固定管板式换热器设计结构设计说明
固定管板式换热器型式与基本参数
【固定管板式换热器型式与基本参数】【导读】换热器作为石油、化工、电力等工业生产中常用的热交换设备，承担着热能的传递和交换任务。
在众多换热器型式中，固定管板式换热器因其结构简单、制造安装方便、适用范围广泛等特点而备受关注。
本文将对固定管板式换热器的型式与基本参数进行深入探讨，以帮助读者全面理解和掌握这一重要的工业设备。
【1】描述固定管板式换热器的结构固定管板式换热器，是指换热管束和管板为一个整体且不可拆卸，且支撑件与壳体之间是固定的结构。
其主要结构包括壳体、管板、管束、管束固定件等部件。
管束通过管板固定在换热器的两端，实现热媒的交换。
【2】分析固定管板式换热器的型式固定管板式换热器通常分为单级和多级两种型式。
单级换热器适用于对热媒温差要求不高的场合，而多级换热器则适用于热媒温差较大的场合，其优势在于能够有效利用热能。
【3】展示固定管板式换热器的基本参数固定管板式换热器的基本参数包括换热面积、设计压力、设计温度等。
其中，换热面积是衡量换热器换热性能的重要指标，设计压力和设计温度则直接关系到设备的安全运行。
【4】总结与回顾通过本文的介绍，读者了解了固定管板式换热器的结构、型式和基本参数。
在实际工程应用中，根据不同的工艺条件和要求，选择合适的固定管板式换热器至关重要。
为了确保换热器的安全稳定运行，我们还需要仔细考虑和掌握其设计参数，从而实现高效的热能传递和利用。
【5】个人观点和理解作为一名专业的文章写手，我个人认为固定管板式换热器在工业生产中具有非常重要的地位。
其结构简单、可靠性高，在石油、化工等行业的热能传递中发挥着不可替代的作用。
然而，在选择和使用固定管板式换热器时，我们需要充分了解其型式和参数，才能确保其安全、高效地运行。
通过今天的阅读，希望读者已经对固定管板式换热器的型式与基本参数有了更深入的理解。
在今后的工作中，希望大家能在实践中不断积累经验，提高对这一重要设备的运用水平。
【感谢您的阅读，如果对固定管板式换热器还有任何疑问，欢迎交流讨论。
固定管板式换热器设计说明书
摘要本设计是关于固定管板式换热器的结构设计，主要进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。
本设计的前半部分是工艺计算部分，按照GB150-2011以及GB151-2014等国家标准以及技术标准等根据给定的设计条件进行换热器的选型，校核传热系数，计算出实际换热面积。
设计的后半部分主要是关于结构和强度的设计，根据已选定的换热器型式进行设备内部各零部件（如接管、定距管折流板、折流板、管箱等）的设计，包括：材料的选择、具体的尺寸、确定具体的位置、管板厚度计算等。
本设计以本着安全可靠、经济性好、传热效率高以及保护环境为原则进行的设计，符合工厂中的实际应用。
关于固定管板换热器设计的各个环节，本设计书中均有详细说明。
关键词：固定管板；管壳式换热器；结构设计AbstractThe design is fixed with respect to the structural design of the tube plate heat exchanger, mainly for the process to calculate heat exchanger, heat exchanger structure and strength design.The first half of this design is part of the calculation process, in accordance with GB150-2011 GB151-2014 and other national standards and technical standards in accordance with a given design conditions of the heat exchanger selection, check the heat transfer coefficient, to calculate the actual heat area. The second half of the design is mainly on the structure and strength of design, internal equipment all parts have been selected according to the type of heat exchanger (such as receivership, spacer tube baffles, baffles, pipe boxes, etc.) Design including: choice of materials, specific dimensions, determine the specific location of the tube plate thickness calculation.On all aspects of the fixed tube sheet heat exchanger design, the design specification is described in detail.Key Words: fixed tube plate; shell and tube heat exchanger；Structural Design目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章设计任务、思想 (1)1.1 设计任务 (1)1.2 设计思想 (1)第2章换热器的工艺设计 (2)2.1换热器的工艺条件 (2)2.2估算设备尺寸 (2)2.2.1计算传热管数N T (2)2.2.2计算壳程直径D (3)第3章换热器零部件的结构设计 (4)3.1换热管 (4)3.1.1换热管的型号和尺寸 (4)3.1.2换热管的材料 (4)3.1.3换热管排列方式以及管心距 (4)3.2折流板 (5)3.2.1折流板的主要几何参数 (5)3.2.2折流板和壳体间隙 (6)3.2.3折流板厚度 (6)3.2.4折流板的管孔 (6)3.2.5材料的选取 (6)3.3拉杆、定距管 (6)3.3.1拉杆的结构形式 (7)3.3.2拉杆直径、数量和尺寸 (7)3.3.3拉杆的布置 (8)3.4防冲板 (8)3.5接管 (8)3.5.1接管（或接口）的一般要求 (8)3.5.2接管高度（伸出长度）确定 (8)3.6管箱 (9)3.7管板结构尺寸 (10)3.8封头 (11)3.9法兰结构类型 (12)3.10垫片的选取 (12)3.11鞍座的选取 (12)第4章换热器的机械结构设计 (14)4.1传热管与管板的连接 (14)4.2管板与壳体的连接 (14)4.3 管板与管箱的连接 (16)第5章换热器的强度设计与校核 (17)5.1壳体、管箱的壁厚计算 (17)5.1.1 壳体 (17)5.1.2 管箱 (18)第6章部分管件零部件的校核计算 (19)6.1壳程圆筒 (19)6.2 管箱圆筒 (19)6.3 换热管 (20)6.4 管板 (20)6.5 管箱法兰 (21)6.6 壳体法兰 (21)6.7 系数 (22)6.8 计算管板参数 (22)第7章换热器的制造、检验、安装与维护 (24)7.1换热器的制造、检验与验收 (24)7.1.1筒体 (24)7.1.2 换热管 (24)7.1.3管板 (25)7.1.4 折流板、支持板 (25)7.1.5 管束的组装 (25)7.1.6 换热器的组装 (25)7.1.7 压力试验 (25)7.2 换热器的安装、试车与维护 (25)7.2.1安装 (25)7.2.2 试车 (26)7.2.3 维护 (26)结束语 (27)参考文献 (28)致谢 (29)第1章设计任务、思想1.1 设计任务本设计的课题为固定管板式冷却器结构设计，设计包括结构设计和强度设计。
固定管板式换热器
固定管板式换热器的设计学生：库勇智，化学与环境工程学院指导教师：王小雨，江汉大学摘要换热器是用来在流体间交换热量的装置，在化学专业中具有非常重要的地位，被使用于化工各行业中。
由于其中固定管板式换热器管板和壳体是一体构造，具有结构简单、造价十分便宜的优点，所以被普遍的使用。
这篇设计说明书上面着重说明了换热器的换热面积、各个设计压力和设计温度以及接管等数据参数。
根据上面所给的数据和换热器类型来对换热器的各个零部件，即换热管根数，尺寸、排列方式，壳体和管箱、封头等等，最后校核、压力试验，根据工艺结构选出材料，最后作图。
本设计说明书的每一部分都是完全参照GB150-2011《压力容器》和GB151-2014《热交换器》中固定管板式换热器的有关标准来计算、校核和选型的。
关键词管壳式换热器；固定管板式换热器；加热器AbstractHeat exchanger is a device for exchanging heat between the fluids and in chemistry has a very important position, is used in the chemical industry. Because of the fixed tube plate heat exchanger tube plate and the shell is an integral structure, with has the advantages of simple structure, low cost advantages, so be widely use.The design specification above illustrates the change of the heat exchange area of the heat exchanger, each design pressure and temperature and over data parameters. According to the data given above and the heat exchanger type heat exchanger parts, i.e. the heat exchange tube number, size, arrangement, shell and tube box, head, and so on, finally checking, pressure test, selected according to process structure materials. Finally, drawing.The design specification is strictly according to GB150-2011< pressure container > and heat GB151-2014< exchanger is > fixed tube plate heat exchanger of the relevant provisions of the calculation, selection and checking.Key wordsShell and tube heat exchanger ；fixed tube heat exchanger ；heater目录摘要--------------------------------------------------------1 目录--------------------------------------------------------3 符号说明------------------------------------------------------5 第一章绪论---------------------------------------------------6 第1.1节换热器的分类-----------------------------------------6 第1.2节固定管板式换热器的特点-------------------------------6 第二章换热器的工艺设计---------------------------------------7 第2.1节各部件的材料-----------------------------------------7 第2.2节换热器的工艺条件-------------------------------------7 第2.3节估算设备尺寸-----------------------------------------8 第三章结构强度设计与校核------------------------------------9 第3.1节壳体和管箱的厚度计算--------------------------------9 第3.2节封头的计算------------------------------------------11 第3.3节垫片------------------------------------------------12 第3.4节螺栓------------------------------------------------12 第3.5节法兰------------------------------------------------13 第3.6节开孔补强的计算--------------------------------------14 第3.7节压力试验--------------------------------------------15 第四章零部件的选型-----------------------------------------16 第4.1节换热管的型式和尺寸----------------------------------16 第4.2节折流板----------------------------------------------17 第4.3节定距管和拉杆----------------------------------------18 第4.4节防冲板----------------------------------------------19 第4.5节接管------------------------------------------------20 第4.6节管箱------------------------------------------------22第4.7节管板的结构尺寸--------------------------------------22第4.8节封头------------------------------------------------23 第4.9节螺栓的选型------------------------------------------24 第4.10节鞍座的选取-----------------------------------------24 第五章换热器的连接形式-------------------------------------26 第5.1节传热管与管板的连接----------------------------------26 第5.2节管板与壳体的连接------------------------------------27 第5.3节管板与法兰的连接------------------------------------28 第六章换热器的制造、检验及安装-----------------------------28 第6.1节总体制造工艺----------------------------------------28 第6.2节筒体的制造------------------------------------------29 第6.3节封头的制造------------------------------------------30 第6.4节管板的制造------------------------------------------31 第6.5节管束的制造------------------------------------------31 第6.6节折流板的制造----------------------------------------32 第6.7节换热器的质量检测------------------------------------32 第6.8节装配------------------------------------------------32 第6.9节油漆、包装------------------------------------------33总结---------------------------------------------------------34 致谢---------------------------------------------------------34参考文献-----------------------------------------------------35符号说明第一章绪论换热器的工作原理是换热器中管程、壳程流体由于温度不同而产生热交换，流体来达到升高或降低温度的目的。
四管程固定管板式换热器设计
四管程固定管板式换热器设计
在四管程固定管板式换热器的结构设计中，关键的参数包括板的间距、导流板的宽度以及进出口的位置等。
其中，板的间距可以根据流体的流量
和传热强度进行选择，一般来说，板间距越小，传热效果越好。
而导流板
的宽度则可以根据流体的特性来确定，以达到流体均匀分布的目的。
进出
口的位置则需要根据流体的流向和流速进行合理安排，以确保流体能够均
匀进出，并减小压力损失。
在四管程固定管板式换热器的应用中，最常见的是用于两种介质之间
的换热。
例如，常用于石油化工领域的热水和原油之间的换热。
此外，四
管程固定管板式换热器还可以用于液体与气体之间的换热，如空气与水蒸
汽之间的换热，以及流体与固体之间的换热等。
总的来说，四管程固定管板式换热器是一种设计灵活、换热效率高的
换热设备。
通过合理的设计原理和结构设计，可以使得换热器具有更好的
热量平衡和流阻平衡性能。
在实际应用中，它可以广泛应用于各种工业领域，提高生产效率和产品质量。
固定管板式换热器设计说明
固定管板式换热器设计说明设计说明：固定管板式换热器一、引言固定管板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于工业领域的热交换过程中。
它由管束、管板、外壳、支撑件、密封件等组成，可用于液体-液体、气体-气体、气体-液体和气体-固体等多种介质之间的换热。
本设计说明将详细介绍该换热器的设计要求、结构特点、性能计算及选型等内容。
二、设计要求1.设计压力：根据实际使用条件和介质特性确定设计压力，确保换热器在工作条件下安全可靠。
2.设计温度：根据介质的最高工作温度和最低工作温度，确定设计温度范围。
3.热传导系数：根据介质的热传导特性，选择合适的管材和板材，确保换热器具有良好的传热性能。
4.流体速度：根据介质的流动性质和换热需求，确定流体在管内和管外的速度范围，避免过高或过低的速度对换热效果的影响。
5.密封性能：选用合适的密封件材料和结构，确保换热器在工作条件下密封可靠，避免介质泄漏。
6.清洁性能：设计合理的结构和管板间距，方便清洗和维护，确保换热器在长期使用后能够保持良好的换热效果。
三、结构特点1.管束：选用高热传导性能的金属管材，如不锈钢、铜、铝等，通过滚压、扩管等工艺加工成合适的形状，提高换热效率。
2.管板：根据换热器的设计要求和介质流动情况，设计合理的管板布置，确保介质在管内和管外的流动均匀，最大限度地提高传热效果。
3.外壳：选用耐腐蚀、耐高温的材料制作，通过焊接、搭接等工艺连接，确保换热器在高温、高压下的使用安全。
4.支撑件：根据换热器的尺寸和重量确定支撑件的数量和材料，确保换热器的稳定性和可靠性。
5.密封件：选用符合工作条件的耐温、耐腐蚀的密封件，通过预紧、密封等工艺确保换热器的密封性能。
6.清洁孔：在设计过程中合理设置清洁孔，方便清洗和检修，保证换热器的长期使用效果。
四、性能计算1.传热计算：根据换热器的换热管内径、管外径、管长、管板间距、流体流速等参数，使用传热计算软件进行传热计算，得到换热器的传热面积、传热系数等参数。
固定管板式换热器设计
固定管板式换热器设计摘要固定管板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、能源、冶金等行业。
本文将介绍固定管板式换热器的基本原理、设计方法以及注意事项，以帮助工程师们更好地进行换热器的设计。
1. 引言换热器是工业生产中常见的设备之一，用于在不同流体之间进行热交换。
固定管板式换热器由许多平行管道和固定的平板组成，流体通过管道与平板交换热量。
固定管板式换热器具有结构简单、换热效率高的优点，因此在工程实践中被广泛采用。
2. 基本原理固定管板式换热器的基本原理是将两种不同温度的流体分别通过管道和平板，使其在接触的过程中进行热量传递。
其中，管道中的流体称为管侧流体，平板上的流体称为壳侧流体。
管侧流体和壳侧流体之间的热量传递通过壳管之间的壁薄传导、对流传热和辐射传热三种方式进行。
3. 设计方法固定管板式换热器的设计需要考虑多个因素，包括流体特性、传热系数、温差、压降等。
下面将介绍设计固定管板式换热器的基本步骤：3.1 确定换热面积换热面积是固定管板式换热器设计中的重要参数，一般需要根据具体的工况来确定。
常用的方法包括热负荷法、流体物性法等。
3.2 确定壳体和管子的尺寸壳体和管子的尺寸设计需要考虑流体的流速、壳体和管子材料、压力等因素。
在设计过程中需要保证壳体和管子的强度和密封性。
3.3 确定流体的流量流体的流量是固定管板式换热器设计过程中的另一个重要参数，可以通过工况和传热系数来确定。
流体的流量决定了换热器的尺寸和性能。
3.4 计算传热系数传热系数是固定管板式换热器性能的关键参数。
传热系数的计算需要考虑流体的性质、流速、壳侧和管侧的传热方式等。
3.5 设计壳侧和管侧流体的流动方式壳侧和管侧流体的流动方式直接影响换热效果。
常见的流动方式包括并流、逆流和交叉流，选择合适的流动方式需要考虑流体的性质、压降等因素。
4. 注意事项设计固定管板式换热器时需要注意以下几点：•确保换热器的结构强度和密封性，避免泄漏和破裂的情况发生；•流体的选择和流量的确定需结合具体工况，合理选择流量和流速；•传热系数的计算需考虑流体的性质、壳侧和管侧的传热方式等因素；•确定壳侧和管侧的流动方式时，需综合考虑流体的性质、压降等因素。
固定管板式换热器设计
固定管板式换热器设计固定管板式换热器（Fixed Tube-sheet Heat Exchanger）是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、制药、食品等行业。
本文将介绍固定管板式换热器的设计原理、结构特点，并对其设计流程进行详细阐述。
一、设计原理在换热过程中，热量从高温流体通过管壁传递到低温流体。
高温流体进入管束，从管壁流过，将热量传递给管内的低温流体。
通过多个管束的交叉布置，可以实现大面积的热交换，提高换热效率。
二、结构特点1.管束结构合理：固定管板式换热器采用纵向布置的管束结构，利于流体流动，减小流体的阻力，提高换热效率。
2.管板紧密连接：管板与管束通过焊接或膨胀连接，保证流体不会泄漏或混合。
3.固定件的设计：固定件采用螺栓连接，可以方便地拆卸和维修换热器。
4.壳体结构合理：壳体采用圆筒形状，能够承受较大的内部压力，提供稳定的工作环境。
三、设计流程1.确定设计参数：根据工艺要求和流体性质，确定换热器的设计参数，包括换热面积、热交换系数、流体流量等。
2.确定管子布置方式：根据流体性质和布置空间，确定管子的布置方式，包括并列式、对流式、六边形等。
3.确定壳体尺寸和材质：根据管子的布置方式和流体流量，确定壳体的尺寸和材质，包括内径、壳体长度和壳体材质等。
4.选择管板和固定件：根据壳体尺寸和管子布置方式，选择合适的管板和固定件，包括管板和壳体的连接方式、固定件的材料等。
5.进行换热计算：根据流体性质和换热参数，进行换热计算，计算出换热器的换热效率和流体的出口温度等。
6.进行强度计算：根据壳体结构和管道布置，进行强度计算，确保换热器在正常工作条件下的安全可靠性。
7.绘制制图：根据设计参数和计算结果，绘制出换热器的制图，包括总装图、管束图、壳体图和焊接图等。
8.进行工艺设计：根据设计图纸和工艺要求，进行工艺设计，确定制造工艺和生产工序。
9.进行质量检验：对制造的换热器进行检验，包括外观质量、尺寸精度和焊接质量等。
课程设计报告-固定管板式换热器
课程设计报告-固定管板式换热器一、引言：固定管板式换热器是一种常用的热交换设备，广泛应用于化工、能源、石油、食品、制药等行业。
本文将对固定管板式换热器进行详细介绍和设计，并分析其工作原理、热力学性能以及设计参数的选择。
二、固定管板式换热器的工作原理：固定管板式换热器由壳体、管板和换热管组成。
冷却流体和加热流体通过换热管流动，并通过管壁传递热量。
热量的传递过程是通过流体流动、壳体与管壁的传热、对流以及传递到另一侧流体的传热等多个过程完成的。
三、固定管板式换热器的热力学性能分析：1.效能：固定管板式换热器的效能是指实际换热量与理论换热量之比，是衡量换热器性能的重要指标。
通过对固定管板式换热器材料、结构、流体流动状态等因素的优化设计，可以提高换热器的效能。
2.压降：固定管板式换热器在流体流动过程中会产生压降，压降的大小会影响流体的流速和能耗。
设计过程中需要根据具体要求和条件，选择合适的换热器材料和结构，合理控制压降。
3.温差：固定管板式换热器的冷却流体和加热流体在换热过程中温度会有一定的变化。
设计时需要根据使用要求，合理选择流体的进口温度和出口温度，以获得最佳的换热效果。
四、固定管板式换热器的设计参数选择：1.材料选择：固定管板式换热器的材料应具有良好的耐腐蚀性和导热性能，常用材料有不锈钢、碳钢、钛合金等。
根据要处理的介质和工作条件选择合适的材料。
2.流动方式选择：固定管板式换热器的流体可以采用单相流动、二相流动或多相流动。
根据介质的物理性质和换热要求选择合适的流动方式。
3.传热和传质系数计算：根据换热器各部分的材料和结构参数，计算传热和传质系数，以确定设计参数。
4.尺寸和布置设计：根据换热器的换热量和节流率，确定管子的尺寸和长度，以及板式换热器的布置方式。
五、实验设计和结果分析：为验证固定管板式换热器的性能和设计参数的选择，设计了一组实验，以测量换热器的效能、压降和温差等指标。
通过实验数据的分析，可以得出换热器的实际性能与设计参数的相关性，并对设计参数进行优化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
固定管板式换热器设计结构设计第一章绪论1 研究的目的和意义随着现代工业的发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。
世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。
强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。
换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现[1]。
换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备,在石油、化工、冶金、电力、轻工、食品等行业应用普遍。
在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右,占总投资的30%一45%。
近年来随着节能技术的发展,换热器的应用领域不断扩大,带来了显著的经济效益[2]。
目前,在换热设备中,管壳式换热器使用量最大。
因此对其进行研究就具有很大的意义。
换热器换热过程是为了实现下列目的：⑴通过减小设计传热面积来减小换热器的体积和质量⑵．提高已有换热器的换热能力⑶．使换热器能在较低额温差下正常工作⑷．通过减小换热器的流体阻力来减少换热器的动力消耗2 国内外发展状况2.1管程强化传热研究进展换热管是管壳式换热器的主要组成部分，以下是列举的集中国内外新型高效换热管以及它们的作用2.1.1螺旋槽管螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凸的异形管,管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数,起到双边强化的作用。
根据在光管表面加工螺旋槽的类型螺旋槽管有单头和多头之分,其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。
美国、英国、日本从1970年至1980年间对螺旋槽管进行了大量的研究[1]2.1.2横纹管华南理工大学曾研究过1974年前苏联提出的一种换热管，研究表明：在相同流速下，横纹管的流体阻力较单头螺旋槽管的流体阻力要小。
[2]2.1.3螺旋扁管梁龙虎[3]经实验研究,表明螺旋扁管管内膜传热系数通常比普通圆管大幅度提高,在低雷诺数时最为明显,达2～3倍;随着雷诺数的增大,通常也可提高传热系数50%以上。
这是由瑞士Allares公司首先提出的一种换热管。
管子具有独特结构,流体在管内处于螺旋流动,促使湍流程度。
2.1.4管内插入物英国CalGavin公司研制一种叫Heatex的插入物,它由一组延伸至管壁的圆态体组成,可使管侧传热效率提高2～15倍[4]。
该公司还开发了一种叫HitranMatrixElements的花环式插入物,能在不增大压降的条件下大大提高传热系数。
用于液体工况,可使管壳式换热器管程传热效率提高25倍;用于气体工况,可使相应值提高5倍。
此外,与正常流速相比,这种插入物使换热管的防垢能力提高8～10倍[5]2.1.5内翅片管内翅片管的特点是通过在换热管管内扩大换热面积，强化管内传热途径来提高换热效率。
该换热管在1971年由美国提出，日本，俄罗斯等国家进行过大量研究，研究表明：内翅片管的可以使管内换热系数提高到光管的25倍[6]2.1.6缩放管缩放管是由依次交替的多节渐缩段和渐扩段构成,流体在该管结构的作用下引起湍动,从而提高传热效率。
缩放管应用于单相流的研究已开展很多。
华南理工大学提出一种改型缩放管,将每个缩放单元段中的扩张段减到最小,并采用外凸圆弧、内凹弧和直线相连接的方式。
同时还对该改进型管进行自然对流沸腾换热特性的实验研究,表明了改进型缩放管的自然对流沸腾换热性能优于普通缩放管[7]。
陈颖[8,9]经实验和模拟计算,表明该改进型缩放管有较好的强化传热效果。
2.1.7三维内肋管三维内肋管是通过专用的工具经过一定的方法对普通圆管内壁加工而成的高效强化传热元件。
流体在管内受到三维肋的作用而使其热边界层的厚度减薄,从而提高对流传热膜系数。
在某些烟气管对流换热中,三维内肋管具有独特的自清灰功能,李清方[10]经实验,发现烟气与三维内肋管的对流换热系数可达光管的3.2倍,比其它强化管如螺纹管的传热效果好。
2.2壳程强化换热研究进展2.2.1杆式支撑结构[11]美国菲利浦石油公司于20世纪70年代,为改进传统换热器中管子与折流板的切割破坏和流体诱导作用，开发了壳程流体纵流折流杆式换热器。
纵流形支承结构的特征是壳程流体的流动方向与管束平行,这类换热器基本实现了壳程、管程流体的完全逆流,增大了有效平均温差,提高了传热效果。
2.2.2螺旋折流板[12-13]从结构上看该换热器主要包括2大类:一类是没有中心管,折流板为非整体连续的螺旋结构,其设计原理为:将圆截面的特制板安装在“虚拟螺旋折流系统”中,每块折流扳占换热器壳程横剖面的1/4,倾角朝向换热器的轴线,使壳程流体做螺旋运动,减少了管板与壳体之间易结垢的死角,从而提高了换热效率。
在气-水换热的情况下,传递相同热量时,该换热器可减少30%～40%的传热面积,节省材料20%～30%。
另一类是设有中心管,折流板为整体连续的螺旋结构。
其设计形式是折流板围绕中心管螺旋缠绕,形成整体连续的螺旋折流板结构,这种结构文献中报道较少,张正国等[14]和英国公司[15]均有相关专利。
另外辽宁石油化工大学陈世醒[16]又提出了一种特殊形式的折流板。
商利艳[17]等分别对螺旋角为12°、18°、30°、40°的单螺旋板折流换热器性能进行了实验研究,随着螺旋角的减小传热效果增强,但压降增大,得出螺旋角为18°的综合性能最好。
王树立[18]等实验结果表明最佳的螺旋角与壳程流体的雷诺数有关.2.2.3空心环支撑[19]空心环支承是由华南理工大学研发的,它是由直径较小的钢管截成短节,均匀分布在换热管之间的同一截面上,呈线性接触,其结构如图4所示。
研究表明,空心环管壳式换热器取代折流板式换热器使换热器钢材减少35%～50%,气体压降减少30%～40%,已成功应用于硫酸工业与石化工业。
广东鹤山市磷肥厂年产4×104t硫酸的工业过程中,应用该换热器比传统换热器节省换热面积50%,节省钢材40%。
空心环常常与强化传热管配合使用,能够同时强化管程、壳程传热,可获得比普通光管高80%～100%的传热膜系数。
但空心环支承的扰流作用不如折流杆支承,而且管束固定工艺相对较复杂。
3 发展方向管壳式换热器是当今应用最广泛的换热设备,它具有高的可靠性和简单易用性。
特别是在较高参数的工况条件下,管壳式更显示了其独有的长处“目前在提高该类换热器性能所开展的研究主要是强化传热,适应高参数和各类有腐蚀介质的耐腐材料以及为大型化的发展所作的结构改进。
综上所述,随着强化传热理论的研究,加强管壳式换热器的改进,将高效传热管与壳程强化传热的支撑结构相结合是今后换热器发展的一个重要方向。
不仅要重视加强换热器传热元件的研究,而且防腐措施的强化同样具有举足轻重的作用,综合考虑各方面因素,生产高质量、低成本的换热器,在推动生产发展的同时,也会获得较高的经济效益。
第二章 传热工艺计算2.1原始数据 壳程煤油的流量h kg G 160001=壳程煤油的进口温度 ='1t 120℃壳程煤油的进口温度C t ︒=40''1壳程柴油的工作压力MPa 2.01=P管程冷却水的进口温度C t ︒=15'2管程冷却水的出口温度C t ︒=45''2管程冷却水的工作压力MPa 25.02=P2.2 定性温度及物性参数管程冷却水定性温度2t ='"22()/2t t +=30C ︒管程冷却水密度查物性表得2ρ=995.73kgm管程冷却水比热查物性表得2P C =4.174C Kg KJ ︒⋅管程冷却水导热系数查物性表得2λ=0.618 Cm w︒⋅ 管程冷却水的粘度2μ=801.5×10-6Pa.s管程冷却水普朗特数查物性表得Pr 2=5.41 壳程煤油定性温度1t =)c(''1'1''1t t F t -+=40+0.3(120－40)=64C ︒ 壳程煤油密度查物性表得31820m kg=ρ 壳程煤油比热查物性表得C kg kJ C P ︒⋅=1.21 壳程煤油导热系数查物性表得Cm w ︒⋅=13.01λ壳程煤油黏度s Pa ⋅⨯=-6110750μ壳程煤油普朗特数查物性表得Pr 1=1000×μ1×Cp 1／λ1=12.12.3传热量与柴油的出口温度及柴油的定性温度取定换热效率为98.0=η则设计传热量:()Wt t C G Q P 3.7317333600/100098.0)40120(1.21600036001000''1'1110=⨯⨯-⨯⨯=⨯⨯-⨯⨯=η冷却水流量: h K t t Cp Q G /g 89.21036100015-45174.43.7317333600)(22202=⨯⨯⨯=-⋅=）（‘” 2.4有效平均温度 ()()()()350154045120154045120'2''1''2'1'2''1''2'1ln ln t t t t ln t t t t t N =⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=∆= C ︒5.45 参数P ：286.010530151201545'2'1'2''2==--=--=P t t t t 参数R ：667.2154540120'2''2''1'1=--=--=t t t t R 换热器按单壳程四管程设计， 则查《管壳式换热器原理与设计》图 2-6（a ） 得：温差校正系数：75.0=Φ有效平均温差：C t t N m ︒=⨯=∆⨯Φ=∆13.345.4575.02.5管程换热系数计算 参考表2—7《管壳式换热器原理与计算》 初选传热系数：C m wK ︒⋅=2400则初选传热面积为： 200034.8913.342403.731733m t K Q F m =⨯=∆⨯= 选用5.225⨯Φ 不锈钢的无缝钢管作换热管。
则 管子外径m d 025.00=管子内径m d i 02.00025.02025.0=⨯-= 管子长度m l 3=则所需换热管根数：17.3793025.034.8900=⨯⨯=⨯⨯=ππl d F N t =380 可取换热管根数为400 根则管程流通面积为22220314.002.04440044m d N a i t =⨯⨯=⨯⨯=ππ（四管程） 管程流速为： s m a G 187.00314.036007.99589.2103636002222=⨯⨯=⨯⨯=ρω 管程质量流速为： s m kgW ⋅=⨯==22222.186187.07.995ρω 管程雷诺数为464610015.802.0187.07.995Re 4222=⨯⨯⨯=⨯⨯=-μωρi d 管程传热系数为： ()()()()..119002.0100187.030015.013605100015.0136052.08.02.08.0222=⨯⨯⨯+⨯=⨯+⨯=i d t ωα2.6结构的初步设计： 查GB151—1999知管间距按025.1d 取： 管束中心排管数为： 224001.11.1===t c N N 取 22根则壳体内径为： ()()772.0025.04122032.0410=⨯+-⨯=+-=d N S D c i 故内径为0.8m 则长径比为75.38.03==i D L （合理） 折流板由书可知可以选择弓形折流板。