固定管板式换热器设计说明介绍模板之令狐文艳创作

摘要

令狐文艳

本设计是关于固定管板式换热器的结构设计，主要进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。

本设计的前半部分是工艺计算部分，按照GB150-2011以及GB151-2014等国家标准以及技术标准等根据给定的设计条件进行换热器的选型，校核传热系数，计算出实际换热面积。设计的后半部分主要是关于结构和强度的设计，根据已选定的换热器型式进行设备内部各零部件（如接管、定距管折流板、折流板、管箱等）的设计，包括：材料的选择、具体的尺寸、确定具体的位置、管板厚度计算等。

本设计以本着安全可靠、经济性好、传热效率高以及保护环境为原则进行的设计，符合工厂中的实际应用。

关于固定管板换热器设计的各个环节，本设计书中均有详细说明。

关键词：固定管板；管壳式换热器；结构设计

Abstract

The design is fixed with respect to the structural design of the tube plate heat exchanger, mainly for the process to calculate heat exchanger, heat exchanger structure and strength design.

The first half of this design is part of the calculation process, in accordance with GB150-2011 GB151-2014 and other national standards and technical standards in accordance with a given design conditions of the heat exchanger selection, check the heat transfer coefficient, to calculate the actual heat area. The second half of the design is mainly on the structure and strength of design, internal equipment all parts have been selected according to the type of heat exchanger (such as receivership, spacer tube baffles, baffles, pipe boxes, etc.) Design including: choice of materials, specific dimensions, determine the specific location of the tube plate thickness calculation.

On all aspects of the fixed tube sheet heat exchanger design, the design specification is described in detail.

Key Words: fixed tube plate; shell and tube heat exchanger；Structural Design

目录摘要Ⅰ

AbstractⅡ

第1章设计任务、思想1

1.1 设计任务1

1.2 设计思想1

第2章换热器的工艺设计2

2.1换热器的工艺条件2

2.2估算设备尺寸2

2.2.1计算传热管数NT2

2.2.2计算壳程直径D3

第3章换热器零部件的结构设计4

3.1换热管4

3.1.1换热管的型号和尺寸4

3.1.2换热管的材料4

3.1.3换热管排列方式以及管心距4

3.2折流板5

3.2.1折流板的主要几何参数5

3.2.2折流板和壳体间隙6

3.2.3折流板厚度6

3.2.4折流板的管孔6

3.2.5材料的选取6

3.3拉杆、定距管6

3.3.1拉杆的结构形式7

3.3.2拉杆直径、数量和尺寸7

3.3.3拉杆的布置8

3.4防冲板8

3.5接管8

3.5.1接管（或接口）的一般要求8

3.5.2接管高度（伸出长度）确定8

3.6管箱9

3.7管板结构尺寸10

3.8封头11

3.9法兰结构类型12

3.10垫片的选取12

3.11鞍座的选取12

第4章换热器的机械结构设计14

4.1传热管与管板的连接14

4.2管板与壳体的连接14

4.3 管板与管箱的连接16

第5章换热器的强度设计与校核17

5.1壳体、管箱的壁厚计算17

5.1.1 壳体17

5.1.2 管箱18

第6章部分管件零部件的校核计算19

6.1壳程圆筒19

6.2 管箱圆筒19

6.3 换热管20

6.4 管板20

6.5 管箱法兰21

6.6 壳体法兰21

6.7 系数22

6.8 计算管板参数22

第7章换热器的制造、检验、安装与维护24

7.1换热器的制造、检验与验收24

7.1.1筒体24

7.1.2 换热管24

7.1.3管板25

7.1.4 折流板、支持板25

7.1.5 管束的组装25

7.1.6 换热器的组装25

7.1.7 压力试验25

7.2 换热器的安装、试车与维护25

7.2.1安装25

7.2.2 试车26

7.2.3 维护26

结束语27

参考文献28

致谢29

第1章设计任务、思想

1.1 设计任务

本设计的课题为固定管板式冷却器结构设计，设计包括结构设计和强度设计。其中结构设计需要选择既合理又经济的结构形式，同时又可以满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；而强度计算的内容则应包括换热器材料，确定主要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，再根据设计压力确定壁厚，使换热器能有足够的腐蚀强度。

1.2 设计思想

本设计尽可能采用先进的技术、国家与行业标准，使生产既能达到技术先进，经济合理的要求，又能符合优质、高产、安全、低消耗的原则，具体有以下几点：

(1)根据GB150—2011《钢制压力容器》和GB151—2014《管壳式换热器》以及JB/T 4715—1992等国家标准作为基础进行设计。

(2)应满足工艺还有操作要求，所设计出来的流程和设备能可以保证得到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定操作弹性，可方便进行流量和传热的调节。

(3)应满足经济上的要求，设计应节省然热能和电能的消耗、减少设备与基础的费用，选择比较合理的回流比，节省水蒸气，设计应要全面考虑，力求总费用尽可能的低一些。

(4)应保证生产安全，保证换热器具有一定刚度还有强度。根据设计压力确定壁厚，再校核其他零部件的强度，进行水压试验，确定容器是否有足够的腐蚀裕度。

第2章换热器的工艺设计

2.1换热器的工艺条件

2.2估算设备尺寸

2.2.1计算传热管数N T

本设计拟用传热管规格为φ25×2.5，管长为6m ，传热管数N T 为

N T =dL πA

=6025.0400??π=850根

公式中符号：

d 0—换热管外径。mm

A P —所需换热面积。M 2

L —换热管长。M

N T —换热管总数。根

2.2.2若将传热管若将传热管按正三角形排列，计算壳程直径D

根据GB151-2014的规定，管心距定为32mm

横过管束中心线的管数

N c =1.1850=33根

本设计采用四管程结构，则壳程内径为

D=t （n c -1）+（1.5）d 0

=32×（33-1）+1.5×25

=1061.5mm

圆整得D= 1100mm

第3章换热器零部件的结构设计

3.1换热管

3.1.1换热管的型号和尺寸

除光管外，换热器还可采用各种各样的强化传热管，如翅片管、螺纹管、螺旋槽管等。当管内直径两侧给热系数相差较大时，翅片管的翅片应布置在给热系数低的一侧。本设计选用光管。

换热管常用的尺寸（外径x壁厚）主要为Φ19mmx2mm、Φ25mmx2.5mm 和Φ38mmx2.5mm的无缝钢管以及Φ25mmx2mm和Φ38mmx2.5mm的不锈钢管。

选用管径时，本设计给出换热管规格φ25×2.5规格。

3.1.2换热管的材料

常用材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金、钛等。此外还有一些非金属材料，如石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。设计时应该根据工作压力、温度和介质腐蚀性等选用合适的材料。根据钢材标准GB/T700-2006中20号钢完全可以满足要求，因此本设计换热器可以选用材料为20号钢。

3.1.3换热管排列方式以及管心距

管子在管板上的排列有正三角形、正方形和正方形错列三种，如图所示。传热管的排列应使其在整个换热器圆截面上均匀分布，同时还要考虑流体的性质，管箱结构及加工制造等方面的问题。正三角形排列的优点：管板的强度高；流体走短路的机会少，但是管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子；但是正三角形排列管外不易清洗。正方形排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但是在同样的管板面积上可排列的管子数量较少。同心圆排列方式优点靠近壳体的地方管子分布较均匀，，在壳体直径较小的换热管可以排列的传热管数比正三角形排列还多[2]。由于本换热器流体性质属于比较结晶和不易结垢，因此可以采用正三角形排列，如图（a）所示：

图3-1 管子排列形式

管板上两传热管的中心距为管心距，管心距的大小主要与传热管和管板的连接方式有关，此外还应该考虑管板强度和清洗管外表面时所需的空间。根据GB151-2014规定，管心距定为32mm。

3.2折流板

折流板顾名思义是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器设计壳程介质流道，根据介质性质和流量以及换热器大小确定折流板的多少。折流板被设置在壳程，它既可以提高传热效果，还起到支撑管束的作用。

常用的折流板和支持板的形式有弓形和圆盘-圆环形两种。弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种。在弓形折流板中，流体在板间错流冲刷管子，而流经折流板弓形缺口时是顺溜经过管子后进入下一板间，改变方向，流动中死区较少，比较优越，结构较简单，一般标准换热器中只采用这种。盘环形折流板制造不方便，流体在管束中为轴向流动，效率较低。而且要求介质必须是清洁的，否则沉积物将会沉积在圆环的后面，导致传热面积失效，一般用于压力比较高而又清洁的介质。因此，本设计采用单弓形折流板。

3.2.1折流板的主要几何参数

弓形折流板缺口高度应该使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占筒体内直径的百分比来确定[1]，单弓形折流板缺口见图，根据GB151-2014缺口弦高h值，宜取0.20～0.45倍的圆筒内直径，取系数为0.25，切去圆缺高度h=0.25×1100=275mm。

图3-2 单弓形折流板

3.2.2折流板和壳体间隙

折流板外周与壳体内径之间的间隙越小，则壳体流体介质在此外的泄漏越小，使传热效率提高，但同时间隙越小，又给制造、安装带来困难。根据GB151-2014选取折流板的名义直径D＝DN-4.5＝1095.5mm

3.2.3折流板厚度

折流板的厚度与壳体直径、换热管无支撑长度有关，根据GB151-2014折流板最小厚度δ＝4㎜，可选择δ＝8㎜

3.2.4折流板的管孔

①折流板的管孔直径和公差：按照GB151-2014规定，Ⅰ级管束换热器折流板管孔直径d＋0.7＝25+0.7＝25.7㎜及允许偏差+0.30

②管孔中心距：折流板上管孔中心距t＝32mm，公差为相邻两孔+0.30，任意两孔为+1.0

③管孔加工：折流板上管孔加工后两段必须倒角0.5×45°。

3.2.5材料的选取

本设计中设计温度150°和设计压力P＝1.1Mpa，根据GB150-2011选取材料为Q235-B，其适用范围：容器设计压力P≤1.60；钢板使用温度为20°～300°；用于壳体时，钢板的厚度不大于16mm，不得用于毒性程度为极度或高度危险的介质的压力容器。

3.3拉杆、定距管

3.3.1拉杆的结构形式

从传热角度考虑，有些换热器不需要设置折流板。但为了增加换热管刚度，防止产生过大挠度或引起管子振动，当换热器无支撑跨距超过标准的规定值时，必须设置一定数量支撑板，其形状与尺寸均按折流板的规定来处理[1]。

常用的拉杆的形式有以下两种，见下图。

a)拉杆定距管结构，常适用于换热管外径大于或等于19mm的管束

b)拉杆与折流板点焊结构，其适用于换热管外径小于或等于14mm的管束

c)当管板较薄时，采用其他的连接结构。[1]

图3-3 拉杆形式

本装置的换热管外管径为25㎜，换热管直径为1100mm，根据上述规定可选用拉杆定距管结构。

3.3.2拉杆直径、数量和尺寸

（1）拉杆直径和数量根据GB151-2014规定，拉杆直径d＝16mm，拉杆数量为6根。

（2）拉杆尺寸

图3-4 拉杆尺寸示意图

3.3.3拉杆的布置

拉杆尽量均匀布置在管束的外边缘。对于大直径换热器，在布管区域内或是靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板都应不少于3个支撑点。

3.4防冲板

防冲板是在换热器中为了防止流体直接冲刷管子而引起管子振动失稳和腐蚀而设置的。

防冲板在壳体内的位置，应使防冲板周边与壳体内壁所形成的流通面积为壳程进口接管截面积的1～1.25倍。

根据GB151-2014规定，防冲板的固定形式为：

a)防冲板的两侧焊在定距管或拉杆上，也可同时焊在靠近管

板的第一块折流板上；

b)防冲板焊在圆筒上；

c)用U形螺栓将防冲板固定在换热管上。

根据GB151-2014规定，防冲板的最小厚度：当壳程进口接管直径小于300㎜时，对碳钢、低合金钢取4.5mm；对不锈钢取3mm。当壳程进口接管直径大于300mm时，对碳钢、低合金钢取6mm；对不锈钢取4mm。本装置的壳程进口接管直径为1100mm大于300mm，防冲板的材料为Q235-A，它的厚度取6mm。

3.5接管

3.5.1接管（或接口）的一般要求

a) 接管宜与壳体内表面平齐；

b）接管应尽量沿换热器的径向或轴向设置；

c）设计温度高于或等于300°时，应采用对焊法兰；

d）必要时应设置温度计接口，压力表接口及液面计接口；

e）对于不能利用接管（或接口）进行放气和排液的换热器，应在管程和壳程的最高点设置放弃口，最低点设置排液口，其最小公称直径为20mm；

f）立式换热器可设置溢流口。

3.5.2接管高度（伸出长度）确定

接管伸出壳体（或管箱壳体）外壁的长度，主要考虑法兰形式，焊接操作条件，螺栓拆装，有无保温及保温厚度等因素决定。一般最短应符合下式计算值

I≥h＋h1＋δ＋15（mm）

式中：h—接管法兰厚度,mm

h1—接管法兰的螺母厚度,mm

δ—保温层厚度,mm

I—接管安装高度,mm

根据上述要求,求接管高度为:循环水进口接管高度I＝120mm,冷却水进口接管高度I＝120mm,循环水进口接管高度为I＝120mm,循环水出口高度I＝120mm,管箱排气口接管高度I＝76mm。

3.6管箱

管箱的作用是把由管道来的管程流体均匀到各传热管把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还起到改变流体流向的作用。无论哪种管箱，其管箱的最小内侧深度应该满足这样的要求：使连接间流体流动的横截面积至少大于或等于单管程通过的截面。其结构型式有以下几种：

⑴A型（平盖管箱）如图（a）装有管箱平盖（或称盲板），清洗管程时只要拆开盲板即可，而不必拆卸整个管箱和与管箱相连的管路，缺点是盲板机构用材多，且尺寸较大是得用锻件，耗费量大，机械加工时，提高了制造成本，并增加了一道密封的泄露的可能，一般多用DN＞900mm的浮头式换热器。

⑵B型封头管箱型如图（b），用于单程或多程管箱，优点是结构简单，便于制造，适于高压，清洁介质，可省掉一块造价高的盲板、法兰和几十对螺栓，且椭圆封头受力情况要比平端盖好的多，缺点是检查管子和清洗管程时必须拆下连接管道和管箱。

⑶C型、D型管箱这种形式是管箱一端与壳体及管板连成一体，或是用于可拆管束与管板制成一体的管箱，另一端可采用A型结构，减少了泄露的可能性。一般用的较少，只在高压情况下使用。

图3-5 管箱结构形式

本换热器由于压力不高，而且管程为4程所以采用B型管箱。

3.7管板结构尺寸

管板在换热器的制造成本中占有相当大的比重，管板设计与管板上的孔数、孔径、孔间距、开孔方式以及管子的连接方式有关。

1本换热器采用的是选用固定管板兼作法兰形式的管板。

图3-6 管板结构

这种管板结构尺寸，在依据确定的设计压力，壳体内径来选择或设计法兰，然后根据法兰相应结构尺寸来确定管板的最大直径，密封面位置、宽度、螺栓直径、位置、个数等等，根据上述确定的壳体内径D＝1100mm和设计压力PN＝1.1Mpa，根据JB4707-2000确定法兰D＝1260mm D1=1215mm D2=1176mm D3=1156mm D4=1153mm δ=76mm d=27mm。螺柱规格M24，数量n=36

2管板孔直径和允许公差，由参考得管孔直径为25.25mm，允许偏差为+0.15 0

3管板材料

在选择管板材料时，除了考虑力学性能外，还应考虑管程和壳程流体的腐蚀性能，以及管板和换热管之间电位差对腐蚀的影响。本换热器所采用的材料是16MnR。

3.8封头

封头属压力容器中锅炉部件的一种。通常是在压力容器的两端使用的。再有就是在管道的末端做封堵之用的一种焊接管件产品。

压力容器封头的种类很多，分为凸形封头、锥壳、变径短、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形分头、椭圆形封头、蝶型风头和球冠形封头。采用什么样的封头要根据工艺条件的要求、制造的难易程度和材料的消耗等情况来决定。

1）半球形封头，在均匀压力作用下，薄壁球形容器的薄膜应力分析为相同直径圆筒的一半，故从受力分析来看，球形封头是最理想的结

构形式。但缺点是深度大，直径小时，整体冲击困难，大直径采用

分瓣压其拼焊工作量较大。半球封头常采用在高压容器上。

2）椭圆形封头是由半个椭圆面和短圆筒组成的，由于封头的椭球部分经线曲率变化平滑连续，故应力分布比较均匀，且椭圆形封头深度

较半球封头小得多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应用较

多的封头之一。本设计采用椭圆形封头。

3）蝶型封头是带折边的球面封头，该边缘弯曲应力与薄膜应力叠加，使该部分的应力远远高于其他部分，故应力状况不佳。但过度环壳

的存在降低了封头的深度，方便了成型加工，且压制蝶型封头的钢

模加工简单，使蝶型封头的应用范围较为广泛。

4）锥壳，轴对称锥壳可以分为无折边锥壳和折边锥壳，由于结构不连续，锥壳的应力分布并不理想，但是其特殊的结构形式有利于固体

颗粒和悬浮或粘稠液体的排放，可作为不同直径圆筒的中间过渡

段，因而在中、低容器中使用较为普遍。

对受均匀内压封的强度计算，由于封头和圆筒相连接，所以不仅需要考虑封头本身因内压引起的薄膜应力，还考虑与圆筒连接处的不连续应力。连接处总应力的大小与封头的几何形状和尺寸，封头与圆筒厚度的比值大小有关。

3.9法兰结构类型

法兰的基本结构形式按组成法兰的圆筒、法兰环及锥颈三部分的整体性程度可分为松式法兰、整体法兰和任意式法兰三种。

1）松式法兰：指法兰不直接固定在壳体上或者虽固定而不能保证与壳体作为一个整体承受螺栓载荷的结构。适用于有色金属和不锈钢制

设备或管道上。且法兰用碳素钢制作，以节约贵重金属。但法兰刚

度小，厚度较厚，一般只适用于压力较低的场合。

2）整体法兰：将法兰与壳体锻或铸成一体或经全熔透的平焊法兰，这种结构能保证壳体与法兰同时受力，使法兰厚度可以适当减薄，但

会在壳体上产生较大应力。其中的带颈法兰可以提高法兰与壳体的

连接刚度，适用于压力、温度较高的重要场合。

3）任意法兰：从结构来看，这种法兰与壳体连成一体，但刚性介于整体法兰和松式法兰之间，这类法兰结构简单，加工方便，故在低压

容器或管道中得到广泛应用。

根据JB/T4702-2000故选用整体式乙型平焊法兰。

3.10垫片的选取

设备垫片主要有：非金属垫片、缠绕垫片和金属包垫片。一般情况下，非金属软垫片适用于甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰，法兰密封面式为光滑密封或凹凸密封面。缠绕垫片适用于乙型平焊法兰、长颈对焊法兰，法兰密封面式为光滑密封或凹凸密封面以及榫槽密封面。金属包垫片适用于乙型平焊法兰、长颈对焊法兰，法兰密封面式为光滑密封或凹凸密封面以及榫槽密封面。

本换热器壳程和管程介质为泵用冷却水和循环水，工作温度与压力不高，采用非金属垫片，可以按照JB/T4720进行选用与验收。

3.11鞍座的选取

本换热器是卧式换热器，换热器鞍式支座可按JB/T4712 选用。鞍式支座在换热器上的分布应按下列原则确定：

a）当L≦300mm时，取Ls=（0.4～0.6）L

b) 当L>3000mm时取Ls=（0.5～0.7）L

c）尽量使Lc和Lc1相近

图3-7 鞍座

第4章换热器的机械结构设计

4.1传热管与管板的连接

管子与管板的连接，在管壳换热器的设计中，是一个比较重要的结构部分。它不仅加工工作量大，而且必须是每个连接处在设备的运行中，保证介质无法泄露及承受介质压力的能力。管子与管板的连接形式有强度胀接、强度焊接与胀焊接的混合结构。无论采用何种连接方式，都必须满足以下两个条件:连接处保证介质无泄漏的充分气密性;承受介质压力的充分结合力。强度胀接结构简单，换热管修补容易。由于胀接管端处在胀接使产生塑性变形，存在着残余应力。不锈钢管与管板无论压力大小，温度高低，一般均采用焊接结构，目的是消除换热管与管板孔的间隙，从而消除间隙腐蚀。

4.2管板与壳体的连接

管板与壳体的连接依据换热器的结构形式分为可拆连接及不可拆连接。可拆连接主要用于浮头式，U型管式和填料函式换热器的固定端管板，不可拆连接在刚性结构换热器中采用，其两端管板的内侧面直接焊在壳体上，而根据两端管板的外侧面连接形式又分为管板兼法兰和不兼作法兰。目前用于管侧介质

压力及密封性能要求不高的场合即通常称为固定管板式换热器；后者多见于管侧压力很高或密封性能要求也高的高温高压换热器中。

本设备选取了延长部分兼作法兰的管板。如图为常见的兼作法兰的管板与壳体连接结构，根据具体情况也可选用其他形式的结构。其使用压力及场合主要根据焊缝是否焊透及焊缝受力的情况。可焊透结构及对接焊缝使用压力则较高，反之则较低，如图（a）为角焊缝，无论采用对接双面焊，但是进行壳程强度计算时，只能依这里的焊缝为最薄弱环节取用适于壳体板厚大于10mm，壳程压力Ps≦1MPa，不适用于易燃、易挥发及有毒介质的场合。图（b）、（c) 形式的焊接质量科大大提高，因此适适用在压力较高（Ps≦4MPa），设备直径较大，管板较厚的场合。图（b）（e）形式的使用压力更高，一般

Ps<4MPa.此时管板带有凸肩，其焊接结构性能已由交接变为对接，故承载能力更佳。在选定上述结构形式时，要特别注意壳程介质有无间隙腐蚀作用，则只能选择图（b）（d）两种不带垫板的结构；若壳程节奏无间隙腐蚀的作用，

应尽量选择带有垫片的存在间隙的结构形式，即图（c）、（e），它可以保证对接焊缝焊透，焊接质量更佳。至于管板上环形圆角则完全是为了减少应力集中。

图

4.2.1兼作

法兰的管板

与壳体的连

接结构

4.3 管

板与管

箱的连

接

管板

与管箱连接多数是靠法兰连接的，形式很多，随着温度，压力及耐腐蚀情况下不同而异。在设计中应合理选择不同链接形式，对设备的制造，安全及节约材料有重要的意义。

固定管板式换热器的管板与管箱法兰的连接形式比较简单，除了满足工艺上的要求选择一定的密封形式外，按压力、温度来选择法兰的结构形式。如图所示为三种最常见的固定管板换热器的管板与管箱法兰连接形式。图（a）的结构采用平面密封形式，适用于管程操作压力小于1.6MPa，且对气密性要求不高的情况下。图（b）采用榫槽密封面形式，适于气密性要求较高的场合，

但具有制造要求较高，加工比较困难，垫片窄，安装不便等缺点，一般在中低压较少采用，当在较高压下采用时，法兰的形式应该用长颈法兰。图（c ）的形式时最常见，法兰的密封面采用凹凸面形式，视压力高低，法兰形式可分为平焊法兰，更过为长颈法兰。

根据本设备的气密性要求和加工方便，安装便利，采用下面的图（c ）连接方式。

图4-1 固定管板换热器的管板与管箱的连接

第5章 换热器的强度设计与校核

5.1壳体、管箱的壁厚计算

5.1.1 壳体

16MnR （热轧），根据GB150-2011在设计压力1.1MPa 和设计温度

150℃下的许用力[б]t=170MPa,受压元件的焊接接头形式是双面焊对接接头或相当于双面焊的全焊透对接接头，其100%无损检测下的焊接接头系数Φ=1.00，局部无损检测Φ=0.85，取Φ=1.公称直径Di=1100mm ，碳钢的腐蚀余量C2=1mm,钢板厚度负偏差C1=0.8mm

计算厚度

δ=

c t P -φσ][2D P i c = 1.1117021100

1.1-???=3.57mm ≈4mm 设计厚度

δd=δ+C 2=4+1=5mm

名义厚度

δn=δd +C 1=5+0.8=6mm （根据GB151-2014规定低合金钢圆筒最小厚度为

8mm ）

有效厚度

δe=δn-C 2-C 1=8-1-0.8=6.2mm

设计温度下的圆筒的计算

应力：

бt=()e e i c 2D P δδ+=()

2.622.611001.1?+?=98.13 MPa

t σ<[б]t Φ=170×1=170MPa

设计温度下的圆筒

最大允许工作应力

[w P ]=[]e t

e Di 2δφσδ+=2.611001

1702.62+???=1.91MPa>1.1MPa 5.1.2 管箱

采用16MnR(热轧)，根据GB150-2011在设计压力0.6MPa 和设计温度60℃下的许用力[б]t=170MPa,受压元件的焊接接头形式是双面焊对接接头或相当于双面焊的全焊透对接接头，其100%无损检测下的焊接接头系数Φ=1.00，局部无损检测Φ=0.85，取Φ=1.公称直径Di=1100mm ，碳钢的腐蚀余量C 2=1mm,钢板厚度负偏差C 1=0.8mm

计算厚度

δ=

c t P -φσ][2D P i c =6.01170200

116.0-???=2.64mm ≈3mm 设计厚度

δd=δ+C 2=3+1=4mm

名义厚度

δn=δd +C 1=4+0.8=5mm （根据GB151-2014规定低合金钢圆筒最小厚度为

8mm ）

有效厚度

δe=δn-C 2-C 1=8-1-0.8=6.2mm

设计温度下的圆筒的计算

应力：

бt=()e e i c 2D P δδ+=()

2.622.611006.0?+?=5

3.52MPa

板式换热器的结构设计与计算

摘要 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效紧凑换热器。各相邻板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器的传热性能与板面的波纹形状、尺寸及流程组合方式都有密切关系。它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数高，结构紧凑，占地面积小，价格低，安装方便，易清洗，在适用的范围内有取代管壳式换热器的趋势。板式换热器应用很广，尤其是更适宜用于医药、食品、制酒、化工等工业，并且随着板型、结构上改进，正在进一步扩大它的应用领域。 本文对板式换热器的发展及应用领域作了简要的介绍，通过板式换热器的传热原理，进行板式换热器热力计算和阻力计算，在满足了校核条件下，设计出板片波纹形式为双人字形、板片数为149片的并联流程组合的可拆卸式板式换热器。在此基础上，用AutoCAD绘制板式换热器零件图及装配图。设计的换热器工艺性好，安全可靠，便于操作、安装，成本低。 关键词：板式换热器；结构设计；传热计算；阻力计算

Abstract Plate heat exchanger is a new compact and efficient heat exchanger, consists of a series of corrugated sheet metal with a certain shape made of stacked. Formed thin rectangular channels between adjacent plates, through plates exchange heat. Plate heat exchanger heat transfer performance are closely related with plate’s corrugated shape, size and process combinations. Compared with the conventional shell and tube heat exchanger, at the same flow resistance and pump power consumption, it has the advantages of high heat transfer coefficient, compact, small footprint, low price, easy to install and clean. It has the trends replace shell and tube heat exchanger within applicable range. Plate heat exchanger applications is very broad, especially more suitable for medicine, food, wine, chemical and other industries. With the improvement of plate’s shape and structural, its field of application is further expanding. In this paper, the development and applications of plate heat exchanger was made a brief introduction.Through the principles of heat transfer of the plate heat exchanger, performed thermal and resistance calculations, under meeting the checking conditions, designs detachable plate heat exchanger, that plate’s corrugated shape is double herringbone, plate number is 149, process composition is parallel. On this basis, using AutoCAD to draw plate heat exchanger parts and assembly drawings. Designed heat exchanger technology is good, safe, reliable, easy to operate, install, and low cost. Keywords:plate heat exchanger; structural design; heat transfer calculation; resistance calculation

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

板式换热器技术方案

板式换热器技术方 案

板式换热器技术方案 京招字[ ]069号1.供货需求表 板式换热器本体及其配套零部件的供应和设备的调试及维保。具体见附表1 2.环境条件： 2.1工程位于北京市，气侯特征为：冬季干冷，夏季湿热。环境温度： 极端最高 40.6 ℃，极端最低 -27.4 ℃。 2.2介质温度≤100℃，介质重度≤1.2Kg/dm3，PH=5～9。 3、整体技术要求 3.1投标人提供的板式换热器技术参数应满足《供货需求表》要求。3.2 板式换热器生产厂家须有生产及安装同类型设备的经验，且其所生 产的设备须具有十年以上成功运行的经验。招标方在评标时有权考证。 3.3 有关设备须符合下列有关国际认可的机构/组织和中国有关政府机关 所制订的条例和规范。 3.4板式换热器的设计、制造、检验与验收应遵守GB 16409-1996《板式 换热器》和GB 151- 89的规定，同时还须遵循GB 150-89图集的要求。 3.5板式换热器为水-水热交换器。

3.6板式换热器要求板片、垫片进口，并需提供国外板片生产厂生产资 质及有关认证文件,并要求提供板片、垫片进口报关文件。并由板片原生产厂，或由板片原生产厂在中国境内设立的合资或独资企业装配及制造。 3.7整个板式热交换器包括一个由低碳钢制成的框架，经由机械加工压 铸成人字波纹形的AISIS304或AISIS316不锈钢传热板片，承托换热片的上下导杆，固定压紧板和活动压紧板组成。 3.8板片与板片之边缘和信道周围均用三元乙丙橡胶垫片(EPDM)或丁氰 橡胶(NBR)作密封。 3.9一次及二次的出／入水管接驳口须设在板式热交换器的固定压紧 板，且面对固定压紧板。 3.10每台机组须附有详细标明厂家的名称、设备的型号和编号及有关的 技术数据等资料的标志铭牌。 3.11投标方需对照设备表详细列出各机组各项参数对比表，并提供各机 组的外型尺寸。 4.零部件技术要求 4.1换热板片须为AISIS304或ANIS316不锈钢板。 4.2密封胶垫采用三元乙丙（EPDM）或丁氰橡胶(NBR )制造，在板换预 紧状态下，承压1.6MPa。 4.3在每块换热板片的旁通口周围须提供密封垫片，用以隔绝两种换热

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 ?

换热器的设计说明书

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

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，

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

换热器的设计说明书

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

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：

板式换热器技术要求内容

（二）板式换热器 3设计与运行条件 3.1板式换热器型式 板式换热器采用等截面可拆卸板式换热器（水-水），换热面材质材质为GB316不锈钢。 3.2板式换热器的配置 本次招标共需配备2台可拆卸板式换热器（水-水），单台功率22.5MW，单台换热面积950㎡，换热器接管管径按设计所提管径配置，换热器按本技术规书所提面积订货。 3.3板式换热器设计参数

3.4热网循环水水质 板式换热器工作介质为热网循环水，水质为软化水，具体水质如下：

3.5运行方式 板式换热器并联运行。 板式换热器换热量的控制通过控制一次侧（高温介质）流量和控制二次侧（低温介质）流量来实现。 3.6设备的安装地点及标高 板式换热器安装在换热站0米层。 4技术要求 投标方提供的板式换热器设计、制造、检验与验收应满足国家相关规中的相关规定，同时应满足本技术规书术要求，如有矛盾时按较高要求执行。 4.1板式换热器性能要求 4.1.1投标方所提供的板式换热器是可拆卸板式换热器（水-水），其技术先进、经济合理，成熟可靠的产品，具有较高的运行灵活性。 4.1.2板式换热器能在最大工况点长期连续运行，能满足板式换热器不同运行工况的需要，并且预留能增加10%换热能力板片的安装空间和技术条件。 4.1.3板式换热器不宜选择单板面积太小的板片，避免板片数量过多,要求单板面积大于等于2.5㎡。 4.1.4板式换热器采用板型应使换热器流体充分湍动，防止板片表面结垢。 4.1.5板式换热器应选用阻力小的板型，保证一次侧（高温介质）压降不大于0.03MPa，二次侧（低温介质）压降不大于0.03MPa。 4.1.6板式换热器板片厚度应不小于0.7mm。 4.1.7板式换热器额定工况运行时，二次侧（低温介质）出口温度偏差不应出现负偏差。 4.1.8板片波纹形式应采用技术成熟、有成功使用业绩的波纹形式。 4.1.9板式换热器外部、部保证不泄漏，一、二次水禁止混流。

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

换热器的设计说明书

换热器的设计 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

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。

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)

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.