列管式换热器化工原理课程设计——黄红潘

1、化工原理课程设计题目：汽油冷却器的设计系 别_化学化工学院_班 级 化 工 132学 号20130914210姓 名 黄 红 潘指导教师 朱 芳 坤 日 期：2015 年 6 月26 日任务书一、 设计题目：处理量62万吨/年汽油冷却器的设计二、设计任务： 1、处理能力:6.2×105t/a汽油； 2、设备型式：列管式换热器； 3、操作条件： （1）汽油：入口温度160；出口温度60； （2）冷却介质：采用循环水，入口温度15，出口温度30； （3）允许压降：管程不大于0.1MPa 壳程不大于30KPa (4)汽油定型温度下无物性数据： 密度 0 =780Kg/m3 定压比热容 CP

2、0=2.20KJ/Kg 热导率 0=0.138W/m 粘度 0=0.536×10-3Pa·s（5） 每年按330天计，每天24小时连续生产。三、设计要求：1、选择适宜的列管式换热器并进行核算2、要进行工艺计算3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、横算结果等）4、编写设计任务书5、进行设备结构图的绘制（设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。）2任务书2摘要5Abstract6第一章 绪论91.1换热器技术概况91.2换热器设备的发展101.3换热器在工业生产中的应用11第二章 设计方案132.1换热器类型的选择132.2流程的安排15第三章 换热器的工艺计算1

3、63.1基础物性数据163.2 换热器面积的估算173.2.1 热负荷173.2.2平均传热温差173.2.3传热面积183.2.4 冷却水的用量193.3 换热器工艺结构尺寸的计算203.3.1 管内和管外流速计算203.3.2管长管径及管程数和传热管数的计算223.4 管程数和传热管数的计算223.4.1 平均传热温差校正及壳程数的确定223.4.2 传热管排列和分程的选择233.4.3 壳程内径计算253.4.4 折流板的选择253.4.5 其他附件选择273.5 换热器核算283.5.1 传热能力的核算283.5.1.1 壳程传热膜系数283.5.2 壁温核算323.5.3 换热器流体

4、流动阻力计算323.6 换热器主要结构尺寸计算结果汇总343.7 主要符号说明35主要参考文献364.主体设备条件图及生产工艺流程图（附图）3737摘要在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。换热器是许多工业生产部门的通用工艺设备，尤其是石油、化工生产中应用更为广泛，在化工厂中换热器可用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸腾器等。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。换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究十分活跃，一

5、些新型高效换热器相继问世。 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，不同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。换热器按用途不同可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器、深冷器、过热器等。 换热器按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，按照传热面的形状和结构特点又可分为管壳式换热器、板面式换热器和扩展表面式换热器（板翅式、管翅式等），如表1-0所示。类 型 特 点 间 壁 式 管 壳 式 列管式 固定管板式 刚性结构 用于管壳温差较小的情

6、况（一般50），管间不能清洗 带膨胀节 有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力 浮头式 管内外均能承受高压，可用于高温高压场合 U型管式 管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难 填料函式 外填料函 管间容易泄漏，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质 内填料函 密封性能差，只能用于压差较小的场合 釜式 壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮 双套管式 结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中 套管式 能逆流操作，用于传热面较小的冷却器、冷凝器或预热器 螺旋管式 沉浸式 用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热 喷淋式 只用于管内流体的冷却或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，传热面能调整，主

7、要用于粘性较大的液体间换热 螺旋板式 可进行严格的逆流操作，有自洁的作用，可用作回收低温热能 平板式 结构紧凑，拆洗方便，通道较小、易堵，要求流体干净 板壳式 板束类似于管束，可抽出清洗检修，压力不能太高 混合式 适用于允许换热流体之间直接接触 蓄热式 换热过程分阶段交替进行，适用于从高温炉气中回收热能的场合 表1-0 传热器的结构分类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（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）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

8、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。在允许的条件时，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，采用合适的管间距或排列方式，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特性。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，

9、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的作用。 （3）有利于安装、操作与维修 直立设备的安装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（通常为1年）固定费用（设备的购置费、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

10、能完成生产任务的需要，这一指标尤为重要。 动力消耗与流速的平方成正比，而流速的提高又有利于传热，因此存在一最适宜的流速。 传热面上垢层的产生和增厚，使传热系数不断降低，传热量随之而减少，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。 严格地讲，如果孤立地仅从换热器本身来进行经济核算以确定适宜的操作条件与适宜的尺寸是不够全面的，应以整个系统中全部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

11、核算仍然是可行的。Abstract In the different temperature of heat transfer fluid between the device known as the heat exchanger, referred to as heat exchanger. In heat exchangers should have at least two different temperature of fluid, a fluid of high temperature, heat release; another kind of fluid temperatur

12、e is low, heat absorption. Heat exchanger is one of the many industrial departments of general technology equipment, particularly in the oil, chemical production in the application of more extensive, in chemical plant in the heat exchanger can be used as a heater, cooler, condenser, evaporator and t

13、hen boiling device. With the development of our industry, of energy utilization, development and conservation of the increasing demands, thus the heat exchanger requirements are also increasing. Heat exchanger design, manufacture, improvement of structure and heat transfer mechanism research is very

14、 active, a number of new type high efficient heat exchanger in succession. With the heat exchanger in the industrial production of different functions and status, types of heat exchangers are also diverse, different types of heat exchanger with different advantages and disadvantages, the performance

15、 of different. In the design of heat exchangers, first of all should be according to the technological requirements of applicable type, and then calculate the heat required heat transfer area, and to determine the heat exchanger structure size. Heat exchanger according to the different purposes can

16、be divided into heater, cooler, condenser, evaporator, a reboiler, cryogenic device, such as the superheater. Heat exchanger in heat transfer can be divided into: hybrid, regenerative and recuperative. The intermediate wall type heat exchanger is the most widely used, according to the heat transfer

17、surface shape and structure can be divided into the shell and tube type heat exchanger, plate type heat exchanger and the extended surface heat exchanger ( plate-fin tube fin type, etc.), as shown in table 1-0.Table 1-0 heat transfer structure classificationType Characteristic Wall type Shell and tu

18、be type tube Fixed tude type Rigid structure Shell and tube temperature difference for the smaller ( general 50 ), tube can not be cleanedWith expansion joint There is a certain temperature compensation ability, can bear the low pressure shellFloating head type And can bear high pressure, can be use

19、d for high temperature and high pressure U shaped pipe And can bear high pressure, pipe cleaning and maintenance difficulties Stuffing box Outer packing Tube is easy to leak, for processing volatile, explosive and high pressure mediumInner packing The sealing performance is poor, can only be used fo

20、r occasions with small pressure difference Kettle type The upper part of the shell has an evaporating space for reboiler, cookingDouble pipe type The structure is more complex, mainly used for high temperature and high pressure situations and fixed bed reactor Sleeve type Countercurrent heat transfe

21、r surface can be used for smaller, cooler, condenser or preheater Spiral tube type Immersion For the fluid in the pipe cooling, condensing or pipe fluid heating Spray typeOnly for the fluid in the pipe cooling and condensation Surface type Plate Easy to wash, heat transfer surface can be adjusted, m

22、ainly for viscous liquid heat exchanger Spiral plate Can undertake strict countercurrent operation, a self-cleaning effect, can be used for recovering low temperature heat energy Flat typeCompact structure, convenient assembly and disassembly, small, easily blocked channel, require fluid clean Shell

23、 type Plate beam similar to the tube bundle can be drawn out for cleaning, maintenance, too high pressure Mixed type Suitable for direct contact between the heat transfer fluid Heat storage typeHeat transfer process in stages, applied from the high temperature furnace gas heat recovery Improve the h

24、eat exchanger in the design or selection should meet the following requirements. ( 1) reasonably realize specified conditions Heat transfer, fluid thermodynamic parameters ( temperature, pressure, flow, phase state, etc.) and physical and chemical properties ( density, viscosity, corrosion resistanc

25、e etc.) are process conditions. The designer should according to the conditions of thermodynamics and fluid mechanics calculation, after repeated comparisons, the design of the heat exchanger with as little as possible with the heat transfer area, per unit of time transfer as much heat. The concrete

26、 methods are as follows. increases heat transfer coefficient? Considering the fluid resistance and fluid induced vibration under the premise, try to choose high velocity. Improve the mean? For no phase change fluid, as a close to the countercurrent heat transfer way. Because it can not only improve

27、the mean temperature difference, also help to reduce the thermal stress in structure. In the conditions allow, can improve the hot fluid inlet temperature or reducing the cold fluid inlet temperature. The proper arrangement of heat transfer surface? For example in shell and tube heat exchanger, the

28、suitable tube spacing or arrangement, can not only increase the unit within the space of the heat transfer area, but also can improve the fluid flow characteristics. Staggered tube bundle heat transfer way than parallel bundles. If the heat exchanger is arranged in one side of the phase transition,

29、the other side of the fluid is a gas phase, in the gas phase side of the heat transfer surface and fin to increase the heat transfer area, more conducive to heat transfer.( 2) safety and reliability The heat exchanger is a pressure vessel, the strength, rigidity, temperature stress and calculation o

30、f fatigue life of our country, should be in accordance with the " steel Petrochemical Pressure Vessel Design Regulations " and " steel shell and tube type heat exchanger design provisions " and other relevant regulations and standards. To ensure the security and reliability of th

31、e equipment plays an important role in.( 3) facilitates the installation, operation and repair ertical installation fee is often lower than the horizontal or inclined equipment. Equipment and components shall be convenient for transportation and installation, the plant Mobile has no stairs, beam, co

32、lumn hinder, according to the need to buy gas, liquid discharging port, check hole and laying insulation layer.( 4) the economic and reasonable Evaluation of heat exchanger is the ultimate indicator is: in a certain period of time ( usually 1 years ) fixed costs ( equipment purchase, installation co

33、st and operation cost etc.) ( power cost, cleaning costs, repair costs ) to minimize the sum of. In the design or selection, if there are several heat exchanger can finish production tasks, this index is particularly important. The power consumption and the flow rate is proportional to the square of

34、 velocity, but also improve beneficial to heat transfer, so there is an optimum velocity. On the heat transfer surface fouling layer of generation and thickening, the heat transfer coefficient is reduced ceaselessly, subsequently and decrease heat transfer, so it is necessary to stop the operation o

35、f cleaning. When in cleaning is not only unable to transfer heat, pay cleaning fee, the cost must be cleaned from the heat transfer conditions are compensated, so there is an optimum operating cycle. Strictly speaking, only if isolated from the heat exchanger to undertake economic accounting to dete

36、rmine the suitable operating condition and the suitable size is not comprehensive enough, should be based on the system of economic accounting of all equipment for the object or equipment optimization. But in order to solve this problem is very difficult, when the influence of heat exchanger on the

37、various factors change on the whole system performance has little effect when, according to the above views individually heat exchanger economic accounting is still feasible.第一章 绪论1.1换热器技术概况换热器就是在不同流体间传递热能的装置。在世界范围内，虽然目前管壳式换热器仍占主导地位，单各种板式换热器的竞争力在逐渐上升。世界换热器产业在产品与技术方面的发展趋势主要表现为产品大型化、高效化、节能化，此外，换热器新材料的

38、开发应用、产品技术的更新换代、不同应用领域产品的细分化也都是行业的发展趋势。 随着时代的改变，换热器也不断发展进步着。目前，为提高换热器的传热效率，各种新型换热器产品层出不穷。螺旋折流板换热器、双纹管换热器、丝状花内插物换热器、变形翅片管换热器、喷涂翅片管冷却器、非钎焊金属丝缠绕翅片换热器、螺旋绕管式换热器、带纽带插入物的湍流增强式换热器、麻花扁管换热器、提箱式全焊板式换热器、防振结构换热器等新产品不断推向市场。目前，大型可拆式板壳式换热器、新型节能焊接板式换热器、系统集成应用换热机组、强化传热管式换热器、板式蒸发器等产品日益成为市场的主流。在材料应用上，随着原材料价格的变动，更经济、更耐腐蚀

39、的新型材料制成的产品日益增长。在应用领域上，换热器产品根据不用的应用要求被不断细分化。同时，在产品市场竞争格局上，欧美等发达国家在继续加强在板式换热器领域上的研发力量，而属于大型压力容器的管壳式换热器的生产制造则不断向欧洲的意大利和亚洲的日本、韩国、印度、中国等国家和地区转移。1.2换热器设备的发展 由于制造工艺和技术水平的限制，早期的换热器只能采用简单结构，传热面积下、体积较大、笨重，如蛇管式换热器等。随着制造工艺的发展，管壳式换热器的单位以及具有较大的传热面积，而且传热效果较好，长期以来在工业生产中成为一种典型的换热器。 20世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热

40、器，结构紧凑、传热效果好。30年代初，瑞典首次制成螺旋板式换热器。紧接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆生产。20世纪60年代，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自20世纪60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步发展。20世纪70年代中期，为了强化传热，在研究和发展的基础上又开发出列管式换热器。 2

41、0世纪80年代后，大量的强化传热元件被推向市场，如折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸发式空冷凝器等高效换热器。 进入21世纪后，大量的强化传热技术应用与工业装置，世界换热器在技术上获得了快速提升，板式换热器日渐崛起。1.3换热器在工业生产中的应用 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。 换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常用作把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新

42、结构、新材料的换热器不断涌现。 换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。 它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。 换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。 换热器种类很多,但根据冷,热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类,即间壁式,混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多：1 .间

43、壁式换热器的类型 夹套式换热器 这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单;但其加热面受容器壁面限制,传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀,可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时,亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施,以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足,也可在釜内部安装蛇管. 夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却. 8 J + i7 R2 c/ u! n6 S+ x 沉浸式蛇管换热器 这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状,并沉浸在容器内的液体中.蛇管换热器的优点是结构简单,能承受高压,可用耐腐蚀材料制造;其缺点是容器内液体湍动

44、程度低,管外给热系数小.为提高传热系数,容器内可安装搅拌器. 5 O. o* # r0 c 喷淋式换热器 这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动,冷却水从上方喷淋装置均匀淋下,故也称喷淋式冷却器.喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜,管外给热系数较沉浸式增大很多.另外,这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量,可起到降低冷却水温度,增大传热推动力的作用.因此,和沉浸式相比,喷淋式换热器的传热效果大有改善. 套管式换热器 套管式换热器是由直径不同的直管制成的同心套管,并由U形弯头连接而成.在这种换热器中,一种流体走管内,另一种流体走环隙,两者皆可得到

45、较高的流速,故传热系数较大.另外,在套管换热器中,两种流体可为纯逆流,对数平均推动力较大. 套管换热器结构简单,能承受高压,应用亦方便(可根据需要增减管段数目). 特别是由于套管换热器同时具备传热系数大,传热推动力大及能够承受高压强的优点,在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式. 8 M% W- l. g0 O: W- W 管壳式换热器 管壳式(又称列管式) 换热器是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史,而且至今仍在所有换热器中占据主导地位. 管壳式换热器主要有壳体,管束,管板和封头等部分组成,壳体多呈圆形,内部装有平

46、行管束,管束两端固定于管板上.在管壳换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流动,其行程称为管程;一种在管外流动,其行程称为壳程.管束的壁面即为传热面. 为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装一定数量的横向折流档板.折流档板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加.常用的档板有圆缺形和圆盘形两种,前者应用更为广泛. 流体在管内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.为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组.这样,流体可每次只通过部分管子而往返管束多次,称为多管程.同样,为提高管外流速,可在壳体

47、内安装纵向档板使流体多次通过壳体空间,称多壳程.在管壳式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和管束的温度也不同.如两者温差很大, 换热器内部将出现很大的热应力,可能使管子弯曲,断裂或从管板上松脱.因此,当管束和壳体温度差超过50时,应采取适当的温差补偿措施,消除或减小热应力. 2.混合式换热器 混合式热交换器是依靠冷、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。它的应用遍及化工和冶金企业、动

48、力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。+ R# t# H+ j! J: I混合式热交换器的种类, B/ R& B6 e d+ r$ t j按照用途的不同，可将混合式热交换器分成以下几种不同的类型： * ! T/ 8 I: C' H(1)冷却塔(或称冷水塔) 在这种设备中，用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。例如热力发电厂或核电站的循环水、合成氨生产中的冷却水等，经过水冷却塔降温之后再循环使用，这种方法在实际工程中得到了广泛的使用。 (2)气体洗涤塔(或称洗涤塔) ; Q4 l+ 8 E/ , k; B! Q

49、在工业上用这种设备来洗涤气体有各种目的，例如用液体吸收气体混合物中的某些组分，除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。但其最广泛的用途是冷却气体，而冷却所用的液体以水居多。空调工程中广泛使用的喷淋室，可以认为是它的一种特殊形式。喷淋室不但可以像气体洗涤塔一样对空气进行冷却，而且还可对其进行加热处理。但是，它也有对水质要求高、占地面积大、水泵耗能多等缺点：所以，目前在一般建筑中，喷淋室已不常使用或仅作为加湿设备使用。但是，在以调节湿度为主要目的的纺织厂、卷烟厂等仍大量使用!(3) 喷射式热交换器在这种设备中，使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热传质

50、，并同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。 8 8 Q3 v" N+ r2 r5 c(4)混合式冷凝器 这种设备一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝7 F' w; c9 U& k& 3.蓄热式换热器 蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用

51、于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。 蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合。, R0 6 " F8 8 M/ R7 G第二章 设计方案2.1换热器类型的选择 根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。1 固定管板式换热器这类换热器如图1-1所示。固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，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

52、产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。 2.U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，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。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。3. 浮头式换热器浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一

53、不与外科固定连接，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党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，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。其缺点是结构较复杂，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。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

54、方便。其缺点是填料函乃严不高，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。 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。换热器分为几大类夹套式换热器：沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器、套管式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器、热管式换热器、列管式换热器等。不同的换热器适用于不同的场合。而列管式换热器在生产中被广泛利用。它的结构简单、坚固、制造较容易、处理能力大、适应性大、操作弹性较大。尤其在高压、高温和大型装置中使用更为普遍。所以首选列管式换热器中固定管板式换热器作为设计基础。 2.2流程的安排1、冷、热流体流动通道的选择在列管式换热器的设计中，

55、哪种流体走管程，哪种流体走壳程，需进行合理安排。选择原则：传热效果好、结构简单、检修与清洗方便。一般考虑以下几个方面。易结垢应走易清洗的一侧。对于固定管板式、浮头式换热器，一般应使易结垢流体流经管程；但对于U形管式换热器，易结垢流体应走壳程。 若在设计上需要提高流体的流速，以提高其传热膜系数。在这种情况下，应将需提高流速的流体放在管程。这是因为管程流通截面面积小，易于采用多管程结构，以提高流速。 具有腐蚀性的流体应走管程，以免管束与壳体同时受到腐蚀，同时这样也可以节约耐腐蚀材料，降低换热器成本。 压力高的流体应走管程，这是因为管子直径小，承压能力强，能够避免采用耐压的壳体和密封措施。具有饱和蒸汽冷凝的换热器，应使饱和蒸汽走壳程，便于及时排除冷凝液，且蒸汽较清洁，以免污染壳程。温度很高（或很低）的物料应走管内，以减少热量（或冷量）