列管式换热器设计
列管式换热器设计步骤
列管式换热器设计步骤1.确定换热要求：首先确定需要处理的流体类型、温度、流量和所需的换热效率。
这些参数将指导后续设计过程。
2.选择适当的管壳材料：根据流体的特性和工作温度范围，选择合适的材料来制造管壳，确保其耐腐蚀性和耐高温性。
3.确定热负荷和传热系数：计算需要传递的热负荷，并根据传热系数的公式计算出换热器所需的传热面积。
4.确定流体模式和换热方式：根据流体的性质和流量，确定流体在换热器中的流动模式（并行流、逆流或交叉流）。
此外，还需要确定热量传递的方式（对流、辐射或对流辐射耦合）。
5.确定管束布局：根据热负荷和流体流量，确定管束的布局和排列方式。
典型的布局包括单排管束、多排管束、螺旋管束等。
6.计算管壳侧传热系数：根据流体模式和管壳的几何形状，通过经验公式或计算方法计算出管壳侧的传热系数。
7.设计管束：根据换热器的尺寸和传热面积，设计合适的管束。
这涉及到确定管道的直径、长度和布局，以及管板的尺寸和孔眼的布置。
8.选择适当的传热介质：根据流体类型和工况要求，选择合适的传热介质，例如水、蒸汽、空气或其他流体。
根据传热介质的性质，确定其流速和温度范围。
9.设计支承和固定方式：确定适当的支承和固定方式，以确保换热器的稳定性和可靠性。
这包括支架的设计、支柱的安装和管束的固定方法。
10.进行热力学分析：通过进行热力学分析，确定换热过程中的压力损失和流体流速。
这将有助于确定流体的流动行为和整个热交换系统的性能。
11.进行结构强度分析：进行结构强度分析，确保换热器能够承受压力和温度的影响，并满足相关的安全标准和规范。
12.完善设计并制作图纸：根据上述步骤和计算结果，对列管式换热器的设计进行改进和完善，并制作相应的图纸和技术文件。
13.进行设备加工和制造：根据设计图纸，进行设备的加工和制造。
这包括制作管子、管板、支管、支撑件等组件，并对其进行加工和组装。
14.进行设备安装与调试：将制造好的换热器安装到系统中，并进行相关的调试和测试，以确保其正常运行。
列管式换热器的设计与计算
列管式换热器的设计与计算设计步骤如下：第一步：确定换热器的需求首先需要明确换热器的设计参数，包括流体的性质、流量、进出口温度、压力等。
这些参数将在后续的计算中使用。
第二步：选择合适的换热器型号根据设计参数和换热需求，选择合适的列管式换热器型号。
常见的型号包括固定管板式、弹性管板式、钢套铜管式等。
第三步：计算表面积根据流体的热传导计算表面积。
换热器的表面积是根据热传导定律计算得到的，公式为：Q=U×A×ΔT，其中Q为换热量，U为传热系数，A为表面积，ΔT为温差。
根据这个公式，可以计算出所需的表面积。
第四步：确定管子数量和尺寸根据所需的表面积和型号，确定换热器中管子的数量和尺寸。
根据流体的流速和换热需求，计算出每根管子的长度和直径。
第五步：确定管板和管夹的尺寸根据管子的尺寸，确定管板和管夹的尺寸。
管板和管夹是固定管子的重要部分，负责把管子固定在换热器中，保证流体的正常流动。
第六步：确定换热器的材质和厚度根据流体的性质和工作条件，确定换热器的材质和厚度。
常见的材质有不锈钢、碳钢、铜等。
通过计算流体的温度、压力和腐蚀性等参数，选择合适的材质和厚度。
第七步：校核换热器的强度对换热器的强度进行校核。
根据国家相关标准和规范，对换热器的强度进行计算和验证，确保其能够承受工作条件下的压力和温度。
第八步：制定施工方案和图纸根据设计结果，制定换热器的施工方案和详细图纸。
包括换热器的总体布置，管子的连接方式，焊接和安装步骤等。
上述是列管式换热器的设计步骤，下面将介绍列管式换热器的计算方法。
首先，需要计算流体的传热系数。
传热系数的计算包括对流传热系数和管内传热系数两部分。
对于对流传热系数，可以使用已有的经验公式或经验图表进行估算。
对于管内传热系数，可以使用流体的性质和流速等参数进行计算。
其次，根据传热系数和管子的尺寸，计算管子的传热面积。
管子的传热面积可以根据管子的长度和直径进行计算。
然后，根据热传导定律，计算换热器的传热量。
列管式换热器设计
列管式换热器设计列管式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业中。
本文将从列管式换热器的设计原理、设计步骤和设计考虑因素三个方面进行详细介绍。
一、设计原理列管式换热器是通过管内的换热流体和管外的换热流体之间的换热传递来实现热量的传递。
它的基本原理是利用换热流体在管内和管外的对流，通过管壁的传导传热作用，使热量从高温流体传递给低温流体。
二、设计步骤1.确定换热器的使用条件：包括换热流体的性质、入口温度、出口温度等。
2.确定换热器的换热面积：根据换热流体的热负荷和传热系数来计算所需的换热面积。
3.选择管子的尺寸和材料：根据换热流体的性质和流量来选择合适的管子尺寸和材料。
4.确定管子的数量和布置方式：根据换热面积和换热流体的流量来确定管子的数量和布置方式，一般采用多行多列的方式。
5.设计管束的尺寸：根据换热面积和管子的数量来确定管束的尺寸，包括管束的直径、长度和布置方式等。
6.计算换热器的传热系数：根据换热面积、流体的性质和传热方式来计算换热器的传热系数。
7.计算换热器的压降：根据流体的流量、管束的阻力和流体的性质来计算换热器的压降。
8.进行换热器的热力学计算：包括换热器的热力学效率、有效传热面积和温差效益等。
三、设计考虑因素1.热负荷：根据换热流体的热负荷来确定换热器的换热面积和管子的数量。
2.材料选择：根据换热流体的性质和工艺要求来选择合适的材料，包括管子的材料和管壳的材料。
3.温度差：根据换热流体的温度差来确定管束的数量和换热器的传热系数。
4.流体压降：根据流体的流量和管束的阻力来计算换热器的压降，并确定合适的管束布置方式和管束的尺寸。
5.清洗和维护：考虑到换热器的清洗和维护，要选择易于清洗和维护的结构设计。
综上所述，列管式换热器的设计是一个复杂的工程，需要考虑多个因素。
设计者需要根据具体的使用条件和要求来确定换热器的换热面积、管子的尺寸和材料、管束的数量和布置方式等。
同时，还需要计算换热器的传热系数、压降和热力学参数等。
化工原理课程设计---列管式换热器的设计
化工原理课程设计---列管式换热器的设计列管式换热器是一种常用的换热器类型，其结构简单、传热效率高、维修方便等优点使其在工业生产中得到广泛应用。
该换热器由多个平行排列的管子组成，热流体和冷流体分别流过管内外，通过管壁传递热量，实现热量交换。
根据不同的流体流动方式，列管式换热器又可分为纵向流式和横向流式两种形式。
其中，横向流式换热器传热效率更高，但结构较为复杂，维修难度较大，因此在实际应用中需要根据具体情况进行选择。
浮头式换热器的特点是管板和壳体之间没有固定连接，只有一个浮头，管束和浮头相连。
浮头可以在壳体内自由移动，以适应管子和壳体的热膨胀。
这种结构适用于温差较大或壳程压力较高的情况。
但是，由于管束和浮头的连接是松散的，因此需要注意防止泄漏。
U型管式换热器：U型管式换热器的管子呈U形，两端分别焊接在管板上，形成一个U型管束。
壳体内的流体从一端进入，从另一端流出，管内的流体也是如此。
这种结构适用于流体腐蚀性较强的情况，因为管子可以很容易地更换。
多管程换热器：多管程换热器是将管束分成多个组，每组管子单独连接到管板上，形成多个管程。
这种结构可以提高传热效率，但也会增加流体阻力。
因此，需要根据具体情况来选择多管程的数量。
总之，列管式换热器是一种广泛应用于化工及酒精生产的换热器。
不同的结构适用于不同的工艺条件，需要根据具体情况来选择合适的换热器。
在使用过程中，需要注意保养和维护，及时清洗和更换损坏的部件，以保证换热器的正常运行。
换热器的一块管板与外壳用法兰连接，另一块管板不与外壳连接，这种结构称为浮头式换热器。
浮头式换热器的优点是管束可以拉出以便清洗，管束的膨胀不受壳体约束，因此在两种介质温差大的情况下，不会因管束与壳体的热膨胀量不同而产生温差应力。
但其缺点是结构复杂，造价高。
填料式换热器的管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也较低。
但壳程内介质有外漏的可能，因此不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。
列管式换热器的设计
列管式换热器的设计列管式换热器的应用已有很悠久的历史。
现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量地应用于工业中。
为此本章对这两类换热器的工艺设计进行介绍。
列管式换热器的设计资料较完善，已有系列化标准。
目前我国列管式换热器的设计、制造、检验、验收按“钢制管壳式(即列管式)换热器”(GB151)标准执行。
列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。
其中以热力设计最为重要。
不仅在设计一台新的换热器时需要进行热力设计，而且对于已生产出来的，甚至已投人使用的换热器在检验它是否满足使用要求对，均需进行这方面的工作。
热力设计指的是根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运行参数，并根据传热学的知识进行传热计算。
流动设计主要是计算压降，其目的就是为换热器的辅助设备——例如泵的选择做准备。
当然，热力设计和流动设计两者是密切关联的，特别是进行热力计算时常需从流动设计中获取某些参数。
结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸，例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目、隔板的数目及布置以及连接管的尺寸，等等。
在某些情况下还需对换热器的主要零部件——特别是受压部件做应力计算，并校核其强度。
对于在高温高压下工作的换热器，更不能忽视这方面的工作。
这是保证安全生产的前提。
在做强度计算时，应尽量采用国产的标准材料和部件，根据我国压力容器安全技术规定进行计算或校核(该部分内容属设备计算，此处从略)。
列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容：①根据换热任务和有关要求确定设计方案；②初步确定换热器的结构和尺寸；③核算换热器的传热面积和流体阻力；④确定换热器的工艺结构。
1.1设计方案的确定1.1.1换热器类型的选择（1）固定管板式换热器这类换热器如图2-1(a)所示。
列管式换热器结构设计
到焊接的可能性； （b）纵向隔板插入导向槽中； (c)、(d)分别是单双向条形密封，防止间隙短
路，对于需要将管束经常抽出清洗者，采用此结构。
管板与隔板的连接形式 如图 (a)为隔板与管板焊接， (b)是隔板用螺栓联接在焊于管板的角铁上的可
拆结构.
3、分割流板
在壳体上有对称的两个进口及一个出口时，如图中 J型壳体
三、管箱
一、传热管与管板的连接
造成连接处破坏的原因主要有： （1）高温下应力松弛而失效 （2）间隙腐蚀破坏 （3）疲劳破坏 （4）由于热补偿不好引起的破坏
管子与管板的连接形式：强度胀接、强度焊接与 胀焊接混合结构。
应满足以下两个条件： 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。
②多程管箱，最小流通面积应大于或等于其中一程的管 内流通面积的1/3倍。 ③管箱上各相邻焊缝间距必须大于或等于4s，且应大于 或等于50mm，其中s为管箱壁。
（2）管箱最小长度计算
管箱最小长度计算涉及几何尺寸见图。
A型管箱见图4-35（a)，
按流通面积计算
L' g m in
πd
2 i
N
cp
4E
(mm )
（3） Ώ形膨胀节
（4）夹壳膨胀节
2.膨胀节设置必要性判断 通过计算由温差产生轴向力和压力产生轴向力共同作 用，得到： 换热管最大应力、 壳体最大应力及管子拉脱力 当σs>2φ[σ]ts或σt>2[σ]tt时应设置膨胀节 。
3、强度计算 包括： (1)温差引起的轴向力计算 （2）补偿量的计算 （3）膨胀节疲劳寿命计算
列管式换热器的设计（化工原理课程设计）
列管式换热器的设计（化⼯原理课程设计）⽬录§⼀.任务书 (2)1.1.化⼯原理课程设计的重要性1.2.课程设计的基本内容和程序1.3.列管式换热器设计内容1.4.设计任务和操作条件1.5.主要设备结构图1.6.设计进度1.7.设计成绩评分体系§⼆.概述及设计要求 (4)2.1.换热器概述2.2.固定管板式换热器2.3.设计要求§三.设计条件及主要物理参数 (5)3.1.初选换热器的类型3.2.确定物性参数3.3.计算热流量及平均温差3.4.管程安排(流动空间的选择)及流速确定3.5.计算总传热系数3.6.计算传热⾯积§四. ⼯艺设计计算 (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.换热管选型汇总4.5.换热管4.6.壳体内径4.7.折流板4.8.接管4.9.壁厚的确定、封头4.10.管板§五.换热器核算 (14)5.1.热量核算5.2.壁温核算5.3.流动阻⼒核算§六. 设计结果汇总 (18)§七. 设计评述 (19)§⼋. ⼯艺流程图 (19)§.九.符号说明 (21)§.⼗.参考资料 (22)§⼀.化⼯原理课程设计任务书1.1.化⼯原理课程设计的重要性化⼯原理课程设计是学⽣学完基础课程以及化⼯原理课程以后，进⼀步学习⼯程设计的基础知识，培养学⽣⼯程设计能⼒的重要教学环节，也是学⽣综合运⽤化⼯原理和相关选修课程的知识，联系⽣产实际，完成以单元操作为主的⼀次⼯程设计的实践。
通过这⼀环节，使学⽣掌握单元操作设计的基本程序和⽅法，熟悉查阅技术资料、国家技术标准，正确选⽤公式和数据，运⽤简洁⽂字和⼯程语⾔正确表述设计思想和结果；并在此过程中使学⽣养成尊重实际问题向实践学习，实事求是的科学态度，逐步树⽴正确的设计思想、经济观点和严谨、认真的⼯作作风，提⾼学⽣综合运⽤所学的知识，独⽴解决实际问题的能⼒。
列管式换热器设计方案和选用
列管式换热器设计方案和选用设计方案和选用列管式换热器导论：设计方案：1.确定换热器的工作条件：在进行列管式换热器的设计时，首先需要确定换热器的工作条件，包括工作介质的流量、温度、压力等参数。
这些参数将对换热器的尺寸和换热效率等性能产生影响。
2.选择合适的管束类型：列管式换热器一般由多个管子组成的管束和螺纹固定在两个壳体上的结构组成，因此需要选择合适的管束类型。
常用的管束类型有单管、单排管束、多排管束、隔室管束等。
选择合适的管束类型可以提高换热效率，并满足不同的换热要求。
3.确定换热面积和管束长度：换热器的性能主要取决于换热面积和管束长度。
根据工作条件和换热要求，确定合适的换热面积和管束长度。
一般来说，换热面积越大，换热效果越好，但是也会增加成本和体积。
4.确定流体流动方式和传热方式：列管式换热器的流体流动方式包括顺流、逆流和交叉流等，传热方式包括对流传热和辐射传热等。
根据换热要求和经济性，选择合适的流动方式和传热方式。
5.确定壳程流动分配方式：壳程流动分配方式包括平行流动和逆流动等。
在设计中，需要根据换热要求和经济性选择合适的流动分配方式。
选用：1.根据工艺要求选择合适的材料：列管式换热器的材料对于其耐用性和可靠性有着重要影响。
根据介质的性质和工艺要求，选择合适的材料，如不锈钢、碳钢、铜等。
2.确定换热器的维护和清洗方式：列管式换热器由于结构复杂，清洗和维护较为困难。
因此，在选用时需要考虑清洗和维护的方便性，选择易于清洗和维护的设计。
3.考虑能量利用率和经济性：在选用列管式换热器时，还需要考虑能量利用率和经济性。
换热器的能量利用率越高，所需热交换面积就越小，经济性就越好。
因此，选择高效能量利用的换热器是非常重要的。
4.参考其他用户的反馈和评价：在选用列管式换热器时，可以参考其他用户对于不同品牌和型号的反馈和评价。
这些反馈和评价可以提供有关换热器性能和可靠性的宝贵信息。
总结：列管式换热器的设计方案和选用需要考虑多个因素，包括工作条件、管束类型、换热面积、管束长度、流体流动方式、传热方式、壳程流动分配方式、材料选择、维护和清洗方式以及能量利用率和经济性等。
列管式换热器(设计举例)
三、平均传热温差
平均传热温差是换热器的传热推动力。其值不但和流体的进出口温度有关，而且还与换 热器内两种流体的流型有关。对于列管式换热器，常见的流型有三种：并流，逆流，和折流
对于并流和逆流，平均传热温差均可用换热器两端流体温度的对数平均温差表示， 即：
《列管式换热器》
t m t1 t 2 t ln 1 t 2
R
热流体的温降 T1 T2 冷流体的温升 t 2 t1 t t 冷流体的温升 1 2 两流体最初温差 T1 T2
(1—13 a )
P
式中
(1—13 b )
T1、T2 — 热流体进、出口温度， ℃； t1、t 2 — 冷流体进、出口温度， ℃.
《列管式换热器》
第- 称为管心距。管心距的大小主要与传热管和管板的连接方式有 关，此外还要考虑到管板强度和清洗管外表面时所需的空间。 传热管和管板的连接方法有胀接和焊接两种，当采用胀接法时，采用过小的管心距，常 会造成管板变形，而采用焊接法时，管心距过小，也很难保证焊接质量，因此管心距应有一 定的数值范围。一般情况下，胀接时，取管心距 t 1.3～1.5d 0 ；焊接时，取 t 1.25d 0 ( d 0
共 37页
一般要求 t 的值不得低于 0.8，若低于此值，当换热器的操作条件略有变化时， t 的 变化较大，使得操作极不稳定。 t 小于 0.8 的原因在于多管程换热器内出现温度交差或温 度逼近。在这种情况下，应考虑采用多壳程结构的换热器或多台换热器串联来解决。所需的 壳程数或串联的换热器的台数可按下述方法确定： 首先，在坐标纸上作 Q ～ T 和 Q ～ t 线，由热衡算方程知，若两流体的热容量流率不变则
《列管式换热器》
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列管式换热器课程设计
组装：将管子和管板组装成换热器
焊接：将换热器焊接成一体
检验：对换热器进行压力试验、泄漏试验等检验，确保其 质量和性能符合要求
焊接工艺和要求
焊接方法：采用电弧焊、气焊或激光焊等方法
焊接材料：选用耐腐蚀、耐高温、高强度的合金材料
焊接工艺参数：控制焊接电流、电压、速度等参数，保证焊接质量 焊接检验：进行无损检测，如X射线、超声波等，确保焊接质量符合要 求
Part Four
列管式换热器的传 热计算
传热系数的计算
传热系数的影响因素：包括 流体的性质、流速、温度、 压力等
传热系数的定义：表示单位 时间内单位面积上的传热量
传热系数的计算方法：包括 实验法、理论法和数值法
传热系数的应用：用于计算 换热器的传热量、传热面积
等参数
传热面积的计算
传热面积的定 义：换热器中 流体与壁面接
触的面积
计算公式： A=πD*L，其 中A为传热面 积，D为管径，
L为管长
影响因素：流 体的种类、温 度、流速、压
力等
计算方法：根 据流体的种类、 温度、流速、 压力等参数， 选择合适的计 算公式进行计
算
流体阻力的计算
流体阻力的定义：流体在流动 过程中产生的阻力
流体阻力的计算公式： f=1/2*ρ*v^2*A
检验和试验要求
压力试验：进行压力试验， 检查换热器是否泄漏
尺寸检查：检查换热器尺寸 是否符合设计要求
外观检查：检查换热器外观 是否完好，有无破损、变形 等
热工性能试验：进行热工性 能试验，检查换热器传热效
率是否符合设计要求
耐腐蚀试验：进行耐腐蚀试 验，检查换热器是否耐腐蚀
列管式换热器设计
列管式换热器设计列管式换热器设计⼀、概述1.概述与设计⽅案简介1.1换热器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。
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；另⼀种流体则温度较低，吸收热量。
在⼯程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与上述情形并⽆本质上的差别。
换热器是化学⼯业、⽯油⼯业及其它⼀些⾏业中⼴泛使⽤的热量交换设备，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使⽤，⽽且是⼀些化⼯单元操作的重要附属设备，因此在化⼯⽣产中占有重要地位。
由于⽣产中的换热⽬的不同，换热器的类型很多，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。
特别是随着化⼯⼯艺的不断发展，新型换热器不断出现。
在换热器设计中，⾸先应根据⼯艺要求选择适⽤的类型然后计算换热所需传热⾯积，并确定换热器的结构尺⼨。
虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和⾦属耗量等⽅⾯不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐⽤、适应性强、制造材料⼴泛等独特的优点，因⽽在换热设备中仍占有重要的地位。
特别是在⾼温、⾼压和⼤型换热设备中仍占绝对优势。
1.2列管式换热器的选择列管式换热器的应⽤已有很悠久的历史，在化⼯⽣产中主要作为加热（冷却）器，冷凝器、蒸发器和再沸器使⽤。
现在，它被当作⼀种传统的标准换热设备在很多⼯业部门中⼤量使⽤，尤其在⽯油、化⼯、能源设备等部门所使⽤的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
按材质分为碳钢列管换热器，不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种。
按结构分为单管程、双管程和多管程，传热⾯积1～500m2。
列管式换热器按结构特点，主要分为以下四种：①固定管板式换热器；②浮头式换热器；③U形管式换热器；④填料函式换热器。
列管换热器主要特点：1．耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于⽆机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，⼏乎直到100℃都对其⽆破坏作⽤，对⼏乎所有溶剂在室温下均不溶解，⼀般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使⽤。
列管式换热器-课程设计
列管式换热器-课程设计一、概述列管式换热器是一种将多个平行管道嵌入到圆柱形壳体中、同时将流体分别流过内、外两侧实现热量传递的设备。
本次课程设计将要探讨的是该设备的设计过程。
二、设计过程1. 确定设计参数设计前需要先确定所需的设计参数，如换热器的设计热负荷、流量、压力等，这些参数将决定换热器的尺寸和布局，为后续设计提供基础。
2. 换热器类型选择根据设计参数、使用场景、材料成本等因素选择适合的换热器类型，如单相流、双相流、冷凝器、蒸发器等。
3. 确定材料和尺寸选择适合的材料和尺寸以满足设计参数，同时考虑生产和运输的成本和实际情况。
4. 确定管束参数确定管束长度、管束密度、管道直径和布局等参数，保证管束的压力和流速符合设计要求，并达到最佳热传导效果。
5. 热传导计算进行热传导计算，以确定管束长度和直径，根据流动状态和温度场计算出换热系数、平均温差和热效率等参数。
6. 设计壳体结构设计壳体的结构和尺寸，确定支撑方式和绝热方式，同时考虑安全和易于维护的因素。
7. 流体力学分析进行流体力学分析，确定流体在管道中的流动状态，以保证衬里的材料和厚度设计得足够坚固，以避免漏泄和磨损。
8. 设计精度分析进行精度分析和优化，以确定设备的运行效率和稳定性，并满足设计和生产的要求。
9. 制造和安装根据设计图纸制造和安装换热器，并进行预试运行和调试，最终达到设计要求。
三、总结以上是列管式换热器的设计过程，该过程需要深入掌握流体力学、热传导学、结构力学等知识，同时也需要掌握计算机辅助设计软件的使用，以提高效率和质量。
设计合理的列管式换热器能够提高生产效率，降低能耗，并为工业生产的可持续发展提供支持。
列管式换热器课程设计
列管式换热器 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握列管式换热器的基本结构和工作原理，理解换热过程中的热量传递机制。
2. 使学生了解列管式换热器的类型、特点及应用场景，能够区分不同类型的换热器。
3. 引导学生掌握换热器设计的基本原则和步骤，学会运用相关公式计算换热器的传热系数和换热面积。
技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析实际换热问题，具备解决换热器设计问题的能力。
2. 提高学生运用计算工具（如Excel、计算器等）进行换热器相关计算的速度和准确性。
3. 培养学生团队合作意识，提高沟通与协作能力，通过小组讨论、汇报等形式，共同完成换热器设计任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对换热器设计及工程应用的兴趣，激发创新意识和探索精神。
2. 引导学生关注换热器在能源、环保等领域的重要性，培养节能环保意识和社会责任感。
3. 培养学生严谨、踏实的科学态度，养成认真负责的工作作风。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果。
课程注重理论与实践相结合，以实际工程案例为载体，引导学生通过自主学习、小组合作等方式，掌握换热器设计的基本知识和技能。
在教学过程中，关注学生的个体差异，鼓励提问和讨论，以提高学生的思维能力和解决问题的能力。
通过本课程的学习，使学生能够具备独立设计换热器的能力，为未来从事相关工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 列管式换热器的基本概念：介绍换热器的作用、分类及其在工业中的应用。
教材章节：第二章 换热器的基本概念与分类2. 列管式换热器的工作原理：讲解列管式换热器中的热量传递过程，包括对流传热和导热。
教材章节：第三章 列管式换热器的工作原理与热量传递3. 列管式换热器的设计原则与步骤：阐述换热器设计的基本原则，介绍设计步骤及注意事项。
教材章节：第四章 列管式换热器的设计原则与步骤4. 列管式换热器传热系数的计算：分析影响换热器传热系数的因素，介绍相关计算公式。
化工原理课程设计列管式换热器
可用旳场合:
1)管程走清洁流体;
2)管程压力尤其高;
3)管壳程金属温差很大,固定管板换热器连设置膨胀节都无法 满足要求旳场合.
2、流动空间旳选择
3、流速旳拟定
4、流动方式旳选择
除逆流和并流之外，在列管式换热器中冷、 热流体还能够作多种多管程多壳程旳复杂 流动。当流量一定时，管程或壳程越多， 表面传热系数越大，对传热过程越有利。 但是，采用多管程或多壳程必造成流体阻 力损失，即输送流体旳动力费用增长。所 以，在决定换热器旳程数时，需权衡传热 和流体输送两方面旳损失。
5、流体出口温度旳拟定
若换热器中冷、热流体旳温度都由工艺条件所要求，则不存在 拟定流体两端温度旳问题。若其中一流体仅已知进口温度，则 出口温度应由设计者来拟定。例如用冷水冷却一热流体，冷水 旳进口温度可根据本地旳气温条件作出估计，而其出口温度则 可根据经济核实来拟定：为了节省冷水量，可使出口温度提升 某些，但是传热面积就需要增长；为了减小传热面积，则需要 增长冷水量。两者是相互矛盾旳。一般来说，水源丰富旳地域 选用较小旳温差，缺水地域选用较大旳温差。但是，工业冷却 用水旳出口温度一般不宜高于45℃，因为工业用水中所含旳部 分盐类（如CaCO3、CaSO4、 MgCO3和MgSO4等）旳溶解度 随温度升高而减小，如出口温度过高，盐类析出，将形成传热 性能很差旳污垢，而使传热过程恶化。假如是用加热介质加热 冷流体，可按一样旳原则选择加热介质旳出口温度。
取管长应根据出厂旳钢管长度合理截用。 我国生产系列原则中管长有1.5m，2m， 3m，4.5m，6m和9m六种，其中以3m和 6m更为普遍。同步，管子旳长度又应与管 径相适应，一般管长与管径之比，即L/D约 为4～6
列管式换热器的设计步棸
列管式换热器的设计步棸1.试算并初选设备规格(1）确定流体在换热器中的流动途径。
(2）根据传热任务计算热负荷Q 。
(3）确定流体在换热器两端的温度，选择列管式换热器的型式；计算定性温度，并确定在定性温度下流体的性质。
(4）计算平均温度差，并根据温度校正系数不应小于0.8的原则，决定壳程数。
(5）依据总传热系数的经验值范围，或按生产实际情况，选定总传热系数K值。
(6）由总传热速率方程Q=KS△tm ，初步算出传热面积S ，并确定换热器的基本尺寸（如d、 L、n 及管子在管板上的排列等），或按系列标准选择设备规格。
2.计算管、壳程压强降根据初定的设备规格，计算管、壳程流体的流速和压强降。
检查计算结果是否合理或满足工艺要求。
若压强降不符合要求，要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规格的设备，重新计算压强降直至满足要求为止。
3.核算总传热系数计算管、壳程对流传热系数ai和ao,确定污垢热阻Rsi和Rso，再计算总传热系数K'，比较K的初始值和计算值，若K'/K =1.15~1.25，则初选的设备合适。
否则需另设K值，重复以上计算步骤。
通常，进行换热器的选择或设计时，应在满足传热要求的前提下，再考虑其他各项的问题。
它们之间往往是互相矛盾的。
例如，若设计的换热器的总传热系数较大，将导致流体通过换热器的压强降（阻力）增大，相应地增加了动力费用；若增加换器的表面积，可能使总传热系数和压强降低，但却又要受到安装换热器所能允许的尺寸的限制，且换热器的造价也提高了。
此外，其它因素（如加热和冷却介质的用量，换热器的检修和操作）也不可忽视。
设计者应综合分析考虑上述诸因素，给予判断，以便作出一个适宜的设计。
4、换热器的计算1.给定的条件(1）热流体的入口温度t1'、出口温度t1";(2）冷流体的入口温度t2'、出口温度t2";2.流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程,哪一种种流体流经壳程,下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为为例)(1)不洁净和易结垢的流体宜走管内,以便于清洗管子。
列管式换热器设计
第一章 列管式换热器的设计1.1概述列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。
列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大 ，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。
目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。
例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。
1.2列管换热器型式的选择列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（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。
通常在管外装置一系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，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。
为了克服温差应力必须有温度补偿装置，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。
（2）浮头换热器：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，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。
这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
其缺点为结构复杂，造价高。
（3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。
列管式换热器选型设计计算
列管式换热器选型设计计算首先，需要确定换热器的热负荷，即需要传热的热量。
一般可以根据物料的流量、进出口温度差和物料的比热容来计算。
例如，物料流量为1000 kg/h，进口温度为80°C，出口温度为60°C，比热容为3.8kJ/(kg·°C)，则热负荷为：接下来，需要选择适当的传热面积。
传热面积与传热效果成正比。
可以根据传热系数和传热面积的关系来计算，公式如下：Q=U×A×ΔTm其中，U为换热系数，A为传热面积，ΔTm为物料的平均温差。
由于换热系数与流体特性、流体配管、管壁传热等因素有关，需要通过经验或参考书籍来确定一个合适的换热系数。
常见的换热系数范围为1000-4000W/(m2·°C)。
通过计算可以得到传热面积：A=Q/(U×ΔTm)然后，需要确定流体流速和压降。
流速的选择要考虑到换热效果和能耗的平衡。
一般情况下，流速应该在合适的范围内，避免过高或过低造成换热效果不佳或能耗过大。
压降则需要根据流体的压力和流速来计算。
一般通过经验公式或流体力学方法来计算。
最后，选择合适的材料和管子数量。
材料要能够满足工艺要求，耐腐蚀、耐高温等。
常见的材料有不锈钢、碳钢、铜等。
管子数量的选择要保证传热面积充分利用，同时要考虑到设备的尺寸和造价等因素。
总结起来，列管式换热器选型设计主要包括确定热负荷、选择传热面积、确定流体流速和压降、选择材料和管子数量等。
这些步骤需要考虑换热器的传热性能、流体特性、工艺要求和经济性等因素，通过计算和经验可以确定最合适的选型设计方案。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
检查并调整图纸中的线条、颜色、字体等细节，确保图纸清晰易读， 符合规范要求。
关键节点参数设置与调整
设备参数设置
根据换热器、泵等设备的性能参 数，设置相应的CAD图纸中的属 性，如设备尺寸、处理能力、扬 程等。
管道参数调整
根据工艺流程需求和管道设计规 范，调整管道的直径、壁厚、材 质等参数，确保管道系统的安全 性和经济性。
阀门与控制点设置
在关键位置设置阀门以控制物料 流动，并根据控制需求设置相应 的控制点，如温度传感器、压力 传感器等。
流程图在课程设计中的作用
明确工艺流程
通过流程图可以清晰地展示物料在换热器中的流动过程， 帮助学生理解工艺流程和设备的相互关系。
指导设备布局与管道设计
流程图可以作为设备布局和管道设计的依据，有助于优化 设备布局和减少管道长度，提高系统的效率。
方式和换热器图纸中的局部结构。
建议措施
03
加强CAD制图技能的训练，提高图纸的准确性和规范
性。
经验教训分享与未来展望
经验教训
在课程设计过程中，应注重团队协作，合理分配任务，及时沟通交流，确保设计进度和 质量。
未来展望
随着CAD技术的不断发展，应积极探索新的设计理念和方法，提高课程设计的创新性 和实用性。同时，鼓励学生参与实际工程项目，将理论知识与实践相结合，提升综合素
流程图绘制步骤及规范
确定流程图的类型和范围
根据课程设计需求，明确要绘制的流程图类型（如工艺流程图、控制 流程图等）和所涵盖的范围。
绘制主要设备和管道
使用CAD软件中的绘图工具，按照比例和规范要求，绘制出换热器、 泵、阀门等主要设备以及连接它们的管道。
添加流向箭头和标注
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列管式换热器设计第一节推荐的设计程序一、工艺设计1、作出流程简图。
2、按生产任务计算换热器的换热量Q。
3、选定载热体，求出载热体的流量。
4、确定冷、热流体的流动途径。
5、计算定性温度，确定流体的物性数据（密度、比热、导热系数等）。
6、初算平均传热温度差。
7、按经验或现场数据选取或估算Ｋ值，初算出所需传热面积。
8、根据初算的换热面积进行换热器的尺寸初步设计。
包括管径、管长、管子数、管程数、管子排列方式、壳体内径（需进行圆整）等。
9、核算Ｋ。
10、校核平均温度差D。
11、校核传热量，要求有15－25％的裕度。
12、管程和壳程压力降的计算。
二、机械设计1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。
2、换热器封头选择。
3、换热器法兰选择。
4、管板尺寸确定。
5、管子拉脱力计算。
6、折流板的选择与计算。
7、温差应力的计算。
8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。
9、绘制主要零部件图。
三、编制计算结果汇总表四、绘制换热器装配图五、提出技术要求六、编写设计说明书第二节列管式换热器的工艺设计一、换热终温的确定换热终温对换热器的传热效率和传热强度有很大的影响。
在逆流换热时，当流体出口终温与热流体入口初温接近时，热利用率高，但传热强度最小，需要的传热面积最大。
为合理确定介质温度和换热终温，可参考以下数据：1、热端温差（大温差）不小于20℃。
2、冷端温差（小温差）不小于5℃。
3、在冷却器或冷凝器中，冷却剂的初温应高于被冷却流体的凝固点；对于含有不凝气体的冷凝，冷却剂的终温要求低于被冷凝气体的露点以下5℃。
二、平均温差的计算设计时初算平均温差Dtｍ，均将换热过程先看做逆流过程计算。
1、对于逆流或并流换热过程，其平均温差可按式（2－1）进行计算：（2—1）式中，、分别为大端温差与小端温差。
当时，可用算术平均值。
2、对于错流或折流的换热过程，若无相变化，则要进行温差校正，即用公式（2－2）进行计算。
（2－2）式中是按逆流计算的平均温差，校正系数可根据换热器不同情况由化工原理教材有关插图查出。
一般要求＞0.8，否则应改用多壳程或者将多台换热器串联使用。
三、传热总系数Ｋ的确定计算Ｋ值的基准面积，习惯上常用管子的外表面积。
当设计对象的基准条件（设备型式、雷诺准数Re、流体物性等）与某已知Ｋ值的生产设备相同或相近时，则可采用已知设备Ｋ值的经验数据作为自己设计的Ｋ值。
表2－1为常见列管式换热器Ｋ值的大致范围。
由表2－1选取大致Ｋ值，表2-1 列管式换热器中的总传热系数K的经验值冷流体热流体总传热系数W/m2.℃水水850-1700水气体17-280水有机溶剂280-850水轻油340-910水重油60-280有机溶剂有机溶剂115-340 水水蒸汽冷凝1420-4250 气体水蒸汽冷凝30-300水低沸点烃类冷凝455-1140 水沸腾水蒸蒸汽冷凝2000-4250 轻油沸腾水蒸汽455-1020 用式（2－3）进行Ｋ值核算。
（2－3）式中：a－给热系数，W/m2.℃；R－污垢热阻，m2.℃／W；δ－管壁厚度，mm；λ－管壁导热系数，W/m.℃；下标ｉ、ｏ、ｍ分别表示管内、管外和平均。
当时近似按平壁计算，即：在用式（2－3）计算Ｋ值时，污垢热阻、通常采用经验值，常用的污垢热阻大致范围可查《化工原理》相关内容。
式中的给热系数a，在列管式换热器设计中常采用有关的经验值公式计算给热系数a，工程上常用的一些计算a的经验关联式在《化工原理》已作了介绍，设计时从中选用。
四、传热面积A的确定工程上常将列管式换热器中管束所有管子的外表面积之和视为传热面积，由式（2－4）和式（2－5）进行计算。
（2－4）（2－5）式中：－基于外表面的传热系数，W/m2.℃－管子外径，ｍ；L－每根管子的有效长度，ｍ；n－管子的总数管子的有效长度是指管子的实际长度减去管板、挡板所占据的部分。
管子总数是指圆整后的管子数减去拉杆数。
五、主要工艺尺寸的确定当确定了传热面积后，设计工作进入换热器尺寸初步设计阶段，包括以下内容：1、管子的选用。
选用较小直径的管子，可以提高流体的对流给热系数，并使单位体积设备中的传热面积增大，设备较紧凑，单位传热面积的金属耗量少，但制造麻烦，小管子易结垢，不易清洗，可用于较清洁流体。
大管径的管子用于粘性较大或易结垢的流体。
我国列管式换热器常采用无缝钢管，规格为外径×壁厚，常用的换热管的规格：φ19×2，φ25×2.5，φ38×3。
管子的选择要考虑清洗工作的方便及合理使用管材，同时还应考虑管长与管径的配合。
国内管材生产规格，长度一般为：1.5，2，2.5，3，4.5，5，6，7.5，9，12ｍ等。
换热器的换热管长度与壳径之比一般在6－10，对于立式换热器，其比值以4－6为宜。
壳程和壳程压力降，流体在换热器内的压降大小主要决定于系统的运行压力，而系统的运行压力是靠输送设备提供的。
换热器内流体阻力损失（压力降）越大，要求输送设备的功率就越大，能耗就越高。
对于无相变的换热，流体流速越高，换热强度越大，可使换热面积减小，设备紧凑，制作费低，而且有利于抑制污垢的生成，但流速过高，也有不利的一面，压力降增大，泵功率增加，对传热管的冲蚀加剧。
因此，在换热器的设计中有个适宜流速的选取和合理压力降的控制问题。
一般经验，对于液体，在压力降控制在0.01～0.1MPa之间，对于气体，控制在0.001～0.01MPa之间。
表2－2列出了换热器不同操作条件压力下合理压降的经验数据，供设计参考。
表2－2 列管换热器合理压降的选取2、管子总数n的确定。
对于已定的传热面积，当选定管径和管长后便可求所需管子数ｎ，由式（2－6）进行计算。
（2－6）式中－传热面积，；－管子外径，m；L－每根管子的有效长度，m；计算所得的管子n进行圆整3、管程数m的确定。
根据管子数n可算出流体在管内的流速，由式（2－7）计算。
（2－7）式中vs－管程流体体积流量，－管子内径，m；n－管子数。
若流速与要求的适宜流速相比甚小时，便需采用多管程，管程数ｍ可按式（2－8）进行计算。
ｍ＝u／（2－8)式中—用管子数n求出的管内流速，ｍ／ｓ；u－要求的适宜流速，ｍ／ｓ；式（2－8）中的适宜流速u要根据列管换热器中常用的流速范围进行选定，参见《化工原理》相关内容，一般要求在湍流下工作（高粘度流体除外），与此相对应的Re值，对液体为5×103，气体则为-。
分程时，应使每程的管子数大致相等，生产中常用的管程数为1、2、4、6、四种。
4、管子的排列方式及管间距的确定。
管子在管板上排列的原则是：管子在整个换热器的截面上均匀分布，排列紧凑，结构设计合理，方便制造并适合流体的特性。
其排列方式通常为等边三角形与正方形两种，也有采用同心圆排列法和组合排列法。
在一些多程的列管换热器中，一般在程内为正三角形排列，但程与程之间常用正方形排列，这对于隔板的安装是很有利的，此时，整个管板上的排列称为组合排列。
对于多管程的换热器，分程的纵向隔板占据了管板上的一部分面积，实际排管数比理论要少，设计时实际的管数应通过管板布置图而得。
在排列管子时，应先决定好管间距。
决定管间距时应先考虑管板的强度和清理管子外表时所需的方法，其大小还与管子在管板上的固定方式有关。
大量的实践证明，最小管间距的经验值为：焊接法胀接法，一般取(1.3～1.5)管束最外层管子中心距壳体内表面距离不小于。
5、壳体的计算。
列管换热器壳体的内径应等于或稍大于（对于浮头式换热器）管板的直径，可由式（2－9）进行计算。
Di＝a（b－1）＋2L （2－9）式中Di－壳体内径，mm；a－管间距，mm；b－最外层六边形对角线上的管子数；L－最外层管子中心到壳体内壁的距离，一般取L=(1～1.5)，mm；若对管子分程则Di＝f＋2Lf值的确定方法：可查表求取，也可用作图法。
当已知管子数n和管间距a后开始按正三角形排列，直至排好ｎ根为止，再统计对角线上的管数。
计算出的壳径Di要圆整到容器的标准尺寸系列内。
第三节列管式换热器机械设计在化工企业中列管式换热器的类型很多，如板式，套管式，蜗壳式，列管式。
其中列管式换热器虽在热效率、紧凑性、金属消耗量等方面均不如板式换热器，但它却具有结构坚固、可靠程度高、适应性强、材料范围广等特点，因此成为石油、化工生产中，尤其是高温、高压和大型换热器的主要结构形式。
列管式换热器主要有固定管板式换热器、浮头式换热器、填函式换热器和U型管式换热器，而其中固定管板式换热器由于结构简单，造价低，因此应用最普遍。
列管式换热器机械设计包括：1、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。
2、换热器封头选择。
3、压力容器法兰选择。
4、管板尺寸确定。
5、管子拉脱力的计算。
6、折流板的选择与计算。
7、温差应力的计算。
8、接管、接管法兰选择及开孔补强等。
9绘制主要零部件图和装配图。
下面分述如下：一、壳体直径的决定和壳体壁厚的计算。
1、已知条件：由工艺设计知管程和壳程介质种类、温度、压力、壳与壁温差、以及换热面积。
2、计算(1)管子数n：列管换热器常用无缝钢管，规格如下：管子材质的选择依据是介质种类，如果介质无腐蚀，可选碳钢，而介质有腐蚀则选择不绣钢。
管长规格有1500，2000，2500，3000，4500，5000，6000，7500，9000，12000mm。
n=A/(pdmL)，其中A—换热面积(m2)；L—换热管长度mm；dm—管子的平均直径mm。
由于在列管式换热器中要安装4根或6根拉杆。
所以实际换热管子数为{n-4(6)}根。
(2)管子排列方式，管间距确定。
管子排列方式一般在程内采用正三角形排列，而在程与程之间采用正方形排列。
管间距根据最小管间距选择。
最小管间距(3)换热器壳体直径的确定壳体直径计算公式：当采用正三角形排列时为Di=a(b-1)+2L 式中Di—换热器内径；a—管间距；b—正三角形对角线上的管子数；L—最外层管子的中心到壳壁边缘的距离。
若对管子进行分程则Di=f+2L式中f—壳体同一内直径两端管子中心距mm；Di、L同上。
计算出Di后还要圆整到公称直径系列中。
(4)换热器壳体壁厚的计算计算壁厚为S=PDi/(2[σ]tΦ－P)式中P—设计压力，MPa；当P﹤0.6 MPa时，取P=0.6 MPa；Di—壳体内径，mm；Φ—焊缝系数，根据焊缝情况选取Φ=0.85-1.0；[σ]t—壳体材质在设计温度时的许用应力，MPa。
材质选取原则同管子的选取原则一样。
计算出S后还要根据钢板厚度负偏差表选取钢板厚度负偏差C1；根据腐蚀情况选取腐蚀裕量C2，C2=KaB 其中Ka为腐蚀速度(mm/a)，B为容器的设计寿命。
当材料的腐蚀速度为0.05～0.1mm/a 时，单面腐蚀取C2=1～2mm，双面腐蚀取C2=2～4mm。