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浮头式换热器用途篇一

摘要:换热器是工业部门广泛使用的一种设备。为了适应所需，换热器的类型多而复杂，本文根据作用原理和传热方式主要分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器进行了简要介绍。间壁式换热器仍是应用最广泛的一类换热器，因此以其一列管式换热器为例概括了换热管的现状和相应的换热器的发展进展。

关键词：换热器；换热管；现状；发展

一、换热器介绍

换热器是一种使热量从热流体传递到冷流体的设备，它在许多工业部门被广泛使用，包括化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械等等。其主要功能有两点，一是使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要；二是有效的回收利用预热、废热，特别是低位热能。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用相当广泛，自然的，其类型也相当多，若按照作用原理和传热方式则分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器。

1.1 直接接触式换热器

直接接触式换热器又称混合式换热器，是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等，具体应用有冷却塔、气压冷凝器、气体洗涤器等。

采用这种换热器，热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多；其结构能适应所规定的工艺操作，运转安全可靠，密封性

好，清洗、检修方便，流体阻力小。同时价

格便宜，维护容易，可使用时间长。但明显的缺点就是应用范围小，仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。

1.2蓄热式换热器

图1-1直接接触式换热器 热式换热器与回热式换热器相对应，是一种应用历蓄史比较久远的换热装置，回热式换热器中两种流体的换热是通过各个位置的固定边界进行的，在稳定运行时换热器的内的温度只与位置有关，而在蓄热式换热器热量的传递都是动态

［］的，同时依赖于位置和时间。1在蓄热式换热器中，冷、热流体交替地流过同一固体传热面及其所形成的通道，依靠构成传热面的物体的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体之问的热交换。蓄热式换热器有受热面回转式和风罩回转式两种：前者是由转子转动使烟气和空气交替冲刷蓄热元件；后者是由风罩转 使烟气和空气交替冲刷蓄热元件。该换热器适用于流量大的气一气热交换场合，如动力、硅酸盐及石油化工等工业 中的余热利用和废热回［］收等方面。2

蓄热式换热器的优点也很明显，首先是结构紧凑，其次它是由由固体填充物构成的蓄热体作为传热面的，交替地通过同一通道利用蓄热体来吸热和放热，其单位面积传热面大，适用于气-气热交换，如回转式空气预热器。但局限在于不允许两种流体混合。

图1-3 燃烧室

图1-2 蓄热式换热器

1.3 间壁式换热器

间壁式换热器又称为表面式换热器，利用间壁（固体壁面）进行热交换。是应用最广泛的一类换热器，形式也多种多样，如板式换热器、板翅式换热器、列管换热器三类。相比而言，板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便，使用寿命长等特点；板翅式换热器制造工艺要求更为严格，且容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修困难，但其传热性能特别好；列管式换热器又称管壳式换热器，是工业上应用最广泛的换热设备，又分为固定管板式换热器、u形管式换热器、浮头式换热器。管壳 式换热器由一个壳体 和包 含许多 管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。它适应于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。通常管壳式换热器的工作压力可达 4兆帕，工作作温度在 200 ℃ 以下。在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800 ram 以下，管子长度在9m以下，在个别情况下也有更大或更长的。其优于其他两种的特点是结构坚固、可选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大。因此，在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。

图1-4 管壳式换热器

间壁式换热器应用广泛，工作坏境多变 且较为恶劣，例如部分间壁式换热器操作压强高达2*105kpa，温度-250到1500 ℃的范围内变化，某些流体的腐蚀性又特别严重等。每种类型的换热器都有优缺点，选择换热器类型时，要考虑的因素很多，例如材料，压强，温度，温度差，压强降，结垢腐蚀情况，流动状态，传热效果，检修和操作等。对同一种换热器而言，某种情况下使用是好的，而在另外的情况下却不能够令人满意，甚至根本不能用。因此在实际应用中，工作人员需对各种间壁式换热器的优缺点和操作方式了然于胸，最大发［3］挥其优势。

1.4 中间载热体式换热器

中间载热体式换热器是将两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接，载热体在高温流体换热器和低温流体换热器间循环，从高温流体换热器中吸收热量，向低温流体换热器中释放热量给低温流体。

图1-5

热管换热器

二、换热器的发展

换热器在国民经济和化工生产领域中对产品质量、能量利用率以及系统经济性、可靠性起着举足轻重的作用。近年来，能源与材料费用的不断增长极大地推动了对高效节能换： 热器的研究，作为一种节能设备，换热器不仅是保证加工过程正常运转不可缺少的设备，而且就金属消耗、动力消耗和投资来说，其在整个工程中所占有比例很大。据统计，换热器的投资约占全部设备投资的40%。因此开发新型高效和结构紧凑的换热器是目前换热器研究的一个重要方向。其内部强化传热主要有两种途径：增大传热面积，但换热器的传热面积不可能无限制地增大，否则投资费用会大大增加，并且随着工业化的进展，设备要紧凑化：提高传热系数，主要从管程和壳程传热强化系数的提高方面上考虑。

2.1 常见换热管的研究现状

2.1.1 螺旋槽管

螺旋槽管是种管壁上具有外凸和内凸的异形管，管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数，起到双边强化的作用。根据在光管表面加螺旋槽的类型，螺旋槽管有单头和多头之分，其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。，研究还表明单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。目前，无论足从传热、流阻、结垢性能，还是从无相变对流换热和有相变凝结换热，对螺旋槽管的强化传热研究从理论到实际已达到较高水平。

2.1.2 横纹管

横纹管是一种普通圆管作毛胚，在管外壁经简单滚轧出与轴线垂直的凹槽，同时在管内形成一圈突起的环肋。其强化机理为：当管内流体经横向环肋时，管壁附近形成轴向漩涡，增加了边界层的扰动，有利于热量通过边界层的传递。当涡流即将消失时，流体又流经下一个横肋，不断产生轴向涡流，因而保持连续且稳定的强化作用。2.1.3 管内插入物

管内插入物的类型有很多，主要有：麻花铁、螺旋线圈、螺旋带、螺旋片、扭带和静态混合器等。各种插入物的强化传热机理一般可分为四种：形成旋转流；破坏边界层；中心流体与管壁流体产牛置换作用；产生二次流。管内插入物的优点是对旧的换热器设备进行改造，以提高其换热性能。在强化传热的同时，能达到清除污垢的目的。2.1.4 内翅片管

内翅片管是采用特殊的焊接工艺和设备加工而成，流体在管内的换热过程为单相强制对流换热。其丰要特点是通过在传热管管内扩大传热面积、强化管内传热的途径来提高换热器的传热性能。八十年代初，日立电缆有限公司研究表明，采用左右错式的螺旋内翅片管强

［4］化单相流体的传热可使管内给热系数提高到光管的2.8倍左右。2.1.5 波纹管

波纹管是将光管加工成波纹形状的翘片，其强化传热机理是：通过改变断面使弧形段内壁处发生两次反向扰动，增加对管内流体的扰动，扩大低热阻区域，以提高传热系数，增强传热效果。具有不易结垢，单位容积传热面积大，耐腐蚀性强，温差应力小等优点。2.1.6 缩放管

缩放管是由依次交替的收缩段和扩张段组成的波形管道，其强化传热的机理是：在扩张段流体速度降低，静压增大；在收缩段流体速度增加，静压减小；流体在方向反复改变的轴向压力梯度下流动。扩张段产生的漩涡在收缩段被有效地利用，冲刷了流体边界层，便边界层减落实现了强化传热。

2.2 换热器发展及进展

长期以来，列管式换热器面临着各种新型换热器的挑战，且某些场合已被一些新型换热器所取代，但是由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于统治地位。例如在日本其产量占全部换热器的70%，产值占60%。由于受到挑战，反过来也促进了它自身的发展。

［5］例如在高温、高压领域，已有用它取代蛇管、套骨式换热器的趋势。目前，对高效列管式换热器的研究主要集中在强化管程和壳程两方面，根据以上换热管研究现状针对管程有如下改进。

2.2.1 螺纹管换热器

螺纹管是一种优良的高效异形强化传热管件，其结构如图2-1所示，由光滑管在车床上轧制而成，分单头和多头，其强化机理是：产生的边界层分离流使传热边界破坏。目前从传热、流阻、阻垢性能、无相变对流换热、有相变凝结换热等方面对螺纹管的强化传热研究从理论到实际都达到了较高水平。

图2-1

螺纹管

2.2.2 横纹管换热器

横纹管主要用来强化管内单相流体的传热，在相同流速下，横纹管比单头螺旋槽管比较，流体阻力稍大但压降较小，传热性能好。我国华南理工大学、沈阳化工学院和辽宁冷热设备制造公司等单位对横纹管进行了研究和应用。如图2-2。

图2-2 横纹管

2.2.3 菱形翅片管换热器

菱形翅片管与螺纹管相比，翘片距更密，传热面积更大，当流体流经菱形翅片表面时，传热边界层在非连续翅片上因受到周期性破坏而减薄，从而提高了冷凝传热系数，是光滑管的6倍。

2.2.4 波纹管换热器

波纹管是近10年出现的强化换热管，其结构如图2-3所示，我国第一台波纹管换热器由沈阳市广厦热力设备公司于 20世纪90年代初研制成功。

图2-3 波纹管

2.2.5 缩放管换热器

其结构如图2-4所示。华南理工大学研究认为，缩放管可强化管内外单相流体的传热，45在同等流阻损失下，re=10-10 范围内，传热管比光管增加70%。缩放管换热器已在空气

［6］预热器、油冷却器、冷凝器、废热锅炉中广泛使用。

三、结论

图2-4

缩放管

换热器在近百年来在国民经济的很多领域起着越来越重要的作用，能源与材料费用的不断增长也极大地推动了对高效节能的换热器的研究。而今，换热器的类型已经很多，但缺陷却是大多数换热器所共有的，其内部强化传热途径也相似。对于未来的发展，需要包括以下几个方面：一是器械紧凑化；二是换热高效化——减少热量的散失；三是节能减排；四是理论系统化；五是技术模型化。

换热器有着极其广泛的应用，在发展上虽然有瓶颈但仍然有很大的需要。

参考文献

［1］frank w schmidt, a john willmott．thermal energy storage and regeneration［z］．washington：hemisphere ，1981．

［2］王维刚.蓄热式换热器的优化设计［j］.化工机械，2010（4）:412-414 ［3］胡学敏.问壁式换热器的分类和应用分析［j］.商品与质量：学术观察，2012（6）：83-83 ［4］任孝平.换热器研究现状以及发展趋势［j］.硅谷.2011(8)：27-27 ［5］陆璐.换热器的研究现状和发展［j］.产业与科技论坛.2011（2）：49-50 ［6］王永红.列管式换热器强化传热研究及发展［j］.低温与超导.2012（5）：53-57

浮头式换热器用途篇二

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6.4mpa。（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。

浮头式换热器用途篇三

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浮头式换热器项目可行性研究

报告

本报告是针对行业投资可行性研究咨询服务的专项研究报告，此报告为个性化定制服务报告，我们将根据不同类型及不同行业的项目提出的具体要求，修订报告目录，并在此目录的基础上重新完善行业数据及分析内容，为企业项目立项、上马、融资提供全程指引服务。

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可行性研究报告主要内容是要求以全面、系统的分析为主要方法，经济效益为核心，围绕影响项目的各种因素，运用大量的数据资料论证拟建项目是否可行。对整个可行性研究提出综合分析评价，指出优缺点和建议。为了结论的需要往往还需要加上一些附件，如试验数据、论证材料、计算图表、附图等，以增强可行性报告的说服力。

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技术上的先进性和适应性以及建设条件的可能性和可行性，从而为投资决策提供科学依据。

投资可行性报告咨询服务分为政府审批核准用可行性研究报告和融资用可行性研究报告。审批核准用的可行性研究报告侧重关注项目的社会经济效益和响；融资用报告侧重关注项目在经济上是否可行。具体概括为：政府立项审批，产业扶持，银行贷款，融资投资、投资建设、境外投资、上市融资、中外合作，股份合作、组建公司、征用土地、申请高新技术企业等各类可行性报告。

报告通过对项目的市场需求、资源供应、建设规模、工艺路线、设备选型、环境影响、资金筹措、盈利能力等方面的研究调查，在行业专家研究经验的基础上对项目经济效益及社会效益进行科学预测，从而为客户提供全面的、客观的、可靠的项目投资价值评估及项目建设进程等咨询意见。

另：提供国家发改委甲、乙、丙级工程咨询资质 北京智博睿信息咨询有限公司

可行性研究报告大纲（具体可根据客户要求进行调整）第一章 浮头式换热器项目总论

1.1浮头式换热器项目概况

1.1.1浮头式换热器项目名称

1.1.2浮头式换热器项目建设单位

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1.1.3浮头式换热器项目拟建设地点

1.1.4浮头式换热器项目建设内容与规模 1.1.5浮头式换热器项目性质

1.1.6浮头式换热器项目总投资及资金筹措

1.1.7浮头式换热器项目建设期

1.2浮头式换热器项目编制依据和原则

1.2.1浮头式换热器项目编辑依据 1.2.2浮头式换热器项目编制原则 1.3浮头式换热器项目主要技术经济指标 1.4浮头式换热器项目可行性研究结论

第二章 浮头式换热器项目背景及必要性分析

2.1浮头式换热器项目背景

2.1.1浮头式换热器项目产品背景 2.1.2浮头式换热器项目提出理由 2.2浮头式换热器项目必要性

2.2.1浮头式换热器项目是国家战略意义的需要

2.2.2浮头式换热器项目是企业获得可持续发展、增强市场竞争力的需要

2.2.3浮头式换热器项目是当地人民脱贫致富和增加就业的需要

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第三章 浮头式换热器项目市场分析与预测

3.1产品市场现状

3.3市场形势分析预测

3.4行业未来发展前景分析

第四章 浮头式换热器项目建设规模与产品方案 4.1浮头式换热器项目建设规模

4.2浮头式换热器项目产品方案

4.3浮头式换热器项目设计产能及产值预测

第五章 浮头式换热器项目选址及建设条件

5.1浮头式换热器项目选址

5.1.1浮头式换热器项目建设地点 5.1.2浮头式换热器项目用地性质及权属 5.1.3土地现状

5.1.4浮头式换热器项目选址意见 5.2浮头式换热器项目建设条件分析

5.2.1交通、能源供应条件 5.2.2政策及用工条件

5.2.3施工条件

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5.2.4公用设施条件 5.3原材料及燃动力供应

5.3.1原材料 5.3.2燃动力供应

第六章 技术方案、设备方案与工程方案 6.1项目技术方案

6.1.1项目工艺设计原则

6.1.2生产工艺

6.2设备方案

6.2.1主要设备选型的原则 6.2.2主要生产设备 6.2.3设备配置方案 6.2.4设备采购方式 6.3工程方案

6.3.1工程设计原则

6.3.2浮头式换热器项目主要建、构筑物工程方案

6.3.3建筑功能布局 6.3.4建筑结构

第七章 总图运输与公用辅助工程

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7.1总图布置

7.1.1总平面布置原则

7.1.2总平面布置

7.1.3竖向布置

7.1.4规划用地规模与建设指标

7.2给排水系统

7.2.1给水情况

7.2.2排水情况

7.3供电系统 7.4空调采暖

7.5通风采光系统

7.6总图运输

第八章 资源利用与节能措施

8.1资源利用分析

8.1.1土地资源利用分析

8.1.2水资源利用分析

8.1.3电能源利用分析

8.2能耗指标及分析 8.3节能措施分析

8.3.1土地资源节约措施

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8.3.2水资源节约措施

8.3.3电能源节约措施

第九章 生态与环境影响分析

9.1项目自然环境

9.1.1基本概况

9.1.2气候特点

9.1.3矿产资源

9.2社会环境现状

9.2.1行政划区及人口构成 9.2.2经济建设

9.3项目主要污染物及污染源分析 9.3.1施工期 9.3.2使用期

9.4拟采取的环境保护标准 9.4.1国家环保法律法规

9.4.2地方环保法律法规

9.4.3技术规范

9.5环境保护措施

9.5.1施工期污染减缓措施 9.5.2使用期污染减缓措施

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9.5.3其它污染控制和环境管理措施

9.6环境影响结论

第十章 浮头式换热器项目劳动安全卫生及消防 10.1劳动保护与安全卫生

10.1.1安全防护 10.1.2劳动保护 10.1.3安全卫生 10.2消防

10.2.1建筑防火设计依据

10.2.2总面积布置与建筑消防设计

10.2.3消防给水及灭火设备

10.2.4消防电气 10.3地震安全

第十一章 组织机构与人力资源配置

11.1组织机构

11.1.1组织机构设置因素分析 11.1.2项目组织管理模式

11.1.3组织机构图

11.2人员配置

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11.2.1人力资源配置因素分析 11.2.2生产班制 11.2.3劳动定员

表11-1劳动定员一览表

11.2.4职工工资及福利成本分析

表11-2工资及福利估算表 11.3人员来源与培训

第十二章 浮头式换热器项目招投标方式及内容

第十三章 浮头式换热器项目实施进度方案

13.1浮头式换热器项目工程总进度

13.2浮头式换热器项目实施进度表

第十四章 投资估算与资金筹措

14.1投资估算依据

14.2浮头式换热器项目总投资估算

表14-1浮头式换热器项目总投资估算表单位：万元

14.3建设投资估算

表14-2建设投资估算表单位：万元

14.4基础建设投资估算

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表14-3基建总投资估算表单位：万元

14.5设备投资估算

表14-4设备总投资估算单位：万元

14.6流动资金估算

表14-5计算期内流动资金估算表单位：万元

14.7资金筹措

14.8资产形成第十五章 财务分析

15.1基础数据与参数选取

15.2营业收入、经营税金及附加估算

表15-1营业收入、营业税金及附加估算表单位：万元 15.3总成本费用估算

表15-2总成本费用估算表单位：万元

15.4利润、利润分配及纳税总额预测

表15-3利润、利润分配及纳税总额估算表单位：万元 15.5现金流量预测

表15-4现金流量表单位:万元

15.6赢利能力分析

15.6.1动态盈利能力分析

16.6.2静态盈利能力分析

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15.7盈亏平衡分析

15.8财务评价

表15-5财务指标汇总表

第十六章 浮头式换热器项目风险分析

16.1风险影响因素

16.1.1可能面临的风险因素

16.1.2主要风险因素识别

16.2风险影响程度及规避措施 16.2.1风险影响程度评价

16.2.2风险规避措施

第十七章 结论与建议 17.1浮头式换热器项目结论

17.2浮头式换热器项目建议

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浮头式换热器用途篇四

江西科技师范大学

食品科学与工程专业《化工原理课程设计》说明书

题目名称

列管式换热器的设计

专业班级

11级食品科学与工程

学

号 20111912 20111878 20111911 学生姓名

胡利君 吕亚琼 钟翠 指导教师

常军 博士

2012 年 11 月 06日

目录

1.概述…………………………………………………………………………………1.1设计方案………………………………………………………………………1

1.1.1设计条件…………………………………………………………………1

1.1.2选择换热器类型…………………………………………………………1

1.1.3传热器管程安排…………………………………………………………1.2设计换热器的要求……………………………………………………………2 2.衡算…………………………………………………………………………………2

2.1传热面积的计算………………………………………………………………2

2.1.1定性温度的确定…………………………………………………………3

2.1.2计算平均传热温差………………………………………………………3

2.1.3初算传热面积……………………………………………………………3

2.2工艺结构尺寸…………………………………………………………………3

2.2.1管径和管内流速…………………………………………………………3 2.2.2管程数和传热数管数……………………………………………………3 2.2.3平均传热温差校正及壳程数……………………………………………2.2.4传热管排列和分程方法…………………………………………………4

2.2.5壳体直径…………………………………………………………………4

2.2.6折流板……………………………………………………………………4 2.2.7接管………………………………………………………………………2.3换热器核算……………………………………………………………………5 2.3.1传热面积校正……………………………………………………………5 2.3.2壳程传热膜系数…………………………………………………………6 2.3.3污垢热阻和壁管热阻……………………………………………………6 2.3.4换热器内压降得核算……………………………………………………7 3.总结………………………………………………………………………………8 4.附录………………………………………………………………………………9 4.1计算总表………………………………………………………………………9 4.2设备选型表…………………………………………………………………10 5.图纸………………………………………………………………………………11 6.参考文献及资料…………………………………………………………………12

1.概述 1.1设计方案

换热器是化工、石油、食品及其他许多部门的通用设备，在生产中常用的一种换热机械装置。按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发皿和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间璧式。

本设计以列管式换热器为模型，以进口温度5℃、出口温度70℃、流量为30m3/h为 设计条件，针对列管式换热器生产过程中最主要的设备部件进行模拟设计和选型，本论文进行工艺设计、主要设备及附件尺寸的设计。

1.1.1设计条件

两流体的温度变化情况：热流体进口温度160℃，出口温度105℃；流体进口温度5℃，出口温度70℃。冷流体的流量为30m3/h。

1.1.2 选择换热器的类型

列管式换热器可分为固定管板式换热器、浮头式换热器和u型管式换热器。该换热器用饱和水蒸气加热，冬季操作时，其进口温度会降低，故而会加大管壁温度和壳体温度之差，所以温差较大。同时，在清洗和检修时，整个管束可以从壳体中抽出，因此应选用浮头式换热器。

1.1.3传热管管程安排

由于水较易结垢，如果流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降；因此，饱和水蒸汽应走壳程，水走管程。

1.2设计换热器的要求

（1）合理的实现所规定的工艺条件

传热量流体的物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，在单位时间内传递尽可能多的热量，其具体做法如下。

增大传热系数?在综合考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下，尽量选择高的流速。

提高平均温差？对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可以提高平均温差，还有助于减少结构中的温差应力，在允许的条件下，可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。

妥善布置传热面？例如在管壳式换热器中，采用合适的管间距和排列方式，不仅可以加大单位空间内的传热面积，还可以改善流体的流动性质，错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变，另一侧流体为气相，可在气相一侧的传热面上加翅片，以增大传热面积，更有利于热量的传递

（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，应遵循我国《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

直立设备的安全费往往低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（设置的购置费和安装费等）与操作费（动力费，清洗费，维修费等）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。

传热面上垢层的产生和增厚，使传热系数不断降低，传热量随之减少，故有必要停止操作进行清洗。在清洗时不仅无法传递热量，还要支付清洗费，这部分费用必须从清洗后传热条件的改善得到补偿，因此存在一最适宜的运行周期

严格的讲，如果孤立的从换热器本身来进行经济核算已确定适宜的操作条件与适宜的尺寸是不够全面的，应以整个设备为对象进行经济核算或设备的优化。但要解决这样的问题难度很大，当影响换热器的各项因素改变后对整个系统的效益关系影响不大时，按照上述观点单独地对换热器进行经济核算仍然是可行的

选择换热器时，要遵循经济，传热效果优，方便清洗，符合实际需要等原则

2.衡算

2.1传热面积的计算

2.1.1定性温度的确定

57037.5c 2t1t2160105132.5c

热流体的定性温度：t22 冷流体的定性温度：tt1t221附录三水在平均温度37.5c下的有关物性数据由可得

cp,c4.174103j/kg.k,992.2kg/m3,653.3106pa.s

0.635w/(m.k)

1附录三饱和水蒸汽在平均温度132.5c的有关物性数据由可得

cp,h4.266103j/(kg.k),1.650kg/m3,217.8106pa.s

0.686w/(m.k)

热负荷（忽略热损失）：

30992.2qtqm,ccp,c(t2t1)4.174103(705)2.24106w

3600饱和水蒸汽用量（忽略热损失）：

qm,hqt2.241069.55kg/s 3cp,ht4.2661055

2.1.2计算平均传热温差

t1t1t11055100c t2t2t21607090c

因为t11002，所以 t290tm逆=t1t21009095c 22

2.1.3初算传热面积

由于壳程气体的压力较大，故可选较大的k值。假设k610w/(m2.c)，则可估算传热面积为：

qt2.24106s估=38.65m2

ktm61095

2.2工艺结构和尺寸

2.2.1管径和管内流速

取管内流速u1.8m/s，传热数管数n10

d4qv430/36000.024m un1.8102由附录二十一查阅可选用33.53.25mm规格的钢管得d0.027m

根据

4q430/3600uv21.4m/s

d0.0272

2.2.2管程数和传热管数

4qv430/3600ns11

d2u0.02721.4按单程管设计，所需的传热管长度为：

l s估d0ns38.6533.434

0.033511

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准设计，先去传热管长度l8.5m，则该换热管的管程数为：

l34

np4

l8.5传热管总数： n11444

2.2.3平均传热温差校正及壳程数

平均温差校正系数如下：

pt2t17050.42 t1t11605t1t21601050.85 t2t17051r按单壳程，双管程结构，查参考文献图4-25得t0.943平均传热温差：

tmttm逆=0.94395=89.585c

由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较小，故取双壳程合适。

2.2.4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pt1.25d0，则pt1.2533.541.87542mm 隔板中心到离其最近一排管中心距离：

pzt627mm 各程相邻管的管心距为54mm。

2.2.5壳体直径

采用多管程结构，壳体直径可按参考文献式（4-15）估算。取管板利

2用率，则壳体直径为：

d1.05ptn/1.054244/0.75337.78mm

按卷制壳体的进级档，可取d400mm。

2.2.6折流板

采用弓形折流板，取弓形折流板园缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为

h0.25400100mm

可取h100mm。

取折流板间距b0.3d(0.2dbd)，则

b0.3400120mm

可取b为120mm。

折流板数目nb

传热管长8500-1=-1=69.870

折流板间距1202.2.7接管

壳程流体进出口接管：取接管内流体流速ui2.5m/s，则接管内径为：

d4qvui40.009550.0698m

2.5圆整后可取管内径为70mm。

管程流体进出口接管，取接管内流体流速u27m/s，则接管内径为：

d

430/36000.389m

72.3换热器核算

2.3.1传热面积校正

管程传热膜系数0.023dire0.8pr0.4

管程流体流通截面积

nsid20.0272441/80.01258m2

42管程流体流速和雷诺数分别为：

uiqv30/36000.6624m/s si0.01258rediu/0.0270.6624992.227162 6653.310普朗特数：

4.174103653.3106pr4.29

0.635cpi0.023 dire0.8pr0.40.0230.635271620.84.290.43414w/(m2.c)0.027

2.3.2壳程传热膜系数

00.36id'ere00.55pr(/w)0.14

13管子按正三角形排列，传热当量直径为：

4(d'e3223ptd0)4(0.0422-0.03352)2424==0.025m2

d00.0335壳程流通截面积：

s0=bd(1-d033.5)=120400(1-)=9.71410-3m2

pt42壳程流体流速及其雷诺数分别为： 9.55/1.65u0==60m/s

0.0097140.027595.81.655 re0==1.2210-6217.810普朗特数: 4.266103217.810-6pr0==1.362

68.210-2粘度校正：

(/w)0.14=1.05

10.68250=0.36(1.2210)1.36231.05=7171w/m2.c

0.025

2.3.3污垢热阻和管壁热阻

查参考文献表4-6，管外侧污垢热阻r00,管内侧污垢热阻

1ri=0.0002(m2.c)/w，根据我们的清洗方式估计管内污垢热阻变化大概是在

10％-20％已知管壁厚度b=0.0335m，碳钢在该条件下的热导率为50w/(m.c)。

总传热系数k：

dm=0.0225m2

k111223w/(m2.c)d0rdbd0.03350.00020.80.03350.03350.033511i00r00.0270.6350.02257171ididdm059270.027

传热面积校核：

qt2.24106s'==19m2

ktm逆122395换热器的实际传热面积为s: sd0lnt0.03358.54439m2

换热器面积裕度为：

s/s'39/192.05

传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。

2.3.4换热器内压降得核算

管程阻力：

pi(p1p2)nsnpft

lui2

ns1,np2 ,p1d21由re27162，传热管相对粗糙度0.01，查参考文献中re双对数坐标图得0.038，流速ui1.40m/s，992.2kg/m3，所以：

8.5992.21.42p10.03811632.3pa

0.0272992.21.42p2332917pa

22pi(111632.32917)1141.489623pa ui2管程流体阻力在允许范围内。

壳程阻力：

p0(p1'p2')ftns

其中ns1,ft1

流体流经管束的阻力：

p1'ff0nc(nb1)u022

0.2288512200f0.5

f05re00.220.35

nc1.1n1.1447.3

nb70

u0595.m8s/

1.65595.82p1'0.50.357.3(701)265628

2流体流过折流板缺口的阻力：

2hu02 p2'nb(3.5)d2其中h0.1m,d0.4m

1.65595.82p2'70(3.50.5)149987

2总阻力：p265628149987415615

3.总结

经过三个星期的努力，我们的设计终于完成了。也许可能存在很多不足之处，但是看到我们的成果也感到很欣慰。通过这次设计，让我们在各个方面都有很大提高，在设计中经常查找资料提高了我们检索和查阅资料的能力，我们还学会了一些关于设计的基本操作和基本规范，在计算过程中更加仔细和严谨，同时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运用和系统复习，思维方式和设计思想有了进一步提高。因为此次设计由三个人一起完成，所以我们充分运用了团队协作，通过分工合作，培养了我们的团队意识和协作精神，也增进了朋友间的友谊。当然，在这次设计中，我们有很多方面有待加强，比如说没有完全理解设计中的一些问题，还有不会灵活地运用公式。具体有在找饱和水蒸汽热阻时，查了很多资料，没有找到相关数据，所以我们将它假定为零。

4.参考文献及资料

(1)王志魁，刘丽英，刘伟.化工原理第四版m.北京：化学工业出版社，2010(2)申迎华，郝晓刚.化工原理课程设计m.北京：化学工业出版社，2009(3)方书起，魏新利.化工设备课程设计指导m.北京：化学工业出版社，2010

附录一

换热器主要结构尺寸和计算结果

参数 流量

进(出)口温度/c 定性温度/c

管程

30m3/h

壳程

3438kg/h 160(105)

5(70)

37.5 992.2 5(70)37.5 992.2 4.147

653.3106

0.635 4.29 浮头式 1400

132.5 1.650 160(105)132.5 1.650 4.266

217.8106

0.686 1.3652 / / / / /

/

/

壳程

6.0

7171

0.117 密度/kg/m3 进(出)口温度/c

定性温度/c

密度/kg/m3

定压比热容/kj/kg.c

黏度/pa.s 热导率/w/m.c

普朗特数 型号

壳体内径/mm 管径/mm 管长/mm 管数目/根

33.52.5

8500 44 38.65 4 管程 1.32 5927 0.04036 传热面积/m2

管程数 主要计算结果 流速m/s 表面传热系数/w(m2.c)

阻力/mpa

污垢热阻/(m2.c)/w

热流量/kw

0.0002

0

2.24106

1001 2.05 1 1 32 正三角形 70 120 碳钢 传热温差/c 传热系数/w/m2.c

裕度/％ 壳程数 台数

管心距/mm

管子排列 折流板数/个

折流板间距/mm

材质

附录2 设备选型表

序号 名称 1 折流板 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

规格

长280mm 33.53.25mm型号

psjj7a132-0-4 定距管 壳体 封头 接管 接管 螺母 法兰 支座 垫片 传热管 拉杆1 拉杆2 顶丝 螺柱 管板 管板

厚2.5mm dn1100mm 702.5mm 401.5mm m20 rf 550-2.5

数量 生产厂家 8 石家庄蓝宝机械制造有限

公司

gb/14976-1994 265 上海斯普热能技术有限公

司

q235-a 1 淄博泰勒换热设备有限公

司

q235-a 2 阿里巴巴-佛山市顺德区佛

茂钢材贸易有限公司

br01-a 2 上海化工装备有限公司 br006 gb6170-92 hg20615 156 2 1 2

上海化工装备有限公司 沙河市四方紧固件制造有

限公司

武汉威孚热工技术有限公司

河北同力自控阀门制造有限公司

西安捷安达换热设备厂 山东省聊城市首发金属制品有限公司

河北沧州上浦电器设备有限公司

河北沧州上浦电器设备有限公司

山东宏达科技集团有限公司

沙河市四方紧固件制造有限公司

澳昭美金属材料有限公司 澳昭美金属材料有限公司 广州市柯凌自控阀门有限公司

安徽德仪仪器仪表有限公司公司 耳式支座b2 jb1165-732 25mm 252.5mm 25mm 25mm

jb-t4704-2000

gb/t8162-1999 265 psjj7a1.32-0-5 4 psjj7a1.32-0-7 3 gb85-88 jb-t4707-2000 72 m20

psjj7a1.32-0-2 1 psjj7a1.32-0-6 1

pn-yfq-025s 1 折流挡双弓型 板

压力泵

浮头式换热器用途篇五

09无机非（1）

材料工程基础论文

管壳式换热器论文

摘要;本文主要介绍管壳式换热器。并分析其特点。关键词：管壳式换热器、传热管束、管板、折流板

正文：管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。管壳式换热器

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。

类型：由于管内外流体的温度不同，因此换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50 ℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所

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材料工程基础论文

采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

① 固定管板式换热器 管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

② 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

③ u型管换热器 每根换热管皆弯成u形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

非金属材料换热器 化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用

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陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。

流道的选择

进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。

操作强化

当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。

管壳式换热器-shell and tube heat exchanger 由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。

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为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔w/(m2〃℃)〕;用水冷却气体时，为10～280w/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000w/(m2〃℃)。

分类

管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前 3种应用比较普遍。

固定管板式换热器

它是管壳式换热器的基本结构形式。管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上。在操作状态下由于管子与壳体的壁温不同，二者的热变形量也不同，从而在管子、壳体和管板中产生温差应力。这一点在分析管板强度和管子与管板连接的可靠性时必须予以考虑。为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器一般只在适当的温差应力范围、壳程压力不高的场合下

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采用。固定管板式换热器的结构简单、制造成本低，但参与换热的两流体的温差受一定限制；管间用机械方法清洗有困难，须采用化学方法清洗，因此要求壳程流体不易结垢。

浮头式换热器

浮头式换热器的结构为管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓连接，形成可在壳体内自由移动的浮头。由于壳体和管束间没有相互约束，即使两流体温差再大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。浮头式换热器适用于温度波动和温差大的场合；管束可从壳体内抽出用机械方法清洗管间或更换管束。但与固定管板式换热器相比，它的结构复杂、造价高。

u型管式换热器 一束管子被弯制成不同曲率半径的u型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束。管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。管束的u形端不加固定，可自由伸缩，故它适用于两流体温差较大的场合；又因其构造较浮头式换热器简单，只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少，造价较低，也适用于高压流体的换热。但管子有u形部分，管内清洗较直管困难，因此要求管程流体清洁，不易结垢。管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。相同直径的壳体内，u形管的排列数目较直管少，相应的传热面积也较小。

双重管式换热器

将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器。管程流体从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底

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部，然后返向，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热。但管程流体的阻力较大，设备造价较高。

填函式换热器

填函式换热器的结构，管束一端与壳体之间用填料密封。管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低；但填料处容易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不宜过大。

双管板换热器管子两端分别连接在两块管板上，两块管板之间留有一定的空间，并装设开孔接管。当管子与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管引出，因此可保证壳程流体和管程流体不致相互串漏和污染。双管板换热器主要用于严格要求参与换热的两流体不互相串漏的场合，但造价比固定管板式换热器高。

特点

这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流

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动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

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参考文献：:///100k/?tid=3280 3.江南 易宏 甑亮 岑汉钊.管壳式换热器壳程强化传热 研究进展.化肥工业 1998 25 6 : 27 321

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