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管壳式换热器管壳式热交换器设备工艺原理

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换热器基础知识.

换热器基础知识.

换热器基础知识简单计算板式换热器板片面积选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法：Q=K×F×Δt，Q——热负荷K——传热系数F——换热面积Δt——传热对数温差传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。

最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。

换热器的分类与结构形式换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。

随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：一、换热器按传热原理可分为：1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。

蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

二、换热器按用途分为：1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。

2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。

3、过热器过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。

4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。

三、按换热器的结构可分为：可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。

管壳式换热器制造工艺

管壳式换热器制造工艺
采用半自动气割机切割 采用 9mm 割边机 检查 采用双面弧焊 铲,磨的方法
两道冷压和一道热压 水压机,冲头,温度 900-1000
100%射线探伤 立车坡口加工,钻床钻孔
2-20 椭圆封头尺寸
2．筒体 材料为 16MnR，展开的坯料尺寸为 9850X8325X16 (mm)，拼接图如图 2-69
所示。它的制造过程列于表 2-19 2-19 筒体的制造过程
液化石油气储罐示意图一储罐主要构件的加工制造板材成型前的通用工艺流程列于表217序号工作内容要求加工方法加工内容或设备原材料复验外观几何尺寸和理化检验及钢板的超声波探伤钢印标记小于5毫米的板材用风刻电刻和不退色的墨水标记边缘加工气割或等离子弧坡口用机加工方法进行边缘加工二主要受压元件的成型和焊接工艺该封头为标准椭圆形封头材料为16mnr
许偏差分别列于表 2-25 和表 2-28。
3. 折流板等
下图为最常用的 20%DN 圆缺高度的弓形折流板，为保证加工精度和效率，常将圆板
坯以 8～10 块为一叠进行钻孔和切削加工外圆，折流板孔的允许偏差列于表 2-26。
4. 管子 换热器的管表面就是传热面积。常用管子外径 10~57 (mm)；其长度一般用 2000、 3000、6000(mm)等。管子应作下列试验：以管子数的 5％，且不少于 2 根作拉力、硬度 和扩口等抽样检验；进行水压试验（试验压力为设计压力的(1.5~2)倍，合格者才可使 用。 如采用胀接，管子两端应作软化退火处理，使管端的硬度低于管板硬度；另外，还 应对管端两倍于管板厚度的长范围内进行打磨，打磨后的粗糙度，钢管为
<0.5%ＤＮ
＜５
＜７
壳体内径过大或圆度误差会引起壳程介质短路而降低换热效率。
壳体的直线度误差会影响管束的抽装，对其要求列于表 2-24。

换热器介绍

换热器介绍

3.3 填函式换热器 填函式换热器的浮头与壳体间采用填料函进行密封和热补偿。
填函式换热器 优点：结构简单，造价较浮头式低。检修、清洗容易，填函处的泄漏能及时发现。 缺点：壳程受到填料密封的限制，不能承受过高的压力和温度。且壳程内介质有外漏的可能，壳 程内不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 为减少管束与壳体之间的环隙，可采用滑动式管板结构。
胀接长度取（1）两倍换热管外径；（2）50mm；（3）管板厚度减3mm三者中的最小值。
胀管前后的示意图
管板孔内开环形槽
2、焊接（Welding）
管子与管板间采用焊接连接
优点：连接结构简单、适用范围广；管板的加工 要求低、生产过程简单、生产效率高；管子与管 板选材要求简化、管端不须退火；在压力不高的 场合可使用较薄的管板。
3.1 固定管板式换热器
固定管板式换热器分为刚性结构的固定管板式和带膨胀节的固定管板式两种。换热器壳体和管束 通过两端的管板刚性地连在一起。
固定管板式换热器
带膨胀节的固定管板式换热器
优点：换热器结构简单、造价低，每根管子都能单独更换，管内便于清洗 缺点：管外清洗困难，管壳间有温差应力存在。当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。 固定管板式换热器适用于壳程介质清洁、不易结垢、温差不大和壳程压力不高的场合。
3.2 浮头式换热器 浮头式换热器中只有一块管板与壳体刚性固定在一起，另一端的管板可在壳体内自由移动。管束 和壳体在不同温度下膨胀自由，互不牵连。
浮头式换热器 优点：这种换热器消除了温差应力的影响，可用于温差较大的两种介质的换热。管程和壳程均能 承受较高的介质压力。管束可从壳程一端抽出，壳程与管程的清洗均很方便。 缺点：由于换热器管束与壳程之间存在较大的环隙，设备的紧凑性差，传热效率较低。结构复杂， 浮头部分由活动管板、浮头盖和勾圈组成，浮头处发生内漏不便检查。金属消耗量大，造价也较 高。

管壳式换热器分析

管壳式换热器分析
（3）浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，使壳体直径增大， 在管束与壳体之间形成了阻力较小的环形通道，产生旁流。
应用：主要用于管子和壳体间温差大、壳程介质腐蚀性强、易
结垢的场合。由于结构复杂，金属消耗多，应用受到一定限制。
管壳式换热器的类型、标准与结构
4) 填料函式换热器
结构：使一端管板固定、而另一
管壳式换热器的类型、标准与结构
钢制管壳式换热器型号表示法
管壳式换热器主要组合部件有前端管箱、壳体和后端结构(包括 管束)三部分，三部分的不同组合，就形成结构不同的换热器。
DN P LN Nt t A Ps d Ns
Ⅰ（或Ⅱ）
Ⅰ级（或Ⅱ级）换热器 管/壳程数，单壳程只写Nt LN—公称长度（m）, d—换热管外径（mm） 公称换热面积（m2） 管/壳程设计压力（MPa），压力相等时只写Pt 公称直径(mm)，对釜式重沸器用分数表示， 分子为管箱内直径，分母为圆筒内直径 第一个字母代表前端管箱型式，第二个字母代表壳体型式， 第三个字母代表后端结构型式
焊接：在高温高压下能保持连接的紧密性，对管板孔的加工要
求较低，同时比胀管的工艺简便。适用高温、高压、易爆介质 缺点：（1）在焊接接头处的热应力可能造成应力腐蚀和破 裂；（2）在管孔和管子间存在的间隙处也可能产生间隙腐蚀。
管壳式换热器的类型、标准与结构
2) 管子在管板上的排列
原则：
① 要保证管板有必要的强度，管子和管板的连接要坚固和紧密； ② 设备要尽量紧凑，以便减小管板和壳体的直径，并使管外空间 的流通截面减小，以便提高管外流体的流速； ③ 制造、安装和修理、维护简便。
折流板，（3）扇形折流板，（4）管孔形折流板
在弓形折流板中，流动死区较小，结构简单，因而用得最多； 盘环形结构比较复杂，不便清洗，一般用在压力较高和物料比较清 洁的场合；扇形和管孔形的应用较少。

套管式换热器工作原理

套管式换热器工作原理

套管式换热器工作原理引言套管式换热器是一种常用的热交换设备，其工作原理是通过在内外两个管子之间流动的流体进行热量的传递。

本文将详细介绍套管式换热器的工作原理。

工作原理套管式换热器由壳体、管束及管板等部分组成。

壳体是整个换热器的外壳，管束则是内外两个管子的集合体，管板则用于支撑和固定管束。

套管式换热器主要通过流体在内外两个管子中的循环流动实现传热的目的。

其中，一种流体（一般为热流体）在内管中流动，另一种流体（一般为冷流体）在外管中流动。

热流体在内管中流过时，会将热量传递给冷流体，在冷流体中形成了对流传热；同时，冷流体在外管中流过时，会将热量带走，保持一定的温度差，以提高换热效果。

内流体传热内流体在内管中流动时，通过边界层和层流区分析可知，在内流体的传热过程中，存在着由于流体的黏性导致的热阻。

因此，在设计套管式换热器时，需要考虑黏性传热的影响。

此外，还需要考虑内流体的流速、管位和壁温对传热效果的影响。

外流体传热外流体在外管中流动时，通过对流传热完成热量的带走。

冷流体的流速、管位和壁温等因素对传热效果有着重要的影响。

为了提高传热效果，可以采取增加流速、增加壁温差或者采用其他的措施来加强优化。

套管式换热器的类型套管式换热器可以根据内外管流体和热量传递方式的不同分为很多类型，如下所示：平行流套管式换热器平行流套管式换热器就是内外两管流体的流动方向相同，即平行流。

这种换热器的传热效果一般较差，热交换效率不高。

逆流套管式换热器逆流套管式换热器即内外两管流体的流动方向相反，即逆流。

逆流式换热器具有较好的传热效果，能够使换热器达到较高的热交换效率。

混流套管式换热器混流套管式换热器是内流体和外流体在套管中以相对较高的速度混合后分别流出的一种换热器。

这种换热器的传热效果一般特别好。

串流套管式换热器串流套管式换热器是内外两管流体（冷热）以串联的方式相互流动，即一先流体流过内管，再经过外管。

这种换热器的传热效果较为一般，传热系数较小。

第1章_热交换器基本原理【《热交换器原理与设计》课件】

第1章_热交换器基本原理【《热交换器原理与设计》课件】

逆流
1.2 平均温差
对顺、逆流的传热温差分析，作如下假设：
1. 冷热流体的质量流量和比热保持定值； 2. 传热系数是常数； 3. 热交换器没有热损失； 4. 沿流动方向的导热量可以忽略不计； 5. 同一种流体从进口到出口，不能既有相变又
有单相对流换热。
要计算整个换热的平均温差，首先需要知道 温差随换热面的变化，即 Δtx= f(Fx)，然后再沿 整个换热面积进行平均。
过冷
t1″ t2′
t1′ t2″
放热
过热 沸腾
t1′
部分冷凝
t1″
吸热
t2″
吸热
t1″ t2′
t2′
g ：一种流体有相变
h：可凝蒸气和非凝结性 气体混合物的冷凝
1.2.2 顺流、逆流下的平均温差
以顺流为例：已知冷热流体的进出口温度， 针对微元换热面dF一段的传热，温差为：
Δt=t1 – t2
→
dΔt=dt1 – dt2
Fx dΔt μk dF 0 Δt
dΔt μkdF Δt
Δtx ln μkFx Δt

Δtx
Δt
Δtx Δt e
μkFx
Δtx Δt e
Δt Δt e
"
μkFx
当 Fx = F 时，Δtx =Δt"
μkF
1 1 μ W1 W2
' 2

热容量：
W = M· C
(W/℃)
Q = W1 · Δt1 =W2 · Δt2
W1 Δt2 W2 Δt1
平行流：顺流和逆流
Hot fluid Cold fluid
Hot fluid Cold fluid

热交换器换热器的分类

热交换器换热器的分类■板式换热器的构造原理、特点:8p0u'KW4P(u.G+I9T8P-?板式换热器由高效传热波纹板片及框架组成。

板片由螺栓夹紧在固定压紧板及活动压紧板之间，在换热器内部就构成了许多流道，板与板之间用橡胶密封。

压紧板上有本设备与外部连接的接管。

板片用优质耐腐蚀金属薄板压制而成，四角冲有供介质进出的角孔，上下有挂孔。

人字形波纹能增加对流体的扰动，使流体在低速下能达到湍流状态，获得高的传热效果。

并采用特殊结构，保证两种流体介质不会串漏。

;B"P4Q%N/`(|'O■螺旋板式换热器的构造原理、特点:6S#y;Q+V8q螺旋板式换热器是一种高效换热器设备,适用汽-汽、汽-液、液-液，对液传热。

它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。

按结构形式可分为不可拆式(Ⅰ型)螺旋板式及可拆式(Ⅱ型、Ⅲ型)螺旋板式换热器。

Y-Y6F■列管式换热器的构造原理、特点:列管式换热器(又名列管式冷凝器)，按材质分为碳钢列管式换热器,钢铝复合轧片管，不锈钢列管式换热器和碳钢与不锈钢混合列管式换热器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程，传热面积1~500m2，可根据用户需要定制。

,I;^&@换热设备介绍:换热设备是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。

在热量交换中常有一些腐蚀性、氧化性很强的物料，因此，要求制造换热设备的材料具有抗强腐蚀性能。

它可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金属材料以及不锈钢、钛、钽、锆等金属材料制成。

但是用石墨、陶瓷、玻璃等材料制成的有易碎、体积大、导热差等缺点，用钛、钽、锆等稀有金属制成的换热设备价格过于昂贵，不锈钢则难耐许多腐蚀性介质，并产生晶间腐蚀。

t,H#m7E■管壳式换热器的构造原理、特点:6Q0uK;N)]3Jg%e管壳式换热器是进行热交换操作的通用工艺设备。

广泛应用于化工、石油、石油化工、电力、轻工、冶金、原子能、造船、航空、供热等工业部门中。

管壳式热交换器

课程设计说明书壳管式换热器设计专业：热能与动力工程班级：11-03班姓名：***学号：************摘要热交换器是指以传热内主要过程(或目的)的设备。

在工业中的有些设备，例如制冷设备、精馏设备等，在其完成指定的生产工艺过程的同时，都伴随着热的交换.但传热并非它们的主要目的，对它们的研究就不属于热交换摇的范畴。

本次设计的煤油冷却的管壳式换热器，设计用冷却水将煤油由180℃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。

操作条件是：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℃。

煤油冷却的管壳式换热器设计包括：管壳式热交换器的结构计算；管壳式热交换器的结构计算；管壳式热交换器的传热计算；管壳式热交换器的流动阻力计算；管壳式热交换器的合理设计等内容。

由于时间的原因我们没有进行关于管壳式热交换器的流动阻力计算。

关键词：管壳式换热器目录1 绪论 (01)1.1 管壳式热交换器的类型 (01)1.1.1固定管板式热交换器 (01)1.1.2 U形管式热交换器 (01)1.1.3浮头式热交换器 (02)1.1.4填料函式热交换器 (03)1.2 管壳式热交换器的标准 (06)1.3 管子在管板上的固定与排列 (07)1.3.1 管子在管板上的固定 (07)1.3.2 管子在管板上的排列 (07)2 工程概况和设计参数计算 (06)2.1 工程概况 (10)2.2 参数计算 (10)2.2.1 流体的物性参数 (10)2.2.2 传热量及平均温差 (11)2.2.3 估算传热面积及传热面结构 (12)2.2.4 管程计算 (13)2.2.5 壳程结构及壳程计算 (13)2.2.6 需要的传热面积 (17)3 总结 (19)4致谢 (20)5参考文献 (21)管壳式换热器设计论文- 1 -1.绪论1.1管壳式热交换器的类型管壳式热交换器按其结构的不同一般可分固定管板式、U 形管式、浮头式和填料函式四种类型。

管壳式换热器

管子长度主要根据工艺计算和整个换热器的几何尺寸的布局来确定，管子越长，换热器单位材料 消耗越低。但管子不能太长，否则对流体产生较大阻力，维修、清洗、运输、安装都不方便，管 子本身受力也不好。常用管长规格为1.5、2、2.5、3、4.5、5、6、7.5、9、12m等。
4、管子型式的选择（Choose the type of pipe）
管壳式换热器又称列管式换热器。管壳式换热器具有处理能力大适应性强，可靠性高， 设计和制造工艺成熟，生产成本低，清洗较为方便等优点，是目前生产中最为广泛使 用的一种换热设备。
管壳式换热器的设计和选用除了满足规定的化工工艺条件外，还需满足下列各项基本 要求：
（1）换热效率高； （2）流体流动阻力小，即压力降小； （3）结构可靠，制造成本低； （4）便于安装、检修。
管子一般都用光管，因为其结构简单、制造方便，但它强化传热的性能不足。为了强化传热，可 选用特殊型式的管子：
几种异形管
a）扁平管 b）椭圆管 c）凹槽扁平管 d）波纹管
纵向翅片管
a）焊接外翅片管 b）整体式外翅片管 c）镶嵌式外翅片管 d）整体式内外翅片管
径向翅片管
螺纹管
6.2.2 管子与管板的连接（Connection of Tube and Tube Plate）
胀接长度取（1）两倍换热管外径；（2）50mm；（3）管板厚度减3mm三者中的最小值。
胀管前后的示意图
管板孔内开环形槽
2、焊接（Welding）
管子与管板间采用焊接连接
缺点：胀接结构随温度的升高，管子或管板材料会产生高温蠕变，使接头处应力松弛或逐渐消失， 使连接处发生泄漏，造成连接失效。因此胀接结构只适用于温度不超过300℃、压力不超过4MPa 的场合。

全套电子课件：热交换器原理与设计


Mb
t1 t1expma L
expma L expmb L
(p)
将式(p)代入(n)，则：
Z
t1
t1
t1
t1
expma L mb expma
x L
expmb expmb
L
L
ma x
(q)
式(q)表示了壳侧流体温度沿距离x的变化规律。
若对式(n) x求导，可得壳侧流体温度的变化率：
dZ dt1 dx dx
P’ = P ·R R’ = 1/R
（2）P的物理意义：冷流体的实际温升与理论所
能达到的最大温升之比（< 1） → 温度效率
（3）R的物理意义：两种流体的热容量之比。
R t1 t1 W2 t2 t2 W1
1) 热流体在管外为一个流程， 冷流体在管内先逆后顺两个
流程<1–2>型热交换器
ψ
R2 1
W1 KS
d 2t1 dx 2
2 dt1 dx
KS W2
t2b
t2a
(h)
将式(b)代入式(h)并整理：
d 2t1 dx 2
2KS W1
dt1 dx
KS W2
2 t1
t1
0
(i)
此为壳侧流体温度沿流动方向的微分方程。
为求解此式，引入新变量：
Z = t′1 – t1
(j)
t′1为热流体起始温度，看作常量，(i)式变成：
Mamaexpma x Mbmb mb x
(r)
将式(f)代入式(r)，考虑到边界条件：
x=0时，t1 =t″1，t2a =t′2，t2b =t″2
则：
Mama
Mbmb
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管壳式换热器管壳式热交换器设备工艺原理
管壳式换热器概述
管壳式换热器，也称为管式热交换器，是一种广泛应用于化工、石油、制药、食品、能源等行业的换热设备。

它主要由热交换器管道
（管束）和热交换器壳体（壳体）组成，是实现两种不同物质之间的
热量传递的一种设备。

管壳式换热器结构
热交换器管道（管束）
管束是管壳式换热器的核心组件，主要由多个平行管道组成。

这些
管道可以是直管、弯曲管等不同形状和长度的管道，通常采用不锈钢、钛、铜合金等耐腐蚀材料制成。

热交换器壳体
壳体是管壳式换热器的外壳部分，包裹着管束。

壳体通常由钢板焊
接而成，并装有进出口口和配套的密封等组件。

热交换器管板
管板使用于多传热室的管壳式换热器内部结构，并将热交换器分为
不同的传热室，是管束定位、支撑和密封的基础。

热交换器密封件
在管束与热交换器壳体之间、管板与壳体之间拼合处都需要设置密封垫或O型密封圈，从而保证热交换器内外流体不会相互混合，保证设备安全运行。

管壳式换热器原理
管壳式换热器是通过管壳式热交换器内和外两侧的不同介质之间的热量传递实现热交换的。

管壳式换热器内的流体是管道（管束）中的介质，分别由进口和出口管道进出，在管束内部流动。

而壳体外部则是流动着另一种介质的热交换模式。

管壳式换热器内的热量传递基于热传导和对流传热两种传热方式。

传导是介质之间的热量传递，而对流传热是通过流体流动和强制对流带来的。

管壳式换热器使用这两种传热方式，通过热传导和对流传热将内外流体的热量进行传递和交换。

管壳式换热器应用
管壳式换热器广泛应用于化工、石油、制药、食品、能源等行业，用于不同种类流体之间的热量传递和温度调节。

管壳式换热器通常也用于制冷和空调等设备中，以提高其制冷效率。

管壳式换热器特点
1.传热效率高：采用管壳式结构，通过内部和外部流体传热
方式，热量更充分交换。

2.安全可靠：壳体密封设计，避免内外两种介质相互混合。

3.维护方便：由于管壳式换热器内壳体开口设计，维护和维
修更加容易。

4.具有高温高压耐受性能，能适应多种复杂工况。

管壳式换热器应用案例
在石油化工、制药等行业，管壳式换热器是一种经常使用的设备。

以下是一些管壳式换热器应用案例：
石油化工
管壳式换热器被广泛应用于石油化工生产过程中的热交换环节，例如蒸馏、加氢反应等研究中。

制药
在制药生产过程中，管壳式换热器常用于提高分离过程效率，提取药物和制造药品。

食品加工
在食品加工过程中，管壳式换热器可以用于蒸汽加热、热水加热、冷却和加热。

它在炭化和膜分离等工艺中也经常使用。

结论
总之，管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、制药、食品、能源等行业的换热设备。

它是实现两种不同物质之间的热量传递的一
种设备。

管壳式换热器结构简单、传热效率高、安全可靠、具有高温高压耐受性能。

掌握了它的工艺原理，能够更好地利用它的特点，促进它在某些行业中的应用。