管壳式卧式换热器设计说明书
化工原理课程设计管壳式换热器的设计
西北大学化工学院列管式换热器的工艺设计说明书题目: 列管式换热器的工艺设计和选用课程名称: 化工原理课程设计专业: 化学工程与工艺班级: 09级学生姓名: 李哲学号: 2009115057指导教师: 吴峰设计起止时间：2012 年1月1日至2012 年 1月13日设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用一、设计条件炼油厂用循环水将煤油油从230℃冷却到120℃。
柴油流量位28700kg/h；循环水初温为22℃，经换热后升温到46℃。
换热器的热损失可忽略。
管、壳程阻力压降不大于100kPa。
试设计能完成上述任务的列管式换换热器。
二、设计说明书的内容1、设计题目及原始数据；2、目录；3、设计方案的确定；4、工艺计算及主体设备设计；5、辅助设备的计算及选型；（主要设备尺寸、衡算结果等）；6、设计结果概要或设计结果汇总表；7、参考资料、参考文献；目录一．设计任务及设计条件 (3)二．设计方案 (3)1.换热器类型选择 (3)2.流程选择 (3)3.流向选择 (3)三．确定物性数据 (3)四．估算传热面积 (3)五．工艺结构尺寸计算 (3)1.管径及管内流速选择 (3)2.传热管数和传热管程数 (4)3.平均传热温差校正及壳程数 (5)4.传热管排列和分程方法 (5)5.壳体内径 (5)6.折流板 (5)7.其他主要附件 (6)8.接管 (6)9.壁厚的确定、封头 (7)六．换热器核算 (7)（一）.热流量核算 (7)1.壳程表面传热系数核算 (8)2.管程表面传热系数核算 (8)3.污垢热阻 (9)4.传热面裕度 (9)（二）传热管壁温及壳体壁温计算 (9)（三）阻力计算 (10)1.管程流体阻力计算 (10)2.壳程流体阻力计算 (10)七．换热器主要计算结果汇表 (11)八．主要符号说明 (11)九．换热器主要结构尺寸图和管子布置图 (12)十．参考文献 (15)一．设计任务及设计条件：用循环冷却水将流量为28700Kg/h 的煤油从230℃降至120℃，冷却水为清净河水，进口温度22℃，选定冷却水出口温度46℃，设计一台列管换热器完成冷却任务。
管壳式换热器设计说明书
1．设计题目及设计参数 (1)1.1设计题目：满液式蒸发器 (1)1.2设计参数： (1)2设计计算 (1)2.1热力计算 (1)2.1.1制冷剂的流量 (1)2.1.2冷媒水流量 (1)2.2传热计算 (2)2.2.1选管 (2)2.2.2污垢热阻确定 (2)2.2.3管内换热系数的计算 (2)2.2.4管外换热系数的计算 (3)2.2.5传热系数K计算 (3)2.2.6传热面积和管长确定 (4)2.3流动阻力计算 (4)3．结构计算 (5)3.1换热管布置设计 (5)3.2壳体设计计算 (5)3.3校验换热管管与管板结构合理性 (5)3.4零部件结构尺寸设计 (6)3.4.1管板尺寸设计 (6)3.4.2端盖 (6)3.4.3分程隔板 (7)3.4.4支座 (7)3.4.5支撑板与拉杆 (7)3.4.6垫片的选取 (7)3.4.7螺栓 (8)3.4.8连接管 (9)4．换热器总体结构讨论分析 (10)5．设计心得体会 (10)6．参考文献 (10)1．设计题目及设计参数1.1设计题目：105KW 满液式蒸发器 1.2设计参数：蒸发器的换热量Q 0=105KW ； 给定制冷剂：R22；蒸发温度：t 0=2℃，t k =40℃，冷却水的进出口温度： 进口1t '=12℃; 出口1t "=7℃。
2设计计算 2.1热力计算 2.1.1制冷剂的流量根据资料【1】，制冷剂的lgp-h 图：P 0=0.4MPa ，h 1=405KJ/Kg ，h 2=433KJ/Kg ，P K =1.5MPa ，h 3=h 4=250KJ/Kg ，kgm04427.0v 31=，kgmv 3400078.0=图2-1 R22的lgP-h 图制冷剂流量skg skg h h Q q m 667.0250405105410=-=-=2.1.2冷媒水流量水的定性温度t s =（12+7）/2℃=9.5℃,根据资料【2】附录9，ρ=999.71kg/m 3,c p =4.192KJ/(Kg ·K)smsmt Q P 333'210vs 10011.5)710(192.471.999105)t (c q -⨯=-⨯⨯=-=‘ρ2.2传热计算 2.2.1选管为提高冷媒侧的对流换热系数，采用外螺纹管，根据资料【3】p71换热管用低翅片管序号3，规格φ16×1.5，如图所示：mm 25.1s f = mm 86.15d t = mm 5.1h = mm 11d i = mm 86.12d b =，每米管长管外表面积mm15.0a 2of =，螺纹管增强系数35.1=ϕ，铜管导热系数)·m (39802C W=λ图2-2 外螺纹管结构图 2.2.2污垢热阻确定冷媒水平均温度C t o s 5.9=,制冷剂C t o 20=,水的流速取s m s m u 15.1>=，根据资料【1】p198表9-1，管内污垢系数W C o2i m 000045.0=γ 管外污垢系数W C o2o m 00009.0=γ2.2.3管内换热系数的计算冷媒水的定性温度C t o s 5.9=,查物性表得：371.999mkg=ρ，7275.9=r p ，s m10330.126-⨯=υ ，)m (10285.572K W ⋅⨯=-λ,暂取水的流速smu 7.1=，管程设计为2程，每流程管子数317.11114.350114d q 422vs=⨯⨯⨯==uZ iπ，当Z=31时，冷媒水的实际流速为smsmzd q u ivs702.1311114.310011.544232=⨯⨯⨯⨯==π，1407710330.11011702.1Re 63=⨯⨯⨯==--υiud根据资料【2】6-15，828.947275.914077023.0r e 023.0u 3.08.03.08.0=⨯⨯==P R N ，)·m (4938)·(101110285.57828.94d ·o2o232iC WC m WNu a i =⨯⨯⨯==--λ2.2.4管外换热系数的计算平均传热对数温差：C C t t t t t Oo m 213.7510ln 510'"ln'"=-=∆∆∆-∆=∆管外换热系数45.0082.0002.3P θα=,其中20000-=-=w w t t t θ2.2.5传热系数0K 计算传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为0θ；第二部分是热量经过管外污垢层、关闭、管内污垢层以及冷媒水的传热过程。
管壳式换热器毕业设计简介
管壳式换热器（过热蒸汽0.65MPa,295℃;水0.8MPa,50℃）摘要本设计说明书是关于固定管板是换热器的设计，设计依照GB151-1999《钢制管壳式换热器》进行，设计中对换热器进行化工计算、结构设计、强度计算。
设计第一步是对换热器进行化工计算，主要根据给定的设计条件估算换热面积，初定换热器尺寸，然后核算传热系数，计算实际换热面积，最后进行阻力损失计算。
设计第二步是对换热器进行结构设计，主要是根据第一步计算的结果对换热器的各零部件进行设计，包括管箱、定距管、折流板等。
设计第三步是对换热器进行强度计算，并用软件SW6进行校核。
最后，设计结果通过图表现出来。
关键词：换热器，固定管板，化工计算，结构设计，强度计算。
AbtractThe design statement is about the fixed tube sheet heat exchanger .In the design of the heat exchanger ,the chemical calculation,the structure design and the strength calculation must according to GB151-1999“Steel System Type Heat exchanger ”.The first step of the design is the chemical calculation .Mainly according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area and select heat exchanger size.Then check the heat transfer coefficient, calculate the actual heat transfer area,and finally calculate the resistance loss.The second step of the design of heat exchanger is the structural design of the heat exchanger. The design of heat exchanger parts mainly according to the first step of calculation.such as tube boxes , the distance control tube, baffled plates .The third step of the design of heat exchanger is the strength calculation and using SW6 software to check. Finally, the design results are shown in figures.Key words: heat changer, fixed tude plate, chemical calculation,structure design, strength calculation.一、前言管壳式换热器是目前应用最广的换热设备，它具有结构坚固、可靠性高、适用性强、选材广泛等优点。
换热器设计说明书模板
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。
管壳式换热器传热计算示例终 用于合并
Pa;
取导流板阻力系数:
;
导流板压降:
壳程结垢修正系数: 壳程压降:
Pa ;(表 3-12)
管程允许压降:[△P2]=35000 Pa;(见表 3-10) 壳程允许压降:[△P1]=35000 Pa;
△P2<[△P2] △P1<[△P1] 即压降符合要求。
Ｐa;
(2)结构设计(以下数据根据 BG150-2011)
m2; 选用φ25×2、5 无缝钢管作换热管; 管子外径 d0=0、025 m; 管子内径 di=0、025-2×0、0025=0、02 m; 管子长度取为 l=3 m; 管子总数:
管程流通截面积:
取 720 根 m2
管程流速: 管程雷诺数: 管程传热系数:(式 3-33c)
m/s 湍流
6)结构初步设计: 布管方式见图所示: 管间距 s=0、032m(按 GB151,取 1、25d0); 管束中心排管的管数按 4、3、1、1 所给的公式确定:
结构设计的任务就是根据热力计算所决定的初步结构数据,进一步设计全部结构尺寸, 选定材料并进行强度校核。最后绘成图纸,现简要综述如下:
1) 换热器流程设计 采用壳方单程,管方两程的 1-4 型换热器。由于换热器尺寸不太大,可以用一台,未考虑 采用多台组合使用,管程分程隔板采取上图中的丁字型结构,其主要优点就是布管紧密。 2)管子与传热面积 采用 25×2、5 的无缝钢管,材质 20 号钢,长 3m,管长与管径都就是换热器的标准管子 尺寸。 管子总数为 352 根,其传热面积为:
3)传热量与水热流量
取定换热器热效率为η=0、98; 设计传热量:
过冷却水流量:
; 4)有效平均温差 逆流平均温差:
根据式(3-20)计算参数 p、R: 参数 P:
管壳式换热器传热计算示例(终)
管壳式换热器传热设计说明书设计一列管试换热器，主要完成冷却水——过冷水的热量交换设计压力为管程1.5MPa （表压），壳程压力为0.75MPa（表压），壳程冷却水进,出口温度分别为20℃和50℃，管程过冷水进，出口温度分别为90℃和65℃管程冷水的流量为80t/h。
2、设计计算过程：（1）热力计算1)原始数据：过冷却水进口温度t1′=145℃；过冷却水出口温度t1〞=45℃；过冷却水工作压力P1=0.75Mp a（表压）冷水流量G1=80000kg/h；冷却水进口温度t2′=20℃；冷却水出口温度t2〞=50℃；冷却水工作压力P2=0.3 Mp a（表压）。
改为冷却水工作压力P2=2.5 Mp2)定性温度及物性参数：冷却水的定性温度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃；冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m3；冷却水的比热查物性表得C p2=4.174 kJ/kg.℃冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；冷却水的普朗特数查物性表得P r2=4.865；过冷水的定性温度℃；过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3；过冷水的比热查物性表得C p1=4.192kJ/kg.℃；过冷水的导热系数查物性表得λ1=0.672w/m.℃；过冷水的普朗特数查物性表得P r2；过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。
过冷水的工作压力P1=1.5 Mp a（表压）3)传热量与水热流量取定换热器热效率为η=0.98；设计传热量：过冷却水流量：；4)有效平均温差逆流平均温差：根据式（3-20）计算参数p、R:参数P：参数R：换热器按单壳程2管程设计，查图3—8得温差校正系数Ψ=0.83；有效平均温差：5)管程换热系数计算：附录10，初定传热系数K0=400 W/m.℃；初选传热面积：m2；选用φ25×2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025 m；管子径d i=0.025-2×0.0025=0.02 m；管子长度取为l=3 m；管子总数：取720根管程流通截面积：m2管程流速：m/s管程雷诺数：湍流管程传热系数：（式3-33c）6)结构初步设计：布管方式见图所示:管间距s=0.032m（按GB151,取1.25d0）；管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定：取20根；壳体径：m 取Di=0.7m；长径比：布管示意图l/D i=3/0.9=3.3 ，合理选定弓形折流板弓形折流板弓高：折流板间距：m折流板数量：折流板上管孔直径由GB151-2014可确定为 0.0254mm折流板直径由GB151-2014可确定为 0.6955m 7）壳程换热系数计算壳程流通面积：根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积046.0032.0025.016.0233.01o i c1=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=s d BD A m 2壳程流速：m/s ；壳程质量流速：kg m 2/s ；壳程当量直径：m ；壳程雷诺数：； 切去弓形面积所占比例按 h/D i =0.2查图4-32得为0.145壳程传热因子查 图3-24得为j s =20 管外壁温度假定值 t w1′=45℃ 壁温过冷水粘度 Pa.s粘度修正系数：根据式（3-62）计算壳程换热系数：8）传热系数计算：水侧污垢热阻：r 2=0.000344m 2.℃/w 管壁热阻r 忽略 总传热系数：传热系数比值，合理9）管壁温度计算：管外壁热流密度：Ｗ/m2.℃根据式(3-94a)计算管外壁温度：℃误差较核：℃，误差不大；10）管程压降计算：根据式(3-94b)计算管壁温度：℃；壁温下水的粘度：Pa·s；粘度修正系数：；查图3-30得管程摩擦系数：管程数：；管沿程压降计算依据式（3-112）：Pa （W=w.ρ）回弯压降：Pa；取进出口管处质量流速：W N2=1750 ㎏/㎡·s； (依据ρw2<3300取 w=1.822m/s) 进出口管处压降(依据 3-113)：；管程结垢校正系数：；管程压降：11）壳程压降计算：壳程当量直径：m；雷诺数：；查得壳程摩擦系数：λ1=0.08；(图 3-34)管束压降（公式3-129）：Pa；取进出口质量流速： kg/m2·s；( ρw2<2200 取W N2=1000 ㎏/㎡·s) 进出口管压降：Pa；取导流板阻力系数：;导流板压降：Pa壳程结垢修正系数：；(表3-12)壳程压降：Ｐa；管程允许压降：[△P2]=35000 Pa；（见表3-10）壳程允许压降：[△P1]=35000 Pa；△P2<[△P2]△P1<[△P1]即压降符合要求。
换热器设计说明书
工程热力学与传热学课程设计管壳式换热器设计说明书目录一、设计任务书———————————11、换热器的概念及意义2、固定管板式换热器构造3、工作原理4、设计参数二、设计计算书———————————31、换热管的材料、内径、长度、管间距等确实定2、壳体内径3、管程接收直径4、折流板缺口高度、间距、数目以及折流板直径5、壳程接收直径确实定6、传热面积和传热面积之比三、计算表格四、设计结果汇总表—————————7五、设计自评————————————8六、参考文献————————————9一、设计任务书1、换热器的概念及意义在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程需要一种传热设备。
这种设备统称为换热器。
在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进展着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝。
换热器就是用来进展这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。
它是化工炼油，动力，原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，对于迅速开展的化工炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。
换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成局部，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的。
任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。
2、固定管板式换热器构造3、工作原理：管壳式换热器和螺旋板式换热器、板式换热器一样属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。
管程和壳程分别通过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。
4、设计参数：二、设计计算书根据设计任务书进展设计计算：204565''2'1max =-=-=∆t t t ℃ 252550'2''1min =-=-=∆t t t ℃热损失系数取0.98传热量：()()kJ t t c M Q L p 48098.0506561.244.14''1'121=⨯-⨯⨯=-=η 冷却水量：()()s kg t t c M p 73.52545187.4480'2''222=-⨯=-逆流时的对数平均数温差：41.222025ln 2025ln minmax min max 1=-=∆∆∆-∆=∆⋅t t t t t c m 参数;P 、R5.025652545'2'1'2''2=--=--=t t t t P 75.025455065'2''2''1'1=--=--=t t t t R设计本管壳式换热器为2壳程-4管程<2-4>型，那么975.0=ψ 有效平均温差：85.214.22975.01=⨯=∆=∆⋅c m m t t ψ 初选传热系数：()C kg w K ︒⋅=300'0 估算传热面积：2'0'022.7385.21300480000m t K Q F m =⨯=∆= 管子材料：铝制管5.320⨯φ管程所需流通截面：222100573.0110003.57m M A t =⨯==ωρ每程管数：根43013.000573.044221=⨯⨯==ππd A n t每根管长：m l d nZ F l t 60'0==取π管子排列方式为：等边三角形 管间距s=26mm 分程隔板槽处管间距mm l E 40=平行于流向的管距mm s s p 5.2230cos =⨯=ο垂直于流向的管距mm s s n 1330sin =⨯=ο 拉杆直径取12mm 估计管壳直径mm 400≤ 管排列可做如下草图那么六边形层数为6层，一台管子数为86=t n ，一台拉杆数为4根一台传热面积为24.32602.086m dl n c =⨯⨯⨯=ππ 两台传热面积：2''08.64m F =管束中心至最外层管束中心距离为0.135m ，管束外缘直径m D L 29.0=壳体m 325.0取S D 那么长径比5.18325.06==s D l管程接收直径：6895.511100073.513.113.122⨯=⨯==φρω取M D 管程雷诺数：1793110725013.010001Re 621222=⨯⨯⨯==-μρωd 管程换热系数：52469.417931023.0013.0621.0Re 023.04.08.04.08.0122=⨯⨯⨯=⨯=τλαP d 折流板形式选弓形，折流板缺口高度m D h S 08.035.025.025.0=⨯== 折流板的圆心角为120度，折流板间距取m l s 4.0=，折流板数目为14块，折流板上管孔数为60个，折流板上管孔直径m d H 0204.0=，通过折流板管子数为56个，折流板缺口处管子数为30根，折流板直径m D b 3.0=。
管壳式换热器设计说明书
E112 冷却器设计
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换热器和喷淋式蛇管换热器。喷淋式蛇管换热器和沉侵式蛇管换热器相比，具有便于检 修、清洗和传热效果较好等优点。其缺点是喷淋不均匀。
图 1-1 蛇管的形状
套管式换热器是由两种不同直径的标准管子组装成同心圆的套筒， 然后由多段这种 套管连接而成。每一段套筒称为一程，每程的内管用 U 形弯管顺次连接，而外管则以支 管与下一程外管相连接。 由此组成多段同心圆套管换热器， 程数可根据传热要求而增减。 图 1-2 是套管式换热器的结构简图。它的优点是：1、结构简单 2、耐高压 3、传热面积 可根据需要增减 4、适当地选择内管和外管的直径，可使流速大增 5、冷、热流体可作 严格的逆流，传热效果好。缺点是单位传热面金属消耗量太大，检修、清洗和拆卸都比 较麻烦，在可拆连接处容易造成泄露。该类换热设备通常用于高温、高压、小流量流体 和所需传热面积不大的场合。
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1.前言
1.1 常用换热器 换热器是实现热量传递过程的一种设备。在化工、炼油、动力、食品、轻工、原子 能、制药、机械以及航空航天等许多部门广泛应用。在电子产品领域，通过高效换热器 及时将产生的热量散发出去的研究，已经得到许多研究者的关注。在工业生产中，换热 器的主要作用是使热量有温度高的流体传递给温度低的流体， 使流体温度达到工艺过程 所需。此外，比如热管换热器，也是吸收利用低位热能的有效装置。 通常，在某些化工厂建设中，换热设备约占全部工艺设备投资 40%左右，而在炼油 厂的建设中换热设备所占投资比例更高[1]。 由此可见， 换热设备的设计， 选型在技术上， 经济上都是非常重要的问题。 换热器的按作用原理和传热方式可分为直接接触式，蓄热式，间壁式，中间载热体 式四种。间壁式换热器是在工业应用领域中应用最为广泛的，其形式多种多样，如管壳 式换热器和板式换热器。本设计所设计的固定管板式换热器就是间壁式换热器。 工程上对换热器的具体分类是将间壁式换热器分为管式换热器， 板面式换热器和其 他形式换热器。管式换热器是通过管子壁面进行传热的换热设备，按传热管的结构形式 不同大致可分为蛇管式换热器，套管式换热器，缠绕式换热器和管壳式换热器。板面式 换热器通过板面进行传热， 按传热板面的结构形式可分为螺旋板式换热器， 板式换热器， 板翅式换热器，板壳式换热器和伞板式换热器。 管壳式换热器又称列管式换热器，是目前应用最为广泛的换热设备，再设计、制造 和选用方面，许多国家都有相应的规范和标准。管壳式换热器是通过管子壁面进行传热 的换热设备， 换热设备中应用最为广泛。虽然在换热效率、结构紧凑和金属消耗量方 面不及其他类型的换热器，但它具有结构坚固，可靠性高，选材范围广，耐压，耐温， 操作弹性大等独特的优点。 管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热器。 它包括:固定管板式换热器、 U 型 管壳式换热器、带膨胀节式换热器、浮头式换热器、分段式换热器、套管式换热器等。 管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心，其中 换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。另一个对换热器热力性能有较大影响的 基本元件是折流板（或折流杆） 。管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作 运行的安全可靠性。 下面介绍几种常用的换热器，用以与管壳式换热器作比较。 蛇管式换热器是把换热管（金属或非金属）按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形、 螺旋形和长蛇形等。蛇管的形状如图 1-1 所示。其特点是结构简单、造价低廉、检修清 洗方便。对所需传热面积不大的场合比较适用，同时，因管子能承受高压而不易泄漏， 常被高压流体的加热或冷却所采用。按使用状态不同，蛇管式换热器又分为沉侵式蛇管
管壳式换热器课程设计
管壳式换热器课程设计一、管壳式换热器的介绍管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。
但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热面积所需金属的消耗量等方面均不如一些新型高效率紧凑式换热器。
管壳式换热器结构组成：管子、封头、壳体、接管、管板、折流板；如图1－1所示。
根据它的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。
二、换热器的设计2.1设计参数操作压力（MPa） 1.0/0.9（进口/出口）设计温度（℃）250 75操作温度（℃）220/175(进口、出口) 25/45(进口/出口)流量（Kg/h）40000 选定物料（-）石脑油冷却水程数（个） 1 2腐蚀余度（mm） 3 -2.2设计任务1. 根据传热参数进行换热器的选型和校核2.对换热器主要受压原件进行结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、支座等。
3.设计装配图和重要的零件图。
2.3热工设计2.3.1基本参数计算2.3.1.1估算传热面积-=220-45=175-=175-25=150因为,所以采用对数平均温度差算术平均温度差：=P=R=查温差修正系数表得因此平均有效温差为0.82放热量考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将大于冷流体吸收的热量，即：取热损失系数,则冷流体吸收的热量：由可的水流量：==31372.8这里初估K=340W/(),由稳态传热基本方程得传热面积：=16.552.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。
从而查《换热器设计手册》表1-2-7，即下表公称直径管程数管子根数中心排管数管程流通面积换热面积换热管长度换热管排列规格及排列形式：换热管外径壁厚：d=50mm排列形式：正三角形管间距： =32mm折流板间距：2.1.1.3实际换热面积计算实际换热面积按下式计算2.2计算总传热系数，校核传热面积总传热系数的计算式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)；——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；,——分别为管外、管内流体污垢热阻，(m2·K) /W；—管壁厚度，m；——管壁材料的导热系数，W/(m2·K) oα iαio rr,δwλ2.2.1管内传热膜系数管内未冷却水流入，其速度为：雷诺数：对于湍流，由Dittus –Boelter关系式，有传热膜系数：其中，普朗特数： =4.87由于冷却水要被加热,故取n=0.4,即管内传热膜系数为：=927.4W/()2.2.1管外传热膜系数因换热管呈正三角形排列，根据Kern法当量直径：=故0.55流体流过管间最大截面积是其中壳体内径估算为=0.37因此，=0.216.7=雷诺数：普朗特数：壁温可视为流体平均温度，即：2.2.3总传热系数因为有污垢热阻，因此查看表《GB151-1999管壳式换热器》可有管外有机物污垢热阻：/W管内冷却水污垢热阻：/W插入法得到=因此得到故2.2.4总换热面积由稳态传热基本方程：=8.5（1+25%）=10.62.3计算管程压力降管程压力降有三部分组成，可按照如下公式进行计算—流体流过直管因摩擦阻力引起的压力降，Pa;--流体流经回弯管中因摩擦阻力引起的压力降，Pa;—流体流经管箱进出口的压力降，Pa;—结构矫正因素，无因次，对Φ25×2.5mm，取为1.4；--管程数，取2；--串联的壳程数，取1其中：对光滑管，Re=3时，由伯拉修斯式，得：因此，因此，管程压力降在允许范围内1.3.2壳程压力降采用埃索法计算公式：式中：--流体横过管束的压力降，Pa;--流体通过折流板缺口的压力降，Pa;—壳程压力降的结垢修正系数，无因此，对液体取1.15;其中：式中：F—管子排列方法对压力降的修正系数，对三角形F=0.5;—壳程流体摩擦系数，当Re>500时，;--横过管束中心线的管子数，对三角形排列;--按壳程流通截面积计算的流速，。
管壳式换热器换热面积-换热器设计手册
式中：T 1=98℃T 2=74℃Cp,h =J/(kg ℃）m h =kg/sWd=0.01905m αo =40W/(m 2.℃)r o =0.0005(m 2.℃)/W A o /A i =1.0112λw =48W/(m .℃)K-总传热系数，W/(m 2.℃)A-换热器传热面积，m 2Δt m -进行换热的两流体之间的平均温度差，℃其中总传热系数K的计算公式如下：本计算表格是基于《换热器设计手册》（钱颂文主编）中相关公式进行的计算Q=KA Δt mQ-热负荷，W热负荷Q的计算热流体进口温度热流体出口温度换热管的外表与换热器管内和管外的平均传热面积之比热负荷Q=换热管的外表传热面积与内表传热面积之比换热管外径管壁管壁材料的导热系数管内流体传管内流体管外流体传热膜系数管外流体污垢热阻20832000热流体比热冷流体进冷流体出冷流体热流体质量流量冷流体质总传热系数K的计算28.02W/(m 2.℃)Δt 2=51℃Δt 1=47℃0.922Δt 2=71℃Δt 1=27℃0.38Δt m =49Δt m =49Δt m =48.97277702Δt m =45.5089394(4)当Δt 1/Δt 2 >2 时且并向流动时Δt 1/Δt 2=1、当换热器冷热流体逆向流动时2、当换热器冷热流体并向流动时3、确定平均温度差4、确定温度修正系数(1)对于单壳程、双管程或者2n管程的管壳式换热器(1)当Δt 1/Δt 2 <2 时且逆向流动时(2)当Δt 1/Δt 2 <2 时且并向流动时(3)当Δt 1/Δt 2 >2 时且逆向流动时较大端温差较小端温差较大端温差较小端温差Δt 1/Δt 2=总传热系数K=P=0.281690141R=1.20.9815489m 25、根据P、R值查图，确定对应温度修正系数温度修正系数 F T =换热面积A=t 1=27℃t 2=47℃Cp,c =2100J/(kg ℃）m c =496kg/s δ=0.000211m αi =45W/(m 2.℃)r i =0.0005(m 2.℃)/W A o /A m =1.005569计算的外表传热面积与换热器管内和管外的平均传热面积之比管壁厚度流体传热膜系数内流体污垢热阻流体进口温度流体出口温度冷流体比热流体质量流量的计算。
管壳式换热器课程设计说明书
郑州大学课程设计说明书题目：纵向流管壳式换热器设计指导教师：吴金星职称：教授学生姓名：学号：专业：能源与动力工程院（系）：化工与能源学院完成时间：2015年9 月21 日1.换热器传热工艺计算1.1 参数的初步选择换热器管程介质：流量 2.4t/h；工作压力：常压；进水温度：23 ℃；出水温度：55 ℃；壳程介质：流量 4t/h；工作压力：常压；进水温度：90 ℃；出水温度：75 ℃。
1.2 传热系数计算kg/s77速和对流换热系数 管子数为n1=S1/0.00017663=39.97，这里我们取管子数为40。
管程选择2回程，管子排布按照正三角形式排布； 流速为v=m i /0.00017663/20/992.6=0.153m/s ；Re=3398，在过渡流区间内；由于2300<Re<10000，，对流传热系数可按充分湍流的公式计算，然后把计算结果乘以校正系数Φ，即可得到过渡流下的对流传热膜系数，对流换热系数)/(8.1148015.042.41.3398633.0023.0Pr Re 023.024.08.04.08.0,k m W d h i⋅=⨯⨯⨯==λΦ=1-600000/Re 1.8=0.736h2=Φ*,h =845.3)/(2k m W ⋅。
)/(8.11482,k m W h ⋅=h2=845.3)/(2k m W ⋅ 9.校核换热系数 )/(8.455111211220k m w h R d d b d d R d d h K m o i o i o ⋅=++⋅+⋅+⋅=λ,K0/k=455.8/453>1，所以换热系数的选择是合理的。
)/(8.45520k m w K ⋅=10.管程压力降核算管程压力降计算：);2(5.1);2(3;Re 3146.0);2(;)(222225.0i 22i 2v p v p v d L p N p N N F p p p n r L s n s p t r L ρρλρλ=∆=∆==∆⋅∆+⋅⋅∆+∆=∆由计算得：;041.0;34.17;86.63;67.34;91.3122==∆=∆=∆=∆i n l r pa p pa p pa p pa p λ2.换热器结构设计2.1 壳体根据给定的流体的进出口温度，选择设计温度为20℃；设计压力为0.6Mpa 。
《热交换器原理与设计》管壳式热交换器设计21-23
内容 :
管程流通截面积 确定壳体直径 壳程流通截面积
进出口连接管尺寸
一、管程流通截面积的计算 单管程热交换器的管程流通截面积为：
36
At Mt /twt
式中： At——为管程流通截面积，m2；
Mt——为管程流体的质量流量，Kg/s； ρt——为管程流体的密度，Kg/m3； Wt——为管程流体的流速，m/s；
水平 竖直
竖直 转角
（a） (a单 )单弓形 （ 弓a） 形单弓形
转角
过程设备设计
(c（)三C）弓三弓形形 （C）三弓形
(b)双(弓 b形 )双(b弓)双形弓形
(d)（ 圆d） 盘四弓 -圆形环形（d）四弓形
弓形缺口高度h 应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近
缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示， 如单弓形折流板，h=(0.20～0.45)Di，最常用0.25Di。 13
作用: a. 减小跨距→防振 b.支承管子→增加管子刚度，防止管子产生过大挠度
形状尺寸: 同折流板
最大无支撑跨距:
换热管外径
10 12 14 16 19 25 32 38 45 57
最大无
钢管
- - 1100 1300 1500 1850 2200 2500 2750 3200
支撑跨距
有色金属 管
750
a1 a2 a3
a2
Dmh1
d0 sn
As a2a3
a3——盘周至圆筒内壁截面减去该处管子所占面积
Dm——环内径D1和盘径D2的算术平均值
sn ——与流向垂直的管间距
50
第三节 管壳式热交换器的传热计算
一、传热系数的确定
经验选用数据
管壳式换热器课程设计
管壳式换热器课程设计管壳式换热器课程设计⼀、管壳式换热器的介绍管壳式换热器是⽬前应⽤最为⼴泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠⾼、适应性⼴、易于制造、处理能⼒⼤、⽣产成本低、选⽤的材料范围⼴、换热⾯的清洗⽐较⽅便、⾼温和⾼压下亦能应⽤。
但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热⾯积所需⾦属的消耗量等⽅⾯均不如⼀些新型⾼效率紧凑式换热器。
管壳式换热器结构组成：管⼦、封头、壳体、接管、管板、折流板；如图1－1所⽰。
根据它的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。
⼆、换热器的设计2.1设计参数参数名称壳程管程设计压⼒（MPa） 2.6 1.7操作压⼒（MPa） 2.2 1.0/0.9（进⼝/出⼝）设计温度（℃） 250 75操作温度（℃） 220/175(进⼝、出⼝) 25/45(进⼝/出⼝)流量（Kg/h） 40000 选定物料（-）⽯脑油冷却⽔程数（个） 1 2腐蚀余度（mm） 3 -2.2设计任务1. 根据传热参数进⾏换热器的选型和校核2.对换热器主要受压原件进⾏结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、⽀座等。
3.设计装配图和重要的零件图。
2.3热⼯设计2.3.1基本参数计算2.3.1.1估算传热⾯积-=220-45=175-=175-25=150因为,所以采⽤对数平均温度差算术平均温度差：=P=R=查温差修正系数表得因此平均有效温差为0.82放热量考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将⼤于冷流体吸收的热量，即：取热损失系数,则冷流体吸收的热量：由可的⽔流量：==31372.8这⾥初估K=340W/(),由稳态传热基本⽅程得传热⾯积：=16.552.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。
从⽽查《换热器设计⼿册》表1-2-7，即下表公称直径管程数管⼦根数中⼼排管管程流通换热⾯积换热管长换热管排列规格及排列形式：换热管外径壁厚：d=50mm排列形式：正三⾓形管间距： =32mm折流板间距：2.1.1.3实际换热⾯积计算实际换热⾯积按下式计算2.2计算总传热系数，校核传热⾯积总传热系数的计算式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)；——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；,——分别为管外、管内流体污垢热阻，(m2·K) /W；—管壁厚度，m；——管壁材料的导热系数，W/(m2·K) oαiαiorr,δwλ2.2.1管内传热膜系数管内未冷却⽔流⼊，其速度为：雷诺数：对于湍流，由Dittus –Boelter关系式，有传热膜系数：其中，普朗特数： =4.87由于冷却⽔要被加热,故取n=0.4,即管内传热膜系数为：=927.4W/()2.2.1管外传热膜系数因换热管呈正三⾓形排列，根据Kern法当量直径：=故0.55流体流过管间最⼤截⾯积是其中壳体内径估算为=0.37因此，=0.216.7=雷诺数：普朗特数：壁温可视为流体平均温度，即：2.2.3总传热系数因为有污垢热阻，因此查看表《GB151-1999管壳式换热器》可有管外有机物污垢热阻：/W 管内冷却⽔污垢热阻：/W插⼊法得到=因此得到故2.2.4总换热⾯积由稳态传热基本⽅程：=8.5（1+25%）=10.62.3计算管程压⼒降管程压⼒降有三部分组成，可按照如下公式进⾏计算—流体流过直管因摩擦阻⼒引起的压⼒降，Pa;--流体流经回弯管中因摩擦阻⼒引起的压⼒降，Pa;—流体流经管箱进出⼝的压⼒降，Pa;—结构矫正因素，⽆因次，对Φ25×2.5mm，取为1.4；--管程数，取2；--串联的壳程数，取1其中：对光滑管，Re=3时，由伯拉修斯式，得：因此，因此，管程压⼒降在允许范围内1.3.2壳程压⼒降采⽤埃索法计算公式：式中：--流体横过管束的压⼒降，Pa;--流体通过折流板缺⼝的压⼒降，Pa;—壳程压⼒降的结垢修正系数，⽆因此，对液体取1.15;其中：式中：F—管⼦排列⽅法对压⼒降的修正系数，对三⾓形F=0.5;—壳程流体摩擦系数，当Re>500时，;--横过管束中⼼线的管⼦数，对三⾓形排列;--按壳程流通截⾯积计算的流速，。
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管壳式卧式换热器设计说明书1 设计题目管壳式卧式换热器设计2 设计条件某厂用循环冷却水甲苯从80冷却到50,甲苯年处理能力为44500t/a，压力为6.5MPa，循环冷却水的入口温度为25，出口温度为35，要求冷凝器允许压降不大于500000Pa；试设计一台管壳式卧式换热器完成该生产任务。
每年按330天计算，每天24h连续运行。
表1 主要物性参数流体定性温度/℃密度kg/m3粘度mPa·s比热容热导率甲苯70 866 0.455 1．91 kJ/(kg·K) 0.1273W/(m·K) 循环冷却水30 994.3 0.742 4.174 kJ/(kg·℃) 0.624W/(m·℃) 3 设计容和要求(1)标题页(2) 目录(3) 确定设计方案(4) 传热面积计算(5) 工艺结构尺寸计算(6) 换热器校核(7) 换热器主要结构参数和设计结果一览表(8) 换热器工艺条件图(9) 自设计使用该换热器的工艺流程图(10)对本设计的评价(11)参考文献4 设计容4.1 选择换热器的类型本设计中循环冷却水甲苯选用带有折流挡板的固定管板式换热器，这种换热器适用于下列情况：①温差不大；②温差较大但是壳程压力较小；③壳程不易结构或能化学清洗。
本次设计条件满足第②种情况。
另外，固定管板式换热器具有单位体积传热面积大，结构紧凑、坚固，传热效果好，而且能用多种材料制造，适用性较强，操作弹性大，结构简单，造价低廉，且适用于高温、高压的大型装置中。
采用折流挡板，可使作为冷却剂的水容易形成湍流，可以提高对流表面传热系数，提高传热效率。
4.2流动方向本冷却器的管程走循环冷却水，壳程走甲苯。
热空气和冷却水逆向流动换热。
4.3 估算传热面积 4.3.1.热流量甲苯的质量流W=44500t/a=44500×103/(330×24)=5618.687 kg/h 热流量为Q=Wc p (T 1－T 2) =5618.687×1.91×（80－60） =214633.8 kJ/h = 59620.5W4.3.2.平均传热温差m t ∆=22112211ln)()(t T t T t T t T -----=38℃4.3.3.传热面积初步设定设K ‘=200 W ·m -2·℃-1。
则估算的传热面积为087.886.362005.59620t m =⨯=∆=K Q A m 2 取安全系数1.2，则A=9.705m4.3.4冷却水用量W o =16.51422535174.4214633.8)(12=-⨯=-）（t t c Q po kg/h4.4主体构件的工艺结构尺寸 4.4.1管程数和传热管数选用φ25×2.5mm 的传热管(碳钢管)；d o =25mm,d i =20mm 管子根数：n=A ÷πd o l=41.2≈42 中心线或中心线附近管子根数n c =11 取管程数为2，则N=n+拉杆+5=42+6+5=534.4.2平均传热温差校正平均传热温差校正系数1221t t T T R --==25356080--=21112t T t t P --==60802535--=0.182 温度校正系数为=∆t ϕ112-+R R ×)11(2)11(2ln11ln22+++-+-+---R R P R R P PR P＝0.97平均传热温差校正为△t m =t ∆ϕ×△t m ’=0.97×38=36.86( ℃ )4.4.3传热管的排列采用组合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。
其中，每程的正三角形排列，其优点为管板强度高，流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高，相同的壳程可排列更多的管子。
4.4.4壳体径取管间距：t ＝32 mm ，则2(/)/22(/8)t t D D D N D P D π⨯⨯= 得D=489.38mm 可取D 为509mm4.4.5折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体径的25%，则 取折流板数12，则折流板间隔：h=1B l N +=0.234.4.6计算接口直径1.计算循环冷却水进出口管径1d ，设流速u=0.5m/s1214v q d u π=13335142.16/ 1.4410/36003600994.3/i v i W kg h q m s kg mρ-===⨯⨯⨯10.060560.5d m mm ===所以选用直径为65mm 的管子。
2.计算甲苯进出口管径2d23335618.687/ 1.810/36003600866/v W kg h q m s kg mρ-===⨯⨯⨯20.067867.8d m mm ===所以选用直径为70mm 的管子。
4.5换热器主要传热参数核算 4.5.1热量核算(1)壳程对流传热系数对于圆缺形折流板，可采用克恩公式h o = 14.03/155.0)(Pr Re 36.0wo e od μμλ 其中：①当水做冷却剂时，粘度校正为14.0)(wo μμ=1.05 ②当量直径，管子为正三角形排列时，d e＝22)24o od d -ππ＝220.0320.025)243.140.025-⨯⨯π＝0.0202 m③壳程流通截面积S o = hD(1－t d o )=0.23×0.509×（1－0.0250.032）＝0.0257 m 2④壳程冷却水的流速及其雷诺数分别为G o ＝oo S W =5618.687÷0.0257=218625.95kg/(s ·m 2) 2224v q d u π=Re o ＝μo e G d ＝0.020260.730.000455⨯=2696⑤普朗特准数Pr ＝oopo c λμ =19100.0004550.1273⨯=6.83因此，壳程水的传热膜系数h o 为h o = 0.36×0.1273/0.0202×26960.55×6.831/3×1.0=329.6 W/(m 2·℃)(2)管程对流传热系数 其中：h i = 14.03/155.0)(Pr Re 36.0wi e i d μμλ ①管程流通截面积S i =242i d nπ•=0.0066 m 2②管程空气的流速及其雷诺数分别为G i ＝ii S W =779115.2kg/(h ·m 2)=216.42 kg/(s ·m 2)Re ＝i i i G d μ＝0.02216.420.000742⨯=5833.45 d e＝ππ22)24i i d d -＝π224(0.0320.02)243.140.02⨯-⨯⨯=0.029m ③普兰特准数Pr ＝iipi c λμ =41740.0007420.624⨯=4.96因此，管程空气的传热膜系数h i 为0.551/30.6240.365833.4 4.96 1.00.029i h =⨯⨯⨯⨯ =1548.64 W/(m 2·℃) (3)基于管表面积的总传热系数K i污垢系数：管侧R o ＝0.000344m 2·℃·W -1管外侧R i ＝0.0005191m 2·℃·W -1管子材质金属的导热系数λ＝116.3W ·m -1·℃-1111()s o o oo i o w w m i it d d d R R K h d d h d λ=++++1(0.0250.02)/20.0250.02510.0250.00051910.0003440.0048329.6116.3(0.0250.02)/20.021548.640.02-=++⨯+⨯+⨯=-=0.0048解得：i K ＝208W/ (m 2·℃)此计算值与前面的初设值K i ‘=200 W/ (m 2·℃)的关系： 该换热器的传热系数裕度为2082004.17%200K K K '--==' 满足换热器设计所要求的5%之的围，初选的换热器合适。
(4) 传热面积换热器的实际传热面积S pA '=(1)o n d l π-=3.14×0.025×42×2.9= 9.56m 2该换热器的面积裕度为%100⨯''-=A A A H = 9.568.087100%8.087-⨯=18 % 满足要求的30%以下的围，该换热器符合实际生产要求。
4.5.2壁温核算因管壁很薄，且管壁热阻很小，该换热器用自来水作为冷却水，设定冷却水进口温度为25℃，出口温度为35℃来计算传热管壁温度。
传热管平均壁温329.6()30(7030)(/)1548.64(0.02/0.025)329.6o w c h c i i o o h t t T t h d d h ∂=+-=+-++=38.4℃≈39℃查的在该温度下甲苯的粘度30.5410w Pa s μ-=⨯⋅，水的粘度30.66810w Pa s μ-=⨯⋅对管侧0.140.140.000742() 1.010.000668wμμ⎛⎫==⎪⎝⎭对壳侧0.140.140.000455()0.9760.00054wμμ⎛⎫==⎪⎝⎭4.5.3换热器流体的流动阻力(压降)(1)管程流动阻力管流体在Re=5833.45时，查的摩擦阻力系数tf=0.011 直管部分的压降：△p1=2284ln40.011779115.23222 1.2710t i tc if Gq dρ⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=31.73（kg/m2）=311Pa弯管回路中的压降：△p2＝22844779115.2222 1.2710994.3i tcG nqρ⨯⨯=⨯⨯⨯=57.7(kg/m2)=565.46 Pa总压降：∑△p i＝（△p1+△p2）＝（311+565.46）＝876.46Pa (2)壳程阻力：用概算法：△’p1=28218625.96310.410.41.2710866ccG lqρ⨯⨯=⨯⨯⨯=13.6（kg/m2）管侧，壳侧的压力损失均满足要求，该设计可行5 计算结果总汇表2 设计结果一览表换热器形式：管壳卧式换热面积/m2： 8.65工艺参数设计感想此次化工原理课程设计题目是“空气压缩机后冷却器设计”，因为上学期老师对传热与换热设备相关容讲得很详细，印象还比较深，加上这学期正好学习了《过程设备设计》。
另外，从图书馆借阅的几本书也非常具有参考性，所以总体来说这次课程设计没有遇到太大的难题。