管壳式换热器机械设计参考资料
《管壳式换热器设计》PPT课件
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1.3 管壳式换热器介绍
管壳式换热器具有可靠性高，适应性广泛等优点，在各工 业领域中得到最为广泛在应用。
1.3.1 基本类型 根据管壳式换热器的结构特点,可分为固定管板式、浮
头式、U形管式、填料函式和釜式沸器五类,如图示。 1.3.1.1 固定管板式换热器 固定管板式换热器管束连接在管板上，管板与壳体焊接。 1.3.1.1.1 优点： 1）传热面积比浮头式换热器大20%-30%； 2）旁路漏流较水； 3）锻件使用较少； 4）没有内漏。
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1.2.1.3 间壁式换热器
1.2.1.3.1 间壁式换热器分类 管式换热器、板式换热器及其它形式的换热器。
管式换热器都是通过管子壁面进行传热的换热器。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、缠绕管式换热器和管壳式换热器。
其中管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。 它占换热器总量的90%。它是典型的间壁式换热器.
足要求的场合.
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二、 管壳式换热器的设计参数及材料
2.1 设计参数
是指用于确定换热器施工图设计、制造、检验及验收 的参数。 它主要包括设计压力P、设计温度T、厚度δ、 焊接接头系数φ、试验压力PT、公称直径DN、公称长度 LN、换热面积A、容器类别等。
2.1.1 设计压力：
指设定的换热器管、壳程顶部的最高压力，与相应
计温度。
在任何情况下，金属元件的表面温度不得超过金属材料的允许使用温 度。
2.1.3 厚度
2.1.3.1 计算厚度---- 按规范的公式计算得到的厚度。
2.1.3.2 设计厚度-----设计时必须考虑腐蚀裕量C2，计算厚度与腐蚀裕量 之和为设计厚度。
管壳式换热器.doc
管壳式换热器（GB151-1999）1.管壳式换热器的结构组成：a 受压元件：壳体、膨胀节、设备法兰、换热管、管箱、管板、接管及法兰（DN250）设备主螺柱（M36）b 非受压元件：支座、折流板、拉杆c 管程：与换热管相连通的空间d 壳程：换热管外部、壳体内部的连通空间 2管壳式换热器的设计： a 工艺设计：A 、Δp换热器直径、换热管规格、材料、数量、长度、排列方式、程数、折流板结构和数量； b 机械设计：换热管束级别确定，结构设计，强度、刚度、 稳定性计算第一部分 传热和换热器基本知识 列管式换热器的工艺设计步骤：1、计算传热量、平均温差，估计总传热系数K ，估算传热面积； （1）传热量的计算：两流体无相变热量衡算式： 可知：要想计算传热量，需要知道4个温度和2个流量。
（2）传热温差的计算： （3）传热面积的估算：2、设定换热管规格和管内流体流速，计算换热管数和长度，确定管程数；管束分程： 在满足流量和压降的前提下，采用多管程可提高流速，达到强化传热的目的，管程数一般有1、2、4、6、8、10、12等7种，布管原则为：① 应尽可能使各管程的换热管数大致相等； ②分程隔板槽形状简单，密封面长度较短。
3、根据换热管数量和排列形式，确定换热器壳体直径；（1）换热管的排列形式：三角形、正方形排列（2）换热管中心距：宜不小于1.25d0，常用管间距详见GB151表12筒体直径估算值：（3）布管限定范围： 固定管板式换热器或U 形管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距()()2112e c pc c c h phh h Q W c T T W c T T ζ=⋅-=⋅⋅-∆-∆∆=∆∆1212,ln()m t t t t t 122m t t t ∆+∆∆=或e mQ A K t =⋅∆2,0.785i Vn d u=A l dnπ=1.05n D tη=离为0.25d0，一般不小于8mm 。
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。
管壳式换热器讲义
GB151-1999 管壳式换热器GBl51―1999《管壳式换热器》规定了管壳式换热器在设计、制造、检验要求。
1 GBl51适用范围1.1 适用参数GBl51规定了标准的适用参数范围见表1.1。
表中同时列出了国外常用管壳式换热器的标准。
表1.1 适用参数范围标准DN (mm) PN (MPa) DN·PN 注GB 151 ≤2600 ≤35 ≤17500 （1）TEMA ≤2540（100”）≤20.684（3000psi）≤17500（100000）（2）ASMEⅧⅠ没有具体参数规定，主要提供了U型和固定管板的设计计算规则。
UHX篇API660ISO 16812 没有具体参数规定，体现用户对换热器的要求。
（1）GB 151中1.2：超出上述参数范围的换热器也可参照本标准进行设计与制造。
（2）TEMARCB-1.11 规定这些参数的意图是限定壳壁最厚约为3（76mm）、双头螺栓的最大直径为4″（102mm）。
是对换热器制造商的要求。
（3）上述各标准，均适用于固定、U形、浮头、填函式换热器。
（4）TEMA将换热器按使用场所分为三级，“R”---用于石油及一般工艺过程的严格要求场合；“C”---用于工业及一般工艺过程的中等要求场合；“B”---用于化工过程场合标准限定最大设计参数范围是为了避免过于笨重的、结构上的不合理设计。
对于超出上述参数范围的换热器，特别是工程中可能遇到的中、低压大直径(超过DN2600mm)换热器，作为设备整体在结构尺寸合理设计的前提下完全可以应用标准给出的设计原则。
对于管壳式换热器的关键零部件管板的设计计算，GB 151对管板进行了尽可能详尽的力学分析，从本质上讲可以认为就是一种分析设计方法，只是为了能够利用图表公式进行计算在公式推导过程中作了某些简化和结构参数的限定，完全可以用于更大设计参数的管板设计。
仅对管板等个别零部件进行应力分析计算并不等于对换热器进行“应力分析设计”。
管壳式换热器机械设计参考资料
管壳式换热器机械设计参考资料1前⾔ (1)1.1概述 (1)1.1.1换热器的类型 (1)1.1.2换热器 (1)1.2设计的⽬的与意义 (2)1.3管壳式换热器的发展史 (2)1.4管壳式换热器的国内外概况 (3)1.5壳层强化传热 (3)1.6管层强化传热 (3)1.7提⾼管壳式换热器传热能⼒的措施 (4)1.8设计思路、⽅法 (5)1.8.1换热器管形的设计 (5)1.8.2换热器管径的设计 (5)1.8.3换热管排列⽅式的设计 (5)1.8.4 管、壳程分程设计 (5)1.8.5折流板的结构设计 (5)1.8.6管、壳程进、出⼝的设计 (6)1.9 选材⽅法 (6)1.9.1 管壳式换热器的选型 (6)1.9.2 流径的选择 (8)1.9.3流速的选择 (9)1.9.4材质的选择 (9)1.9.5 管程结构 (9)2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11)2.1 管径 (11)2.2管⼦数n (11)2.3 管⼦排列⽅式，管间距的确定 (11)2.4换热器壳体直径的确定 (11)2.5换热器壳体壁厚计算及校核 (11)3换热器封头的选择及校核 (14)4容器法兰的选择 (15)5管板 (16)5.1管板结构尺⼨ (16)5.2管板与壳体的连接 (16)5.3管板厚度 (16)6管⼦拉脱⼒的计算 (18)7计算是否安装膨胀节 (20)8折流板设计 (22)9开孔补强 (25)10⽀座 (27)10.1群座的设计 (27)10.2基础环设计 (29)10.3地⾓圈的设计 (30)符号说明 (32)参考⽂献 (34)⼩结 (35)2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1 管径换热器中最常⽤的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×2.5mm 。
⼩直径的管⼦可以承受更⼤的压⼒，⽽且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管⼦，因此单位体积的传热⾯积更⼤，单位传热⾯积的⾦属耗量更少。
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
管壳式换热器的机械设计
第七章管壳式换热器的机械设计本章重点：固定管板式换热器的基本结构本章难点：管、壳的分程及隔板建议学时：4学时第一节概述一、定义：换热器是用来完成各种不同传热过程的设备。
二、衡量标准：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—强度满足工艺条件。
三、举例1.冷却器(cooler)1)用空气作介质—空冷器aircooler2)用氨、盐水、氟里昂等冷却到0°C〜-20°C—保冷器deepcooler2.冷凝器condenser1)分离器2)全凝器3.加热器(一般不发生相变)heater1)预热器(preheater)—粘度大的液体，喷雾状不好，预热使其粘度下降2)过热器(superheater)—加热至饱和温度以上。
4.蒸发器(etaporater),—发生相变5.再沸器(reboiler)6.废热锅炉(wasteheatboiler)看下图说明其结构及名称图卜1换热器樹件名称1—忖箱〔乩乩口门型〉江一接骨法兰；3设备法兰管扳拓一秃程接管：6—拉杆洛勰胀节芒-売休洱-换热管；10-#气管J1—吊耳；12—封头彳13-顶丝门4—双头螺拄门5-燃母JE--垫片门7—防冲板门8—折流扳或支承板19--定距竹：20—拉杆螺母；21—支座辽2排液世；盟-管箱壳体；24曲程接管25分程隔J®；2G-骨箱盈四、管壳式换热器的分类1、固定管板式换热器：优点：结构简单、紧凑、布管多，管内便于清洗，更换、造价低，应用广泛。
管坏时易堵漏。
缺点：不易清洗壳程，一般管壳壁温差大于50°C，设置膨胀节。
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。
2、浮头式换热器：管束可以抽出，便于清洗；但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大。
适用于介质易结垢的场合。
3、填料函式换热器：造价比浮头式低检修、清洗容易，填料函处泄漏能及时发现，但壳程内介质由外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。
管壳式换热器的设计(化工机械课程设计)资料
北京理工大学珠海学院课程设计任务书2011～2012学年第2 学期学生姓名：专业班级：指导教师：工作部门：一、课程设计题目管壳式换热器的设计二、课程设计内容1．管壳式换热器的结构设计包括：管子数n，管子排列方式，管间距的确定，壳体尺寸计算，换热器封头选择，容器法兰的选择，管板尺寸确定塔盘结构，人孔数量及位置，仪表接管选择、工艺接管管径计算等等。
2. 壳体及封头壁厚计算及其强度、稳定性校核（1）根据设计压力初定壁厚；（2）确定管板结构、尺寸及拉脱力、温差应力；（3）计算是否安装膨胀节；（4）确定壳体的壁厚、封头的选择及壁厚，并进行强度和稳定性校核。
3. 筒体和支座水压试验应力校核4. 支座结构设计及强度校核包括：裙座体（采用裙座）、基础环、地脚螺栓5. 换热器各主要组成部分选材，参数确定。
6. 编写设计说明书一份7. 绘制2号装配图一张，Auto CAD绘3号图一张（塔设备的）。
三、设计条件（1）气体工作压力管程：半水煤气（1、0.80MPa；2、0.82 MPa；3、0.85Mpa；4、0.88 MPa ；5、0.90 MPa）壳程：变换气（1、0.75MPa；2、0.78 MPa；3、0.80Mpa；4、0.84 MPa ；5、0.85 MPa）（2）壳、管壁温差50℃，t t＞t s壳程介质温度为320-450℃，管程介质温度为280-420℃。
（3）由工艺计算求得换热面积为120m2，每组增加10 m2。
（4）壳体与封头材料在低合金高强度刚中间选用，并查出其参数，接管及其他数据根据表7-15、7-16选用。
（5）壳体与支座对接焊接，塔体焊接接头系数Φ=0.9（6）图纸：参考图7-52，注意：尺寸需根据自己的设计的尺寸标注。
四、进度安排制图地点：暂定CC405时间安排：从第7周（2012年3月31日）至第10 周（2012年4月20日）序号内容主讲人时间听课班级1 化工设备设计的基本知识唐小勇4月9 日星期一、三、五上午09化工1，24月11日09化工1，24 月13日09化工1，22 管壳式换热器的设计计算唐小勇4月9 日-13日上午：8：30-11：30下午14：00-17：3009化工1，23 管壳式换热器结构设计唐小勇4 月16 日上午：8：30-11：30下午14：00-17：3009化工1，24月17 日09化工1，24 管壳式换热器设计制图唐小勇4 月17 日上午：8：30-11：30下午14：00-17：3009化工1，24 月18 日09化工1，24月19 日09化工1，25 设计说明书的撰写唐小勇4月9日-18日上午：8：30-11：3009化工1，209化工1，209化工1，26 答辩唐小勇4月20日上午：8：30 09化工1 下午14：30 09化工2五、基本要求1.学生要按照任务书要求，独立完成塔设备的机械设计；2.设计说明书一律采用电子版，2号图纸一律采用徒手绘制；3.各班长负责组织借用绘图仪器、图板、丁字尺；学生自备图纸、橡皮与铅笔；4.画图结束后，将图纸按照统一要求折叠，同设计说明书统一在答辩那一天早上8：30前，由班长负责统一交到HF508。
换热器课程设计---管壳式换热器
管壳式换热器目录第一章设计方案概述和简介......................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 概述 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.2 方案简介 ............................................................................................. 错误！未定义书签。
1.2.1 管壳式换热器的分类............................................................. 错误！未定义书签。
1.2.2 设计方案选定 (4)第二章换热器的设计计算 (5)2.1 物性参数的确定 (5)2.1.1定性温度，取流体进口温度的平均值 (5)2.1.2果汁和水在定性温度下的相关物性参数 (5)2.2 估算传热面积 (5)2.2.1 计算热负荷 (5)2.2.2 确定冷却水用量 (6)2.2.3 传热平均温度差 (6)2.2.4初算传热面积 (6)2.2.5 工艺结构尺寸 (6)2.3换热器校核 .......................................................................................... 错误！未定义书签。
2.3.1传热面积校核............................................................................ 错误！未定义书签。
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
化工设备机械基础(第四版)第7章管壳式换热器的机械设计
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10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。14:31:4614 :31:461 4:317/9 /2021 2:31:46 PM
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11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21. 7.914:3 1:4614:31Jul-2 19-Jul- 21
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12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。14:31:4614:3 1:4614:31Friday , July 09, 2021
3.1.1 正三角形和转角正三角形排列
• 优点：在相同的管板面积上可排列较多的换热管； • 主要适用于壳程介质污垢少，且不需要进行机械清洗的场合。
3.1.2 正方形和转角正方形排列
• 优点：便于清洗； • 但在相同管板面积上排列
管数目最少； • 一般用于管束可抽出清洗
管间的场合。
3.1.3 组合排列法
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5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Thursday, June 17, 2021June 21Thursday, June 17, 20216/17/2021
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15、一年之计，莫如树谷；十年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021 年7月下 午2时3 1分21. 7.914:3 1July 9, 2021
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16、提出一个问题往往比解决一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021 年7月9 日星期 五2时31 分46秒 14:31:4 69 July 2021
单壳程双管程管壳式换热器设计
本科生通用题目：单壳程双管程管壳式换热器设计（立式）专业：应用化学班级：0703班姓名：肖黎鸿成绩：导师签字：2010年7月11日题目:单壳程双管程管壳式换热器设计（立式）参数:要求要求每位学生在设计的过程中，充分发挥自己的独立工作能力及创造能力，在设计过程中必须做到：（1）及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性。
（2）认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。
（3）按预定计划循序完成任务。
日程安排：1.准备阶段（1天）2.设计计算阶段（3天）3.绘图阶段（4天）4.编写设计说明书（2天）目录1.绪论 (1)2．设计计算 (2)2.1管子数n的计算 (2)2.2管子排列方式，管间距的确定 (2)2.3壳体直径的确定 (2)2.4壳体厚度的计算 (2)2.5壳体液压试验应力校核 (3)2.6分程隔板的选择 (3)2.7封头的选择 (3)2.8法兰,管板的选择 (4)2.9垫片尺寸的确定 (5)2.10管子拉脱力的计算 (5)2.11是否安装膨胀节的计算 (6)2.12折流板设计 (7)2.13拉杆设计 (8)2.14开孔补强 (8)2.15支座 (9)3．设计评述 (10)4.参考文献 (11)附:设计结果一览表 (12)1.绪论热交换器，通常又称作换热器，是化工﹑炼油和食品及其他工业部门的通用设备，在生产中占有重要作用。
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，应用甚为广泛。
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以分为三大类，及间壁式、混合式和蓄热式。
三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
本次设计的管壳式换热器就属于间壁式换热器的一种。
立式固定管板式换热器示意图2．设计计算2.1管子数n 的计算选25 ×2.5的无缝钢管，材质20号钢，管长1.5m 。
因为F =πd 均Ln ，所以根均1045.10225.011=⨯⨯==ππL d F n2.2管子排列方式，管间距的确定本设计物料：管程氮气，壳程水，循环水工作温度90℃较高，不易结垢。
《管壳式换热器设计》课件
支撑结构设计要点
考虑支撑结构的承载能力、稳定性 、防腐和防震等方面，以确保支撑 结构在各种工况下的安全性和可靠 性。
有限元分析
利用有限元分析方法对支撑结构进 行强度和稳定性分析，优化结构设 计，降低成本并提高设备性能。
密封设计
01
02
03
密封类型选择
根据工艺操作条件和介质 特性，选择合适的密封类 型，如垫片密封、机械密 封、磁力密封等。
计算公式法
根据传热基本方程和物性参数，通过计算公式计算传热系数。
热平衡计算
热平衡方程
换热器入口和出口的流体温度满足一定的关系，可以根据热 平衡方程计算换热器的效率。
效率计算
根据热平衡方程和实验数据，可以计算出换热器的效率，从 而评估换热器的性能。
05
管壳式换热器的强度设计
压力设计
压力等级
根据工艺要求和操作条件，确 定管壳式换热器的压力等级， 确保设备在正常操作和异常工 况下的安全性和可靠性。
密封设计要点
考虑密封性能、耐腐蚀性 、寿命和维护性等方面， 以确保密封装置在长期运 行中的可靠性和安全性。
密封失效预防措施
为防止密封失效，采取相 应的预防措施，如定期检 查、更换密封元件、加强 设备维护等。
06
管壳式换热器的制造与检验
制造工艺
制造流程
01
管壳式换热器的制造流程包括材料准备、切割、焊接、组装等
THANK YOU
感谢聆听
多个环节。
关键工艺参数
02
在制造过程中，需要严格控制关键工艺参数，如焊接温度、压
力、时间等，以确保产品质量。
质量标准
03
制造完成后，应按照相关质量标准进行检验，确保产品符合设
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1前言 (1)1.1概述 (1)1.1.1换热器的类型 (1)1.1.2换热器 (1)1.2设计的目的与意义 (2)1.3管壳式换热器的发展史 (2)1.4管壳式换热器的国内外概况 (3)1.5壳层强化传热 (3)1.6管层强化传热 (3)1.7提高管壳式换热器传热能力的措施 (4)1.8设计思路、方法 (5)1.8.1换热器管形的设计 (5)1.8.2换热器管径的设计 (5)1.8.3换热管排列方式的设计 (5)1.8.4 管、壳程分程设计 (5)1.8.5折流板的结构设计 (5)1.8.6管、壳程进、出口的设计 (6)1.9 选材方法 (6)1.9.1 管壳式换热器的选型 (6)1.9.2 流径的选择 (8)1.9.3流速的选择 (9)1.9.4材质的选择 (9)1.9.5 管程结构 (9)2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11)2.1 管径 (11)2.2管子数n (11)2.3 管子排列方式，管间距的确定 (11)2.4换热器壳体直径的确定 (11)2.5换热器壳体壁厚计算及校核 (11)3换热器封头的选择及校核 (14)4容器法兰的选择 (15)5管板 (16)5.1管板结构尺寸 (16)5.2管板与壳体的连接 (16)5.3管板厚度 (16)6管子拉脱力的计算 (18)7计算是否安装膨胀节 (20)8折流板设计 (22)9开孔补强 (25)10支座 (27)10.1群座的设计 (27)10.2基础环设计 (29)10.3地角圈的设计 (30)符号说明 (32)参考文献 (34)小结 (35)2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1 管径换热器中最常用的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×2.5mm 。
小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。
所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用φ19mm ×2mm 直径的管子更为合理。
如果管程走的是易结垢的流体，则应常用较大直径的管子。
标准管子的长度常用的有1500mm ，2000mm ，2500mm ，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m 等。
换热器的换热管长度与公称直径之比一般为4—25,常用的为6—10选用Φ25×2.5的无缝钢管，材质为20号钢，管长4.5m 。
2.2 管子数n L F n d 均π= (2-1)()根均5035.40225.014.3160FL =⨯⨯==∴nd n π其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=503-6=497根 2.3 管子排列方式，管间距的确定采用正三角形排列，由《化工设备机械基础》表7-4查得层数为12层，对角线上的管数为25，查表7-5取管间距a=32mm.2.4换热器壳体直径的确定l b a D i 2)1(+-= (2-2)其中壁边缘的距离为最外层管子中心到壳l 取d l 2=，()m m 8682522)125(32=⨯⨯+-⨯=i D ，查表2-5，圆整后取壳体内径9=i D 00mm2.5 换热器壳体壁厚计算及校核材料选用20R计算壁厚为：ct ic p D p -=φσδ][2, (2-3)式中:p c 为计算压力，取p c =1.0MPa ；=i D 900mm;φ=0.9;[σ]t =92Mpa （设壳壁温度为 350°C ）将数值代入上述厚度计算公式，可以得知：mm 47.51.0-0.92929001.0=⨯⨯⨯=δ查《化工设备机械基础》表4-11取2.12=C mm ； 查《化工设备机械基础》表4-9得25.01=C mm 5.47+1.2+0.25=6.92 mm 圆整后取0.7=n δ mm复验25.042.0%6>=⨯n δ mm ，最后取25.01=C mm 该壳体采用20钢7mm 厚的钢板制造。
1、液压试验应力校核see i T T D P φσδδσ9.02)(≤+=(2-4) [][]MpaPP tT 15.1115.115.1=⨯==σσ (2-5)55.525.02.17=--=-=C n e δδ mm (2-6) 查《化工设备机械基础》附表6-3Mpa s 245=σMpa T 82.9355.52)55.5900(15.1=⨯+⨯=σ，Mpa s 45.1982459.09.09.0=⨯⨯=φσ可见sT φσσ9.0≤故水压试验强度足够。
2、强度校核设计温度下的计算应力Mpa D p e e i c t 58.8155.52)55.5900(0.12)(=⨯+⨯=+=δδσMpa t 8.829.092][=⨯=φσ﹥t σ最大允许工作压力MpaD P e i e t w 02.155.590055.59.0922][2][=+⨯⨯⨯=+=δφδσ (2-7) 故强度足够。
3 换热器封头的选择及校核上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T4746-2000标准，封头为DN900×7，查《化工设备机械基础》表4-15得曲面高度1501=h mm ，直边高度402=h mm ，材料选用20R 钢标准椭圆形封头计算厚度：mm45.50.15.09.09229000.15.0][2=⨯-⨯⨯⨯=-=c t i c p D p φσδ(3-1)MpaKD p e i e t w 02.155.55.0900155.59.09225.0][2][=⨯+⨯⨯⨯⨯=+=δφδσ (3-2) 所以，封头的尺寸如下图：图3-1 换热器封头尺寸4 容器法兰的选择材料选用16MnR 根据JB/T4703-2000 选用DN900，PN1.6Mpa 的榫槽密封面长颈对焊法兰。
查《化工设备机械基础》附表14得 法兰尺寸如下表： 表4-1 法兰尺寸公称直径DN/mm 法兰尺寸/mm螺柱D1D2D3D4Dd 规格 数量 900106010159769669635527M2428所以，选用的法兰尺寸如下图：图4-1 容器法兰5 管板管板除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个重要的受压器件。
5.1管板结构尺寸查（《化工单元设备设计》P25-27）得固定管板式换热器的管板的主要尺寸：表5-1 固定管板式换热器的管板的主要尺寸公称直径 D 1D3D4Db c d 螺栓孔数 90010601015966963584427245.2管板与壳体的连接在固定管板式换热器中，管板与壳体的连接均采用焊接的方法。
由于管板兼作法兰与不兼作法兰的区别因而结构各异，有在管板上开槽，壳体嵌入后进行焊接，壳体对中容易，施焊方便，适合于压力不高、物料危害性不高的场合；如果压力较高，设备直径较大，管板较厚时，其焊接时较难调整。
5.3管板厚度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，其计算过程较为复杂，而且从不同角度出发计算出的管板厚度往往相差很大。
一般浮头式换热器受力较小，其厚度只要满足密封性即可。
对于胀接的管板，考虑胀接刚度的要求，其最小厚度可按表5-2选用。
考虑到腐蚀裕量，以及有足够的厚度能防止接头的松脱、泄露和引起振动等原因，建议最小厚度应大于20mm 。
表5-2 管板的最小厚度换热器管子外径0d /mm ≤25323857管板厚度/mm30d /422 25 32综上，管板的尺寸如下图：图5-1 管板6 管子拉脱力的计算计算数据按表6-1选取表6-1项目 管子 壳体 操作压力/Mpa 0.82 0.78 材质 20钢20R线膨胀系数 6108.11-⨯ 6108.11-⨯弹性模量 61021.0⨯61021.0⨯许用应力/Mpa 10192尺寸 45005.225⨯⨯φ7900⨯φ管子根数 497 管间距/mm 32管壳壁温差/℃ 50=∆t管子与管板连接方式 开槽胀接胀接长度/mm =l 50许用拉脱力/Mpa4.01、在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力p qld pfq p 0π=(6-1) 其中39625432866.04866.022202=⨯-⨯=-=ππd a f()mm 2 (6-2)Mpa p 82.0=, 50=l mmMpa q p 08.0502514.339682.0=⨯⨯⨯=2、温差应力引起的每平方米胀接周边所产生的拉脱力t qld d d q o i t t 4)(220-=σ(6-3)其中sts t t A A t t E +-=1)(ασ(6-4)9.199********.3n =⨯⨯==δπ中D A s()mm 2(6-5).687782497)2025(414.3)(422220=⨯-⨯=-=n d d A i t π()mm 2(6-6) Mpat 93.229.199356.877821501021.0108.1166=+⨯⨯⨯⨯=-σ由此可知p q ，t q 作用方向相同，都使管子受压，则管子的拉脱力：q=p q +t q =0.08+1.03=1.11Mpa ﹤4.0Mpa(6-7)因此拉脱力在许用范围内。
Mpaq t 03.150254)2025(93.2222=⨯⨯-⨯=7 计算是否安装膨胀节管壳壁温差所产生的轴向力为：10666101.26.877829.199356.877829.199********.0108.11)(⨯=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=+-=-ts ts s t A A A A t t E F α（N ）(7-1)压力作用于壳体上的轴向力：t S sA A QA F +=2 (7-2)其中])2()[(420202t t s i p d n p nd D Q δπ-+-=(7-3)=]82.0)5.2225(49778.0)25497900[(4222⨯⨯-⨯+⨯⨯-π()N 434.0106⨯=N F 662108.006.877829.199359.1993510344.0⨯=+⨯⨯=压力作用于管子上的轴向力为：N A A QA F t S t 6631008.06.877829.199359.1993510344.0⨯=+⨯⨯=+=则MpaA F F s s 8.1049.199351008.01001.26621=⨯+⨯=+=σ (7-4)Mpa A F F t t 99.216.877821008.01001.26631-=⨯+⨯-=+-=σ根据GB １５１——１９９９《管壳式换热器》MpaMpa t t s 8.1811019.02][28.104=⨯⨯=<=σφσMpa Mpa t s t 6.165929.02][299.21=⨯⨯=<-=σφσq ﹤［ｑ］＝4.0Mpa ，条件成立，故本换热器不必要设置膨胀节。