换热器设计前言
换热器的设计说明书
换热器的设计1.1 换热器概述换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
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。
换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。
由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。
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。
管型换热器主要有以下几种形式：（1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。
但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。
对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。
（2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。
另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。
因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。
适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
（3）U形管式换热器换：热效率高，传热面积大。
结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。
表1-1 换热器特点一览表在过程工业中，由于管壳式换热器具有制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多优点，管壳式换热器被使用最多。
工业中使用的换热器超过90%都是管壳式换热器，在工业过程热量传递中是应用最为广泛的一种换热器。
化工原理(换热器)课程设计
可依据传热管内径和流速确定单程传热管数：
=
按单程管计算，所需的传热管长度为：
= m
按单程管设计，传热管偏长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用国家标准设计，取传热管长 ，则该换热器的管程数为：
=
传热管总根数： = =
3.传热温差校平均正及壳程数
平均温差校正系数：
=
=
按单壳程，双管程结构，根据《化工原理课程设计》上册，图5-19[1] [2]采用外推法，得：
8.其他附件
拉杆数量与直径选取，本换热器壳体内径为1200mm，故其拉杆直径大小为Ф12拉杆数量12，壳程入口处，应设置防冲挡板。
（5）换热器核算
1.热流量核算
①壳程表面传热膜系数
用克恩法计算[3] [5]：
当量直径
=
壳程流通截面积：
壳程流体流速及其雷诺数分别为：
普朗特数：
粘度校正：
②管程表面传热膜系数：
流体流经管束的阻力
= = =0.339
=
流体流过折流板缺口的阻力
, ,
总阻力
= =122329.89
由于该换热器壳程流体的操作压力较高，所以壳程流体的阻力也比较适宜。
在允许范围之内（见表2）。
表2列管式换热器允许阻力范围[7]
操作压力/Pa
允许阻力/Pa
管壳式换热器毕业设计简介
管壳式换热器（过热蒸汽0.65MPa,295℃;水0.8MPa,50℃）摘要本设计说明书是关于固定管板是换热器的设计，设计依照GB151-1999《钢制管壳式换热器》进行，设计中对换热器进行化工计算、结构设计、强度计算。
设计第一步是对换热器进行化工计算，主要根据给定的设计条件估算换热面积，初定换热器尺寸，然后核算传热系数，计算实际换热面积，最后进行阻力损失计算。
设计第二步是对换热器进行结构设计，主要是根据第一步计算的结果对换热器的各零部件进行设计，包括管箱、定距管、折流板等。
设计第三步是对换热器进行强度计算，并用软件SW6进行校核。
最后，设计结果通过图表现出来。
关键词：换热器，固定管板，化工计算，结构设计，强度计算。
AbtractThe design statement is about the fixed tube sheet heat exchanger .In the design of the heat exchanger ,the chemical calculation,the structure design and the strength calculation must according to GB151-1999“Steel System Type Heat exchanger ”.The first step of the design is the chemical calculation .Mainly according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area and select heat exchanger size.Then check the heat transfer coefficient, calculate the actual heat transfer area,and finally calculate the resistance loss.The second step of the design of heat exchanger is the structural design of the heat exchanger. The design of heat exchanger parts mainly according to the first step of calculation.such as tube boxes , the distance control tube, baffled plates .The third step of the design of heat exchanger is the strength calculation and using SW6 software to check. Finally, the design results are shown in figures.Key words: heat changer, fixed tude plate, chemical calculation,structure design, strength calculation.一、前言管壳式换热器是目前应用最广的换热设备，它具有结构坚固、可靠性高、适用性强、选材广泛等优点。
课程设计换热器前言
课程设计换热器前言一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握换热器的基本概念、原理和分类，了解换热器在工程中的应用，培养学生分析和解决实际问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）能够正确说出换热器的定义和作用；（2）了解换热器的分类及各种换热器的特点；（3）掌握换热器的基本原理及计算方法。
2.技能目标：（1）能够根据实际情况选择合适的换热器；（2）能够运用所学知识分析和解决换热器运行中的问题；（3）能够运用计算机软件进行换热器的设计和模拟。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对热能工程的兴趣和热情；（2）培养学生团队合作、创新精神和责任感；（3）使学生认识到换热器在现代工业中的重要性，提高学生的综合素质。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括换热器的基本概念、原理、分类和应用。
具体内容包括：1.换热器的基本概念：换热器的定义、作用和组成；2.换热器的原理：换热器的工作原理、传热过程及影响因素；3.换热器的分类：板式换热器、壳管式换热器、空气冷却器等；4.换热器的应用：换热器在工程中的应用实例及选型依据。
三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用多种教学方法相结合的方式，包括：1.讲授法：讲解换热器的基本概念、原理、分类和应用；2.案例分析法：分析实际工程中的换热器运行案例，帮助学生理解和掌握知识；3.实验法：学生进行换热器实验，让学生亲身体验和观察换热过程；4.讨论法：引导学生分组讨论换热器选型和运行中的问题，培养学生的团队协作能力。
四、教学资源为了支持本节课的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的换热器教材作为主要教学资源；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，直观展示换热器的工作原理和运行过程；4.实验设备：准备充足的实验设备，确保每个学生都能参与实验操作；5.网络资源：利用网络资源，为学生提供更多的学习资料和信息。
海水乙二醇溶液换热器设计方案
海水—乙二醇溶液换热器的设计天津大学俞洁，由世俊，张欢摘要海水源热泵具有节能环保、运行稳定等特点，目前在沿海地区越来越受到关注。
天津港30 万吨油码头办公楼采用海水源热泵采暖空调系统。
由于海水的腐蚀性和海洋生物附着问题，工程中海水不直接进入热泵机组，而是采用中间换热器，使海水与来自热泵机组的乙二醇溶液在换热器中进行换热。
天津港地处渤海湾，拥有丰富的海水资源，并且使用海水源热泵已经具有可靠的技术保障。
本工程中换热器能很好的解决海水的腐蚀问题，清洗方便，换热效果好，这种高效经济的换热器，将非常有利于海水源热泵在我国沿海地区的推广应用。
关键词海水源热泵；换热器计算；防腐；阻力性能Abstract The sea-water source heat pump technology has been paid great attention to inthe coastal regions because of its energy-saving, environment protection and operationstability and so on. The sea-water source heat pump air conditioning system has beenused for the office building in TianjinPort’s 300,000-ton oil dock. Considering theseawater corrosion and halobios adhesions, we adopt heat exchanger to transferbuilding heat or cold to seawater. The seawater doesn’t go into the heat exchanger, butexchanges the energy with glycol liquor which comes from the heat pump unit.TianjinPort area is rich in seawater, and the use of seawater-source heat pumphas a reliable technical support. The heat exchanger can be a good intermediatesolution of the corrosion of sea water. It can be conveniently washed and has goodeffect of heat transfer.Todesign a kind of heat exchanger with the characteristic of high efficiency and greateconomic value will beneficially extent the sea-water source heat pump in ourcountry’s littoral.1 前言随着我国沿海城市经济的不断发展，城市人民生活水平的提高，建筑能耗总量也逐年上升，其中用于空调系统的能耗在总建筑能耗中占有较高的比例，在一些高档公共建筑的全年能耗中，大约50%～60％消耗于空调制冷及采暖系统，故空调系统节能，意义重大。
换热器设计完整版
换热器设计完整版换热器是一种用于转移热量的设备。
它将热量从一个流体传递到另一个流体，使流体达到所需的温度。
换热器在各种工业应用中广泛使用，包括化学、制造业、石油和天然气生产等。
换热器设计的主要考虑因素包括流体属性、流量、温度、压力和吸热面积。
为了确保换热器的高效性和长寿命，设计过程应该遵循以下步骤：1. 初步设计：在初步设计阶段，需要确定换热器的流体类型、工作温度和压力、需要传递的热量以及换热器所需的尺寸和形状。
这一阶段需要考虑管道直径、管道长度、管道数量、流体流量、进出口口径、外壳厚度、热传导率等因素。
2. 确定热传导模型：在确定热传导模型时，需要考虑流体的传热系数、导热系数、表面积、热容量、温度梯度等因素。
热传导模型可以通过使用Fouier定律或热传导方程式来计算热量传递。
3. 计算换热面积：换热器的面积是影响其效率的重要因素。
一般来说，换热面积越大，热传递效率就越高。
在计算换热面积时，需要考虑流体和换热器之间的热传导和流动性能。
可以使用LMTD法、NTU法等方法计算换热面积。
4. 选择材料：材料的选择会影响换热器的稳定性和寿命。
一般来说，换热器的材料应该具有良好的抗腐蚀性、强度、耐磨性和热传导性。
常用的材料包括铝合金、不锈钢、铜、碳钢等。
5. 设计细节：设计细节包括换热器流路、管道排列、管束间距、管束支撑和固定方式等。
这些细节将直接影响换热器的传热和流体性能。
设计人员应该警惕设计中的环节疏忽和细节问题，确保设计方案正确无误。
在进行换热器设计时，需要采用符合规范和标准的设计方法，确保换热器的质量、效率和安全性。
同时，设计人员应该具备相关的技术背景和实践经验，确保设计过程的科学性和实践性。
通过以上措施，可以设计出高效、可靠、安全的换热器，为工业制造和生产提供基础设施支持。
管壳式换热器机械设计参考资料
管壳式换热器机械设计参考资料1前⾔ (1)1.1概述 (1)1.1.1换热器的类型 (1)1.1.2换热器 (1)1.2设计的⽬的与意义 (2)1.3管壳式换热器的发展史 (2)1.4管壳式换热器的国内外概况 (3)1.5壳层强化传热 (3)1.6管层强化传热 (3)1.7提⾼管壳式换热器传热能⼒的措施 (4)1.8设计思路、⽅法 (5)1.8.1换热器管形的设计 (5)1.8.2换热器管径的设计 (5)1.8.3换热管排列⽅式的设计 (5)1.8.4 管、壳程分程设计 (5)1.8.5折流板的结构设计 (5)1.8.6管、壳程进、出⼝的设计 (6)1.9 选材⽅法 (6)1.9.1 管壳式换热器的选型 (6)1.9.2 流径的选择 (8)1.9.3流速的选择 (9)1.9.4材质的选择 (9)1.9.5 管程结构 (9)2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算 (11)2.1 管径 (11)2.2管⼦数n (11)2.3 管⼦排列⽅式，管间距的确定 (11)2.4换热器壳体直径的确定 (11)2.5换热器壳体壁厚计算及校核 (11)3换热器封头的选择及校核 (14)4容器法兰的选择 (15)5管板 (16)5.1管板结构尺⼨ (16)5.2管板与壳体的连接 (16)5.3管板厚度 (16)6管⼦拉脱⼒的计算 (18)7计算是否安装膨胀节 (20)8折流板设计 (22)9开孔补强 (25)10⽀座 (27)10.1群座的设计 (27)10.2基础环设计 (29)10.3地⾓圈的设计 (30)符号说明 (32)参考⽂献 (34)⼩结 (35)2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1 管径换热器中最常⽤的管径有φ19mm ×2mm 和φ25mm ×2.5mm 。
⼩直径的管⼦可以承受更⼤的压⼒，⽽且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管⼦，因此单位体积的传热⾯积更⼤，单位传热⾯积的⾦属耗量更少。
换热器设计完整版
（1）管式换热器
这类换热器都是通过管子壁面传热的换热器，按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器，套管式换热器，缠绕管式换热器和管壳式换热器。蛇管式换热器一般由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形，螺旋形和长的蛇行等。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。按使用状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。套管式换热器是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用U形弯管将他们连接成排，并根据实际需要，排列组合成传热单元，换热时，一种流体走内管，另一种流体走内外管间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热。两种流体都可以在较高的温度，压力，流速下进行换热。套管式换热器的优点是结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可有较高的传热系数；缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修，清洗，和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。在圆筒形壳体中放置了许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和顶距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两侧的端盖上装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为了安置测试仪表用的接口管，排液孔和排气孔等。缠绕管式换热器是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋闲形状交替缠绕而成，相邻两成螺旋状传热管的螺旋方向相反，采用一定形状的定距管使之保持一定的距离。缠绕状传热管可以采用单根绕制，也可采用两根或多跟组焊后一起绕制。管内可以通过一种介质，称通道型缠绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上，构成多通道型缠绕管式换热器。缠绕管式换热器适用于同时处理多种介质等场合。
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冷媒变化分析
Ｐ-ｈ图
绝 对 压 力
高压
过冷
冷凝 膨 胀
压缩
低压
ＭＰａ
蒸发
过热
冷媒焓值 ＫＪ／Ｋｇ
冷暖空调原理
室外机
室内机
吸 热
膨胀阀(节流阀)
冷风 四通换向阀
发 热
蒸发器
冷凝器
制冷循环
压缩机
冷暖空调原理
膨胀阀
放 热 暖 风 四通换向阀 吸 热
室内机 蒸发器 冷凝器
室外机 冷凝器
供热循环
压缩机
蒸发器
室内机
液体
热
气体
蒸发器 室内机组
蒸发器
室内的温度较高,空气流过蒸发器时冷媒蒸发带走空气中的 热量,空气温度降低成为冷空气。 空气被冷却时,空气中会有凝水.通过排水器排走。
蒸发器
冷风
挡水板 水滴 水
排水
冷凝器
气态的冷媒向周围的空气或水放热，气态冷媒液化为液体
气体 液体 放热
空气或水
冷凝器
空冷式
冷媒向空气放热，由气态转化为液态 向空气排热
管壳式换热器工质(介质)流程图
壳程流体进出口
壳程流体进出口
换热器网络
电厂中的换热器
发动机中的换热器
发动机散热器芯片结构
汽车空调
汽车空调
单螺杆冷水机组中的换热器
管壳式冷凝器结构图
干式蒸发器结构图
离心式冷水机组中的换热器
离心式冷水机组热交换器图
溴化锂吸收式冷水机组中的换热 器
冷凝器
压力
45℃液体 压力变换器 放热
１.６４Ｍｐａ
冷媒变化分析 压缩机 （压缩）
气体
低温 低压
●耗电做功使低温低压冷媒气体 变为高温高压气体
气 体
高 温 高 压
蒸发器 （蒸发）
●空气吸收冷媒的冷量使 液态冷媒变为气态
冷凝器 （冷凝）
●向空气放出冷媒的热量使 气态冷媒变为液态
液 体
液 体
低温 低圧
参考文献
• 史美中，热交换器原理与设计 • W.M Kays 紧凑式换热器(美) • 尾花英郎，换热器设计手册(日)，上、下 册
思考题
• 1、结合制冷空调过程特性，具体举例说 明换热器在制冷空调中的应用。 • 2、观察空调(分体式、窗式、中央空调 中的)结构及特点，特别是蒸发器、冷凝 器有何不同 • 3、从网上找出蒸发器、冷凝器的设计图 进行分析研究。
温度一定
温度上升 （下降）
水
水
状态在变化 蒸汽
水
显热
潜热
显热
制冷原因
冷媒的蒸发
热
热
气体
热
热
需要空 调的空 间
热 热
热
气体
热 热 热 Ｒ２２液体
热 热
热 热
空调机的循环
４个部件需要冷媒在其中循环才能完成其功能.
压缩机
蒸发器 提供冷量 膨胀阀
冷凝器
蒸发器
蒸发器（室内机）内的 液态冷媒吸收周围空 气的热量。 空气的温度从而下降
冷凝器 冷凝器（室外机）
冷凝器
水冷式
蒸发器
水吸收冷媒热量而使冷媒液化
放热
冷却塔
气态冷媒向水放 热成为液态
冷却水
水冷冷凝器 压缩机
泵
压缩机
来自蒸发器的低温低压的冷媒气体被压缩机压缩成高温高压的 气体进入冷凝器。
液体
气体
低压
蒸发器
压缩机
冷凝器
液体
气体
高压
膨胀阀
压力
5℃液体
蒸发器
０.４９Ｍｐａ
吸热
减压阀 （膨胀阀）
窗式空调器中的蒸发器冷凝器
热泵式空调器结构图
分体式空调器中的换热器
电冰箱中的蒸发器冷凝器
各种传热管
•
换热器设计计算内容
• 换热器设计计算包括以下四个方面的内 容：热负荷计算、结构计算、流动阻力 计算、强度计算
1 热负荷计算
• 根据具体条件，如换热器类型、流体出 口温度、流体压力降、流体物性、流体 相变情况，计算出传热系数及所需换热 面积。
烟囱
凝汽器
给水泵
省煤器 预热器 预热器 除尘器 引风机
循环水泵 凝结水泵 低压加热器 高压加热器 图1-1 火力发电厂的生产过程图
送风机
换热器
• 换热器：也称热交换器，在工程中在将流体的 热量通过一定的传热方式传递给其它种流体的 设备。 • 换热设备是热能动力工程中常见的能量(热能) 交换装备 • 包括各种的热交换器和锅炉、燃烧器等，例如 制冷装置中的蒸发器、冷凝器；火力发电装置 中的省煤器、预热器、过热器、再热器、凝汽 器、加热器等；燃气轮机装置内的中冷器、回 热器、等
结构计算
• 根据换热器传热面积，计算热交换器主 要部件的尺寸，如对管壳式换热器，确 定其直径、长度、传热管的根数、壳体 直径，隔板数及位置等。
流动阻力计算
• 确定流体压降是否在限定的范围内，如 果超出允许的数值，必须更改换热器的 某些尺寸或流体流速，目的为选择泵或 风机提供依据。
强度计算
• 确定换热器各部件，尤其是受压部件(如 壳体)的压力大小，检查其强度是否在允 许的范围内。对高温高压换热器更应重 视。尽量采用标准件和标准材料。
膨胀阀 （膨胀）
●降低冷媒压力 ●调整冷媒流量
高 温
高圧
冷媒变化分析
过热与过冷
过热
蒸发器
入口 饱和
出口
5℃ 液体
5℃ 10℃ 气体 气体
吸热30℃
过热度
吸热30℃
１０ ー ５ ＝ ５℃
过热与过冷
过冷
入口
45℃ 气体
冷凝器 饱和
出口
45℃ 40℃
液体 液体
放热30℃
过冷度
放热30℃
４５ ー ４０ ＝ ５℃
油 分 离 器
气 液 分 离 器
电子膨胀阀
63H1-1
空 气 热 交 换 器
空气热交换器
压 缩 机
过滤器
膨胀阀
SV1
室内机B
储液器
过冷却管
至下一台室内机
机械功 工质流动 膨胀机或节流阀 热量 冷 却 器 压缩机 蒸 发 器 热量
机械功
双壳程U形管换热器
U形管式换热器
固定管板式换热器内部结构图
换热器设计前言
各种设备中的换热器应用 流体机械+换热设备+其它…=能源动力装置 流体机械:以流体（液体和气体）为工质，与外 界进行传递能量和质量的机械被称为流体机械
能源动力装置之一：电厂系统
汽轮机，二种风机，五种泵，11种热交换设备(水冷壁)， 还有煤粉系统(包括风机)，发电输送系统
烟气
水在锅炉 大气-烟气-大气；水-蒸 给水 锅炉 过热蒸汽 中变蒸汽过热器 汽-水；冷却水循环 除氧器 汽轮机
制冷空调工作原理
制冷原因
热 热 热 热 热 热 热 热 热
热
放热
热
热 热 热 热
热 热 热
热
热 热
放热
热
室内的热量通过制冷循环中的冷媒传到室外
制冷原因
水蒸气
１００℃
１００℃ 水在一个大气压下 １００℃沸腾 １００℃
水的蒸发
加热
制冷原因
水的状态变化（大气压下）
１０ ０℃ ０℃
温度上升 （下降）
室内机A
室外侧 温度传感器
ＴＨＯ－Ｒ
空气热交换器 63H2
毛细管 油 分 离 器
四通阀
63H1-1电子膨胀阀来自空 气 热 交 换 器
空气热交换器
压 缩 机
过滤器
ＳＶ１
气 液 分 离 器
膨胀阀
储液器
过冷却管
室内机B
至下一台室内机
室内机A
室外侧
THO-A
THO-R
空气热交换器
毛细管、单向阀
四通阀
63H2