U型管式换热器设计
摘要
本文介绍了U型管换热器的整体结构设计计算。U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。
本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。
关键词：U型管换热器，结构，强度，设计计算
U-TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN
ABSTRACT
This paper introduces the U-tube heat exchanger design and calculation. U-tube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same tube, and tubes could telescopic freely, non-thermal stress, thermal performance and compensation; use of double-tube process, the process is longer, higher speed, better heat transfer performance, pressure capacity, and control can be extracted from the shell with easy maintenance and cleaning, and simple structure cost less. The main structure of U-tube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, anti-short-circuit structure, support and other shell-tube accessories.
This time I designed a second category pressure vessel, which has high design temperature and high design pressure. Thus the design demands are strict. It has dual heat exchanger tube, stainless steel heat exchanger manufacturers. I mainly carried out the design of heat exchanger structural design, strength of design and parts selection and process design.
KEYWOEDS: U-tube heat exchanger, frame, intensity, design and calculation
目录
摘要 (1)
绪论 (5)
第一部分、换热器简介及选择 (7)
1、换热器简介 (7)
2、换热器材料选择 (7)
2.1 选材原则 (8)
3、换热器结构设计 (8)
第二部分、设计说明书 (9)
1、传热工艺计算 (9)
1. 原始数据 (9)
2. 定性温度及物性参数 (9)
3. 传热量与冷水流量 (10)
4. 有效平均温差 (10)
5. 管程换热系数计算 (11)
6. 壳程换热系数计算 (12)
7.传热系数计算 (13)
8.管壁温度计算 (14)
9.管程压降计算 (14)
10. 壳程压降计算 (15)
2、强度计算 (16)
2.1换热管材料、规格的选择及功能的确定 (16)
2.2 管子的排列方式 (16)
2.3 确定壳体直径 (17)
2.4 筒体壁厚确定 (17)
2.5 液压试验 (18)
2.6 壳程标准椭圆形封头厚度的计算 (18)
2.7 管程标准椭圆形封头厚度的计算 (19)
2.8 法兰的选择 (21)
2.9 管板的设计 (22)
2.10 管箱短节壁厚的确定 (24)
2.11拉杆和定距管的确定 (25)
2.12 折流板的选择 (25)
2.13防冲板的选择 (26)
2.14 接管及开孔补强 (26)
2.15 分程隔板厚度选取 (28)
2.16支座的选择及应力校核 (29)
第三部分、换热器的制造、检验、安装与维修 (33)
1、换热器的制造、检验与验收 (33)
3.1.1筒体 (33)
3.1.2 换热管 (33)
3.1.3管板 (34)
3.1.4 折流板、支持板 (34)
3.1.5 管束的组装 (34)
3.1.6换热器的组装 (34)
3.1.7 压力试验 (35)
2、换热器的安装与维护 (35)
3.2.1安装 (35)
3.2.2维护 (35)
结束语 (36)
参考文献 (37)
绪论
能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发及转换利用已成为各国的重要课题，而换热器是能源利用过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用，化工、冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。近几年由于新技术发展和新能源开发利用，各种类型的换热器越来越受到工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。
近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,间壁式换热器又可分为列管式和板壳式换热器两类,其中列管式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全, 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。近年来尽管列管式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于它具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,列管式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。
列管式换热器适用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业的液和液,汽和汽,汽和液的对流传热,蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。列管式换热器是由一个圆筒形壳体及其内部的管束组成。管子两端固定在管板上，并将壳程和管程的流体分开。壳体内设有折流板，以引导流体的流动并支承管子。用拉杆和定距管将折流板与管子组装在一起。列管式换热器共有三种结构型式:固定管板式、浮头式和U形管式。固定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低，每根换热管可以单独清洗和更换，在结构尺寸相同的条件下，与浮头式和U形管式换热器相比，换热面积最大。固定管板式换热器的壳程清洗困难，适应热膨胀能力差，决定了固定管板式换热器适用于换热介质清洁，壳程压力不高，换热介质温差不大的场合。浮头式换热器由于管束的热膨胀不受壳体的约束，而且可拆卸抽出管束，检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便，因此，浮头式换热器应用最广泛，在油田储运集输系统中，60%～70%的换热器为浮头式换热器。Ｕ形管式换热器是管壳式换热器的一种,它由管板、壳体、管束等零部件组成。在同样直径情况下,Ｕ形管换热器的换热面积最大；它结构简单、紧凑、密封性能高, 检修、清洗方便、在高温、高压下金属耗量最小、造价
最低;Ｕ形管换热器只有一块管板,热补偿性能好、承压能力较强,适用于高温、高压工况下操作。
第一部分、换热器简介及选择
1、换热器简介
在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。
化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。
本次课程设计的内容是U型管换热器，属管壳式（列管式）换热器，其设计分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。其中以结构设计最为重要,U 型管式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。对于列管式换热器，一般要根据换热流体的腐蚀性及其它特性来选择结构与材料，根据材料的加工性能，流体的压力和温度。换热器管程与壳程的温度差，换热器的热负荷，检修清洗的要求等因素决定采用哪一类的列管式换热器。
由于我们水平和能力有限，设计时间仓促，存在不妥之处在所难免，恳请老师给予批评指正。
2、换热器材料选择
在进行换热器设计时，对换热器各种零部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的
强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。如在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切的关系。
2.1 选材原则
换热器用钢的标准、冶炼方法、热处理状态、许用应力、无损检测标准及检测项目均按GB150-1998第四章及其附录A的规定。
换热器的目的是为了传热，经常与腐蚀性介质接触的换热表面积很大，为了保护金属部受腐蚀，最根本的方法是选择耐腐蚀的金属或非金属材料。根据任务书所给数据，结合设计压力（壳程1.1Mpa，管程0.4MPa），设计温度（壳程50℃，管程170℃），主要受压元件材料选择16MnR,20（锻）。
3、换热器结构设计
管壳式换热器的结构设计，必须考虑许多因素，如材料、压力、温度、比温差、结垢情况、流体的性质以及检修与清理等等来选择一些适合的结构型式。
对同一种型式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。
U形管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器便宜，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内介质必须清洁及不易结垢的物料。U形管的弯管部分曲率不通，管子长度不一。管子因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。
U型管式换热器，使用在压力较高的情况下，在弯管段的壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。
壳程内可按工艺要求装置折流板、纵向隔板等，折流板由拉杆固定，以提高换热设备的传热效果。纵向隔板是一矩形平板，安装在平行于传热管方向（纵向隔板按工艺要求决定）以增加壳侧介质流速。
第二部分、设计说明书
1、传热工艺计算
1. 原始数据
壳程机油进口温度错误!未找到引用源。=180 错误!未找到引用源。
壳程机油的出口温度错误!未找到引用源。=80℃
壳程工作压力错误!未找到引用源。=1.9Mpa（表压）
壳程机油的流量G1=150t/h
管程冷水的进口温度错误!未找到引用源。=20oC
管程冷水的出口温度错误!未找到引用源。=70oC
管程的工作压力错误!未找到引用源。=2.0 MPa
2. 定性温度及物性参数
管程冷水定性温度错误!未找到引用源。(20+80)/2=45 错误!未找到引用源。
管程冷水密度查物性表得错误!未找到引用源。=990.15 Kg/错误!未找到引用源。
管程冷水比热查物性表得错误!未找到引用源。=4.174KJ/Kg错误!未找到引用源。oC 管程冷水导热系数查物性表得错误!未找到引用源。=0.6415w/m错误!未找到引用源。℃
管程冷水黏度错误!未找到引用源。=601.35?10ˉ6Pa错误!未找到引用源。s
管程冷水普朗特数查物性表得Pr2=3.925
壳程机油定性温度错误!未找到引用源。
壳程机油密度查物性表得错误!未找到引用源。=834.49Kg/错误!未找到引用源。壳程冷水比热查物性表得
错误!未找到引用源。=2.2634错误!未找到引用源。
壳程机油导热系数查物性表得错误!未找到引用源。=0.136w/m错误!未找到引用源。壳程机油黏度错误!未找到引用源。=1.01?错误!未找到引用源。pa错误!未找到引用
源。s
壳程机油的普朗特数查物性表Pr1=225.5
3. 传热量与冷水流量
取定换热效率为η=0.98
则设计传热量:
错误!未找到引用源。150000 错误!未找到引用源。2.263错误!未找到引用源。(180-80)错误!未找到引用源。0.98错误!未找到引用源。1000/3600 错误!未找到引用源。9240583.3（W）
则加热水流量：
4. 有效平均温差
逆流平均温差
参数p：
参数R：
换热器按单壳程两管程设计则查书图2-6 a得：温差校正系数：Φ =0.87
有效平均温差：
5. 管程换热系数计算
参考表2——7错误!未找到引用源。
初选传热系数：
则初选传热面积为：
圆整为325m2
选用错误!未找到引用源。不锈钢的无缝钢管作换热管。
则管子外径d0=0.025m 管子内径d i=0.02m 管子长度=5m
则所需换热管根数：
可取换热管根数为错误!未找到引用源。根
则管程流通面积为:
管程流速为：
管程雷诺数为:
管程传热系数为：
结构的初步设计：
查GB151---1999知管间距按1.25d取：
管间距为：s=0.032m 分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn=0.044m 管束中心排管数为:
取错误!未找到引用源。32根
则壳体内径为：
故内径Di=1.2m
则长径比为:
合理。
选择单弓形折流板。则弓形折流板的弓高为：
折流板间距为:
折流板数量为：
6. 壳程换热系数计算
壳程流通面积为：
壳程流速为：
壳程质量流速为：
壳程当量直径为：
壳程雷诺数为：
切去弓形面积所占比例按:错误!未找到引用源。查图4——38b 得为0.145，壳程换热因子查图2——12得错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。
管外壁温度假定值为：错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。
壁温下水的黏度为：错误!未找到引用源。1.6错误!未找到引用源。
黏度修正系数：
壳程传热系数：
7.传热系数计算
查GB151---1999第138页可知：
管程水侧污垢热阻为：错误!未找到引用源。
壳程污垢热阻为:错误!未找到引用源。0.000528 错误!未找到引用源。
管壁热阻r忽略,则总传热系数为：
则传热系数比为：
所以假设合理。
8.管壁温度计算
管外壁热流密度计算为：
外壁温度为：
误差校核：错误!未找到引用源。 所以误差不大，合适。
9.管程压降计算
管内壁温度:
错误!未找到引用源。
壁温下水的黏度为： 错误!未找到引用源。 黏度修正系数：
查得管程摩擦系数为： 错误!未找到引用源。 管程数错误!未找到引用源。2 管内沿程压降为：
错误!未找到引用源。1110.5Pa 回弯压降为：
取进出口处质量流速为：
ρ?='22W W n
s m A G
W /3600
'2??=
ρ
24
i d A π
=
G 是质量流量，d i 是进出口接管内径
注意：此时流体密度为工作压力、工作温度下的密度
进出口管处压降为：
管程污垢校正系数为：错误!未找到引用源。 1.4
则管程压降为：
管程允许压降错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。即管程压降符合要求。
10. 壳程压降计算
壳程当量直径：d e=0.042m
雷诺数R e1=16656
查得壳程摩擦系数：错误!未找到引用源。（错误!未找到引用源。图3-2）
管束压降：
取进出口质量流速：
进出口压降：
取导流板阻力系数：错误!未找到引用源。
导流板压降：
壳程结垢修正系数：错误!未找到引用源。
壳程压降：
壳程允许压降：错误!未找到引用源。错误!未找到引用源。符合要求。
2、强度计算
2.1换热管材料、规格的选择及功能的确定
序号项目符号单位数据来源及计算公式数值
1 换热管外径d0mm GB151-1999错误!未找到引用源。25
2 管长L mm 同上5000
3 传热面积
《管壳式换热器原理与设计》
325
4 换热管根数个828
5 拉杆个GB151-1999错误!未找到引用源。
表43、44
6
6 材料
GB150-1999
《钢制压力容器》选20钢
2.2 管子的排列方式
序号项目符号单位数据来源及计算公式数值
正三角形排
列
GB151-1999错误!未找到引用源。
2 换热管中心
距
S mm GB151-1999错误!未找到引用源。32
3 隔板槽两侧
相邻管最小
中心距
mm GB151-1999错误!未找到引用源。44
2.3 确定壳体直径
序号项目符号单位数据来源及计算公式数值
1 换热管中心
距
S mm
GB151-1999错误!未找到引用源。
表12
32
2 换热管根数根828
3 分程隔板厚
度
mm GB151-1999错误!未找到引用源。14
4 管束中心排
管数
根 1.1错误!未找到引用源。32
5 筒体直径mm 1092
6 实取筒体直
径
mm 1200
2.4 筒体壁厚确定
序号项目符号单位数据来源及计算公式数值
1 工作压力P MPa 给定 1.9
2 材料GB150-1999错误!未找到引用源。
16MnR
3 材料许用应
力
MPa
GB150-1999错误!未找到引用源。
表4-1
170
4 焊接接头系
数
0.85
5 壳程设计压
力
MPa 2.0
6 筒体计算厚
度
mm 8.36
7 设计厚度mm 10.36
8 名义厚度mm 错误!未找到引用源。+错误!未找
到引用源。
12
9 实取名义厚
度
mm GB151-1999错误!未找到引用源。12
10 负偏差mm 0
11 腐蚀裕量mm 2
12 有效厚度mm 10
13 设计厚度下
圆筒的计算
应力
MPa 121
14 校核MPa 144.5 合格
15 设计温度下
圆筒的最大
允许工作压
力
[错误!未
找到引用
源。
MPa
2.39
2.5 液压试验
序号项目符号单位数据来源及计算公式数值
1 试验压力MPa 2.3
2 圆筒薄膜应
力
MPa 139.15
3 常温下材料
强度指标
MPa 345
4 校核0.9错误!
未找到引
用源。
MPa
错误!未找到引用源。0.9错误!未
找到引用源。
263.93
合格
2.6 壳程标准椭圆形封头厚度的计算
序号项目符号单位数据来源及计算公式数值
1 设计压力MPa 2.0
2 工作压力P MPa 给定 1.9
3 材料
GB150-1999
16MnR
4 材料许用
应力
MPa
GB150-1999
表4-1
170
5 焊接接头
系数
0.85
6 封头计算
厚度
mm 8.33
7 设计厚度mm 10.33
8 名义厚度mm 错误!未找到引用源。+错误!未找到
引用源。
12
9 实取名义
厚度
mm GB151-1999错误!未找到引用源。12
10 负偏差mm 0
11 腐蚀裕量mm 2
12 有效厚度mm 10
13 设计温度
下封头的
计算应力
MPa 121
14 校核MPa 144.5 合格
15 设计温度
下封头的
最大允许
工作压力
[错误!未
找到引用
源。
MPa
2.4
16 公称直径mm 筒体公称直径1200
17 曲面高度mm JB/T4737-95 300
18 直边高度mm JB/T4737-95 40 2.7 管程标准椭圆形封头厚度的计算
序号项目符号单位数据来源及计算公式数值
1 设计压力MPa 2.1
2 工作压力P MPa 给定 2.0
3 材料
GB150-1999
错误!未找到引用源。16MnR
4 材料许用
应力
MPa
GB150-1999
表4-1
170
5 焊接接头
系数
0.85
6 封头计算
厚度
mm 8.75
7 设计厚度mm 10.75
8 名义厚度mm 错误!未找到引用源。+错误!未找到
引用源。
12
9 实取名义
厚度
mm GB151-1999错误!未找到引用源。12
10 负偏差mm 0
11 腐蚀裕量mm 2
12 有效厚度mm 10
13 设计温度
下封头的
计算应力
MPa 127
14 校核MPa 144.5 合格
15 设计温度
下封头的
最大允许
工作压力
[错误!未
找到引用
源。
MPa
2.4
16 公称直径mm 筒体公称直径1200
17 曲面高度mm JB/T4737-95 300
18 直边高度mm JB/T4737-95 40 2.8 法兰的选择
2.8.1 设备法兰的选择
按其条件DN=1200mm 设计温度170错误!未找到引用源。设计压力2.1MPa 由《压力容器法兰》长径对焊法兰表1，选择长径对焊法兰，连接面形式为突面，相关参数如下：单位（mm）
D D1D3D4H h R d 螺柱
规格
螺柱
数量
管壳式换热器的工艺设计 芮胜波李峥王克立李彩艳 兖矿鲁南化肥厂 芮胜波：（1974-），山东枣庄人，工程师，工程硕士，从事煤化工项目研发及建设工作。第一作者联系方式：山东滕州木石兖矿鲁南化肥厂项目办（277527），电话：0632-2363395 摘要：管壳式换热器在各种换热器中应用最为广泛，为了使换热器既能满足工艺过程的要求，又能从结构、维修、造价等方面比较合理，在设计中要从各个方面综合考虑。本文着重从换热器程数的选择以及如何降低换热器的压力降方面进行了比较详细的论述，对于换热器的工艺设计起到一定的指导作用。 关键词：管壳式换热器，程数，压降 在化工、石油、动力、制冷以及食品等行业中，换热器都属于非常重要的工艺设备，占有举足轻重的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强，特别是换热器的设计必须满足各种特殊工况和苛刻操作条件的要求。大致说来，随着换热器在生产中的地位和作用不同，对它的要求也不同，但都必须满足下列一些基本要求：首先是满足工艺过程的要求；其次，要求在工作压力下具有一定的强度，但结构又要求简单、紧凑，便于安装和维修；第三，造价要低，但运行却又要求安全可靠。 许多新型换热器的出现，大大提高了换热器的传热效率。比如板式换热器和螺旋板式换热器具有传热效果好、结构紧凑等优点，在温度不太高和压力不太大的情况下，应用比较有利；板翅式换热器是一种轻巧、紧凑、高效换热器，广泛应用于石油化工、天然气液化、气体分离等部门中；此外，空气冷却器以空气为冷却剂在翅片管外流过，用以冷却或冷凝管内通过的流体，尤其适用于缺水地区，由于管外装置了翅片，既增强了管外流体的湍流程度，又增大了传热面积，这样，可以减少两边对流传热系数过于悬殊的影响，从而提高换热器的传热效能。 尽管各种各样的新型换热器以其特有的优势在不同领域得以应用，但管壳式换热器仍然在各种换热器中占有很大的比重，虽然它在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不占优势，但它具有结构坚固、操作弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在工程中仍得到普遍使用。 目前我们在各种工程中应用最多的换热器就是管壳式换热器，其中又以固定管板式为最常见，除了波纹管换热器等可选用标准系列产品外，其它光管换热器都由工艺专业自行设计，尽管专用计算软件HTFS的应用使设计人员从繁琐的手工设计计算中解脱出来，但是为了使设计出来的换热器能更好的满足各种要求，仍然有许多方面需要在设计时充分加以考虑。 首先，程数的选择。 管程程数的选择：关键要比较管程与壳程的给热系数，如果单管程时管程流体的给热系数小于壳程流体给热系数，则可选用双管程，管程给热系数会因此显著增大，并且总传热系数也会有大幅提高。例如，有一台单管程换热器，管程给热系数为990W/(m2.℃), 壳程给热系数为5010 W/(m2.℃),总传热系数为794 W/(m2.℃)，在换热器的外形尺寸保持不变的情况下改为双管程后，管程给热系数变为1680 W/(m2.℃)，增大了70%，，总传热系数变为1176 W/(m2.℃)，增大了48%，显然此时选用双管程换热器有利。反之，如果单管程时管程的给热系数大于壳程给热系数，虽然改用双管程时，管程给热系数也会显著增大，但是总传热系数则增幅不明显，例如，一单管程换热器，管程给热系数为2276 W/(m2.℃), 壳程给热系数为2104 W/(m2.℃),总传热系数为1040 W/(m2.℃)，在换热器的外形尺寸保持不变的情况下
管壳式换热器工艺设计说明书 1.设计方案简介 1.1工艺流程概述 由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。如图1，苯经泵抽上来，经管道从接管A进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。两物质在换热器中进行交换，苯从80℃被冷却至55℃之后，由接管B流出；循环冷却水则从30℃升至50℃，由接管D流出。 图1 工艺流程草图 1.2选择列管式换热器的类型 列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛
的传热设备。其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好；此外，结构简单，制造的材料围广，操作弹性也较大等。因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。如下图所示。 1.2.1列管式换热器的分类 根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种： ⑴固定管板式换热器 固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。两管板由管子互相支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。其缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。 固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。 固定板式换热器 ⑵浮头式换热器 浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端管板可在壳体移动，因
而管、壳间不产生温差应力。管束可以抽出，便于清洗。但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生漏时不便检查；管束与壳体间隙较大，影响传热。 浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。 ⑶填料函式换热器 填料函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。但壳程介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。 ⑷U形管式换热器 U形管式换热器，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。其缺点是管不便清洗，管板上布管少，结垢不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，层管子损坏后不易更换。 U形管式换热器适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管介质清洁，不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。
化工原理课程设计管壳式换热器汇总 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]
设计一台换热器 目录 化工原理课程设计任务书 设计概述 试算并初选换热器规格 1. 流体流动途径的确定 2. 物性参数及其选型 3. 计算热负荷及冷却水流量 4. 计算两流体的平均温度差 5. 初选换热器的规格 工艺计算 1. 核算总传热系数 2. 核算压强降 经验公式 设备及工艺流程图 设计结果一览表 设计评述 参考文献 化工原理课程设计任务书 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： 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的工艺尺寸的设计。 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。 1.设计概述 热量传递的概念与意义 1.热量传递的概念 热量传递是指由于温度差引起的能量转移，简称传热。由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 2. 化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为
摘要 换热器是化工生产过程中的重要设备，它能够实现介质之间热量交换。广泛应用于石油、化工、制药、食品、轻工、机械等领域。U型管式换热器是换热器的一种，它只有一个管板，结构简单，密封面少，且U形换热管可自由伸缩，不会产生温差应力，因此可用于高温高压的场合。一般高压、高温、有腐蚀介质走管程，这样可以减少高压空间，并能减少热量损失，节约材料，降低成本。 甲烷化换热器，是合成氨生产中的重要设备之一, 它能将27℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至90℃。甲烷化换热器一般选用U型管换热器，它由一台Ⅰ型甲烷化换热器与一台Ⅱ型甲烷化换热器连接组成。其中Ⅰ型甲烷化换热器将27℃的H2N2混合气升温至150℃，同时将215℃的H2N2精制气降温至90℃；Ⅱ型甲烷化换热器能将150℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至215℃。 本次设计主要根据GB150《钢制压力容器》及GB151《管壳式换热器》对设备的主要受压元件进行了设计及强度计算，又结合HG/T20615《钢制管法兰》、JB/T 4712《容器支座》等其它压力容器相关标准，对其它各部件进行设计，最终完成了Ⅱ型甲烷化换热器的设计。 关键词：换热器；甲烷化换热器
Abstract Heat exchanger is important in the process of chemical production equipment, which can be achieved between the heat exchange media. Widely used in petroleum, chemical, pharmaceutical, food, light industry, machinery and other fields. U-tube heat exchanger is a heat exchanger, it has only one tube plate, simple structure, less sealing surface, and the U-shaped tubes are free to stretch, no thermal stress, it can be used for high temperature and pressure of the occasion . General high-pressure, high temperature, corrosive media, take control process, thus reducing the pressure of space, and can reduce heat loss and saving materials and reduce costs. Methanation heat exchanger, ammonia production is one of the important equipment, it will be 27 ℃of H2N2 mixture heated to 274 ℃, 339 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃. Methanation heat exchanger is generally used in U-tube heat exchanger, which consists of Type Ⅰand type Ⅱmethanation methanation Heat exchanger connected to form a methanation type. Heat exchanger type Ⅰmethanation of H2N2 to 27 ℃heating the mixture to 150 ℃, 215 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃; Ⅱ-type heat exchanger can methanation 150 ℃, heating the mixture to the H2N2 274 ℃, 339 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 215 ℃. This design mainly based on GB150 "steel pressure vessels"and GB151 "shell and tube heat exchangers, " the main pressure parts of the equipment was designed and strength calculation, but also with HG/T20615 "steel pipe flange", JB / T 4712 "containers bearing" pressure vessels and other relevant standards, the design of other components, he finally completed the methanation Ⅱtype heat exchanger design. Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger
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 (2) 第二章管壳式换热器简介 (3) 第三章设计方法及设计步骤 (5) 第四章工艺计算 (6) 4.1 物性参数的确定 (6) 4.2核算换热器传热面积 (7) 4.2.1传热量及平均温差 (7) 4.2.2估算传热面积 (9) 第五章管壳式换热器结构计算 (11) 5.1换热管计算及排布方式 (11) 5.2壳体内径的估算 (13) 5.3进出口连接管直径的计算 (14) 5.4折流板 (14) 第六章换热系数的计算 (20) 6.1管程换热系数 (20) 6.2 壳程换热系数 (20) 第七章需用传热面积 (23) 第八章流动阻力计算 (25) 8.1 管程阻力计算 (25) 8.2 壳程阻力计算 (26) 总结 (28)
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是强化传热，提高对苛刻的工艺条件和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、扩大传热面积和增大传热温差等方式，其中提高传热系数是强化传热的重点，主要是通过强化管程传热和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，以获得粗糙的表面和扩展表面；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）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）和管外空间（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间成为多程。而当装设折流板时，则不论流体往复交错流动多少次，其管外空间仍以单程对待。 管壳式热交换器的主要优点是结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战，但由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于优势地位。 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，
管壳式换热器简介及分类 概述 换热器是在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。在工业生产中，换热器的主要作用是使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要。换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空以及其他许多工艺部门广泛使用的一种通用设备。在华工厂中，换热器的投资约占总投资的10%-20%；在炼油厂中该项投资约占总投资的35%-40%。 目前，在换热器中，应用最多的是管壳式换热器，他是工业过程热量传递中应用最为广泛的一种换热器。虽然管壳式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面的金属消耗量无法与板式或者是板翅式等紧凑换热器相比，但管壳式换热器适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，长期以来人们已在其设计和加工方面积累了许多经验，建立了一整套程序，人么可以容易的查找到其他可靠设计及制造标准，而且方便的使用众多材料制造，设计成各种尺寸及形式，管壳式换热器往往成为人们的首选。 近年来，由于工艺要求、能源危机和环境保护等诸多因素，传热强化技术和换热器的现代研究、设计方法获得了飞速发展，设计人员已经开发出了多种新型换热器，以满足各行各业的需求。如为了适应加氢装置的高温高压工艺条件，螺纹锁紧环换热器、Ω密封环换热器、金属垫圈式换热器技术获得了快速发展，并在乙烯裂解、合成氨、聚合和天然气工业中大量应用，可达到承压35Mpa、承温700℃的工艺要求；为了回收石化、原子能、航天、化肥等领域使用燃气、合成气、烟气等所产生的大量余热，产生了各种结构和用途的废热锅炉，为了解决换热器日益大型化所带来的换热器尺度增大，震动破坏等问题，纵流壳程换热器得到飞速的发展和应用；纵流壳程换热器不仅提高了传热效果，也有效的克服了由于管束震动引起的换热器破坏现象。另外，各种新结构的换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器等也大量涌现。 管壳式换热器按照不同形式的分类 工业换热器通常按以下诸方面来分类：结构、传热过程、传热面的紧凑程度、所用材料、
U型管换热器课程设计 说明书 设计题目 U型管换热器设计 专业班级建环1001 学生姓名xxxxx 学号xxxxxx 指导教师xxxxx 日期2013.5.4
一、化工原理课程设计任务书 （换热器的设计） （一）设计题目：煤油冷却器的设计 （二）设计任务及操作条件： 1.处理能力：15万吨/年煤油 2.设备型式：列管式换热器 3.操作条件： （1）煤油入口温度125℃，出口温度40℃； （2）冷却介质循环水，入口温度25℃，出口温度45℃； （3）允许压强降不大于105Pa; （4）煤油定性温度下的物性数据：密度为825kg/m3；粘度为： 7.15×10-4Pa.S;比热容为：2.22kJ/（kg. ℃）；导热系数为： 0.14W/（m. ℃） （5）每年按330天计，每天24小时连续运行。 （三）设计项目 1传热计算 2管、壳程数的确定及管、壳程流体阻力计算 3管板厚度计算 4 U形膨胀节计算（浮头式换热器除外） 5管壳式换热器零部件结构 （四）绘制换热器装配图（A2图纸）
二、换热器的选用 换热器的选用(即选型) 的过程大体如下, 具体计算可参看列管式换热器设计中有关内容。 ①根据设计任务要求计算换热器的热负荷Q。 ②按所选定的流动方式, 计算出平均温度差( 推动力)Δtm 及查出温差校正系数ψ。若ψ< 0 . 8 , 应考虑采用多壳程结构的换热器或用多台换热器串联。 ③依所处理流体介质的性质, 凭经验初选一总传热系数K0 ( , 并由总传 估) 热速率方程计算传热面积S'0 : S'0 =Q/K0 估Δtm ———凭经验选取的总传热系数,W /(m2·K) ; 式中Q———热负荷,W; K0 ( 估) Δtm ———平均温度差, ℃。 ④根根据计算出的S’0 值, 查有关换热器系列标准, 确定型号规格并列出各结构主要基本参数。 ⑤利用总传热系数关联式计算K0 ( 计) , 再由总传热速率方程式求出S0 ( 计) 。考虑到所用传热计算式的准确程度及其他未可预料的因素, 应使得所选用换热器具有的传热面积S0留有的裕度10%～25% , 即[ ( S0 - S0 ( 计) ) /S0 ( 计) ] = ( 10% ～25% )。否则需重新估计一个K0 ( 估) , 重复以上计算。也可依所选用换热器具有的传热面积S0 , 通过总传热速率方程式求出K0 ( 选) , 然后比较K0 ( 选) /K0 ( 计) 之值是否在1 . 15～1 . 25 范围。 ⑥计算出管、壳程压力降, 验算是否满足要求。
U型管式换热器设计 摘要 本文介绍了U型管换热器的整体结构设计计算。U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。 关键词：U型管换热器，结构，强度，设计计算 U-TUBE HEAT EXCHANGER DESIGN ABSTRACT This paper introduces the U-tube heat exchanger design and calculation. U-tube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same tube, and tubes could telescopic freely, non-thermal stress, thermal performance and compensation; use of double-tube process, the process
is longer, higher speed, better heat transfer performance, pressure capacity, and control can be extracted from the shell with easy maintenance and cleaning, and simple structure cost less. The main structure of U-tube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, anti-short-circuit structure, support and other shell-tube accessories. This time I designed a second category pressure vessel, which has high design temperature and high design pressure. Thus the design demands are strict. It has dual heat exchanger tube, stainless steel heat exchanger manufacturers. I mainly carried out the design of heat exchanger structural design, strength of design and parts selection and process design. KEYWOEDS: U-tube heat exchanger, frame, intensity, design and calculation
%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;
化工原理 课 程 设 计 设计任务：换热器 班级：13级化学工程与工艺（3）班 姓名：魏苗苗 学号：1320103090 目录 化工原理课程设计任务书 (2) 设计概述 (3) 试算并初选换热器规格 (6) 1. 流体流动途径的确定 (6)
2. 物性参数及其选型 (6) 3. 计算热负荷及冷却水流量 (7) 4. 计算两流体的平均温度差 (7) 5. 初选换热器的规格 (7) 工艺计算 (10) 1. 核算总传热系数 (10) 2. 核算压强降 (13) 设计结果一览表 (16) 经验公式 (16) 设备及工艺流程图 (17) 设计评述 (17)
参考文献 (18) 化工原理课程设计任务书 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32.5℃。 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：109000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的工艺尺寸的设计。 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。 六、附表： 1.设计概述 1.1热量传递的概念与意义 1.1.1热量传递的概念 热量传Array递是指由于 温度差引起 的能量转移， 简称传热。由 热力学第二 定律可知，在 自然界中凡 是有温差存 在时，热就必 然从高温处 传递到低温 处，因此传热
U型管换热器课程设计 说明书2 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
U型管换热器课程设计 说明书 设计题目 U型管换热器设计 专业班级建环1001 学生姓名 xxxxx 学号 xxxxxx 指导教师 xxxxx 日期
一、化工原理课程设计任务书 （换热器的设计） （一）设计题目：煤油冷却器的设计 （二）设计任务及操作条件： 1.处理能力：15万吨/年煤油 2.设备型式：列管式换热器 3.操作条件： （1）煤油入口温度125℃，出口温度40℃； （2）冷却介质循环水，入口温度25℃，出口温度45℃； （3）允许压强降不大于105Pa; （4）煤油定性温度下的物性数据：密度为825kg/m3；粘度为：×;比热容为：（kg. ℃）；导热系数为： （m. ℃） （5）每年按330天计，每天24小时连续运行。 （三）设计项目 1传热计算 2管、壳程数的确定及管、壳程流体阻力计算 3管板厚度计算 4 U形膨胀节计算（浮头式换热器除外） 5管壳式换热器零部件结构 （四）绘制换热器装配图（A2图纸）
二、换热器的选用 换热器的选用(即选型) 的过程大体如下, 具体计算可参看列管式换热器设计中有关内容。 ①根据设计任务要求计算换热器的热负荷Q。 ②按所选定的流动方式, 计算出平均温度差( 推动力)Δtm 及查出温差校正系数ψ?。若?ψ< 0 . 8 , 应考虑采用多壳程结构的换热器或用多台换热器串联。 ③依所处理流体介质的性质, 凭经验初选一总传热系数K0 ( , 并由总传热 估) 速率方程计算传热面积S'0 : S'0 =Q/K0 估Δtm ———凭经验选取的总传热系数,W /(m2·K) ;式中Q———热负荷,W; K0 ( 估) Δtm ———平均温度差, ℃。 ④根根据计算出的S’0 值, 查有关换热器系列标准, 确定型号规格并列出各结构主要基本参数。 ⑤利用总传热系数关联式计算K0 ( 计) , 再由总传热速率方程式求出S0 ( 计) 。考虑到所用传热计算式的准确程度及其他未可预料的因素, 应使得所选用换热器具有的传热面积S0留有的裕度10%～25% , 即[ ( S0 - S0 ( 计) ) /S0 ( 计) ] = ( 10% ～25% )。否则需重新估计一个K0 ( 估) , 重复以上计算。也可依所选用换热器具有的传热面积S0 , 通过总传热速率方程式求出K0 ( 选) , 然后比较K0 ( 选) /K0 ( 计) 之值是否在1 . 15～1 . 25 范围。 ⑥计算出管、壳程压力降, 验算是否满足要求。
目录 任务书 (2) 摘要 (4) 说明书正文 (5) 一、设计题目及原始数据 (5) 1.原始数据 (5) 2.设计题目 (5) 二、结构计算 (5) 三、传热计算 (7) 四、阻力计算 (8) 五、强度计算 (9) 1.冷却水水管 (9) 2.制冷剂进出口管径 (9) 3.管板 (10) 4支座 (10) 5.密封垫片 (10) 6.螺钉 (10) 6.1螺钉载荷 (10) 6.2螺钉面积 (10) 6.3螺钉的设计载荷 (10) 7.端盖 (11) 六、实习心得 (11) 七、参考文献 (12) 八、附图
广东工业大学课程设计任务书 题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班 姓 名 xx 学 号 xxxx 一、课程设计的内容 设计一台如题目名称所示的换热器。给定原始参数： 1. 换热器的换热量Q= 35 kw; 2. 给定制冷剂 R22 ; 3. 制冷剂温度 t k =40℃ 4. 冷却水的进出口温度 '0132t C =" 0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1）学生独立完成设计。 2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。(换热器的传热计算, 换热面积计 算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。 3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，使用计算机绘图。 4）说明书要求： 文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。 格式要求： （1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等；（6）参考文献。 三、课程设计应完成的工作 1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份； 2）绘制换热器的装配图1张，拆画关键部件零件图1～2张。
U型管式换热器设计 本文介绍了U管式换热器的整体结构设计计算。U型管式换热器仅有一个管板，两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，结构比较简单、价格便宜，适用于管、壳壁温差较大或者壳程介质易结垢需要清洗又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合，特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性强的物料。U型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都比较高，因而设计要求较高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中要进行了换热器的结构设计，强度计以及零部件的选型和工艺设计。 关键词：U型管式换热器，结构，设计计算 This paper introduces the U tube exchanger of the whole structure design calculation.U type heat exchanger with a tube plate, both ends of which are fixed on the same tube plates, tubes can be freely telescopic, thermal stress, thermal compensation performance is good; tube with double tube pass, longer process, the flow velocity is higher, the heat transfer performance is good, strong bearing ability, simple structure, cheap price, applied to the tube, the larger temperature difference between the shell wall or shell pass medium easy scaling needs cleaning and not suitable for floating head type and fixed tube plate occasions, especially suitable for the tube away clean and not easy to scale the high temperature, high pressure, strong corrosive materials. U type heat exchanger main structure consists of a tube box, cylinder, head, tube, pipe, baffle plate, front panel and draft tube, short circuit protection structure, support and other accessories such as pipe shell. The design for the two types of pressure vessels, design temperature and pressure are very high, so high design requirements. The heat exchanger adopts a pipe shell, stainless steel tube manufacturing. In the design of the structure design of the heat exchanger, intensity and components selection and process design. Key words: U type heat exchanger, structure, design and calculation
xxxxxxxxx 大学 课程设计说明书 设计题目：管壳式换热器的设计 学院、系：化学工程与工艺学院（精细化工专业）专业班级：精细2012班 学生：xxxxxxxxxxxx 指导教师：xxxxxxxxxxxxx 成绩：________________________ 2015年07 月08
目录 2015年07 月08 (1) 目录 (2) 一、课程设计题目 (5) 二、课程设计容 (5) 1．管壳式换热器的结构设计 (5) 2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核 (5) 3. 筒体水压试验应力校核 (5) 4. 鞍座的选择 (6) 5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。 (6) 6. 编写设计说明书一份 (6) 7. 绘制1号装配图一。 (6) 三、设计条件 (6) （1）气体工作压力 (6) （2）壳、管壁温差50℃，t t ＞t s (6) （3）由工艺计算求得换热面积为105m2。 (6) （4）壳体与封头材料在低合金高强度钢中间选用，并查出其参数，接管及其他数据根据表7-15、7-16选用。 (6) （5）壳体与支座双面对接焊接，壳体焊接接头系数Φ=0.85 (6) （6）图纸：参考图7-52，注意：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。 (6) 四、基本要求 (7) 五、说明书的容 (7) 1.符号说明 (7) 2.前言 (7) 3.材料选择 (7) 4.绘制结构草图 (7) 5.壳体、封头壁厚设计 (8) 6.标准化零、部件选择及补强计算： (8) 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) 8.主要参考资料。 (8)
中南大学《化工原理》课程设计说明书 题目：煤油冷却器的设计 学院：化学化工学院 班级：化工0802 学号： 1505080802 姓名： ****** 指导教师：邱运仁 时间：2010年9月
目录 §一.任务书 (2) 1.1.题目 1.2.任务及操作条件 1.3.列管式换热器的选择与核算 §二.概述 (3) 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.热量设计 (5) 3.1.初选换热器的类型 3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定 3.3.确定物性数据 3.4.计算总传热系数 3.5.计算传热面积 §四. 机械结构设计 (9) 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4.3.平均传热温差校正及壳程数 4.4.壳程内径及换热管选型汇总 4.4.折流板 4.6.接管 4.7.壁厚的确定、封头 4.8.管板 4.9.换热管 4.10.分程隔板 4.11拉杆 4.12.换热管与管板的连接 4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图(BI型) 4.14.膨胀节的设定讨论 §五.换热器核算 (21) 5.1.热量核算 5.2.压力降核算 §六.管束振动 (25) 6.1.换热器的振动 6.2.流体诱发换热器管束振动机理 6.3.换热器管束振动的计算 6.4.振动的防止与有效利用 §七. 设计结果表汇 (28) §八.参考文献 (29) §附：化工原理课程设计之心得体会 (30)
§一.化工原理课程设计任务书 1.1.题目 煤油冷却器的设计 1.2.任务及操作条件 1.2.1处理能力：40t/h 煤油 1.2.2.设备形式：列管式换热器 1.2.3.操作条件 (1).煤油：入口温度160℃，出口温度60℃ (2).冷却介质：循环水，入口温度17℃，出口温度30℃ (3).允许压强降：管程不大于0.1MPa,壳程不大于40KPa (4).煤油定性温度下的物性数据ρ=825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.2kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃) 1.3.列管式换热器的选择与核算 1.3.1.传热计算 1.3. 2.管、壳程流体阻力计算 1.3.3.管板厚度计算 1.3.4.膨胀节计算 1.3.5.管束振动 1.3.6.管壳式换热器零部件结构 §二.概述 2.1.换热器概述 换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。 换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。 表2-1 传热器的结构分类
课程设计 设计题目 U型管换热器设计 教学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 起止日期 目录 第一章确定设计方案 (3) 第二章确定物性数据 (3) 第三章总传热系数 (4)
3.1 热流量 (4) 3.2 平均传热温差 (4) 3.3 冷却水用量 (4) 3.4 总传热系数 (4) 3.4.1管程传热系数 (4) 3.4.2壳程传热系数 (4) 第四章传热面积 (5) 第五章工艺结构尺寸 (5) 5.1 管径和管内流速 (5) 5.2管程数和传热管数 (5) 5. 3 平均传热温差校正及壳程数 (6) 5.4 传热管排列和分程方法 (6) 5.5 壳体内径 (6) 5.6 折流板 (7) 5.7 接管 (7) 第六章换热核算 (7) 6.1 热量核算 (7) 6.1.1壳程对流传热系数 (7) 6.1.2管程对流传热系数 (7) 6.1.3总传热系数 (8) 6.1.4传热面积 (8) 6.2 换热器内流体阻力 (9) 6.2.1 管程流动阻力 (9) 6.2.2 壳程流动阻力 (10) 第七章筒体 (11) 第八章封头 (11) 第九章换热管校核 (12) 第十章管板 (12) 10.1 管板的厚度 (12) 10.2 管板法兰尺寸 (14) 第十一章进出口接管 (16) 11.1 接管尺寸 (16) 11.2 螺栓和螺柱 (17) 11.3 接管外伸长度 (18) 11.4 接管的最小位置 (19) 第十二章防冲板设计 (20) 第十三章折流板设计 (20) 第十四章拉杆设计 (22) 第十五章参考资料 (23)
第一章 确定设计方案 题目已限定选用U 型管换热器 壳程——柴油，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果，清洗方便 管程——冷却水，压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。且走管程流速高不易结垢，即使结垢也便于清洗 自定冷却水入口温度20℃，出口温度40℃，采用逆流 选用25 2.5φ?的碳钢管，试取管内流速U 1m /s = 第二章 确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值 壳程柴油的定性温度为： 15040T 952+==℃ 管程水的定性温度为： ℃302 40 20t =+= 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在95℃下的物性 : 密度 3m /kg 05.860=ρ 定压比热容 2.104/() po c kJ kg =?℃ 导热系数 0.12215/()o W m λ=?℃ 粘度 61075.50510o Pa s μ-=?? 水在35℃下的物性 : 密度 3=996 /i kg m ρ 定压比热容 4.183/()pi c kJ kg =?℃ 导热系数 0.6171/()i W m λ=?℃