热交换器设计说明书
化工原理课程设计说明书(换热器的设计)
中南大学化工原理课程设计2010年01月22日目录一、设计题目及原始数据（任务书） (3)二、设计要求 (3)三、列环式换热器形式及特点的简述 (3)四、论述列管式换热器形式的选择及流体流动空间的选择 (8)五、换热过程中的有关计算（热负荷、壳层数、总传热系数、传热面积、压强降等等） (10)①物性数据的确定 (14)②总传热系数的计算 (14)③传热面积的计算 (16)④工艺结构尺寸的计算 (16)⑤换热器的核算 (18)六、设计结果概要表（主要设备尺寸、衡算结果等等） (22)七、主体设备计算及其说明 (22)八、主体设备装置图的绘制 (33)九、课程设计的收获及感想 (33)十、附表及设计过程中主要符号说明 (37)十一、参考文献 (40)一、设计题目及原始数据（任务书）1、生产能力：17×104吨/年煤油2、设备形式：列管式换热器3、设计条件：煤油：入口温度140o C，出口温度40 o C冷却介质：自来水，入口温度30o C，出口温度40 o C允许压强降：不大于105Pa每年按330天计，每天24小时连续运行二、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（用420*594图纸绘制装置图一张：一主视图，一俯视图。
一剖面图，两个局部放大图。
设备技术要求、主要参数、接管表、部件明细表、标题栏。
）三、列环式换热器形式及特点的简述换热器概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，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。
在换热器中，至少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。
在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。
换热器说明书
9.2 换热器的设计与选型9.2.1 概述换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备之一。
对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。
通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10~20%。
在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的35~40%。
换热器包括过程流股的冷却器，加热器，塔的再沸器和冷凝器，以及不同温位的工艺物流相互进行显热交换的换热器。
根据工艺要求掌握物料流量、温度、压力、化学性质、物性参数等特性等，初步确定设计方案。
在设计过程中，主要考虑如下几个方面的问题。
1) 满足工艺和操作的要求设计出来的流程和设备首先要保证质量，操作稳定，这就必须配置必要的阀门和计量仪表等。
并在确定方案时，考虑流体的流量，温度和压力变化时采取什么措施来调剂节，而在设备发生故障时，检修应方便。
2) 满足经济上的要求既能满足工艺操作的要求，又使施工简便，材料来源容易，价格低。
如果有废热可利用，要尽量节省热能，充分利用废热，或者采取适当的措施达到降低成本的目的。
3) 保证生产安全在工艺流程和操作中若有爆炸，中毒等危险性，要考虑安全措施。
又如设备材料的强度验算，除按规定应有一定的安全系数外，还应考虑由于设备中压力突然升高或者造成真空而需要安装安全阀9.2.2 换热器的分类1．按工艺功能分类：可分为冷却器、加热器、再沸器、冷凝器、蒸发器、过热器、废热锅炉等。
2．按传热方式和结构分类：可分为间壁传递热量式和直接接触传递热量式，其中间壁传递热量式又可分为：①管壳式换热器：固定管板式、浮头式、填料函式、U型管式、滑动管板式。
②板式换热器：板翅式、螺旋板式、伞板式、波纹板式。
③管式换热器：空冷式、套管式、喷淋管式、箱管式。
④液膜式换热器：升降模式、括板薄膜式、离心薄膜式。
霍尼韦尔全热交换器EcoGreen-ER_cn说明书
IAQ-AP-06-L01
6
Eco-Green Energy Recovery Ventilation System
Fig.独立布管系统
ज़ຳੰ!
Fig.与中央空调系统联接
通过调节末端散流器内的风阀开度调节风管系统的压力平衡，具体见安装部分的风量调节段落。
50
ER800D3035 885 1322 936 1252 1488 430 198 396 1000 250
61
ER1000D3043 1132 1322 1186 1252 1488 681 198 396 1246 250
80
L
R
ER1500D3051 882 1322 1005 1250 330 431 200 800 250 600
风压平衡步骤如下： ● 确认管道系统的所有密封均已完成 ● 所有系统的部件已就位并正常工作 ● 送风口完全打开 ● 机器电源打开并调至最大风速 ● 根据所设计的风量调节散流器阻尼，用风速计检查实际的空气流量。 ● 调节须从机器的最远点调到最近点，从支管到主管
ఎਜ਼Ꮵቲ!
● 按下电源开关启动设备 ● 按冷热切换设定冷热模式（春夏季一般设在冷模式，秋
࢟Ꮞǖ220Vac/50Hz
ۣᆨށዕྻǖ黑色
ᆀǖ送风与排风侧都有高密度纤维滤网
ણஹᆨࣞǖ
储藏与运输 -15-50℃
运行
-10-40℃
ڔᓤऱါǖ 吊顶或落地安装
产品型号
风量 机外静压 （CMH） （Pa）
温度效率 （%）
焓效率（%） 冷房 暖房
额定功耗 噪音 （W） dB（A）
ER250D3009
度下降 15%焓效率提高 6%以上 ● 高机外静压低噪音双马达系统 ● 超静音机体设计保证运行低噪声 ● 数字液晶控制器具有以下功能
热交换器设计说明书终极
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
换热站计算说明书
河北建筑工程学院毕业设计计算说明书系别：能环学院专业：建筑环境与设备工程班级：建环 121 姓名：任少朋学号： 2012305127 起迄日期：16年02月21日~ 16年06月15日设计（论文）地点:河北建筑工程学院指导教师：贾玉贵职称：副教授 2016 年 06 月 15 日摘要随着人们生活水平的提高，集中供热被越来越多地采用，采用集中供暖可以减少能量的浪费,提高供热效率,减少环境污染,利于管理.同时采用集中供热可提高供热质量,提高人们的生活质量。
本题目是以张家口市桥西区恒峰热力有限公司集中供热系统M13号热力站供热区域的工程设计、改造为需用背景的实际工程。
本工程为张家口市桥西区集中供热工程张家口市检察院换热站，属于原有燃煤锅炉房改造工程。
供热区域总建筑面积：110000m2，总热负荷：约6400kw。
本次设计主要有工程概述、热负荷计算、供热方案确定、管道水力计算、系统原理图和平面布置图绘制、设备及附件的选择计算的内容。
除上述内容外，在计算说明书中尚需包括如下一些曲线:供回水温度随室外温度变化曲线，调节曲线。
本次设计要求使用CAD绘出图纸，其中包括设计施工说明、主要设备附件材料表，换热站设备平面布置图、换热站管道平面布置图、换热站流程图及相关剖面图等。
在换热站设计合理，安装质量符合标准和操作维修良好的条件下，换热站能够顺利地运行，对于采暖用户，在非采暖期停止运行期内，可以维修并且排除各种隐患，以满足在采暖期内正常运行的要求。
关键词：供热负荷设备选择计算及布置换热站系统运行板式换热器目录摘要 (1)第一章设计概况 (4)1.1设计题目 (4)1.2设计原始资料 (4)1.2.1 设计地区气象资料 (4)1.2.2 设计参数资料 (4)第二章换热站方案的确定 (5)2.1换热站位置的确定 (5)2.2换热站建筑平面图的确定 (5)2.3换热站方案确定 (5)2.4供热管道的平面布置类型 (5)2.5管道的布置和敷设 (6)2.6换热站负荷的计算 (6)第三章换热站设备的选取 (7)3.1换热器简介 (7)3.1.1换热器概述 (7)3.1.2换热器的分类 (7)3.2换热器的选取 (9)3.2.1换热器类型的选取 (9)3.2.2换热器选型计算 (9)3.3换热站内管道的水力计算 (10)3.4循环水泵的选择 (11)3.4.1循环水泵需满足的条件 (11)3.4.2循环水泵选择 (11)3.5补水泵的选择 (12)3.5.1补水泵需该满足的条件 (12)3.5.2补水泵的选择 (12)3.6补水箱的选择 (14)3.7除污器的选择 (14)3.8钠离子交换器的选择 (14)3.9分集水器的选择 (15)第四章设备管道的防腐保温 (15)4.1 保温材料的选择原则及保温结构 (15)4.2保温材料选材计算 (16)第五章质调节 (17)参考文献 (22)致谢 (22)第一章 设计概况1.1 设计题目张家口市桥西区集中供热工程M13号热力站工艺设计二次网改造及供热系统运行模式分析1.2 设计原始资料1.2.1 设计地区气象资料1、建筑物修建地区：河北省长张家口市2、该工程的供热区域总建筑面积：110000m 2，供需范围有十六中学校区、市检察院办公区和住宅区等，供热半径：500m ，最大建筑高度：36m 。
浮头式换热器(过程设备设计课程设计说明书)
目录设计题目及工艺参数---------------------------------------------------1一、换热器的分类及特点---------------------------------------------------2二、结构设计-------------------------------------------------------------51、管径及管长的选择---------------------------------------------------52、初步确定换热管的根数n和管子排列方式-------------------------------53、筒体内径确定-------------------------------------------------------54、浮头管板及钩圈法兰结构设计-----------------------------------------65、管箱法兰、管箱侧壳体法兰和管法兰设计-------------------------------76、外头盖法兰、外头盖侧法兰设计---------------------------------------77、外头盖结构设计-----------------------------------------------------88、接管的选择--------------------------------------------------------------------------------------89、管箱结构设计-------------------------------------------------------810、管箱结构设计------------------------------------------------------811、垫片选择----------------------------------------------------------912、折流板------------------------------------------------------------------------------------------913、支座选取----------------------------------------------------------1014、拉杆的选择--------------------------------------------------------1315、接管高度（伸出长度）确定------------------------------------------1316、防冲板------------------------------------------------------------1317、设备总长的确定----------------------------------------------------1318、浮头法兰---------------------------------------------------------------------------------------1419、浮头管板及钩圈----------------------------------------------------14三、强度计算--------------------------------------------------------------141、筒体壁厚的计算-----------------------------------------------------142、外头盖短节，封头厚度计算-------------------------------------------153、管箱短节、封头厚度计算 --------------------------------------------164、管箱短节开孔补强的核校 --------------------------------------------165、壳体压力试验的应力校核---------------------------------------------166、壳体接管开孔补强校核-----------------------------------------------177、固定管板计算-------------------------------------------------------188、无折边球封头计算 --------------------------------------------------199、管子拉脱力计算-----------------------------------------------------20四、设计汇总-----------------------------------------------------21五、设计体会--------------------------------------------------------------21参考文献--------------------------------------------------------------22设计题目：浮头式换热器工艺参数：管口表：符号公称直径（mm）管口名称a 130 变换气进口b 130 软水出口c 130 变换气出口d 130 软水进口e 50 排尽口设备选择原理及原因：浮头式换热器的结构较复杂，金属材料耗量较大，浮头端出现内泄露不易检查出来，由于管束与壳体间隙较大，影响传热效果。
化工原理课程设计说明书
化工原理课程设计任务书一、设计题目设计一台换热器二、操作条件①油：入口温度130℃，出口温度70℃②冷却介质：循环水，入口温度30℃，出口温度40℃③允许压强降：管侧允许压力损失为5MPa，壳侧允许压力损失为10MPa④生产任务：油的流速为10000kg/h三、设备类型列管式换热器四、设计要求（1）合理地实现所规定的工艺条件；（2）结构安全可靠；（3）便于制造、安装、操作、和维修；（4）经济上合理。
化工原理课程设计说明书1.设计概述换热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。
换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足过程工艺条件的需要，同时也提高能源利用率的主要设备之一。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
在化工装置中换热设备占设备数量的40%左右，占总投资的35%～46%。
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，应用更加广泛。
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。
目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳（列管）式换热器，尤其在高温、高压和大型换热设备中占有绝对优势。
一般来讲，管壳式换热器具有易于加工制造、成本低、可靠性高，且能适应高温高压的特点。
数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。
其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场，其市场规模为150亿元;电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右;船舶工业换热器市场规模在40亿元以上;机械工业换热器市场规模约为40亿元;集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元，食品工业也有近30亿元的市场。
化工原理课程设计——换热器的设计
中南大学《化工原理》课程设计说明书题目：煤油冷却器的设计学院: 化学化工学院班级：化工0802学号: 1505080802姓名: *＊＊＊*＊指导教师：邱运仁时间: 2010年9月目录§一。
任务书 (2)1。
1.题目1.2.任务及操作条件1。
3.列管式换热器的选择与核算§二.概述………………………………………………………………………………………………….。
-3-2。
1.换热器概述2.2。
固定管板式换热器2.3。
设计背景及设计要求§三。
热量设计 (5)3.1.初选换热器的类型3。
2。
管程安排（流动空间的选择)及流速确定3。
3.确定物性数据3。
4。
计算总传热系数3。
5.计算传热面积§四。
机械结构设计 (9)4。
1。
管径和管内流速4。
2.管程数和传热管数4。
3.平均传热温差校正及壳程数4。
4.壳程内径及换热管选型汇总4。
4。
折流板4。
6.接管4。
7.壁厚的确定、封头4.8。
管板4。
9.换热管4。
10。
分程隔板4。
11拉杆4。
12.换热管与管板的连接4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图（BI型）4。
14。
膨胀节的设定讨论§五.换热器核算 (21)5.1。
热量核算5.2.压力降核算§六。
管束振动.................................................................................................。
(25)6.1。
换热器的振动6。
2。
流体诱发换热器管束振动机理6.3.换热器管束振动的计算6。
4.振动的防止与有效利用§七。
设计结果表汇................................................................................................。
(28)§八.参考文献.........................................................................................................。
换热器设计任务书
热交换器设计任务书
一、目的：学习热交换器设计的基本方法和步骤，掌握换热器的计算和结
构设计步骤和方法。
二、要求：根据给定的问题，提出设计方案，编写设计说明书，绘制装配
图和管板、折流板的零件图。
三、问题：下列两种流体欲通过换热器进行换热，为此设计出一种管壳式
换热器，满足运行参数要求。
四、时间：16周~18周。
参考书目：
1.热交换器设计手册（上、下），［日］尾花英朗著，徐忠权译，石油工业出
版社，1981.
2.化工设备设计手册（1），材料与零部件(上)，《化工设备设计手册》编写
组编，上海人民出版社，1973.10
3.换热器设计手册，钱颂文主编，北京：化学工业出版社，2002.8
4.机械设计手册
5.热交换器原理与设计（5版），史美中主编，南京：东南大学出版社，2014.7
6.GB/T151-2014，《热交换器》
7.JB/T4700~4707-2000，《压力容器法兰》
8.GB/T25198-2010，《压力容器封头》
9.HG20592~20635-2009，《钢制管法兰、垫片、紧固件》
10.G B150-2011，《压力容器》。
换热器的设计说明书
最多。工业中使用的换热器超过90躺E是管壳式换热器，在工业过程热量传递中是应用
最为广泛的一种换热器。结合上述优点和本工艺的特点，本工艺的换热器主要选用管壳式换
热器。
1.2
1.2.1结构参数的确定
⑴管径
管径越小换热器越紧凑、便宜，但压力降会增加。为了满足允许的压降，一般选用
蓄
执
八、、
式
回旋式
盘式
传热效率咼，用于咼温烟气冷却等
鼓式
用于空气预热器等
固疋格至式
紧凑
式
适用于低温到咼温的各种条件
非紧
凑式
适用于咼温及腐蚀性气体场合
表面
扩展
式
板翅式
紧凑、效率高。可多股物流同时换热，使用温度不大于150C,主要
用于粘性加大的液体间换热
管翅式
咼效而紧凑，换热面积大，传热效果好
在过程工业中，由于管壳式换热器具有制造容易，生产成本低，选材范围广,清洗方
换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有：
1热负荷及流量大小；
2流体的性质；
3温度、压力及允许压降的范围；
4对清洗、维修的要求；
5设备结构、材料、尺寸、重量；
6价格、使用安全性和寿命； 按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热 器。其中，管 型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、 适应高温高压等优点，应 用最为广泛。
19mr的管子；对于物流流量较大的，采用25mm以上的管子。
⑵管长
无相变传热时，管子长则换热系数增加，对于相同的换热面积，管子长则管程数减
小，使得压力降减小，每平方米传热面积比降低。我国生产的标准钢管长度为6m故系列标
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结构设计
管箱设计
参照标准GB151-2014
壳体内径DN=450mm，材料为Q235,许用应力[δ]=125Mpa,壳体厚度δ=8mm，采用卷制。
接管
管程接管：Ф159×8，无缝钢管，材料为10号钢，L=100mm。
壳程接管：Ф219×8，无缝钢管，材料为10号钢，L=100mm。
管板
固定管板材料为Q235 Pg=1.6Mpa，厚度b=40mm。
具体尺寸(:mm)
DN D D1 D2 D3 D4 D5 d2
450 565 530 500 447 487 450 18
螺栓规格数量 b
f b P
s
P
t
M16 24 30 40 0.6 1.0
折流板
选取弓形折流板，上下缺口，材料Q235，缺口高度h=112.5mm，板间距l
s
=237.5mm,
进出口板间距L
s,i =l
s,o
=260mm，厚度δ=6mm，外径D b=446.5mm，折流板数目9，经
计算换热与结构均符合要求。
拉杆
材料为Q235，选用Ф=16的拉杆4根，具体位置及装配方式见装配图，一端与管板采用螺纹连接，另一端用螺母固定在折流板上。
封头
选用材料为16Mn的椭圆形标准封头，取壁厚8mm。
H=137 h=25 D
i
=450
分程隔板
选用材料Q235，厚度为8mm,宽450mm，长489mm，一端为和封头形状相同的圆冠，另一端为平面，分程隔板焊于管箱内。
支座(JB-T4712.1-2007）
DN450 120包角焊制，单筋，带垫板
L 1 b
1
δ
1
δ
2
b
3
δ
3
弧长 b
4
δ
4
e L
2
420 120 8 8 96 8 540 200 6 48 290
容器法兰
甲型平焊法兰：JB/T4701-2000，材料为16Mn,许用应力为16bar
DN D D
1 D
2
D
3
D
4
δ d 螺栓规格数量
450 565 530 500 490 487 30 18 M16 20
接管法兰
板式平焊平面法兰
管程接口：PN=16bar DN=159mm A1=168.3mm
D K L C 螺栓规格数量 B
265 225 18 20 M16 8 161
壳程接管：PN=6bar DN=219mm A
1
=219.1mm
D K L C 螺栓规格数量 B
320 280 18 22 M16 8 222
旁路挡板
材料为Q235，厚度为10mm ，宽度为31mm ，1对，长度为1430m 。
排液管及法兰
管子采用ø32×6 的无缝钢管，L=100m ，材料为Q235，法兰材料为16Mn 。
DN A1 D K L n Th C B 1
32 38 120 90 14 4 M12 16 39
定距管
管子采用ø25×2.5 无缝钢管，材料为Q235。
热补偿计算
（1）管壁平均温度
管内壁温度
=
∆+=m w t r t t )1
(K -1m11α
管外壁温度
=
∆++=tm r K t t o m w )1
(222α
管壁平均温度
t w =(t w1+t w2)/2=
壳壁平均温度
壳壁热流量 =
-=')η1(ηL L
Q
Q
热流密度
='='=l
D Q F Q s π0q
壳壁温度
=+=)α1(-2s 201'r q t t m s
壳壁平均温度
t s =t s ,=
(2)管壁与壳壁温差
==∆s w -t t t
（4）由压力引起的轴向力
n d p nd D p F t o i s 2i 22t 4)(4ππ+-=
壳体截面积
=-=)(422
s o s D D f π
管侧截面积
=-=)(422
0i t d d n f π
弹性模数
Pa MPa E s 115101.2101.2⨯=⨯=
Pa MPa E t 1151005.21005.2⨯=⨯=
壳体应力
=+=)(l s t t s s s p E f E f E F σ
管子应力
MPa E f E f E F t t s s t l p
72.01005.201452.0101.2010249.01005.21014.4111111
4t
=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯=+=σ
温差引起的轴向应力
-6
s 10×2.12=α
-610×6.11=t α
管子自由伸长量
=
-=l t t o w t )(t ασ
壳体自由伸长量
=
-=l t t o s )(s s ασ
因为
壳体温差产生的轴向力
[]=+---=t t s s o s s o w t s t t t f E f E t t t t E E f )()(s αασ
管侧温差产生的轴向力
[]=+---=t t s s o s s o w t s t s t f E f E t t t t E E f )()(t αασ
壳体轴向合成应力
=
+=t s p σσσs s
管子轴向合成应力
=
-=t t p σσσt t
（6）拉脱力
==l d a o t πσq
（7）因采用焊接法
五、参考文献
1.史美中，热交换器原理与设计（5版），南京：东南大学出版社，2014.7
2.中华人民共和国国家标准，压力容器，GB 150-2011
3.中华人民共和国国家标准，热交换器，GB/T 151-2014
4.中华人民共和国国家标准，热交换器型式与基本参数第2部分：固定管板式
热交换器，GB/T 28712.2-2012
5.钱颂文，热交换器手册，北京：化学工业出版社，2002.8
6.中华人民共和国国家标准，无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差，GB/T
19753-2008
7.中华人民共和国行业标准，压力容器封头，GB/T 25198-2010
8.中华人民共和国行业标准，容器支座，JB/T4712-2007
9.中华人民共和国行业标准，压力容器法兰，JB/T4700-4707-2000
10.中华人民共和国化工行业标准，钢制钢管法兰、垫片、紧固件，HG 20592～
20635-2009
11.中华人民共和国国家标准,压力容器波形膨胀节，GB16749-1997。