壳管式换热器设计
管壳式换热器设计
管壳式换热器设计管壳式换热器的换热设计由复杂的电脑软件完成，对换热器换热原理的掌握可以更有效的使用好软件。
本文阐述了换热器设计基础，包括如下几个方面:管壳式换热器构件;根据结构和用途划分的管壳式换热器类型;换热设计所需数据;管侧设计;壳侧设计包括管子排布，折流板和壳侧压降;平均温差。
管侧和壳侧的换热和阻力降方程众所周知，本文着重他们之间的相互作用以使换热器设计最优化。
管壳式换热器构件设计者需充分了解管壳式换热器的机械构件及其对换热设计的影响。
管壳式换热器的主要构件包括:壳体，壳盖，管子，管箱，管箱盖，管板，折流板，管口。
其它构件包括拉杆，定位件，通道隔板，防冲板，纵向挡板，密封条，支撑和支座。
TEMA有详细的部件描述。
一个管壳式换热器包括三部分:前封头，壳体和后封头。
图1给出了不同结构的TEMA名称。
换热器可以表示为有三部分的字母代号，例如BFL换热器表示罩盖，纵向隔板双壳程和固定管板后封头。
换热器类别固定管板式固定管板式换热器(图2)是垂直的管子两头固定在管板上，管板与壳体焊接在一起。
这种结构包括可移动管箱盖(如AEL)，罩盖型管箱盖(如BEM)和整体管板(如NEN)。
固定管板式结构简单，成本低，不需要膨胀节。
固定管板式拆除管箱盖或帽后管子可以机械清洗，而且壳侧没有法兰连接壳侧流体不易泄漏。
固定管板式管束固定在壳体上，管外侧无法进行机械清洁，但可以使用化学清洁。
如管侧壳侧温差太大，管板无法吸收不同的应力，则需要加膨胀节，此时不适合用固定管板式。
U型管式U型管换热器管子是U型，只有一个管板，成本也较低。
U型管换热器一端自由，管束在不同的应力下可伸缩，U型管换热器管束可以抽出，管外侧可以清洁。
U型管换热器管内无法有效的清洁，U型端须要有柔性转轴才能清洁。
所以对于U型管换热器易结垢流体不易走管内。
浮头式浮头式换热器用途广泛，价格昂贵。
浮头式换热器一端管板固定于壳侧，另一端浮动。
管束可以伸缩，管子内外都可以清洁。
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。
管壳式换热器的课程设计
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
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。
管壳式换热器设计和选型
管壳式换热器设计和选型首先，管壳式换热器的设计需要根据具体的换热要求来确定，主要包括换热量、换热介质、流体流量和温度等参数。
根据设计要求，可以确定壳程和管程的尺寸、管道布置、换热面积等参数。
在设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.热力计算：根据热源和热负荷的温度和流量要求，进行热力计算，确定所需的换热面积。
2.材料选择：根据工作介质的性质和工作条件，选择合适的材料，如不锈钢、铜合金等，以确保换热器的耐腐蚀性和耐高温性。
3.管道布置：根据介质的流态和流速等因素，确定管道的布置方式，如串流、并流、交叉流等，以实现最佳的换热效果。
4.换热面积：根据设计要求和换热性能，确定所需的换热面积，以满足换热要求。
5.清洗和维护：在设计过程中，要考虑到换热器的清洗和维护，选择合适的结构和材料，以方便换热器的维护和清洗。
在选型过程中，需要考虑以下几个因素：1.流体性质：选型时需要考虑流体的性质，包括流体的物理性质、压力和温度范围、粘度等。
不同的流体对换热器的要求不同，需要选择适合的换热器类型和材料。
2.温度和压力：根据工作条件确定换热器的温度和压力范围，选择符合要求的换热器。
3.环境限制：考虑到环境因素，如空间限制、气候条件等，选择适合的换热器尺寸和类型。
4.经济效益：综合考虑设备造价、运行费用、维护保养成本等因素，选择经济、高效的换热器。
5.供应商选择：选择有经验和信誉良好的供应商，确保提供优质的产品和服务。
总之，管壳式换热器的设计和选型需要根据具体的应用要求和工艺条件来确定，需要综合考虑热力计算、材料选择、管道布置、换热面积、清洗和维护等因素，并在选型过程中考虑流体性质、温度和压力、环境限制、经济效益和供应商选择等因素，以确保设计符合要求，选型合理可靠，并能够实现高效换热。
管壳式换热器设计 课程设计
管壳式换热器设计课程设计XXX课程设计：管壳式换热器设计学院：机械与XXX专业：热能与动力工程专业班级：11-02班指导老师：小组成员：目录第一章：设计任务书第二章：管壳式换热器简介第三章：设计方法及设计步骤第四章：工艺计算4.1 物性参数的确定4.2 核算换热器传热面积4.2.1 传热量及平均温差4.2.2 估算传热面积第五章：管壳式换热器结构计算管壳式换热器是常用的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业。
本次课程设计旨在设计一台管壳式换热器，以满足特定工艺条件下的换热需求。
在设计之前，需要了解管壳式换热器的基本结构和工作原理。
管壳式换热器由外壳、管束、管板、管箱、管夹等部分组成。
热量通过内置于管束中的流体在管内传递，再通过管壳间的流体传递到外壳中，从而实现热交换。
设计过程中，需要确定流体的物性参数，包括密度、比热、导热系数等。
同时，还需要核算换热器传热面积，以满足特定的传热需求。
传热量和平均温差是计算传热面积的重要参数，而估算传热面积则需要考虑流体的流动状态、管束的排布方式等因素。
最终，我们将根据设计要求进行管壳式换热器的结构计算，确定外壳、管束等部分的尺寸和数量，以满足特定工艺条件下的换热需求。
第一章设计任务书本项目旨在设计一台管壳式换热器，用于将煤油由140℃冷却至40℃。
处理能力为10t/h，压强降不得超过100kPa。
具体操作条件为：煤油的入口温度为140℃，出口温度为40℃，冷却水的入口温度为26℃，出口温度为40℃。
2.第二章管壳式换热器简介管壳式换热器是石油化工行业中应用最广泛的换热器。
尽管各种板式换热器的竞争力不断上升，但管壳式换热器仍然占据着换热器市场的主导地位。
目前，各国为提高这类换热器性能进行的研究主要集中在强化传热、提高对苛刻工艺条件的适应性以及开发适用于各类腐蚀介质的材料。
此外，结构改进也是向着高温、高压、大型化方向发展的必然趋势。
5.1 换热管计算及排布方式在设计管壳式换热器时，需要计算并确定换热管的数量、直径和排布方式。
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。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展，管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时， 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施， 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发，专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模，包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型，对工艺流程进行模拟计 算，得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果，对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计，以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式，如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质（如密度、粘度、比热容等） 和化学性质（如腐蚀性、结垢性等）。
经济性
在满足工艺要求的前提下，考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化，HTRI软件逐步增加了新的功能模
块，如振动分析、腐蚀预测等，并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前，HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
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。
管壳式换热器设计-课程设计
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、设计条件气体工作压力管程：半水煤气0.75MPa壳程：变换气 0.68 MPa壳、管壁温差55℃，tt ＞ts壳程介质温度为220-400℃，管程介质温度为180-370℃。
由工艺计算求得换热面积为140m2，每组增加10 m2。
四、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。
5.根据设计说明书、图纸、平时表现及答辩综合评分。
五、设计安排六、说明书的内容1.符号说明2.前言（1）设计条件；（2）设计依据；（3）设备结构形式概述。
3.材料选择（1）选择材料的原则；（2）确定各零、部件的材质；（3）确定焊接材料。
4.绘制结构草图（1）换热器装配图（2）确定支座、接管、人孔、控制点接口及附件、内部主要零部件的轴向及环向位置，以单线图表示；（3）标注形位尺寸。
（4）写出图纸上的技术要求、技术特性表、接管表、标题明细表等5.壳体、封头壁厚设计（1）筒体、封头及支座壁厚设计；（2）焊接接头设计；（3）压力试验验算；6.标准化零、部件选择及补强计算：（1）接管及法兰选择：根据结构草图统一编制表格。
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。
管壳式换热器的设计计算
管壳式换热器的设计计算1．流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例)(1) 不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。
(2) 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
(3) 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。
(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。
(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视具体情况抓住主要矛盾，例如首先考虑流体的压强、防腐蚀及清洗等要求，然后再校核对流传热系数和压强降，以便作出较恰当的选择。
2. 流体流速的选择增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。
但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。
所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。
此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。
例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。
管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。
这些也是选择流速时应予考虑的问题。
3. 流体两端温度的确定若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，就不存在确定流体两端温度的问题。
若其中一个流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。
例如用冷水冷却某热流体，冷水的进口温度可以根据当地的气温条件作出估计，而换热器出口的冷水温度，便需要根据经济衡算来决定。
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
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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凝器
却式冷凝器
冷却介质温升/ ℃ 对数平均温差/ ℃
3～5 6～7
5～8 6～8
8～10 8～12
几种翅片管的结构参数
序号
怌管规格（直径 /mmX壁厚/mm）
Sf/mm
δt/mm h/mm
1
ф16X1.5
2
ф16X1.5
3
ф16X1.5
4
ф19X1.5
ф19X1.5
1. 已知制 冷剂为R22， 空调工况下冷 凝热负荷为 4600W,试设计 与压缩冷凝机 组配套的卧室 壳管冷凝器。
解；管型选 择 di=10.4mm dt=15.1mm δt=0.4mm db=12.4mm Sf=1.2mm
单位管长的 各换热面积 计算如下
1.25 1.5 1.2 1.1 1.34
0.223
1.5
0.35
1.5
0.4
1.35
0.25
1.5
0.25
1.45
ad=3.14dtδ t/Sf=3.14X0 .0151X0.000 4/0.0012㎡ /m =0.0158 af=3.14(dt² -db²)/(2Sf) =3.14X(0.01 51²-0.0124 ²)/(2X0.001 2)㎡／m =0.0972㎡／ ab=3.14db(S F-δt)/Sf =3.14X0.012 4X（0.00120.0004） /0.0012㎡／ m＝0.026㎡ ai=3.14di＝ 3.14X0.0104 ㎡／m＝ 0.0327㎡／m aof＝ ad+af+ab=(0 .0158+0.097 2+0.026)＝ 0.139㎡／m
；1. 对水冷冷凝器，当传热管为紫铜管时，水侧污垢系数取1.72X10∧（㎡K）/W,对钢 2. 在氟利昂套管式冷凝器中，水速在1～2.5m/s范围内为宜。 3. 套管式和壳管式的水速分别是2.5m/s和2m/s.
冷却介质温升及对数平均温差范围
冷凝器形式
氟利昂壳管式 氟利昂套管式冷 强制通风空气冷
冷凝器
时水的密度ρ =994.93kg/m ³, 比定压热 容 Cp=4179J/(kg *k), 侧所需 水量
qv=Qk/ρCp(tw2-tw1)=46000/994.93X4179X(35-30)m³/s 取冷却水流速w=2.5m/s, 侧每流程管数
Z=qv/3.14Xdi²w/4=4X0.00221/3.14X0.0104²X2.5=10.4根
qo可在 5000～ 7000W/㎡
热流密度qo=6000W/㎡,侧布置传热面积 6000㎡＝7.67㎡ ＝7.67／0.139m＝55.18m
/994.93X4179X(35-30)m³/s 侧每流程管数 X0.0104²X2.5=10.4根
取整数Z=10根
2. 估计传热管总长 假定按管外面积计算的热流密度qo=6000W/㎡,侧布置传 Aof=Qk/qo＝46000／6000㎡＝7.67㎡
布置有效管长 L＝Aof/aof＝7.67／0.139m＝55.18m
3. 确定每流 程管数Z、有 效单管长l及 流程数N 取 冷却水进口温 度为tw1=30 ℃,出口温度 tw2=35℃,由 水性表知，在 平均温度32.5 ℃
污垢系数取1.72X10∧（㎡K）/W,对钢管去3.44X10∧(㎡K)/W
（∧代表十的负四次方）
结构参数 di/mm db/mm Aof/( dt/mm ф ㎡*m¹)
11 12.86 0.15 1.86 -
11 13 0.134 16
-
10.4 12.4 0.139 15.1 -
14 15.9 0.179 18.9 20º 14 15.85 0.152 15.85 20º