，可以通过该滑轮调节换热器内可安装板片数量，顶压装置加固整体结构牢固性；而对于一些小型的板式换热器，则没有该装置，而是直接地将固定压紧板和活动压紧板通过导杆固定连接起来，这种结构没有清洗空间，清洗、检查时，板
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 =g ℃ 热导率10.0279w m λ=g ℃ 粘度51 1.510Pa s μ-=?g 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 =g K 热导率10.624w m λ=g K 粘度310.74210Pa s μ-=?g
目录 1、确定设计方案 ............................................................................................. - 4 - 1.1选择换热器的类型 (4) 1.2流程安排 (4) 2、确定物性数据............................................................................................. - 4 - 3、估算传热面积............................................................................................. - 5 - 3.1热流量 (5) 3.2平均传热温差 (5) 3.3传热面积 (5) 3.4冷却水用量 (5) 4、工艺结构尺寸............................................................................................. - 5 - 4.1管径和管内流速 (5) 4.2管程数和传热管数 (5) 4.3传热温差校平均正及壳程数 (6) 4.4传热管排列和分程方法 (6) 4.5壳体内径 (6) 4.6折流挡板 (7) 4.7其他附件 (7) 4.8接管 (7) 5、换热器核算 ................................................................................................ - 8 - 5.1热流量核算 (8) 5.1.1壳程表面传热系数.......................................................................................... - 8 -5.1.2管内表面传热系数.......................................................................................... - 8 -5.1.3污垢热阻和管壁热阻...................................................................................... - 9 -5.1.4传热系数.......................................................................................................... - 9 -5.1.5传热面积裕度.................................................................................................. - 9 -5.2壁温计算. (9) 5.3换热器内流体的流动阻力 (10) 5.3.1管程流体阻力................................................................................................ - 10 -5.3.2壳程阻力........................................................................................................ - 11 - 5.3.3换热器主要结构尺寸和计算结果................................................................ - 11 - 6、结构设计 .................................................................................................. - 12 - 6.1浮头管板及钩圈法兰结构设计 (12) 6.2管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 (13) 6.3管箱结构设计 (13) 6.4固定端管板结构设计 (14) 6.5外头盖法兰、外头盖侧法兰设计 (14) 6.6外头盖结构设计 (14) 6.7垫片选择 (14)