管壳式热交换器设计全解6
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管壳式热交换器设计
30
2.1.2管子在管板上的固定与排列
（4）布管限定圆
热交换器管束外缘直径受圆筒直径的限制，在设计时要将管束外缘置于 布管限定圆之内，布管限定圆直径的大小按照热交换器的结构型式取值。
对于固定管板式、U形管式热交换器
D L Di 2b3
31
2.1.3管板
作用:
a. 排布换热管； b. 分隔管程和壳程流体→避免冷、热流体混合 C. 承受管程、壳程压力和温度的载荷作用
×××DN—Pt/Ps－A － LN/d－Nt/Ns (Ⅰ或Ⅱ) DN:公称直径（mm） Pt/Ps:管/壳程设计压力（MPa）,压力相等时只写Pt A：公称换热面积（m2）
LN/d ：LN-公称长度(m)， d-换热管外径（mm）
Nt/Ns：管/壳程数，对于单程只写Nt (Ⅰ或Ⅱ) ：Ⅰ级热交换器采用高级或较高级冷拔钢管 Ⅱ级热交换器采用普通级冷拔钢管
26
2.1.2管子在管板上的固定与排列
（2）管子在管板上的排列 转角等边三角形排列法：
流体的流动方向与三角形的一条边平行的排列方法 。
流 体 流 动 方 向
正三角形
流 体 流 动 方 向 转角正三角形
特点：易清洗，但传热效果不如正三角形
27
2.1.2管子在管板上的固定与排列
（2）管子在管板上的排列 转角正方形排列法： 流体的流动方向与正方形的一条对角线垂直的排列方法。
缺点：管内不易清洗，管板的利用率较低，壳程易 短路，损坏的管子难于调换。
应用场合：高温高压。
6
2.1.1类型和标准
分类： (2)U形管式热交换器
U型管式换热器
7
2.1.1类型和标准
分类： (3)浮头式热交换器
浮头式换热器
2.1.2管子在管板上的固定与排列
（4）布管限定圆
热交换器管束外缘直径受圆筒直径的限制，在设计时要将管束外缘置于 布管限定圆之内，布管限定圆直径的大小按照热交换器的结构型式取值。
对于固定管板式、U形管式热交换器
D L Di 2b3
31
2.1.3管板
作用:
a. 排布换热管； b. 分隔管程和壳程流体→避免冷、热流体混合 C. 承受管程、壳程压力和温度的载荷作用
×××DN—Pt/Ps－A － LN/d－Nt/Ns (Ⅰ或Ⅱ) DN:公称直径（mm） Pt/Ps:管/壳程设计压力（MPa）,压力相等时只写Pt A：公称换热面积（m2）
LN/d ：LN-公称长度(m)， d-换热管外径（mm）
Nt/Ns：管/壳程数，对于单程只写Nt (Ⅰ或Ⅱ) ：Ⅰ级热交换器采用高级或较高级冷拔钢管 Ⅱ级热交换器采用普通级冷拔钢管
26
2.1.2管子在管板上的固定与排列
（2）管子在管板上的排列 转角等边三角形排列法：
流体的流动方向与三角形的一条边平行的排列方法 。
流 体 流 动 方 向
正三角形
流 体 流 动 方 向 转角正三角形
特点：易清洗，但传热效果不如正三角形
27
2.1.2管子在管板上的固定与排列
（2）管子在管板上的排列 转角正方形排列法： 流体的流动方向与正方形的一条对角线垂直的排列方法。
缺点：管内不易清洗，管板的利用率较低，壳程易 短路，损坏的管子难于调换。
应用场合：高温高压。
6
2.1.1类型和标准
分类： (2)U形管式热交换器
U型管式换热器
7
2.1.1类型和标准
分类： (3)浮头式热交换器
浮头式换热器
管壳式热交换器设计全解共83页
管壳式热交换器设计全解
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
管壳式热交换器设计全解
两流体的流程中通道数不一定相等 习惯上以（流程×通道数）来表示流程板片的组合
1 4 1 4
23 23
1 4 2 2
44
1 4 2 2
1×4表示甲流体为单流程、四通道 2×2表示乙流体为两流程、两通道
b 密封垫圈
密封作用，防止介质漏出（外漏）
在两板片间造成一定的间隙，形成介质的流道（内漏）
高效就是换热效率高，结构紧凑 即在增加换热器的传热面积的同 时，也要减小换热器的体积 “紧凑性”—热交换器的单位体 积中所包含的传热面积的大小， m2/m3 紧凑式热交换器：>700m2/m3 非紧凑性热交换器：<700m2/m3
3
第一节 螺旋板式热交换器
螺旋板式换热器
螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制成螺 旋状而构成的。卷制后，在器内形成两条相互隔开的螺旋形通道， 在顶、底部分别焊有封头和两流体进出口接管。其中有一对进出 口接管是设在园周边上，而另一对进出口则设在圆鼓的轴心上。 换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流 动。 4
具有的共同特点
位缺口； ⑥板片组装后保持流道一定的间 隙、并使流层“网状”化的触点， 可使板片在两侧介质有压差情况 下减少板片的变形； ⑦使介质能均匀沿板片流道宽度 分布的导流槽；
37
介质在板片间的流动
单边流 对角流
单边流
对角流
换向板片：根据流程的需要，相应不冲出某些角孔，介质遇 到盲孔即拐弯，进行换向，增加介质的流程
操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作 压力只能在20atm以下，操作温度约在300-400℃以下。
不易检修，整个换热器已被卷制焊接为一个整体，一旦发生中间 泄漏或其他故障，设备即告报废。
1 4 1 4
23 23
1 4 2 2
44
1 4 2 2
1×4表示甲流体为单流程、四通道 2×2表示乙流体为两流程、两通道
b 密封垫圈
密封作用，防止介质漏出（外漏）
在两板片间造成一定的间隙，形成介质的流道（内漏）
高效就是换热效率高，结构紧凑 即在增加换热器的传热面积的同 时，也要减小换热器的体积 “紧凑性”—热交换器的单位体 积中所包含的传热面积的大小， m2/m3 紧凑式热交换器：>700m2/m3 非紧凑性热交换器：<700m2/m3
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第一节 螺旋板式热交换器
螺旋板式换热器
螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制成螺 旋状而构成的。卷制后，在器内形成两条相互隔开的螺旋形通道， 在顶、底部分别焊有封头和两流体进出口接管。其中有一对进出 口接管是设在园周边上，而另一对进出口则设在圆鼓的轴心上。 换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流 动。 4
具有的共同特点
位缺口； ⑥板片组装后保持流道一定的间 隙、并使流层“网状”化的触点， 可使板片在两侧介质有压差情况 下减少板片的变形； ⑦使介质能均匀沿板片流道宽度 分布的导流槽；
37
介质在板片间的流动
单边流 对角流
单边流
对角流
换向板片：根据流程的需要，相应不冲出某些角孔，介质遇 到盲孔即拐弯，进行换向，增加介质的流程
操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作 压力只能在20atm以下，操作温度约在300-400℃以下。
不易检修，整个换热器已被卷制焊接为一个整体，一旦发生中间 泄漏或其他故障，设备即告报废。
管壳式换热器设计 课程设计
管壳式换热器设计课程设计XXX课程设计：管壳式换热器设计学院：机械与XXX专业：热能与动力工程专业班级：11-02班指导老师：小组成员：目录第一章：设计任务书第二章：管壳式换热器简介第三章：设计方法及设计步骤第四章：工艺计算4.1 物性参数的确定4.2 核算换热器传热面积4.2.1 传热量及平均温差4.2.2 估算传热面积第五章：管壳式换热器结构计算管壳式换热器是常用的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业。
本次课程设计旨在设计一台管壳式换热器，以满足特定工艺条件下的换热需求。
在设计之前，需要了解管壳式换热器的基本结构和工作原理。
管壳式换热器由外壳、管束、管板、管箱、管夹等部分组成。
热量通过内置于管束中的流体在管内传递，再通过管壳间的流体传递到外壳中，从而实现热交换。
设计过程中，需要确定流体的物性参数，包括密度、比热、导热系数等。
同时，还需要核算换热器传热面积，以满足特定的传热需求。
传热量和平均温差是计算传热面积的重要参数，而估算传热面积则需要考虑流体的流动状态、管束的排布方式等因素。
最终，我们将根据设计要求进行管壳式换热器的结构计算，确定外壳、管束等部分的尺寸和数量，以满足特定工艺条件下的换热需求。
第一章设计任务书本项目旨在设计一台管壳式换热器，用于将煤油由140℃冷却至40℃。
处理能力为10t/h，压强降不得超过100kPa。
具体操作条件为：煤油的入口温度为140℃，出口温度为40℃，冷却水的入口温度为26℃，出口温度为40℃。
2.第二章管壳式换热器简介管壳式换热器是石油化工行业中应用最广泛的换热器。
尽管各种板式换热器的竞争力不断上升，但管壳式换热器仍然占据着换热器市场的主导地位。
目前，各国为提高这类换热器性能进行的研究主要集中在强化传热、提高对苛刻工艺条件的适应性以及开发适用于各类腐蚀介质的材料。
此外，结构改进也是向着高温、高压、大型化方向发展的必然趋势。
5.1 换热管计算及排布方式在设计管壳式换热器时，需要计算并确定换热管的数量、直径和排布方式。
热交换器设计说明书终极
0.005 1.05 0.75 0.8 0.96
0.00303
79 80 81
Gs tw
Gs
M2 23.16 AS 0.0355
假定
652.4 57
200 .4 10 6
℃ kg/( m•s)
w1
查参考文献 2 附录 9
热交换器课程设计说明书
2
82
壳侧换 热系数
rw
(m2•
K)/W
查参考文献 1 附录 C 查参考文献 2
0.00034 0.00017
氨的污 垢热阻 管壁热 阻
(m2•
K)/W
忽略
K [
72.24
P
P
24
参数 P、 R
R
t1'' t 2' 40 25 ' ' 120 25 t1 t 2
0.16
t1' t1'' 120 90 R '' ' 40 25 t2 t2
—
℃
2 0.98 70.8 1000
25 26 27
温差修 正系数 有效平 均温差 初选传 热系数 估算传 热面积
50
度
120
ls (0.2 ~ 1)D s (0.2 ~ 1) 0.5
51
ls
m
0.1 ~ 0.5m
0.3
ls 0.3m ,ls ,i 0.39m，ls ,o 0.39m
热交换器课程设计说明书
52
折流板 数目 折流板 管孔数 折流板 上管孔 直径 通过折 流板上 管子数 折流板 缺口处 管数
Ds 2h D 2h ) sin[ar cos( s )] DL DL
0.00303
79 80 81
Gs tw
Gs
M2 23.16 AS 0.0355
假定
652.4 57
200 .4 10 6
℃ kg/( m•s)
w1
查参考文献 2 附录 9
热交换器课程设计说明书
2
82
壳侧换 热系数
rw
(m2•
K)/W
查参考文献 1 附录 C 查参考文献 2
0.00034 0.00017
氨的污 垢热阻 管壁热 阻
(m2•
K)/W
忽略
K [
72.24
P
P
24
参数 P、 R
R
t1'' t 2' 40 25 ' ' 120 25 t1 t 2
0.16
t1' t1'' 120 90 R '' ' 40 25 t2 t2
—
℃
2 0.98 70.8 1000
25 26 27
温差修 正系数 有效平 均温差 初选传 热系数 估算传 热面积
50
度
120
ls (0.2 ~ 1)D s (0.2 ~ 1) 0.5
51
ls
m
0.1 ~ 0.5m
0.3
ls 0.3m ,ls ,i 0.39m，ls ,o 0.39m
热交换器课程设计说明书
52
折流板 数目 折流板 管孔数 折流板 上管孔 直径 通过折 流板上 管子数 折流板 缺口处 管数
Ds 2h D 2h ) sin[ar cos( s )] DL DL
管壳式热交换器设计全解6-PPT课件
式中：
参与传热的周边
5
粘度修正 非定温 流动
f w
n
因子修正项
Pr f Pr w
m
Pr的不同方次
壁温未知
加热 冷却 加热 冷却
热流 方向
近似值
试差法
液体
气体
6
液体
加热
f w
0.14
1.05
0.14
冷却
气体
f w
q t t 1 1 s w 1
比较q1与q2是否相等
最终求得壁温tw1=98 ℃,
13
第四节 管壳式热交换器的流动阻力计算
流动阻力产生的根源
流动阻力产生的条件 流动阻力大小的决定因素
黏 性 固体壁面 物理性质 流动状况 壁面因素
热交换器流动阻力分类
摩擦阻力 局部阻力
14
管程阻力
假设壁温时，假设值应接近α值大的那种流体的温度。 如果要考虑污垢热阻时，应该加入污垢热阻的因素。
方法
作图 牛顿迭代法。
11
在某一钢制立式管壳式热交换器中用饱和温度ts=111.38℃ 材料的导热系数λ=52w/(m ℃),管内溶液的平均温度t2=68 ℃, 换热系数α 2=3348w/(m2 ℃) 求蒸汽侧的管壁温度tw1。
第二章 管壳式热交换器
1
与换热系数有关的几个问题
定性温度
取法
流体的平均温度 壁面温度 流体和壁面的平均温度
分段
油类
高粘度流体
计算
流体进出口的 算数平均温度 卡路里 温度
2
卡路里 温度特点 卡路里
传热系数可以被视为常量 传热系数和平均对数平均温差的乘积等于 变化的传热系数和实际温差的乘积。
管壳式热交换器(PPT课件)
管外纵流条件下，管外传热系数为光管的1.6倍.
传递热量相同，泵功率相同，取代光管，节约材 料30%-50%
螺旋槽
主要用于强化管内气体或液体的传热，强化管内液
体的沸腾或管内外蒸气的冷凝，管内传热系数为光管 传热系数的1.5-2.0倍；管外传热系数为光管传热系数 的1.5倍.
缩放管
波纹管
波纹管优点
（4）填料函式换热器
填料函式换热器 1.纵向隔板；2.浮动管板；3.活套法兰；4.部分剪切环；5.填 料压盖；6.填料；7.填料函
填料函式密封
缺点：填料处易泄漏。 优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和管
间清洗方便 适用场合：4MPa 以下，且不适用于易挥发、易燃、易 爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。
带膨胀节的固定管板式换热器 图7-3 带补偿器的固定管板式换热器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
U型管式换热器 图7-6 U形管式换热器 优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 腐蚀性大的物料。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器
管式热交换器
管壳式、套管式、螺旋管式等
板式热交换器
延伸表面热交换器
蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类
基本类型 固定管板式换热器
U形管式换热器 浮头式换热器 填料函式换热器
（1）固定管板式换热器
管壳式热交换器设计全解6
定型尺寸
选取原则 对流体运动或传热发生主要影响的尺寸 圆管内的换热过程 圆管管外强迫流动换热 取管子内径d 取管子内径di 管子外径d 管子外径d0
4
非圆形管道 当量直径
当量直径d 当量直径d0
de = 4 A
U
式中： 式中
A——流体的流通截面积 流体的流通截面积 U——湿周边或热周边长 湿周边或热周边长 阻力 传热 它是全部湿润周边 参与传热的周边
假定壁温正确
重新假定壁温( 重新假定壁温(如tw1)
10
注意
假设壁温时，假设值应接近 值大的那种流体的温度 值大的那种流体的温度。 假设壁温时，假设值应接近α值大的那种流体的温度。 如果要考虑污垢热阻时，应该加入污垢热阻的因素。 如果要考虑污垢热阻时，应该加入污垢热阻的因素。
方法
作图 牛顿迭代法。 牛顿迭代法
通常，液体流经换热器的压力降为0.1～ 通常，液体流经换热器的压力降为0.1～1atm, 气体为 0.1 0.01～ 设计时， 0.01～0.1atm, 设计时，换热器的工艺尺寸应在压力降与传 热面积之间予以权衡，使既能满足工艺要求，又经济合理。 热面积之间予以权衡，使既能满足工艺要求，又经济合理。
当Re≥100时，n′=1.6 Re≥100时 当Re＜100时，n′=1 Re＜100时
− n′
22
壳程的总阻力
N cw ∆Ps = [( N b − 1)(∆Pbk )Rb + N b ∆Pwk ]R1 + 2(∆Pwk )Rb 1 + N Rs c
解 溶液侧单位传热面的传热量
q2 = t w1 − t 2 = 2966 ( t w 1 − 68 ) δw 1 +