固定管板式换热器课程设计

固定管板式换热器设计

目录

第一章绪论 (3)

1.1什么是管壳式换热器······································３

１．2管壳式换热器的分类········································３

第二章总体结构设

计·············································４

2.1固定管板式换热器结构 (4)

第三章机械设计 (4)

３．1工艺条件··················································４

3.２设计计算 (4)

（1）管子数

n···············································５

(２）换热管排列形式········································５（3）管间距的确定···········································５

(4)壳程选择···············································５

3.3 筒体 (6)

（1）换热器壳体内径的确定··································６

（2)换热器封头的选择 (6)

3．4 折流板 (6)

（1）折流板切口高度的确定 (6)

(2）确定折流板间距........................................６（３)折流板的排列方式.. (7)

(4）折流板外径的选择······································７（5)折流板厚度的确定······································７

（６)折流板的管孔确定 (7)

３.5 拉杆、定距管 (7)

（1）拉杆的直径和数量 (7)

（２）拉杆的尺寸 (8)

（３）拉杆的布置············································９

(4）定距管 (9)

３.6、防冲

板 (9)

3．7、接管....................................................９（1）接管的公称直径. (9)

(2）接管的壁厚确定 (9)

(3）接管高度的确定 (9)

3.8 法兰···················································１0

(1）容器法兰的选用 (1)

０

（2)接管法兰··············································１0

3.9 垫片的选用 (11)

3.１0 管板的设计与计算 (11)

３.11 支座 (12)

3.１2圆筒节的设计 (13)

第四章列管式换热器机械结构设计································１３

４.1传热管与管板的连接 (14)

４． 2 管板与壳体及管箱的连接 (14)

4.3 管法兰与接管连接 (14)

第五章强度计算 (15)

５.1 换热器壳体壁厚的计算 (15)

5.2 管箱短节 (16)

第六章安装制造 (16)

6.1 换热器制造 (16)

6.2换热器安装 (17)

参考文献..........................................................１8 心得体会. (18)

第一章绪论

化工生产离不开化工设备，化工设备是化工生产必不可少的物质技术基础，是生产力的主要因素,是化工产品质量保证体系的重要组成部分[1]。然而在化工设备中化工容器占据着举足轻重的地位,由于化工生产中，介质通常具有较高的压力,化工容器一般有筒体、封头、支座、法兰及各种容器开孔接管所组成，通常为压力容器，因为压力容器是化工设备的主体，对其化工生产过程极其重要，国家对其每一步都有具的标准对其进行规范，如：中国《压力容器安全技术监察规程》、GB１50—1998《钢制压力容器》、GB151—1９9９《管壳式换热器》等。在其中能根据不通的操作环境选出不同的材料，查出计其允许的工作压力,工作温度等。

换热器简单说是具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。在工业生产过程中，进行着各种不同的热交换过程,其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递,使流体温度达到工艺的指标，以满足生产过程的需要。此外,换热设备也是回收余热,废热，特别是低品位热能的有效装置。

1．1 什么是管壳式换热器

管壳式换热器(sheｌl and tube ｈeａｔ exchaｎger)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，是目前应用最广的类型。

1.2管壳式换热器的分类

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，是目前应用最广的类型。

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。为提高管外流体的传热分系数,通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度,迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑,管外流体湍动程度高,传热分系数大;正方形排列则管外清洗方便,适用于易结垢的流体。

管壳式换热器

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器，简称为１-１型换热器。

为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速,也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间,称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

第二章总体结构设计

本次流体输送与传热工段换热器的设计，所选用的换热器为卧式固定管板式换热器。如图2-1所示。其基本结构特点是两块管板分别焊于壳体的两端，管束两端固定在管板上。

固定管板换热器

2.1 固定管板式换热器结构

固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成,其结构较紧凑，排管较多,在相同直径下面积较大,制造较简单。

固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束,管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起,壳程的进出口管直接焊在壳体上,管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起,管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。

换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生,要求在设计时精心考虑各种问题．准确的热力设计和计算,还要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。

第三章机械设计

3.１工艺条件

名称管程壳程

物料名称循环水甲醇

工作压力0．45Mpa 0．０5Mｐa

操作温度40℃７０℃

换热面积７5 m2

管长φ=25mm ２.5 ｍ

推荐钢材10，Q２３5-Ａ,1６ＭnＲ

3.2设计计算

(1)管子数n

根据本次的管程压力为0.４５０．05MＰa，管程进口温度为4０C o,壳程进口温度为7０C o。选取换热管材料为１0号钢。

查教材化工设备，标准管长有1.５、2.0、2.5、3.０、４.５、6．0、9．0(单位为m)，取标准管长为２.5m。

按教材公式换热器的管数ｎ为：

dL

S

n π=

式中： S ——传热面积,７５ 2m ； d ——管径(外径),0.０25m ; L ——管长，2.5m 则:2.3825

.2025.014.375=??==

dL S n π 查化工原理(上)附录二十八得：2.5 m 换热管，取换热管根数为390。

mm mm

采用正三角形排列,正三角形排列比较紧凑,在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。而正方形排列,管外清洗方便,适用于壳程中的流体易结垢的情况,其传热效果较正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形错 列,用于壳侧流体清洁，不易结垢,后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。 中心管数c n 为：

72.213901.11.1=?==n n c

查化工原理(上）附录二十八得：中心排管取2３。

（3）管间距的确定

由过程设备设计表6－２可知,取管间距a=3２ ｍｍ。

正三角形

（4)壳程选择

壳程的选择：简单起见,采用单壳程。

3.3 筒体

查教材化工设备,筒体的材料主要有碳素钢、低合金钢钢板、不锈钢钢板等。根据筒体所承受的压力机壳程流体的性质等，选取碳素钢中的１６MnR 作为筒体的材料。

（1）换热器壳体内径的确定

'2)1(b n t D c +-=

式中 D ——换热器壳体内径，m ｍ；

t ——管中心距，mm ；

c n ——横过管束中心线的管数；

'b ——管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离,一般取

0)5.1~1('d b = ,此处取2５mm 。

则D=32×（23-1)+2×２5=754ｍｍ

圆整后取壳体内径 D ｉ=75０m ｍ

（2)换热器封头的选择

选取标准椭圆形封头。由于本次设计的换热器壳程压力在0．450.05MPa,属于低压容器,椭圆形封头能够满足要求，而且该封头制造比其他封头容易冲压形成,应力分布也比较均匀,为了便于焊接、经济合理，选取标准椭圆形封头。材料选用与筒体相同１６Mn Ｒ。

按教材公式封头厚度δ为:

[]20.5c i

t

c

Kp D p δσφ=

-

式中：φ——焊接接头系数，为整块钢板制造，则φ=1．0；

K ——椭圆形封头形状系数,标注椭圆形封头K=1.0;

则: δ=1.54m ｍ

与筒体的壁厚计算相同，所以椭圆形封头的壁厚也是6mm 。 由封头厚度查化工设备表2-15得直边高h ＝25mm 。

查封头ＪB47４6－２０02表3-３,封头的曲面高度ｈi =20０mm ，总高度H=２2５mm 。

3.4 折流板

根据换热器计算手册折流板的形式弓形折流板、圆盘－圆形折流板。由于本次换热器的直径较小,所以本次卧式换热器的折流板采用弓形折流板中的单弓形。材料选用低合金１6ＭnR 。通过拉杆与定距管固定。

（1）、折流板切口高度的确定

取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25％，则切去的圆缺高度为:

==i D h 25.0１8７.5ｍm ，则折流板高度为60０mm

（2）、确定折流板间距

折流板间距i D B 2.0≥＝150mm,取B=３00ｍm, 折流板数B N =２50０/300＝9 块。

（3）、折流板的排列方式

水平切口用得最普遍，这种排列可造成流体激烈扰动，增大传热系数,因此本设计采用水平缺口排列方式。

（4）、折流板外径的选择

折流板和支撑板外直径及允许偏差应符合下表的规定(ｍm ）,得外直径为750mm 。

折流板直径及允许偏差

公称直径D

Ｎ

<400

400～

＜５0

０

５0０~

＜900

900～

<1３00

1３０

0~

<17０0

1700~

＜２０

00

2000～

＜230

０

２３0

０～

<2600 折流板名义

外直径

DN－

２.５

DN－

3．5

DN-4.5 ＤN-6 DN-8

DN－1

０

DN－

12

DN－14

允许偏差

-0.５

０

-0．8

-１．2

-1.４

-1.６

折流板和支撑板的最小厚度应不小于下表的规定，则折流板厚度为５mm。

折流板和支撑板的最小厚度

公称直径

ＤＮ

换热管无支撑距Ｌ

mm

≤３0０

>300~６０

>600～900

>900～

1200

>1200~1５

00

>15

0０

折流板和支撑板的最小厚度

<400 ３ 4 5 ８10 10 ４０0~≤７０0 ４ 5 6 10 10 1２＞700~≤900 5 6 ８１0 12 １6 >900~≤15０0 ６８1０1２16 16 ＞１５00~≤２

0０0

/ 10 12 16 20 ２0

>20０0～≤2６

０0

/ 12 １4 18 20 22

折流板和支撑板管孔直径及允许偏差应符合下表的规定mm,得管孔直径为25.4mm。

折流板和支撑板管孔直径

换热管外径14 １6 １9 2５３２38 4５57 管孔直径14.30 16.35 19．35

２5.４

3２．40 38.50

4５.6

５

57.7０允许偏差

+0.20

＋0.2５

０

+0.30

０３.５拉杆、定距管

根据GＢ1５１-１999，由于换热管规格为?25㎜×2.5㎜，采用拉杆定距管形式如图。拉杆一端的螺纹拧入管板，折流板用定距管定位,最后一块折流板靠拉杆螺母固定。材料选用Q235-Ａ，同时拉杆应尽量均匀布置在管束外边缘。拉杆的一端的螺纹拧入管板,折流板用定距管定位,最后一块折流板靠拉杆螺母固定。

拉杆、定距管

（1) 拉杆的直径和数量

根据ＧB151-1９99，查得拉杆直径为16mm，查得拉杆数量为６。

拉杆直径

换热管外径d 10≤ｄ≤１4 14

拉杆直径dｎ１0 12 16

拉杆数量

拉杆直径d n(mm）

公称直径DN(ｍm)≥700~900

1０１0

12 ８

16 6

各部分尺寸如图,查表得拉杆螺纹公称直径

n

d=1６mm、

a

L=20mm、

b

L=60mm、b＝2．0mm。

拉杆直径

d/mm

拉杆螺纹公称直径

n

d/mm a

L／mm b

L/

mm

b／

mm

管板上拉杆孔

深d

L

10 １0 １3 ≥４０ 1.5 １６

12 １2 15 ≥５0 2.0 18

1６1６２0 ≥60 2.０２0

拉杆

(3)拉杆的布置

拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。拉杆位置占据换热管的位置，对于大直径换热器,在布管区的中心部位或靠近折流板缺口处也应该布置适当数目的拉杆。

(4) 定距管

根据换热器设计手册，定距管的尺寸同换热管的尺寸相同,材料选用碳钢16ＭｎR。外径为?25mm×2.5mm。

3.6、防冲板

本课程设计的壳程流体为甲醇蒸汽,其)./(22302

2s m kg <ρυ，故不需防冲板。

3.7、接管

（1）、接管的公称直径

由公称直径可以查得相应的接管规格。选得 对于DN200选取7219?φm ｍ接管 对于DN70选取489?φm ｍ接管 对于DN20选取225?φmm 接管

(3)、接管高度的确定

接管材料选用Q23５-A ，与壳体焊接连接,对于接管的伸出长度指接管法兰面到壳体(管箱壳体）外壁的长度。

接管伸出壳体外壁的长度，主要考虑法兰形式，焊接操作条件,螺栓拆卸，有无保温层级保温层厚度等因素决定。一般最短应符合下式计算值：

)(151mm h h l +++≥δ

式中ｈ为接管法兰厚度，1h 为接管法兰的螺母厚度，δ为保温层厚度,l 为接管安装高度。

常见接管高度为1５0mm,200mm ，25０mm,3０0mm 。 选定的接管高度见表:

接管高度

3.10 法兰

(１）、容器法兰的选用

设备法兰分别有甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰。对于的法兰标准分别为ＪB470１、ＪＢ4702、JB4703。 由于设计压力较低,可选用甲型平焊法兰。选用其中的凹凸面密封形式的法兰。材料选用16MnR 。根据JB ／Ｔ 4701-2００0标准,法兰尺寸如下:

压力容器甲型平焊法兰（JB/Ｔ 4701-200０）：

（2）、接管法兰

板式平焊钢制管法兰

根据化工设备机械基础，由于换热器的压力不高,而且流体无毒，所以选用板式平焊法兰,材料选用Ｑ2３5－A，密封面型式选用全平面密封如图，其公称直径分别为:

板式平焊钢制管法兰（摘自HＧ／Ｔ 205９3－97)／ｍm

公称直径DN 管子直

径

1

A

连接尺寸法兰

厚度

Ｃ

法兰

内径

B1法兰外

径Ｄ

螺栓中心圆

直径K

螺栓孔

直径Ｌ

螺栓孔数

量ｎ

螺纹

h

T

D D1 D２D3 D４δｄ规格数量

７0０83０790 ７55 745 ７42 36 23 M2０2４

ＰＮ0．6ＭPa

2０25 ９０６５11 4 M10 14 ２6

80 ８９19０1５０18 4 M16 1８91 200 ２１9 32０280 18 8 Ｍ1６2２２22

3.９、垫片的选用

常用的垫片有非金属软垫片、缠绕垫片、金属包垫片。对的标准分别为JB4704、JB470５、JＢ470６。

采用非金属软垫片结构和尺寸如下,则D=８44,d＝804。

非金属软垫片

非金属软垫片结构尺寸（摘自JB470４-２０0０）

３.１0 管板的设计与计算

查换热器设计手册,管板常用的材料有低碳钢、普通低合金钢、不锈钢、合金钢和复合

钢板等,由于本次的设计压力属于低压,所以选用碳素钢中的1６MnＲ。管板型式采用整体管板，初步选定的尺寸如表，管板管孔尺寸查GB１５１-１99９,则管板管孔直径为25．２5

ｍｍ。

固定管板式换热器管板尺寸/mm

公称

直径

DN Ｄ1

D2D3D4D5D

=

6

D

7

D1b c d

螺栓

孔数

n

PN=0．6ＭPa

７０0 ８3

０

790 ７

５5

697 ７

４2

7０

850 －12.

5

23 ２4

管板管孔直径及允许偏差应符合下表规定GB１51-1999

换热管外径14 １6 19 25 32 38 ４5 57 管孔直径

１4.2

５

１６.2

５

１9.25 25.25 32．35 ３8.40

4

５．40

５

７．55 允许偏差＋０．1５

０

+0.2０

０

+0.25

卧式换热器的支座有鞍式支座、圈式支座和支腿式支座,本次卧式固定管板换热器选用焊制鞍式支座（JＢ/T4712.1-２00７)按照换热器的公称直径选用BI型（重型）带加强垫板与2个筋板的鞍座一对(其中F型Ｓ型各一个），材料选用Q23５－Ａ，支座高度H=200mm，标记为:

JＢ/T4712－2０0７鞍座ＢI800-F

JB/T47１2-2０07鞍座ＢI0０-S

一对鞍式支座的布置如图3-4，根据ＧB151-1９９９,L B=（０.40.6)Ｌ，取L B=0．5L=１２50mm。

鞍座的位置

查JＢ/Ｔ4７1２.1-2007，鞍座的各部分尺寸为：

鞍式支座的结构参数（ＪB／T4712.1－2007）

公称

直径/

DN

鞍座

高度

h

底板

腹

板

筋板垫板

螺栓

间距

1l

1b 1δ 2δ

L3 b ３ δ3

弧长 4

b

4δ e 2l

700

200

6４０ 1５０

１０

8

350 120

8

83０

2４0

6

56

460

鞍式支座的结构形式

3.12 圆筒节的设计

由于管程接管的直径大于封头直边的长度，所以需要在封头与管板之间加一段圆筒节，根据接管直径为２00mm ，圆筒节与封头焊接的埋弧焊,宽20－30mm ，手工电弧焊宽１0－20ｍm ，取长度为２５0mm 的圆筒节能够满足要求，直径、厚度与壳体相同。

第四章 列管式换热器机械结构设计

4.1、传热管与管板的连接

选用强度焊接连接。

制造加工方便，保证换热管与管板连接的密封性和抗拉脱强度的焊接,目前采用较广泛。 查GB151,，可知其相接各部分的尺寸如下:

换热管外伸长度

换热管规格(外径×壁厚）ф2５×２.5

l5.05.1 换热管最小伸出长度／

1

l 2

最小坡口深度/

3

换热管与管板焊接

4.2、管板与壳体及管箱的连接

管板与壳体及管箱的连接

4．3、 管法兰与接管连接

管法兰与接管采用内外焊接

管法兰与接管焊接

第五章 强度计算

５.1 换热器壳体壁厚的计算

材料选用16MnR,计算壁厚为

[]2c s t

c

p D p δσφ=

-

式中 c p ——计算压力，取c p =1.1Pw=１.１×0．05=０.０5５MPa Di=750mm;

φ——筒体的焊接接头系数，φ≤1．0取1(选取双面对接焊,全部无损探伤)

[]t

σ=1２1ｍｐa

故 计算厚度 mm p D p c

t i c 17.0055

.011212750

055.0][2S =-???=

-=

φσ

钢板厚度负偏差1C ＝0.3㎜，取腐蚀裕量2C =1,

则设计厚度 δd=０.１7+0.3+1=1.4７ｍm ，但对低合金钢制的容器,规定不包括腐蚀裕量的最小厚度应不小于３ｍm ，由钢材标准规格,名义厚度取为６m ｍ。 水压试验压力 MPa p p C T 069.025.1== 所选材料的屈服应力 MPa s 345=σ

有效厚度 mm C n e 7.43.016=--=-=δδ

水压试验应力校核 MPa S S D p e e i T T 54.57

.42)

7.4750(069.02)(=?+=+=

σ

MPa 5.31013459.09.0s =??=φσ 所以φσσs T 9.0<，水压试验满足强度要求。

气密试验压力MPa p p c T 063.015.1==

5．２ 管箱短节

由工艺设计给定设计温度40C ?为设计压力MPa 45.0P c =选低合金结构钢板16MnR 卷制,材料７0C ?时的许用应力MPa t 170][=σ，取焊缝系数85.0=φ,腐蚀裕量mm 1C 2= 计算厚度 mm p D p c

t i c 1.29495

.085.01702750

495.0][2=-???=

-=

φσδ

对于低合金钢，为满足运输刚度要求取δ=3mm

设计厚度 mm d 4C 2=+=δδ

名义厚度 mm n 3.43.04C 1d =+=+=δδ,圆整后取6m ｍ。 有效厚度 mm C C d e 7.413.0621=--=--=δδ 水压试验压力 0.62MPa 1.25p p c T == 所选材料的屈服应力 MPa s 345=σ 水压试验应力校核 MPa D p e e i T T 78.497

.42)

7.4750(62.02)(=?+=+=

δδσ

MPa 5.31013459.09.0s =??=φσ 所以φσσs T 9.0<,水压试验满足强度要求。

气密试验压力MPa p p c T 57.015.1==

第六章 安装制造

6.1 换热器制造

6.1 .１ 换热管

直管一律采用整根管子而不允许有接缝。管子应该进行校直,管子两端须用磨管机清除氧化皮、铁锈、及污垢等杂质直至露出金属光泽。除锈长度不小于两倍管板厚度。同一根换热管的对接焊缝，直管不得超过一条;最短管长不应小于30０mm ；包括至少50mm 直管段范围内不得有拼接焊缝。管端破口应采用机械

方法加工,焊前应清洗干净。

换热管组装要求两管板相互平行，允许误差不得大于1ｍm，两管板间长度误差为±2ｍm;管子与管板应垂直；拉感应牢靠固定;定距管两端面要整齐；穿管时管子头不能用铁器直接敲打。

６．1.2 筒体

换热器筒体的圆度要求较高，必须保证壳体与折流板之间有合适的间隙。如太大就要影响换热效果,太小就要增加装配的难度。切割好的钢板应根据钢板厚度、操作压力高低选定破口形式进行边缘加工。用钢板卷制时,内直径允许偏差可通过外圆周长加以控制,其外周长允许上偏差1０mm；下偏差为0。

6.1.３封头和管箱

封头和管箱的厚度一般不小于壳体的厚度。分程隔板两侧全长均应焊接，并应具有全焊透的焊缝。由于焊接应力较大，故管箱和封头法兰等焊接后,须进行消除应力的热处理,最后进行机械加工。

６.1．4 折流板

由于折流板很薄,钻孔时钻头的推力使管板中心变形,故可将下料或圆整的折流板去掉毛刺并校平,重叠、压紧后沿周边点焊、然后一起钻孔。

为了保证顺利穿管,必须是折流板的管孔与管板中心在同一直线上,可以将管板当作钻模放在折流板上，压紧后进行引孔，即以管板危机出现在折流板上钻出和管板孔距一致的定位孔,然后取下管板，将折流板压紧,并换上合适的钻头。

6.1.5 管板

管板由低合金钢锻件16MnR制成，加工前表面不平度不得大于２ｍm，如超过此值,应先进行校平，然后进行加工。

拼接管板的对接接头应进行１０0%射线或超声检测，按JB４730-94进行表面检测，检测结果不低于Ⅲ级,或超声检测中的Ⅰ级为合格。

换热管与管板的连接:二者采用焊接的形式连接，连接部位的换热管和管板孔表面，应清理干净,不得有毛刺、铁屑、锈斑、油污等。焊渣及凸出于换热器内壁的焊瘤均应清除。

管板与换热管焊接时,管孔表面粗糙度Ｒａ值≤２５μm。

6.2 换热器安装

1．安装位置：根据该换热器的结构形式，在换热器的两端留有足够的空间来满足拆装、维修的需要。

2．基础:必须使换热器不发生下沉。在活动支座的一端应予埋滑板。

３.地脚螺栓和垫铁

(1）活动支座的地脚螺栓应装有两个紧锁的螺母，螺母与底板间应留有1～3mm 的间隙。

（２）地脚螺栓两侧均有垫铁。设备找平后，斜垫铁，可与设备支座底板焊牢,但不得与下面的平垫铁或滑板焊死。

(3)垫铁的安装不应妨碍换热器的热膨胀。

参考文献

[1］刘玉玲孙建松.海水试压储罐钢板防腐蚀技术应用实践.2009

[2］董其伍张一．换热器．北京：化学工业出版社，2０0９.1，3

［3]关书华.新型换热器——激波换热器之探索.中小企业管理与科技.200８,2４9

[4］马秉骞化工设备. 北京:化学工业出版社,2０09.7,1３2

固定管板式换热器结构设计

固定管板式换热器的结构设计 摘要 换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一，其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源的有效利用与节约，对国民经济有着十分重要的影响。 换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同。其中常用结构为管壳式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强，在各工业部门应用最为广泛。 固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用比较广泛的一种换热器。这类换热器具有结构简单、紧凑、可靠性高、适应性广的特点,并且生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便。固定管板式换热器能承受较高的操作压力和温度，因此在高温高压和大型换热器中，其占有绝对优势。 固定管板式换热器主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和后端结构等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。管箱和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连，检修或清洗时便于拆卸。换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题.准确的热力设计和计算，还要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。 关键词：换热器；固定管板式换热器；结构；设计

The Structural Design of Fixed Tube Plate Heat Exchanger Author : Chen Hui-juan Tutor : Li Hui Abstract Heat exchanger is one of the most important equipments which is used in the fields of chemical, oil, power, metallurgy, transportation, national defense industry. Its right setting and the improvements of performance play an important role in the rationality o technology, economy, energy utilization and saving, which has a very important impact on the national economy. The type of heat exchanger is various, the different use occasions and the purpose is are commonly used for the tube shell type structure, because of its simple structure, low cost and wide selection, easy to clean, strong adaptability, the most widely used in various industry departments. Fixed tube plate heat exchanger is a kind of typical structure of tube and shell heat exchanger, also is a kind of heat exchanger is applied more widely. This kind of heat exchanger has simple and compact structure, high reliability, the characteristics of wide adaptability, and the production of low cost, wide range of selection of materials, heat exchange surface cleaning more convenient. Fixed tube plate heat exchanger can operate under high pressure and temperature, therefore, the heat exchanger in high temperature and high pressure and large in its possession of absolute advantage. Fixed tube plate heat exchanger is mainly composed of shell, heat

固定管板式换热器课程设计

固定管板式换热器设计

目录 第一章绪论··3 1.1什么是管壳式换热器·3 1.2管壳式换热器的分类··3 第二章总体结构设计··4 2.1固定管板式换热器结构··4 第三章机械设计··4 3.1工艺条件 (4) 3.2设计计算 (4) （1）管子数n (5) （2）换热管排列形式··5 （3）管间距的确定 (5) （4）壳程选择··5 3.3 筒体··6 （1）换热器壳体内径的确定··6 （2）换热器封头的选择··6 3.4 折流板··6 （1）折流板切口高度的确定··6 （2）确定折流板间距··6 （3）折流板的排列方式··7 （4）折流板外径的选择··7 （5）折流板厚度的确定··7

（6）折流板的管孔确定··7 3.5 拉杆、定距管··7 （1）拉杆的直径和数量··7 （2）拉杆的尺寸··8 （3）拉杆的布置··9 （4）定距管··9 3.6、防冲板··9 3.7、接管··9 （1）接管的公称直径··9 （2）接管的壁厚确定··9 （3）接管高度的确定··9 3.8 法兰··10 （1）容器法兰的选用··10 （2）接管法兰··10 3.9 垫片的选用··11 3.10 管板的设计与计算··11 3.11 支座··12 3.12 圆筒节的设计··13 第四章列管式换热器机械结构设计··13 4.1 传热管与管板的连接··14 4.2 管板与壳体及管箱的连接··14 4.3 管法兰与接管连接··14

第五章强度计算··15 5.1 换热器壳体壁厚的计算··15 5.2 管箱短节··16 第六章安装制造··16 6.1 换热器制造··16 6.2 换热器安装··17 参考文献··18 心得体会··18

固定管板式换热器课设

江汉大学 课题名称: 固定管板式换热器设计 系别: 化学与环境工程学院 专业: 过控１21班 学号: 1222091０４119 姓名: 库勇智 指导教师: 杨继军 时间: 2016年元月 课程设计任务书 设计题目:固定管板式换热器设计 一、设计目得: 1.实用国家最新压力容器标准、规范进行设计,掌握典型得过程装备 设计得全过程、 2.掌握查阅与综合分析文献资料得能力,进行设计方法与设计方案得 可行性研究与论证。 3.掌握软件强度设计计算,要求设计思路清晰,计算数据准确可靠,正 确掌握计算机操作与专业软件得实用。 4.掌握图纸得计算机绘图。 二、设计条件: 设计条件单

管口表 三、设计要求: 1。换热器机械设计计算及整体结构设计 2、绘制固定管板式换热器装配图(一张一号图纸) 3。管长与壳体内径之比在3-2０之间 四、主要参考文献 1.国家质量监督检验检疫总局,GＢ150—2０１1《压力容器》,中国标

准出版社,２011。 2。国家质量监督检验检疫总局,ＴSG R０00４-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》,新华出版社,20０9、 3.国家质量监督检验检疫总局,GB151—1999《管壳式换热器》,中国标准出版社,19９９、 4、天津大学化工原理教研室,《化工原理》上册,姚玉英主编,天津科学技术出版社,2012、 5、郑津样,董其伍,桑芝富主编,《过程装备设计》,化学工业出版社,2010。 6。赵惠清,蔡纪宁主编,《化工制图》,化学工业出版社,２0０８。7.潘红良,郝俊文主编,《过程装备机械设计》,华东理工大学出版社,20０6、 ８。E.U、施林德尔主编,《换热器设计手册》第四卷,机械工业出版社,１98９。 前言 换热设备就是用于两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触且具有不同温度得同一种流体间热量(或焓)传递得装置。 换热器就是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一,其正确得设置,性能得改善关系各部门有关工艺得合理性、经济性以及能源得有效利用与节约,对国民经济有着十分重要得影响。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量得４0％左右,

固定板管式换热器设计说明书

固定板管式换热器 设 计 说 明 书 系别： 班级： 姓名： 学号：

一、 设计任务和设计条件 某炼油厂拟用原有在列管式换热器中回收柴油的热量。已知原油 流量为40000kg/h ，进口温度70℃，要求其出口温度不高于110℃；柴油流量为30000kg/h ，进口温度为175℃。设计一适当型号的换热器，已知物性数据： 二、 确定设计方案 ① 初选换热器的规格 当不计热损失时，换热器的热负荷为： Q=W )(12t t c pc C =40000/3600×2.2×103×(110-70)=9.8×105W 逆流过程如图所示： T 2125℃ T 1175℃ t 170℃ t 2110℃ 逆流平均温度差： m t = 8.5970 125110175ln ) 70125()110175( ℃ 初估 值 R= 25.170110125 175 P= 381.070 17570 110 初步决定采用单壳程，偶数管程的固定板管式换热器。经查表得校

正系数 =0.9＞0.8，可行。 ∴ 53.859.80.9 逆m m t t ℃ 初步估计传热系数K 估=200W/(㎡·℃), 则 A m 07.918 .53200108.9t 5 m 估估K Q ∴所设计换热器（固定板管式）的参数选择如下表： ② 计算（管、壳程的对流传热系数和压降）： a. 管程： 流通面积 220175.04 222 002.044m N N d S P T i i 柴油流速 s m S W u i i h i /666.00175.0715360030000 3600 Re 4 3 1049.11064.0715666.002.0 i i i i du 柴油被冷却，所以 ) /(701)133 .01064.01048.2(1490002.0133.0023.0Pr Re 023 .023.0338 .03 .0C m W d i i i i i ?

固定管板式换热器课程设计

一 列管换热器工艺设计 1、根据已知条件，确定换热管数目和管程数： 选用.5225?φ的换热管 则换热管数目：5.737019 .014.35.2110 A 0≈??== d l n p π根 故738=n 根 管程数：对于固定板式换热器，可选单管程或双管程，为成本计，本设计采用单管程。 2、管子排列方式的选择 （1）采用正三角形排列 （2）选择强度焊接,由表1.1查的管心距t=25mm 。 表1.1 常用管心距 管外径/mm 管心距/mm 各程相邻管的管心距/mm 19 25 38 25 32 44 32 40 52 38 48 60 （3）采用正三角形排列，当传热管数超过127根，即正六边形的个数a>6时，最外层六边形和壳体间的弓形部分空间较大，也应该配置传热管。不同的a 值时，可排的管数目见表1.2。具体排列方式如图1，管子总数为779根。 表1.2 排管数目 正六角形的数目a 正三角形排列 六角形对角线上的管数b 六角形内的管数 每个弓形部分的管数 第一列 第二列 第三列 弓形部分的管数 管子总数 1 3 7 7 2 5 19 19 3 7 37 37 4 9 61 61 5 11 91 91 6 13 12 7 127 7 15 169 3 1 8 187 8 17 217 4 24 241 9 19 271 5 30 10 21

301 11 23 397 7 42 439 12 25 469 8 48 517 13 27 547 9 2 66 613 14 29 631 10 5 90 721 15 31 721 11 6 102 823 16 33 817 12 7 114 931 17 35 919 13 8 126 1045 18 37 1027 14 9 138 1165 19 39 1411 15 12 162 1303 20 41 1261 16 13 4 198 1459 21 43 1387 17 14 7 228 1616 22 45 1519 18 15 8 246 1765 23 47 1657 19 16 9 264 1921 图1.1折流板的管孔及换热管及拉杆分布 3、壳程选择 壳程的选择：简单起见，采用单壳程。 4、壳体内径的确定 换热器壳体内径与传热管数目、管心距和传热管的排列方式有关。壳体的内径需要圆整成标准尺寸。以400mm为基数，以100mm为进级档，必要时可以50mm为进级档。 对于单管程换热器，壳体内径公式0 b t+ - D d = ~ )3 2( )1 (

固定管板式换热器课设报告

江汉大学 课题名称：固定管板式换热器设计 系别：化学与环境工程学院 专业：过控121班 学号： 122209104119 姓名：库勇智 指导教师：杨继军 时间： 2016年元月

课程设计任务书 设计题目：固定管板式换热器设计 一、设计目的： 1.实用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型的过程装 备设计的全过程。 2.掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案 的可行性研究和论证。 3.掌握软件强度设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确可靠， 正确掌握计算机操作和专业软件的实用。 4.掌握图纸的计算机绘图。 二、设计条件： 设计条件单 名称管程壳程 物料名称循环水甲醇 工作压力0.45Mpa 0.05Mpa 操作温度40℃70℃ 推荐钢材10，Q235-A，16MnR 换热面积60㎡ 推荐管长Φ=25 32-39㎡40-75㎡76-135㎡ 2m 2．5 3m

管口表 符号公称直径用途 a 200 冷却水金口 b 200 甲醇蒸汽进口 c 20 放气口 d 70 甲醇物料出口 e 20 排净物 f 200 冷却水出口 三、设计要求： 1.换热器机械设计计算及整体结构设计 2.绘制固定管板式换热器装配图（一张一号图纸） 3.管长与壳体内径之比在3-20之间 四、主要参考文献 1.国家质量监督检验检疫总局，GB150-2011《压力容器》，中国标准出版社，2011. 2.国家质量监督检验检疫总局，TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》，新华出版社，2009. 3.国家质量监督检验检疫总局，GB151-1999《管壳式换热器》，中国标准出版社，1999. 4.天津大学化工原理教研室，《化工原理》上册，姚玉英主编，天津科学技术出版社，2012. 5.郑津样，董其伍，桑芝富主编，《过程装备设计》，化学工业出版社，

(完整版)固定管板式换热器毕业设计论文

优秀论文审核通过 未经允许切勿外传 新疆工程学院 毕业设计（论文） 2013 届 题目固定管板式换热器设计 专业设备维修技术 学生姓名韩向阳 学号 小组成员侯磊、张立东、蒋颖超 指导教师蔡香丽、薛风 完成日期

新疆工程学院教务处印制

新疆工程学院 毕业论文（设计）任务书班级化设备10-6班专业设备维修技术姓名韩向阳日期 2013.3.4 1、论文（设计）题目：固定管板式换热器设计 2、论文（设计）要求： （1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。（2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。 （3）主题明确，思路清晰。 （4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。 （5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。 3、论文（设计）日期：任务下达日期 2013.3.4 完成日期 2013.4.10 4、指导教师签字： 新疆工程学院 毕业论文（设计）成绩评定 报告

序 号 评分指标具体要求分数范围得分1 学习态度 努力学习，遵守纪律，作风严谨务实，按期完成规 定的任务。 0—10分 2 能 力 与 质 量 调研论 证 能独立查阅文献资料及从事其它形式的调研，能较 好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各 类信息并从中获取新知识的能力。 0—15分 综合能 力 论文能运用所学知识和技能，有一定见解和实用价 值。 0—25分 论文（设 计）质量 论证、分析逻辑清晰、正确合理，0—20分 3 工作量 内容充实，工作饱满，符合规定字数要求。绘图(表) 符合要求。 0— 15分4 撰写质量 结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清 楚，字迹工整，书写格式规范， 0— 15分 合计0—100分评语： 成绩： 评阅人（签名）： 日期： 毕业论文答辩及综合成绩

固定管板式换热器课设论文

化工原理课程设计（论文） 煤油冷却器的设计 学院 专业 年级 学号 学生姓名 指导教师 2011年 11月

目录 一．任务书 (4) 1.1题目 1.2任务及操作条件 1.3列管式换热器的选择及设计要求 二．概述 (5) 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．物料数据的确定 (10) 3.1试算并初选换热器规格 3.2计算总传热系数 3.3计算传热面积 四．工艺结构尺寸 (13) 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4.3传热管排列和分程方法 4.4壳体内径 4.5折流板 4.6接管 4.7拉杆和定距管 4.8管板厚度

4.9封头 4.10缓冲挡板 4.11放气孔、排液孔 4.12膨胀节 4.13胀接 4.14密封垫圈 五．换热器核算 (20) 5.1壳程对流传热系数 5.2管程对流系数 5.3传热系数K 5.4传热面积 5.5计算压强降 六．工艺计算结果汇总表 (25) 七．后记 (26) 参考文献 (27)

煤油冷却器的设计 一．化工原理课程设计任务书 1.1设计题目：煤油冷却器的设计 1.2设计任务及操作条件 1.处理能力 19.6*104 吨/年煤油 2.设备型式列管式换热器 3.操作条件 a 煤油：入口温度145℃，出口温度 35℃ b 冷却介质：自来水，入口温度 30℃，出口温度 40℃ c 允许压强降：不大于105 pa d 煤油定性温度下的物性数据：密度为825kg/m3 ，粘度为7.15*10-4 pa*s，比热容为2.22kJ/（kg *℃），导热系数为0.14w/（m*℃） e 每年按330天计，每天24小时连续运行 1.3换热器的选择及设计要求 列管式换热器的形式主要依据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。由于两流体的温差大于50 C，故选用带补偿圈的固定管板式换热器。这类换热器结构简单、价格低廉，但管外清洗困难，宜处理壳方流体较清洁及不易结垢的物料。因水的对流传热系数一般较大，并易结垢，故选择冷却水走换热器的管程，煤油走壳程。

固定管板式换热器设计结构设计说明

固定管板式换热器设计结构设计 第一章绪论 1 研究的目的和意义 随着现代工业的发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现[1]。 换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右,占总投资的30%一45%。近年来随着节能技术的发展,换热器的应用领域不断扩大,带来了 显著的经济效益[2]。 目前,在换热设备中,管壳式换热器使用量最大。因此对其进行研究就具有很大的意义。 换热器换热过程是为了实现下列目的：⑴通过减小设计传热面积来减小换热器的体积和质量⑵．提高已有换热器的换热能力⑶．使换

热器能在较低额温差下正常工作⑷．通过减小换热器的流体阻力来减少换热器的动力消耗 2 国内外发展状况 2.1管程强化传热研究进展 换热管是管壳式换热器的主要组成部分，以下是列举的集中国内外新型高效换热管以及它们的作用 2.1.1螺旋槽管 螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凸的异形管,管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数,起到双边强化的作用。根据在光管表面加工螺旋槽的类型螺旋槽管有单头和多头之分,其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。美国、英国、日本从1970年至1980年间对螺旋槽管进行了大量的研究[1] 2.1.2横纹管 华南理工大学曾研究过1974年前苏联提出的一种换热管，研究表明：在相同流速下，横纹管的流体阻力较单头螺旋槽管的流体阻力要小。[2] 2.1.3螺旋扁管 梁龙虎[3]经实验研究,表明螺旋扁管管内膜传热系数通常比普通圆管大幅度提高,在低雷诺数时最为明显,达2～3倍;随着雷诺数的

板式换热器选型与计算方法(DOC)

板式换热器选型与计算方法 板式换热器的选型与计算方法 板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 总传热量(单位:kW). 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度 T2 = 热侧出口温度 t1 = 冷侧进口温度 t2= 冷侧出口温度 热负荷 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为： （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）

在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W； mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s； Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)； T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为： 一侧有相变化 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中 r,r1,r2--------物流相变热，J/kg； D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。 对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。 对数平均温差(LMTD) 对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大小直接关系到换热器传热难易程度.在某些特殊情况下无法计算对数平均温差,此时用算术平均温差代替对数平均温差，介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方式是不同的。在一些特殊情况下，用算术平均温差代替对数平均温差。 逆流时： 并流时：

板式换热器的计算方法

板式换热器的计算方法 板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数 曲线估算方法。目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得 快捷、方便、准确。以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和 压降准则关联式为基础的设计计算方法。 以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的： 总传热量(单位:kW). 一次侧、二次侧的进出口温度 一次侧、二次侧的允许压力降 最高工作温度 最大工作压力 如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。 温度 T1 = 热侧进口温度* A3 F7 y& G7 S+ Q T2 = 热侧出口温度3 s' _% s5 s. T" D0 q4 b t1 = 冷侧进口温度& L8 ~: |; B: t2 M2 w$ z t2= 冷侧出口温度 热负荷 热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为：0 B N/ I" A+ m0 z' H9 ~ （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量） 在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。 （1）无相变化传热过程 式中 Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；# Q/ p3 p: I4 ~0 N' I) W mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s；+ Z: I9 b- h9 h" r3 P) {/ ^ Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)；6 L8 t6 b3 o& m/ n T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K； T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。 （2）有相变化传热过程 两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡 算式为：& w3 v) j4 I4 R 一侧有相变化1 Y# e$ B6 c& z% C3 W- W* J 两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程 式中

固定管板式换热器的设计

固定管板式换热器的设计 第一章.设计方案概述和简介 一、概述 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。化工生产中换热器的使用十分普遍，由于物料的性质、要求各不相同，换热器的种类很多。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。 按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体温度较低，吸收热量。换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位 二、列管式换热器的分类 1、 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；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。 2、固定管板式换热器 固定管板式换热器主要是由筒体、封头、管板、换热管、管箱、折流板及法兰等组成，管束两端固定在管板上，管板和筒体之间是刚性连接在一起，相互之间无相对移动，换热器结构简单、制造方便、造价较低；在相同直径的壳体内可排列较多的换热管，而且每根换热管都可单独进行更换和管内清洗；但管外壁清洗较困难。当两种流体的温差较大时，会在壳壁和管壁中产生温差应力，一般当温差大于50摄氏度时就应考虑在壳体上设置膨胀节以减小温差应力。但当管、壳温差大于70摄氏度时，壳程压力超过0.6Mpa时，导致膨胀节过厚失去温差补偿作用。因此，固定管板式换热器适用于壳程流体清洁，不易结垢，管程常用要清洗，冷热流体温差不太大的场合。

化工原理课程设计说明书(换热器的设计)

中南大学 化工原理课程设计 2010年01月22日 题目设计说明书指导老师夏柳荫 学生姓名徐春波学院化学化工学院学生学号1503070127 专业班级制药0701班

目录 一、设计题目及原始数据（任务书） (3) 二、设计要求 (3) 三、列环式换热器形式及特点的简述 (3) 四、论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择 (8) 五、换热过程中的有关计算（热负荷、壳层数、总传热系数、传热 面积、压强降等等） (10) ①物性数据的确定 (14) ②总传热系数的计算 (14) ③传热面积的计算 (16) ④工艺结构尺寸的计算 (16) ⑤换热器的核算 (18) 六、设计结果概要表（主要设备尺寸、衡算结果等等） (22) 七、主体设备计算及其说明 (22) 八、主体设备装置图的绘制 (33) 九、课程设计的收获及感想 (33) 十、附表及设计过程中主要符号说明 (37) 十一、参考文献 (40)

一、设计题目及原始数据（任务书） 1、生产能力：17×104吨/年煤油 2、设备形式：列管式换热器 3、设计条件： 煤油：入口温度140o C，出口温度40 o C 冷却介质：自来水，入口温度30o C，出口温度40 o C 允许压强降：不大于105Pa 每年按330天计，每天24小时连续运行 二、设计要求 1、选择适宜的列管式换热器并进行核算 2、要进行工艺计算 3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等） 4、编写设计任务书 5、进行设备结构图的绘制（用420*594图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图。一剖面图，两个局部放大图。设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。） 三、列环式换热器形式及特点的简述 换热器概述 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。

固定管板式换热器课设

江汉大学 课题名称：固定管板式换热器设计系别：化学与环境工程学院 专业：过控121班 学号： 122209104119 姓名：库勇智 指导教师：杨继军 时间： 2016年元月

课程设计任务书 设计题目：固定管板式换热器设计 一、设计目的： 1.实用国家最新压力容器标准、规范进行设计，掌握典型的过程装 备设计的全过程。 2.掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案 的可行性研究和论证。 3.掌握软件强度设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确可靠， 正确掌握计算机操作和专业软件的实用。 4.掌握图纸的计算机绘图。 二、设计条件： 设计条件单

管口表 三、设计要求： 1.换热器机械设计计算及整体结构设计 2.绘制固定管板式换热器装配图（一张一号图纸） 3.管长与壳体内径之比在3-20之间 四、主要参考文献 1.国家质量监督检验检疫总局，GB150-2011《压力容器》，中国标准出版社，2011. 2.国家质量监督检验检疫总局，TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》，新华出版社，2009. 3.国家质量监督检验检疫总局，GB151-1999《管壳式换热器》，中国标准出版社，1999. 4.天津大学化工原理教研室，《化工原理》上册，姚玉英主编，天津科学技术出版社，2012. 5.郑津样，董其伍，桑芝富主编，《过程装备设计》，化学工业出版社，

2010.

6.赵惠清，蔡纪宁主编，《化工制图》，化学工业出版社，2008。 7.潘红良，郝俊文主编，《过程装备机械设计》，华东理工大学出版社，2006。 8.E．U．施林德尔主编，《换热器设计手册》第四卷，机械工业出版社，1989.

固定管板式换热器设计-过程设备设计课程设计报告书

目录 1.换热器选型和工艺设计 (3) 1.1设计条件 (3) 1.2换热器选型 (3) 1.3工艺设计 (3) 1.3.1传热管根数的确定 (4) 1.3.2传热管排列和分程方法 (4) 1.3.3壳体径 (4) 2 换热器结构设计与强度校核 (4) 2.1 管板设计 (4) 2.1.1管板材料和选型 (5) 2.1.2管板结构尺寸 (5) 2.1.3管板质量计算 (6) 2.2法兰与垫片 (6) 2.2.1管箱法兰与管箱垫片 (7) 2.3 接管 (8) 2.3.1接管的外伸长度 (9) 2.3.2 接管位置设计 (9) 2.3.3 接管法兰 (10) 2.4管箱设计 (12) 2.4.1管箱结构形式选择 (12) 2.4.2管箱最小长度 (12) 2.5 换热管 (13) 2.5.1 布管限定圆 (13) 2.5.2 换热管与管板的连接 (13) 2.6 拉杆与定距管 (14) 2.6.1 拉杆的结构形式 (14) 2.6.2 拉杆的直径、数量及布置 (14) 2.6.3 定距管 (15)

2.7防冲板 (15) 2.7.1防冲板选型 (15) 2.7.2防冲板尺寸 (16) 2.8 折流板 (16) 2.8.1 折流板的型式和尺寸 (16) 2.8.2 折流板的布置 (17) 2.8.3 折流板重量计算 (17) 3.强度计算 (18) 3.1壳体和管箱厚度计算 (18) 3.1.1 壳体、管箱和换热管材料的选择 (18) 3.1.2 圆筒壳体厚度的计算 (18) 3.1.3 管箱厚度计算 (19) 3.2 开孔补强计算 (20) 3.2.1 壳体上开孔补强计算 (20) 3.3 水压试验 (20) 3.4支座 (21) 3.4.1支反力计算如下： (21) 3.4.2 鞍座的型号及尺寸 (22) 4焊接工艺设计 (23) 4.1.壳体与焊接 (23) 4.1 .1壳体焊接顺序 (23) 4.1.2 壳体的纵环焊缝 (24) 4.2 换热管与管板的焊接 (24) 4.2.1 焊接工艺 (24) 4.2.2 法兰与短节的焊接 (25) 4.2.3管板与壳体、封头的焊接 (26) 4.2.4接管与壳体焊接 (26) 总结 (28) 参考文献 (28)

固定管板式换热器压力容器计算书

软件批准号：CSBTS/TC40/SC5-D01-1999 DATA SHEET OF PROCESS EQUIPMENT DESIGN 工程名： PROJECT 设备位号： ITEM 设备名称： 021000 EQUIPMENT 图号： 00000000000001 DWG NO。 设计单位：神雕是的发放神雕爱疯阿斯蒂芬艾丝凡 DESIGNER

设计计算条件 壳程管程 设计压力p 4 MPa设计压力p t 1 MPa s 设计温度t 120 ?C设计温度t t70 ?C s 壳程圆筒外径Do 325 mm 管箱圆筒外径Do 325 mm 材料名称20(GB8163) 材料名称20(GB8163) 简图 计算内容 壳程圆筒校核计算 前端管箱圆筒校核计算 前端管箱封头(平盖)校核计算 后端管箱圆筒校核计算 后端管箱封头(平盖)校核计算 管箱法兰校核计算 开孔补强设计计算 管板校核计算

计算所依据的标准 GB 150.3-2011 计算条件 椭圆封头简图 计算压力 P c 1.00 MPa 设计温度 t 70.00 ? C 外径 D o 325.00 mm 曲面深度 h o 83.00 mm 材料 Q235-B (板材) 设计温度许用应力 [σ]t 114.12 MPa 试验温度许用应力 [σ] 116.00 MPa 钢板负偏差 C 1 0.30 mm 腐蚀裕量 C 2 1.00 mm 焊接接头系数 φ 1.00 压力试验时应力校核 压力试验类型 液压试验 试验压力值 P T = 1.25P c t ] [][σσ= 1.0000 (或由用户输入) MPa 压力试验允许通过的应力[σ]t [σ]T ≤ 0.90 σs = 211.50 MPa 试验压力下封头的应力 σT = φδδ.2))5.02(.(e e o T K KD p --= 24.45 MPa 校核条件 σT ≤ [σ]T 校核结果 合格 厚度及重量计算 形状系数 K = ??? ? ???????? ? ?--+2 o )(22261nh o h n h D δδ = 1.0406 计算厚度 δh = ()c t o c 5.02][2P K D KP -+φσ = 1.47 mm 有效厚度 δeh =δn - C 1- C 2= 6.70 mm 最小厚度 δmin = 3.00 mm 名义厚度 δnh = 8.00 mm 结论 满足最小厚度要求 重量 8.16 Kg 压 力 计 算 最大允许工作压力 [P w ]= ()e o e t 5.02][2δφδσ--K KD = 4.66810 MPa 结论 合格

固定管板式换热器的设计

化工原理课程设计 设计题目：固定管板式换热器的设计学院：生命科学与技术学院 班级：生物工程13-1班 姓名：张锦玉 学号：20131106004 指导老师：阿不都吾甫尔·肉孜 时间：2015年12月23日

设计任务书 一、设计题目：有机物冷却器的设计（第1组） 二、设计任务及操作条件 1.处理能力：0.6万吨/年 2.设备形式：列管式换热器 3.操作条件： （1）有机物：入口温度86°C出口温度30°C （2）冷却介质：自来水入口温度18°C出口温度26°C （3）允许压降:不大于100Kpa （4）有机物定性温度下的物性数据： 密度815kg/m3, 粘度7.0*10-4pa.s 比热容2.15kj/(kg.°C) 导热系数0.140W/m.°C (5)每年按310天计，每天24h连续运行 三、设计适宜的列管换热器 1.传热计算 2.管，壳程流体阻力的计算 3.计算结果表 4.总结

目录 1.概述 (1) 2.设计标准 (1) 3.方案设计和拟定 (1) 4.设计计算 (2) 4.1确定设计方案 (2) 4.1.1流动空间选择 (2) 4.2确定物性数据 (3) 4.3设计总传热系数 (3) 4.3.1热流量 (4) 4.3.2平均传热温差 (4) 4.3.3冷却水用量 (5) 4.3.4总传热系数K (5) 4.4计算传热面积 (5) 4.5工艺结构尺寸 (5) 4.5.1管径和管内流速 (5) 4.5.2管程数和传热管数 (6) 4.5.3传热管排列和分程方法 (6) 4.5.4壳体内径 (6) 4.5.5折流板 (6) 4.6换热器核算 (7) 4.6.1热量核算 (7) 4.6.1.1壳程对流传热系数 (7) 4.6.1.2管程对流传热系数 (8) 4.6.1.3传热系数K (9) 4.6.1.4传热面积A (9) 4.6.2换热器内流体的流动阻力 (9) 4.6.2.1管程流动阻力 (9) 4.6.2.2壳程阻力 (10) 4.6.2.3换热器主要结构尺寸和计算结果 (11) 5.设计小结 (12) 6.参考文献 (12) 7.附图表 (13) 8.符号说明 (14)

换热器设计固定管板式

化学工程基础课程设计 设计题目：管壳式换热器（固定管板式）学生姓名：X X X 专业班级：1001 学号：1115020126 指导教师： 西安科技大学化学与化工学院 2013年1月14日

管壳式换热器设计任务书 一、设计目的 培养学生综合运用本门课程及有关选修课程基础理论和基本知识去完成换热单元操作设备设计任务的实践能力 二、设计目标 设计的设备必须在技术上是可行的，经济上是合理的，操作上是安全的，环境上是友好的 三、设计题目 管壳式换热器设计——固定管板式 四、设计任务及操作条件 1. 设计任务 设备型式：管壳式换热器 ——固定管板式 处理任务：物 料：原油 处理量 4900kg/h 2. 操作条件 （1）热流体(原油)：入口温度140℃; 出口温度40℃ （2）冷却介质：水（入口30℃，出口40℃） （3）允许压降：不大于0.1MPa （4）物性数据 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 ?=?=??==-/128.0/2.2100.3/81533λμρ导热系数定压比热容粘度密度 水的定性温度35℃下的物性数据： ) (10725.0)/(626.0) /(08.4) /(99433s Pa k m w k Kg KJ C m Kg p ??=?=?==-μλρ

目录 一、设计概述 (2) 1、换热器的简单介绍 (2) 2、设计的目的及意义 (3) 二、方案设计 (4) 1、工艺设计计算 (4) 1.1确定设计方案 (4) 1.2确定物性数据 (4) 1.3计算总传热系数 (5) 1.4计算传热面积 (6) 2、换热器设备结构设计计算 (6) 2.1管径和管内流速 (6) 2.2管程数和传热管数 (6) 2.3传热管排列和分程方法 (7) 2.4壳体内经 (7) 3、换热器的核算 (8) 3.1面积核算 (8) 3.2换热器内流体的流动阻力核算 (10) 三、设计结果一览表 (12) 四、参考文献 (13) 五、主要符号说明 (14) 六、设计感想 (15)

基于ANSYS的固定管板式换热器的热应力分析及评定_陈满儒

基于ANS YS的固定管板式 换热器的热应力分析及评定 陈满儒,孙文迪 (陕西科技大学设计与艺术学院,陕西西安　710021) 摘要:应用ANS YS有限元分析软件对固定管板式换热器进行热应力分析及评定。由应力强度云图可知最大应力强度发生在管板锻件的管程侧过渡圆角处。设定3条应力评定路径,进行线性化处理,在内压与热载荷作用下,对各路径上的一次加二次应力进行评定,得到应力评定结果。关键词:ANS YS;换热器;应力分析;应力评定 中图分类号:TH222 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2011)05-0040-03 换热器是石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种换热工艺设备[1]。换热器设计的好坏直接影响其工艺过程,为了有效地利用能源,对换热器性能进行分析和研究是非常有意义的。 固定管板式换热器是由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成的。管板与壳体通过焊接固定在一起,而管板与管子要通过胀接、焊接或胀焊结合连接在一起。由于管内流体与壳程流体存在温差,因此换热器中必定存在温差应力,这种温差应力将与管壳程流体压力造成的机械应力叠加。当应力较高时则会在换热器的不同部位造成不同形式的失效,如壳体强度或稳定性破坏、管子的强度或稳定性破坏、管子与管板之间拉脱、管板与壳体连接部位的破坏、管板强度破坏等,当温差应力太大时还应考虑使用膨胀节[2]。因此,换热器应力分析应包括不同危险工况并对不同部位进行分析与评定,才能保证其安全可靠的运行。 1　固定管板式换热器参数及热应力分析模型 1.1　工作条件及结构参数 某固定管板式换热器结构示意图如图1所示,管板为带凸肩的整锻件,凸肩高度为35mm,壳程侧凸肩计算壁厚为17mm,管程侧凸肩计算壁厚为18mm,凸肩与管板连接处锻造圆角半径为15m m,管板外直径为840mm,管板计算厚度为100mm。壳程金属设计温度下的设计应力强度S m= 183M Pa,管程金属设计温度下的设计应力强度S m=118MPa,壳程设计压力为0.58MPa,管程设计压力为2.00MPa,壳程操作温度为140.5℃,管程操作温度为250.0℃,空气环境温度设为20.0 ℃。 图1　固定管板式换热器结构简图 1.2　热应力分析模型 建立如图2所示的热应力分析模型,其中与管板锻件连接的壳程筒体及管程筒体的长度足够长,远大于2.5倍的边缘应力衰减长度,一般而言,当不必考虑两侧管板轴向差异时,才可利用轴向对称性建模,而壳程分析长度应为壳程总长度的一半。由于主要讨论管板及其与两端筒体连接区的应力分布规律,因而忽略开孔接管、管箱封头及支座等。考虑到结构和载荷的对称性,沿换热器的纵向对称面切开取其1/4作为分析模型体。结构纵向对称面约束了法向位移,壳程筒体横截面约束了轴向位移,管箱筒体端面施加相应的轴向平衡力。 收稿日期:2011-01-08 作者介绍:陈满儒(1957-),男,陕西西安人,陕西科技大学教授,硕士,主要研究方向为包装工程。 402011年3月　中国制造业信息化　第40卷　第5期