管壳式换热器设计
管壳式换热器的课程设计
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。
它由壳体、管束、管板、管箱等组成，能够有效地将两种介质之间的热量传递。
下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。
其中，一个介质在管内流动，被称为"壳侧流体"，另一个介质在管外流动，被称为"管侧流体"。
壳侧流体通过壳体流动，而管侧流体则通过管束流动。
热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求1.热量传递效果好：要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递，以满足工艺要求。
2.压力损失小：为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗，设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件：换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠：要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性，尽量减少故障率。
三、结构设计1.壳体：壳体是换热器的外壳，一般采用钢质材料制造。
壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数，并采取相应的增强措施。
2.管束：管束是由多根管子组成的，一般采用金属材料或塑料制造。
管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数，同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板：管板位于管束两端，起到支撑和固定管束的作用，一般采用钢质材料制造。
管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性，并采用合适的孔洞布置，以保证流体的均匀流动。
4.管箱：管箱是安装在管板上的设施，主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。
管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数，以实现流体的顺畅流动。
在设计过程中，需要进行换热器的热力计算和结构力学计算，以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。
同时，还需要根据不同工艺和使用条件的要求，进行热交换面积的计算和确定。
管壳式换热器结构设计
管壳式换热器结构设计在化工、石油和能源等领域中，管壳式换热器是一种广泛应用的高效换热设备。
本文将详细探讨管壳式换热器的结构设计，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容，旨在提高设备的传热效率和可靠性。
一、管壳式换热器的基本结构管壳式换热器主要由壳体、管束、折流板、进出口接管等部件组成。
其核心部分是管束，它由许多平行排列的传热管组成。
这些传热管的一端与壳体连接，另一端则通过封头与进出口接管相连。
在操作时，一种流体（例如水或油）在管内流动，另一种流体（例如蒸汽或冷凝液）在壳侧流动，两种流体通过管壁进行热交换。
二、材料选择与优化管壳式换热器的材料选择对其性能和可靠性至关重要。
壳体通常采用碳钢、不锈钢和钛等材料，而管束则通常采用不锈钢、铜和钛等具有优良传热性能和抗腐蚀性的材料。
在某些特殊情况下，还可以考虑对关键部位进行表面处理，以提高抗腐蚀性和耐磨性。
三、传热原理与优化管壳式换热器的传热原理主要是通过对流传热和热传导的组合来实现的。
为了提高设备的传热效率，可以采用以下措施：1、改变折流板的形状和布置，以增加壳侧流体的湍流度。
2、选择具有高导热系数的材料，以提高管壁的热传导性能。
3、适当增加管束数量和布置密度，以增加传热面积。
四、应用特点与优势管壳式换热器在各种工业领域中得到了广泛应用，主要特点有：1、结构紧凑，占地面积小，易于布置。
2、材料选择广泛，适用于各种不同的工艺条件和腐蚀性介质。
3、传热效率高，能够实现两种流体的有效热交换。
4、制造工艺成熟，操作维护方便，使用寿命较长。
五、结论本文对管壳式换热器的结构设计进行了全面分析，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容。
通过合理的结构设计，可以显著提高管壳式换热器的传热效率和可靠性，使其在各种工业领域中发挥更加重要的作用。
随着技术的不断进步，管壳式换热器的设计和制造水平也将不断提升，为工业生产带来更大的价值。
六、展望随着工业生产的不断发展和能源紧缺的压力日益增大，管壳式换热器的应用前景更加广阔。
管壳式换热器设计和选型
管壳式换热器设计和选型首先，管壳式换热器的设计需要根据具体的换热要求来确定，主要包括换热量、换热介质、流体流量和温度等参数。
根据设计要求，可以确定壳程和管程的尺寸、管道布置、换热面积等参数。
在设计过程中，需要考虑以下几个方面：1.热力计算：根据热源和热负荷的温度和流量要求，进行热力计算，确定所需的换热面积。
2.材料选择：根据工作介质的性质和工作条件，选择合适的材料，如不锈钢、铜合金等，以确保换热器的耐腐蚀性和耐高温性。
3.管道布置：根据介质的流态和流速等因素，确定管道的布置方式，如串流、并流、交叉流等，以实现最佳的换热效果。
4.换热面积：根据设计要求和换热性能，确定所需的换热面积，以满足换热要求。
5.清洗和维护：在设计过程中，要考虑到换热器的清洗和维护，选择合适的结构和材料，以方便换热器的维护和清洗。
在选型过程中，需要考虑以下几个因素：1.流体性质：选型时需要考虑流体的性质，包括流体的物理性质、压力和温度范围、粘度等。
不同的流体对换热器的要求不同，需要选择适合的换热器类型和材料。
2.温度和压力：根据工作条件确定换热器的温度和压力范围，选择符合要求的换热器。
3.环境限制：考虑到环境因素，如空间限制、气候条件等，选择适合的换热器尺寸和类型。
4.经济效益：综合考虑设备造价、运行费用、维护保养成本等因素，选择经济、高效的换热器。
5.供应商选择：选择有经验和信誉良好的供应商，确保提供优质的产品和服务。
总之，管壳式换热器的设计和选型需要根据具体的应用要求和工艺条件来确定，需要综合考虑热力计算、材料选择、管道布置、换热面积、清洗和维护等因素，并在选型过程中考虑流体性质、温度和压力、环境限制、经济效益和供应商选择等因素，以确保设计符合要求，选型合理可靠，并能够实现高效换热。
管壳式换热器的设计及计算
管壳式换热器的设计及计算管壳式换热器是常见的一种热交换设备，用于在流体之间进行热量传递。
它由一个外壳和多个热交换管组成。
在设计和计算管壳式换热器时，需要考虑以下几个方面：选择换热器类型、确定换热器尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等。
下面将详细介绍管壳式换热器的设计及计算过程。
首先，选择适合的换热器类型。
根据具体的应用和流体特性，可以选择不同类型的管壳式换热器，如定压式、定温式、冷凝器和蒸发器等。
每种类型的换热器都有特定的性能和适用范围，需根据实际需求确定。
接下来，确定换热器的尺寸。
首先要确定传热面积，这取决于所需的传热量和两种流体间的温度差。
一般来说，换热器的传热面积越大，传热效果越好。
然后确定换热器的外壳直径和长度，这取决于流体的流速、流量和压降要求。
根据流体速度和流量计算出流道的横截面积，再确定壳程内的流道数量，最后通过换热器的设计公式计算出外壳直径和长度。
确定流体特性是设计换热器的关键一步。
需要收集并分析流体的物性数据，如温度、压力、流速、密度、热容等。
这些参数将用于计算热量传递量和压降。
此外，还需要考虑流体的腐蚀性、粘度和污染物含量等因素，在选择材料时要注意其耐腐蚀性能和抗堵塞能力。
计算热量传递量是设计换热器的核心任务。
可以使用传热计算公式，如奥兹逊公式、Nusselt数公式等，根据流体的特性参数计算出传热系数。
传热系数与换热器的结构、流体速度和物性参数有关。
通过计算热传导、对流和辐射等传热机制，可以得到热量传递量的准确数值。
最后，要计算管壳式换热器的压降。
压降是流体通过换热器时产生的能量损失。
为了保证流体的正常流动和换热效果，需要控制良好的压降。
可以通过实验或计算公式，如达西公式和克尔文公式，预测换热器内的压降情况。
根据流体的流速、流量和物性参数，计算出壳程和管程内的压降，并进行整体的能量平衡计算。
综上所述，管壳式换热器的设计和计算包括选择换热器类型、确定尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等步骤。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展，管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时， 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施， 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发，专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模，包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型，对工艺流程进行模拟计 算，得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果，对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计，以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式，如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质（如密度、粘度、比热容等） 和化学性质（如腐蚀性、结垢性等）。
经济性
在满足工艺要求的前提下，考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化，HTRI软件逐步增加了新的功能模
块，如振动分析、腐蚀预测等，并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前，HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
管壳式换热器设计选型
管壳式换热器设计选型
一、换热器选型的基础
在管壳式换热器结构形式中，设计和选型的主要因素有：换热器的负
荷率、传热效率、凝结物沉积、对管壳换热器热性能的影响因素、管壳型
号和规格、在换热器抗冲击性能的影响、铭牌设计性能和管壳强度要求等。
1.关于管壳式换热器的负荷率
在计算换热器的负荷率时，需要考虑换热器的负荷率与介质流量温度
有关，当流量温度越大，换热器的负荷率越大，但流量温度比较低时，换
热器的负荷率就较低。
在负荷率计算中，还需要考虑其他因素如液体的粘度、流体压力、换热面积、单位传热面积等。
2.关于管壳式换热器的传热效率
换热器的传热效率主要取决于换热器的几何结构，以及内、外管壳间
的接触面积大小，而内、外管壳间的接触面积的大小，又是由管壳结构型
号和规格参数决定的，所以，选择管壳型号和规格参数时，必须考虑到换
热器的传热效率。
3.凝结物沉积
凝结物沉积是管壳式换热器热性能的一个重要因素，它包括水铁、水铝、水锡等，这些凝结物会影响换热器的传热效率，严重影响换热器的使
用寿命。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计
1.传热面积的计算：传热面积决定了热交换效果的好坏，计算传热面
积是设计的第一步。
传热面积的大小受到工艺需求、流体特性和设备尺寸
等因素的影响。
2.流体流速的选择：流体流速对传热效率有重要影响。
流速不宜过大，以免增加流体阻力和泵耗能，但也不宜过小，以免影响传热效果。
需要通
过经验和实验确定合适的流速范围。
3.换热器的参数选择：根据工艺要求和流体性质选择合适的管壳式换
热器参数，如管子和外壳的材料、厚度和长度等。
一般情况下，不同材料
的换热器对不同的流体具有不同的传热效果和抗腐蚀能力。
4.温度和压力的控制：管壳式换热器工作时，内外两种流体通常以不
同的温度和压力运行，因此需要采取相应的措施确保换热器的安全性能。
这包括选择合适的密封材料、加装安全阀和温控装置等。
5.清洗和维护的考虑：管壳式换热器在长期使用过程中会有积垢和堵
塞的问题，因此需要预留清洗口和维护通道，并定期进行清洗和维护工作，以保证换热器的正常运行。
总之，管壳式换热器的设计需要综合考虑传热效率、流体性质、工艺
要求和设备安全性能等因素，确保换热效果良好、运行安全可靠。
通过合
理的设计和选择，可以使管壳式换热器发挥最佳的效果，实现节能降耗的
目的。
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略
用迭代法
85 传热系数 86 传热面积 87 传热面积之比 88 检验壳侧壁温 89 管内摩擦因子 90 管侧壁温 91 壁温下水的粘度
92 沿程阻力
93 回弯阻力 94 进出口连接管阻力 95 两台管程总阻力 96 理想管束摩擦系数 97 理想管束错流段阻力
2
Ds
0.5(0.5 0.4955) [π- arccos(1 2 0.125)]
2
0.5
Re1 M 1d 0 1 Ac
查参考资料图线2.28
查参考资料图线2.29
由 Asb Atb 0.0035 0.002356 0.1343
Ac
0.0436
及 Asb 0.002356
0.4
Asb Atb 0.002356 0.0035
根
由附录得
m
由GB151-1999规定
Awg Ds2 [1 (1 2h) sin ]
42
Ds 2
m2
0.52 [0.5 120π（- 1- 2 0.125）sin60o ]
4
180
0.5
Fc
π1 {π
（2
Ds 2h DL
）sin[arc
c
os(
Ds 2h DL
)]
2 arccos(Ds 2h )} DL
六边形层数 一台管子数 一台拉杆数 一台传热面积 二台传热面积 管束中心至最外层管中心距离 42 管束外缘直径 43 壳体直径
44 长径比 45 管程接管直径
46 管程雷诺数
47 管程换热系数 48 折流板形式 49 折流板缺口高度
符号
t1 t1 t2 t2 p1 p2
M1
tm1
cp1 ρ1 μ1 λ1 Pr1 tm2 cp2 ρ2 λ2 μ2 Pr2 ηL Q M2
K [ 1 rs,1 rs,2 d 0 1 d 0 ]1
1
di 2 di
F Q
K tm
℃
℃ kg/(m·s)
Pa
Pa Pa Pa
Pa
Pa
—— —— —— Pa Pa
tw1 tm1 K 0( 1 rs,1)tm 0
查资料图线2.35得
假定
查物性表
Pi
4 fi
L
wt 2
(
/
)0.14 w2
t1m, c
P
R ψ tm K， F，
w2 At
n l
s lE sp sn
a nt
F,,
DL Ds
D2
Re2
α2
h
单位
计算公式或数据来源
℃
原始数据
℃
原始数据
℃
原始数据
℃
原始数据
MPa
原始数据
MPa
原始数据
kg/s
原始数据(14t/h)
℃
（t1 t1）/ 2 (130 30) / 2
kJ/(kg·℃) 查物性表
t min
t2 t2
t1 t2 t1 t1
t2 t2
由<2-4>型公式计算 t1m, c
查参考资料
F Q 884.431000 KOtm 23038.5
选用碳钢无缝钢管
选用 At M 2
2w2 n π4dAit2 l F / nZtπd0 91.38 /(50 4π 0.025)取标准值 选 由表2.3
选取 Fbp [Ds DL 1 NElE]ls / Ac
2 [0.5 0.447 0.51 0.044] 0.3 / 0.0436 Atb πd0(dH d 0) 1 (1 Fc)nt
2 π 0.02（5 0.0254- 0.025） 0.5（1 0.65）136
Asb Ds(Ds Db) [π arccos1( 2h )]
98 理想管束缺口处阻力
99 旁路校正系数 100 折流板泄漏校正系数 101 折流板间距不等壳程总阻力
K F F,,/F tw1 fi tw2 μw2
ΔPi
ΔPr ΔPN ΔPt fk ΔPbk
ΔPwk
Rb R1 Rs ΔPs, ΔPs
W/(m2·℃) ㎡
54 流过折流板上管子数目
55 折流板上管孔直径
dH
56 折流板缺口处管子数目
57 折流板直径
Db
58 折流板缺口面积
Awg
59 错流区内管数占总管数的百分比 Fc
60 缺口处管子所占面积
Awt
61 流体在缺口处流通面积
Ab
62 流体在两折流板间错流流通截面积 Ac
63 壳程流通截面积
As
64 壳程接管直径
Pwk
M2 s
(2 0.6Ncw)
2 AbAc1
3.892 (2 0.6 3.6)
2 0.026 0.0436 775
查参考资料图线2.38
查参考资料图线2.37
间距相等，无需校正 Ps [(Nb 1)PbkRb NbPwk]R1 2PbkRb(1 Ncw)Rs
Nc ΔPs,=2ΔPs
序 号
项目
1 煤油进口温度
2 煤油出口温度
3 冷却水进口温度
4 冷却水出口温度
5 煤油工作表压力
6 冷却水工作表压力 7 煤油流量 8 煤油定性温度 9 煤油比热
10 煤油密度
11 煤油粘度
12 煤油导热系数
13 煤油普朗特数
14 水的定性温度
15 水的比热 16 水的密度 17 水的导热系数 18 水的粘度
0.1 0.3 3.89
80 2.32
775 6.214E-04
0.1061
13.6
25
4.179 996.95 0.6085 9.028E-04
6.20
0.98 884.43
21.16
备注
39 2.302585093
0.09 0.909090909
10.00
0.985 38.5 230
99.88 φ25×2.5
由表2.3
sp=scos30o sn=ssin30o 查资料
见附录
根 根 ㎡ ㎡ m m m
mm
W/(m2·℃) m
初步估计客体直径在400-700之间，查资料
ntπdl=136π×0.025×4.5
2*（一台传热面积）
由附录量取或者计算得
2*(管束中心距最外层管中心距离)+d
Ds=DL+2b3
b3=0.25d=12.5mm≮10mm，故
m2
m/s ㎡
根 m
mm mm mm mm mm
查物性表
Pr 2 2cp2 2
取用
Q M1cp1(t1 t1)
L
14000 3600
2.32
（130
-
30）
0.98
M 2 Q / cp2(t2 t2) 884.43/ 4.179(30 20)
t1m,
c
t max t min ln t max
π1 {π
（2
0.5
2 0.125）sin[arccos( 0.447
0.5
2 0.125)] 0.447
2 arccos(0.5 2 0.125)} 0.447
Awt πdo 2 nt(1 Fc)
㎡
8
π 0.0252 136 (1 0.65)
8
㎡
Ab=Awg-Awt
Ac ls[Ds DL DL d 0 (s d 0)]
309
74.32 1.294
52.0 0.0065
50 5.49E-04
1.25
偏大 偏差0.4℃
10881
两台
7976
748 19604
0.19 35.4
两台 符合标准
35.4
0.745 0.52 1
510
1020
符合规定
附 录
1
0.02123
0.10 以外径为准
68
4.70 等边三角形
32 44
27.7
16 16 —— ——
6 136
4 48.07
96.13 0.211 0.447
4.5 见附录
0.5 9
165
22086
4337 弓形 0.125
Φ180×5
50 折流板的圆心角
51 折流板间距
ls
52 折流板数目
Nb
53 折流板上管孔数
D1
65 错流区管排数
Nc
66 每一缺口内的有效错流管排数
Ncw
67 旁流通道数
NE
68 旁通挡板数
Nss
69 错流面积中旁流面积所占分数
Fbp
70
一块折流板上管子和管孔间泄漏面 积
Atb
71
折流板外缘与课题内壁之间泄露面 积
Asb
72 壳程雷诺数
Re1
73 理想管数传热因子
js
74 折流板缺口校正因子
di 2
4 0.0065 4 4.5 996.95 （902.8）-0.14 0.02 2 549.4
Pr 4 wt2 Zt 4996.951 4
2
2
PN 1.5 wt2 1.5 996.951
2
2
Pt Pi Pr PN
查资料图线2.36得
Pbk 4 fk Ms2 Nc ( 2 / w1)0.14 2 Ac2 1
jc
75 折流板泄漏校正因子
j1
76 旁通校正因子
jb
77 壳程传热因子
jo
78 壳程质量流量