换热器设计校核流程图
2024年HTRI简易入门教程
多物理场耦合分析
未来HTRI软件有望进一步加强多 物理场耦合分析功能，提高换热 器设计的准确性和效率。
云计算与大数据应用
结合云计算和大数据技术，HTRI 软件有望实现更高效的数据处理 和协同设计功能。
2024/2/29
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学员心得体会分享
2024/2/29
学员A
通过学习本课程，我深刻体会到了HTRI软件在换热器设计中的 强大功能和便捷性，对我的工作有很大帮助。
21
实际操作演示
01 02 03 04
2024/2/29
HTRI软件界面友好，操作简便，用户可以快速上手进行实际操作。
通过实际操作演示，用户可以了解软件的基本功能和操作流程。
演示内容包括：创建新项目、设置工艺流程、输入操作参数、运行模 拟计算、查看结果分析等步骤。 用户可以根据演示内容自行练习，并逐步掌握HTRI软件的使用技巧 。
学员B
课程中的案例分析非常实用，让我更好地理解了换热器设计的实 际应用和注意事项。
学员C
希望未来HTRI软件能够进一步完善智能化设计功能，提高设计 效率和质量。
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THANKS
感谢观看
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机械故障处理
演示如何检查机械部件的磨损和松动情况，并介绍如何进行维修或更换。
2024/2/29
26
07
换热器总传热系数校核
0.02484
FP 1.8Pr0.17 1.8 0.02484 0.17 0.96
q Q 9056942 .62 103 26462 .79 S 3600 95.07
hnb1 0.00417Pc0.69q0.7Fp 0.00417 40790.69 26462.790.7 0.96 1547.16
由公式求得气态 PM
101 .33 78
2.48kg / m3
苯密度
RT 8.314 (273 .15 110 .32)
由公式求得气 态甲苯密度
平均密度：
PM
101 .33 92
2.93kg / m3
RT 8.314 (273 .15 110 .32)
y 1- y 2.48 0.0134 2.93 1 0.0134 2.924kg / m3
PM RT
101 .33 91.81
8.314 273 .15 110
.32
2.92
k
g
/
m3
V m 237 .33 91.81 7467 .19m3 / h
G
2.92
查表可知：100℃时，苯 792.5kg/m3 甲苯 790.3kg/m3 120℃时, 苯 768.9kg/m3 甲苯 770.0kg/m3
气态平均粘度
g 0.0134 10.259 1 0.0134 9.351 9.363 Pa s
换热器控制流程图
换热器控制流程图如下图所示：
测点清单如下表：
信号属性
序号位号描述I/O 类型量程/ON
描述
单位/OFF描
述
报警要求
1 PI201 低位水槽水位压力AI 不配电4—20mA 0-500 Pa 90%高报
2 PI211 离心泵A管压AI 不配电4—20mA 0-500 Pa 100低报
3 PI212 离心泵B管压AI 不配电4—20mA 0-500 Pa 高偏30报低偏20报
4 PI213 离心泵C管压AI 不配电4—20mA 0-500 Pa 高偏差40报
5 PI204 板式换热器进口压力AI 不配电4—20mA 0-500 Pa 20%低报
6 PI206 换热器B管道压力AI 不配电4—20mA 0-300 Pa 10%低低报
7 PI207 阻力器B进口压力AI 不配电4—20mA 0-300 Pa 80%高报
8 PI208 阻力器B出口压力AI 不配电4—20mA 0-300 Pa 250高报
9 PI209 换热器B热油泵压力AI 不配电4—20mA 0-500 Pa 下降速度10%／秒报
10 PI210 供水系统压力AI 不配电4—20mA 0-500 Pa 上升速度10%／秒报
11 PI214 缓冲罐水压AI 不配电4—20mA 0-300 Pa 10%低报
12 PI226 换热器A管道压力AI 不配电4—20mA 0-300 Pa 10%低低报
13 PI227 阻力器A进口压力AI 不配电4—20mA 0-300 Pa 80%高报
14 PI228 阻力器A出口压力AI 不配电4—20mA 0-300 Pa 250高报
板式换热器设计计算与校核计算
对流传热系数（W/（m2·℃））
11200
11679
污垢系数（（m2·℃）/W）
0.45×10-4
0.45×10-4
压强降（Pa）
46223.6
40625.1
八、附 录
<表1>板式换热器的污垢热阻（m2·℃）/W
<图1>多程流程组合的对数平均温差修正系数
九、参考文献
(1) 《板式换热器工程设计手册》（重排本）杨崇麟主编.北京：机械工业出版社，1998；
换热器
中文名称：
换热器
英文名称：
heat exchanger
其他名称：
热交换器
定义：
将热量从一种载热介质传递给另一种载热介质的装置。
应用学科：
航空科技（一级学科）；航空安全、生命保障系统与航空医学（二级学科）
以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
求助编辑百科名片
换热器Leabharlann Baidu
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。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
换热站平面及工艺流程图（共5张）
换热器工艺流程图
冲翅片 检验翅片 外观及片
弯长U 管
检验U管 外观及质
烘干 检查 烘 干质量
穿片 检验翅片 及铜
管
拆接气头、吹水 注意翅片外观
胀管 检胀高和外观
焊进出液管 检查焊 接质量
水检 检查冲气压
力及焊点
脱脂 检查油污、温度线速
吹油气
插短U管、 充氮气
检查插管 是否正确
编制：李际春
审核： 廖中华
核准： 梁鑫
折弯、预装
蒸发器
检查翅片外观
充高压空气 注意充气时间
自动焊接
检查 焊接质量
冷 凝 器
焊工艺
检查焊接质 量及尺寸
充氮气
蒸发器
封
口
不合格品
注意冲 气时间
冷凝器
折弯 检查折弯尺 寸
检查封 口质量
终检 检查整体 外观及质
包装
检查包装质量及数 量
入库
成品抽检
检查整 体外观
关键ห้องสมุดไป่ตู้序
特殊工序
一般工序
全检
注： 检 生产中途
换热器流程图
换热器流程图
换热器是一种用于传递热量的设备，其应用范围非常广泛，包
括化工、石油、电力、冶金、制药等领域。换热器的流程图是对其
工作原理和操作流程进行图形化展示，有助于工程师和操作人员更
好地理解和掌握换热器的工作过程。
首先，换热器流程图的基本结构包括换热器本体、进出口管道、介质流动方向、热量传递方式等要素。在流程图中，通常会标注清
楚介质的流动方向和温度、压力等参数，以及换热器内部的结构和
工作原理。通过流程图，可以直观地了解换热器在工业生产中的作
用和运行状态。
其次，换热器流程图的绘制需要遵循一定的规范和标准，确保
图纸清晰、准确。在绘制过程中，需要考虑到换热器的实际工作情况，合理安排各个部件的位置和连接方式，使得流程图能够真实反
映换热器的结构和工作原理。同时，还需要标注清楚各个部件的尺寸、材质、连接方式等信息，以便后续的安装和维护工作。
另外，换热器流程图的应用也非常广泛，不仅可以用于工程设
计和制造过程中的参考，还可以作为操作手册和培训教材的一部分。
通过流程图，操作人员可以直观地了解换热器的结构和工作原理，掌握其操作流程和注意事项，提高工作效率和安全性。
总的来说，换热器流程图是一种非常重要的工程图纸，它直接关系到换热器设备的设计、制造、安装和运行等方方面面。因此，在绘制和应用过程中，需要严格遵循相关的规范和标准，确保流程图的准确性和可靠性。同时，也需要不断改进和完善流程图的内容和形式，以适应不同领域和行业的实际需求，推动换热器技术的发展和应用。
换热器设计过程
换热器设计过程
换热器设计的过程包括以下步骤：
1.确定换热器的负荷（换热量）。对于冷凝器，其负荷约等于热泵制热量。对于蒸发器，其负荷约等于热泵制热量减去压缩机功率。
2.结构参数计算，包括单位基管的尺寸面积、肋化系数等。
3.空气循环量计算。对于冷凝器，主要是通过进出冷凝器的空气温度及热容等物性参数计算；对于蒸发器，由于会产生冷凝的作用，会有显热量和潜热量，通过计算进出蒸发器的空气的温度，得到其焓值和含湿量，最终计算出空气循环量。
4.根据经验数据或换热器的参数大致选取传热系数。传热系数可根据公式计算（计算热泵工质侧的对流换热系数、计算管壁导热、确定污垢系数、计算载热介质侧对流换热系数，根据管内外侧的换热面积比，即可得到换热器的换热系数），也可根据经验数据、换热器的参数大致选取。
5.确定换热器的平均传热温差。
6.确定换热器的传热面积。
7.根据得出的传热面积和载热介质、工质特点从生产商提供的产品样本中选择适宜的型号。
此外，在设计中，还需要考虑两流体流动通道的选择，根据两流体温差，选择换热器型式。在设计过程中，还需要对初选的换热器型号进行校核，包括核算总传热系数和传热面积，以及根据实际需传热面积对所选换热器进行校核。如果不符合要求，需要调整管程数或折
流挡板间距，或重选其它型号换热器，并再次核算压强降，直到满足要求为止。
完整版换热器计算步骤
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）选取管径和管内流速
（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
（9）选取管长I。
（10）计算管数N T
（11）校核管内流速，确定管程数
（12）画出排管图，确定壳径D j和壳程挡板形式及数量等
（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
第2章工艺计算
（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 C 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：
管程流体的定性温度:
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320C 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
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
03
HTRI软件介绍及操作指南
HTRI软件概述与功能特点
HTRI软件是一款专业的管壳式换热器设计软件 ，具有强大的计算和分析功能，可帮助工程师 高效、准确地进行换热器设计。
软件内置丰富的换热器设计经验和规则，可根 据用户需求提供多种设计方案，并支持自定义 设计参数，满足个性化设计需求。
HTRI软件还提供全面的性能分析和优化功能， 可帮助用户评估不同设计方案的性能表现，并 给出优化建议，提高设计质量和效率。
软件安装及界面介绍
安装步骤
下载HTRI软件安装包，按照提示完成安装过程，注意选择合适的安装路径和配置选项 。
界面组成
HTRI软件界面主要包括菜单栏、工具栏、设计窗口、属性窗口和结果窗口等部分，各 部分功能明确，易于使用。
界面操作
通过菜单栏和工具栏可快速访问软件各项功能，设计窗口用于显示和编辑换热器结构， 属性窗口用于设置设计参数，结果窗口用于展示计算结果和分析报告。
性能评估
对选定的换热器进行性能评估， 包括传热效率、压降、温差等关 键性能指标。
结构设计与强度校核
结构设计
01
根据选型分析结果，进行详细的结构设计，包括管板、壳体、
折流板、接管等部件的设计。
强度校核
02
对设计完成的换热器进行强度校核，包括管板强度、壳体强度
、接管强度等方面的校核。
换热器的设计步骤
工艺计算
1设计原始数据
名称设计压力设计温度介质流量容器类别设计规范单位Mpa ℃/ Kg/h / /
壳侧7.22 420/295 蒸汽、水III GB150 管侧28 310/330 水60000 GB150
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）选取管径和管内流速
（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
（9）选取管长
l
（10）计算管数
N
T
（11）校核管内流速，确定管程数
（12）画出排管图，确定壳径
D和壳程挡板形式及数量等
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。
3 确定物性数据
3.1定性温度
3.2 物性参数
第2章 工艺计算
4估算传热面积 4.1热流量
根据公式（2-1）计算：
p Q Wc t =∆ 【化原 4-31a 】 （2-2）
将已知数据代入 （2-1）得：
111
p Q WC t =∆=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W 式中： 1W ——工艺流体的流量，kg/h ；
换热器设计校核流程图
换热器计算方法1．平均温压法
（1）设计计算流程
（2）校核计算流程（缺点：dψ/dP大→查图误差大，影响计算精度）
2． 效能——传热单元数法（ε——NTU ）
(1) 原理：
定义：换热器效能()21max
t t t t '-'''-'=ε (11-27)
(实际最大温升与最大可能温升之比)
冷热流体换热量相同，大温升对应于小热容：
()()()()21
min max min t t c q t t c q m m '-'⋅⋅=''-'=Φ⇒ε (11-28) 对顺流式换热可导得（参见参考文献[1]P334~335）：
()()[]B B NTU ++--=
11exp 1ε (11-29) 对逆流式换热可导得： ()()[]()()[]
B NTU B B NTU ------=1ex p 11ex p 1ε (11-30) 上述两式皆为无量纲方程：()B NTU f ,=ε
式中：()m in
c q kA NTU m = (11-31) ——传热单元数，表征换热能力大小（一般情况下，k ↑→运行费用上升，
A ↑→初投资上升）。
()()m a x m i n c q c q B m m =
——两种流体水当量比 (11-32)
当有一侧发生相变时，()0max =⇒∞→B c q m ()N T U --=e xp
1ε (11-33) 当两侧水当量相等时，B=1
顺流：()[]NTU 2exp 12
1--=ε (11-34) 逆流：（不定型→分子分母同时对B 求导） NTU NTU +=
1ε (11-35) 查参考文献[1]图9-22~9-27计算时要注意参变量的定义和适用的换热器形式。
sw6换热器接管补强校核（可编辑）
1
名称及类 型
管材
1
mm 补强圈材料名称 Q345R
凸形封头 开孔中 心至 封头轴线 的距离
mm 补强圈外径
400
mm
补强圈厚 度
10
mm
接管厚度负偏差 C1t 接管材料许用应力[σ ]t
0.75
mm 补强圈厚度负偏差 C1r
0.3
mm
178.8
MPa 补强圈许用应力[σ ]t
187.8
MPa
开
孔
补
强
计
算
壳体计算 厚度δ 补强圈强度削弱系数 frr 开孔直径 d
9.589
mm 接管计算厚度δ t
1.738 mm
1
接管材料强度削弱系数 fr 0.952
210.5
mm 补强区有效宽度 B
421
mm
接管有效外伸长度 h1
35.54
mm 接管有效内伸长度 h2
9
mm
开孔削弱 所需的 补强面 积A 接管多余金属面积 A2
A1+A2+A3=704.5 mm2 ，大于A，不需另加补强。
补强圈面积 A4
mm2 A-(A1+A2+A3)
结论: 补强满足要求,不需另加补强。
0
mm
603.3
mm2
16
mm2
板式换热器设计计算与校核计算
板式换热器设计计算与校核计算
题⽬：板式换热器设计及其选⽤
⽬录
⼀、说明书 (2)
⼆、设计⽅案 (3)
三、初步选定 (4)
（1）已知两流体的⼯艺参数
（2）确定两流体的物性数据
（3）计算热负荷和两流体的质量流速
（4）计算两流体的平均传热温差
（5）初选换热器型号
四、验证 (6)
（1）算两流体的流速u
（2）算雷诺数Re
（3）计算努塞尔特数Nu
（4）求两流体的传热系数α
（5）求污垢热阻R
（6）求总传热系数K，并核算
五、核算 (7)
（1）压强降△P核算
（2）换热器的换热量核算
六、结论 (7)
七、设计结果 (8)
⼋、附录 (9)
表1：板式换热器的污垢热阻
图1：多程流程组合的对数平均温差修正系数
九、参考⽂献 (9)
⼀、说明书
现有⼀块建筑⽤地，建筑⾯积为12500 m2，采⽤⾼温⽔在板式换热器中加热暖⽓循环⽔。⾼温⽔进⼊板式换热器的温度为100℃，出⼝的温度为75℃；循环⽔进⼊板式换热器的温度为65℃，出⼝的温度为90℃。供暖⾯积热强度为293 kJ／(m2·h)。要求⾼温⽔和循环⽔经过板式换热器的压强降均不⼤于100 kPa。请选择⼀台型号合适的板式换热器。（假设板壁热阻和热损失可以忽略）
已知的⼯艺参数：
⼆、设计⽅案
(1) 根据热量平衡的关系，求出未知的换热量和质量流量，同时算出两流体的平均温度差；
(2) 参考有关资料、数据，设定总传热系数K，求出换热⾯积S，根据已知数据初选换热器的型号；
(3) 运⽤有关关联式验证所选换热器是否符合设计要求； (4) 参考有关资料、数据，查出流体的污垢热阻； (5) 根据式
换热器流程图--设备图
换热器流程图–设备图
背景介绍
换热器是一种用于加热、冷却或者蒸发流体的设备。通常，它们由一个密闭的
管道系统和一个或多个传热表面组成，涉及的流体可以在这些表面之间传热。这篇文档旨在提供换热器的流程图和设备图，以协助用户更深入地了解该设备的工作原理和结构。
原理描述
换热器常用的原理有对流传热、辐射传热和导热传热。其中，对流传热是最常
见的原理，它通过流体的流动来实现热量的传递。
例如，在一个换热器中，热水从一侧的入口进入，经过一段弯曲的管道后到达
换热器另一侧的出口。在管道内，热水会和另一侧的冷水进行换热，同时，冷水从另一侧的入口进入，经过一段弯曲的管道后到达换热器另一侧的出口。在这个过程中，热水和冷水在管道中流动，进而实现热量的传递。
设备结构
换热器一般由以下几个部分组成：管束、换热管板、波纹翅片、波纹管、法兰、支撑架、支承座等。
•管束：用于透过流体，并和流体进行换热的密闭复合体。
•换热管板：用于连接管束和壳体。
•波纹翅片：为了扩大传热面积而在管束中设置的表面。
•波纹管：具有相对较大的热传导系数和受变形的质量或形貌。
•法兰：用于连接与排放液体的管道。
•支撑架：一种在管束上支撑的装置。用来支撑管束，使其有较强的刚度以防止弯曲。
•支承座：使用支承，支撑换热器的壳体，使其不动。
流程图示
以下是换热器的流程图示：
graph LR;
A[热水入口] -->|进入| B((管束));
B -->|换热| C((波纹翅片));
C -->|换热| D((波纹管));
D -->|换热| E((法兰));
板式换热器设计计算与校核计算
板式换热器设计计算与校核计算
设计计算与校核计算是指对板式换热器进行设计和校核的过程。设计
计算是在满足热交换需求的前提下，确定板式换热器的尺寸、换热面积、
流体通道和板的数量等参数。校核计算是为了保证板式换热器在运行过程
中的可靠性和安全性，对其进行力学和热力学校核。
1.设计计算：
a.确定工作流体的流量、温度和压力等参数，根据这些参数计算出所
需换热面积。
b.根据换热面积的要求，选择合适的板式换热器型号，并确定换热片
的尺寸和数量。
c.计算工作流体的换热面积分布，确定流体通道布局和分流板的位置。
d.根据换热片的尺寸和数量，计算板式换热器的外形尺寸和重量。
e.检查设计结果是否满足热交换需求，并对设计方案进行评估和调整。
2.校核计算：
a.应力校核：计算板片和密封垫的应力，包括弯曲应力、剪切应力和
接触应力等。检查应力是否满足材料的强度限制。
b.疲劳校核：根据板片的工作条件和材料的疲劳强度，计算板片的疲
劳寿命，确保其在预期的使用周期内不会发生疲劳破坏。
c.热力学校核：计算板片的热应力和热膨胀，检查板片在工作温度下
的变形情况。确保板片的变形不对密封性和换热性能造成影响。
d.压降校核：计算工作流体在板式换热器中的压降，检查压降是否满足设定的要求。
e.泄漏校核：计算板片与密封垫之间的泄漏量，确保泄漏量在可接受范围内。
f.振动校核：计算板片和密封垫的共振频率，检查共振是否存在，并采取相应的措施进行抑制。
设计计算和校核计算是板式换热器设计过程中非常重要的环节，通过对换热器的尺寸、换热面积和流体通道等参数进行合理计算和校核，可以确保换热器在运行过程中具备良好的性能和可靠的安全性。同时，也可提高换热器的热效率和运行经济性。
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换热器计算方法1．平均温压法
（1）设计计算流程
（2）校核计算流程（缺点：dψ/dP大→查图误差大，影响计算精度）
2． 效能——传热单元数法（ε——NTU ）
(1) 原理：
定义：换热器效能()21max
t t t t '-'''-'=ε (11-27)
(实际最大温升与最大可能温升之比)
冷热流体换热量相同，大温升对应于小热容：
()()()()21
m in m ax m in t t c q t t c q m m '-'⋅⋅=''-'=Φ⇒ε (11-28) 对顺流式换热可导得（参见参考文献[1]P334~335）：
()()[]B B NTU ++--=
11ex p 1ε (11-29) 对逆流式换热可导得： ()()[]()()[]
B NTU B B NTU ------=1exp 11exp 1ε (11-30) 上述两式皆为无量纲方程：()B NTU f ,=ε
式中：()min
c q kA NTU m = (11-31) ——传热单元数，表征换热能力大小（一般情况下，k ↑→运行费用上升，
A ↑→初投资上升）。
()()m a x m i n c q c q B m m = ——两种流体水当量比 (11-32)
当有一侧发生相变时，()0m ax =⇒∞→B c q m
()N T U --=e xp
1ε (11-33) 当两侧水当量相等时，B=1
顺流：()[]NTU 2ex p 12
1--=ε (11-34) 逆流：（不定型→分子分母同时对B 求导） NTU NTU +=
1ε (11-35) 查参考文献[1]图9-22~9-27计算时要注意参变量的定义和适用的换热器形式。
（2）设计计算（与平均温压法相比，由于不计及ψ的大小，不能反映流动形式与逆流之间的差距）
（3）校核计算