典型化工设备设计-换热器结构
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 ExchangerAuthor : Chen Hui -juanTutor : Li HuiAbstractHeat 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, themost 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 exchange tube bundle, tube plate, the front tube box (also known as the roof or head) and the back-end structure parts. Tube bundle is installed on both ends of casing, which is fixed on the tube plate. Tube box and the back-end respectively connected to theflange bolts at the ends of the shell structure, maintenance or cleaning for easy disassembly. The merits of the heat exchanger design ultimately depends on whether applicable, economic, safe, flexible and reliable running, convenient maintenance cleaning, etc. A high heat transfer efficiency, compact, low cost, safe and reliable production of heat exchanger, requires carefully considered in the design of all sorts of problems. The accurate thermal design and calculation, but also for intensity and conform to the requirement of process manufacturing level.Keywords: Heat exchanger,Fixed tube plate heat exchanger, Structure,Design目录1 绪论.......................................... 错误!未定义书签。
化工设备设计全书换热器设计
化工设备设计全书换热器设计换热器是一种用于传递热量的设备，常用于化工工艺中。
换热器设计的目标是在满足工艺要求的前提下，最大限度地提高热量传递效率，并确保设备的稳定运行和安全性。
换热器设计过程包括以下几个主要步骤：1. 确定热量传递需求：首先，需要明确工艺中所需的热量传递量，即冷热流体之间的温度差和传热面积。
2. 选择合适的换热器类型：根据工艺要求和特定的应用场景，选择适合的换热器类型。
常见的换热器类型包括壳管式换热器、板式换热器、螺旋板换热器等。
3. 确定传热介质和流体参数：确定冷热流体的物性参数，如温度、压力、流量等，并选择合适的传热介质，如水、蒸汽、油等。
4. 计算传热面积：根据热量传递需求和换热器类型，计算所需的传热面积。
传热面积的大小直接影响换热器的尺寸和成本。
5. 设计换热器结构：根据换热器类型和传热面积，设计换热器的结构参数，如管束布置、管道直径、板间距等。
6. 选择合适的材料：根据工艺要求和流体特性，选择合适的材料来制造换热器，确保其耐腐蚀性和耐高温性。
7. 进行强度计算：对换热器结构进行强度计算，确保其能承受工作条件下的压力和温度。
8. 进行传热和流动阻力计算：通过传热和流动阻力计算，评估换热器的传热效率和流体流动特性是否满足工艺要求。
9. 进行换热器的工艺模拟和优化：使用计算机辅助设计软件，进行换热器的工艺模拟和优化，以提高热量传递效率和设备性能。
10. 编制设计报告和施工图纸：最后，根据设计结果编制详细的设计报告和施工图纸，作为生产制造和安装的依据。
换热器设计需要综合考虑工艺要求、设备特性和经济效益等因素，并遵循相关的设计规范和标准，以确保设计的准确性和安全性。
化工原理课程设计——换热器
化工原理课程设计管壳式换热器选型姓名：学号：10091693班级：工092指导老师：袁萍前言1.换热器的设备简介传热是热能从热流体间接或直接传向冷流体的过程。
其性质复杂，不但要考虑经过间壁的热传导，而且要考虑到间壁两边流体的对流传热，有时还须考虑到辐射传热。
在化学工业中常遇到的热交换问题，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。
其中间壁式换热器詹用量最大，据统计，这类换热器占总用量的99%。
间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类，其中管壳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，其设计资料基本齐全，在许多国家都有了系列化的标准。
因此，作为广泛应用于各个领域的工业设备，它在国民经济中具有非常重要的作用。
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。
管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、双重管式换热器、填料函式换热器和双管板换热器等。
前3种应用比较普遍。
固定管板式换热器的结构：主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。
它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。
这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。
这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高及壳程介质清洁，不易结垢的场合。
在满足工艺过程要求的前提下，换热器应达到安全与经济的目标。
换热器设计的主要任务是参数选择和结构设计、传热计算及压降计算等。
设计主要包括壳体形式、管程数、换热管类型、管长、管子排列、管子支承结构、冷热流体的流动通道等工艺设计和封头、壳体、管板等零部件的结构、强度设计计算。
化工设备课件列管式换热器PPT课件
材料选择
高温材料
对于高温工况，选择耐高温、抗氧化、抗腐 蚀的材料，如不锈钢、镍基合金等。
腐蚀性介质
对于腐蚀性介质，选择耐腐蚀、防腐蚀的材 料，如钛合金、聚四氟乙烯等。
低温材料
对于低温工况，选择耐低温、抗脆化的材料， 如铝合金、铜合金等。
压力容器材料
根据压力需求，选择具有足够强度和稳定性 的材料，如碳钢、低合金钢等。
建立设备维修与保养记录，便于追踪设备运行状况和及时发现潜在问题。
05
列管式换热器的故障诊断与处理
常见故障及原因
列管堵塞
由于列管内壁结垢、腐蚀或异物堵塞 等原因，导致传热效率下降。
列管破裂
由于列管材质缺陷、焊接质量差或使 用过程中受到过大的压力或温度波动， 导致列管破裂。
热效率低
由于传热面积不足、传热介质流量不 足或传热温差过小等原因，导致换热 器热效率低下。
特点
结构紧凑、传热效率高、适应性 强、操作定、可处理高热量和 腐蚀性介质等。
工作原理
01
热流体通过列管内部，被加热或 冷却的流体在列管外部流动，通 过列管壁进行热量交换。
02
热量通过列管壁从热流体传递到 被加热或冷却的流体，实现热量 交换。
类型与结构
固定管板式
管板与壳体焊接在一起，结构 简单，适用于壳程压力不高、
03
列管式换热器设计
设计参数
传热面积
根据工艺要求，计算所需的传热面积，确保 热量交换的效率和效果。
传热效率
选择合适的传热方式，如导热、对流、辐射 等，以提高传热效率。
压力等级
根据工艺压力需求，选择合适的压力等级和 耐压材料，确保设备安全。
温度范围
根据工艺温度需求，选择耐温材料和结构， 确保设备在规定的温度范围内工作。
换热器及零部件结构设计
换热器及零部件结构设计1.绪论换热设备是化工、炼油、食品、轻工、能源、制药机械及其他许多工业部门广泛使用的通用设备。
随着工业的发展，换热设备在能量储存、转化、余热回收以及新能源利用和污染治理中得到广泛应用。
1.1 换热器的分类1.1.1 换热器的分类及特点按照传热方式的不同，换热器可分为三类：1.直接接触式换热器；2.蓄热式换热器；3.间壁式换热器.1.2 管壳式换热器的分类及特点管壳式换热器可分为五类：1.固定管板式换热器；2.浮头式换热器3.U形管式换热器；4.填料函式换热器；5重沸器。
浮头式换热器的特点浮头式换热器两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动，成为浮头。
浮头部分是由浮头管板，钩圈与浮头端盖组成的可拆联接，因此可以容易抽出管束，故管内管外都能进行清洗，也便于检修。
浮头式换热器的优点是管间和管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求高。
适用于壳体和管束之间壁温差较大的或壳程介质易结垢的场合。
2.换热器的工艺条件与选型2.1 换热器的工艺条件设计条件壳程管程工作介质设计压力工作压力设计温度介质特性换热面积烃循环水-0.0781MPa0.495MPa-0.071MPa0.45MPa80℃60℃易爆/78㎡2.2 换热器的选型根据换热器流体的性质和各种管壳式换热器的特点，本回收塔冷却器选用浮头式换热器。
3. 换热器的零部件结构设计3.1换热管3.1.1 换热管的材料、形式及尺寸回收塔冷却器采用光管，因为光管加工方便、价格便宜。
根据换热流体的性质选用Φ25mm×2.5mm长度L=60000mm的20号无缝钢管作为换热管的材料。
根据GB151-89表3-11（a ）I 级换热器换热管外径允许的偏差是Φ25±0.20管板管孔允许的偏差是Φ+0.15025。
3.1.2 换热管的排列方式及管心距如图所示，换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形和转角正三角形、转角正方形。
化工原理课程设计--年处理7万吨乙醇的换热器设计
化工原理课程设计说明书课题名称：年处理7万吨乙醇的换热器设计目录摘要 (1)Abstract (2)第一章设计内容 (3)1.1概述 (3)1.2固定管板式换热器的优缺点 (4)1.3固定管板式换热器的构成及结构特点 (4)1.4固定管板式换热器的结构原理 (4)第二章设计计算 (5)2.1确定设计方案 (5)2.2确定物性数据 (5)2.3初选总传热系数 (7)2.4计算传热面积 (8)2.5工艺结构尺寸 (8)第三章换热器核算 (14)3.1面积核算 (14)3.2压降核算 (16)附表及符号说明 (20)设计小结与致谢 (21)参考文献 (22)摘要换热器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。
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。
我们这次课程设计的任务是设计一套固定管板式换热器。
乙醇为热流体,水为冷流体。
乙醇进口温度为C70,出口温度为在这次设计过程包括设计方案的确定，设计计算（总传热系数选择传热面积及其工艺尺寸的计算），然后进行面积与压降核算经过反复核算最终确定出了换热器的各个参数。
面积裕度为24.7%符合面积裕度范围（15%-25%）,管程压降为2028.6pa<105pa,壳程压降为5722pa<105pa 符合设计要求。
紧接着我们开始编写说明书，用CAD画换热器装配图。
最终完成满足要求的设计方案。
关键词：固定管板式换热器设计AbstractThe heat exchanger is part of thermal fluid heat transfer to the cold fluid equipment, also called heat exchanger. Heat exchanger is the realization of chemical processes of heat exchange and transmission of essential equipment the petroleum, chemical industry, light industry, pharmaceuticals, energy and other industrial production, often used for the cryogenic fluid heating or cooling the high temperature fluid, the liquid vaporized into steam or the steam is condensed into liquid. According to statistics, heat exchanger tonnage about the entire process equipment 20%, some even as high as 30%, one can imagine the importance.We this course design task is to design a set of fixed tube plate heat exchanger Ethanol as the hot fluid, water as cooling fluid. Ethanol inlet temperature, outlet temperature in determining this design process including design, design calculation (calculation of heat transfer area and the process of selection of size of the total heat transfer coefficient and pressure drop), and then the area of accounting after repeated accounting Area of margin of 24.7% compliance area margin range (15%-25%), pipe pressure drop is 2028.6pa<105pa, pressure shell of 5722pa<105pa meets the design requirements. eventually determine the various parameters of the heat exchanger. Then, we heat exchanger assembly drawing with CAD. Finally completed to meet the requirements of the design scheme.Keywords: fixed tube sheet heat exchanger design第一章 设计内容1.1概述目前固定管板式换热器产品达到了一个成熟阶段,凭借其高效、节能、环保的优势,在各行业领域中被频繁使用, 并被用以替换原有管壳式和翅片式换热器,取得了很好的效果。
化工原理课程设计——换热器设计
化工原理课程设计——换热器设计本课题研究的目的要紧是针对给定的固定管板式换热器设计要求，通过查阅资料、分析设计条件，以及换热器的传热运算、壁厚设计和强度校核等设计，差不多确定固定管板式换热器的结构。
通过分析固定管板式换热器的设计条件，确定设计步骤。
对固定管板式换热器筒体、封头、管板等部件的材料选择、壁厚运算和强度校核。
对固定管板式换热器前端管箱、后端管箱、传热管和管板等结构进行设计，对换热器进行开孔补强校核。
绘制符合设计要求的固定管板式换热器的图纸，给出相关的技术要求；在固定管板换热器的结构设计过程中，要参考相关的标准进行设计，比如GB-150、GB151……，使设计能够符合相关标准。
同时要是设计的结构满足生产的需要，达到安全生产的要求。
通过设计过程达到熟悉了解换热器各部分结构特点及工作原理的目的。
关键词：换热器；固定管板；设计；强度名目摘要 ....................................................... 错误!未定义书签。
1绪论 (1)1.2固定管板换热器介绍 (2)1.3本课题的研究目的和意义 (3)1.4换热器的进展历史 (4)2产品冷却器结构设计的总体运算 (6)2.1 产品冷却器设计条件 (6)2.2前端管箱运算 (8)2.2.1前端管箱筒体运算 (8)2.2.2前端管箱封头运算 (10)2.3后端管箱运算 (11)2.3.1后端管箱筒体运算 (11)2.3.2后端管箱封头运算 (12)2.4壳程圆筒运算 (13)3各部分强度校核 (15)3.1开孔补强运算 (15)3.2壳程圆筒校核 (18)3.3管箱圆筒校核 (19)4换热管及法兰的设计 (20)4.1换热管设计 (20)4.2管板设计 (21)4.3管箱法兰设计 (22)4.4壳体法兰设计 (25)4.5各项系数运算 (27)5 产品冷却器制造过程简介 (34)5.1 总则 (34)5.2零部件的制造 (34)结论 (43)参考文献: (44)致谢 (44)1绪论1.1换热器的作用及分类在工业生产中，换热设备的要紧作用是使热量由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过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。
1化工原理课程设计(换热器)解析
一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，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1×105Pa。
4、每年按330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：114000吨/年煤油五、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。
第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。
由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。
1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。
所以传热是最常见的重要单元操作之一。
无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。
此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。
归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。
②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。
1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种不同的流体，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。
板式换热器典型结构
板式换热器典型结构板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、冶金、电力、制药等工业领域。
它的典型结构包括：板叠堆、板组、端板、挡板、密封条和连接件等部分。
1. 板叠堆板叠堆是板式换热器的核心部分，由多个平行的金属板组成。
这些金属板通常是波纹状的，以增加换热面积和强化对流传热效果。
板叠堆的材质通常选择不锈钢、钛合金、镍合金等耐腐蚀材料，以适应不同工况的需求。
2. 板组板组是由板叠堆叠加在一起形成的整体结构。
板组的数量和排列方式决定了换热器的换热效率和流体的流动路径。
一般来说，板组越多，换热面积越大，换热效果越好。
板组的排列方式主要有单通道、多通道和多效等形式，用于满足不同的换热要求。
3. 端板端板是将板组固定在一起的部分，通常由厚重的金属材料制成。
端板具有良好的密封性能，能够确保流体在板组内部的流动方向和流量分布均匀。
端板上还设置有进出口管道和连接口，用于与外部系统进行流体的连接和调节。
4. 挡板挡板位于板组的两端，用于分隔流体的进出口。
挡板上开设了流体通道和孔洞，使得流体可以在板组内部按照预定的路径流动，从而实现换热的目的。
挡板的设计和布置对于换热器的性能和效率有着重要的影响。
5. 密封条密封条位于板叠堆和端板之间，用于保持板组内部的密封性。
密封条通常采用橡胶或聚四氟乙烯等材料制成，具有良好的耐腐蚀性和密封性能。
通过适当的压力和温度控制，可以确保换热器的工作安全和稳定。
6. 连接件连接件用于将板组、端板、挡板和密封条等部分紧密地连接在一起。
连接件通常采用螺栓、螺母和密封垫等元件组成，能够承受换热器内部流体的压力和温度载荷。
连接件的质量和紧固程度对于换热器的性能和安全运行至关重要。
板式换热器的典型结构包括板叠堆、板组、端板、挡板、密封条和连接件等部分。
这些部分相互协作，通过流体的流动和热量的传递，实现了高效的换热过程。
板式换热器具有结构紧凑、换热效率高、适应性强等优点，是现代工业中不可或缺的重要设备之一。
化工原理设计(换热器设计)
广东石油化工学院化工原理课程设计说明书题目：柴油预热原油的管壳式换热器学生班级：学生姓名：学生学号： 18指导教师：李燕化学化工学院年月日化工原理课程设计任务书一、设计题目：列管式换热器设计二、设计任务及操作条件某炼油厂用柴油将原油预热。
柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2.K/W，要求两侧的阻力损失均不超过0.5×105Pa。
试选用一台适当型号的列管式换热器。
(x:学号)三、设计要求提交设计结果，完成设计说明书。
设计说明书包括：封面、目录、设计任务书、设计计算书、设计结果汇总表、参考文献及设计自评表、换热器装配图等。
（设计说明书及图纸均须手工完成）四、定性温度下流体物性数据物料温度℃质量流量kg/h比热kJ/kg.℃密度kg/m3导热系数W/m.℃粘度Pa.s 入口出口柴油175 T2 34220 2.48 715 0.133 0.64×10-3原油70 110 44330 2.20 815 0.128 3.0×10-3 推荐总K=45~280 W/m.℃注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8五、参考书目:1、姚玉英 . 化工原理 ,上册,1版.天津:天津大学出版社,19992、柴诚敬.化工原理课程设计. 1版.天津:天津大学出版社,19943、匡国柱.化工单元过程及设备课程设计. 1版.北京:化学工业出版社,20024、李功祥.常用化工单元设备设计.1版.广州:华南理工大学出版社,2003目录1.设计任务书 (1)2.概述 (2)3.设计条件及物性参数表 (2)4.方案设计和拟定 (3)5.设计计算 (6)6.热量核算 (11)7.参考文献 (16)8.心得体会 (17)1．设计任务书1.1设计题目用柴油预热原油的管壳式换热器1.2设计任务1.查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤；2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；3.根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；4.以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；5.编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。
换热器的机械设计
7.壳体热应力校核； 8.支座设计。
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7.2换热管的选用及其与管板的连接 7.2.1 换热管选用 ·常用管子形式：
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·常用管子材质：碳钢（10，20），低 合金钢（16Mn,15MnV),合金钢 （1Cr18Ni9Ti),铜，钛，铝，塑料， 石墨等。 管子选用，要注意—— 单位传热面积的金属耗量， 传热效果， 结构紧凑， 清洗及结垢等等因素。
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管与管板焊接形式： 管与管板焊接形式
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3.胀焊并用 胀焊并用 克服了单纯的焊接及胀接的缺点， 主要优点是： • 连接紧密，提高抗疲劳能力； • 消除间隙腐蚀和应力腐蚀； • 提高使用寿命。 施工方式：先胀後焊；先焊後胀。 胀接——贴胀；强度胀。 焊接——密封焊，强度焊。 根据不同情况具体制定施工工艺。
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分程举例： 2程—— 管箱分程：
4程——
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4.分程隔板及其与管板间的密封 管箱结构：Βιβλιοθήκη 25隔板：单层及双层。
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7.3.5 管板与壳体的连接结构结构 1.固定式管板——用于固定式管板换热器。
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2.非固定式管板
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浮头式、U形管式和填料函式换热 器上的管板为可拆式结构，以便清理壳 程。
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保证紧密性的方法： 保证紧密性的方法 •管板孔开槽； •胀接周边保证清洁； •管子硬度低于管板孔周边 硬度。 保证管端硬度较低并且低 于管板硬度的方法： •管端退火处理。 •选材考虑。
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2.焊接 焊接
优点： • 高温高压下能保证连接 的紧密性； • 管板孔加工精度要求不 高，低于胀接； • 焊接工艺简单； • 压力不高时可用薄管板。 缺点： • 存在焊接热应力——应 应 力腐蚀； 力腐蚀； • 管与孔间有间隙——形 成介质死区，间隙腐蚀 间隙腐蚀。 间隙腐蚀
换热器设计
二、旁路挡板 1、作用 阻止流体短路，迫使壳体流体通过管 束进行热交换。
2、结构及安装
加工成规则 的长条状， 长度等于折 流板或支承 板的板间距， 两端焊在折 流板或支承 板上。
图7-30 旁路挡板的结构
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旁路挡板
旁路挡板
折流板 折流板
图7-31 旁路挡板的结构
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三、拦液板 立式冷凝器中起到截拦液膜作用。在立式冷凝器中为减 薄管壁上的液膜而提高传热膜系数。
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2、结构 弓形、圆盘－圆环形和带扇形切口。
图7-26 弓形折流板
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图7-27 圆盘-圆环形折流板
图7-28 带扇形切口折流板
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折流板缺口垂直左右布置
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折流板的加工
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3、尺寸
厚度
与壳体直径和折流板间距有关
折流板最小厚度按下表选取
表7-3 折流板的厚度
64
弓形折流板间距
最小间距≥
44
45
（二）正方形和转角正方形排列
流 体 流 动 方 向 流 体 流 动 方 向
正方形排列
转角正方形排列
图7-19 正方形排列的管子
管间小桥形成一条直线通道，便于机械清洗。要经常 清洗管子外表面上的污垢时，多用正方形排列。
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（三）组法。即 每一程中都采用三角 形排列法，而在各程 之间，为了便于安装 隔板，则采用正方形 排列法，如图7－20。
贴胀—只消除间隙，不承担拉脱力；
强度胀—既消除间隙，又满足胀接强度。 目前，先焊后胀与先胀后焊两派学说仍处于争议之中。
43
第三节 管板结构 一、换热管排列方式
（一）正三角形和转角正三角形排列
流 体 流 动 方 向 流 体 流 动 方 向
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 ExchangerAuthor : Chen Hui -juanTutor : Li HuiAbstractHeat 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, themost 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 exchange tube bundle, tube plate, the front tube box (also known as the roof or head) and the back-end structure parts. Tube bundle is installed on both ends of casing, which is fixed on the tube plate. Tube box and the back-end respectively connected to theflange bolts at the ends of the shell structure, maintenance or cleaning for easy disassembly. The merits of the heat exchanger design ultimately depends on whether applicable, economic, safe, flexible and reliable running, convenient maintenance cleaning, etc. A high heat transfer efficiency, compact, low cost, safe and reliable production of heat exchanger, requires carefully considered in the design of all sorts of problems. The accurate thermal design and calculation, but also for intensity and conform to the requirement of process manufacturing level.Keywords: Heat exchanger,Fixed tube plate heat exchanger, Structure,Design目录1 绪论.......................................... 错误!未定义书签。
化工设备(换热器)PPT
• 换热器概述 • 换热器的设计与选型 • 换热器的应用 • 换热器的维护与保养 • 新型换热器技术与发展趋势
01
换热器概述
定义与作用
定义
换热器是一种用于热量交换的设 备，广泛应用于化工、石油、制 药等领域。
作用
换热器的主要作用是将热量从一 种流体传递给另一种流体，以满 足工艺需求。
智能化
利用传感器、控制器等智能元件， 实现换热器的远程监控、自动控 制和故障诊断，提高设备运行的 安全性和可靠性。
THANKS
感谢观看
强化传热表面
采用翅片、螺旋等强化传热表面，提 高传热效果。
便于清洗和维修
结构设计应便于清洗和维修，减少维 护成本。
03
换热器的应用
在化工行业的应用
化学反应过程中的热量交 换
换热器在化工行业中广泛应用于化学反应过 程中的热量交换，如放热反应和吸热反应的 热量传递。
工艺流程控制
换热器在化工生产过程中起到工艺流程控制的作用 ，通过调节温度、压力等参数，实现对化学反应过 程的有效控制。
食品加工
换热器在食品加工过程中用于加 热和冷却，以实现食品的烹制、
杀菌、保鲜等处理。
饮料生产
换热器在饮料生产过程中用于加 热和冷却，以实现饮料的调配、
灭菌和灌装等处理。
食品包装
换热器在食品包装过程中用于控 制包装材料的温度，以确保食品
包装的质量和安全。
04
换热器的维护与保养
日常维护
每日检查
01
检查换热器的外观是否正常，是否有泄漏、腐蚀、变形等问题。
换热器的分类
按传热原理分类
按结构特点分类
可分为间壁式、混合式和蓄热式换热 器。
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
化工设备(换热器)PPT课件
强化传热技术
研究更加高效的传热技术，提高换热 器的传热效率，降低能耗。
智能化控制
研究基于物联网和人工智能技术的智 能化控制策略，实现换热器的智能控 制和管理。
环保设计和制造
研究环保设计和制造技术，减少换热 器对环境的影响，推动可持续发展。
详细描述
换热器的基本结构包括壳体、传热管、管板、折流板和进出口接管等部分。其工作原理是利用两种流 体之间的温差，通过传热面进行热量交换。当热流体通过传热管内的通道时，热量通过管壁传递给冷 流体，使其温度升高或降低，从而实现热量交换。
02
换热器的应用
在化工行业的应用
化学反应过程中的热量交换
在各种化学反应过程中，换热器用于控制反应温度，确保化学反 应的顺利进行。
化工设备(换热器)ppt课件
• 换热器概述 • 换热器的应用 • 换热器的设计与优化 • 换热器的维护与保养 • 新型换热器技术与发展趋势
01
换热器概述
定义与功能
总结词
换热器的定义和功能
详细描述
换热器是一种用于热量交换的化工设备，主要用于将热量从一种流体传递给另 一种流体。它广泛应用于化工、石油、制药等领域，是实现工艺流程中的热量 传递和回收的关键设备之一。
常见故障及排除方法
传热效率下降
可能是由于污垢或沉积物堵塞，需要清洗换热器 表面和内部。
泄漏
可能是由于密封件老化或损坏，需要更换密封件。
振动和噪音
可能是由于设备安装不稳或流体动力学问题，需 要检查设备安装和流体流动情况。
定期检查与维修
定期检查
01
按照规定的时间间隔对换热器进行检查，包括外观、密封件、
第二章换热设备
..\..\105个化工设备原理动画\换热器\套管式 换热器.swf
优点 缺点
结构简单，可利用标准管件。
两种流体都可在较高温度和压力下 换热，传热系数大。
传热面积可根据需要增减，通过改变 管径，可调节流速。
◆ 根据传热方式不同： 直接接触式(混合式）换热器 蓄热式换热器 间壁式换热器
1、直接接触式换热器
通过冷热流体直接 混合进行热量交换的设 备。为了增加两流体的 接触面积，以达到充分 换热的目的，常在设备 中放置填料和栅板。如 冷却塔、气压冷凝 器。..\..\105个化工设 备原理动画\换热器\浴 室温水加热.swf
结构简单，造价低廉。
管子可承受较大的介质压力，不易泄露。
结构笨重 管内清洗不便。
按使用状态不同，蛇管式又可分为沉 浸式和喷淋式两种，
..\..\105个化工设备原理动画\换热器\沉浸 蛇管换热器.swf
..\..\105个化工设备原理动画\换热器\喷淋式 换热器.swf
3、套管式换热器
是由两种不同直径的标准管子组装成同心 圆套管，然后由多段套管连接而成。程数 可根据传热要求增减。
1、板式换热器
是一种高效换热器， 换热单元是一组长方 形的薄金属片。
由固定端板、活 动端板、传热板片、 密封垫片、压紧和定 位装置等构成。
板片表面通常压 制成波纹形或槽型， 以增加刚度和流体的 湍流程度；
在板片的四周安上垫片，通过压紧装置压紧，垫片的 作用：一是密封；二是使两块板面之间形成流体通道。 冷、热流体分别在同一块板的两侧通过。
10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。21:13:2221:13:2221:136/14/2021 9:13:22 PM
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•特点 ：
•图7-7 U型管式换热器
•优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。
•缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。
•适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀
•6）温差应力计算。
•课堂提问
•说出换热器类型 •固定管板式换热 器
•U形管式换热器
•填料函式换热器
•浮头式换热器
•第二节 管板式换热器换热管的选用及其与管 板的连接
•（一）直径
•小管 径
•单位体积传热面积增大、结构紧凑 、 •金属耗量减少、传热系数提高
•阻力大，不便清洗，易结垢堵塞
•大管径
•用于较清洁的流体
程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。
•缺点：不易清洗壳程，壳体和管束中可能产生较大的 热应力。
•适用场合：适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清 洗以及温差不大或温差虽大但是壳程压力不大的场合。 •为减少热应力，通常在固定管板式换热器中设置柔性元 件（如膨胀节、挠性管板等），来吸收热膨胀差。
•图7-3 带膨胀节的固定管板式换热器
•管壳式换热器的结构：
•基本类型
•固定管板式换热器
•浮头式换热 器 •U形管式换热 器
•填料函式换热器
•（一）固定管板式换热器
•带补偿 器
•无补偿 器
•固定管板换热器——
•
分为带补偿器和不带补偿器两种。
•图7-2 固定管板式换热器
•结构三维图
•优点：结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管
•粘性大或污浊的流 体
•（二）规格
•（外径×壁厚），长度按规定决定
•φ19×2、φ25×2.5和φ38×2.5mm无缝钢管
•换热管尺寸 φ25×2和φ38×2.5mm不锈钢管
•标准管长1.5、2.0、3.0、4.5、6.0、9.0m等
• 换热器的换热管长度与公称直径之比，一般在4～25之 间，常用的为6～10。立式换热器，其比值多为4～6。
•热流 体
•冷流 体
•蓄热式换热器
•3、间壁式
•重点
•——又称表面式换热器
•利用间壁（固体壁面）进行热交换 。 •冷热两种流体隔开，互不接触，热 量 •应•由用热最流为体广通泛过，间形壁式传多递种给多冷样流，体。 •如管壳式换热器、板式换热器等
•对于间壁式换热器，按间壁形状进一步分为
•(1)管式 •(2)紧凑式
•换热管型式
•光管
•翅片管（在给热系数低侧）
•填料函式密封
• 填料函式换热器
•优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管间清洗方便。 ••缺点：填料处易泄漏。
• 适用场合： 4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒 及
•
贵重介质，使用温度受填料的物性限制。
•U形管式换热器
•U形ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式换热器
•动画
•（四）U形管式换热 器
U型管式换热器的二维图
•排管、蛇管、套管
•螺旋板式、板式、板 翅、伞板等
•(3)管壳式
•重点
•下面我们来看一看管壳式换热器的基本结构
•管壳式换热器 •
•根据我们前面学习的内容，请同学们说说序号 •2、3、8、12、21各代表什么零件？
•图7-1 换热器构件名称
•1-管箱(A,B,C,D型);2-接管法兰;3-设备法兰;4-管板;5-壳程接管;6-拉杆;7-膨 胀节;8-壳体;9-换热管;10-排气管;11-吊耳;12-封头;13-顶丝;14-双头螺柱;15螺母;16-垫片;17-防冲板;18-折流板或支承板;19-定距管;20-拉杆螺母;21-支座 ;22-排液管;23-管箱壳体;24-管程接管;25-分程隔板;26-管箱盖
•
性大的物料。
•（一）工艺计 算•选型；确定管、壳程；通过化工工艺计算，确定换热器的
传热面积，同时选择管径、管长，决定管数、管程数和壳
程数 。
•（二）机械设 计 •1）壳体直径的决定和壳体厚度的计算；
•2）换热器封头选择，压力容器法兰选择；
•3）管板尺寸确定；
•4）折流板的选择与计算；
•5）管子拉脱力的计算；
•那么衡量一台换热器好坏的标准是什么呢？
•1.先进性 •传热效率高，流体阻力小，材料省
•2.合理性
•可制造加工，成本可接受
•3.可靠性 •满足操作条件 ,强度足够,保证使用寿 命
•冷却器（cooler）
•冷凝器（condenser）
•加热器（一般不发生相变）（heater ） •蒸发器（发生相变）（evaporator）
•（三）材料
•由压力、温度、介质的腐蚀性能决定。常用管子材 质有：碳素钢（10，20）、合金钢（1Cr18Ni9Ti)、
低合金钢（16Mn,15MnV)、铜、钛、塑料、石墨等
。
•碳素钢
•金属材 料
•低合金 钢 •不锈 钢 •铜
•铜镍合 金 •铝合金
•非金属材料
•石 墨
•陶 瓷
•聚四氟乙烯等
•钛等
•（四）结构型式
•（二）浮头式换热器
•图7-4 浮头式换热器
•优点： 管内和管间清洗方便，不会产生热应力。
•缺点： 结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在
•
操作中无法检查，影响传热。
•适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易
•
结垢的场合。
• 浮头结构
•（三）填料函式换热器
•特点： •1.一端可自由伸缩— 不产生热应力 ； •2.管束可以抽出，管内外均易清洗 ； •3.填料将壳程介质与外界隔开，易 外漏，介质受限制；
•再沸器（reboiler）
•废热锅炉（waste heat boiler）
四、换热器的基本类型
•按传热方式或工作原理分 类
•1、直接接触 式
•热流体
•热流体
•冷流体
•传热效果好，但不 能用于发生反应或有
影响的流体之间
•冷流体
•直接接触式换热器
•2、蓄热式
•冷流 体
•热流 体
•温度较高的场 合，但有交叉污 染，温度波动大
典型化工设备设计-换热 器结构
2020年6月2日星期二
•第三篇 典型化工设备的机械设 计
•换热 器
•塔设 备
•搅拌设 备
•第七章 管壳式换热器的机械设 计
•第一节 换热器概述
•换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。
•1、如：开水锅炉、水杯、冰箱、空调等。 •2、是许多工业部门广泛应用的通用工艺设 备。通常，在化工厂的建设中，换热器约 占总投资的11％～ 40％ 。