热交换器温度控制系统 一．控制系统组成 由换热器出口温度控制系统流程图1可以看出系统包括换热器、热水炉、控制冷流体的多级离心泵，变频器、涡轮流量传感器、温度传感器等设备。 图1换热器出口温度控制系统流程图 控制过程特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象（出口温度）组成闭合回路。被调参数（换热器出口温度）经检验元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号c，测量值c与给定值r的差值e送入调节器，调节器对偏差信号e进行运算处理后输出控制作用u。 二、设计控制系统选取方案 根据控制系统的复杂程度，可以将其分为简单控制系统和复杂控制系统。其中在换热器上常用的复杂控制系统又包括串级控制系统和前馈控制系统。对于控制系统的选取，应当根据具体的控制对象、控制要求，经济指标等诸多因素，选用合适的控制系统。以下是通过对换热器过程控制系统的分析，确定合适的控制系统。
换热器的温度控制系统工艺流程图如图2所示，冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体加热炉加热到某温度，通过循环泵流经换热器的管程，出口温度稳定在设定值附近。冷流体通过多级离心泵流经换热器的壳程，与热流体交换热后流回蓄电池，循环使用。在换热器的冷热流体进口处均设置一个调节阀，可以调节冷热流体的大小。在冷流体出口设置一个电功调节阀，可以根据输入信号自动调节冷流体流量的大小。多级离心泵的转速由便频器来控制。 换热器过程控制系统执行器的选择考虑到电动调节阀控制具有传递滞后大，反应迟缓等缺点，根具离心泵模型得到通过控制离心泵转速调节流量具有反应灵敏，滞后小等特点，而离心泵转速是通过变频器调节的，因此，本系统中采用变频器作为执行器。 图2换热器的温度控制系统工艺流程图 引起换热器出口温度变化的扰动因素有很多，简要概括起来主要有： （1）热流体的流量和温度的扰动，热流体的流量主要受到换热器入口阀门的开度和循环泵压头的影响。热流体的温度主要受到加热炉加热温度和管路散热的影响。 （2 ）冷流体的流量和温度的扰动。冷流体的流量主要受到离心泵的压头、转速
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)
第1章 浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。 换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大
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，
本人希望在此搞一换热器专贴，以方便相关行业人员，一起探讨，共同成长．也希望大家多多支持，上传更多相关资料方便大家共享与学习（也很希望版主的支持与关注，能给提供资料和帮人很好解答问题的朋友予以奖励，使大家积极性更高）．一人有难时，大家能八方支援．谁要总结出一些关于这方面的经验或心得，能拿出来与大家分享那是最好，使后来人能站在巨人肩膀上更好成长．先以下面此文开篇（申明：不是本人自己总结，从别处看得，觉得很好，以此开篇，后面将陆续补上一些，我之前收集的关于换热器方面的资料，希望对大家有帮助） 换热器设计思路及相关知识 一、前言 换热器分类： 管壳式换热器根据结构特点可分为下列两类。 1.刚性结构的管壳式换热器：这种换热器又成为固定管板式，通常可分为单管程和多管程两种。它的优点是结构简单紧凑、造价便宜和应用较广；缺点是管外不能进行机械清洗。 2.具有温差补偿装置的管壳式换热器：它可使受热部分自由膨胀。该结构形式又可分成： ①浮头式换热器：这种换热器的一端管板能自由伸缩，即所谓“浮头”。他适用于管壁和壳壁温差大，管束空间经常清洗。但它的结构较复杂，加工制造的费用较高。 ②U形管式换热器：它只有一块管板，因此管子在受热或冷却时，可以自由伸缩。这种换热器的结构简单，但制造弯管的工作量较大，且由于管子需要有一定的弯曲半径，管板的利用率较差，管内进行机械清洗困难，拆换管子也不容易，因此要求通过管内的流体是清洁的。这种换热器可用于温差变化大，高温或高压的场合。 ③填料函式换热器：它有两种形式，一种是在管板上的每根管子的端部都有单独的填料密封，以保证管子的自由伸缩，当换热器内的管子数目很少时，才采用这种结构，但管距比一般换热器要大，结构复杂。另一种形式是在列管的一端与外壳做成浮动结构，在浮动处采用整体填料函密封，结构较简单，但此种结构不易用在直径大、压力高的情况。填料函式换热器现在很少采用。 二、设计条件的审查： 1. 换热器的设计，用户应提供一下设计条件（工艺参数）： ①管、壳程的操作压力（作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供） ②管、壳程的操作温度（进口/出口） ③金属壁温（工艺计算得出（用户提供）） ④物料名称及特性 ⑤腐蚀裕量 ⑥程数 ⑦换热面积 ⑧换热管规格，排列形式（三角形或正方形） ⑨折流板或支撑板数量 ⑩保温材料及厚度（以便确定铭牌座伸出高度） ⑾油漆:Ⅰ.如用户有特殊要求，请用户提供牌号，颜色 Ⅱ.用户无特殊要求，设计人员自己选定 2. 几个重点设计条件 ①操作压力：作为判定设备是否上类的条件之一，必须提供 ②物料特性：如用户不提供物料名称则必须提供物料的毒性程度。 因为介质的毒性程度关系到设备的无损监测、热处理、锻件的级别
概述 本规范描述了组合式空调机组的设计参数、性能要求、设计工况及各元件设计和选型方法。组合式空调机组基本型号有24个，功能段包括混合段、初效过滤段、中效过滤段、表冷段、热盘管段、电加热段、各种加湿、风机段、消声段等二十余种功能段。 组合式空调机组的长、宽、高是按模数进行设计，标准规定：1M=158mm，基本命名方式为：MKZXXXX，前两为数字表高度上的模数，后两位表示宽度上的模数，尺寸的计算方法为：L=XX*158+50（70）（面板厚度为30mm时取50，面板厚度为50mm时取70）。 组合式空调机组的具体命名方法可参阅组合式空调机组产品分类与型号命名（） 组合式空调机组的基本设计工况： 混合段、初效过滤段、中效过滤段、表冷段、热盘管段、电加热段、加湿段、风机段、消声段等进行自由组合，对空气的进行处理，满足客户对空气洁净度和舒适度、环境噪声的需求。 第一章换热器设计计算方法 换热器用来实现空气与热源载体——水进行能量交换的设备，是空调末端产品中最重要的部件之一。主要构件有进出水管、集水管、铜管、翅片、U型管、端板等，下面主要介绍表冷器大小、翅片形式、铜管大小等的选择，其结构上的知识不做介绍。 我们公司换热器的命名方法： 换热器的中文名称加三个主参数，即：换热器 M*N*L，M表示换热器厚度方向铜管排数，N表示换热器高度方向的铜管数，L表示换热器有效长度（即换热铜管长度），如：换热器 4*20* 1500，表示4排换热器，高度方向有20根管，换热器铜管的有效长度为1500。换热器的其他构件相关尺寸都是以这三个基本参数为依据换算而来。 换热器M×N×L（换热器系列部件图样代号及名称） MK．HRQ3Z 换热器8×24×2015（换热器系列部件图样代号及名称） 表示换热管规格为φ16、总水管通径为DN65（3型管）、8排（M=8）换热管、每排管数 为24（N=24）、换热器迎风面长度或换热管有效长度为2015mm（L=2015）的左式换热器。 具体名称命名方式可参阅换热器命名。 换热器的设计： 一、基本参数的设计： M 一般尽量按客户要求选择，在客户没有要求的情况下，我们根据N、L的值，加上我们的经验公式（见后）进行计算。 N、L 根据我们规划的段位尺寸，保证换热器在表冷段中便于安装，且有最大的换热面积和迎风面积，具体的段位尺寸见组合空调标准段位图。 二、翅片和铜管的选择 目前我们公司有波纹片、开窗片、平片三种翅片形式。波纹片主要是与φ16铜管配套，开窗片、平片与φ铜管配套。风机盘管主要采用φ铜管套平片，空调箱按风量区别，5000m3/h以上的采用φ16铜管套波纹片，5000m3/h以下的采用φ铜管套开窗片。 波纹片与φ16铜管换热器特点：风阻较小，换热能力较小。开窗片与φ的换热器特点：风阻较大，换热能力较大。平片与φ的换热能力最小。
——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
列管式换热器的设计和选用的计算步骤 设有流量为m h的热流体，需从温度T1冷却至T2，可用的冷却介质入口温度t1，出口温度选定为t2。由此已知条件可算出换热器的热流量Q和逆流操作的平均推动力。根据 传热速率基本方程： 当Q和已知时，要求取传热面积A必须知K和则是由传热面积A的大小和换热器结构决定的。可见，在冷、热流体的流量及进、出口温度皆已知的条件下，选用或设计换 热器必须通过试差计算，按以下步骤进行。 ◎初选换热器的规格尺寸 ◆ 初步选定换热器的流动方式，保证温差修正系数大于0.8，否则应改变流动方式， 重新计算。 ◆ 计算热流量Q及平均传热温差△t m，根据经验估计总传热系数K估，初估传热面积A 估。 ◆ 选取管程适宜流速，估算管程数，并根据A估的数值，确定换热管直径、长度及排 列。◎计算管、壳程阻力 在选择管程流体与壳程流体以及初步确定了换热器主要尺寸的基础上，就可以计算管、壳程流速和阻力，看是否合理。或者先选定流速以确定管程数N P和折流板间距B再计算压力降是否合理。这时N P与B是可以调整的参数，如仍不能满足要求，可另选壳径再进行计 算，直到合理为止。 ◎核算总传热系数 分别计算管、壳程表面传热系数，确定污垢热阻，求出总传系数K计，并与估算时所取用的传热系数K估进行比较。如果相差较多，应重新估算。 ◎计算传热面积并求裕度 根据计算的K计值、热流量Q及平均温度差△t m，由总传热速率方程计算传热面积A0，一般应使所选用或设计的实际传热面积A P大于A020%左右为宜。即裕度为20%左右，裕度的 计算式为： 某有机合成厂的乙醇车间在节能改造中，为回收系统内第一萃取塔釜液的热量，用其釜液将原料液从95℃预热至128℃，原料液及釜液均为乙醇，水溶液，其操作条件列表如下： 表4-18 设计条件数据 物料流量 kg/h 组成（含乙醇量） mol% 温度℃操作压力 MPa 进口出口 釜液 3.31450.9
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。
换热器课程设计安排与要求： 一、时间安排： 1、初稿完成时间： 检查设计图纸及说明书初稿，要求打印稿，图纸装配图初稿用A3纸打印，零件图可用A4纸。 2、最终上交设计计算说明书及图纸时间： 二、换热器课程设计说明书撰写规范、CAD图纸要求、课程设计说明书及任务书格式、内容要求见附件1、附件2、附件3。
附件1 换热器课程设计说明书撰写规范 1、说明书（论文）格式 (1) 纸型：A4纸，单面打印； (2) 页边距：上2cm，下2cm，左3cm、右2 cm； (3) 字体：正文全部宋体、小四； (4) 行距：1.5倍，段前、段后均为0，取消网格对齐选项。 2、说明书结构及要求 （1）封面 （2）目录 （3）任务书 目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是无序号的“参考文献”，标题“目录”，字体：黑体，字号：小三，章、节标题和页码，字体：宋体，字号：小四。 （4）正文 正文用小四号宋体字；每章的大标题用小三号黑体，加粗，留出上下间距为：段前0.5行，段后0.5行；二级标题用小四号黑体，加粗；其余小标题用小四号黑体，不加粗。 论文正文部分包括: 引言(或前言) 论文主体 结论 引言的内容应包括该项研究的目的和范围，以及该项研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义；本研究课题范围内国内外己有文献的综述；理论依据和实验设备条件；论文内容安排等。 正文是主体，其内容一般应包括:理论分析、计算方法、实验装置和测试方法。正文应准确、完整、清晰、通顺、实事求是、简短精练。
所有直接引用的文字、数字、事实以及转述他人的观点都应加标注说明其出处，避免论文抄袭现象的发生。 结论做为单独一章排列，结论是整篇论文的总结，应该精练准确，不得含糊其词模棱两可。结论中应认真阐述自己的创造性工作或新见解及其意义和作用。 正文中的图、表、附注、公式一律采用阿拉伯数字分章编号。 如图1.2，表2.3，附注4.5，式6.7等。 图的位置 ①图居中排列。 ②图与上文应留一行空格。 图的版式 ①“设置图片格式”的“版式”为“上下型”或“嵌入型”，不得“浮于文字之上”。 ②图的大小尽量以一页的页面为限，不要超限，一旦超限要加续图。 图名的写法 ①图名居中并位于图下，编号应分章编号，如图2.1、图2.2。 ②图及其名称要放在同一页中，不能跨接两页, 名称与下文留一空行。 ③图内文字清晰、美观。 ④中文图名设置为宋体，五号，居中。 表的格式说明 表格：三线表 三线表通常只有3条线，即顶线、底线和栏目线(注意：没有竖线)。其中顶线和底线为粗线，栏目线为细线。表要用WORD绘制，不要粘贴。 表的位置 ①表格居中排列。 ②表格与下文应留一行空格。 ③表中若有附注，一律用阿拉伯数字和右半圆括号按顺序编排，如注1），附注写在表的下方。 表的版式 ①表的大小尽量以一页的页面为限，不要超限，一旦超限要加续表。 10) 表名的写法 ①表名应当在表的上方并且居中。编号应分章编号，如表2.1、表2.2。 ②表名与上文留一空行。
中南大学 化工原理课程设计 2010年01月22日 <
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@ 14 ②物性数据的确定……………………………………………… ③总传热系数的计算 (14) ④传热面积的计算 (16) ⑤工艺结构尺寸的计算 (16) ⑥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、? 33十、课程设计的收获及感想………………………………………… 十一、附表及设计过程中主要符号说明 (37) 十二、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
《化工原理课程设计任务书》（1） 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： 1. 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。 一、选定管壳式换热器的种类和工艺流程 1.选定管壳式换热器的种类 管壳式换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。与其他种类的换热器相比，其主要优点是：单位体积具有的传热面积较大以及传热效果较好；此外，结构简单，制造的材料范围较广，操作弹性也较大等。因此在高压高温和大型装置上多采用管壳式换热器。 管壳式换热器中，由于两流体的温度不同，管束和壳体的温度也不相同，因此他们的热膨胀程度也有差别。若两流体的温度差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。根据热补偿方法的不同，管壳式换热器有下面几种形式。
（1）固定管板式换热器 这类换热器的结构比较简单、紧凑、造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一些列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或是管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。 为了克服温差应力必须有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60-70℃和壳程流体压强不高的情况下。一般壳程压强超过0.6MPa时，补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿作用，就要考虑其他结构。其结果如下图所示： （2）浮头式换热器 换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以使管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”,所以这种换热器称为浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体约束，因此当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点是结构复杂，造价高。其结构如下： （3） U型管换热器 这类换热器只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。其结构如下图所示： （4）填料函式换热器 这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低廉。但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理一易挥发、易燃易爆和有毒的介质。其结构如下： 由设计书的要求进行分析: 一般来说，设计时冷却水两端温度差可取为5℃~10℃。缺水地区选用较大的温度差，水资源丰富地区选用较小的温度差。青海是“中华水塔”，水资源 相对丰富，故选择冷却水较小的温度差6℃，即冷却水的出口温度为31℃。T m -t m =80+4025+31 -=32 22 ℃<50℃，且允许压强降不大于50kPa，可选择固定管板式换 热器。 2.工艺流程图 主要说明：由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，所以选定循环水走管程，苯走壳程。如图所示，苯经泵抽上来，经加水器加热后，再经管道从接管C进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管A进入换热器管程。两物质在换热器中进行换热，苯从80℃被冷却至40℃之后，由接管D流出；循环冷却水则从25℃变为31℃，由接管B流出。 二、管壳式换热器的工艺计算和主要工艺尺寸的设计 1.估算传热面积，初选换热器型号 （1）基本物理性质数据的查取
西安科技大学—乘风破浪团队 1 换热器的设计 1.1 换热器概述 换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。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。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。 换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质； ③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求； ⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。 管型换热器主要有以下几种形式： （1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。 （2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。适用于冷热流体温
西安科技大学—乘风破浪团队 2 差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。 （3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。 表1-1 换热器特点一览表 分类 管 壳 式 名称 特性 管式 固定管板式 刚性结构用于管壳温差较小的情况(一般≤50°C)，管间不 能清洗 带膨胀节：有一定的温度补偿能力，壳程只能承受较低的压 力 浮头式 管内外均能承受高压，壳层易清洗，管壳两物料温差>120℃； 内垫片易渗漏 U 型管式 制造、安装方便，造价较低，管程耐压高；但结构不紧凑、 管子不易更换和不易机械清洗 填料 函式 内填料函：密封性能差，只能用于压差较小场合 外填料函：管间容易泄露，不易处理易挥发、易爆易燃及压 力较高场合 釜式 壳体上都有个蒸发空间，用于蒸汽与液相分离 套管 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合或固定床反应器中
换热器设计指南
1 总则 1.1 目的 为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1.2 范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号（版次）的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999 钢制压力容器 GB151-1999 管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers——JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社（2002） 换热器设计手册——中国石化出版社（2004） 换热器设计手册——化学工业出版社（2002） Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ——SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection——CHEVRON COP. (1989) HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers——TOTAL（2002） 管壳式换热器工程规定——SEI（2005） 2 设计基础 2.1 传热过程名词定义
2.1.1 无相变过程 加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。 冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。 换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2 沸腾过程 在传热过程中存在着相的变化—液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。 池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。 流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3 冷凝过程 部分或全部流体被冷凝为液相, 热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。 有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2 换热器的术语及分类 2.2.1 术语及定义 换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器；位号：设计人员对某一换热器单元的识别号； 有效表面：进行热交换的管子外表面积； 管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分； 壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分； 管程数：介质沿换热管长度方向往、返的次数； 壳程数：介质在壳程内沿壳体轴向往、返的次数； 公称长度：以换热管的长度作为换热器的公称长度，换热管为直管时，取直管长度，换热管为U形管时取U形管直管段的长度； 计算换热面积：以换热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算得到的管束外表面积，对于U形管式换热器，一般不包括U形弯管段的面积；公称换热面积：经圆整后的计算换热面积；
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
换热器设计指南 1总贝!I i.i目的 为规范本公司工艺设计人员设计管壳式换热器及校核管壳式换热器而编制。 1. 2范围 1.2.1本规定规定了管壳式换热器的选型、设计、校核及材料选择。 1.2.2本规定适用于本公司所有的管壳式换热器。 1.3规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规定的引用而成为本规定的条款，凡注日期的应用文件，其随后所有的修改单或修改版均不适用本规定。凡不注日期或修改号 (版次)的引用文件，其最新版本适用于本规定。 GB150-1999钢制压力容器 GB151-1999管壳式换热器 HTRI设计手册 Shell & tube heat exchangers ------- JGC 石油化工设计手册第3卷——化学工业出版社(2002) 换热器设计手册——中国石化出版社(2004) 换热器设计手册——化学工业出版社(2002) Shell and Tube Heat Exchangers Technical Specification ---------- SHESLL (2004) SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS——BP (1997) Shell and Tube Exchanger Design and Selection -------- HEVRON COP. (1989)
HEAT EXCHANGERS——FLUOR DANIEL (1994) Shell and Tube Heat Exchangers ------- TOTAL (2002) 管壳式换热器工程规定——SEI (2005) 2设计基础 2. 1传热过程名词定义 2.1.1无相变过程 加热：用工艺流体或其他热流体加热另一工艺流体的过程。 冷却：用工艺流体、冷却水或空气等冷剂冷却另一工艺流体的过程。 换热：用工艺流体加热或冷却另外一股工艺流体的过程。 2.1.2沸腾过程 在传热过程中存在着相的变化一液体加热沸腾后一部分变为汽相。此时除显热传递外，还有潜热的传递。 池沸过程：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化大容积设备中的工艺流体过程。 流动沸腾：用工艺流体、水蒸汽或其他热流体加热汽化狭窄流道中的工艺流体过程。 2.1.3冷凝过程 部分或全部流体被冷凝为液相，热流体的显热和潜热被冷流体带走，这一相变过程叫冷凝过程。 纯蒸汽或混合蒸汽冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，全部或部分冷凝另一工艺流体。 有不凝气的冷凝：用工艺流体、冷却水或空气，部分冷凝工艺流体和同时冷却不凝性气体。 2.2换热器的术语及分类 2.2.1术语及定义 换热器装置：为某个可能包括可替换操作条件的特定作业的一个或多个换热器； 位号：设计人员对某一换热器单元的识别号； 有效表面：进行热交换的管子外表面积； 管程：介质流经换热管内的通道及与其相贯通部分； 壳程：介质流经换热管外的通道及与其相贯通部分；
精品文档 1.方案确定 选择换热器的类型 浮头式换热器：主要特点是可以从壳体中抽出便于清洗管间和管内。管束可以在管内自由伸缩不会产生热应力。 1.1 换热面积的确定 根据《化工设备设计手册》选择传热面积为 400m 2 1.2 换热管数N 的确定 我国管壳式换热器常用碳素钢、低合金钢钢管，其规格为φ19× 2、φ25× 2.5、φ32× 3、φ38 × 3、φ57 × 3.5 等，不锈钢钢管规格为φ19 × 2、φ25 × 2、φ32 × 2、φ38 × 2.5、φ57 × 2.5。 换热管长度规格为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0m 等。换热器换热管长度与公称直径之比，一般在 4～25 之间，常用的为 6～10。管子的材料选择应根 据介质的压力、温度及腐蚀性来确定。 选用32×3mm 的无缝钢管，材质为 0Cr18Ni9，管长为 6000mm n=A/πd 0L 3-5 式 3-5：n —换热管数 A —换热面积m 2 d0—换热管外径mm L —换热管长度mm 故 -3-3 400 n= =6133.1432600010 ??10??根
表1.1 拉杆直径 /mm 表1.2 拉杆数量 换热器公称直径DN/mm 400＜d400≤d＜700700≤d＜900900≤d＜2600 44810 拉杆需 10根。 1.3 换热管的排布与连接方式的确定 换热管排列形式如图 3.1 所示。换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转正三角形、转三角形。正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，故用的最为广泛，但管外不易清洗。为便于管外便于清洗可以采用正方形或转正方形的管束。 换热管中心距要保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和宽度。管间需要清洗时还要留有进行清洗的通道。换热管中心距宜不小于 1.25 倍的换热管的外径。换热管排列形式如图 1.1 所示： 正三角形转角三角形 正方形转角正方形 图 1.1 换热管排列形式