最新bem600固定管板换热器设计
固定管板式换热器课程设计
固定管板式换热器课程设计一、引言二、设备要求1.热交换管数量：100根2.管子材料：碳钢3. 管子外径：25mm4. 管子壁厚：2mm5.管子长度：5m6.换热流体1进口温度：150℃7.换热流体1出口温度：100℃8. 换热流体1流量：1000kg/h9.换热流体2进口温度：30℃10.换热流体2出口温度：80℃11. 换热流体2流量：800kg/h12.换热系数：待定三、设计步骤1.确定工作条件和参数根据设备要求中给出的热交换管数量、管子材料、管子外径、管子壁厚、管子长度以及换热流体的温度和流量等参数，确定设计所需的工作条件。
2.计算管子的传热面积和传热剖面压力降根据管子的长度、外径和数量，计算出管子的传热面积和传热剖面压力降。
3.设计传热系数根据换热流体的性质和工作条件，设计传热系数，其中包括换热流体1和换热流体2的传热系数，以及总传热系数。
4.计算换热面积根据设计的传热系数和传热剖面压降，计算出换热面积。
5.设计壳体尺寸和壳体内径根据换热面积和管子的布置形式（例如，三角形布置），计算出壳体尺寸和壳体内径。
6.计算换热器的压力损失和动能损失根据壳体尺寸、壳体内径、管子的布置形式以及流体的流速，计算出换热器的压力损失和动能损失。
7.进行材料选择和强度计算根据流体的性质和工作条件，选择合适的材料，并进行强度计算，确保设备在工作过程中的安全可靠。
8.进行换热器的排列和尺寸优化根据设计步骤6和7中得到的结果，进行换热器的排列和尺寸优化，确保设备的紧凑性和高效性。
9.编写设计报告根据以上设计步骤的计算结果，编写设计报告，详细介绍设备的设计思路、参数选择和计算过程。
四、设计结果根据以上设计步骤，得到固定管板式换热器的设计结果，包括管子的传热面积、传热剖面压力降、传热系数、换热面积、壳体尺寸和壳体内径、压力损失和动能损失等。
五、结论通过本次课程设计，深入了解了固定管板式换热器的工作原理和设计方法，同时培养了实际工程设计和计算能力。
固定管板换热器设计
固定管板换热器设计固定管板换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、化肥、电力、食品等行业中的热交换过程。
它通过管板将热交换管束固定在一个壳体内，流体在管束内外交换热量。
本文将对固定管板换热器的设计原理、结构组成、换热计算及局限性进行详细阐述。
固定管板换热器的设计原理是根据热传导原理，通过壳体和管束之间的热传导来实现热量的传递。
在换热过程中，冷热流体通过壳体中的进出口进入管束中进行换热。
管束由多个平行排列的换热管组成，通过固定管板将其固定在壳体内。
冷流体在进入管束的同时，与热流体发生换热，通过管壁将热量传递给冷流体，从而实现冷却或加热的目的。
固定管板换热器的结构组成主要包括壳体、管束、管板、支撑件和密封件等部分。
壳体是固定管板换热器的外部壳体，起到支撑和保护管束的作用。
管束由换热管组成，是热量传递的关键部分。
管板则起到将管束固定在壳体内部的作用，通过与壳体的密封配合，使热量只能通过管壁传递，保证换热效率。
支撑件用于支撑管束和固定管板的位置，确保换热器的结构稳定。
密封件则用于保证换热器的密封性，防止流体泄漏。
在固定管板换热器的设计中，换热计算是一个重要的环节。
换热器的换热面积、传热系数和温度差是换热计算的关键参数。
通过计算热负荷、流体的温度和流量等参数，可以确定换热器的换热面积和传热系数。
换热面积的大小决定了换热效率的高低，传热系数则与流体的流动性质、流速以及管束的结构有关。
在换热计算中还要考虑流体的压降和流速的限制，以确保换热器的正常运行。
固定管板换热器虽然具有许多优点，如结构简单、操作方便、容易清洗等，但它也存在一些局限性。
首先，固定管板换热器的传热系数相对较低，性能不如其他类型的换热器，如壳管式换热器。
其次，管束在壳体内无法进行维护和更换，一旦出现故障需要更换管束时，将需要拆卸整个换热器，造成一定的维护困难。
总之，固定管板换热器是一种常见的换热设备，在工业生产中有着广泛的应用。
它通过壳体和管束之间的热传导，实现热量的传递，达到冷却或加热的效果。
2024版固定管板式换热器设计讲课教案
热工计算基本原理
热平衡原理
基于能量守恒定律，分析换热器 内热量传递和平衡关系。
传热方程式
应用传热学基本原理，建立换热器 传热过程的数学表达式。
换热效率计算
根据传热方程式和实际工况，计算 换热器的换热效率。
传热过程分析
传热方式
分析导热、对流和辐射等传热方 式在换热器中的作用。
流体流动状态
研究流体在换热器内的流动状态 对传热过程的影响。
紧凑化
减小设备体积，提高单位体积传热面积，以 适应现代工业对设备紧凑化的要求。
耐高温、高压
随着工艺条件的不断提高，对换热器耐高温、 高压性能的要求也越来越高。
环保化
采用环保材料和制造工艺，降低对环境的影 响。
未来研究方向探讨
强化传热技术的研究
开发新型强化传热技术，提高传热效率。
智能化设计与制造技术
温度分布与热阻
分析换热器内温度分布和热阻对 传热效果的影响。
传热强化措施
增大传热面积
通过增加翅片、波纹板等方式，增大有效传 热面积。
采用高效传热材料
选用导热性能好的材料，提高换热器的传热 效率。
提高流体流速
优化流体通道设计，提高流体在换热器内的 流速。
加强流体扰动
通过增设扰流元件，加强流体在换热器内的 扰动，提高传热效果。
换热器分类
根据结构形式，换热器可 分为管式、板式、翅片式 等多种类型。
换热器应用领域
广泛应用于石油、化工、 电力、冶金等工业领域。
固定管板式换热器特点
结构特点
由管板、换热管、壳体、 封头等部分组成，管板与 换热管采用焊接或胀接方 式连接。
优点
结构简单、紧凑、造价低； 适用于高温、高压及大流 量场合；易于清洗和维护。
固定管板式换热器结构设计
固定管板式换热器结构设计
壳体是固定管板式换热器的外壳，通常由碳钢、不锈钢等材料制成，其主要作用是承受内部介质的压力，并保证换热器的密封性。
壳体通常有多个进口和出口，以便实现流体的进出。
管束是固定管板式换热器的换热核心部分，它由多根管子组成，通常由不锈钢、钛合金等材料制成。
管束的形式有多种，包括平行流、逆流等形式，根据具体的换热要求选择合适的管束形式。
管板是固定管板式换热器中的关键部件，它位于壳体内部，起到支撑管束的作用，并提供流体的分流和分散。
管板通常由金属材料制成，具有一定的厚度和强度，以承受流体压力和温度差。
管板上有许多孔眼，以使流体能够进入和退出管束，同时也可以通过改变孔眼的布置方式实现不同的流体分级交换。
密封件是固定管板式换热器中的重要部件，用于保证换热器的密封性能。
常见的密封件材料有橡胶、聚四氟乙烯等。
密封件主要用于管束和管板之间、管板与壳体之间的密封，以防止流体泄漏和混合。
在固定管板式换热器的结构设计中，需要考虑以下几个方面：
1.强度设计：壳体、管束和管板等组成部分都需要进行强度计算和设计，以保证换热器在工作过程中不会发生结构破坏和泄漏现象。
2.流体分流和分散：管板的设计需要考虑到流体的分流和分散效果，以最大程度地提高换热效率。
3.清洁性和维护性：在设计中应考虑到换热器的清洁性和维护性，以方便清洁和维修工作。
4.紧固件选择：在固定管板式换热器的设计中，需要选择合适的紧固件，以保证换热器的整体结构紧固可靠。
综上所述，固定管板式换热器的结构设计是一个复杂的工程，需要综合考虑多个因素。
合理的结构设计可以提高换热器的换热性能，保证工作的安全可靠。
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。
固定管板式换热器整体结构设计
2 固定管板式换热器整体结构设计2.1换热器类型的选择两流体温度变化情况：热流体进口温度140℃，出口温度40℃；冷流体（循环水）进口温度30℃，出口温度40℃。
该换热器用循环水冷却，冬季操作时进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁和壳体壁温之差较大，因此初步选定带膨胀节的固定管板式换热器。
2.2 换热器内流体流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，油品走壳程。
选用的碳钢管5.225⨯Φ，管内流速取sm i 5.0=μ。
2.2.1冷热流体物性数据的确定定性温度：可取流体进口温度的平均值。
壳程油的定性温度为： 90240140=+=T ℃管程流体的定性温度为： 3524030=+=T ℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。
油在90℃下的有关物性数据如下： 密度 8250=ρ㎏/m 3定压比热容 KJ c p 22.20=/（㎏·℃） 导热系数 /140.00W =λ（m ·℃） 粘度 s Pa i ∙=000715.0μ 循环冷却水在35℃下的物性数据如下： 密度 9940=ρ㎏/m 3定压比热容 KJ c p 08.40=/（㎏·℃） 导热系数 W 626.00=λ/（m ·℃） 粘度 s Pa i ∙=000725.0μ2.2.2总传热系数的计算（1）热流量)(7.3661032.1)40140(22.2600060000kW kJ t c m Q p =⨯=-⨯⨯== （2）平均传热温度 39304040140ln)3040()40140(ln '2121=-----=∆∆∆-∆=∆t t t t t ℃（3）冷却水用量 32353)3040(08.413200000=-⨯=∆=ipi i t c Q ω（kg/h ）（4）总传热系数K 管程传热系数： 03670000725.09945.002.0Re =⨯⨯==iii i u u d ρ4.08.0)()(023.0iip iii i ii i u c u u d d λρλα=4.08.0)626.06175.208.4()13670(020.0626.0023.0⨯==2731W/（m 2·℃） 壳程传热系数：假设壳程的传热系数2900=αW/（m 2·℃）污垢热阻W C m R si /000344.02∙= WC m R so /000344.02∙=管壁的导热系数)/(45C m W ︒⋅=λ；)/(5.2192901000172.00225.045025.00025.0020.0025.0000344.0020.02731025.01112C m W R d bd d d R d d K s iisiii⋅=++⨯⨯+⨯+⨯=++++=αλα2.3传热面积的计算)(8.42395.219107.36623m t K Q S m=⨯⨯=∆='考虑15%的面积裕度)(2.498.4215.115.12m S S =⨯='⨯=。
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。
固定管板换热器设计
固定管板换热器设计固定管板换热器由管束、壳体和管板组成。
管束通常由多条平行的管子组成，管子之间通过管孔与管板相连。
壳体包裹着管束，形成一个密闭的空间，通过进出口和出口与管道相连。
管板位于管束的两端，将壳体分成两个室内，分别为热介质的进出口。
在固定管板换热器的设计中，需要考虑以下几个关键因素。
首先是换热器的热量传递效率。
热量传递效率是指热量在单位时间内在换热器内的传递程度，通常用热传导系数表示。
要提高热传导系数，可以采用增加管子的数量、增加管子的长度、增加管子的表面积等方法。
其次是固定管板的材料选择。
固定管板可以使用不锈钢、铝合金、铜合金等材料制成。
选择合适的材料需要考虑热传导性能、耐腐蚀性能、强度等因素。
另外，还要考虑管板与管子之间的密封性，确保热介质能够在管内流动，而不会泄漏到外部环境。
第三是管子的布局和尺寸。
管子的布局和尺寸直接影响到换热器的热传导效率和压降。
通常情况下，管子的布局为平行排列，管子之间的距离一般保持在一定范围内。
管子的尺寸可以通过计算得到，需要根据工艺条件、热传导系数和流体性质等因素进行选择。
此外，还需要考虑固定管板换热器的清洗和维护。
换热器在使用一段时间后，管子内壁会有许多附着物，需要进行清洗。
为了方便清洗，可以在管板上设置洗涤孔，通过注入清洗液体进行清洗。
在固定管板换热器的设计中，还需要考虑结构的紧凑性和可靠性。
结构的紧凑性可以通过合理设计管板的形状和布局来实现，从而减小换热器的体积。
可靠性可以通过选择耐腐蚀的材料、合理设计管道的连接和密封等方式来确保。
总之，固定管板换热器的设计需要综合考虑热传导效率、材料选择、管子布局和尺寸、清洗和维护以及结构的紧凑性和可靠性等多个因素。
只有在注意这些关键因素的前提下进行设计，才能保证换热器的性能和使用寿命。
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五、结构部件的选择
• 防冲板
为了防止壳程物料进口处流体对换热管表 面积的直接冲刷，应在壳程进口管处设置防冲
板。
防冲板的固定形式为：用U型螺栓固定在换
热管上。
厚度为6mm。
五、结构部件的选择
6.法兰的选择 容器法兰选用甲型平焊法兰
公称压力为1.0MPa。
五、结构部件的选择
名义厚度取6mm
四、强度计算和结构设计
• 管板兼做法兰
2.管板厚度的计算
鉴于本设备压力较低，介质为 水，主要采用Q345R材料。
管板计算厚度 0.75d=14.25mm
结构开槽深度5mm 分程隔板槽深度4mm,最后圆整钢 板规格50mm
管板布管区周边的剪 切应力
壳程圆筒轴向应力
许用应力
壳体法兰应力
选取管箱、筒体和封头的材料均为Q345R板材，确定了 筒体的厚度为6mm；接管、换热管的材料均选用Q345R，接 管采用无缝钢管制造；管板材料选用Q345R锻件，计算所 得名义厚度为50mm；折流板和分程隔板也选用Q345R板材 ；折流板厚度为6mm，分程隔板厚度为10mm。
谢谢各位老师！
固定管板式列管换热器
接管法兰选用带颈平焊法兰
公称压力为1.0MPa。
五、总结
首先根据工业生产的要求设计符合要求的换热器，
工艺计算初选了换热器规格，确定的换热器壳径600mm、 管子数362、公称压力1.0MPa、管子尺寸为Φ19×2、管长 4500mm、单壳程双管程；进行了管壳程压降的核算，管程 压降31.1KPa，壳程压降45.5KPa，均符合不大于50KPa的 要求；计算得到的传热系数Ko=1291W/m2·K，传热安全系 数为21.3%，满足工艺要求。
固定管板换热器管板兼做法兰，选用C型。
五、结构部件的选择
1.接管的选择及开孔补强
接管内径为150mm，进行开孔补强计算，计算知不需要进 行补强。
• 2.拉杆与定距管
拉杆定距管结构，此结构适用于换热管外径d≥19mm的管 束，4根拉杆。
五、结构部件的选择
3.折流板
设置折流板的主要目的是为了增加壳程流体的流速，提高壳 程的传热膜系数，从而达到提高总传热系数的目的。同时， 设置折流板对于卧式换热器的换热管具有一定得支撑作用，当换
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固定管板式列管换热器
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四、强度计算和结构设计
管程 筒体计算厚度：
强度 计算
2 P t c D P c 2 1 0 .8 8 0 .8 6 8 9 0 5 0 .8 0 8 1 .6 m 5m
名义厚度取6mm
壳程 封头计算厚度：
2 tP c D 0 .5 P c 2 1 0 . 8 0 8 .8 6 9 8 0 5 .5 0 0 .8 0 1 8 .6 m 5m
bem600固定管板换热器设计
一.固定管板式换热器
• 1、固定管板式换热器的结构特点
此种换热器的特点是管束以焊接或胀接在两 块管板上，管板分别焊接在外壳的两端并在其上 连接有顶盖，顶盖和壳体上装有流体进出口接管 。
(Pa)P 12 G i2i ldN i Pfii
换热管与管板拉脱应力 固定管板式列管换热 器
管子应力 12
四、强度计算和结构设计
4.换热管与管板的连接
本换热器设计压力小于4MPa，且设计温度小于300℃， 操作中无剧烈的振动，无过大的温度变化及无明显的应力
腐蚀，故管板与换热管可采用强度胀接。
四、强度计算和结构设计
• 5.管板与壳体、管箱的连接方式
P2
Gi2
22
4NP
P i ( P 1 P 2 ) F i ( 13 70 ) 7 1 . 5 1 2 3 0 7 1 . 51
壳程压降(Pa)
P(21u 1 1)2Di(N dB 0 1)f0 0 p
97.8 10.57 20.6(131)0.30 31.73
2
0.017 1.03
22
结束语
谢谢大家聆听！！！
23
热管过长，而管子承受的压应力过大时，在满足换热器壳程允许压降
的情况下，增加折流板的数量，减小折流板间距，对于焊接换热管 的手里状况和防止流体流动诱发震动有一定的作用。而且， 设置折流板也有利于换热管的安装。
五、结构部件的选择
• 4.鞍座
鞍座选取DN600mm、重形、120度包角、焊制、双筋 、带垫板鞍座，鞍座和垫板材料均选用Q345R板材。