管程与壳程
管壳式换热器标准的一些常见问题
管壳式换热器标准的一些常见问题换热器-1 GB151-1999管壳式换热器的适用范围是什么？答：1．适用于固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式换热器。
2．适用的参数为：公称直径DN ≤2600mm；公称压力PN ≤35MPa；且公称直径（mm）和公称压力（MPa）的乘积不大于1.75×104。
换热器-2 对于管、壳程设计压力均为内压的管壳式换热器，其受压元件在什么情况下可按压差设计？还应考虑什么问题？答：对于同时受管、壳程内压作用的元件，仅在能保证管、壳程同时升、降压时，才可以按压差设计。
压差的取值还应考虑在压力试验过程中可能出现的最大压差值，同时设计者应提出压力试验的步进程序。
换热器-3 试述管壳式换热器中管、壳程设计温度与管壁、壳壁温度的差异及作用。
答：管、壳程设计温度分别为管程管箱和壳程壳体的设计温度，是对应于管、壳程设计压力分别设定的管、壳程受压元件金属温度（沿元件金属横截面的温度平均值）的最高值或最低值。
用于确定元件材料的许用应力。
管壁、壳壁温度分别为沿长度平均的换热管、壳程圆筒金属温度，分别是传热过程中形成的换热管、壳程圆筒金属温度沿长度方向的平均值。
用于计算壳程圆筒与换热管的热膨胀差在管板、换热管和壳程圆筒中引起的应力。
这两组温度不仅定义、性质和作用不同，而且数值上也会有较大差异，因此，在计算时一定要注意，不可混用。
换热器-4 管壳式换热器中同时受管、壳程温度作用的元件的设计温度如何确定？答：管壳式换热器中同时受管、壳程温度作用的元件的设计温度可按金属温度确定，也可取较高侧的设计温度。
换热器-5 管壳式换热器主要元件腐蚀裕量的考虑原则是什么？答：管壳式换热器主要元件腐蚀裕量的考虑原则：a）管板、浮头法兰、球冠形封头和钩圈两面均应考虑腐蚀裕量；b）平盖、凸形封头、管箱和圆筒的内表面应考虑腐蚀裕量；c）管板和平盖上开槽时，可把高出隔板槽底面的金属作为腐蚀裕量，但当腐蚀裕量大于槽深时，还应加上两者的差值；d）压力容器法兰和管法兰的内直径面上应考虑腐蚀裕量；e）换热管不考虑腐蚀裕量；f）拉杆、定距管、折流板和支持板等非受压元件，一般不考虑腐蚀裕量。
化工原理课程设计管壳式换热器的设计
西北大学化工学院列管式换热器的工艺设计说明书题目: 列管式换热器的工艺设计和选用课程名称: 化工原理课程设计专业: 化学工程与工艺班级: 09级学生姓名: 李哲学号: 2009115057指导教师: 吴峰设计起止时间：2012 年1月1日至2012 年 1月13日设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用一、设计条件炼油厂用循环水将煤油油从230℃冷却到120℃。
柴油流量位28700kg/h；循环水初温为22℃，经换热后升温到46℃。
换热器的热损失可忽略。
管、壳程阻力压降不大于100kPa。
试设计能完成上述任务的列管式换换热器。
二、设计说明书的内容1、设计题目及原始数据；2、目录；3、设计方案的确定；4、工艺计算及主体设备设计；5、辅助设备的计算及选型；（主要设备尺寸、衡算结果等）；6、设计结果概要或设计结果汇总表；7、参考资料、参考文献；目录一．设计任务及设计条件 (3)二．设计方案 (3)1.换热器类型选择 (3)2.流程选择 (3)3.流向选择 (3)三．确定物性数据 (3)四．估算传热面积 (3)五．工艺结构尺寸计算 (3)1.管径及管内流速选择 (3)2.传热管数和传热管程数 (4)3.平均传热温差校正及壳程数 (5)4.传热管排列和分程方法 (5)5.壳体内径 (5)6.折流板 (5)7.其他主要附件 (6)8.接管 (6)9.壁厚的确定、封头 (7)六．换热器核算 (7)（一）.热流量核算 (7)1.壳程表面传热系数核算 (8)2.管程表面传热系数核算 (8)3.污垢热阻 (9)4.传热面裕度 (9)（二）传热管壁温及壳体壁温计算 (9)（三）阻力计算 (10)1.管程流体阻力计算 (10)2.壳程流体阻力计算 (10)七．换热器主要计算结果汇表 (11)八．主要符号说明 (11)九．换热器主要结构尺寸图和管子布置图 (12)十．参考文献 (15)一．设计任务及设计条件：用循环冷却水将流量为28700Kg/h 的煤油从230℃降至120℃，冷却水为清净河水，进口温度22℃，选定冷却水出口温度46℃，设计一台列管换热器完成冷却任务。
管壳式热交换器
2.5.2 流体温度和终温的确定
• 在换热器设计中加热剂或冷却剂出口温度需由设计 者确定。如冷却水进口温度需依当地条件而定，但 出口温度需通过经济权衡作出选择。在缺水地区可 使出口温度高些，这样操作费用低，但使传热平均 温差下降，需传热面积增加使得投资费用提高，反 之亦然。根据经验一般应使∆tm大于10℃为宜， 此外若工业用水作为冷却剂出口温度不宜过高，因 工业用水中所含的盐类(主要CaCO3,MgCO3,CaSO4、 MgSO4等)的溶解度随温度升高而减小，若出口温度 过高，盐类析出，形成垢层使传热过程恶化，因此 一般出口温度不超过45℃。所以应根据水源条件， 水质情况等加以综合考虑后确定。水源严重缺乏地 区可采用空气作为冷却剂，但使传热系数下降。对 于加热剂可按同样原则选择出口温度
一、管、壳程介质的配置 有利于传热、压力损失小。具体如下： 1、流量小、粘度大的流体走壳程较好。 2、温差较大时，K大的流体走壳程。 3、与外界温差大的流体走管程。 4、饱和蒸汽走壳程。 5、含杂质流体走管程。 6、有毒介质走管程。 7、压降小走壳程。 8、高温、高压、腐蚀性强的流体走管程。
2.5.1 流体在换热器中内的流动 空间选择
管程变化对阻力影响
• 对同一换热器，若由单管程改为两管程， 阻力损失剧增为原来的8倍，而强制对流 传热、湍流条件下的表面传热系数只增 为原来的1.74倍；若由单管程改为四管程， 阻力损失增为原来的64倍，而表面传热 系数只增为原来的3倍。由此可见，在选 择换热器管程数目时，应该兼顾传热与 流体压降两方面的得失。
– 见公式2.21
2.3 管壳式换热器的传热计算
• • • • • 一、热力设计任务 1．合理的参数选择及结构设计 2．传热计算和压降计算 热力设计：设计计算，校核计算。 设计计算：已知传热量Q，换热工质工作 参数(进、出口温度)，求F和结构形式。 • 校核计算：已知换热器的具体结构、某 些参数来核定另一参数。
换热器换热面积选型计算方法
二、确定物性数据
1．定性温度
对于粘度低的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平 均值。所以， 壳程流体的定性温度为： 管程流体的定性温度为： 2．物性参数
1 4 04 0 T 9 0 C 2
2 04 0 t 3 0 C 2
定性温度下，管程流体(井水)、壳程流体（植物油）有关 物性参数由《主要物性参数表》得出。
换热器课程设计
第三节 换热器计算方法
换热器：在不同温度的流体间传递热能的装置
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，且它们是上述行业的通用 设备，占有十分重要的地位。
1、热力设计 根据使用单位提出的基本要求，合理地选择运 行参数，并进行传热计算。 计算出总传热系数、传热面积 2、流动设计 计算压降，为换热器的辅助设备提供选择参数 3、结构设计 根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸 4、强度设计 应力计算。考虑换热器的受力情况，特别是在 高温高压下换热器的受压部件应按照国家压力容 器的标准设计。
一般，设计时冷却水两端温度差可取为5~10℃。
四、管子的规格和排列方法
1.管径
应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面 的流速范围
a. 小直径管子单位传热面积的金属消耗量小，传热系数 稍高，但容易结垢，不易清洗，用于较清洁的流体； b. 大直径管子用于粘性大或易结垢的流体。
目前列管式换热器系列标准中管径具有： Φ 25mm × 2.5mm、 Φ 19mm × 2mm
2、计算管程、壳程压强降
根据初定的设备规格，计算管程、壳程流体的流速和压 强降。验算结果是否满足工艺要求。若压强降不符合要求， 要调整流速，再确定管程数或折流板间距，或选择另一规 格的换热器，重新计算压强降直至满足要求。
管壳式换热器工作原理
管壳式换热器工作原理管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、电力、冶金等工业领域。
它的工作原理主要是利用管内流体与管外流体之间的热量传递，实现热能的转移。
在管壳式换热器中，管束（或管子）内流体被称为管程流体，管壳两侧的流体分别被称为壳程流体。
下面将详细介绍管壳式换热器的工作原理。
首先，管壳式换热器的工作原理是基于热量传递的基本原理。
当管程流体和壳程流体在换热器内部流动时，它们之间会发生热量的传递。
具体来说，当管程流体流经管子时，其内部会吸收或释放热量，而壳程流体则在管壳之间流动，从而与管程流体进行热量交换。
这样，管程流体的温度会发生变化，从而实现热能的传递。
其次，管壳式换热器的工作原理还涉及流体流动和传热的过程。
在换热器内部，管程流体和壳程流体之间的热量传递是通过对流和传导来实现的。
当流体在管壳内部流动时，会产生对流传热，即流体本身的运动会带动热量的传递。
同时，流体与管壁之间也会发生传导传热，即通过管壁将热量传递给另一侧的流体。
这些传热方式共同作用，实现了管壳式换热器内部的热量传递。
此外，管壳式换热器的工作原理还与换热器的结构设计有关。
换热器内部的管束结构和壳程结构会影响流体流动和热量传递的效果。
合理的结构设计可以提高换热器的换热效率，减小流体流动的阻力，从而实现更高效的热量传递。
因此，在实际工程中，需要根据具体的工艺要求和换热条件，选择合适的管束结构和壳程结构，以实现最佳的换热效果。
总的来说，管壳式换热器的工作原理是基于热量传递的基本原理，通过管程流体和壳程流体之间的热量交换来实现热能的转移。
在实际应用中，需要合理设计换热器的结构，以提高换热效率，满足工艺要求。
通过对管壳式换热器工作原理的深入理解，可以更好地应用和优化这种热交换设备，为工业生产提供更可靠、高效的热能转移解决方案。
《热交换器原理与设计》管壳式热交换器设计 21-23解读
估算
b 1.1 n t ； 当管子按照等边三角形排列时，
当管子接正方形排列时 b 1.19 nt
壳体的外径
强度
钢制压力容器标准的规定加以确定
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公称直径小于或等于400mm的热交换器，可以采用无缝钢管 制作圆筒，卷制圆筒的公称直径以400mm为基础，以100mm， 为进级档，必要的时候允许以50mm为进级档。
其位臵按具体情况而定
6
2.壳程结构
壳体 折流板 折流杆
防短路结构 壳程分程
⑴壳体
①接管→焊在壳体上，供壳程流体进、出。 ②防冲挡板 作用:减小流体的不均匀分布和对管束的侵蚀和震动， 在壳程进口接管处设臵防冲挡板. 焊接在拉杆、定距管、折流板上 固定形式 焊接在圆筒上 用U型螺栓固定在换热管上
7
8
式中： F——热计算所需要的传热面m2； d——管子的计算直径，m 计算直径的选取方法：
一般情况下，管子的计算直径取换热系数小的 那一侧的，只有在两侧的换热系数相近时才取平均 直径作为计算直径。
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换热管长度取值： 换热管的长度与壳体直径的比值在4－25之间； 一般为6－10，对于立式热交换器而言比值为4－6。
②管程数: 一般有1，2，4，6，8，10，12等七种, 最简单、 最常用的是单管程。
③隔板布臵方式 平行布臵法 T形布臵法 ④分程的要求: a.避免流体温差较大的两部分管束紧邻 b.程与程之间温差不宜过大, 不超过28℃ c.应尽可能使各管程的换热管数大致相同 d.分程隔板槽形状简单, 密封面长度较短
若算得的管长过长，则应该做成多程的热交换器。
管程数Zt为： 式中： l——所确定的管子的长度m
Zt L / l
L——管程总长，m；
污水-清水壳管式换热器壳程管程介质选择
作者简 介 ： 纪鹏磊 （ １ ９ ８ ６一 ） ， 男， 黑 龙江哈 尔滨人 ， 硕士
生， 主要从 事 水 源 热 泵 及 建 筑节 能 方 面 的研
究。
管程 循 环介 质 的选 择进 行 实验研 究 。
２ 实验 设 计 及 实验 系统
① 实验 设计
１ 概 述
实验采用两 台完全相同的污水 一 清水换热器 ，
将
与
的算 术 平 均值 作 为换 热 器 的实 际
图 ４ 换 热 管 布 置 形式
换热 量 ， 由于采 用二 级污 水 ， 因此 污水 与清 水 的 比定 压热 容取 值 近似 相 同 ， 取４ １ ８ ８ Ｊ ／ （ ｋ ｇ・ Ｋ ） 。 ② 实 验 系统 实验 系 统 见 图 １ 。换 热 器 外 壳 采 用 Ｕ Ｐ Ｖ Ｃ 材
验 条件 为定 管程 流量 ， 变壳程 流量 ） 对换 热 器的 换 热量 进行 测 试计 算 。 分析 实验 结 果 ， 在 允 许 流速
下， 壳程循 环介 质 为 污水更 有 利 于换 热。 关键词 ： 污水 一清 水 壳管式换 热器 ； 换 热量 ； 壳程 ； 管程 ； 循 环 介质
比较换 热器 壳程 、 管 程循 环介 质 为 污 水 时 的换 热 性 能， 污水 为二 级 污水 。换 热器 １壳 程 循 环介 质 为 污 水， 管 程为 清水 ； 换 热器 ２壳 程 循 环介 质 为清 水 ， 管
管壳式换热器的工作原理及结构
管壳式换热器的工作原理及结构（山东华昱压力容器有限公司，济南250305）随着今天快速发展的科技，换热器已广泛运用于我国各个生产区域，换热器跟人们生活一脉相连。
用来热交换的机械设备就是所谓的换热器。
本文综述了管壳式换热器的工作原理及结构。
标签：管壳式换热器;工作原理;结构1 管壳式换热器的工作原理属于间壁式换热器的就是管壳式换热器，其换热管内组成的流体通道称为管程，换热管外组成的流体通道称为壳程。
管程以及壳程分别经过2个不一样温度的流体时，温度相对高的流体经过换热管壁把热量传递给温度相对低的流体，温度相对高的流体被冷却，温度相对低的流体被加热，进而完成两流体换热工艺的目标。
（工作原理和结构见图1）管壳式换热器关键由管箱、管板、管子、壳体以及折流板等组成。
一般圆筒形为壳体;直管或U形管为管子。
为把换热器的传热效能提高，也能使用螺纹管、翅片管等。
管子的安排有等边三角形、正方形、正方形斜转45°以及同心圆形等几种方式，最为常见的是前面三种。
依照三角形部署时，在一样直径的壳体内能排列相对多的管子，以把传热面积增加，但管间很难用机械办法清洗，也相对大的流体阻力。
在管束中横向部署一些折流板，引导壳程流体几次改变流动目标，管子有效地冲刷，以把传热效能提高，同时对管子起支承作用。
弓形、圆形以及矩形等是折流板的形状。
为把壳程以及管程流体的流通截面减小、流速加快，以把传热效能提高，能在管箱以及壳体内纵向安排分程隔板，把壳程分为二程以及把管程分为二程、四程、六程以及八程等。
管壳式换热器的传热系数，水换热在水时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/（m（℃）〕;气体用水冷却时，为10～280W/（m（℃）;水蒸汽用水冷凝时，为570～4000W/（m（℃）。
2 管壳式换热器依据结构特征能分为下面2类2.1 刚性构造的管壳式换热器：固定管板式是这种换热器的另一个名称，一般能可分为单管程以及多管程2种。
在两块管板上换热器的管端以焊接、胀接、胀焊并用的办法固定，而管板则以焊接的办法以及壳体相连。
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管程指介质流经换热器内的通道及与其相贯通的部分。
壳程系指介质流经换热管外的通道及与其相贯通的部分。
这个涉及到管壳式换热器流体选择问题，主要依据有两流体的操作压力和温度、可以利用的压力降、结构和腐蚀性以及设备方面的考虑。
一般来说，水、水蒸气或强腐蚀性流体；有毒性的流体；容易结垢的流体以及高压操作的流体走管程；
而塔顶冷凝蒸汽；烃类冷凝和再沸；关键压力降控制的流体，粘度大的流体走壳程。
除了上述条件外，另外还需要考虑到传热系数和最充分利用压力降，从压力降考虑，雷诺数低走壳程更合理。
一般塔顶冷却器多数物料走壳程冷却水走管程
再沸器物料则走管程，蒸汽、凝液走壳程
以上为大多数是这样，也有特例：
一般主物料走壳程，辅助加热、冷却介质走管程。
现场判断的最佳方法是：管程介质从换热器一端进出，壳程介质靠中间一点进出，
管程进出口一端要预留一定的抽换热器芯子的空间。
简单地说管程就是管内,壳程就是管外.
就固定管板换热器而言,管壳程物料选择依据大致有:
1)不洁净和易结垢的流体宜走管程,因管内清洗方便; 腐蚀性流体宜走管程,以
免管束和壳体同时受腐蚀,且清洗,检修方便;
压强高的流体宜走管程,以免壳体同时受压;
有毒流体宜走管程,使泄漏机会减少;
被冷却的流体宜走壳程,便于散热,增强冷却效果;
饱和蒸汽宜走壳程,便于排出冷凝液和不凝气,且蒸汽洁净不污染;
流量小或粘度大的流体宜走壳程,因折流档板的作用可使在低雷诺数下即可达到湍流,但也可在管内采用多管程; 若两流体温差较大,宜使α大的流体走壳程,使管壁和壳壁温差减小.
在具体选择时,上述原则经常不能同时兼顾,会互相矛盾,这时要根据实际情况,抓住主要问题,作为选择的依据.而且不同换热器考虑的问题也不一样,比如:U型管的,管程就不能走洁净和易结垢的流体.
管程是指列管内部,壳程是指列管外部和筒体之间的地方.
管程和壳程是列管式换热器的两种介质流动区间，列管式换热器一般由外壳、花板、封头等组成，简单来说：管内称管程，管外则叫壳程一般来说，清洁流体走壳程，不清洁流体、易结垢，易结晶、易堵塞的介质走管程，这样便于清理污垢、结晶等堵塞物。
一般情况下，没有什么绝对的，但是有这样的几个规律，勉强能当个借鉴。
1、压力高的要走管程。
2、被冷却的走壳程。
但是在一些情况下，也是有变动的，比如还要从换热器的材质来分析，用一种最适合的办法来解决。