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壳管式冷凝器课程设计
第一部分：
一：设计任务：用制冷量为KW 6.273的水冷螺杆式冷水机组，制冷
剂选用a R 134，蒸发器形式采用冷却液体载冷剂的卧式蒸发器，冷凝器采用卧式壳管式。
二：工况确定 1：冷凝温度k t 确定：
冷却水进口温度c t w ?=321，出口温度c t w ?=372，冷凝温度k t ：由
c t t t m k ?=++=++=
405.52
37
32221θ。 2：蒸发温度0t 确定:
冷冻水进口温度c t s ?=121，出口温度c t s ?=72，蒸发温度0t ：由
c t t t m s s ?=-+=-+=
25.72
7
122210θ。 3：吸气温度c ?7，采用热力膨胀阀时，蒸发器出口温度气体过热度为c ?-53。过冷度为c ?5，单级压缩机系统中，一般取过冷度为c ?5。 三：热力计算：
1： 热力计算：制冷循环热力状态参数经过查制冷剂的参数可知，作表格如下：
2热力计算性能
（1）单位质量制冷量o q
1542494035
1
=-=-=h
h q Kg KJ
（2）单位理论功o w
65.2440365.4271'
20=-=-=h h w s Kg KJ
（3）制冷循环质量流量m q
s Kg q
Q q m
517.1154
6
.2330
==
=
（4）实际输气量vs q
s m v q q
m
vs
/1.0066.0517.131=?=?=
（5）输气系数λ：取压缩机的输气系数为 （6）压缩机理论输气量vh q
s m q
q
vs
vh
3133.075
.01
.0==
=
λ
（7）压缩机理论功率o p
Kw w
q p m
4.376
5.24517.10
=?=?=
(8)压缩机指示功率i p
Kw i
i
p p 4485.04.370
===η
（9）制冷系数及热力完善度 理论制冷系数：25.665
.24154000===
w q ε 实际制冷系数：78.444
9.06.2330=?===
i m m i s p Q ηηεε 卡诺循环制冷系数：24.715
.27515.31315
.27500=-=-=
T T T K c ε
故热力完善度为：66.024
.778.4===c s εεη （10）冷凝器热负荷 由=-+
=i
s h h h h η1
212kg kJ /432，
则kg kJ h h q Q m k /268)255432(517.1)(32=-=-=
（11）压缩机的输入电功率 由kw w q p mot
m o
m 3.4886
.09.065
.24517.1=??=
=
ηη，取86.0,9.0==mot m ηη
（12）能效比 p Q EER 0=
836.43
.486.233== 循环的热力计算如下：
3.压缩机的选型
在制冷系统中，压缩机起到非常大的作用。它是整个系统运行的心脏，带动整个系统的正常运行。压缩机的作用主要是：从蒸发器中吸出蒸汽，以保证蒸发器内一定的蒸发压力；提高压力（压缩），以创造在较高温度下冷凝的条件；输送制冷剂，使制冷剂完成制冷循环。制冷系统所需要的制冷量Q0=,需要选配制冷压缩机。
压缩机的种类很多，可分两大类—容积式和速度型。容积式压缩机是靠工作腔容积改变实现吸气、压缩、排气等过程。这类压缩机又分往复式和回转式压缩机。往复式又称活塞式。速度型压缩机是靠旋转的叶轮对蒸汽做功，使压力升高以完成蒸汽的输送，这类压缩机又分离心式和轴流式。
活塞式压缩机是问世最早的一种机型，至今已发展到几乎完善的程度，由于其压力范围大，能够适合较广的能量范围，有高速，多缸能量可调，热效率高，适用多种制冷制等优点。并且我国对此机的加工制造已有数十年的经验，加工较容易，造价也较低，国内应用极为普遍，有成熟的运行管理，维护经验。
本设计初步选择螺杆式冷媒压缩机。螺杆压缩机一般都是指双螺杆压缩机，它由一对阳、阴螺杆构成，是回转压缩机中应用最广泛的一种，在化工、制冷及空气动力工程中，它所占的比重越来越大。螺杆式热泵机组无论是COP值还是维护费用、振动频率、噪音等性能均优于活塞式热泵机组。该产品有以下特点：
1.四段容调或连续卸载控制设计，随负荷变化调整压缩机的输出，节省能源消耗。
2.转子经专用研磨加工及动力平衡校正，配合进口德国FAG及瑞典SKF高精密轴承，运行平顺，振动小，噪音低。
3.采用法国进口高效率耐氟电机，效率高、可靠性好。
4.采用最新的第三代非对称齿形，公称子五齿，母转子六齿，齿间压力落差及回吹孔小，容积效率高，节省能源。采用全新高效油分离器，分油效果达％，
有利于提高机组蒸发器效率，并适用于满液式蒸发器设计。
5.半密闭设计不需要轴承，无轴封泄漏问题、可靠性佳，且马达与机体为分离式设计，易于维护与保养。
6.除一般的冷水机组和空调储冰系统以外，依使用工况不同另设计高压缩比机种，效率高。可靠性佳，适用于风冷机组、热泵机。 根据已知条件进行计算选型：
吸气状态的比体积：kg m v /106.6321?= 压缩机的实际输气量：s m v q q m vs /1.01=?=
压缩机的理论输气量：h m s m q q vs vh /8.478133.033===λ
制冷压缩机的理论功率0p 、指示功率i p ：
kw w q p o m 4.370=?=
i
o
i p p η=
=
kW 4485
.04
.37= 选用比泽尔CSH8573-110Y-40P 型号螺杆式 压缩机机组，制冷量为243kw 。
第二部分：壳管式冷凝器设计
结构的初步规划
：结构型式
系统制冷量为，制冷量相对较大，本次设计选用壳管式器较为合适。 污垢系数的选择
参看文献，可取氟利昂侧 0r = ?2m ℃/kW ，冷冻水侧 1r = ?2m ℃/kW 。
冷冻水的流速：
初步设计机组每天运行10小时，则每年运行小时数约为3000～4000。参看文献数据，取冷冻水流速 u = 2m/s 。 管型选择：
参考文献[1,70-71]中所述及文献[1]表3-4。本次设计选取表3-4中的4号管：?16mm ×，因其增强系数相比较大，有利换热。其有关结构参数如下：
管内径i d =11mm ，翅顶直径t d = ，翅厚t δ= ，翅根管面外径b d = ，翅节距f s =，翅高h ＝。
单位管长的各换热面积计算如下： 每米管长翅顶面积：d a =
t t f d s πδ=0.015860.000223
0.00125
π??= m m /2 每米管长翅侧面积：f a =
22()2t b f
d d s π-=
22(0.015860.01286)
20.00125
π-?= m m /2
每米管长翅间管面面积：
b a =
d ()b f t f
s s s π-=
0.01286(0.001250.000223)
0.00125
π??- = m m /2
每米管长管外总面积：of a =d a +f a +b a = m m /2 每米管长管内面面积：i a = πi d =π?= m m /2 冷却水流量：
取冷却水进出口温度的平均温度为定性温度，m t =2
37
32+ ℃= ℃。 由传热学附录9中查得其有关物性参数如下：
ρ水= 3/m kg c 水= )/(K kg kJ ?
冷却水流量为：
v q =
）（水水21w w k
t t c Q -ρ=
()
01292.03237174.43.994268＝-?? s m /3 （）
估算传热管总长
参看文献[1，75]，按管外面积计算热流密度0q ，在设计条件下，热流密度0q 可在5000～70002/m W 范围内取值。本设计假定 0q = 50002/m W 。
则应布置的传热面积：of A = 0k Q q = 23
6.535000
10268m ＝? 应布置的有效总管长： L =
of of
A a =
m 4.3561504
.06
.53= 确定每流程管数Z ，有效单管长l 及流程数N
冷却水的流速u = s ，冷却水流量v q = 01292.0s m /3，则每流程管数 Z =
2
4v
i q d u π=5
.1011.014.301292.042???= （根），圆整后取Z =91根。 则实际水流速s m Z d q u i v /495.191
011.014.301292.0442
=???==
π 对流程数N 、总根数NZ 、有效单管长l 、壳体内径i D 及长径比i D l /进行组合计算，组合计算结果如表所示
表 组合计算结果
参看文献[1，76]，在组合计算中，当传热管总根数较多时，壳体内径i D 可按下式估算： (1.15 1.25i D =～）式中 s ——相邻管中心距，0(1.25 1.30s d =～），单位为 m ； 0d ——管外径，单位为 m 。
系数1.15 1.25～的取法：当壳体内管子基本布满不留空间时取下限，当壳体内留有一定空间时取上限。（本设计取下限计算 1.25i D =
查看文献[1]表，由0d =16mm 查得：换热管中心距s = 22mm 。
参看文献[1，76]，长径比i D l /一般在6～8范围内较为适宜，长径比大则流程数少，便于端盖的加工制造。当冷凝器与半封闭式活塞式制冷压缩机组成机组时应适当考虑压缩机的尺寸而选取更为合适的冷凝器的长径比。据此，本设计选取2流程方案作为结构设计依据，管径选择400mm 的无缝钢管。
热力计算
水侧表面传热系数
从管子在壳体的实际排列来看，每个流程的平均管子数为n=92，因此在管内的水速平均值为：s m n
d q u i v
/48.192
011.001292
.0442
2=???=
=
ππ 由m t = 34℃查文献[2]附录9表得其运动粘度s m v /107466.026-?=。 由文献[1]表3-12查得其物性集合系数 B = 。因为雷诺数Re =
i
ud ν
=
6
107466.0011.048.1-??= 21806＞410，亦即水在管内的流动状态为湍流，则由文献[1，78]中式（3-5），水侧表面传热系数：
)/(6.7345011
.048.12.217822
.08
.02.08.0K m W d u B i wi
?=?==α
氟利昂侧冷凝表面传热系数
根据图的排管布置，管排修正系数由文献[1，77]中式（3-4）计算
745.0184
856204424833
.0833.0833.0833.0=?+?+?+?=n ε
根据所选管型，低翅片管传热增强系数由文献[1，77]中式（3-2）计算如下：
环翅的当量高度 22
22(-d )
(15.86-12.86)
4415.86
t b t
d h d ππ'==
?mm =
增强系数 ：
141.1()b f b
b of of a a a d a a h ?+=+'
=
1
40.03320.03320.103812.861.1()0.15040.1504 4.26++??= 查文献[1，76]表3-11，R134a 在冷凝温度k t =40℃时，其物性集合系数 B = 由文献[1，76]式（3-1）计算氟利昂侧蒸发表面传热系数，
25.025.0)(725.0---=o wo n b ko t t Bd ?εα
=25
.0025.0745.054.101286.03.1516725.0---?????）
（t t k 3745=0.250θ-)/(2K m W ?
其中wo t ——管外壁面温度,℃；
0θ ——蒸发温度与管外壁面温度之差,℃。 实际所需热流密度计算
对数平均温差 374032
40ln 32
37ln
2
112---=
---=
w k w k w w m t t t t t t θ＝℃ 水侧污垢系数i r = W k m /2?。
将有关各值代入文献[1，78] 式（3-6）和（3-7），热流密度计算0q （单位为2/m W ）：
00ko q αθ== 374575.0o θ m
of i of i i o
m o a a a a a q λδγθθ++-=
)1
()1.51280.042
.01504.03930015.00345.01504.0000086.06.105441(10.5o o
θθ-??+?+-=
（＝）
选取不同的0θ（单位为℃）进行迭代计算，计算结果列于表：
o q 计算结果
当0θ=c ?，两式的o q 值误差已经很小了，取20/4714m W q =，计算实际需要的传热面积：285.564714
268000
m q Q A o K of ===
，初步设计结构中实际布置冷凝传热为2m ，较传热计算所需面积小%7.5，满足要求，可认为原假定值及初步结构设计合理。
阻力计算 冷却水的流动阻力计算
冷却水流动时的阻力的计算，其中沿程阻力系数ξ为
026.021*******
.03164.025
.025.0==ef
R ＝
ξ
冷却水的流动阻力i P ?为 ()21 1.512t i i l P u N N d ρξ?
??=++????
=
)]12(5.1011
.007
.022026.0[48.13.994212+?++????? ＝25800Pa 式中，N ——管程；
t l ——左、右两管板外侧端面间的距离，每块管板厚度为35mm （见后面
结构确定），则 t l =（2+ ）m 。
考虑到外部管路损失，冷却水泵的总压头约为
MPa P P i 1258.010258001.01.06'=?+=?+=?-
结构设计计算
筒体
根据文献[3]表可知，当换热管外径d 0=16mm 时，换热管中心距为s=22mm ，分程隔板槽两侧相邻中心距I E =35mm 。
根据文献[3，46]可知，热交换器管束最外层换热管表面至壳体内壁的最短距离b=且不小于8mm ,故本设计取8mm 。
根据文献[5]表6-4,选用壳体经济壁厚8mm ，故经计算得出的壳体最小外径：
D=400mm
此时实际长径比为
54
.02==i D l 根据文献[3，54]，目前所采用的换热管长度与壳体直径之比，一般在4～
25之间，故设计合理。 管板
管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个主要受压元件。对于管板的设计，除满足强度要求外，同时应合理考虑其结构设计。 管板选用直接焊于外壳上并延伸到壳体周围之外兼作法兰，管板与传热管
的连接方式采用胀接法。
（2）管板最小厚度
表5-4-1 胀接时的管板最小厚度
构式就和制造的要求，且不小于12mm 。若管板采用复合管板，其复层的厚度应不小于3mm 。对有腐蚀性要求的复层，还应保证距复层表面深度不小于2mm 的复层化学成分和金相组织复层材料的要求.本设计选择管板厚度为30mm 。 管孔直径d p ：根据文献[1]表3-5得 换热管外径d 0：16mm 允许偏差0
16.0-
管板管孔径d p ： 允许偏差05
.01.0+-
分程隔板
根据文献[5]，分程隔板厚度选mm 12=δ，焊接在端盖上。
拉杆的直径和数量
表1 拉杆直径选用表
由于换热管外径为16mm ，故拉杆直径取12mm ，其数量为4。
拉杆与定距管固定，拉杆的一端用螺纹拧入管板，每两块折流板之间用定距管固定，拉
杆最后一块折流板用螺纹固定，拉杆的螺纹长度根据壳管式换热器手册可知：
mm d l 185.102==
垫片的选取
查文献[8],选取垫片材料为石棉，具有适当加固物（石棉橡胶板）；基础参数为厚度δ=,垫片外径为890mm,内径为618mm, 设计压力为,垫片系数m=,比压力y=。
连接管的确定
冷却水进出口连接管
水的流量vs q =s m /3，选流速s m u /2.1=，故管内径
mm m u
q d v
i 117117.02
.114.301292
.044==??==
π
查文献[6]可取无缝钢管6121?Φmm 。实际流速为s m u /202.1=‘
制冷剂连接管
由原始数据查R134的h p -lg 图得，冷凝器进口处kg m /1088.20332-?=υ，冷凝
器出口kg m /1082.3334-?=υ。
根据： 1.517/m q kg s =
液体的体积流量
1v q =334
1079.51082.3517.1--?=??=νm q s m /3
蒸气的体积流量
33221067.311088.20517.1--?=??==νm v q q s m /3
出液接管的内径（选液体流速为s m u /11=） mm m u q d v i 860859.01
14.31079.5443
1
1
1==???==
-π
圆整后，查文献[6]取无缝钢管mm 489?Φ
进气接管内径（选蒸汽流速为s m u /102=） mm m u q d v i 5.630635.010
14.31067.31443
2
2
2==???==
-π
圆整后，查文献[6]取无缝钢管mm 468?Φ。实际流速为s m u /7.82=。
法兰结构设计
（1）管板法兰设计：本次设计管板与壳程圆筒连为整体， 其延长部分兼作法兰， 与管箱用螺柱、 垫片连接。
根据关系可知：法兰的宽度2
)
(0D D b f t -=
，根据法兰尺寸标准，与壳体配合， 根据
壳体外径DN=400mm 和文献，管板的法兰选用外径D=490mm,内径B=400mm ，厚度C=26mm 的法兰。法兰固定螺栓孔中心圆直径K=445mm ，螺栓孔孔径L=22mm ，螺栓规格为M20，螺栓数量n=16。
（2）进出水口法兰设计：根据进出水口的管道，选择相应的法兰，根据标准选择240mm 的法兰外径，螺栓孔中心圆直径为200mm ，螺纹孔直径为18，选用型号为M16的螺栓，螺栓的数目为8个，法兰厚度为20mm 。
（3）制冷剂进出口法兰设计：根据进制冷剂的管道为79mm ，选择相应的法兰，根据标准选择190mm 的法兰外径，螺栓孔的中心圆的直径为150，螺纹孔直径为18，选用型号为M16的螺栓，螺栓的数目为4个，法兰的厚度18mm 。根据出制冷剂的管道为68mm ，选择相应的法兰，根据标准选择的160mm 的法兰外径。螺栓孔的中心圆的直径为130mm 。螺纹的孔直径的14mm ，选用的型号为M12的螺栓，螺栓的数目为4个，法兰的厚度为16mm 。
支座的选择
支座是用来支承容器及设备重量，并使其固定在某一位置的压力容器附件。在某些场合还受到风载荷、地震载荷等动载荷的作用。
压力容器支座的结构形式很多，根据容器自身的安排形式，支座可以分为两大类：立式容器支座和卧式容器支座。
由于该冷凝器为卧式容器，公称压力为1.6MPa，筒体直径为400mm。
故选用鞍式支座，支座材料选用HT-200，根据《标准零部件》选型号为：T
JB4712—92 鞍座BI 450—F。该支座必须设计垫板。因为：该容器圆筒鞍座处的周向应力大于规定值；容器圆筒有热处理要求；容器重量较大，地基可能不一定为钢筋混泥土时。
公
称
直
径
DN
允许
载荷
()
Q KN
鞍
座
高
度
h
底板
腹
板
筋板垫板
螺
栓
间
距
2
l
鞍
座
重
量
kg
1
l
1
b
1
δ
2
δ
3
b
3
δ弧
长
4
b
4
δe 400 60 200 380 120 8 8 96 8 480 160 6 28 260 13 补强圈设计
由于各种工艺和结构上的要求，不可避免地要在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接关的连接处，因结构的连接性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。开孔补强设计就是指采取适当增
加壳体或接管厚度的方法将应力集中系数减小到某一允许数值。压力容器接管补强结构通常采用局部补强结构，主要有补强圈补强、厚壁接管补强和整锻件补强三种形式。
GB150规定，当在设计压力小于或等于的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距（对曲面间距以弧长计算）大于两孔直径之和的两倍，且接管公称外径小于或等于89mm时，只要接管最小厚度满足表要求，就可不另行补强。
表不另行补强的接管最小厚度（mm）
接管公称外径25 32 38 45 48 57 65 76 89
最小厚度
（1）壳程管道位置设计
根据换热器手册可知：如图
本次设计不设补强圈，选取第二种形式设计，
即：
1
(304)34104.5, 2
H
d
L mm mm
≥+-+=取105。
另由《换热器设计手册》表1-6-6查得，接管外伸长度（也叫接管伸出长度，是指接管法兰面到壳体（管箱壳体）外壁的长度）均取为150mm。（2）管程管道位置设计
根据换热器手册可知：如图
本次设计带补强圈，选取第一种形式：其中H D 表示补强圈的外径，根据JB/T4736国标
选择对应的补强圈的直径为250mm ，厚度为4mm ，C 取30mm ，mm h f 20=
即=++≥
C h
D l f H
2
175mm ，取mm l 175=，接管外伸长度（也叫接管伸出长度，是指接管法兰面到壳体（管箱壳体）外壁的长度）均取为150mm 。
第四部分：总结省略
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施工组织设计
本施工组织设计是本着“一流的质量、一流的工期、科学管理”来进行编制的。编制时，我公司技术发展部、质检科以及项目部经过精心研究、合理组织、充分利用先进工艺，特制定本施工组织设计。
一、工程概况：
西夏建材城生活区27#、30#住宅楼位于银川市新市区，橡胶厂对面。
本工程由宁夏燕宝房地产开发有限公司开发，银川市规划建筑设计院设计。
本工程耐火等级二级，屋面防水等级三级，地震防烈度为8度，设计使用年限50年。
本工程建筑面积:27#楼;30#楼m2。室内地坪±以绝对标高m 为准，总长27#楼；30#楼m。总宽27#楼；30#楼m。设计室外地坪至檐口高度00m，呈长方形布置，东西向，三个单元。
本工程设计屋面为坡屋面防水采用防水涂料。外墙水泥砂浆抹面，外刷浅灰色墙漆。内墙面除卫生间200×300瓷砖，高到顶外，其余均水泥砂桨罩面，刮二遍腻子；楼梯间内墙采用50厚胶粉聚苯颗粒保温。地面除卫生间200×200防滑地砖，楼梯
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 (1) 第二章管壳式换热器简介 (1) 第三章设计方法及设计步骤 (2) 第四章工艺计算 (3) 4、1 物性参数的确定 (3) 4、2核算换热器传热面积 (4) 4、2、1传热量及平均温差 (4) 4、2、2估算传热面积 (6) 第五章管壳式换热器结构计算 (7) 5、1换热管计算及排布方式 (7) 5、2壳体内径的估算 (10) 5、3进出口连接管直径的计算 (10) 5、4折流板 (10) 第六章换热系数的计算 (15) 6、1管程换热系数 (15) 6、2 壳程换热系数 (16) 第七章需用传热面积 (17) 第八章流动阻力计算 (19) 8、1 管程阻力计算 (20) 8、2 壳程阻力计算 (20) 总结 (22)
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 管壳式换热器就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就是强化传热,提高对苛刻的工艺条件与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、扩大传热面积与增大传热温差等方式,其中提高传热系数就是强化传热的重点,主要就是通过强化管程传热与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,以获得粗糙的表面与扩展表面;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)就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)与管外空间(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。这就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
什么是壳管式冷凝器 壳管式冷凝器是山东万合制冷设备系列冷水机常用到的一种换热器，和壳管式蒸发器相似，壳管式冷凝器是由壳体、管板、传热管束、冷却水分配部件(水盖或分水乡)、冷却水及制冷剂的进出管接头等组成的一个封闭的水冷冷凝器。 小型冷凝器的壳体可选用粗的无缝钢管。大型冷凝器的壳体则要用钢板卷焊而成。管板焊接于壳体的两端，构成一个完整的壳体。管板上加工了许多孔(管孔)，传热管束穿入管孔后，两端与管板采用胀接或焊接方式相连，并要具备良好的气密性。 壳管式冷凝器主要应用于水冷冷水机。根据壳体和传热管束的空间方位(竖直或水平)，壳管式冷凝器可分为立式和卧式两种。但无论是哪一种型式，冷却水都是走管程(传热管束内)，制冷剂都是走壳程的(壳体内、传热管束外的空间)，即高温、高压制冷剂蒸气在传热管外表面冷却、凝结并汇聚到壳体的地步。 之所以这样安排流程，是因为冷却水和管束之间的平均传热系数，一般都高于制冷剂蒸气冷凝的平均传热系数，冷凝就需要较大的换热面；此外，为了使高温、高压制冷剂蒸气的压力控制在一定的范围内，也需要较大的空间。
除所处空间方位不同外，立式和卧式壳管冷凝器还有一个重要区别，这就是卧式壳管冷凝器两端有水盖，水盖与壳体(或管板)常以法兰形式相连，因而冷却水处于一个密闭的空间。所以卧式壳管冷凝器又叫封闭式壳管冷凝器。立式壳管冷凝器常坐落于一个集水池上，上下两端无水盖，但上端设有分水箱。冷却水经分水箱内的许多分水器分配后，进入每个传热关内，从管壁上吸热后从下端流出，落于集水池内，因此立式壳管冷凝器又称敞开式壳管冷凝器。 以上是山东万合制冷设备有限公司对壳管式冷凝器的理解及其分类，而根据冷水机款型不同，所选用的冷凝器也不一样，具体可参考阅读《工业冷水机冷凝器的型式选择案例分享》。
管壳式冷凝器的设计 学院：工程学院 班级：12建环 姓名：赵婉莹 学号：169440024
目录 一、设计任务书 (3) 二、流程示意图 (3) 三、设计方案的确定及说明 (4) 四、设计计算及说明 (5) 五、设计评论及讨论 (11)
一、设计任务书 （一）设计题目：管壳式冷凝器设计（二）给定条件： 二、流程示意图
流程图说明： 本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。 1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高； 2 3 高温高压的F—22蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。 4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中； 4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器； 5 1 低压的F—22蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。 5’1是一个回热循环。 本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，F—22蒸汽走壳程。采用多管程排列，加大传热膜系数，增大进，出口水的温差，减少冷却水的用量。 三、设计方案的确定及说明。 1·流体流入空间的选择 本设计采用河水为冷却剂，河水比较脏和硬度较高，受热后容易结垢。同时，氨走壳程也便于散热，从而减少冷却水的用量。因此，为方便清洗和提高热交换率，冷却水应走管程，氨制冷剂应走壳程。 2·流速的选择 查得列管换热器管内水的流速，管程为0.5～3m/s，壳程0.2～1.5m/s[2]；根据本设计制冷剂和冷却剂的性质，综合考虑冷却效率和操作费用，本方案选择流速为1.5m/s。
壳管式冷凝器课程设计 第一部分： 一：设计任务：用制冷量为KW 6.273的水冷螺杆式冷水机组，制冷 剂选用a R 134，蒸发器形式采用冷却液体载冷剂的卧式蒸发器，冷凝器采用卧式壳管式。 二：工况确定 1：冷凝温度k t 确定： 冷却水进口温度c t w ?=321，出口温度c t w ?=372，冷凝温度k t ：由 c t t t m k ?=++=++= 405.52 37 32221θ。 2：蒸发温度0t 确定: 冷冻水进口温度c t s ?=121，出口温度c t s ?=72，蒸发温度0t ：由 c t t t m s s ?=-+=-+= 25.72 7 122210θ。 3：吸气温度c ?7，采用热力膨胀阀时，蒸发器出口温度气体过热度为c ?-53。过冷度为c ?5，单级压缩机系统中，一般取过冷度为c ?5。 三：热力计算： 1： 热力计算：制冷循环热力状态参数经过查制冷剂的参数可知，作表格如下：
2热力计算性能 （1）单位质量制冷量o q 1542494035 1 =-=-=h h q Kg KJ （2）单位理论功o w 65.2440365.4271' 20=-=-=h h w s Kg KJ （3）制冷循环质量流量m q
s Kg q Q q m 517.1154 6 .2330 == = （4）实际输气量vs q s m v q q m vs /1.0066.0517.131=?=?= （5）输气系数λ：取压缩机的输气系数为0.75 （6）压缩机理论输气量vh q s m q q vs vh 3133.075 .01 .0== = λ （7）压缩机理论功率o p Kw w q p m 4.376 5.24517.10 =?=?= (8)压缩机指示功率i p Kw i i p p 4485.04.370 ===η （9）制冷系数及热力完善度 理论制冷系数：25.665 .24154000=== w q ε 实际制冷系数：78.444 9.06.2330=?=== i m m i s p Q ηηεε 卡诺循环制冷系数：24.715 .27515.31315 .27500=-=-= T T T K c ε 故热力完善度为：66.024 .778.4===c s εεη （10）冷凝器热负荷 由=-+ =i s h h h h η1 212kg kJ /432， 则kg kJ h h q Q m k /268)255432(517.1)(32=-=-= （11）压缩机的输入电功率 由kw w q p mot m o m 3.4886 .09.065 .24517.1=??= = ηη，取86.0,9.0==mot m ηη
目录 食品工程原理课程设计任务书 (2) 流程示意图 (3) 设计方案的确定及说明 (4) 设计方案的计算及说明（包括校核） (5) 设计结果主要参数表 (10) 主要符号表 (11) 主体设备结构图 (11) 设计评价及问题讨论 (12) 参考文献 (12)
一食品工程原理课程设计任务书 一．设计题目：管壳式冷凝器设计． 二．设计任务：将制冷压缩机压缩后的制冷剂（F-22，氨等）过热蒸汽冷却，冷凝为过冷液体，送去冷库蒸发器使用。 三．设计条件: 1.冷库冷负荷Q0=学生学号最后2位数*100（kw）； 2.高温库，工作温度0～4℃。采用回热循环； 3.冷凝器用河水为冷却剂, 每班分别可取进口水温度： 17～20℃（1班）、21～24℃（2班）、 25～28℃（3班）、 13～16℃（4班）、9～12℃（5班）、5～8℃（6班）； 4.传热面积安全系数5%～15%。 四．设计要求：1.对确定的工艺流程进行简要论述； 2.物料衡算，热量衡算； 3.确定管式冷凝器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5.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（包括校 核）；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。） 6.绘制工艺流程图,管壳式冷凝器的结构图（3号图纸）、及花 板布置图（3号或者4号图纸）。
二、流程示意图 流程图说明： 本制冷循环选用卧式管壳式冷凝器，选用氨作制冷剂，采用回热循环，共分为4个阶段，分别是压缩、冷凝、膨胀、蒸发。 1 2 由蒸发器内所产生的低压低温蒸汽被压缩机吸入压缩机气缸，经压缩后温度升高； 2 3 高温高压的F—22蒸汽进入冷凝器；F—22蒸汽在冷凝器中受冷却水的冷却，放出热量后由气体变成液态氨。 4 4’ 液态F—22不断贮存在贮氨器中； 4’ 5 使用时F—22液经膨胀阀作用后其压力、温度降低，并进入蒸发器； 5 1 低压的F—22蒸汽在蒸发器中不断的吸收周围的热量而汽化，然后又被压缩机吸入，从而形成一个循环。 5’1是一个回热循环。 本实验采用卧式壳管式冷凝器，其具有结构紧凑，传热效果好等特点。所设计的卧式管壳式冷凝器采用管内多程式结构，冷却水走管程，F—22蒸汽走壳程。采用多管程排列，加大传热膜系数，增大进，出口水的温差，减少冷却水的用量。
%物性参数 % 有机液体取69度 p1=997; cp1=2220; mu1=0.0006; num1=0.16; % 水取30度 p2=995.7; mu2=0.0008; cp2=4174; num2=0.62; %操作参数 % 有机物 qm1=18;%-----------有机物流量-------------- dt1=78; dt2=60; % 水 t1=23; t2=37;%----------自选----------- %系标准选择 dd=0.4;%内径 ntc=15;%中心排管数 dn=2;%管程数 n=164;%管数 dd0=0.002;%管粗 d0=0.019;%管外径 l=0.025;%管心距 dl=3;%换热管长度 s=0.0145;%管程流通面积 da=28.4;%换热面积 fie=0.98;%温差修正系数----------根据R和P查表------------ B=0.4;%挡板间距-----------------自选-------------- %预选计算 dq=qm1*cp1*(dt1-dt2); dtm=((dt1-t2)-(dt2-t1))/(log((dt1-t2)/(dt2-t1))); R=(dt1-dt2)/(t2-t1); P=(t2-t1)/(dt1-t1); %管程流速 qm2=dq/cp2/(t2-t1); ui=qm2/(s*p2);
%管程给热系数计算 rei=(d0-2*dd0)*ui*p2/mu2; pri=cp2*mu2/num2; ai=0.023*(num2/(d0-2*dd0))*rei^0.8*pri^0.4; %管壳给热系数计算 %采用正三角形排列 Apie=B*dd*(1-d0/l);%最大截流面积 u0=qm1/p1/Apie; de=4*(sqrt(3)/2*l^2-pi/4*d0^2)/(pi*d0);%当量直径 re0=de*u0*p1/mu1; pr0=cp1*mu1/num1; if re0>=2000 a0=0.36*re0^0.55*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; else a0=0.5*re0^0.507*pr0^(1/3)*0.95*num1/de; end %K计算 K=1/(1/ai*d0/(d0-2*dd0)+1/a0+2.6*10^(-5)+3.4*10^-5+dd0/45.4); %A Aj=dq/(K*dtm*fie); disp('K=') disp(K); disp('A/A计='); disp(da/Aj); %计算管程压降 ed=0.00001/(d0-2*dd0); num=0.008; err=100; for i=0:5000 err=1/sqrt(num)-1.74+2*log(2*ed+18.7/(rei*sqrt(num)))/log(10); berr=err/(1/sqrt(num)); if berr<0.01 break; else num=num+num*0.01;
1．设计题目及设计参数 (1) 1.1设计题目：满液式蒸发器 (1) 1.2设计参数： (1) 2设计计算 (1) 2.1热力计算 (1) 2.1.1制冷剂的流量 (1) 2.1.2冷媒水流量 (1) 2.2传热计算 (2) 2.2.1选管 (2) 2.2.2污垢热阻确定 (2) 2.2.3管内换热系数的计算 (2) 2.2.4管外换热系数的计算 (3) 2.2.5传热系数 K计算 (3) 2.2.6传热面积和管长确定 (4) 2.3流动阻力计算 (4) 3．结构计算 (5) 3.1换热管布置设计 (5) 3.2壳体设计计算 (5) 3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5) 3.4零部件结构尺寸设计 (6) 3.4.1管板尺寸设计 (6) 3.4.2端盖 (6) 3.4.3分程隔板 (7) 3.4.4支座 (7) 3.4.5支撑板与拉杆 (7) 3.4.6垫片的选取 (7) 3.4.7螺栓 (8) 3.4.8连接管 (9) 4．换热器总体结构讨论分析 (10) 5．设计心得体会 (10) 6．参考文献 (10)
1．设计题目及设计参数 1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数： 蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22； 蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃， 冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1 t " =7℃。 2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量 根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ， P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kg m 04427.0v 3 1=，kg m v 3 400078.0= 图2-1 R22的lgP-h 图 制冷剂流量s kg s kg h h Q q m 667 .0250 4051054 10=-= -= 2.1.2冷媒水流量 水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3 ,c p =4.192KJ/(Kg ·K)
立式壳管式冷凝器 一、空气是最常见的损害热交换器的有害媒介，由于冷凝器一般都配套冷却水塔进行使用，故水塔应安装在空气清洁的环境中，不能接触易受污染的设备及场地。 二、水质也是决定热交换器寿命长短的重要因素，大型昂贵的设备必须装配水质净化处理辅助设备，含有较多矿物质的井水及被污染的水源均不能使用。 三、水是热交换器的主要传热媒介，热交换器在使用一段周期后会在铜管内生产水垢，降低热交换器的传热效果甚至令机组不能运行，如机组显示压力不正常或传热效果欠佳时必须对热交换器进行检查及清洗，清洁热交换器之后整台机组即会恢复正常运行。 四、清洗热交换器的两种方式：１、将两边盖板拆除，选用专用的铜丝清洁刷在铜管中来回清洁管壁污垢，此方法效果显著且安全可靠。２、如两端盖板不易或不能拆除时，则必须使用酸性化学液体达到清洁作用，由于各种化学液体成分不同，所以必须使用生产厂家的专用产品，使用之后须用大量清水进行反复清洗，并添加相配套的化学液体进行中和作用，此方法讲究一定的技术性并具有一定的危险性，必须由专业的技术人员进行操作。壳管式冷凝器的选型万合通用产品的设计选型与搅拌作业目的紧密结合。各种不同的搅拌过程需要由不同的搅拌装置运行来
实现，在设计选型时首先要根据工艺对搅拌作业的目的和要求，确定壳管式冷凝器的搅拌器型式、电动机功率、搅拌速度，然后选择减速机、机架、搅拌轴、轴封等各部件。所以，选择的体步骤方法如下：按照工艺条件、搅拌目的和要求，选择搅拌器型式，选择搅拌器型式时应充分掌握搅拌器的动力特性和搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态与各种搅拌目的的因果关系。按照所确定的搅拌器型式及搅拌器在搅拌过程中所产生的流动状态，工艺对搅拌混合时间、沉降速度、分散度的控制要求，通过实验手段和计算机模拟设计，确定电动机功率、搅拌速度、搅拌器直径。按照电动机功率、搅拌转速及工艺条件，从减速机选型表中选择确定减速机机型。如果按照实际工作扭矩来选择减速机，则实际工作扭矩应小于减速机许用扭矩。按照减速机的输出轴头d 和搅拌轴系支承方式选择与d相同型号规格的机架、联轴器。按照机架搅拌轴头do尺寸、安装容纳空间及工作压力、工作温度选择轴封型式。按照安装形式和结构要求，设计选择搅拌轴结构型式，并校检其强度、刚度。（1）如按刚性轴设计，在满足强度条件下n/nk≤0、7（2）如按柔性轴设计，在满足强度条件下 n/nk>=1、3按照机架的公称心寸DN、搅拌轴的搁轴型式及压力等级、选择安装底盖、凸缘底座或凸缘法兰。按照支承和抗振条件，确定是否配置辅助支承。
板式与壳管式换热器比较说明 换热器是空调设备用来实现冷热流体之间热量交换的部件，是空调设备必不可少的组成部分，也是决定设备换热效率、节能效果的重要因素之一。 目前空调设备常用的换热器主要有两大类：一类是壳管式换热器，另一类是板式换热器，下面将针对两种换热器的特点予以比较说明，并提出选型的参考意见，供客户参考。 1.板式换热器 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，冷热流体分别在板片间形成的窄小而曲折的通道中流过，通过板片进行换热。 2.壳管式换热器 壳管式换热器是在个圆筒形壳体内设置许多平行管子（也称管束），让冷热流体分别从管内空间（称为管程）和管外空间（称为壳
程）流过进行热量交换。壳管式换热器是目前应用最广泛的一种，在所有换热设备中占主导地位。 > 3.两种换热器比较 壳管式换热器长期使用换热效率优于板式换热器 板式换热器刚投入使用时换热效率略优于壳管式换热器，但由于板式换热器流体通过的毛细通道既多且狭窄，流体中的水垢或脏物附着在板换的内壁上，就会造成板换传热部位的结垢和腐蚀，导致主机换热效率降低，制冷输出力大幅衰减，单位制冷量能耗上升，运行成本增加。必须定期对板换进行清洗，且板换使用时间越长，清洗周期越短。板换清洗不可能做到绝对干净，久而久之，板式换热器的换热效率随使用时间的增加而降低，影响空调的使用效果。壳管式换热器管束通过管板固定，各管之间的间隙较大，不会出现堵塞的现象，因此，长期使用不会降低换热器的换热效率。
壳管式换热器使用安全性优于板式换热器 板式换热器由于流道狭窄，流体在进入流道时容易出现分流不均，非常容易出现因流量少而导致流体结冰，堵塞冻坏板换的现象，板换一旦冻坏，则无法维修必须更换，增加主机维护成本。 壳管式换热器流体通道间隙大，流量均匀，避免了上述“冰堵”现象的发生，能够稳定、安全的运行。 壳管式换热器维护成本低于板式换热器 ： 壳管式换热器是一种基本免维修的产品，当换热器发生泄漏时可以采用堵管的方法在短时间内恢复工作性能，维护工作量少，无须
1前言 (1) 1.1概述 (1) 1.1.1换热器的类型 (1) 1.1.2换热器 (1) 1.2设计的目的与意义 (2) 1.3管壳式换热器的发展史 (2) 1.4管壳式换热器的国内外概况 (3) 1.5壳层强化传热 (3) 1.6管层强化传热 (3) 1.7提高管壳式换热器传热能力的措施 (4) 1.8设计思路、方法 (5) 1.8.1换热器管形的设计 (5) 1.8.2换热器管径的设计 (5) 1.8.3换热管排列方式的设计 (5) 1.8.4 管、壳程分程设计 (5) 1.8.5折流板的结构设计 (5) 1.8.6管、壳程进、出口的设计 (6) 1.9 选材方法 (6) 1.9.1 管壳式换热器的选型 (6)
1.9.2 流径的选择 (8) 1.9.3流速的选择 (9) 1.9.4材质的选择 (9) 1.9.5 管程结构 (9) 2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11) 2.1 管径 (11) 2.2管子数n (11) 2.3 管子排列方式，管间距的确定 (11) 2.4换热器壳体直径的确定 (11) 2.5换热器壳体壁厚计算及校核 (11) 3换热器封头的选择及校核 (14) 4容器法兰的选择 (15) 5管板 (16) 5.1管板结构尺寸 (16) 5.2管板与壳体的连接 (16) 5.3管板厚度 (16) 6管子拉脱力的计算 (18) 7计算是否安装膨胀节 (20) 8折流板设计 (22)
9开孔补强 (25) 10支座 (27) 10.1群座的设计 (27) 10.2基础环设计 (29) 10.3地角圈的设计 (30) 符号说明 (32) 参考文献 (34) 小结 (35)
冷库立式壳管式冷凝器的安装 冷库立式壳管式冷凝器的安装和冷库制冷压缩机的安装是有一定的差别的，立式壳竹式冷凝器一般安装在室外，利用冷凝器的循环水池作为基础.因此安装位置偏高，有利于氮液顺利地流到高压储液器。 ①安装前的准备工作 冷库立式冷凝器与水池的连接方法较多.最常见的是预埋锚铁或埋地脚螺栓。水池上的顶埋锚铁是焊有螺纹钢锚钩的制板，在浇注水池时将其埋在水池上表面。安装时，冷库立式冷凝器与水池的过渡连接件常用槽钢制作。 如果冷库立式冷凝器基础是预埋地脚螺栓，则在安装以前必须认真复核地脚螺栓的间距和对角线的距离，确认无误后才能安装。在冷库立式冷凝器安装前，应根据设备布置图确认冷库立式冷凝器安装的管口方位，清除水池上表面凸瘤.预埋钢板水池应弹出对中墨线.并刮净锚板。准备若干厚薄不等的垫板，根据冷库立式冷凝器的亚从，准备相应的起重机具. ②冷库立式冷凝器的就位 检查混凝土或钢架基础合理后，即可将冷凝器吊装就位，再进行找正.由于冷库立式冷凝器安装在室外，通常很难利用建筑物来承受吊装，而且不论冷库立式冷凝器大小起吊全高均为6.5m左右.所以通常选用汽车吊来完成吊装工作，以提高安装的工作效率.此外.用抱杆来吊装冷库立式冷凝器，也是常用的方法。 用抱杆吊装的方法较多，可用单杆、人字抱杆和双杆吊装，在确定吊装方案时，通常应考虑如场地、基础高度、抱杆高度等问题.采用双杆吊装，其抱杆的高度可低于冷库立式冷凝器起吊全高。 在双杆吊装时，用两只起吊葫芦牵引，再用一直葫芦牵制，相互之间默契配合，保证牵引同步收放交替。所选用其中葫芦的起升高度和钢丝绳吊索的长度应进行核算，保证吊装一步到位。如果葫芦要放单链起重，应注意葫芦的起重量为原额定起重量的二分之一，且保证单个葫芦的起重量为设备起吊总重量。另外值得提醒的是，在起吊时应预先挂好两方向的垂线，以备就位时找冷库立式冷凝器的垂直度用。 当吊装的冷库立式冷凝器位于水池基础正上方时，按墨线摆正在槽钢上方. ③冷库立式冷凝器的垂直度找正 冷库立式冷凝器应安装垂直，全长允许偏差不超过5mm，可利用线锤作为垂直基准，利用撬杠进行调整，需要时可加入垫板。找正后，拧紧地脚螺栓，并将过渡连接件连同垫板与锚铁一起焊死。 ④冷库立式冷凝器平台的制作 冷库立式冷凝器为了操作和检修，通常要制作操作平台。操作平台包括平台、栏杆和爬梯三部分.框架的大小以四周留60cm通道为宜，扶梯的宽度约50-55cm，栏杆的高度约90-100cm，通道上覆上防滑钢板，操作平台形式按冷凝器的台数及安装形式的不同而不同，制作安装时可根据具体形式按标准图选用。在制作平台框架时考虑到方便和安全，平台的框架制作可在
TEMA规格的管壳式换热器设计原则 ——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》 设计中的一般考虑 流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。壳程则会是高粘度流体或某种气体。当管/壳程流体中的
某一种要用到合金结构时，“碳钢壳体+合金管侧部件”比之“接触壳程流体部件全用合金+碳钢管箱”的方案要较为节省费用。 清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。 假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。 对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。 换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。 建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。一般此标准的最新版每3年出版发行一次。期间的修改以附录形式每半年出一次。在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。最初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。但现在已包含了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。目前ASME 正在开发用于换热器的其他规则。 列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中，对ASME规则的补充和说明。TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。按本标准制造的设备，设计目的在于在此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途” *译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版 3种建造标准的机械设计要求都是一样的。各TEMA级别之间的差异很小，并已由Rubin 在Hydrocarbon Process., 59, 92 (June 1980) 上做了归列。 TEMA标准所讨论的主题是：命名原则、制造公差、检验、保证、管子、壳体、折流板和支撑板，浮头、垫片、管板、管箱、管嘴、法兰连接端及紧固件、材料规范以及抗结垢问题。 API Standard 660, 4th ed., 1982*，一般炼油用途的管壳式换热器是由美国炼油协会出版的，以补充TEMA标准和ASME规范。很多从事化学和石油加工的公司都有其自己的标准以对以上各种要求作出补充。关于规范、标准和个客户的规定之间的关系已由F. L. Rubin编辑结集，由ASME 在1979年出版了(参见佩里化学工程师手册第6章关于压力容器规则的讨论)。 *译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到2001年第6版 换热器的设计压力和设计温度通常在确定时都在预计的工作条件上又给了一个安全裕量。一般设计压力比操作中的预计最高压力或关泵时的最高压力要高大约172KPa(25 Psi)；而设计温度则通常较最高工作温度高14°C (25°F)。 管束振动随着折流板换热器被设计用于流量和压降越来越高的场合，由管子振动带来的损 标准分享网 https://www.doczj.com/doc/8510262043.html, 免费下载
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。 4.2.2确定物性参数 定性温度：对于一般气体和水等低粘度流体，其定性温度可取流体进、出口温度的平均值。故壳程煤油的定性温度为 110280140=+= T ℃ 管程流体的定性温度为 402 5030=+=t ℃ 查资料得，煤油在110℃下的有关物性数据如下： 水在40℃下的有关物性数据如下：
板式换热器和壳管式换热器区别 换热器如何分类？ 按传热方式可分为：间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器、复式换热器。 按用途可分为：加热器、预热器、过热器、蒸发器。 按结构可分为：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。 壳管式与板式换热器不同点之一：结构 1、壳管式换热器结构： 管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆柱形，内有管束，管束两端固定在管板上。传热有两种热流体和冷流体，一种是管内流体，称为管侧流体；另一种是管外流体，称为壳侧流体。 为了提高管外流体的传热系数，通常在管壳内设置若干挡板。挡板可以提高壳程内流体的速度，使流体按规定的距离多次穿过管束，提高流体的湍流度。 换热管可在管板上等边三角形或方形布置。等边三角形布置紧凑，管外流体湍流程度高，传热系数大。方形布置便于清洁管外，适用于易结垢的流体。
2、板式换热器结构： 可拆卸板式换热器是由许多冲压有波纹薄板按一定间隔，四周通过垫片密封，并用框架和压缩螺钉重叠而成。板和垫片的四个角孔构成了流体分配器和集液管。同时，冷流体和热流体被合理地分离，以便它们在每个板的两侧被分离。在通道中流动，通过板进行热交换。 板式换热器 壳管式与板式换热器不同点之一：分类
1、壳管式换热器分类： （1）固定管板换热器管板与管壳两端管束为一体，结构简单，但仅适用于冷、热流体温差不大，壳程无需机械清洗时的换热操作。当温差稍大，壳侧压力不太高时，可在壳上安装弹性补偿环，以减小热应力。 （2）浮头换热器管束一端的管板可以自由浮动，完全消除了热应力，整个管束可以从壳体中拉出，便于机械清洗和维护。浮头换热器应用广泛，但其结构复杂，成本高。 （3）U形管换热器的每根管子弯成U形，两端固定在上下两区的同一管板上。在管箱隔板的帮助下，分为进、出口两室。换热器完全消除了热应力，其结构比浮头式结构简单，但管程不易清洗。
管壳式换热器模拟计算（课本P40 2-5题） # include
Tmh=(Th1+Th20)/2; do{Tc20=Tc2; /*Tc2的迭代*/ Tmc=(Tc1+Tc20)/2; Cp1=(0.7072+(0.00147-0.00051*D2O1)*Tmc-0.318*D2O1)*(0.055*K+0.35) *4.18*1000; Cp2=(0.7072+(0.00147-0.00051*D2O2)*Tmh-0.318*D2O2)*(0.055*K+0.35) *4.18*1000; C=Wh*Cp2/(Wc*Cp1); Tc2=Tc1+C*(Th1-Th20); }while(fabs(Tc2-Tc20)>=0.1); Qh=Wh*Cp2*(Th1-Th2); Qc=Wc*Cp1*(Tc2-Tc1); Ai=3.14*Di*L*324; Si=0.25*3.14*Di*Di*324/2; Xc=1+Tmc/100.0; MD2O1=pow(D2O1,2); D1=0.942+0.248*Xc+0.174*MD2O1+0.0841/(Xc*D2O1)-0.312*Xc/D2O1-0.55 6*exp(-Xc); rou1=1000*D1; ui=Wc/(rou1*Si); b1=log((log(90.0+1.22)/log(13+1.22)))/(log((50.0+273)/(100.0+273) )); a1=log(log(90+1.22))-b1*log(50.0+273); niu1=exp(exp(a1+b1*log(Tmc+273)))-1.22; yita1=niu1*rou1/1000000; Rei=Di*ui*rou1/yita1; ramda1=0.4213*(1-0.00054*Tmc)/D2O1/3.6; Pri=Cp1*yita1/ramda1; Hi0=0.027*pow(Rei,0.8)*pow(Pri,0.33)*ramda1/Di; Twi0=Tmc+Qc/(Hi0*Ai); do /*管壁内壁温的迭代*/ { niuwi=pow(e,pow(e,a1+b1*log(Twi0+273)))-1.22; Xwi=1+Twi0/100.0; Dwi=0.942+0.248*Xwi+0.174*MD2O1+0.0841/(Xwi*D2O1)-0.312*Xwi/D2O1-0.556*exp(-Xwi); rouwi=1000*Dwi; yitawi=niuwi*rouwi/1000000; Hi=Hi0*(pow((yita1/yitawi),0.14)); Twi=Tmc+Qc/(Hi*Ai); Twi0=Twi; }while(fabs(Twi-Twi0)>=0.5); Ao=3.14*Do*L*324; Smax=B*D*(1-Do/t);
设计的目的与意义 管壳式换热器的发展史 管壳式换热器的国内外概况 壳层强化传热 管层强化传热 提高管壳式换热器传热能力的措施设计思路、方法 1.8.2换热器管径的设计 1.8.3换热管排列方式的设计 1.8.4 管、壳程分程设计
1.8.5折流板的结构设计 1.8.6管、壳程进、出口的设计 选材方法 1.9.1 管壳式换热器的选型 1.9.3流速的选择 1.9.4材质的选择 1.9.5 管程结构 2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算1管径1 管子数n1 管子排列方式，管间距的确定1 换热器壳体直径的确定1 换热器壳体壁厚计算及校核1 3换热器封头的选择及校核 4容器法兰的选择5
5管板 管板结构尺寸6 管板与壳体的连接 管板厚度6 6管子拉脱力的计算8 7计算是否安装膨胀节0 8折流板设计2 9开孔补强5 10支座7 群座的设计7 基础环设计9 地角圈的设计0 符号说明2 参考文献4 小结
2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 管径 换热器中最常用的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用φ19mm ×2mm 直径的管子更为合理。如果管程走的是易结垢的流体，则应常用较大直径的管子。 标准管子的长度常用的有 1500mm ，2000mm ，2500mm ， 3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m 等。换热器的换热管长度与公称直径之比一般为4—25,常用的为6—10 选用Φ25×的无缝钢管，材质为20号钢，管长。 管子数n L F n d 均π=Θ (2-1) 其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=503-6=497根 管子排列方式，管间距的确定 采用正三角形排列，由《化工设备机械基础》表7-4查得层数为12层，对角线上的管数为25，查表7-5取管间距a=32mm. 换热器壳体直径的确定
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；