毕业论文：换热器的设计

列管式换热器中，两流体的流动方向是如何确定的比较其优缺点部分设计问题指导列管式换热器基本型式的选择冷却剂的进出口温度的确定原则流体流向的选择流体流速的选择管子的规格及排列方法管程数和壳程数的确定挡板的型式换热器的结构形式管壳式换热器管壳式换热器又称列管式换热器，是种通用的标准换热设备，它具有结构简单，坚固耐用，造价低廉，用材广泛，清洗方便，适应性强等优点，应用最为广泛。

管壳式换热器根据结构特点分为以下几种固定管板式换热器固定管板式换热器两端的管板与壳体连在起，这类换热器结构简单，价格低廉，但管外清洗困难，宜处理两流体温差小于且壳方流体较清洁及不易结垢的物料。

带有膨胀节的固定管板式换热器，其膨胀节的弹性变形可减小温差应力，这种补偿方法适用于两流体温差小于且壳方流体压强不高于的情况。

浮头式换热器浮头式换热器的管板有个不与外壳连接，该端被称为浮头，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。

浮头式换热器的管束可以拉出，便于清洗和检修，适用于两流体温差较大的各种物料的换热，应用极为普遍，但结构复杂，造价高。

填料涵式换热器填料涵式换热器管束端可以自由膨胀，与浮头式换热器相比，结构简单，造价低，但壳程流体有外漏的可能性，因此壳程不能处理易燃，易爆的流体。

蛇管式换热器蛇管式换热器是管式换热器中结构最简单，操作最方便的种换热设备，通常按照换热方式不同，将蛇管式换热器分为沉浸式和喷淋式两类。

套管式换热器套管式换热器是由两种不同直径的直管套在起组成同心套管，其内管用型时管顺次连接，外管与外管互相连接而成，其优点是结构简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当地选择管内外径，可使流体的流速增大，两种流体呈逆流流动，有利于传热。

此换热器适用于高温，高压及小流量流体间的换热。

换热器材质的选择在进行换热器设计时，换热器各种零部件的材料，应根据设备的操作压力操作温度。

流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。

当然，最后还要考虑材料的经济合理性。

般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但材料的耐腐蚀性能，有时往往成为个复杂的问题。

在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。

至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切关系。

般换热器常用的材料，有碳钢和不锈钢。

碳钢价格低，强度较高，对碱性介质的化学腐蚀比较稳定，很容易被酸腐蚀，在无耐腐蚀性要求的环境中应用是合理的。

如般换热器用的普通无缝钢管，其常用的材料为号和号碳钢。

不锈钢奥氏体系不锈钢以为代表，它是标准的奥氏体不锈钢，有稳定的奥氏体组织，具有良好的耐腐蚀性和冷加工性能。

正三角形排列结构紧凑正方形排列便于机械清洗同心圆排列用于小壳径换热器，外圆管布管均匀，结构更为紧凑。

我国换热器系列中，固定管板式多采用正三角形排列浮头式则以正方形错列排列居多，也有正三角形排列。

管板管板的作用是将受热管束连接在起，并将管程和壳程的流体分隔开来。

管板与管子的连接可胀接或焊接。

胀接法是利用胀管器将管子扩胀，产生显著的塑性变形，靠管子与管板间的挤压力达到密封紧固的目的。

胀接法般用在管子为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设计压力不超过，设计温度不超过的场合。

封头和管箱封头和管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。

封头当壳体直径较小时常采用封头。

接管和封头可用法兰或螺纹连接，封头与壳体之间用螺纹连接，以便卸下封头，检查和清洗管子。

管箱换热器管内流体进出口的空间称为管箱，壳径较大的换热器大多采用管箱结构。

由于清洗检修管子时需拆下管箱，因此管箱结构应便于装拆。

分程隔板当需要的换热面很大时，可采用多管程换热器。

对于多管程换热器，在管箱内应设分程隔板，将管束分为顺次串接的若干组，各组管子数目大致相等。

这样可提高介质流速，增强传热。

管程多者可达程，常用的有程。

在布置时应尽量使管程流体与壳程流体成逆流布置，以增强传热，同时应严防分程隔板的泄漏，以防止流体的短路。

管板式换热器的优点换热效率高，热损失小在最好的工况条件下，换热系数可以达到，在般的工况条件下，换热系数也可以在左右，是管壳式换热器的倍。

设备本身不存在旁路，所有通过设备为管箱，壳径较大的换热器大多采用管箱结构。

由于清洗检修管子时需拆下管箱，因此管箱结构应便于装拆。

分程隔板当需要的换热面很大时，可采用多管程换热器。

对于多管程换热器，在管箱内应设分程隔板，将管束分为顺次串接的若干组，各组管子数目大致相等。

这样可提高介质流速，增强传热。

管程多者可达程，常用的有程。

在布置时应尽量使管程流体与壳程流体成逆流布置，以增强传热，同时应严防分程隔板的泄漏，以防止流体的短路。

管板式换热器的类型及工作原理板式换热器按照组装方式可以分为可拆式焊接式钎焊式等形式按照换热板片的波纹可以分为人字波平直波球形波等形式按照密封垫可以分为粘结式和搭扣式。

各种形式进行组合可以满足不同的工况需求，在使用中更有针对性。

比如同样是人字形波纹的板片还因采用粘结式还是搭扣式密封垫而有所不同，采用搭扣式密封垫可以有效的避免胶水中可能含有的氯离子对板片的腐蚀，并且设备拆装更加方便。

又如焊接式板式换热器的耐温耐压明显好于可拆式板式换热器，可以达到。

因此同样是板式换热器，因其形式的多样性，可以应用于较为广泛的领域，在大多数热交换工艺过程都可以使用。

虽然板式换热器有多种形式，但其工作原理大致相同。

板式换热器主要是通过外力将换热板片夹紧组装在起，介质通过换热板片上的通孔在板片表面进行流动，在板片波纹的作用下形成激烈的湍流，犹如用筷子搅动杯中的热水，加大了换热的面积。

冷热介质分别在换热板片的两侧流动，湍流形成的大量换热面与板片接触，通过板片来进行充分的热传递，达到最终的换热效果。

冷热介质的隔离主要通过密封垫的分割，或者通过大量的焊缝来保证，在换热板片不开裂穿孔的情况下，冷热介质不会发生混淆。

确定设计方案选择换热器的类型两流体温的变化情况热流体进口温度出口温度冷流体进口温度，出口温度为，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用列管式换热器。

管程安排从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，循环冷却水走壳程。

但由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下贱，所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程。

设计参数煤油的定性温度密度定压比热容热导率粘度﹒水的定性温度密度定压比热容热导率粘度﹒计算总传热系数热流量平均传热温差㏑㏑式中，求得冷却水用量计算传热面积求传热面积需要先知道值，根据资料查得煤油和水之间的传热系数在左右，先取值为计算由得工艺结构尺寸管径和管内流速选用较高级冷拔传热管碳钢，取管内流速。

管程数和传热管数可依据传热管内径和流速确定单程传热管数按单程管计算，所需的传热管长度为按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。

根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长，则该换热器的管程数为传热管总根数平均传热温差校正及壳程数按单壳程，双管程结构得平均传热温差塑由于平均传热温差校正系数大于，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。

传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。

取管心距，则隔板中心到离其最近排管中心距离按式计算各程相邻管的管心距为。

壳体内径采用多管程结构，取管板利用率η，则壳体内径为按卷制壳体的进级档，可取折流板采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的，则切去的圆缺高度为，故可取取折流板间距，则，可取为。

折流板数目折流板间距传热管长换热器核算热流量核算壳程表面传热系数用克恩法计算得当量直径壳程流通截面积壳程流体流速及其雷诺数分别为普朗特数粘度校正管内表面传热系数管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻管壁热阻按碳钢在该条件下的热导率为。

所以传热系数传热面积裕度依式可得所计算传热面积为该换热器的实际传热面积为该换热器的面积裕度为传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

壁温计算因为管壁很薄，而且壁热阻很小。

冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。

为确保可靠，取循环冷却水进口温度为，出口温度为计算传热管壁温。

另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。

但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。

计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。

于是有式中液体的平均温度和气体的平均温度分别计算为传热管平均壁温壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即。

壳体壁温和传热管壁温之差为。

换热器内流体的流动阻力管程流体阻力，，由，传热管对粗糙度，查莫狄图得，流速，，所以小于所以管程流体阻力在允许范围之内。

换热器主要结构尺寸和计算结果见下表换热器型式固定管板式换热器面积工艺参数名称管程壳程物料名称循环水煤油操作压力，操作温度，流量，流体密度，流速，传热量，总传热系数对流传热系数污垢系数阻力将，程数使用材料碳钢碳钢管子规格管数管长，管间距，排列方式正三角形折流挡板型式上下间距，切口高度壳体内径，保温层厚度，项目数据项目数据壳径管尺寸管程数管长管数管排列方式正三角形排列中心排管数管心距管程流通面积传热面积结束语化工原理课程设计是培养个人综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决设计任务的次训练，也起着培