换热器设计心得体会共4篇(对换热器设计的评述)

　　下面是范文网小编收集的换热器设计心得体会共4篇(对换热器设计的评述)，供大家品鉴。

换热器设计心得体会共1

　　第一章

　　换热器总体设计

　　间壁式换热器在各个工业部门中应用最为广泛。按照传热间壁的结构形状可分为管式和板式两大类，管式中又有管壳式（列管式）、套管式、蛇管式以及翅片式等多种形式；板式中又有波纹板式、螺旋板式、板翅式、板壳式等多种形式。

换热器的设计步骤

（1）收集原始数据。

　　原始数据是设计计算的基本依据，应根据设计任务，收集尽可能多的有关数据，并力求准确。

（1）确定物性参量。

　　安排管、壳程流体，确定定性温度，计算或查得换热介质物性参量：密度、粘度、比热等。

（3）初步决定换热器流型，计算平均温差。 （4）计算热负荷（热传量）。

　　利用热平衡计算换热器的热负荷，为估算热量损失，需要确定热损失系数或热效率。 （5）初选传热系数K0，根据换热介质，流速及流态确定K0，初算传热面积A0，利用A0选择标准型号换热器或自行设计换热器结构，确定管、壳程的主要结构尺寸。 （6）管程传热及压降计算。

　　选定允许压降ΔP，假定管壁温度t'w，根据初选结构计算管侧对流换热系数和压降。当换热系数远大于K0，且压降小于允许压降值时，方能进行壳程计算，否则，重选K0或进行结构调整。

（7）壳程压降及传热计算。

　　根据初选结构和假设的壁温t'w计算壳程流通截面、流速和换热系数，若不符合要求，可变动壳程结构，调整折流板尺寸、间距乃至壳体直径直至满意。 （8）核算总传热系数。

　　根据管、壳两侧流速和温度决定污垢热阻，最后计算传热系数Kj，当计算值与初选值满足：Kj/K0?~即符合要求。也可计算传热量Qj或传热面积Aj，并与Q0、A0比

　　1 较，有（10～10）%的过余即符合要求。 （9）计算壳程压降。

　　管、壳程压降均应小于允许压降，否则调整结构重算直至满意。

设计任务书

　　表1-1 为设计一管壳式换热器的原始数据

　　Table 1-1 for the design of a shell heat exchanger of the original data 介质 入口温度℃

　　出口温度℃

　　工作压力MPa 氨气 水

　　145 10

　　40 30

150

　　逆 流

　　流量(t/h)

　　流动方式

确定设计类型、结构形式及流程

（1）本设计选用固定管板式换热器。 （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。 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。

　　本设计由于两流体温差大，而冷却水的换热系数大，结垢性较氨气强、工作压力高，用泵输送允许的压降较大，故使冷却水走管程较合适。

　　2 氨气的流量较小、粘度较小、壳体强度不会产生问题，允许压降小，因而使其走壳程合适。

工艺计算

　　工艺计算包括初选结构、传热计算和压降计算，工艺计算所得的传热面积是下一步结构设计的前提。

原始数据

（1）冷却水进口温度：t'?2?20C；

（1）冷却水出口温度：t''2?30?C；

（3）冷却水工作压力：P2?； （4）冷却水流量：G1?kg/h；

（5）氨气进口温度：t'1?145?C； （6）氨气出口温度：t''1?40?C；

（7）氨气流量：G1?9500kg/h； （8）氨气工作压力：P1?； 定性温度和物性参数计算[1]

（1）水的定性温度tt''2?t'2?20?30?25?2，t2?22C；（1）水的密度?2，查物性表?2?997kg/m3； （3）水的比热C?2查物性表C?2?/kgC； （4）水的导热系数?2，查物性表?2?/mC；（5）水的粘度μ62，查物性表μ2??10?PaS； （6）水的柏朗特数Pr1，计算或直接查得

　　Pr1?(1000?CP1?μ1)?1000???10?? 3

　　1-1）

（（7）氨气的密度?31，查物性表?1?595kg/m； （8）氨气的比热C?1，查物性表C?1?/kgC； （9）氨气的导热系数?1，查物性表?1?/mC； （10）氨气的粘度μ1，查物性表μ1??10?5PaS； （11）氨气的柏朗特数?r1，

　　Pr?CP1?μ???10?51?(1000k)??0.

传热量及水流量

（1）换热器效率，取η?； （1）设计传热量Q0，

　　Q0?G1Cp1(t'2?t''2)η?1000/3600???(30?20)??1000/3600

?. 有效平均温差 （1）逆流平均温差Δtm

Δtm?(Δt大?Δt小)/ln(Δt大/Δt小)?[(145?40)?(30?20)]?ln(145?4030?20)

?（1）参数R R?(t't''1?1)/(t''2?t'2)?(145?40)/?30-20??10.

　　5 参数P，P?(t''''2?t2)/(t1?t'2)?(30?20)/(145?20)?

　　参数?，查取??

　　有效平均温差Δt'm，Δt'm???Δt?N???

　　1-1）

（1-3）

（1-4）

（1-5）（1-6）

（

初选结构

（1）试选传热系数K0，K0?1000W/m2C； （1）初选传热面积?0，?0?Q0/K0Δtm?.3?；

（1-7）

　　1000?（3）管子外径d0，选φ25?无缝钢管，d0?； （4）管子内径di，di?d0?2?/1000?； （5）管子长度l，取换热管标准长度l?； （6）总管子数，Ni?232根；

（7）管程排列方式，传热管采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，取单壳程，1管程结构；

（8）管束中心处一排管数Nc，Nc???

（1-8）取Nc?17；

（9）壳体内径Ds，取用Ds?；

（10）折流板数nB，nB?(l/B)?1?(3/)?1?19块；

（1-9） 传热系数

（1）水侧污垢热阻r2?/W； （1）煤油侧污垢热阻r1?/W； （3）管壁热阻r，忽略不计； （4）总传热热阻rΣ，

　　rΣ??d11d0?r1?r20??????

（1-10）

　　2119??/W（5）传热系数Kj，

（1-11） Kj?1/rΣ?1/?1130W/m2C；（6）传热系数比值Kj/K0，Kj/K0?1130/1000?，合适；

（1-11）

　　5 管程压降

（1）管程流通面积Ai，Ai?π2nπ232 d????

　　2 （1-13）

　　4Np42（1）管程流速ui，ui?Vs ?/s

（1-14）

　　As3600?997?（3）管程雷诺数Rdiuiρei，Rei?μ???.7?10?6?

（4）管壁粗糙度ε?，εd??，查图得λ?； i20（5）管子压降?ΔPi，

?ΔPi?(ΔP1?ΔP2)?FNtp

ΔP?ld?ρu22???997??λ2?

ΔPρu2997??2?2?

　　Ft?，Np?2

?ΔP?(?)??2?

壳程压降

（1）管子为正三角形排列，F?

　　nc???

（1）取折流板间距h?

　　nLB?h?1??1?19

（3）壳程流通面积A0

　　A0?h?(D?ncd0)??(?17?)?

（4）壳程流速u，u?VsA??/s s3600?997?

　　1-15）

　　1-16）

　　1-17）

　　1-18）

　　1-19） 1-10） 1-11）

（（ （（ （ （ （（5）壳程雷诺数Re，Re?diuiρ??997?? μ?10?6???5Re?5??

　　595??

（1-11）所以，?P???17?20? '12p'?N2hρu202?0.?ΔB(?D)2?19?(?)?2?

（6）壳程总压降：?ΔPΔ?''0?(1?ΔP2)FsNs

　　其中，Fs?，Ns?1

?Δp???

（7）压降校核：?p2?[?p2]

　　符合要求；

?p2?[?p2]

　　符合要求；

　　1-13）

　　1-14）

（ （第三章

　　结构设计与强度计算

　　结构设计的任务是根据热力计算所决定的初步结构数据，进一步设计全部结构尺寸，选定材料并进行强度校核。最后绘成图纸，现综述如下：

换热器流程设计

　　管箱是管程流体进口均匀分流和出口汇流的空间，本设计采用壳方单程，管方二程的1-1型换热器，它还起着改变流体流向的作用。由于换热器尺寸不太大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用。

　　分程隔板选用：

（1）本设计分程隔板的厚度为8mm，材料为Q135-B (GB/T 700-1988)；

（1）承受脉动流体或隔板两侧压差很大时，隔板的厚度应适当增厚，或改变隔板的结构；

（3）大直径换热器隔板可设计成双层结构；

（4）必要时，分程隔板上可开设排净孔，排净孔的直径一般为6mm； （5）厚度大于10mm的分程隔板，密封面处应削边至10mm；

换热管设计

　　本设计采用光管，光管是管壳式换热器换热管的传统形式，它廉价，易于制造，安装，检修，清洗方便。管径采用标准管径φ25?，钢管标准为GB/T 8163-1987，外径偏差为?，厚度上偏差为+15%，下偏差为-10%。采用标准管径在结构上和经济上均有好处，而且φ25?属于小管径，管径小，单位体积传热面积大，结构紧凑性高，金属耗量少，传热系数也高。而且循环水不属于粘度大或污浊流体，不会造成太多的沉淀。

　　根据计算管长采用3m，壳径为，管长与壳径之比为，换热管材料采用10钢，标准为GB/T 699-1988。

　　换热管排列形式如图3-1所示。

　　流向

　　图3-1 正三角形排列 Figure 3-1 With triangular 这样使得布管比较紧凑，传热系数较高，便于管板划线及钻孔。

　　换热管中心距采用常用的方式，当管径为15mm时，换热管中心距31mm。 换热管总数为131根，其传热面积为：

进、出口管设计

（1）管程进、出口管

　　2按ρ2ω2N2?3000，取ρ2ωN2?1750，得进、出口流通截面积为：

　　AN2?G??

　　2 （3-1）

　　3600ρ2ωN?1750进、出口管道内径：

　　DN2?44aN2???

（3-1） ππ取用φ89?6mm的输送流体用无缝钢管：10钢（GB/T 8163-1987），L=50mm。 （1）壳程进、出口管

　　按ρ1ω2N1?2000取壳程进出口管处质量流速ρ1ωN1?1000则流通截面积应为：

　　AN1?G??

　　2 （3-3）

　　3600ρ1ωN?1000进出口管内径为：

　　DN1?44aN1???

（3-4） ππ9 取用φ76?6mm的输送流体用无缝钢管：10钢（GB/T 8163-1987），L=50mm。 （3）接管或接口的一般要求 ①接管应与壳体内表面平齐；

②接管应尽量沿壳体的径向或轴向设置； ③接管与外部管线可采用焊接连接；

④设计温度高于或等于300?C时，必须采用整体法兰； ⑤必要时可设置温度计接口、压力表接口及液面计接口；

⑥对于不能利用接管或接口进行排气和排液的换热器，在管程和壳程的最高点设置放气口，最低点设置排液口，最小公称直径为10mm。

筒体设计

　　筒体内径为Di?600mm；材料为Q235—B(GB/T 700-1988)； 筒体计算厚度：δ?[σ]t?pcDi

（3-5）

　　2[σ]tφ?pc235?

φ? aC1?，C2?2mm

　　Pc?p1?δ??600?

　　2???设计厚度：δd?δ?C2??2?

　　名义厚度：δn?δ?C1?C2?Δ???2?? 按GB151-1999标准，实际取δn?8mm。（最小厚度）

封头设计

　　根据压力容器设计规范采用材料为16MnR（GB 6654-1996）的标准椭圆形封头。 （1）标准椭圆形封头设计计算： 封头内径为：Di?600mm。 封头计算厚度：δ?pcDi

（3-6） t2[σ]φ? [σ]t?345?

φ? ?0mm，C2?2mm

　　Pc?p2? Paδ??600?

　　2????设计厚度：δd?δ?C2??2?

　　名义厚度：δn?δ?C1?C2?Δ??0?2?? 按GB151-1999标准，实际取δn?8mm。（最小厚度） 曲面高度：h1?Di600??150mm 44直边高度：h2?25mm 各尺寸如图3-1所示。

　　图3-1 标准椭圆形封头 Figure 3-1 Standard elliptical head 管板设计

（1）本设计管板厚度按标准选取为：b=18mm。材质为16MnR（GB 6654-1996）。

　　固定管板结构尺寸为：A?566mm；B?490mm；C?490mm；如图3-3所示。 （1）管板孔直径为，上偏差+，下偏差0mm。

　　图3-3 固定管板结构尺寸

　　Figure 3-3 Fixed structure size of the board （3）布管限定圆直径DL为：

　　DL?Di?2(b1?b2?b)?500?2?(3??5)?457mm

（3-7） 法兰设计

（1）容器法兰选用按照JB 4703-1991《压力容器法兰》的规定选取：壳体法兰； （1）接管法兰选用按照GB/T 管法兰的规定选取： ①水进口接管法兰； ②水出口接管法兰； ③氨气进口接管法兰； ④氨气出口接管法兰。

折流板和支持板设计

（1）折流板和支持板的形式

　　常用的折流板和支持板的形式有弓形和圆盘—圆环形两种。弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种；

　　本次设计折流板选用单弓形水平形式。 （1）折流板材料

　　折流板材料为Q135-B (GB/T 700-1988)。 （3）折流板尺寸 ①弓形折流板缺口高度

　　弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横过管束的流速相近。 本次设计缺口弦高h，h??Di??600?120mm。 ②折流板的厚度为：6mm。

③折流板的管孔直径为：16mm，管孔直径允许偏差为：+。

　　12 ④折流板名义外直径为：16mm，外直径允许偏差为：-。 （4）折流板的布置

　　折流板一般应按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口接管。 本次设计折流板缺口水平上下布置，在缺口朝上的折流板的最低处开通液口，在缺口朝下的折流板的最高处开通气口。 （5）折流板间距

　　折流板间距为：，数量为：nB?19块； 本次设计折流板结构尺寸如图3-4所示。

　　图3-4 折流板结构尺寸 Figure 3-4 Baffled structure size 拉杆、定距管设计

（1）拉杆的结构形式

　　本次设计拉杆的结构形式为拉杆定距管结构，如图3-5所示。

　　图3-5 拉杆定距管结构

　　Figure 3-5 Away from the structure of the tension bar （1）拉杆的直径和数量

　　拉杆的直径为：11mm，数量为：6根。 （3）拉杆的尺寸

　　13 拉杆的尺寸按GB151-1999表45和图3-10确定。 拉杆的长度L按需要确定。

　　本次设计La?15mm，Lb?60mm，Lc?5746mm （4）拉杆的布置

　　拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。

　　本次设计拉杆的布置方位按固定管板零件图（10-1603-01）。

　　图3-6拉杆 Figure 3-6 Drawbars 支座设计

　　本次设计采用鞍式支座；鞍式支座如图3-11所示。鞍式支座在换热器上的布置应按下列原则确定：

①当L≤3000mm时，取LB=（~）L； ②当L> 3000 mm时，取LB=（~）L； ③尽量使LC和L?C相近。 本次设计L?1500mm

　　表3-1设计值汇总

　　Table 3-1 Aggregate value of design 名

　　称 筒体壁厚 短节厚 封头厚 分程隔板厚 拉杆 定距管 法兰 折流板 管程接管 壳程接管 固定管板厚 封头厚 折流板厚 支持板厚

　　尺寸/mm 8 8 8 8 11 15 1000 6

　　材

　　料 Q135-A Q135-A 16MnR Q135-A Q135-A 10 16MnR Q135-A 10 10 16MnR 16MnR Q135-A 16MnR

　　表3-1设备结构参数

　　Table 3-1 Equipment structural parameters 形式 壳体内径/mm 管径/mm 管长/mm 管数目/根 传热面积/m1 管程数

φ76?6 φ89?6

　　18 8 6 10

　　固定管板式 600

　　壳程数 台数 管心距/mm 换热管排列方式 折流板数/块 折流板间距/mm 材质

　　1 1 31 正三角形 19 300 碳钢

φ15?

　　3000 131 1

　　结 论

　　换热器是重要的化工设备，其产品种类繁多、形式各异、使用广泛、技术成熟，产品的设计标准完善，同系列产品图形结构相同，尺寸变化跨度较大。开发换热器辅助制造系统，对配合换热器的技术改造，普及CAM技术，缩短产品加工和技术改造周期，提高投标反应速度和市场竞争能力有着重要的意义。

　　本文完成的工作有以下几个方面：

1.简要介绍了国内外管壳式换热器的发展和近期的研究状况；对换热器在工业中的应用以及换热器的分类作了简明扼要的介绍。

1.对换热器进行总体设计，确定设计类型、结构形式及流程，然后进行工艺计算。壳体形式为：单程壳体；工艺计算，包括初选结构、传热计算和压降计算，热工计算所得的传热面积是下一步结构设计的前提。

3.对换热器进行结构设计与强度计算；结构设计的任务是根据工艺计算所决定的初步结构数据，进一步设计全部结构尺寸，选定材料并进行强度校核，最后绘成图纸。

4.根据GB151-1999第6章和GB150-1998第10章的有关规定，对换热器进行制造、检验与验收。

　　16 参考文献：

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换热器设计心得体会共2

　　河南机电高等专科学校毕业设计说明书

　　第1章

　　浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。

　　换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大

　　河南机电高等专科学校毕业设计说明书

　　型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的拉动。

　　未来散热器将会朝着更加节能环保和美观实用的角度不断创新与发展，短时期钢制柱式散热器和铜铝复合散热器任将会是市场主流产品与选择。

　　换热器在工业生产和生活的各个领域都得到了广泛的应用，而且其功作性能的优劣直接影响着整个装置和系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要，所以一个合理的换热器应满足一下的几点要求：

（1）在给定的工作条件（流体流量、进口温度等）下，达到要求的传热量和流体出口温度；

（2）流体压降要小，以减小运行的能量消耗； （3）满足外形尺寸和重量要求；

（4）安全可靠，满足最高工作压力，工作温度以及防腐、防漏、工作寿命等方面要求；

（5）制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减少初投资；

（6）安装、运输以及维修方便等。按照设计要求，在结构的选取上，为了增大压差校正系数，采用了壳侧两程管侧四程。

　　通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构，然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计。在结构设计时，要考虑许多因素，例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及拆卸等等。之后对有些部件进行强度校核并进行对其优化设计。

　　换热设备是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%-20%，在炼油厂中，约占总投资的35%-40%。

换热设备的应用

　　浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量又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。此外，换热设备也是回收余热和废热，特别是低位热能的有效装置。

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　　图1-1浮头式换热器实物图

换热器设备的分类

按作用原理分类 （1）直接接触式换热器

　　直接接触式换热器又称混合式换热器，是利用冷，热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。为增加两流体的接触面积，以达到充分换热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构。如冷却塔，冷却冷凝器等。 （2）蓄热式换热器

　　蓄热式换热器又称回热式换热器，是借助于固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。在换热器内首先由热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由流体通过，由蓄热体把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合，则不采用蓄热式换热器。 （3）间壁式换热器

　　它又称表面式换热器，是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多样，如管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。 （4）中间载流体式换热器

　　它是把两个间壁式换热器由在其中循环的载流体连接起来的换热器。载流体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流

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　　体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器等。 按作用方式分类 （1）管式换热器

　　管式换热器都是通过管子壁面传热的换热器。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等。蛇管式换热器一般由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形、螺旋形和长的蛇行等。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。按使用状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。套管式换热器是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用U形弯管将他们连接成排，并根据实际需要，排列组合成传热单元，换热时，一种流体走内管，另一种流体走内外管间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热。两种流体都可以在较高的温度、压力、流速下进行换热。套管式换热器的优点是结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可有较高的传热系数；缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。在圆筒形壳体中放置了许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和顶距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两侧的端盖上装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为了安置测试仪表用的接口管，排液孔和排气孔等。缠绕管式换热器是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋闲形状交替缠绕而成，相邻两成螺旋状传热管的螺旋方向相反，采用一定形状的定距管使之保持一定的距离。缠绕状传热管可以采用单根绕制，也可采用两根或多跟组焊后一起绕制。管内可以通过一种介质，称通道型缠绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上，构成多通道型缠绕管式换热器。缠绕管式换热器适用于同时处理多种介质等场合。 （2）板面式换热器

　　板面式换热器是通过板面进行传热的换热器。板面式换热器按传热板面的结构形式可分为以下五种：螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳是换热器和伞式换热器。板面式换热器的传热性能要比管式换热器优越，由于结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。板面是换热器采用板材制

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　　作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。

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　　第2章 浮头式换热器热力计算

　　浮头式换热器热力计算一般包括：定性温度和物性参数，初选结构，管程热力计算及流量计算，壳程换热计算，传热系数，管程压降，壳程压降压强校核。

原始数据

　　油进口温度： t1=175℃ 油出口温度： t1=155℃ 油工作压力： P1= 水进口温度： t2'=144℃

"水出口温度： t2=163℃ '"水工作压力： P2=2MPa 壳体内径： DS=700mm 管箱内径： DN=750mm 换热管规格：Φ19×3 L=8m 定性温度和物性参数计算

　　水的定性温度： t2???t2??144?163t2???C 22水的密度： ρ2=913kg/m3 水的比热： Cp2=/kg℃ 水的导热系数：k2=/m℃ 水的粘度： μ2=×10-6 水的柏朗特数：Pr2= 油（柴油）的定性温度： t1???t1??175?155t1??165?C 22油的密度： ρ1=715 kg/m3 油的比热： Cp1= kJ/kg℃ 油的导热系数：k1= W/m℃ 油的粘度： μ1=×10-4

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　　油的普朗特数：

　　1000Cp1????10?4Pr1???

初选结构

　　管排列方式 ：分程隔板两侧正方形，其余三角形 管子外径： d0= 管子内径：

　　Di=d0-（2×3/1000）= 管长： L=8m 管间距：

　　s==×= 壳体内径： Ds= 管束中心排管数：由公式

　　s(Nc?1)?4d0?Ds

　　得Nc=22 总管子数：由：

?Nc得 Nt=400

　　选型：采用双壳程四管程。

管程换热计算及流量计算

　　试选传热系数： k0=240 W/m2℃ 传热面积：由

　　得A0= 逆流平均温差：

　　A0?Nt ?d0l?tN??t大??t小20?19???C ?t大20lnln19?t小

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　　无量纲量参数：

　　P????t2?163?t2?????t2?175?t1 ??t1??175?t1??????t2?t2163? R?温差校正系数：按2壳程4管程查得?? 有效平均温差：

?tm????tN????C

　　设计传热量：

　　Q0?A0?k0??tm??240??W

　　换热效率：取η= 油流量：

　　G1?水流量：

　　G2?Q03600???kg/h

??t1??)??20??1000Cp1(t1Q03600???kg/h ???Cp2(t2?t2)?19?1000管程流通截面（4管程）： A2?(Nt?2400?)di?()?? 4444管程流速：

　　w2?G??/s

?2a2???3600管程雷诺数：

　　re2?管程换热系数：

?2w2di913?????2168?10?6

　　h2?3605(1?)?/(100di)?3605?(1??)?/(100?) ?/m?C

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壳程换热计算

　　折流板的设计：纵向折流板中间分程，横向安置弓形折流板。 弓形折流板弓高：

　　h????

　　折流板间距：

　　B??? 33壳程流通截面：

　　A1?(1?0)????(1?)?

　　壳程流速：

　　Gw1?3600??/s

?1a1715?壳程量流速

　　w1??1w1?715??599kg/m2s

　　壳程当量直径：

　　Ds??400????

　　ntd0400?壳程雷诺数：

　　ref?W1de22?1?599??

?10?4切去弓形面积所占比例：查得

　　AfaT?

　　壳程传热因子：查得js?96

??管外壁温度：tW1假定后再复核，设tW1=160℃

　　壁温下的粘度：

?W??10?4Pa?s1

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　　粘度修正系数：

?1?(?)?()??

传热系数

　　水侧污垢热阻： r1??10?5m2℃/W 油侧污垢热阻： r2??10?5m2℃/W 管壁热阻：r忽略 总传热热阻：

　　r???d11d?r1?r20??????? ??C/W传热系数：

　　kj?11?? r?传热系数的比值：

　　kjk0?? 240管外壁热流密度：

　　Q1?管外壁温度：

　　Q0=4118W/m2℃ ?Nt?d0l400????8??q1(tW1?t111?)=℃ ?r1)?175?4118?(误差校核：

??tW?tW1?tW1==℃

　　误差不大，不必再重算。

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管程压降

　　壁温：

　　TW2?t1?q1(11（?）=℃ ?r1)??4188?壁温下水的粘度：?w2??10?5Pa?S 管程摩擦系数：查得?i? 管子沿程压降：

　　Lni?iW22(?913)28??Pi?()?()?()????Pa 2?2di?22?回弯压降：

　　2（?913）W22?4?4? ?Pr?()?4nt?2?22?913进出口管处质量流速：

　　222WN2??w进?913??/ms 出口进出管口处压降：

?PN2?()????

　　2?22?913管程结垢校正系数：根据r2及Φ19?3得 ?d2? 管程压降：

?P2?(?Pi??Pr)??d2??PN2?(?)???PaWN2

壳程压降

　　当量直径：

　　Ds2??400??de??? Ds??400?雷诺数：

??Re1

?W1de?1?599??

?10?411

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　　壳程摩擦系数：查得?0? 管束压降：

　　w12Ds(nB?1)??（33?1）?P0?()[]?（）?[]?()?.3Pa ???1de?12?管嘴处质量流量：

　　2WN1??w进出口?715??/m2s

　　进出口管压降：

?PN1?[]????

　　2?12?7152WN2导流板阻力系数：取?ip?5 导流板压降：

?Pip?[]??ip??5?

　　2?12?7152WN2壳程结垢修正系数：查表取?d0? 壳程压降：

?P1??P0?d0??Pip??PN1?.3????Pa

压强校核

　　管程工作压力P2?，查表得[?P2]? 壳程工作压力P1?，查表得[?P1]? 压强校核：

?P2?[?P2] 符合要求

?P1?[?P1] 符合要求

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　　第3章 结构设计

　　结合热力计算确定换热流程、面积、排列方式、壳体、管箱、固定管板、分程隔板、以及其他零部件。

换热流程设计

　　采用2壳程4管程的2-4型换热器。由于换热器尺寸不大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用。管程分程隔板采用丁字型结构，其主要优点是布管紧密。壳体分程采用纵向隔板。

　　管程的分程隔板采用丁字型结构如图3-1所示，其主要优点是布管紧密。

　　图3-1丁字形隔板

管子和传热面积

　　换热管除要求具有足够的强度外，当采用胀管法固定时，还要求管子有良好的塑性，避免因胀接而产生裂缝。焊接固定时，要求管子可焊性好，一般采用优质碳钢，以保证管子质量，一般对于无腐蚀性或腐蚀性不大的流体可采用10号钢和20号钢管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用不锈钢、钢、铝等无缝管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油腐蚀性不大，故可采用碳钢，现选择20号钢的无缝钢管。

　　根据设计要求采用?19?3的无缝钢管。 管子总数为400根。其传热面积为：

　　A??d0LNt????8?400?

管子排列方式

　　管子在管板上的排列方式，应力求均布、紧凑并考虑清扫和整体结构的要求。基本的排列方式有五种：

　　等边三角形：一边与流向垂直是常用的形式，与正方形排列相比传热系数高，可节省15%的管板面积。适用于不生污垢、可用化学清洗污垢和允许压降较高的工况；

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　　转角三角形。三角形的一边与流向平行，其特点介于等边三角行和正方形两种排列之间，不宜用于卧式冷凝器，因下方管子形成的厚度越来越厚的凝膜会使传热削弱；

　　正方形排列最不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器； 同心圆排列，用于小壳径换热器时比正三角形排列还紧凑，靠近壳体的地方布管均匀。

　　对于多管程换热器常采用组合排列法，每程均属正三角形排列，而各层面间呈正方形排列，以便于安排分程隔板。

　　综合比较以上几种布管方式，可采用组合排列形式，中间正方形，其余三角形。布管位置如图3-2示。十字形的走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题，共有406个管孔，其中6个孔为安装拉杆用。

　　图3-2 管子排列

壳体

　　壳体材料除要满足一定的强度外，由于制造过程中经过卷板、冲压和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量较低的?3R钢、16?nR钢等，现选用16?nR钢。

　　壳体内径Ds=700mm 壳体壁厚：

??pDS?c t2[?]??p

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[?]t为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为220℃，则tw

??700?2??167??? ??实取??10mm，之后要用有限元分析软件ANSYS进行强度校核。

管箱

封头

　　根据压力容器设计规范采用材质为16MnR的标准椭圆封头，在满足强度要求的情况下，其壁厚可用以下公式计算：

??pDS?c t2[?]??已知管程设计温度为200℃，则tw

??750?2?7mm

　　2?170??????实取??12mm，之后用ANSYS进行强度校核。 曲面高度：

　　h?DD???750?12??? 444D-封头的平均直径 直边高度h0?25mm 壁厚

????750?c??2? 2[?]t??p2?170???实取??12mm，之后要用ANSYS进行强度校核。 内径：D"?750mm 长度：L0?300mm

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固定管板

　　外径：D1?797mm 板厚：b?50mm

　　管板上开孔数与孔间距与管的排列一致。管板材料选用Q235钢。

　　管子与管板的连接必须牢固、不泄漏、不产生大的应力变形，最常见的连接方法为胀接，胀接只能用于工作压力低与4MPa和温度低于300℃的场合；对于高温、高压、易燃、易爆的运行条件多采用焊接，但采用焊接容易产生热应力且间隙中流体不流动很容易造成间隙腐蚀，采用胀焊并用的方法可以避免。

　　由于工作压力和温度都不是特别高，而且管子的间距比较大，管板和管子的连接采用胀接。换热管在管板内的胀接长度L=38mm。

分程隔板

管程分程隔板

　　管箱的分程在固定端管箱与浮头端管箱内都要安装分程隔板，隔板的布置见图3-1，由于两端管箱不是很长，卸下清洗时不用拆下来，因此可以将隔板直接焊接在箱体上。管程隔板要考虑密封问题，它们的密封是通过在固定管板和浮动管板插隔板的槽内安放密封填料。为了保证填料能起到密封作用，隔板的长度要按安装的尺寸进行计算。

壳程分程隔板

　　安装壳体的分程隔板一方面要考虑到密封问题，另一方面要便于拆卸，因此采用图3-3所示的装置来安装隔板，当转动偏心杆手柄，偏心杆的凸轮推动与其相接的端头包有密封填料的板可使两端夹紧也可使其松开，便于拆卸。对于浮头式管束要能够拆卸必须要隔板可以拆卸。因此，此装置是必须要用的。

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　　隔板偏心杆密封填料

　　图3-3壳体分程隔板

折流板

　　采用弓形折流板，材料钢板，由于壳内分程，每程均采用半弓形如图3-4所示，布置方式采用垂直切口流动方向。

　　图3-4折流板

　　按一个壳程计算（计算过程见热力学计算）得： 拱高：h?140mm 板间距：B?230mm 板数：nB?33 板厚：?B?6mm

　　由于考虑到实际安装时由于第一块折流板的位置壳体接管位置的影响，在一个壳程内折流板的实际个数应为32个，总的折流板数为64。

拉杆

　　材质为钢。直径φ12，共6根。拉杆是用来安装折流板的。每个折流板最好由三个拉杆来定位。其布置位置见图3-4。

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进出口管

管程进口管

　　2按? ?3000取wN2?/s 则?2w2?913??进出口流通截面积为：

　　AN2?G??

　　3600??2wN?进出口管内径为：

　　DN2?4?aN2?4???

　　取用?100?4mm的热扎钢管。 管程进出口管

　　2按?1wN?2000取wN1?/s 1则?1wN1?715?? 进出口流通截面积为：

　　AN1?G??

　　3600??1wN?进出口管内径为：

　　DN2?4?aN1?4???

　　取用?150?的热轧钢管。

浮头箱

　　外头盖内直径：

　　D1?DN?100mm?800mm

　　外头盖同样采用材质为16MnR的标准椭圆形封头： 厚度??12mm 曲面高度：

　　h2?DD1??800?12???203mm 444

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　　直边高度h??25mm

浮头

　　如图3-5所示为浮头端的装配图，包括碟形盖，钩圈法兰和浮动管板，由于浮动管板要与管子胀接后从壳体一端伸到另一端，因此管板的外直径应小于壳体内径，其主要尺寸如下：

　　图3-5 浮头结构图

　　浮动管板外直径：D0?690mm 浮动管板厚：b?500mm 浮头法兰外径：

　　Dfo?DN?80mm?780mm

　　浮头法兰内直径：

　　Df1?Df?2?(50?13)?654mm 碟形盖内半径：

　　L??Df1??654?

　　厚度：???0取15mm 补强圈

　　在实际设计和名义厚度大于12mm时，接管Dg>80mm就必须加开孔补强，当壳体名义厚度小于或等于12mm时，接管Dg>50mm就必须加开孔补强。因此对于Dg=100的管箱接管和Dg=150的壳体接管都必须进行开孔补强。

　　在补强圈标准中规定了补强圈的尺寸，按标准尺寸Dg =100的接管补强圈外直径D0=210mm，Dg =150的接管补强圈外直径D0=300mm。补强圈的厚度可通过等面积补强法进行计算。这里设定补强圈的厚度均为15mm。

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法兰

法兰密封面的形式

　　压力容器和管道法兰联接中，常用的密封面型式有以下三种。

（1）平面型密封面

　　密封表面是一个突出的光滑平面（又称突平面）。这种密封面结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。但螺栓上紧后，垫圈材料容易往两侧伸展，不易压紧，用于所需压紧力不高且介质无毒的场合。

（2）凹凸型密封面

　　它是由一个凸面和一个凹面所组成，在凹面上放置垫圈，压紧时，由于凹面的外侧有挡台，垫圈不会挤出来。

（3）榫槽型密封面

　　密封面是由一个榫和一个槽所组成，在垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式金属包垫圈，易获得良好的密封效果。它适用于密封易燃、易爆、有毒介质。密封面的凸面部分容易破坏，运输与装拆时都应注意。

　　在选取密封面时综合考虑介质因素和装拆的因素，壳体法兰均采用凹凸面型密封面，管箱接管法兰采用平面型密封面，壳体接管法兰采用凹凸型密封面。 壳体法兰

　　壳体接管采用平颈对焊法兰，由于管箱、壳体、浮头箱直径都不一样，因此在选用法兰时，不能只按标准选取。如图3-6为壳体与浮头箱的对接法兰，DN=800mm的是按标准选取的，而DN=700的法兰是按DN800法兰螺栓孔的位置来设计其尺寸的，

　　图3-6凹凸面密封法兰

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　　大致尺寸如下: DN=800mm的法兰，D=960mm， D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm， h=35mm，δ=48mm，δ1=16倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。

　　DN=700mm的法兰，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm， H=115mm， h=35mm， δ=46mm，δ1=16，倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。

　　其它的法兰装配尺寸见三维实体图。 接管法兰

　　管箱接管采用平颈对焊法兰，如图示：

　　图3-7接管法兰

　　设计尺寸按化工机械标准设计，其尺寸大致如下： 管箱接管：DN=100 PN=时：

　　n=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法兰厚度C=24mm螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个

　　壳体接管：DN=150 PN=时：

　　n=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=，法兰厚度C=22mm，螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个

　　另外，对焊时法兰要在颈部开坡口。

支座

　　卧式设备一般采用两个鞍座。这是因为基础水平高度有可能不一致，如果使用多个支座，将会造成支座反力分布不均匀，从而引起设备的局部应力增大，因此采用两个支座。

　　采用双支座时，一个鞍座为固定支座，地脚螺栓为圆孔；另一个鞍座为活动支座，地脚螺栓为长圆孔，配合两个螺母，第一个螺母拧紧后，倒退一圈，然后再用第二个

　　21

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　　螺母锁紧。这样，可以使设备在温度变化是自由伸缩。如图示：

δ4Ⅰ型Ⅱ型

　　图3-8 鞍式支座

　　其主要尺寸为：h=200mm；l1=640mm；b1=150mm；?1 =10mm；?2 =8mm；l3=350mm；b3=120mm； ?3=8mm；弧长830mm；b4=200mm； ?4=6mm；e=36mm；l2=460mm。

　　支座的安放位置也有一定的标准，一般支座与壳体端面的距离A

　　22

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　　第4章 安装与拆卸

　　设计中要考虑到安装问题，各零部件的结构不能影响整个装配体的安装，对于浮头式换热器，设计的初衷是可以拆下管束进行清洗。因此也要考虑到拆卸的问题，其安装步骤可概述如下：

（1）焊接部件：将所有的焊接部件进行焊接，包括管箱，壳体，浮头箱，碟形盖，支座等；

（2）安放折流板：将拉杆的一个螺纹端拧入固定管板的螺纹孔，6根拉杆都装好，然后每套入一组定距杆再装一组折流板，依次把折流板装在拉杆上，直到最后两块折流板装上后用螺母套在拉杆的另一个螺纹端拧紧固定；

（3）安装管子：将管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上进行胀接。另一端装上浮动管板并进行胀接；

（4）安装壳程隔板：先将壳程隔板两侧的偏心杆机构装好，将壳程隔板从管束侧面装入并将一头插入固定管板上安装隔板的槽中；

　　图4-1安装示意图

（5）安装壳体：将焊接好的壳体从浮动管板的那一端套入，使之前装好的组件（如图4-1示）完全装入壳体内，在壳程隔板的伸出端扭动偏心杆的摇柄使隔板两侧的密封填料挤紧，从而达到壳程的分程密封；

（6）安装管箱：在固定管板端接已焊接好的管箱，将管箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接。在浮头端装上钩圈法兰和碟形盖，（钩圈法兰由两个半圆形构成，使其安装方便）用双头螺柱连接；

（7）安装浮头箱：将浮头箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接； （8）安装支座：将支座焊接到壳体上。

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　　河南机电高等专科学校毕业设计说明书

　　总结

　　通过三个月的努力，我的毕业设计终于圆满完成。虽然做的过程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作为大学三年的最后一道大作业—毕业设计，使我在各个方面都有了很大的提高，收获很大。具体表现在以下几个方面：通过在设计中经常查资料提高了我们检索和查阅资料的能力；进一步扎实了所学的理论知识，对所学基础知识和专业知识进行了一次综合应用和系统复习；思维方式和设计思想更加全面化和系统化。养成了勤学好问的习惯，敢于面对困难，能够独立的查找和解决问题，也提高了自己的创新能力。将理论知识和生产实际相结合，为以后的工作和学习打下了很好的基础，但是，设计过程中仍然存在不足之处，有的问题还需要进一步展开研究。具体如下：

（1）管子的胀接没有进行分析计算；

（2）由于管程与壳程的分程使管子的排列不均匀，故存在旁流与侧流的问题，此问题尚未进行分析；

（3）通常在进液管口有挡板控制流速和引流，此结构尚未设计。

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　　河南机电高等专科学校毕业设计说明书

　　致谢

　　首先，向尊敬的导师李老师致以衷心的谢意，在大三毕业设计期间，李老师以其渊博的知识、开阔的思维使我在知识和能力上获得了极大的提高；更重要的是，李老师在工作方面严谨的作风、积极进取的态度对我产生了巨大的积极影响。这次毕业论文设计李老师给予我许多帮助，在设计的选题以及设计的方法上，提供了许多宝贵的建议。李师在毕业设计期间，对我们要求严格，使我们能够基本独立完成设计任务，培养我们独立解决问题的能力，还从自己的宝贵时间中抽时间为我们审阅设计内容，并给予纠错，帮助改正。这些帮助和教导将使我在今后的学习和工作中奋发向上、积极进取，在学业和事业上取得更好的成绩。

　　而后更重要的，我要感谢我的母校--河南机电高等专科学校给了我三年深造的机会，让我学到了为人的优良品质和工作所需的知识技能，让我在学识和内涵上得到提高。感谢河南机电高等专科学校的老师和同学们这几年来的对我的关心和鼓励。老师们课堂上激情洋溢，课堂下细心辅导；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年大学生活收获不少，也充满了感动。感谢我的家人，他们的支持与鼓励是得我能顺利的完成学业。

　　最后，衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对我论文进行评阅的专家、学者及亲爱的老师们！

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　　河南机电高等专科学校毕业设计说明书

　　参考文献

[1]朱聘冠.换热器原理及计算[M].北京 ：清华大学出版社，1987 [2]史美中，王中铮.热交换器原理与设计[M].北京：东南大学出版社，1996 [3]钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2003 [4]庄俊，徐通明，石寿椿.热管与热管换热器[M].上海：上海交通大学出版社，1987 [5]董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，1990 [6]化工设备机械基础编写组.化工设备机械基础[M].北京：石油化学工业出版社，1978 [7]赵克勤，王秀珍，王正.石油化工容器及设备[M].武汉：华中理工大学出版社，1990 [8][美]贾瓦特化工设备结构分析与设计[M].北京：中国石化出版社，2003 [9]顾芳珍，陈国桓.化工设备设计基础[M].天津：天津大学出版社，1997 [10]黄振仁，魏新利.过程装备成套技术[M].北京：化学工业出版社，2003

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换热器设计心得体会共3

　　浮头式换热器

一、浮头式换热器的概述

　　浮头式换热器的一端管板是固定的。与壳体刚性连接，另一端管板是活动的，与壳体之间并不相连。活动管板一侧总称为浮头，浮头式换热器的管束可从壳体中抽出，故管外壁清洗方便，管束可在壳体中自由伸缩，所以无温差应力；但结构复杂、造价高，且浮头处若密封不严会造成两种流体混合。浮头式换热器适用于冷热流体温差较大（一般冷流进口与热流进口温差可达110℃），介质易结垢需要清洗的场合。

二、浮头式换热器的总体结构

三、浮头式换热器的特点

1、浮头式换热器的优点

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、壳程。 （2）介质间温差不受限制。

（3）可在高温、高压下工作，一般温度小于等于450°，压力小于等于。 （4）可用于结垢比较严重的场合。 （5）可用于管程易腐蚀场合。

2、浮头式换热器的缺点 （1）小浮头易发生内漏。

（2）金属材料耗量大，成本高20%。 （3）结构复杂。

三、浮头式换热器的应用

　　浮头式换热器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。

四、浮头式换热器的导流结构

　　为使壳程进口段管束充分传热，浮头式换热器可采用内导流或外导流结构。

1、内导流浮头式换热器

　　内导流筒换热器是在换热器的壳程筒体内设置了内导流筒使换热器的前或后端未加导流筒前难以利用换热的换热管得以充分利用，从而增大换热器的有效换热面积。

2、外导流浮头式换热器

　　外导流式换热器是在原换热器的壳程筒体上增加一个放大筒节用以扩散壳程流体，并使流体从换热器壳程的两端进入壳程，从而避免了在换热器布管时考虑布管弓形的高，而使增加了同规格上换热器的布管数目并有效利用了换热器前后端的换热管从而增大了有效换热面积。

换热器设计心得体会共4

　　摘要：随着现代工业的快速发展，在保护生态环境下的能源紧缺问题逼迫着人们寻找新能源的开发，换热器是一种重要的在不同温度的 的不同介质之间实现热量交换的设备，在世界能源危机不断加剧的情形下，换热器的强化传热技术备受关注，大量的相关研究也是层出不 穷，都在努力解决能源短缺问题。而本文主要介绍了我国换热器的现状以及存在的问题，还涉及换热器的基本概念、工作原理、分类、发展趋势。

　　关键词：换热器；设计现状；管式换热器；板面式换热器

　　前言

　　换热器又称热交换器，是将热流体的部分热量传递 给冷流体的设备，实现热量的传递。热换器在工业领域应 用广泛，在食品、化工、石油、制药、机械等领域都有涉 及。换热器存在的形式既可以是一种单位设备，如加热 器、冷却器等，也可以不是独立存在的，比如是某一工艺 设备的组成部分。热换器的不断更新发展不仅是热换器行 业自身的发展，更是为使用热换器的各个工业行业的能源 问题的解决提供好的途径。

一、换热器的国内研究现状

　　对于各型换热器的强化换热技术的研究，主要集中在对 换热器内流体流态变化以及对各部件的参数优化研究两方 面，而对换热器部件参数的主要研究对象就是换热管( 板) 排 列方式 ( 顺排或叉排)、换热管( 板) 排数、换管( 板) 间距大 小、肋片布置问距、肋片形状等。国内对于换热器肋片换热 的研究起步比较晚、经验比较少，多借鉴于国外，无论是理论 研究还是实验研究都还需进一步深入，技术创新还不够，但 是对各因素对换热器性能影响的研究也比较全面。总的来 说，仍然存在以下问题: ( 1) 换热器换热的理论研究不够完 善，可供对肋片实际应用优化设计的理论依据太少，对于换 热公式推导出的解析解较少，目前大多是通过试验、数据分 析拟和而成的经验公式; ( 2) 换热的理论体系缺乏系统性， 不够完善; ( 3) 因为试验环境、材料、仪器的精度以及试验方 法不同，在同一个研究方向的某些问题的研究结论存在的分 歧较多，很难形成统一的意见，暂不能形成对实践的可靠指 导; ( 4) 目前对换热器的研究大多基于一维、二维的换热，国 内对于三维的换热模型的研究过少，同时，对于一维和二维 传热模型的前提假设条件很苛刻，得出的结论适用性不强; ( 5) 结合试验建立的部分换热理论还缺乏严谨性和局限性。

一、热换器的工作原理1.工作原理 换热器按照传热原理可以分为表面式换热器、蓄热式 换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器。但 总的来说，换热器就是遵循了热平衡的原理，简而言之就 是把高温物体的热量传送给低温物体。在传热工程中，其

　　内部有两个管道回路，一个是热源温度高，另一个温度低 是被加热源，通过热源将热量传输给被加热源来提高被加 热源的温度。而且在加热源之前有个调节阀用来控制被 加热源的温度，用调节阀来控制所需的热量的程度和时间 点等。

二、典型的热换器类型 1.管式换热器 管式换热器主要分为套管式换热器和管壳式换热器。 套管式换热器如字面意思，是将直径不同的管进行同心套 接，然后将多个元件用u型弯管连接而成的。而管壳式换热 器是由壳体、折流板等部分组成，管束安装在壳体内部， 再把一端或者两端固定在管板上面。而管板与管箱的连接 方式也多种多样了，可以焊接也可以用螺栓，但是连接处 的检测就需要格外严格了，要充分保障连接处无缝隙， 质量确保。套管式换热器运用范围主要是用于传热面积需 求不大的地方，只能小范围运用，主要是小空间的建筑室 内。因为他的占地面积较大，管与管连接所用的接头过 多，发生泄漏的可能性也随之增大，如果工程量过大就会 使得发生泄漏的可能性也随之增大，后期的危险性大，承 担过大风险造成不必要的费用。所用材料多，物质流动的 阻力也增大，加热的效率降低，而且能覆盖的面积也减少 了。但是它的优点是组合方式简单易懂，损坏后无需专人 也能大概看懂问题所在，所需的专业知识少。维修清洗便 捷，适合高温、高压的流体物质使用。管壳式换热器依靠 其结构简易、安全性能高、承受高温高压能力强等优良性 能，所以在目前的大多数工业工程中使用比例大。管壳式 换热器按照不同的分类标准可以分为不同的种类。根据其 结构不同可以分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U 型管式换热器等等。

2.板面式换热器 板面式换热器顾名思义就是通过板面进行换热的换热 器。板面一般不是平滑的表面，是有凹凸不平的纹路，流 体通过板面时造成扰动提高热效率。板面式换热器的优点 是占地面积较小，能省下更大的空间，也会对室内的美观 减少影响。相比于管壳式换热器，板面式质量更轻，所用 的材料更少，而且凹凸不平的版面使得传热效率更高。由 于其结构特点，使得流体能在较低的速度下就到达端流状 态，加强了传热，节省了不少时间，提高效率。但是板式 换热器流道狭窄，处理量小，流动阻力大，承受高压高温 效果也较差的缺点。板面式换热器形式多种多样，可分为 板式换热器、板壳式换热器、螺旋板式换热器伞板式换热 器等等。螺旋式换热器由于其螺旋状的外形，能促使流体 随螺旋状自动流动，易于冲刷，不易结垢。

三、换热器未来发展趋势

　　未来工业生产上对换热器的要求是：传热效率高、流 体阻力小；强度、刚度、稳定性都要足够；结构合理，节 省材料，成本较低；制造、装拆、检修方便等。产品高效 化、节能化、大型化都将是换热器产业发展的方向。国家 要大力建设节约型环保社会，这一方面将促进换热器产业 的高速发展，国家提供足够的支持力度，刺激换热器行业 的积极性。另一方面也将引领产业向高效、环保、节能方 面发展。2013年，国务院颁布了《能源发展的“十二五” 规划》，规划中的条例表明了基于石油、化工等行业的需 求将稳定增长。市场的广阔需求和国家的大力支持都推动 着换热器产业在技术上的革新和在品种上的多样化趋势。 国家的资金和政策支持引领更多的人才投入和精力投入， 必然推动换热器行业的创新发展。

四、总结 随着经济发展，工业化进程加快，能源短缺问题成为 世界性难题，新能源的开发、节能环保都成为世界共同关 注的话题。近年来，国内换热器行业在节能增效、提高传 热效率、降低降压方面都取得了显著的成绩。但是在技术 上，与国外的换热器相比依然有很多难题需要去克服。我 国在换热、散热、冷却设备上都是强大的重要的市场，市 场需求量大。基于国家政策的支持和市场日益增长的需求 量，我国换热器产业具有一个很好的前景，是蓬勃发展的 朝阳企业。

　　参考文献 [1]祝银海,厉彦忠.板翅式换热器翅片通道中流体流动与传热的算流 体力学模拟[J].化工学报,2006,57(5):1102-1106.[2]陈永东，陈学东.LNG成套装置换热器关键技术分析[J].天然气工 业，2010，30(1)：96-100.[3]陈永东，周兵，程沛.LNG工厂换热技术的研究进展[J].天然气工 业，2012，32(10)：80-85.

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