列管换热器设计过程
列管式换热器设计步骤
列管式换热器设计步骤1.确定换热要求：首先确定需要处理的流体类型、温度、流量和所需的换热效率。
这些参数将指导后续设计过程。
2.选择适当的管壳材料：根据流体的特性和工作温度范围，选择合适的材料来制造管壳，确保其耐腐蚀性和耐高温性。
3.确定热负荷和传热系数：计算需要传递的热负荷，并根据传热系数的公式计算出换热器所需的传热面积。
4.确定流体模式和换热方式：根据流体的性质和流量，确定流体在换热器中的流动模式（并行流、逆流或交叉流）。
此外，还需要确定热量传递的方式（对流、辐射或对流辐射耦合）。
5.确定管束布局：根据热负荷和流体流量，确定管束的布局和排列方式。
典型的布局包括单排管束、多排管束、螺旋管束等。
6.计算管壳侧传热系数：根据流体模式和管壳的几何形状，通过经验公式或计算方法计算出管壳侧的传热系数。
7.设计管束：根据换热器的尺寸和传热面积，设计合适的管束。
这涉及到确定管道的直径、长度和布局，以及管板的尺寸和孔眼的布置。
8.选择适当的传热介质：根据流体类型和工况要求，选择合适的传热介质，例如水、蒸汽、空气或其他流体。
根据传热介质的性质，确定其流速和温度范围。
9.设计支承和固定方式：确定适当的支承和固定方式，以确保换热器的稳定性和可靠性。
这包括支架的设计、支柱的安装和管束的固定方法。
10.进行热力学分析：通过进行热力学分析，确定换热过程中的压力损失和流体流速。
这将有助于确定流体的流动行为和整个热交换系统的性能。
11.进行结构强度分析：进行结构强度分析，确保换热器能够承受压力和温度的影响，并满足相关的安全标准和规范。
12.完善设计并制作图纸：根据上述步骤和计算结果，对列管式换热器的设计进行改进和完善，并制作相应的图纸和技术文件。
13.进行设备加工和制造：根据设计图纸，进行设备的加工和制造。
这包括制作管子、管板、支管、支撑件等组件，并对其进行加工和组装。
14.进行设备安装与调试：将制造好的换热器安装到系统中，并进行相关的调试和测试，以确保其正常运行。
02-换热器设计
1
§2-2 传热过程分析及计算
二、 传热过程的基本公式 3、通过肋壁的传热
k
' f
Ai 1 hi hoo Ao
1
1 1 hi hoo
1
只要 o 1 就可以起到强化换热的效果。 由于β值常常远大于1，而使η0β的值总是远大于1，这就 使肋化侧的热阻显著减小，从而增大传热系数的值。
二、 传热过程的基本公式
2、通过圆管的传热
内部对流： hi dil (t f 1 twi ) 圆柱面导热：
(t wi t wo ) do 1 ln 2 l di
hi ho
1 lhi di
1 ho ld o
外部对流： ho dol (two t f 2 )
（2）传热系数是常数； （3）换热器无散热损失； （4）换热面沿流动方向的导热量 可以忽略不计。
要想计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道当地温
差随换热面积的变化,然后再沿整个换热面积进行平均。
§2-3换热器中传热对数平均温差的计算
一、简单顺流及逆流换热器的对数平均温差
在假设的基础上，并已知冷热流体 的进出口温度，现在来看图中微元 换热面dA一段的传热。温差为：
1 kf 1 Ao Ao 1 hi Ai Ai hoo
§2-2 传热过程分析及计算
二、 传热过程的基本公式 3、通过肋壁的传热
定义肋化系数：
Ao Ai
则传热系数为：
kf
1 1 hi ho o
1
§2-2 传热过程分析及计算
二、 传热过程的基本公式 3、通过肋壁的传热
t t1 t2 dt dt1 dt2
列管式换热器的设计与计算
列管式换热器的设计与计算设计步骤如下：第一步：确定换热器的需求首先需要明确换热器的设计参数，包括流体的性质、流量、进出口温度、压力等。
这些参数将在后续的计算中使用。
第二步：选择合适的换热器型号根据设计参数和换热需求，选择合适的列管式换热器型号。
常见的型号包括固定管板式、弹性管板式、钢套铜管式等。
第三步：计算表面积根据流体的热传导计算表面积。
换热器的表面积是根据热传导定律计算得到的，公式为：Q=U×A×ΔT，其中Q为换热量，U为传热系数，A为表面积，ΔT为温差。
根据这个公式，可以计算出所需的表面积。
第四步：确定管子数量和尺寸根据所需的表面积和型号，确定换热器中管子的数量和尺寸。
根据流体的流速和换热需求，计算出每根管子的长度和直径。
第五步：确定管板和管夹的尺寸根据管子的尺寸，确定管板和管夹的尺寸。
管板和管夹是固定管子的重要部分，负责把管子固定在换热器中，保证流体的正常流动。
第六步：确定换热器的材质和厚度根据流体的性质和工作条件，确定换热器的材质和厚度。
常见的材质有不锈钢、碳钢、铜等。
通过计算流体的温度、压力和腐蚀性等参数，选择合适的材质和厚度。
第七步：校核换热器的强度对换热器的强度进行校核。
根据国家相关标准和规范，对换热器的强度进行计算和验证，确保其能够承受工作条件下的压力和温度。
第八步：制定施工方案和图纸根据设计结果，制定换热器的施工方案和详细图纸。
包括换热器的总体布置，管子的连接方式，焊接和安装步骤等。
上述是列管式换热器的设计步骤，下面将介绍列管式换热器的计算方法。
首先，需要计算流体的传热系数。
传热系数的计算包括对流传热系数和管内传热系数两部分。
对于对流传热系数，可以使用已有的经验公式或经验图表进行估算。
对于管内传热系数，可以使用流体的性质和流速等参数进行计算。
其次，根据传热系数和管子的尺寸，计算管子的传热面积。
管子的传热面积可以根据管子的长度和直径进行计算。
然后，根据热传导定律，计算换热器的传热量。
列管式换热器设计
列管式换热器设计列管式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业中。
本文将从列管式换热器的设计原理、设计步骤和设计考虑因素三个方面进行详细介绍。
一、设计原理列管式换热器是通过管内的换热流体和管外的换热流体之间的换热传递来实现热量的传递。
它的基本原理是利用换热流体在管内和管外的对流，通过管壁的传导传热作用，使热量从高温流体传递给低温流体。
二、设计步骤1.确定换热器的使用条件：包括换热流体的性质、入口温度、出口温度等。
2.确定换热器的换热面积：根据换热流体的热负荷和传热系数来计算所需的换热面积。
3.选择管子的尺寸和材料：根据换热流体的性质和流量来选择合适的管子尺寸和材料。
4.确定管子的数量和布置方式：根据换热面积和换热流体的流量来确定管子的数量和布置方式，一般采用多行多列的方式。
5.设计管束的尺寸：根据换热面积和管子的数量来确定管束的尺寸，包括管束的直径、长度和布置方式等。
6.计算换热器的传热系数：根据换热面积、流体的性质和传热方式来计算换热器的传热系数。
7.计算换热器的压降：根据流体的流量、管束的阻力和流体的性质来计算换热器的压降。
8.进行换热器的热力学计算：包括换热器的热力学效率、有效传热面积和温差效益等。
三、设计考虑因素1.热负荷：根据换热流体的热负荷来确定换热器的换热面积和管子的数量。
2.材料选择：根据换热流体的性质和工艺要求来选择合适的材料，包括管子的材料和管壳的材料。
3.温度差：根据换热流体的温度差来确定管束的数量和换热器的传热系数。
4.流体压降：根据流体的流量和管束的阻力来计算换热器的压降，并确定合适的管束布置方式和管束的尺寸。
5.清洗和维护：考虑到换热器的清洗和维护，要选择易于清洗和维护的结构设计。
综上所述，列管式换热器的设计是一个复杂的工程，需要考虑多个因素。
设计者需要根据具体的使用条件和要求来确定换热器的换热面积、管子的尺寸和材料、管束的数量和布置方式等。
同时，还需要计算换热器的传热系数、压降和热力学参数等。
化工原理课程设计---列管式换热器的设计
化工原理课程设计---列管式换热器的设计列管式换热器是一种常用的换热器类型，其结构简单、传热效率高、维修方便等优点使其在工业生产中得到广泛应用。
该换热器由多个平行排列的管子组成，热流体和冷流体分别流过管内外，通过管壁传递热量，实现热量交换。
根据不同的流体流动方式，列管式换热器又可分为纵向流式和横向流式两种形式。
其中，横向流式换热器传热效率更高，但结构较为复杂，维修难度较大，因此在实际应用中需要根据具体情况进行选择。
浮头式换热器的特点是管板和壳体之间没有固定连接，只有一个浮头，管束和浮头相连。
浮头可以在壳体内自由移动，以适应管子和壳体的热膨胀。
这种结构适用于温差较大或壳程压力较高的情况。
但是，由于管束和浮头的连接是松散的，因此需要注意防止泄漏。
U型管式换热器：U型管式换热器的管子呈U形，两端分别焊接在管板上，形成一个U型管束。
壳体内的流体从一端进入，从另一端流出，管内的流体也是如此。
这种结构适用于流体腐蚀性较强的情况，因为管子可以很容易地更换。
多管程换热器：多管程换热器是将管束分成多个组，每组管子单独连接到管板上，形成多个管程。
这种结构可以提高传热效率，但也会增加流体阻力。
因此，需要根据具体情况来选择多管程的数量。
总之，列管式换热器是一种广泛应用于化工及酒精生产的换热器。
不同的结构适用于不同的工艺条件，需要根据具体情况来选择合适的换热器。
在使用过程中，需要注意保养和维护，及时清洗和更换损坏的部件，以保证换热器的正常运行。
换热器的一块管板与外壳用法兰连接，另一块管板不与外壳连接，这种结构称为浮头式换热器。
浮头式换热器的优点是管束可以拉出以便清洗，管束的膨胀不受壳体约束，因此在两种介质温差大的情况下，不会因管束与壳体的热膨胀量不同而产生温差应力。
但其缺点是结构复杂，造价高。
填料式换热器的管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也较低。
但壳程内介质有外漏的可能，因此不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。
列管式换热器设计步骤
（Φ219×6mm，长200mm）
2020/11/8
第32页
山东轻工业学院
3、冷凝水排出口
➢选用水煤气管 1 1 "
化
2
工
原 理
Φ42.25×3.25mm，长100mm
教
研
室
2020/11/8
第33页
山东轻工业学院
七、校核流体压力降
➢ 管程总压力降
ห้องสมุดไป่ตู้
化
➢ 壳程压力降
工 原
壳程是饱和水蒸汽冷凝，
理 教
d 4V
u
教
研 室
➢选用无缝热轧钢管（YB231-64） （Φ150×4.5mm，长200mm）
2020/11/8
第31页
2、水蒸汽进口管径
山东轻工业学院
➢ 蒸汽用量
GQ10.03 —富裕量3％
r
➢蒸汽体积流量 V＝Gν
化 工
➢取蒸汽流速u’＝20 m/s
原
理 教 研
D1
4V
u '
室 ➢选用无缝热轧钢管（YB231-64）
2020/11/8
第22页
山东轻工业学院
（1）管内对流传热系数α2
20.02d3R0.e8P0.r4 被加热
化 工 原 理
Re du
教
研 室
Pr CP
2020/11/8
第23页
山东轻工业学院
（2）管外对流传热系数α1
1 0.725
r2g3
2
0.25
n3d0 t
化
工
➢n为水平管束垂直列上的管数
第16页
山东轻工业学院
（4）管间距及排列方式
列管式换热器设计方案计算过程参考
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。
各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。
具体项目如下：设计要求：1.某工厂的苯车间，需将苯从其正常沸点被冷却到40℃；使用的冷却剂为冷却水，其进口温度为30℃，出口温度自定。
2.物料（苯）的处理量为1000 吨/日。
3.要求管程、壳程的压力降均小于30 kPa。
1、换热器类型的选择。
列管式换热器2、管程、壳程流体的安排。
水走管程，苯走壳程，原因有以下几点：1.苯的温度比较高，水的温度比较低，高温的适合走管程，低温适合走壳程2.传热系数比较大的适合走壳程，水传热系数比苯大3.干净的物流宜走壳程。
而易产生堵、结垢的物流宜走管程。
3、热负荷及冷却剂的消耗量。
=30℃，冷却冷却介质的选用及其物性。
按已知条件给出，冷却介质为水，根进口温度t1水出口温度设计为t=38℃，因此平均温度下冷却水物性如下：2=0.727Χ10-3Pa.s密度ρ=994kg/m3粘度μ2导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K)苯的物性如下：进口温度：80.1℃出口温度：40℃密度ρ=880kg/m3粘度μ=1.15Χ10-3Pa.s2导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K)苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s4、传热面积的计算。
平均温度差（ ） 确定R 和P 值查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为△tm=△t ’m ×0.9=27.2×0.9=24.5由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K （估计）为400W/（m2·℃）估算所需要的传热面积：S 0=估计 =75m25、换热器结构尺寸的确定，包括：（1）传热管的直径、管长及管子根数；由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm ×2mm管内流体流速暂定为0.7m/s所需要的管子数目：，取n 为123 管长： =12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m ，选用三管程管子的排列方式及管子与管板的连接方式:管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。
列管式换热器课程设计
组装：将管子和管板组装成换热器
焊接：将换热器焊接成一体
检验：对换热器进行压力试验、泄漏试验等检验，确保其 质量和性能符合要求
焊接工艺和要求
焊接方法：采用电弧焊、气焊或激光焊等方法
焊接材料：选用耐腐蚀、耐高温、高强度的合金材料
焊接工艺参数：控制焊接电流、电压、速度等参数，保证焊接质量 焊接检验：进行无损检测，如X射线、超声波等，确保焊接质量符合要 求
Part Four
列管式换热器的传 热计算
传热系数的计算
传热系数的影响因素：包括 流体的性质、流速、温度、 压力等
传热系数的定义：表示单位 时间内单位面积上的传热量
传热系数的计算方法：包括 实验法、理论法和数值法
传热系数的应用：用于计算 换热器的传热量、传热面积
等参数
传热面积的计算
传热面积的定 义：换热器中 流体与壁面接
触的面积
计算公式： A=πD*L，其 中A为传热面 积，D为管径，
L为管长
影响因素：流 体的种类、温 度、流速、压
力等
计算方法：根 据流体的种类、 温度、流速、 压力等参数， 选择合适的计 算公式进行计
算
流体阻力的计算
流体阻力的定义：流体在流动 过程中产生的阻力
流体阻力的计算公式： f=1/2*ρ*v^2*A
检验和试验要求
压力试验：进行压力试验， 检查换热器是否泄漏
尺寸检查：检查换热器尺寸 是否符合设计要求
外观检查：检查换热器外观 是否完好，有无破损、变形 等
热工性能试验：进行热工性 能试验，检查换热器传热效
率是否符合设计要求
耐腐蚀试验：进行耐腐蚀试 验，检查换热器是否耐腐蚀
列管式换热器
列管式换热器列管式换热器是一种常见的换热设备，通常用于多种工业领域，如化工、石油、电力、制药等。
它的工作原理是通过将一个或多个管道（称为管子）插入一个外壳中，并使热交换流体通过管子和壳体之间流动，以实现热量的传递。
设计举例：化工厂中的列管式换热器。
工艺要求：1.热源介质为低温烟气（300℃，2000Nm³/h）。
2.冷却介质为水（20℃，1000L/h）。
3.需要达到的换热效果：烟气温度降低到200℃以下。
设计步骤：1.确定换热面积：根据热负荷计算，烟气的热负荷（Q）为：Q = mcΔT其中，m为烟气质量流量，c为烟气比热容，ΔT为烟气温度差。
在本例中，m为2000Nm³/h，c取1000J/(kg·℃)，ΔT为300℃。
另外，换热器的换热系数（U）可以根据实际情况选择一个合适的数值。
假设U为1000W/(m²·℃)。
根据换热方程，换热面积（A）可由以下公式计算：Q = UAΔTlm其中，ΔTlm为对数平均温差，可根据进出口温度计算得到。
综上所述，可以计算得到所需的换热面积。
2.确定管子数量和布局：根据换热面积和设计要求，可以确定所需管子的数量和布局。
通常情况下，管子的数量选择为偶数，并且可以采用等间距布置。
3.材料选择：根据介质的性质和工艺要求，选择合适的材料用于制作管子和壳体。
常用的材料有不锈钢、镍合金、铜等。
4.热力设计：根据所需传热量、管子数量和进出口温度等参数，计算出每根管子的传热量。
同时，根据流体的流动参数，确定管子的直径和管道内流速。
一般情况下，可以保持流速在1-3m/s之间。
5.结构设计：根据换热器的实际需求和工艺要求，设计并确定壳体内部的分隔板、支撑杆等结构。
这些结构可以增强换热效果和传热效率，并帮助流体均匀分布。
6.安全设计：在列管式换热器的设计中，需要考虑各种安全因素，如压力、温度和泄漏等。
可以通过安全阀、温度控制器和泄漏检测器等装置来保障设备的安全运行。
列管式换热器-课程设计
列管式换热器-课程设计一、概述列管式换热器是一种将多个平行管道嵌入到圆柱形壳体中、同时将流体分别流过内、外两侧实现热量传递的设备。
本次课程设计将要探讨的是该设备的设计过程。
二、设计过程1. 确定设计参数设计前需要先确定所需的设计参数，如换热器的设计热负荷、流量、压力等，这些参数将决定换热器的尺寸和布局，为后续设计提供基础。
2. 换热器类型选择根据设计参数、使用场景、材料成本等因素选择适合的换热器类型，如单相流、双相流、冷凝器、蒸发器等。
3. 确定材料和尺寸选择适合的材料和尺寸以满足设计参数，同时考虑生产和运输的成本和实际情况。
4. 确定管束参数确定管束长度、管束密度、管道直径和布局等参数，保证管束的压力和流速符合设计要求，并达到最佳热传导效果。
5. 热传导计算进行热传导计算，以确定管束长度和直径，根据流动状态和温度场计算出换热系数、平均温差和热效率等参数。
6. 设计壳体结构设计壳体的结构和尺寸，确定支撑方式和绝热方式，同时考虑安全和易于维护的因素。
7. 流体力学分析进行流体力学分析，确定流体在管道中的流动状态，以保证衬里的材料和厚度设计得足够坚固，以避免漏泄和磨损。
8. 设计精度分析进行精度分析和优化，以确定设备的运行效率和稳定性，并满足设计和生产的要求。
9. 制造和安装根据设计图纸制造和安装换热器，并进行预试运行和调试，最终达到设计要求。
三、总结以上是列管式换热器的设计过程，该过程需要深入掌握流体力学、热传导学、结构力学等知识，同时也需要掌握计算机辅助设计软件的使用，以提高效率和质量。
设计合理的列管式换热器能够提高生产效率，降低能耗，并为工业生产的可持续发展提供支持。