试论管壳式换热器的工艺设计及要点
管壳式换热器设计要领
管壳式换热器设计要领1.结构设计：管壳式换热器由壳体、管束、管板、管头盖板等部分组成。
在设计中，需考虑到换热器的耐压性能、换热面积、流体分布等因素。
换热器的结构应具有良好的刚性和密封性能，以确保设备的可靠运行。
2.材料选择：换热器的材料选择直接影响其性能和使用寿命。
一般来说，壳体、管束等部分可选用碳钢、不锈钢、铜合金等材料，而密封件宜选择耐高温、耐腐蚀的材料。
在实际应用中，还需要根据工艺要求和介质特性选择合适的材料。
3.传热计算：换热器的传热计算是设计的重要环节之一、传热计算需要确定换热器的传热系数、摩擦阻力、压降等参数。
传热系数的计算可采用经验公式或传热实验数据进行估算。
同时，需考虑换热介质的性质、流体状态和流速等因素。
4.流动特性：换热器的流动特性对传热效果和设备性能有重要影响。
合理设计的管束结构和流体分布能有效提高传热效果。
同时，应考虑流体在管束间和壳内的流动方式，如单相流、两相流、多相流等。
对于热敏介质，还需注意避免结垢、热点等问题。
5.安全性和维修性：管壳式换热器在使用过程中要保证安全性和维修性。
在设计中要考虑到设备的容易维修、更换部件的便利性，以及防止泄漏、爆炸等安全事故的发生。
合理的结构设计和材料选择可以提高设备的可靠性和安全性。
6.经济性：在设计过程中要全面考虑成本和效益，追求经济性指标。
应根据具体的工艺要求和使用情况，合理选择换热器的型号、大小和材料。
在满足工艺条件的前提下，尽量降低投资成本和运行成本，提高设备的经济效益。
综上所述，管壳式换热器的设计要领主要包括结构设计、材料选择、传热计算、流动特性、安全性和维修性、经济性等方面。
合理的设计能够保证设备的正常运行和高效换热，同时提高设备的安全性和经济性。
在具体的设计中应根据实际情况进行优化和改进，以满足特定工艺要求和使用要求。
管壳式换热器工艺设计说明书
管壳式换热器工艺设计说明书1.设计方案简介1.1工艺流程概述由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。
如图1，苯经泵抽上来，经管道从接管A进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。
两物质在换热器中进行交换，苯从80℃被冷却至55℃之后，由接管B流出；循环冷却水则从30℃升至50℃，由接管D流出。
图1 工艺流程草图1.2选择列管式换热器的类型列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。
其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好；此外，结构简单，制造的材料范围广，操作弹性也较大等。
因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。
如下图所示。
1.2.1列管式换热器的分类根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种：⑴固定管板式换热器固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。
两管板由管子互相支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。
其缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。
固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。
固定板式换热器⑵浮头式换热器浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端管板可在壳体内移动，因而管、壳间不产生温差应力。
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；浮头处发生内漏时不便检查；管束与壳体间隙较大，影响传热。
浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。
⑶填料函式换热器填料函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。
⑷U形管式换热器U形管式换热器，只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。
其缺点是管内不便清洗，管板上布管少，结垢不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏后不易更换。
管壳式换热器工艺设计
4 换热器几何尺寸
在设计过程中可以选择 HT FS 或 HT RI 进行 设计计算, 有时需要使用 ASPEN PL US 模拟工 艺物料的物性数据。先进行设计性计算, 输入基 础数据, 如换热器形式、流体走向、卧立式、流 体温度、压力、流量及物性数据等, 进行运算得 出比较合适的换热器直径和换热管长, 再进行校 核型和模拟型计算, 核算所选换热器是否满足设 计要求。
昝河松 华陆工程科技有限责任公司 西安 710054
摘要 介绍换热器的工艺 设计 程序, 特 别是管 壳式 换热 器的工 艺设 计过程, 并结合 实际 工程 经验,
介绍几种换热器工艺计算软件的用法和功能。
关键词 管壳式 换热器 工艺设计
1 概述
换热器在化工生产装置中应用十分广泛, 是 化工操作单元中的重要组成部分。随着工业装置 的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化。目 前在大型化工生产装置中, 各种换热设备的数量 占工艺设备 数量的 30% 以上。因 此, 换热器设 计对产品质量、能量利用率以及系统的经济性和 可靠性起着重要作用。
在进行换热器设计时, 一般先用设计型初步 计算出合适的换 热器形式和规 格, 然后经 过圆 整, 选择具体的换热器的几何尺寸, 用校核型进 行核算, 计算结果中实际面积/ 所需面积一般为 1 1~ 1 2。
经核算表明能完全满足工艺要求并具有良好 传热性能的换热器并不能保证操作中的安全性, 因为在换 热器中流体流动 可能会引起管 子的振 动, 进而引起换热器的机械故障。因此还需对所 选换热器进行振动计算, 这就需要用到该程序的 模拟型计算模式。如有明显的振动则需调整换热 器的某些几何参数甚至改变其结构形式, 经过反 复的性能核算和振动计算, 直至传热性能和振动 这一机械性能同时满足要求, 换热器的工艺设计 才算完成。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。
它由壳体、管束、管板、管箱等组成，能够有效地将两种介质之间的热量传递。
下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。
其中，一个介质在管内流动，被称为"壳侧流体"，另一个介质在管外流动，被称为"管侧流体"。
壳侧流体通过壳体流动，而管侧流体则通过管束流动。
热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求1.热量传递效果好：要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递，以满足工艺要求。
2.压力损失小：为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗，设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件：换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠：要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性，尽量减少故障率。
三、结构设计1.壳体：壳体是换热器的外壳，一般采用钢质材料制造。
壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数，并采取相应的增强措施。
2.管束：管束是由多根管子组成的，一般采用金属材料或塑料制造。
管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数，同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板：管板位于管束两端，起到支撑和固定管束的作用，一般采用钢质材料制造。
管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性，并采用合适的孔洞布置，以保证流体的均匀流动。
4.管箱：管箱是安装在管板上的设施，主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。
管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数，以实现流体的顺畅流动。
在设计过程中，需要进行换热器的热力计算和结构力学计算，以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。
同时，还需要根据不同工艺和使用条件的要求，进行热交换面积的计算和确定。
管壳式换热器设计总结
管壳式换热器设计总结管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业。
其设计涉及到许多方面，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
本文将从这些方面对管壳式换热器的设计进行总结和分析。
管壳式换热器的换热原理是通过管内流体与壳侧流体之间的热传导来实现热量的交换。
管内流体一般为待加热或待冷却的介质，而壳侧流体一般为冷却剂或加热介质。
通过这种方式，可以实现两种介质之间的热量转移，达到加热或冷却的目的。
管壳式换热器的结构设计是十分重要的。
它由管束、壳体、管板、管侧流体进出口以及壳侧流体进出口等部分组成。
管束是换热的核心部分，通过将多根管子固定在管板上，形成流体的通道。
而壳体则是管束的外部保护壳，起到支撑和密封的作用。
管侧流体通过管侧进出口进入管束内，与管内流体进行热量交换，然后再通过壳侧进出口流出。
这样的结构设计，既保证了换热效率，又方便了设备的安装和维护。
管壳式换热器的材料选择也是十分重要的一环。
由于在换热过程中，介质可能存在腐蚀、高温等问题，因此需要选择耐腐蚀、耐高温的材料。
常见的材料有不锈钢、钛合金等。
对于特殊的工况，还可以采用陶瓷、镍基合金等材料。
在管壳式换热器的设计过程中，还需要考虑一些其他因素。
首先是换热面积的确定，它与换热效果直接相关。
一般来说，换热面积越大，换热效果越好。
其次是流体的流速和流量，它们对换热器的换热效果和压力损失有着重要影响。
此外，还需要考虑到换热器的尺寸和重量，以及设备的安全性和可靠性等方面。
在实际应用中，还需要根据具体的工况和要求进行换热器的定制设计。
例如，在高温高压的条件下，需要采用密封性好、耐高温高压的结构和材料；在对流体的温度变化要求较高的情况下，需要采用多级换热器或增加管程等方式来提高换热效果。
管壳式换热器的设计需要考虑多个方面的因素，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
合理的设计可以提高换热效率，降低能耗，满足工业生产的需求。
同时，还需要根据具体的工况和要求进行定制设计，以提高设备的安全性和可靠性。
管壳式换热器方案要点
管壳式换热器方案要点管壳式换热器的设计要点换热器的设计过程包括计算换热面积和选型两个方面。
有关换热器的选型问题，前面已经讲过了，下面主要介绍管壳式换热器的设计要点及如何分析计算结果、调整计算，而设计出满足工艺需要的、传热效率高的换热器。
11.1设计计算的基本模型及换热器的性能参数换热器的性能主要是通过下列公式来描述的。
a.冷、热两流体间热量平衡Qreq=(WCpΔT>hot=(WCpΔT>coldW--流体质量流量Cp--流体的比热hot--热流体cold--冷流体ΔT--进出口温度差b.传热率方程Qact=(A>(ΔTm>(1/ΣR>ΣR=(1/hi>o+(1/ho>o+(Rf>o+(Rw>oΣR--总热阻A--传热面hi、ho--分别为两流体的传热膜系数Rf--两流体的污垢热阻Rw--金属壁面热阻ΔTm--平均温度差O--通常换热计算以换热管外表面为基准c. 传热率的估算Qact≥Qreqd. 对压力降的限制条件(ΔPi>act≤(ΔPi>allow(ΔPo>act≤(ΔPo>allowΔP--压力降下标i表示管内下标o表示管外11.2 换热器的计算类型换热器的计算类型常分为设计计算和校核计算两大类。
换热器计算一般需要三大类数据：结构数据、工艺数据和物性数据，其中结构数据的选择在换热器中最为重要。
在管壳式换热器的设计中包含有一系列的选择问题，如壳体型式、管程数、管子类型、管长、管子排列、折流板型式、冷热流体流动通道方式等方面的选择。
工艺数据包括冷、热流体的流量、进出口温度、进口压力、允许压降及污垢系数等。
物性数据包括冷、热流体在进出口温度下的密度、比热容、粘度、导热系数、表面张力。
a.设计计算 Design设计计算就是通过给定的工艺条件，来确定一台未知换热器的结构参数，并使其结构最优、尺寸最小。
对设计计算应先确定下列基本的几何参数：－－管长－－管间距－－流向角－－换热管外径及管壁厚b.校核计算 Rating校核计算就是评估一台已知换热器的传热性能，即通过校核设备的几何尺寸来看其是否能满足传热要求。
浅析管壳式换热器的工艺设计
浅析管壳式换热器的工艺设计隨着我国科学技术的快速发展，国内管壳式换热器的研究及应用得到了快速的发展，能够进一步满足社会和经济发展需要，为我国社会生产的稳定、可持续性发展提供强有力的支持。
本文通过管壳式换热器的产品概述和工作原理介绍，分析管壳式换热器工艺设计过程中存在的问题，然后进一步分析工艺设计的原理以及方法，并通过选择并确定合理的方法完善工艺设计。
标签：管壳式换热器；设计；问题随着人们生活水平质量日益提高，细节品质更加受到人们的重视。
热能作为人们日常生活和工作中不可或缺的组成部分，其提供方式一直受到社会各界的广泛关注，管壳式换热器作为热能提供的主要设备之一，始终受到普遍应用和重视，其技术和发展速度又有所提高。
但是还要不断的结合先进的科学技术对其进行完善和创新，完善其工艺过程设计，才能够从根本上保障热能的稳定性和质量。
1、管壳式换热器的概述1.1 管壳式换热器的概念。
管壳式换热器凭借其诸多优点，得到了人们的认可并且广泛的应用到生产和生活中，比如化工、石油以及能源等诸多领域，它是以封闭在壳体中的管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。
其主要由壳体、传热管束、管板以及折流板等部件组成，其具有操作方便，结构简单，并且适合高温和高压工作等优点。
1.2 管壳式换热器的工作原理。
管壳式换热器是通过传热管束来完成液体汽化成蒸汽或者蒸汽冷凝成液体等过程中的热量传递，管壳式换热器的壳体主要是以圆筒的形式为主，内部有管束并且将其固定在管板的两端，进而将其分为两种换热流体。
其一，管程流体，主要就是指在管束内流动的流体。
其二，壳程流体，其主要就是指管外流动的流体。
同时，壳体内还设置有若干挡板，挡板不仅能够使流体根据规定的路程进行多次横向的流动，还能够有效的提高壳程流体的速度，从而有效的提高管外流体的传热系数。
管板上的换热管可分为等边三角形和正方形两种排列方式：其中等边三角形的排列方式是通过增加换热管之间的紧凑程度从而提高传热系数，但不便于清洗；正方形的排列方式适用于比较容易产生结垢的流体，其优点就是便于清洗。
管壳式换热器设计要点
管壳式换热器设计要点【摘要】本文阐述了管壳式换热器设计中工艺参数的选择，换热器相关参数的选择，流体流动通道的选择，流体流速的选择及流速对传热系数和压降的影响。
【关键词】工艺参数换热器参数通道流速1 前言换热器是广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的一种通用设备。
换热器种类繁多，管壳式换热器因制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压而被广泛使用。
然而管壳式换热器设计涉及很多参数的选取，如参数选择不当，必然影响换热器使用，造成材料浪费，运行成本增加，甚至造成装置无法正常运行。
因此，针对管壳式换热器设计过程中的要点，分别阐述如下：2 管壳式换热器设计要点2.1 工艺参数设计换热器必须提供的工艺参数：（1）两侧流体的流量和进出温度。
一般工艺物料的进出温度由工艺流程确定，变化不大；换热器用冷却水作冷却剂时，确定冷却水出口温度时应注意以下几点：冷却水的出口温度不宜高于60℃，以免结垢严重；高温端温差不应小于20℃，低温端不应小于5℃；当采用多管程、单壳程的管壳式换热器，冷却水的出口温度不应高于工艺物流的出口温度。
另外，在冷却或者冷凝工艺物流时，冷却剂的入口温度应高于工艺流体中易结冻组分的冰点，一般高于5℃。
在对反应物进行冷却时，为了控制反应，应维持反应流体和冷却剂之间的温差不低于10℃。
当冷凝带有惰性气体的工艺流体时，冷却剂的出口温度应低于工艺流体的露点，一般低5℃。
（2）两侧流体的操作压力，对没有给定密度的气体尤为重要，对液体则不重要。
（3）两侧流体允许的压降，流体压降是换热器设计非常重要的一个参数。
我们经常都会忽视它，设计时应把换热器放在系统中具体分析，一般的液体，每壳程是0.5一0.7kgf/cm2，因为要保证较高的流速，以达到湍流。
对气体一般允许0.05一0.2kgf/ cm2，最常用的是O.lkgf/cm2。
（4）两侧流体的污垢系数。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计
1.传热面积的计算：传热面积决定了热交换效果的好坏，计算传热面
积是设计的第一步。
传热面积的大小受到工艺需求、流体特性和设备尺寸
等因素的影响。
2.流体流速的选择：流体流速对传热效率有重要影响。
流速不宜过大，以免增加流体阻力和泵耗能，但也不宜过小，以免影响传热效果。
需要通
过经验和实验确定合适的流速范围。
3.换热器的参数选择：根据工艺要求和流体性质选择合适的管壳式换
热器参数，如管子和外壳的材料、厚度和长度等。
一般情况下，不同材料
的换热器对不同的流体具有不同的传热效果和抗腐蚀能力。
4.温度和压力的控制：管壳式换热器工作时，内外两种流体通常以不
同的温度和压力运行，因此需要采取相应的措施确保换热器的安全性能。
这包括选择合适的密封材料、加装安全阀和温控装置等。
5.清洗和维护的考虑：管壳式换热器在长期使用过程中会有积垢和堵
塞的问题，因此需要预留清洗口和维护通道，并定期进行清洗和维护工作，以保证换热器的正常运行。
总之，管壳式换热器的设计需要综合考虑传热效率、流体性质、工艺
要求和设备安全性能等因素，确保换热效果良好、运行安全可靠。
通过合
理的设计和选择，可以使管壳式换热器发挥最佳的效果，实现节能降耗的
目的。
管壳式换热器及设计
管壳式换热器及设计管壳式换热器是广泛应用于工业领域的一种换热设备，它通过与介质流过的管道间的传热，完成工艺过程中的冷热交换。
在各种工业生产中，管壳式换热器被广泛应用于石油、化工、电力、造纸、食品、制药等行业。
下面将对管壳式换热器的设计进行详细介绍。
管壳式换热器由管束和外壳两部分组成，其中，管束是由多个管子组成，介质通过管子流过，外壳用于固定管束，并通过进出口与介质连接。
换热器的设计需要考虑多个因素，包括换热面积、介质流速、传热系数、流体阻力和温度梯度等。
首先，换热器的设计需要确定合适的换热面积，以满足工艺要求。
换热面积的大小直接影响到换热效率，一般情况下，面积越大，换热效果越好。
确定面积需要考虑介质流量、温度差以及传热系数等参数，通过计算得出合适的面积。
其次，设计中需要确定合适的介质流速。
介质流速对传热和阻力都有一定的影响，流速过高会增加介质压降，流速过低会影响传热效果。
通过流速的选择，可以提高换热器的传热效率和经济性。
然后，传热系数是设计中需要重点考虑的因素之一、传热系数是指单位面积内的热量传递速率，影响着换热器的传热效率。
传热系数与介质流速、管道材料、传热面积等相关，通过合理选择这些参数，可以提高传热系数，从而提高换热器的性能。
此外，设计中还需要考虑流体阻力的问题。
流体在管壳内的流动会产生阻力，影响介质的流速和能量损失。
设计中需要合理选择流道的宽度和形状，以减小流体阻力，提高流量。
最后，温度梯度也是设计中需要考虑的因素之一、温度梯度是指介质在管壳内的温度差异，直接影响换热效果。
通过合理布置管束和外壳，可以减小温度梯度，提高传热效率和热能利用率。
总之，管壳式换热器的设计需要考虑多个因素，包括换热面积、介质流速、传热系数、流体阻力和温度梯度等。
通过合理选择这些参数，可以提高换热器的效率和性能，满足工艺过程中的换热需求。
管壳式换热器工艺设计
管壳式换热器工艺设计摘要：管壳式换热器是广泛应用于各个领域的工业设备,在国民经济中具有非常重要的作用,管壳式换热器的效率问题是设计工作的核心。
本文利用优化设计原理,建立了以管壳式换热器优化设计模型。
分析了影响年总费用的因素,编制了管壳式换热器优化设计计算机程序。
最后给出了一个计算实例说明优化设计程序的使用。
关键词：换热器;管壳式换热器;优化;优化设计热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。
换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,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,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。
近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。
对于完成某一任务的换热器,往往有多个选择,如何确定最佳的换热器,是换热器优化的问题,即采用优化方法使设计的换热器满足最优的目标函数和约束条件。
在换热器设计中,最优目标函数是指包括设备费用和操作费用在内的总费用最小。
本文主要针对管壳式水冷却器冷却水出口温度的优化问题,利用一般优化设计的原理和方法,以操作费用最小为优化目标,给出相应的目标函数,并用MATLAB语言编写了计算程序,最后给出了一个计算实例。
1目标函数对于以水为冷却介质的管壳式冷却器,进口水温一定时,由传热学的基本原理分析可知,冷却水的出口费用将影响传热温差,从而影响换热器的传热面积和投资费用。
若冷却水出口温度较低,所需的传热面积可以较小,即换热器的投资费用减少;但此时的冷却水的用量则较大,所需的操作费用增加,所以存在使设备费用和操作费用之和为最小的最优冷却水出口温度。
管壳式换热器设计
管壳式换热器设计一、设计原理：二、工艺要点：1.确定热媒：根据工艺要求，选择合适的热媒，包括流体的物性参数（如密度、比热等）、热传导性能等。
2.确定传热面积：根据传热工质的物性、进出口温度差、热媒的传热系数等参数，计算所需的传热面积。
一般情况下，可以根据热传导的基本公式进行计算，也可以通过经验公式进行估算。
3.确定流量与速度：根据热媒的性质及工艺需求，计算出所需的流量和速度。
流量一般通过流量计进行测量，速度通过壳体内径和流量计算得出。
4.确定壳程和管程流体的传热系数：通过经验公式计算出壳程和管程的传热系数，用于后续的热传导计算。
5.确定传热过程：根据实际情况，选择合适的传热过程，包括对流传热、传导传热和辐射传热等。
6.确定材料和结构：根据工艺要求和运行条件，选择合适的材料进行制造。
同时，结构设计要考虑到换热效果、运行安全性和维护方便性。
三、常见设计问题：1.壳程流体和管程流体的温度差：对于壳程和管程，流体的温度差越大，传热效果越好。
设计时需要考虑流体温度差对换热器的尺寸和传热效率的影响。
2.压降：壳程和管程的流体在换热过程中会产生压降。
设计时需要考虑压降对流体流速和传热系数的影响，并在设计中进行合理的折减和控制。
3.热媒的物性参数：热媒的物性参数对换热器的设计和运行有很大影响。
需要考虑热媒的密度、比热、热传导系数等参数，并在设计中进行合理的估算和计算。
4.材料选择：根据工艺要求和运行条件，选择合适的材料进行制造。
必须考虑材料的耐受性和耐腐蚀性，以及对流体和环境的影响。
总结：管壳式换热器设计涉及多个方面的参数和工艺要求，包括热媒选择、传热面积计算、流量和速度确定、传热系数估算、传热过程选择、材料和结构设计等。
在实际设计中，需按照工艺要求和运行条件合理选择参数和材料，并通过模拟计算和经验公式进行设计。
同时，需要注意常见的设计问题，如温度差、压降、热媒物性参数和材料选择等。
通过合理的设计和选择，可以实现管壳式换热器的高效工作和长期稳定运行。
管壳式换热器原理与设计
管壳式换热器原理与设计管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、炼油、石油化工、动力、核能等多个工业领域。
其工作原理和设计要点如下：工作原理：基本构造：管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、折流板、管箱等部件组成。
壳体通常为圆筒形，内部装有平行排列的管束，管束两端固定在管板上。
流体通过管内（管程）和管外（壳程）进行热交换。
热量传递：冷热两种流体分别在管程和壳程中流动，热量通过管壁从高温流体传递给低温流体。
一种流体在管内流动（管程流体），另一种流体在管外，即壳体内流动（壳程流体）。
热量传递遵循热力学第二定律，从高温区自发流向低温区。
强化传热：为了提高传热效率，壳程内常设置折流板，迫使壳程流体多次改变方向，增加流体湍流程度，从而提高传热系数。
管束的排列（如等边三角形或正方形）也会影响传热效率和清洁维护的便利性。
设计要点：流体选择：根据工艺要求决定哪种流体走管程，哪种走壳程。
一般而言，易结垢或腐蚀性的流体走管程便于清洗和更换管束。
材料选择：根据流体的性质（如温度、压力、腐蚀性）选择合适的材料，如不锈钢、碳钢、铜合金等，以确保换热器的耐用性和安全性。
热负荷计算：根据工艺条件计算所需的热负荷，确定换热面积，进而决定管束的数量、长度和直径。
压降考虑：设计时需考虑流体在管程和壳程中的压降，确保泵送能耗合理，避免因压降过大导致系统运行不稳定。
结构设计：包括管板的设计（固定管束的方式）、壳体厚度设计、支撑和悬挂结构设计等，以保证换热器的机械强度和稳定性。
清洗与维护：设计时应考虑换热器的可维护性，如管束的可拆卸性，以及便于清洗壳程内部的结构设计。
综上所述，管壳式换热器的设计是一个综合考虑热工性能、机械强度、材料选择、经济性和可维护性的复杂过程，需要精确的计算和细致的工程设计。
管壳式换热器制作及注意事项
3.3管束制作要求
3.3.6、将管子从一端管板穿入(从钻孔正面穿)，穿 管时，管子须顺利通过，不允许用铁锤强烈装打， 可用木击，若确定有个别管子穿不进去，应分析原 因后再穿入，对于弯曲较严重管子应予以矫正，换 热管表面不应出现凹瘪或划伤。
3.3.7、将所有换热管穿好后，对伸出长度进行调整， 确保管子伸出管板的长度偏差符合焊接工艺要求。
3.3.4、将一端的管板与拉杆、折流板组装成管束骨 架穿入换热器壳体内，对上另一端的管板，利用换 热管固定两个管板位置，点焊固定。换热器两端管 板平行度偏差应在±1mm以内。
3.3.5、碳素钢、低合金钢换热管管外表面应除锈， 用于焊接时，管清理长度应不小于管外径，且不小 于25m；用于胀接时，管端应现金属光泽，其长度 应不小于二倍的管板厚度。
3.3.2装上拉杆、定距管、折流板，上折流板 时应逐块检查正反面（即出钻侧和入钻侧）、 配钻方位无误。拉杆上的螺母拧紧后可退一牙 再用拼帽拧紧，折流板应按照序号及排序进行 分布，切记勿将顺序打乱，给穿管造成困难。
3.3管束制作要求
3.3.3、拉杆端部的螺母应拧紧、以免在装入或抽 出管束时，因折流板窜动而损伤换热管，每层折流 板间的定距管尺寸应一致，个别尺寸小造成松动的 定距管，应采取将其点焊在折流板上。
管壳式换热器制作 及其注意事项
主要内容
一、管壳式换热器的分类 二、管、壳程的定义 三、管壳式换热器制作要求及注意事项
一、按结构特点可分为以下几类：
1、固定管板式换热器 2、U型管式换热器 3、浮头式换热器 4、填料函式换热器
1、固定管板式换热器
2、U型管式换热器
3、浮头式换热器
3.5.4、设备上的补强圈的信号孔，应在压力试验前 通入0.4-0.5Mpa的压缩空气检查焊接接头的质量。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计1. 管壳式换热器概述管壳式换热器是一种常见且广泛应用于工业领域的换热设备。
它主要由壳体、热交换管束、管板、进出口管道和支撑结构等组成。
通过壳体内外流体的传热和传质，实现不同流体之间的能量交换。
管壳式换热器的设计对于提高传热效率、减少能源消耗、降低设备运行成本具有重要意义。
在设计过程中，需要考虑多个因素，包括选择合适的换热管材料、确定合适的管束结构、优化流道布局等。
2. 管壳式换热器设计步骤2.1 确定操作参数在进行管壳式换热器设计前，首先需要明确操作参数，包括流体的流量、温度、压力等。
这些参数的确定对于选择合适的换热器尺寸和换热面积至关重要。
2.2 选择合适的换热管材料在进行换热器设计时，需要根据流体的特性选择合适的换热管材料。
常见的换热管材料包括碳钢、不锈钢、铜合金等。
根据流体的性质、温度和压力等因素，选择耐腐蚀、导热性好的管材。
2.3 确定管束结构管束结构的设计直接影响到换热器的传热效率和压降。
通常有多种不同的管束结构可供选择，如固定管板式、浮动管板式和U型管式等。
根据具体需求和操作参数，选择合适的管束结构。
2.4 流道布局优化流道布局对于管壳式换热器的性能至关重要。
良好的流道布局可以提高流体的流动速度，增加传热面积，从而提高换热效率。
通过合理的流道设计，可以减小压力损失，降低能源消耗。
2.5 确定热交换面积根据操作参数和所选的管束结构，计算出所需的热交换面积。
通常使用LMTD （Log Mean Temperature Difference）法进行计算。
2.6 设计壳体结构和管道连接根据热交换需求和操作参数，设计合适的壳体结构和管道连接。
壳体结构应具有良好的强度和刚度，同时要考虑便于清洁和维修的因素。
3. 管壳式换热器设计的优化方法3.1 流体动力学模拟利用流体动力学模拟软件对管壳式换热器的流动状态进行模拟和分析，以优化流体的流动路径和流速分布，提高传热效率。
3.2 换热管材料优化选择通过对不同换热管材料的性能进行评估和比较，选择性能更好的材料，以提高换热效率和延长换热器的使用寿命。
管壳式换热器的工艺设计方法
会产生热应力 。浮头式换热器 的特点是管间 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 较高 。
适用 于壳体 和管束之 间壁 温差较 大或壳程介质 易结垢 的场合 。
换热器又称热交换器 ， 在现代石油化工 企业 中， 换 热 器 的 投 资 占全 部 投 资 的 ３ ０ ％～４ ０ ％ 。管 壳 式 换 热 器 具 有 单 位 体 积 内 能 够 提 供 较 大 的换 热 面 积 、 换 热效 果 好 、 适应性强 、 操作弹性大 、 易制造 、 成本 低 、 易 于 检修和清洗等优点 ， 因此常被用作原油加热器 、 燃 料气预热 器 、 海水 冷却器 、 天然 气压缩 冷却器 、 空 气 冷 却 器等广泛应用在石油化工领域 。
二、 设 计 方 案 的确 定 １ ． 资 料 收 集
管 壳 式 换 热 器 工 艺 设 计 计 算 前 需 要 收集 的 资料 和基 本 参 数 有 ： 换 热 器 的功 率 或热 负 荷 （ 冷 或热流体 的
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 。
２ ． 浮 头 式 换 热 器
浮 头 式 换 热 器 的两 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 ， 称 为 浮 头 。浮 头 由浮
头管板 、 钩 圈和 浮 头 端 盖 组 成 ， 是可拆连接 ， 管 束 可 从 壳 体 内抽 出 。管 束 与 壳 体 的 热 变 形 互 不 约 束 ， 因 而 不
管壳式换热器设计分析
管壳式换热器设计分析摘要：针对管壳式换热器进行设计并分析其结构，可以让装置的传热效率得到充分提升，同时，有效降低设计过程中所需消耗的加工成本。
优化管壳式换热器设计方案的主要目的在于提升换热器设备的利用率，以争取更多的经济效益。
为此，下文将简要介绍管壳式换热器设计过程中的注意事项，以促进其质量提升。
关键词：管壳式换热器；换热管；优化设计引言：作为一种节能设备，利用换热器可以在两种不同物料之间达到良好的热量传递效果，综合利用高温介质和低温介质进行热能传递，以争取良好的换热效果，该装置已经在石油、食品及化工行业中得到了广泛运用。
以石油化工生产为例，需要在实际生产阶段进行加热和冷却处理，如果两种流体持续换热但是无需混合，则需在间壁换热器中进行热交换。
作为一种主要的换热器类型，管壳式换热器因为其良好的传热性能和稳定性而在实际生产中得到了广泛运用，而其性能主要受到换热器结构的影响，要求在换热器设计阶段充分关注其部件结构，以实现对于设备换热效率的有效控制，同时，相应降低造价成本。
下文将着眼于传热效率和造价两个方面，提出合理的管壳式换热器设计方案。
1、提高传热效率传热学基本公式：Q=KF△t，其中K为传热系数、F为换热面积、△t为对数平均温差。
1.1 提高总传热系数K总传热系数K可能受到管壁及污垢热阻值、管壁两端的对流传热系数值的影响。
为此，可以从如下角度提高总传热系数：1.1.1 提高管程及壳程流体流速首先，要求在设计过程中针对换热管的实际管径进行合理设计。
管径直径越小，则可能相应增加管道流速，导致管道湍流速度大幅提升，进而增加传热系数，使总传热系数K值大幅增加。
然而，如果流速过高，则可能相应增加装置冲刷腐蚀的风险，导致压降增加，为此，要求针对换热管中的液体流速进行充分管控，使其得以保持在1.0m/s上下。
其次，要求合理确定最佳的管程数量，以促进管程流体流速提升。
可以将管程分别设计为7种不同型式，不断提升各管程换热管排布的均匀性，使其得以均匀流入不同管程的换热管。
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试论管壳式换热器的工艺设计及要点
摘要：作为一种传统的标准换热设备，管壳式换热器在能源、石油、化工等很
多工业部门中被大量使用，应用十分广泛，并占有一定的主导地位。
随着工业化
的不断发展和进步，工业装置也逐渐向大型化和高效率化发展，使得换热器的发
展也不断的大型化，这就对大型换热器的产品质量、系统的经济性、能量利用效
率等工艺设计方面的要求越来越严格。
本研究主要从管壳式换热器工艺设计的原
理入手，重点分析了管壳式换热器的工艺设计、设计中应注意的问题以及设计原
理与方法研究。
关键词：管壳式换热器；工艺设计；注意事项；研究进展
管壳式换热器就是指以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，也叫做列管式换热器。
该换热器具有操作可靠、结构简单、清洗方便、生产成本
较低、易于制造、选材范围广、适应性强、能适应高温高压等特点，是现阶段在
能源、石油、化工等很多工业部门中应用最广的换热器类型。
本研究从管壳式换
热器工艺设计的原理入手，重点分析了管壳式换热器的工艺设计、设计中应注意
的问题以及设计原理与方法研究。
1 管壳式换热器的基本概
1.1 管壳式换热器的概念
管壳式换热器是一种在轻工、化工、石油、能源、制药等工业生产中广泛运
用的，以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器，又叫做列管式换
热器。
这种管壳式换热器结构简单由壳体、管板、传热管束、折流板以及管箱等
部件组成。
管壳式换热器操作方便、可靠、适合在高压及高温下使用，是目前应
用最广的一种换热器类型。
1.2 管壳式换热器的工作原理
管壳式换热器的工作原理是通过换热器来完成液体汽化成蒸汽或者蒸汽冷凝
成液体、低温流体加热或者高温流体冷却等过程中间的热量传递，管壳式换热器
的壳体以圆筒形为主，内部装有管束，并且其两端固定在管板上，分为两种换热
流体：一种是管程流体，是指流体在管内流动；一种是壳程流体，是指流体在管
外流动。
与此同时，壳体内通常装有若干挡板，不仅可以使流体按规定路程多次
横向通过管束，还能提高壳程流体速度，增强流体湍流程度，提高管外流体的传
热分系数。
管板上的散热管通常分为等边三角形或正方形两种排列方式，前者排
列方式使得散热管之间彼此排列紧凑，进而增大了管外流体湍动程度和传热分系数。
而正方形排列方式则主要适用于易结垢的流体，是以方便清洗为主。
2 管壳换热器的工艺设计
随着科学技术的不断快速发展，以及我国经济的迅速发展，越来越多的新工艺、新材料、新结构的各种不同型式不同种类的换热器逐渐涌现出来，以满足在
能源、石油、化工等很多工业部门中的应用。
现阶段，我国已经建立相关种类的换热器标准，建立并完善了换热器在设计
或选型时应满足合理地实现所规定的工艺条件，使得现有的管壳式换热器的设计
技术更具科学性，在结构上安全可靠，在操作上也是便于操作、维修和安装，并
且在价钱上也符合基本要求，能够得到广泛的应用。
首先，管壳式换热器一端的管板在壳体内是可以自由浮动的，而另一端管板
则是与壳体固定的，能够确保在两种介质的温差较大时，管束和壳体之间不存在
温差应力。
其次，管壳式换热器的浮头端能更易于管束插入或抽出壳体，被设计为可拆结构，这种设计不仅能够保证管束能在设备内自由移动，还能确保浮头部分在进行安装、清洗以及检修的时候更加的方便。
3 管壳换热器设计中需要注意的问题
3.1 存在钢板、钢管负偏差问题
一般情况下，管壳换热器设计中经常存在钢板、钢管负偏差问题，必须要给予足够的重视，一旦存在这种负偏差的问题，就很容易导致管壳换热器开孔补强不足。
钢管负偏差问题主要分为两大类：首先，管壳换热器设计中管束存在级别问题，这会对管板和折流板管孔之间的公差精度产生一定影响。
其次，换热管的材质的不同也会对管孔公差产生一定影响，在一定程度上会影响到管壳换热器的开孔补强效果。
只有在钢材的厚度负偏差小于0.25mm，且不超过实际厚度的6%时，钢材厚度的负偏差值才可以省略不计。
3.2 划类、程数问题
受我国国内配件实际配套能力较低的影响，现阶段存在的对于工艺性能的结构要求远远不能满足工艺要求。
在进行管壳换热器压力腔管理过程中，没有严格按照每个压力腔各自的类别而分别提出设计要求和制造技术要求，在进行压力腔类别划定时，没有严格按照压力腔的设计压力以及压力腔的几何容积进行取值，使得管壳换热器在划类、管程分程方面存在很大的问题。
3.3 热处理问题
首先，在管壳换热器的浮头盖以及管箱的热处理方面存在问题，没有对低合金钢或者碳钢制的焊有分程隔板的浮头盖、管箱和管箱的侧向开孔超过1/3圆筒内径的管箱进行热处理工作。
其次，冷轧的强化换热管缺少必要的热处理工作，因此不能提高钢管的耐应力腐蚀。
最后，黄铜等有色金属冷轧的强化换热管同样缺少必要的热处理工作。
3.4 标准未明确的几个问题
管壳换热器设计中尚存很多标准未明确的问题。
首先，现阶段存在的垫片设计标准中给出的常用的垫片性能，只是简单的提供了几种新材料的垫片系数以及比压力数值以供参考，不能完全满足实际的垫片设计要求。
其次，现存的A型和B 型两种钩圈各自存在优缺点，没有严格的使用设计标准。
最后，就是在设计压力较高的情况下，标准中要求的换热器中的浮头法兰和钩圈外径已经不能满足螺柱直径的不断增大的需求。
4 管壳换热器的设计原理与方法研究
4.1 Kern法
在Colburn2Donohue法的基础上，Kern 同时将传热温度分布、壳程2管程流动、污垢及结构等问题作为一个设计整体来处理，这种设计对于管壳式换热器研发很有价值，也被称之为Kern法。
4.2 Bell2Delaware法
在Colburn 等完成的 Delaware 研究计划成果的基础上，1963 年Bell 利用大量实验数据对传热、流动与结构综合效应进行了考虑，提出 Bell2Delaware 法。
但这种改进管壳式换热器壳程的工艺设计适用范围存在一定限制。
4.3 流路分析法
由于Bell2Delaware 法存在一定的局限性，美国传热研究公司提出了具有独创性的流路分析法。
并在1984年被Wills和Johnson简化，这是一种依赖各种流路阻力系数的经验公式，使用非常方便。
4.4 基于计算流体动力学的设计法
随着计算机科学技术的快速发展，研究者通过建立换热器的计算机辅助设计
系统，使得管壳式换热器设计过程更为简单，并在此基础上进行了换热器的三维
流动和传热行为数值模拟工作，从根本上解决管壳式换热器的设计和放大问题。
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