11 管壳式换热器数据表
管壳式换热器的设计及计算
第一章换热器简介及发展趋势1.1 概述在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。
进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。
换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。
在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。
由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。
在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。
70年代的世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展，为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备[1]。
这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高[2]。
所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题，最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。
同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。
当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系[3]。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。
各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。
在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。
总之，为了适应工艺发展的需要，今后在强化传热过程和换热设备方面，还将继续探索新的途径。
换热器
3.3 换热器选择3.3.1 换热器的类型换热器种类很多，按热量交换原理和方式，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。
其中间壁式换热器按传热面的形状和结构可分为：管壳式、板式、管式、液膜式、板壳式与热管。
目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。
管壳式换热器又称列管式换热器，该类换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。
近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进其自身的发展。
在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。
列管式换热器可根据其结构特点，分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。
各类换热器特性如下表。
表3-1 各类换热器特性3.3.2 换热器选型原则换热器选型时需要考虑的因素很多，主要是流体的性质；压力、温度及允许压力降得范围；对清洗、维修的要求；材料价格；使用寿命等。
本项目选用目前应用最广泛的列管式换热器。
列管式换热器中常用的是固定管板式和浮头式两种。
一般要根据物流的性质、流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修清洗等要素决定选用列管换热器的型式。
从经济角度看，只要工艺条件允许，应该优先选用固定管板式换热器。
但遇到以下两种情况时，应选用浮头式换热器。
①壳壁与管壁的温差超过70℃；壁温相差50～70℃。
而壳程流体压力大于0.6MPa时，不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。
②壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。
综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计主要采用浮头式和固定管板式换热器。
3.3.3换热管规格选择①管子的外形：列管换热器的管子外形有光滑管和螺纹管两种。
一般按光滑管设计。
当壳程膜系数低，采取其他措施效果不显著时，可选用螺纹管，它能强化壳程的传热效果，减少结垢的影响。
②管子的排列方式：相同壳径时，采用正三角形排列要比正方形排列可多排布管子，使单位传热面积的金属耗量降低。
化工原理课程设计管壳式换热器的设计
西北大学化工学院列管式换热器的工艺设计说明书题目: 列管式换热器的工艺设计和选用课程名称: 化工原理课程设计专业: 化学工程与工艺班级: 09级学生姓名: 李哲学号: 2009115057指导教师: 吴峰设计起止时间：2012 年1月1日至2012 年 1月13日设计题目：列管式换热器的工艺设计和选用一、设计条件炼油厂用循环水将煤油油从230℃冷却到120℃。
柴油流量位28700kg/h；循环水初温为22℃，经换热后升温到46℃。
换热器的热损失可忽略。
管、壳程阻力压降不大于100kPa。
试设计能完成上述任务的列管式换换热器。
二、设计说明书的内容1、设计题目及原始数据；2、目录；3、设计方案的确定；4、工艺计算及主体设备设计；5、辅助设备的计算及选型；（主要设备尺寸、衡算结果等）；6、设计结果概要或设计结果汇总表；7、参考资料、参考文献；目录一．设计任务及设计条件 (3)二．设计方案 (3)1.换热器类型选择 (3)2.流程选择 (3)3.流向选择 (3)三．确定物性数据 (3)四．估算传热面积 (3)五．工艺结构尺寸计算 (3)1.管径及管内流速选择 (3)2.传热管数和传热管程数 (4)3.平均传热温差校正及壳程数 (5)4.传热管排列和分程方法 (5)5.壳体内径 (5)6.折流板 (5)7.其他主要附件 (6)8.接管 (6)9.壁厚的确定、封头 (7)六．换热器核算 (7)（一）.热流量核算 (7)1.壳程表面传热系数核算 (8)2.管程表面传热系数核算 (8)3.污垢热阻 (9)4.传热面裕度 (9)（二）传热管壁温及壳体壁温计算 (9)（三）阻力计算 (10)1.管程流体阻力计算 (10)2.壳程流体阻力计算 (10)七．换热器主要计算结果汇表 (11)八．主要符号说明 (11)九．换热器主要结构尺寸图和管子布置图 (12)十．参考文献 (15)一．设计任务及设计条件：用循环冷却水将流量为28700Kg/h 的煤油从230℃降至120℃，冷却水为清净河水，进口温度22℃，选定冷却水出口温度46℃，设计一台列管换热器完成冷却任务。
管壳式换热器数据表
容器类别
修改
Pa 度 类 m3
结构材料 浮头法兰 钩圈 浮头盖封头 螺栓/螺柱—壳体
—浮头 螺母 —壳体
—浮头 接管 —壳程
—管程 接管法兰 —壳程
—管程 补强圈 —壳程
—管程 复合层/衬里—壳程
—管程 —管板 —浮头盖封头
mm
垫片—壳程侧/外头盖 —浮头 —管程侧/管箱头盖
折流板/支持板 旁路挡板 定距管 拉杆/螺母 滑板 堰板 支座/支座垫板 防腐涂料—壳程侧
MPa (g) 总传热系数:－结垢状态
MPa (g) 热虹吸式重沸器 －从塔 m2. K/W 液位到底管板的静压头
m/s
釜式换热器的最小持液量
MPa (g) 总壳体台数:
℃ 串联/并联台数:
℃ 换热器总有效面积
MPa (g) 每台换热器有效面积
MPa (g) 换热面积余量
每台换热器操作介质重
修改
单位 kW/h
44
45
46
1
47
48
49
50
51
项目文件号
专业文件号
管壳式换热器数据表
LPEC 顾客要求
30-01/D3n
管程 水平 30°
结构参数 壳程
垂直
其它
60° 90° 45°
设计阶段
第
页共
页
管子形式: 光管 翅片管 mm 折流板形式: 单弓形 双弓形 mm 折流板切口方位: 横向 竖向
折流板切口尺寸: 折流板中心间距
oC W/m2.k W/m2.k
m 液柱 m３
m2 m2 % kg
壳程流体物性数据
气相
密度 比热
粘度 导热系数 密度
管壳式换热器数据表最终版
无损 检测
-射线(RT)(比例/级别) -超声(UT)(比例/级别) -其它(比例/级别)
热处理
壳程
管程
管子与管板连接型式
检验机构
批准机构 使用语言-图纸
-铭牌
结构图
说明书
附件要求
强度焊加贴胀
环首螺栓 带阳极牺牲保护板否？ 鞍座/支座 带重叠鞍座否？ 带鞍座滑板否？
管壳式换热器数据表
碳四预热器（E-4001） 开口数据表
档案号 10Q-W22-艺 1/E01（1） 设计阶段：详细设计 共 3页 第3页
编号
数量
开口名称
PN DN 伸出长度 (MPa) (mm) (mm)
法兰 结构型式
密封面 接管 型式 等级
备注
a
1 碳四烯烃入口 4.0 100
200 HG/T20592-2009B FM
气体入口/出口 潜热
壳程 1.0Mpa 蒸汽
385 /385 385/ 184.1 184.1 1.0/1.2 0.12/50 0.60/ 8737.6 0.00017 2.254/822
0.016/0.145
18 2.254/5.045
0.675/0.675
管程
单位
名称
醋酸
总热负荷
11998
kg/h 有效温差
325
2 76 1 19 2.0 3000 25 正三角形
mm
管子形式：
mm
折流板形式：
折流板切口方位：
折流板切口尺寸：
折流板中心间距
mm
第一块折流板间距
mm
折流板厚度
换热器
3.3 换热器选择3.3.1 换热器的类型换热器种类很多，按热量交换原理和方式，可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。
其中间壁式换热器按传热面的形状和结构可分为：管壳式、板式、管式、液膜式、板壳式与热管。
目前，在换热设备中，使用量最大的是管壳式换热器。
管壳式换热器又称列管式换热器，该类换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。
近年来，尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促进其自身的发展。
在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占主导地位。
列管式换热器可根据其结构特点，分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。
各类换热器特性如下表。
表3-1 各类换热器特性3.3.2 换热器选型原则换热器选型时需要考虑的因素很多，主要是流体的性质；压力、温度及允许压力降得范围；对清洗、维修的要求；材料价格；使用寿命等。
本项目选用目前应用最广泛的列管式换热器。
列管式换热器中常用的是固定管板式和浮头式两种。
一般要根据物流的性质、流量、腐蚀性、允许压降、操作温度与压力、结垢情况和检修清洗等要素决定选用列管换热器的型式。
从经济角度看，只要工艺条件允许，应该优先选用固定管板式换热器。
但遇到以下两种情况时，应选用浮头式换热器。
①壳壁与管壁的温差超过70℃；壁温相差50～70℃。
而壳程流体压力大于0.6MPa时，不宜采用有波形膨胀节的固定管板式换热器。
②壳程流体易结垢或腐蚀性强时不能采用固定管板式换热器。
综合考虑本次设计任务及制造、经济等个方面，本次设计主要采用浮头式和固定管板式换热器。
3.3.3换热管规格选择①管子的外形：列管换热器的管子外形有光滑管和螺纹管两种。
一般按光滑管设计。
当壳程膜系数低，采取其他措施效果不显著时，可选用螺纹管，它能强化壳程的传热效果，减少结垢的影响。
②管子的排列方式：相同壳径时，采用正三角形排列要比正方形排列可多排布管子，使单位传热面积的金属耗量降低。
换热器的工艺参数参考表
换热器的工艺参数参考表一.总传热系数表3-1 原油总传热系数参考表表 3-2 油品换热器的经验总传热系数参考表表3-3 加氢、重整和润滑油换热器的经验总传热系数参考值表3-4 馏分油油气冷凝器经验总传热系数参考值表 3-5 塔顶油气等冷凝器的总传热系数参考值管壳式换热器（1）用作冷凝器表3-6-1（2）用作加热器表3-6-2（3）用作换热器表3-6-3（4）用作蒸发器表3-6-4（5）用作冷凝器表3-6-5续表蛇管式换热器（1）用作冷凝器表3-7-1续表（2）用作加热器表3-7-2（3）用作换热器表3-7-3（4）用作蒸发器表3-7-4（5）用作冷凝器表3-7-5夹套式换热器（1）用作冷却器表3-8-1、（2）用作加热器表3-8-2（3）用作蒸发器表3-8-3续表套管式换热器（1）用作冷却器表3-9-1（2）用作加热器表3-9-2（3）用作热交换器表3-9-3（4）用作冷凝器表3-9-4空冷器（1）用作冷却器表3-10-1（2）用作冷凝器表3-10-2喷淋式换热器（1）用作冷凝器表3-11-1（2）用作冷却器表3-11-2螺旋板式换热器表3-12其他形式换热器表3-13续表二.结垢热阻表3-14 水结垢热阻参考数据表单位：（m2.K）／W表 3-15原油结垢热阻参考数据表单位：（m2.K）／W表3-16 工业物流结垢热阻参考数据表三.金属导热系数λ表3-17有色金属的导热系数λ表3-18 铝和铝合金导热系数W／(m.℃)表3-19 纯铜导热系数W／(m.℃)表3-20 铜合金导热系数W／(m.℃)表3-21 钛和钛合金导热系数W／(m.℃)GB151—1999 壁温计算F1 符号K ——以换热管外表面积为基准计算的总传热系数，W/（m 2·℃）； q ——热强度，W/m 2； γd ——污垢热阻，m 2·℃/W ；T m 、t m ——分别为热、冷流体的平均温度，℃； T i 、t o ——分别为热流体的进、出口温度，℃； t i 、t o ——分别为冷流体的进、出口温度，℃； t t ——管壁温度，℃； t s ——壳壁温度，℃；△t M ——流体的有效平均温差，℃；α——以换热管外表面积为基准计算的给热系数，W/（m 2·℃）。
管壳式换热器的主要技术参数
低温管壳式换热器的主要技术参数
作者：Qijian 73 更新时间：2009-11-23 16:49:04
低温管壳式换热器的主要技术参数,传热面积为60 m2。
换热器壳体规格为DN 600mm,材质为16MnDR;管子规格为Φ19×2.5,材质为16Mn(正火);管板材质为16MnDⅡ。
文献[1]附录A中对主要受压元件的要求为:壳体、封头、管板等钢板及换热管、接管用管材在正火状态下使用,并宜采用冷成形或回火温度以下的温成形,须避开钢材的回火脆性区。
若在回火温度以上热成形时,应根据需要进行与母材相同或相类同的热处理。
管壳式换热器是目前应用较广泛的一种换热器。
文献[1]附录A规定,设计温度低于或等于-20℃钢制管壳式换热器为低温管壳式换热器。
管板与管子、管板与壳体的连接是管壳式换热器质量控制的关键。
如果连接处发生泄漏,将导致两种工作介质混合,轻者损失热量与产品,重者将危及设备与人身安全。
本文以唐山化工机械有限公司设计制造的固定管板低温管壳式换热器为例,探讨受压元件连接方式及焊接工艺。
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设备数据表 管壳式换热器
编制 校核 审核 工程名称 工程号
设计项目 文件编号 设计阶段 版次 第 适用于 页 共 页
询价 由制造厂填写
订货 双方共同填写
位号 名称 工作用途 介质名称 工作压力（Mpa） 介质特性 介质入口/出口温度（℃） 冷媒/热媒介质
设备型号 数量 台
注：
由买方填写
生产厂家 介质流量（m3/h） 介质密度（kg/m3） 介质PH
TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 JB4730.2-2005体、封头、管板、换热管等 出口配对法兰及螺栓、螺母、垫片 阳极牺牲保护板 备注： 压力仪表 工艺计算书、强度计算书 2年备品备件（另附清单） 地脚螺栓及紧固件 鞍座、支座 随机备件（另附清单）
操作条件
轻腐蚀性
腐蚀性
磨蚀性 固体颗粒名称和含量(mg/L) 操作方式 冷媒/热媒出口温度（℃） 安装方式 环境温度 冬季/夏季 ℃ 立式 卧式 连续 间歇 小时/天
冷媒/热媒温度（℃）/压力（MPa） 安装位置 1室内 2露天 3顶棚
2
设备参数
计算传热面积（m ) 设计压力(Mpa) 冷媒/热媒消耗量 直径×/壁厚（mm） 外表面防腐 筒体/封头材质 壳 体 内表面防腐 壳程流速 腐蚀余量（mm) 设计压力（Mpa） 壳程数 管口 冷却水进口 冷却水出口 介质进口 介质出口 壳程压力表口 排净口 空载重量（kg)/运行荷载（kg） 工厂检查 GB151-1999《管壳式换热器》 JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》 JB/T4730.5-2005承压设备无损检测-渗透检测 / 水压试验 方位 公称尺寸 压力等级 法兰标准 管 板 及 折 流 板 换 热 管 选型换热面积（m2) 试压压力(Mpa) 保温及外边面防腐
结构参数
外径×壁厚(mm) 材质 数量(根） 管内流速（m/s） 长度/间距(mm) 管程数/单程管数 设计压力（MPa） 换热管型式 腐蚀余量 管板材质 折流板材质 紧固件材质 管子与管板连接形式 折流板厚度(mm) 管板总厚度mm
外型尺寸（LxWxH,mm)
试验和检验
性能试验 试验后拆卸与检查
设计.制造与检验的主要标准