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1、徐州工程学院列管式换热器的设计姓名： 班级： 学号： 图纸： 说明书： 指导老师： 年 月 日目录一、 设计任务书3二、 概述4三、 设计方案的确定4四、 物性数据的确定7五、 计算总传热系数7六、 计算传热面积8七、 工艺结构尺寸8八、 换热器的核算10九、 换热主要结构尺寸和计算结果表 13十、 设计评述 13十一、 参考资料 13十二、 主要符号说明 14十三、 致谢 14一、设计任务书学生姓名班级指导教师题目列管式换热器的设计设计基本参数处理能力：20.0104t/a设备型式：列管式换热器操作条件：冷却介质：水：入口温度：30，出口温度：40 煤油：入口温度：140，出口温度：40 允
2、许压降：不大于10Pa 每年按330天，每天按24h连续运行设计要求及内容1、设计方案简介 对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要论述。2、主要设备的工艺设计计算传热面积的计算；管数、管程数及管子排列，管间距的确定；壳体直径及壳体厚度的确定。3、辅助设备的选型 典型辅助设备主要工艺尺寸的计算，设备规格型号的选定。4、编写设计说明书 将设计所选定的工艺流程方案、主要步骤及计算结果汇集成工艺设计说明书。应采用简练、准确的文字图表，实事求是地介绍设计计算过程和结果。设计说明书要求在6000字以上，A4纸打印。 设计说明书内容：（1） 封面（课程设计题目、学生班级、姓名、学号、指导教师、时间）
3、（2） 目录（3） 设计任务书（4） 概述与设计方案简介（5） 工艺及设备设计计算（6） 辅助设备的计算机选型（7） 设计结果汇总表（8） 设计评述（9） 参考资料（10） 主要符号说明（11） 致谢 二、概述在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，因而对换热器的要求也日益加强。随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不用类型的换热器各有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应根
4、据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需传热面积，并确定换热器的结构尺寸。完善的换热器在设计或选型时应满足以下各项基本要求。（1）合理地实现所规定的工艺条件传热量、流体的热力学参数与物理化学性质是工艺过程所规定的条件。设计者应根据这些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，再单位时间内传递尽可能多的热量。（2）安全可靠换热器是压力容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国钢制石油化工压力容器设计规定与钢制管壳式换热器设计规定等有关规定与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要作用。（3）有利于安装、操作与维修直立设备的安装费往往低
5、于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆，在厂房移动时不会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据需要可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。（4）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定的时间内，固定费用与操作费的总和为最小。在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一指标尤为重要。三、设计方案的确定1、 换热器的类型换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式：坚壁式、直接接触式和蓄热式。列管式换热器的应用已有很悠久的历史，现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在石油、化工、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
6、虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和金属耗量等方面不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐用、适应性强、制造材料广泛等独特的优点，因而在换热设备中仍处于主导地位。同时板式换热器也已成为高效、紧凑的换热设备，大量应用于工业中。列管换热器主要特点：(1) 耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于无机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，几乎直到100都对其无破坏作用，对几乎所有溶剂在室温下均不溶解，一般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使用。(2) 耐温性：聚丙烯塑料熔点为164-174，一般使用温度可达110-125。(3) 无毒性：不结垢，不污染介质，也可用于食品工业。(4)
7、重量轻：对设备安装维修极为方便。列管式换热器主要分为以下四种：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 。1.1固定管板式换热器结构特点：两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构的壳侧清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，会使管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。适用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合。固定管板式换热器1封头；2法兰；3排气口；4壳体；5换热管；6波形膨胀节；7折流板（或支持板）；8防冲板；9壳程接管；10管板；11管程接管；
8、12隔板；13封头；14管箱；15排液口；16定距管；17拉杆；18支座；19垫片；20、21螺栓、螺母 1.2.浮头式换热器结构特点：两端管板只有一端与壳体完全固定，另一端则可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是当换热管与壳体间有温差存在，壳体或换热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。缺点：结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。适用于管壁间温差较大或易于腐蚀和易于结垢的场合。浮头式换热器1防冲板；2折流板；3浮头管板；4钩圈；5支耳1.3 U型管换热器U型管换热器结构特点是
9、只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。缺点：管内清洗困难；由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束内程管间距大，壳程易短路；内程管子损坏不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。 U形管式换热器1中间挡板；2U形换热管；3排气口；4防冲板；5分程隔板1.4.填料函式换热器填料函式换热器的结构如图1-4所示。其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束
10、可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清洗，维修方便。缺点：填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。填料函式换热器1纵向隔板；2浮动管板；3活套法兰；4部分剪切环；5填料压盖；6填料；7填料函2、换热器的选择 两流体温度变化情况：热流体进口温度140，出口温度40。冷流体（循环水）进口温度30，出口温度40。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，
11、因此，初步确定选用带膨胀节的固定管板式换热器。3、流动空间及流速的选择 在管壳式换热器的计算中，首先需决定何种流体走管程，何种流体走壳程，这需遵循一些一般原则： 应尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接近。 在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置， 应尽量减少其冷量损失。 管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。 所以在具体设计时应综合考虑，决定哪一种流体走管程，哪一种流体走壳程。 表2-2 换热器常用流速的范围介质流速 循环水新鲜水一般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体管程流速，m/s1.0-2.00.8-1.50.5-31.0
12、0.8-1.80.5-1.55-30壳程流速，m/s0.5-1.50.5-1.50.2-1.50.50.4-1.00.3-0.82-15由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清理，应使循环水走管程，煤油走壳程。选用的碳钢管，管内流速取u=0.5m/s。四、物性数据的确定煤油的定性温度： 水的定性温度： 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。煤油在90下的有关物性数据如下： 密度 825kg/m3 定压比热容 C2.20kJ/kg 热导率0.14W/m 粘度0.715mPas循环冷却水在35下的物性数据： 密度 994.4kg/m3 定压比热容 C4.143kJ/kg 热导率0.601
13、W/ m 粘度 0.955m Pas五、计算总传热系数1、热流量 Q=qct=252532.22（140-40）=5606166kJ/h=1557.3kW2、平均传热温差 t=(140-40)-(40-30)ln(140-40)(40-30)=393、冷却水用量q= QCt=56061664.08(40-30)=137406 kg/h4、总传热系数K 管程传热系数： Re=du=0.020.59940.000725=1371010000(湍流) =0.023（d）（du）（cu） =0.023（0.6260.020）13710（4.08100.0007250.626）=2733 W/(m)壳程传热系数：假设壳程的传热系数 =290 W/(
