管壳式换热器设计毕业设计简介

管壳式换热器设计毕业设计简介管壳式换热器设计（0.6MPa，250℃）过程装备与控制工程### ** 指导老师*****摘要列管式换热器在化工、石油等行业中广泛应用。

本设计是关于固定管板式换热器的设计，主要进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。

设计前半部分是工艺计算：主要有设计条件估算换热面积，从而进行选型、校核传热系数，计算出实际换热面积，最后压力降和壁温的计算。

设计后半部分是关于结构和强度的设计：主要是根据已经选定的换热器形式进行设备内个零件部件的设计，包括：材料选择、具体尺寸确定、具体位置确定、管板厚度计算、开孔补强、计算拉脱力、震动计算等等。

最后设计结果通过8张图纸表现出来。

关键词：管壳式换热器固定管板式换热器管板设计计算AbstractTube type heat exchanger is widely used in chemical industy petrochemical industy and so on.This design work is Tublar heat exchanger design calculation ,which include technology calculate of heat exchange ,the struclure and intensity of heat exchanger.The first part of design is the technology calculation process .Mainly ,the process of technology calculate is according to the given conditions to extimate the heat exchanger area,and then,select a suitable heat transfer area.The secondhalf of the design is about the structure and intensity of the degign,This part is just on the select type of heat exanger to design the heat ehchanger is components and part. T his part design mainly include,the choice of materials identify specifics size.identify specific location ,the thickeness calculate of tube sheet,the thickness .In the end,the finalresults through 8maps to display.Key word:shell-Tube heat ehchanger Tubular heat exchangers tube-sheet design calculation 一、前言在化工和石油化工厂中，传热既是最重要也是应用最多的过程。

在换热器中，应用最多的是管壳式（列管式）换热器，它是工业过程热量传递中应用最广泛的一种换热器。

虽然列管式换热器在结构紧凑型、传热强度和单位传热面积的金属消耗量方面无法与板式或板翅式等紧凑式换热器相比，但列管式换热器适用的操作温度与压力范围较大，制造成本低，清洗方便，处理量大，工作可靠，鉴于此，本设计为固定管板式换热器的设计。

二、管壳式换热器基本理论（一）工作原理管壳式换热器属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。

管程和壳程分别通过两不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。

（二）主要技术特性：一般，管壳式换热器与其它类型的换热器比较有以下主要技术特性：1、耐高温高压，坚固可靠耐用；2、制造应用历史悠久，制造工艺及操作维修检验技术成熟；3、选材广泛，适用范围大。

但在传热效能、紧凑性和金属消耗量方面不及板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器等高效能换热器先进。

（三）构成管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。

管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定换热器的热力性能。

另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板（或折流杆）。

管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。

（四）分类管壳式换热器按照应力补偿的方式不同，可以分为以下三个种类：1.固定管板式换热器固定管板式换热器是结构最为简单的管壳式换热器，传热管束两端管板是直接与壳体连成一体的。

固定管板式换热器的热应力补偿较小，不能适应温差较大的工作。

2.浮头式换热器浮头式换热器是管壳式换热器中使用最广泛的一种，应力消除原理是将传热管束一段的管板放开，任由其在一定的空间内浮动而消除热应力。

浮头式换热器的传热管束可以从壳体中抽出，清洗和维修都较为方便，但是由于结构复杂，因此浮头式换热器的价格较高。

3.U型管换热器U型管换热器的托盘传热管束是呈U形弯曲换热器，管束的两端固定在同一块管板的上下部位，再由管箱内的隔板将其分为进口和出口两个部分，而完全消除了热应力对管束高频淬火的影响。

U型管换热器的结构简单、应用方便，但很难拆卸和清洗。

三、设计参数设计参数介质过热蒸汽冷却水压力（绝）0.6MPa 0.8MPa入口温度（℃）250 60出口温度（℃）饱和蒸汽序号传热量×10-5（kj/h)水流量（kg/h）1 3.754 453202 8.761 1057733 13.77 1661864 18.77 2265985 23.77 2870106 28.78 3474227 33.79 4079388 36.29 438114四、设计过程及内容（一）热力学及流体力学计算根据所选的第六组设计数据计算（热流体过热蒸汽走管程，冷流体水走壳程），确定换热器的公称直径DN=500mm，实际排管数n=161根（包括4根拉杆），换热管长l=2.0m，规格为Φ25×2.5mm，实际换热面积A实=24.01m2，单管程，换热管排列方式为正三角形，管心距t=32mm，设有2块支撑板，管程和壳程阻力损失均在10kpa以内，满足设计要求。

（二）主要零部件的材料选择本设计在遵照选材的一般原则及规定、考虑工艺条件并借鉴实际经验的情况下，对主要零部件的材料进行了选取：壳程筒体、管箱筒体、封头、管箱法兰以及接管法兰均采用16MnR，接管、换热管、定距管选用20号钢，管板采用16Mn锻件、支撑板采用Q235-A，拉杆、螺栓、螺柱采用Q235-A，垫片选用石棉橡胶。

（三）结构设计根据GB151-1999的规定对管箱、壳程圆筒、管板、支撑板的结构尺寸进行设计，选定换热管、拉杆、定距管的结构和规格尺寸，确定管板与壳程圆筒、管箱圆筒和换热管与管板的连接形式，并对壳程圆筒和管箱上的接管位置、尺寸进行限定。

（四）强度计算根据GB150-1998的强度计算及校核要求对壳程筒体、管箱筒体的壁厚、开孔补强和水压试验进行计算；对封头的规格、厚度以及水压试验校核进行了计算；在考虑到开孔削弱的前提下对管板的厚度进行了计算；同时也对换热管与管板连接时的拉脱应力（强度焊加贴胀）进行了核算。

主要零部件厚度名称厚度壳体圆筒8管箱圆筒8封头8流体进出口接管 6管板40综合上述各项计算及相关规定，本次设计的固定管板式换热器所有参数如下：公称直径D0=500mm，壳程圆筒、管箱圆筒以及封头的名义厚度均取8mm，封头深度125mm；蒸汽进出口接管公称直径200mm，冷却水进出口接管公称直径200mm，壁厚均为6mm，排气孔和排液孔接管公称直径20mm，壁厚2.5mm；换热管长2000mm，外径25mm，壁厚2.5mm，支撑板厚6mm，拉杆直径16mm，定距管与换热管外径、壁厚相同；管板兼做法兰，厚度为34mm，管箱法兰选取板式平焊法兰，密封面类型选取突面密封；鞍座按JB/T4712.1-2007容器支座选取。

五、总结本次设计任务是管壳式换热器设计，从前期计算到其他零部件的选取，我们不再像以往一样依靠老师的教授，而更多的是通过自己查阅资料文献，以及大家交流讨论，最后确定方案进而得到设计成果。

在查阅过程中，我认识到往往生产实际情况是很复杂的而不像是理论上的环境因素那样简单，因此往往我们要考虑很多因素的综合作用，然后选择数据和公式进行计算。

其次是工程上的可行性是很重要的，就像对于相同条件，可能几种材料都符合生产要求，但是我们要考虑到设备的经济性，在满足要求的条件下，权衡利弊用最少的消耗获得最大的成果。

在这通过此次设计任务我们对工业设计有了初次的感性认识，对以后的工作实践有着很重要的作用。

参考文献[1].GB150-1998钢制压力容器[M].北京：中国标准出版社，1998[2].GB151-1999管壳式换热器[M].北京：中国标准出版社，1999[3].JB/T4712.1-4712.4-2007容器支座[M].北京：中华人民共和国国家发展和改革委员会，2007[4].W.瓦格纳，A.克鲁泽.水和蒸汽的性质[M].北京：科学出版社，2003[5].谭天恩，窦梅，周明华.化工原理[M].北京：化学工业出版社，2006[6].王志文，蔡仁良.化工容器设计[M].北京：化学工业出版社，2005[7].钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002。