化工流体传热课程设计任务书
（一）设计题目：真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计
（二）设计任务及条件
1、蒸发系统流程及有关条件见附图。
2、系统生产能力：85 万吨/年。
3、有效生产时间：300天/年。
4、设计内容：Ⅰ效预热器（组）第 1 台预热器的设计。
5、卤水分效预热器采用单管程固定管板式列管换热器，试根据附图中卤水预热的温度要求对预热器（组）进行设计。
6、卤水为易结垢工质，卤水流速不得低于0.5m/s。
7、换热管直径选为Φ38×3mm。
8、卤水物性参数随温度的变化，当手册查不到时，可按水的变化规律推算。（三）设计项目
1、由物料衡算确定卤水流量。
2、假设K计算传热面积。
3、确定预热器的台数及工艺结构尺寸。
4、核算总传热系数。
5、核算压降。
6、确定预热器附件。
7、设计评述。
（四）设计要求
1、根据设计任务要求编制详细设计说明书。
2、按机械制图标准和规范，绘制预热器的工艺条件图（2#），注意工艺尺寸和结构的清晰表达。
设计流程图
目录
确定物性常数，传热量、蒸汽流量及平均温差，确定换热器类型及流体流动空间 选择传热管参数，并计算管程相应参数
核算冷凝传热系数 估计冷凝传热系数 总传热系数核算 计算管内传热系数 估计传热总数，计算传热面积初值计算 壳侧压降和管侧压降计算。
计算值与假定值相差较大
折流板计算
计算值与假定值相差不大 计算值
与假定值相差较大
确定换热器基本尺寸 ① ② ③
④
⑤ ⑥ ⑦ ⑨ 计算换热器其余零件
⑩
第一章设计简介----------------------------------------------------------4 第二章热力学计算-------------------------------------------------------5
2.1 由物料衡算确定卤水流量---------------------------------------5
2.2 假设K计算传热面积--------------------------------------------5
2.2.1 热力学数据的获取------------------------------------------5
2.2.2 估算传热面积------------------------------------------------6
2.2.3 工艺尺寸的计算---------------------------------------------6
2.2.4 核算总传热系数---------------------------------------------8
2.2.5 核算压降------------------------------------------------------9
2.3 确定预热器附件------------------------------------------------10
2.4 泵的选用---------------------------------------------------------12
2.5 换热器主要结构尺寸和计算结果---------------------------13 第三章设计评述-------------------------------------------------------14 第四章主要符号说明-------------------------------------------------16 第五章参考文献-------------------------------------------------------17
第一章设计简介
在工程中，将某钟流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备，称为换热器，又叫热交换器。在这种设备中，至少有两种温度不同的流体参与传热。
在工业生产中，换热器的应用极为普遍，例如动力工业中锅炉设备的过热器，省煤器，空气预热器，电厂热力系统中的凝汽器，除氧器；冶金工业中的高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气或煤气预热；制冷工业中蒸汽压缩制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器；都是换热器的应用实例。在化学工业和石油化学工业的生产过程中，应用换热器的场合更是不胜枚举。在航天航空工业中，为了及时取出发动机及辅助动力装置在运动时所产生的大量热量，换热器也是不可缺少的重要部件。
另外，由于世界上煤油，石油和天然气资源的储量有限而面临着能源短缺的局面，各国都在致力于新能源的开发，因而热交换器的应用又与能源的开发与节约紧密联系。所以，换热器的应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空航天等各个部门。
根据换热器在生产中的低位和作用，它应满足多种多样的要求。一般来说，对其基本要求有：
（1)满足工艺过程所提出的要求，热交换强度高，热损失少，在有力的平均温度下工作。
（2)要有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构，制造简单，装修方便，经济合理，运行可靠。
（3)设备紧凑。
（4)保证较低的流动阻力，以减少换热器的动力消耗
这次设计的换热器要求单管程固定管板式列管换热器，以二次蒸汽为加热流体预热卤水，将卤水由83摄氏度加热到91摄氏度
通过对换热器的设计，达到让学生了解换热器的结构特点，并能根据工艺要求选择适当的构最共完成图纸。
可以说，这次设计作业从准备材料，估算，核算，到最后的作图，多方面的锻炼的学生们的设计能力，于此同时，还提高了团队合作能力。
s
W W c 9kg/.3528%=?=总
第二章 热力学计算
2.1由物料衡算确定卤水的流量 由表格2-1知数据如下
表2-1
年产量（纯NaCl ） 80万吨/年 工作时间 300天/年 卤水中NaCl 含量
293.76g/L
第一效体积分率
28%
根据任务书的要求，氯化钠的年产量为85万吨/年，根据公式进行计算得：
从图中可以看出进入第三效的卤水流量F 为：
2.2 假设K 计算传热面积 2.2.1热力学数据的获取
（1）冷流体卤水的定性温度：
入口温度：=1t 83℃ 出口温度：=2t 91℃ 循环水的定性温度为872)
9183(2
21=+=+=t t t m ℃
查询数据得表2-2：
表2-2 卤水的物理性质表
温度， 密度， 恒压热容 粘度 导热系数
℃ kg/3m kJ/(kg ·K) mPa ·s w/(m ·℃)
87 1149.6 3.42 1.9 0.62 s W 2kg/.1283600
2430076.293101149857
=?????=总
w t t C W Q c p c 6312,1098.081042.39.35)(?=???=-=s kg r Q W h /44.0106.22041098.036=??==℃
8.32t T t T ln
)()(1
212=-----=?t T t T t m 2
88.29m t K Q
S m
=??=
656.0)032.0(6
.11499.354
24
2
≈??=
=
π
π
u
d V
n i
(2) 饱和水蒸汽的热力学性质
从图中我们看出第三效的加热蒸汽是198.6kpa ，通过查表得到此时的饱和水蒸汽温度为T=120℃，汽化热为 r =2204.6kJ/kg 2.2.2 估算传热面积 （1）计算传热量
（2）水蒸气耗量
（3）计算有效平均温度差 、
（4） 流体流经的选择冷流体卤水不洁净并且易结垢，所以走管程，便于清洗。热流体为饱和水蒸气，宜走壳层以便于及时排除冷凝液，且蒸汽结晶，一般不清洗。
（5） 估算传热面积
根据经验选取K=1000℃）?2/(m w ,估算传热面积:
2.2.3 工艺尺寸计算
（1）管径与管内流速的确定 根据设计说明书要求，选用?38×3mm 较高级不锈钢传热管，管内流速取u=0.6m/s 。
（2）管长与传热管数 选用L=6m 的管长。 根据流量与流速确定管数：
因此，实际换热面积为 253.466038.014.365m dL n S =???==π 采用此换热器，则要求过程的总传热系数为
℃）
?=??=??=26
/(1.6428
.3253.461098.0m W t S Q K m 22
.083
12083
91=--=
P 0
.1=?t ε'
2)1(b n t D c +-=9
651.11.1≈?==n n c
（3）平均温度差校正及壳程数 平均温度差校正系数有： R=0
查参考文献有
由于平均温度差校正系数大于0.8，同时壳层流体流量比较大，所以采用单壳层合适。 （4）壳体内径
根据壳体内径公式
其中t=1.25外管径，管子按正三角形排列时，横过管数中心线管的根数
b ’=1.25倍外管径
由此，算的壳体外径=D 475mm 进行圆整，得外径500mm
综上，立式单管程固定管板式列管式换热器的规格如下：
公称直径...................500mm
公称换热面积................46.532m 管程数 (1)
管数n....................65 管长L....................6m 管间距...................47.5mm 管子直径................mm 338?Φ
℃）?=???
=24.08.0/(20001011617032
.062
.0023.0m W i α4
.08.0Pr Re 023
.0i
i d λ
α=11617
109.16.11496.01032Re 3
3=????==
--μ
ρ
u d i i 10
62
.0109.11042.3Pr 3
3=???==-λμ
p c 4
13
20)(13.1?
?????-=w s t t L g r μλραsi
i
i
w so o
w R t
t R t t +-=+-αα110 管子的排列方式..................正三角形
（5）折流挡板结构的设计
本设计采用弓形挡板，弓形折流板圆缺高度为壳体外径的20%，即
mm h 954752.0=?=，折流挡板间距取B=600mm ，所用到的板数91=-=B
L
N
2.2.4 核算总的传热系数
（1）管程对流传热系数
其中
所以
（2）污垢热阻和管壁热阻
根据查表，得管程壁面的污垢热阻W m R si )/(1072.124℃??=-，
壳程壁面的污垢热阻W m R so /(1086.024℃）??=-，根据换热器不锈钢材质可以查出管壁的导热系数℃）?=2/(45.17m W λ
（3）壳程对流传热系数
其中 蒸汽温度s t =120℃， 壁温w t 需要通过估算来求解，估算公式为
00625.032
2
.0==
i
d ε
假设0α，带入计算，从而求解出壁温数值。然后将壁温值带入再求壳程对流传热系数，通过循环计算，使得壁温和壳程对流系数相对应。通过计算，求的：
2.110=w t ℃，
℃）
?=20/(5045m W α （其中，饱和水的定性温度为115℃，物性参有
(4) 总传热系数K
所以换热器是合适的，安全系数为22.6%
2.2.5 核算压力降 （1） 管程压降
其中
对于不锈钢，取管壁粗糙度 mm 2.0=ε
有Re -λ图中差查的04.0=λ
℃）
核?=++++=20
00/(4.78711m W R d bd d d R d d K o m o i i i αλα23
.11.6424/.787/==选核K K p
s t i
N N F p p p
)(21?+?=?∑1
,1,5.1===p s t N N F Pa
u d L p i i 96.15512
6.06.1149032.0604.022
2
1=???==?ρλPa
u p i 78.6202
6.06.11493232
2
2=??=?=?ρs Pa m W m kg ??=?==-5
3105.26/(685.0,/6.948μλρ℃），
Pa
N N F p p p
p s t i
11.3259115.1)78.62096.1551()(21=???+=?+?=?∑
（2）壳程压降
流体流经管束的阻力
管子为正三角形排列F=0.5
壳程流通面积 2000948.0)038.095.0(6.0)(m d n D B S c =?-=-= 壳程流体流速及其雷诺数分别为:
流体通过折流板缺口的阻力
总阻力 Pa p o 48.3747.9478.279=+=?
s
s o
N F p p p
)('
2'1?+?=?∑1
,1==s s F N 2
)
1(2
0'1
u N n Ff p B c o ρ+=?s m S V u o s o /12.40948
.0127.144.0=?==
7671
000023
.0127
.112.4038.0Re 00=??=
=
气
气
μρu d o 65
.076710.5Re 0.5228.0228
.0=?==--o
o f 9
=B N Pa
p 78.2792
12.4127.1)19(965.05.02
'
1=??+???=?Pa
u D B N p o B 7.942
12.4127.1)5.06.025.3(92)25.3(2
2
'
2=???-?=-=?ρ
2.3确定预热器附件
（1）折流挡板 本设计采用弓形挡板，弓形折流板圆缺高度为壳体外径的20%，即 mm h 1005002.0=?=，折流板按等间距布置，管束两端的折流板应尽可能靠近壳程进、出口接管，缺口上下排列，名义外直径500mm ，厚度8mm ，折流挡板间距取B=600mm ，所用到的板数91=-=
B
L
N 。 （2）拉杆 拉杆是折流挡板定位不可缺少的原件。拉杆采用定距管结构，共4根，拉杆直径16mm 。拉杆长度按实际需要确定，具体看尺寸图。
（3）外壳 换热器外壳包括壳体与换热器两端的封头---管箱。本设计中，外壳采用碳钢材料，为了保证壳体具有足够的强度，壁厚设计为8mm 。管箱设计时在管箱上设计一平盖，便于拆洗。封头与壳体用螺纹连接，以便卸下封头，检查和清洗管子。根据设计规格，本设计的封头为内径500mm 的标准椭圆头，厚度8mm ，直边高度25mm 。
（4）管板 管板式本换热器上的重要零件之一，设计中要考虑管板厚度的计算，以及管板与换热管，壳体及管箱的连接。本设计中管板厚度定为27mm （5）管板开孔 换热管排列原则如下：换热管的排列应该使整个管束完全对称。在满足布管限定圆直径和换热管与防冲板的距离规定的范围内，应该全部布满换热管。拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。在靠近折流板缺边的位置处应布置拉杆，其间距小于或等700mm 。拉杆中心与折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距的（0.5~1.5）3范围内。
（6）换热器接管 管道中水溶液的流速定为2m/s ，所以卤水的进口管管径为
饱和蒸汽的流速定为30m/s ，因此饱和蒸汽进口管管径为
m u V d s 141.02
14.311499
.3544=???==
πm u V D in 129.030
14.3127.144
.044=???==
π
因冷凝水的流速一般为0.5m/s ，所以冷凝水的出口管径为
(7) 主要连接方式 对于换热器，主要是壳体与管板的连接，换热管与管板的连接和管板与拉杆的连接。
管板与壳体之间采用焊接的形式，换热管与管板也采用焊接的形式，管板与拉杆之间采用螺纹连接。
（8）支座 对于本设计——立式换热器，支座采用耳式支座较好。 2.4 泵的选用
泵的扬程：f
g H g u g p z H +?+?+?=22
ρ，
其中，ρ为℃942
105
83=+=
t 下卤水的密度，经查文献1附录， 得 3
/1148
m kg =ρ ① 流动前后流速差：0≈?u ；
② 本换热器采用立式结构，总高度m H 5.6=，
其他组员设计的换热器高度也是6.5m ，选取的高度即为6.5m ， 由泵到换热器接管高度选取1m ， 由换热器到蒸发器水平高度选取1.5m ， 故m z 95.115.6=++=?；
③ 静压头 kPa p 275.97325.1016.198=-=?；
④ 由上面计算可知，本换热器管程压降Pa p i 11.3259=?∑， 第二个换热器管程压降Pa p i 84.4429'
=?∑，
m u V D 028.05
.014.36.9483
.044=???==
π冷凝水
第三个换热器管程压降Pa p i 4.3246'
'=?∑，
第四个换热器管程压降Pa p i 25.2723'
''=?∑，
故，g
p p p p H i
i
i
i
f
ρ∑∑∑∑?+?+?+?=
'
'''
''
21.181
.9114825
.272340.324684.442911.3259=?+++=
f
g H g u g p z H +?+?+?=22
ρ
m 85.1821.1081
.9114810275.9793
=++??+
= 输送流体卤水的流量s m V /0312.01149
9
.353==
， 得到泵的工作点：h m V /32.1123=， m H g 85.18=，
输送流体为卤水，黏度比水大。
综上，查阅文献1附录24，选用IS150—125—250型单级单吸离心泵， 泵的性能参数如下：
2.5换热器主要结构尺寸和计算结果
换热器类型：单管程固定管板式换热器 换热器面积（㎡）：46.53
工艺参数
型号
流量
/3
(/)m h 扬程
/()m
转速
()
//min r 功率/kW 效率
/%
气蚀
余量
/m
质量（泵/
底座）/kg
轴
电机
IS150-125-250 120
22.5
1450
10.4 18.5 71 3.0 188/158
3
m 名称 管程 壳程 物料名称 卤水 饱和水蒸气 操作温度，℃ 83~91 120 流量，kg/s 35.9
0.44 流体密度，kg/
1149.6 1.127 流速，m/s 0.6 4.95
传热量，kW
980
总传热系数， 787.4 对流传热系数， 2000 5045 污垢系数， 0.000172 0.000086 压力降，Pa 2659.11 508.69 程数 1 1 使用材料 不锈钢 碳钢
管子规格，mm 38×3mm 管数 65 管长，m 6 管间距，mm 47.5 排列方式 正三角形 壳体内径，mm
475
第三章 设计综述
℃）?2/(m w ℃）?2/(m w /w 2℃?m
通过两周的资料查阅、计算核实、画图，本次列管式换热器设计大体完成，当然，还有很多不足之处有待修改，下面是我对本次设计的一些评价与感受。
1、资料查询要有足够的针对性起初，我为了设计这次的换热器，查询了大量的文献书籍，不同书上有不同的方法，而且部分方法都十分复杂，所以把设计放到了一个特别高的位置，开始研究计算方法，然而问题却没有得到解决，反而更难了。结果，索性就按照书籍上的来，结果计算起来才有了思路，在计算得过程中遇到了难题再去查阅书籍，参考文献，这样效率才得到了大幅度的提高。看来查阅资料不是越多越好呀。
2、计算方法有技巧这次设计的重点之一就是核算换热器的总传热系数，这个决定了结果是否正确，所以这个也就理所当然是难点之一了。估算了换热器的面积S和传热系数K，接下来就设计换热器的结构和核算传热系数了。设计结构倒是没费太多时间，可是到了核算就头疼了，错了不要紧，一次肯定算不对，可是前面假设的数据太多，数据与数据之间有有联系，牵一发而动全身，一下子就不知所措了。例如，改变了管数，流速，传热面积，对流传热系数等等全都变化。在经过反复计算和总结后，我得出了一定的规律，改变设计的流速对结果很是关键，而且不会把计算得思路搅乱，最后在增大几次减少几次流速之后，最终算出了符合规定的K值。
3、很多不足需补充本次设计完全是纸上谈兵，所有的东西都是从纸上来最终又落到了纸上，所以在考虑问题时势必会有所欠佳。列如很重要的一点，安全问题。由于参考资料有限，经验不足，安全问题没有考虑很多，算是只能完成换热器的设计要求。除此之外，换热器的组合安装、拆洗、整体大小重量、经济费用等问题都没有过多的涉及在其中。
接下来谈谈收获与感受吧。首先，我学会了按相应的条件查阅资料到筛选有用的资料，并且如何把文献上的资料合理的用到设计中。其次，我更加深入的了解了换热器这个设备的工艺与工程，特别是换热器的零部件的组成和其工作的原理。对于我第一次完成两年内的一项我认为较大型的设计，还是很满足与高兴的，这其中的不足之处我也会多加总结经验，相信下一次设计会更加成果。
第四章 主要符号说明
英文字母
B ------------折流挡板间距，m d----------管径，m C-------------系数，无量纲 D----------壳体内径，m f -------------摩擦系数 F----------系数
h ------------圆缺高度，m S------------传热面积，㎡
K------------总传热系数， L-----------管长，m
t -----------冷流体温度，℃ T------------热流体温度，℃ u-----------流速，m/s n ------------程数,指数，管数 W----------质量流量，kg/s N-----------管数，折流板数 V-----------体积流量，m3/s Nu----------努塞尔特准数 P-----------压强，Pa Pr-----------普兰特准数 Q----------传热速率，W r------------气化潜热，kJ/kg
R----------热阻， Re----------雷诺数
希腊字母
ρ---------密度，kg/m3 -------导热系数，W/(m ?℃)
℃）?2
/(m w /w
2℃?m λ
-------对流传热系数 ， μ-------粘度，Pa ?s
下标
c ----------冷流体 h----------热流体 i -----------管内 o----------管外 m ----------平均 s-------------污垢
第五章 参考文献
（1）贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津: 天津大学出版社, 2002 （2）柴诚敬，张国亮. 化工流体流动和传热. 北京: 化学工业出版社, 2007 （3）谭蔚.化工设备设计基础. 天津:天津大学出版社,2010 （4）T.Kuppan.换热器设计手册.北京:中国石化出版社,2004 （5）机械制图
（6）朱跃钊，廖传华，史勇春.传热过程与设备.北京.中国石化出版社,2008
α℃）?2
/(m w
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
——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
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
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
换热器课程设计说明书 专业名称：核工程与核技术姓名：*** 班级：*** 学号：*** 指导教师：*** 哈尔滨工程大学 核科学与技术学院 2017 年 1 月 13 日
目录 1 设计题目…………………………………………………………………………… 1.1 设计题目………………………………………………………………………1.2 团队成员……………………………………………………………………… 1.3 设计题目的确定过程………………………………………………………… 2 设计过程…………………………………………………………………………… 3 热力计算…………………………………………………………………………… 4 水力计算…………………………………………………………………………… 5 分析与总结………………………………………………………………………… 5.1 可行性评价和方案优选………………………………………………………5.2 技术分析………………………………………………………………………5.3 总结与体会……………………………………………………………………参考文献………………………………………………………………………………附录计算程序………………………………………………………………………
1.1、设计题目 设计一台管壳式换热器，把 18000 kg/h 的热水由温度 t 1 ’冷却至 t 1 ”，冷却水入口温 度 t 2 ’，出口温度 t 2 ”，设热水和冷却水的运行压力均为低压。 初始参数： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 80℃； 热水出口温度 t 1 ”： 50℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 20℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 45℃； 1.3设计题目的确定过程 首先，我们小组集中讨论了本次课程设计内容，即换热器设计的内容和具体细节上的要求，然后在组内达成了共识——求同存异。在题目初始参数相同的情况下对后续的计算以及编程过程发挥各自的特长，并将自己存在的疑问于组内其他成员讨论，充分发挥组内成员的自主和协作能力，努力做到一个合格并且优秀的核专业学生应有的素质。 对于管壳式换热器的设计计算，我们查阅了相关的资料（在本说明书最后一并提到），第一次尝试选择参数，如下： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃； 热水出口温度 t 1 ”： 46℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃； 并尝试进行初步计算，不过在后面进行有效平均温差的计算时，针对我们手头有限的资料（见附录3），为了保证R可查，将参数修正为以下值。 二次选择参数： 热水的运行压力：0.2MPa (绝对压力) 冷却水运行压力：0.16MPa(绝对压力) 热水入口温度 t 1 ’： 82℃； 热水出口温度 t 1 ”： 42℃； 冷却水入口温度 t 2 ’： 23℃； 冷却水出口温度 t 2 ”： 43℃； 继续往下计算，我们通过之前的知识，发现在换热器的设计中，除非处于必须降 ψ>，至少不小于0.8。 低壁温的目的，一般按照要求使0.9
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
换热器主要参数及性能特 点 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
换热器主要参数及性能特点 主要控制参数 板水加热器的主要控制参数为水加热器的单板换热面积、总换热面积、热水产量、换热量、传热系数K、设计压力、工作压力、热媒参数等。 性能特点 （1）换热量高，传热系数K值在3000~8000W/(m22K)范围，高于其它换热器型式。 （2）板式换热器具有很高的传热系数，就决定了它具有结构紧凑、体积小的特点，在每立方米体积内可以布置250平方米的传热面积，大大优于其它种类的换热器。 艾瑞德板式换热器（江阴）有限公司作为专业的可拆式板式换热器生产商和制造商，专注于可拆式板式换热器的研发与生产。ARD艾瑞德专业生产可拆式板式换热器（PHE）、换热器密封垫（PHEGASKET）、换热器板片(PHEPLATE)并提供板式换热器维护服务（PHEMAINTENANCE）的专业换热器厂家。ARD艾瑞德拥有卓越的设计和生产技术以及全面的换热器专业知识，一直以来ARD致力于为全球50多个国家和地区的石油、化工、工业、食品饮料、电力、冶金、造船业、暖通空调等行业的客户提供高品质的板式换热器，良好地运行于各行业，ARD已发展成为可拆式板式换热器领域卓越的厂家。
ARD艾瑞德同时也是板式换热器配件（换热器板片和换热器密封垫）领域专业的供应商和维护商。能够提供世界知名品牌（包括：阿法拉伐/AlfaLaval、斯必克/SPX、安培威/APV、基伊埃/GEA、传特/TRANTER、舒瑞普/SWEP、桑德斯/SONDEX、艾普尔.斯密特/、风凯/FUNKE、萨莫威孚/Thermowave、维卡勃Vicarb、东和恩泰/DONGHWA、艾克森ACCESSEN、MULLER、FISCHER、REHEAT等）的所有型号将近2000种的板式换热器板片和垫片，ARD艾瑞德实现了与各品牌板式换热器配件的完全替代。全球几十个国家的板式换热器客户正在使用ARD提供的换热器配件或接受ARD的维护服务（包括定期清洗、维修及更换配件等维护服务）。 无论您身在何处，无论您有什么特殊要求，ARD都能为您提供板式换热器领域的系统解决方案。
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
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。
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；
（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
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；
换热器设计计算步骤 1. 管外自然对流换热 2. 管外强制对流换热 3. 管外凝结换热 已知：管程油水混合物流量 G ( m 3/d)，管程管道长度 L (m)，管子外径do (m)， 管子内径di (m)，热水温度 t ℃， 油水混合物进口温度 t 1’, 油水混合物出口温度 t 2” ℃。 1. 管外自然对流换热 1.1 壁面温度设定 首先设定壁面温度，一般取热水温度和油水混合物出口温度的平均值，t w ℃， 热水温度为t ℃，油水混合进口温度为'1t ℃，油水混合物出口温度为"1t ℃。 "w 11 t ()2 t t =+ 1.2 定性温度和物性参数计算 管程外为水，其定性温度为1()K -℃ 21 ()2 w t t t =+ 管程外为油水混合物，定性温度为'2t ℃ ''"2111 ()2t t t =+ 根据表1油水物性参数表，可以查得对应温度下的油水物性参数值 一般需要查出的为密度ρ (3/kg m ),导热系数λ(/())W m K ?，运动粘度2(/)m s ，体积膨胀系数a 1()K -，普朗特数Pr 。
表1 油水物性参数表 水 t ρ λ v a Pr 10 999.7 0.574 0.000001306 0.000087 9.52 20 998.2 0.599 0.000001006 0.000209 7.02 30 995.6 0.618 0.000000805 0.000305 5.42 40 992.2 0.635 0.000000659 0.000386 4.31 50 998 0.648 0.000000556 0.000457 3.54 60 983.2 0.659 0.000000478 0.000522 2.99 70 997.7 0.668 0.000000415 0.000583 2.55 80 971.8 0.674 0.000000365 0.00064 2.21 90 965.3 0.68 0.000000326 0.000696 1.95 100 958.4 0.683 0.000000295 0.00075 1.75 油 t ρ λ v a Pr 10 898.8 0.1441 0.000564 6591 20 892.7 0.1432 0.00028 0.00069 3335 30 886.6 0.1423 0.000153 1859 40 880.6 0.1414 9.07E-05 1121 50 874.6 0.1405 5.74E-05 723 60 868.8 0.1396 3.84E-05 493 70 863.1 0.1387 0.000027 354 80 857.4 0.1379 1.97E-05 263 90 851.8 0.137 1.49E-05 203 100 846.2 0.1361 1.15E-05 160 1.3 设计总传热量和实际换热量计算 0m v Q Cq t Cq t ρ=?=?v v C q t C q t αρβρ=?+?油油水水 C 为比热容/()j kg K ?，v q 为总体积流量3 /m s ，αβ分别为在油水混合物中 油和水所占的百分比，t ?油水混合物温差，m q 为总的质量流量/kg s 。 实际换热量Q 0Q Q *1.1/0.9= 0.9为换热器效率，1.1为换热余量。 1.4 逆流平均温差计算
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