【毕业设计】列管式换热器的设计

流动空间的选择在管壳式换热器的计算中，首先需要决定何种流体走管程，何种流体走壳程，这需要遵循些般原则。

应该尽量提高两侧传热系数较小的个，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，而对于些制冷装置，应尽量减少其冷量损失。

管程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。

应减小管子和壳体因受热不同而产生的热应力。

对于有毒的介质和气相介质，必使其不泄漏，应特别注意其密封，密封不仅要可靠还应该要求方便和简单。

应尽量避免采用贵金属，以降低成本。

流速的选择当流体不发生相变时，介质的流速高，换热强度大，从而可使换热面积减小结构紧凑成本降低，般也可以抑制污垢的产生。

但流速大也会带来些不利的影响，诸如压降增加，泵功率增大，且加剧了对传热面的冲涮。

换热器常用流速的范围见表和表表换热器常用流速的范围液体名称乙醚二氧化碳苯甲醇乙醇汽油丙酮氢气安全流速表列管式换热器易燃易爆液体和气体允许的安全流速传热管排列和分程方法换热器管板上的排列方式有正方形直列正方形错列三角形直列三角形错列和同心圆排列，如图。

正方形直列正方形错列三角形直列三角形错列同心圆排列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。

对于多管程换热器，常采用组合排列方式。

每程内都采用正三角形排列，而介质流速循环水新鲜水般液体易结垢液体低粘度油高粘度油气体管程流速壳程流速在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。

管间距管中心的间距与管外径的比值，焊接时为，涨接时采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。

取管心距四工艺计算及主要设备设计确定设计方案选择换热器的类型在本次设计任务中，两流体温度变化情况热流体煤油进口温度，出口温度冷流体自来水进口温度，出口温度。

该换热器用自来水冷却介质，受环境影响，进口温度会降低，考虑到这因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，且管束与管壳之间的温差较大会产生不同热膨胀，因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

流程安排在固定管板式式换热器中，对于流体流径的选择般可以考虑以下几点不洁净和易结垢的流体宜走管内，以便于清洗管子。

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。

压强高的流体宜走管内，以免壳体受压。

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。

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。

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。

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，在低下即可达到湍流，以提高对流传热系数。

从两物流的操作压力看，应使煤油走管程，冷却水走壳程。

但由于冷却水较易结垢，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，应使自来水走管程，煤油走壳程。

确定物性数据定性温度可取流体进口温度的平均值。

壳程流体煤油的定性温度为管程流体水的定性温度为根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。

煤油在的有关物性数据如下物性密度比热容粘度导热系数煤油水在的有关物性数据如下物性密度比热容粘度导热系数水估算传热面积计算热负荷和冷却水流量煤油流量根据化工原理上，公式得热负荷为冷却水流量计算两流体的平均传热温差按单壳程多管程进行计算，对逆流传热温度差进行校正根据化工原理上，公式得逆流传热温差为而所以修正后的传热温度差为化工原理上，图估算传热面积由常用化工单元设备设计表，查得水与煤油之间的传热系数在，初步设定。

根据化工原理上，公式估算的传热面积为主体构件的工艺结构尺寸管径和管内流速选用的传热管碳钢管，管内径，取管内流速管程，取标准管径为换热器的结构基本参数外壳内径换热面积换热管数量根管长管子规格碳钢管中心距管子排列方式正三角形壳程数管程数折流板数量块折流板间距拉杆数量根拉杆直径�定距管与换热管相同规格碳钢通过管板中心的管子数根换热器主要传热参数核算热流量核算壳程对流传热系数可采用克恩公式，由化工原理上，公式得其中取当量直径，由于是正三角形排列，由化工原理上，公式得壳程流通截面积，由化工原理上，公式，得壳程流体流速及其雷诺系数分别为普朗特准数由化工原理上，表中准数式得故壳程对流传热系数管程对流传热系数由化工原理上，公式，水在管程中是被加热，所以公式中的，得其中管程流通截面积管程流体流速以及其雷诺数分别为普朗特准数故管程对流换热系数污垢热阻和管壁热阻查阅化工原理上，附录，得煤油侧的热阻自来水侧的热阻钢的导热系数为传热系数根据化工原理上，公式解得传热面积所选用的换热器的实际传热面积传热面积裕度根据化工单元过程及设备课程设计，公式该换热器的面积裕度为处于要求的的范围内，连换热器符合实际生产要求。

壁温核算因管壁很薄，且管壁热阻很小，故管壁温度可按化工单元过程及设备课程设计，公式计算。

该换热器用自来水冷却水，设定冷却水进口温度为，出口温度为来计算传热管壁温。

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

但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管壁温差可能较大。

计算中，应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。

于是按式有式中，液体的平均温度和气体的平均温度分别按化工单元过程及设备课程设计，公式，计算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该温差较大，故需设温度补偿装置。

选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

换热器内流体的流动阻力压强降管程流动阻力根据化工原理上，公式得其中管程总压力降分别为单程直管阻力与局部阻力污垢校正系数，对于管子，取对于�管子，取这里取壳程数管程数，。

其中流体流过直管段由于摩擦所引起的压力降可由下式计算流体流过回弯管进出口阻力忽略不计因摩擦所引起的压力降可由下式计算式中摩擦阻力系数传热管长度传热管内径管内流速流体密度，。

由，设管壁粗糙度ε，则相对粗糙度ε，查莫狄图得，流速所以总压强降管程流动阻力在允许范围之内。

莫狄图壳程流动阻力压强降其中壳程总压力降流体流过管束的压力降流体流过折流板缺口的压力降结垢校正系数，对于液体对于气体或可凝蒸汽这里取壳程数，。

其中，流体流过管束的压力降，流体通过折流板缺口的压力降，式中每壳程的管子数目折流板数目折流板间距壳体内径管子排列方式对压力降的校正因数，对于正三角形排列对于正方形斜转壳程流体的摩擦系数，当时其中，。

横过管束中心线的管数，管子按正三角形排列管子按正方形排列壳程流体横过管束的最小流速壳程流体的体积流量，。

根据管子排列方法这里是正三角形，取根块，总压强降符合设计要求。

五换热器主要结构尺寸和计算结果换热器型式带膨胀节的固定管板式工艺参数管程自来水壳程煤油质量流量进出口温度设计压力物性参数定性温度密度比热容粘度导热系数普朗特准数工艺主要计流速污垢热阻阻力压降对流传热系数总传热系数算结果平均传热温差热流量传热面积裕度设备结构设计程数推荐使用材料碳钢台数壳体内径传热面积管径折流板形式上下管数根折流板数个管长折流板间距管子排列方式正三角形切口高度管间距封头个封头法兰隔板拉杆根支座管箱型膨胀节定距管管板壳程接管壳程接管法兰管程接管管程接管法兰六自我评价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，也起着培养学生工作能力的重要作用。

这次化工原理课程设计是以小组为单位，然后组员各自进行相应的确定实验方案选择流程查取资料进行过程和设备的计算，并要对自己的选择做出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。

在换热器的设计过程中，我感觉我的理论运用于实际的能力得到了提升，主要有以下几点在计算方面，这是设计第阶段的主要任务，数据计算的准确性直接影响到后面的各阶段，这就需要我们具有极大的耐心。

从拿到原始设计数据到确定最终参数，持续了将近周，确定需要求的参数，查质料找公式，标准值等，步步计算。

在查找资料方面，通过本次设计，我学会了根据工艺过程的条件查找相关资料，并从各种资料中筛选出较适合的资料，根据资料确定主要工艺流程，主要设备，以及如何计算出主要设备及辅助设备的各项参数及数据。

通过课程设计可以巩固对主体设备图的了解，以及学习到工艺流程图的制法。

对化工原理设计的有关步骤及相关内容有定的了解。

通过本次设计熟悉了化工原理课程设计的流程，加深了对冷却器设备的了解。

在设计的过程培养了大胆假设，小心求证的学习态度。

耐心细心决心是本次课程设计最大的感受。

最后，非常感谢陈老师在整个设计过程中给予的悉心指导，七主要参考文献陈敏恒化工原理上下册第二版北京化学工业出版社，换热器兰州石油机械研究所主编，烃加工出版社，化工基础实验福建师范大学化学与材料学院编，化工原理夏清陈常贵主编，姚玉英主审，天津大学出版社，化工设备机械基础董大勤编，化学工业出版社化工设备机械基础第