管壳式换热器设计论文
U型管式换热器的设计论文
摘要换热器是重要的化工单元操作设备之一。
其中管壳式换热器在化工生产中应用最为广泛。
根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式和釜式再沸器五类。
近年来，尽管受到其它新型换热器的挑战，但管壳式换热器仍占主导地位。
本文主要讨论U型管式换热器的设计。
U型管式换热器是将换热管弯成U型，管子两端固定在同一块管板上。
由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。
因U型管式换热器仅有一块管板，结构较简单，而且管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗困难，管内介质必须清洁且不易结垢。
U型管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。
它具有结构简单紧凑、密封性能好、金属耗量小、造价低、热补偿性能好及承压能力强。
本文第一部分对设计方案进行论证，第二部分对U型管式换热器进行工艺设计计算，主要是传热系数、传热面积、压强降的计算。
第三部分是结构设计、强度计算及其校核。
本次设计采用Auto CAD软件绘制工程图。
图纸符合机械制图国家标准，结构合理。
设计计算结果比较准确，与实际运行设备参数基本相符。
关键词：换热器；传热系数；U型管；工艺设计AbstractHeat exchanger is one of the most important chemical unit operation equipments, among which shell and tube heat exchanger is used most widely in chemical engineering production. According to the structure characteristic of the shell and tube exchanger, heat exchanger can be divided into fixed tube-sheet, floating head-style, U-tube, the function and kettle-reboiler. Recently, although it has been challenged by other new type exchangers, the shell and tube heat exchanger still take unirreplacable role.This thesis is mainly about the design of U-tube exchanger. U-tube exchanger is made by exchanger which is bent into U-shaped, and both end of the tubes fix in the same piece of board. Exchanger can be stretched out and drawn back freely, so shell and tube have no pressure on the temperature difference. It is easy to clean the outside of the shell because the structure of the U-tube is simple with only one tube, and the tube can be pulled out from the shell. But the inside of the tube is difficult to clean for we have to keep the media clean and hard to be dirty. U-tube exchanger is usually used in the circumstance under high temperature and high voltage, especially when the difference in temperature of metal wall between shell and tube is apparent. It also has the feature that simple and compact structure, well sealed, low consumption of the mental, low price,heat and pressure compensation for good performance and strong pressure capacity.The first part of this thesis is to give the demonstration to the design. The second part is to compute the U-tube exchanger from the perspective of process design, mainly including the calculation of heat transfer coefficient, heat transfer area and pressure drop. The third part consists of the structure design, strength calculation and checking. This design makes full use of the Auto CAD to draw the engineering plat. The blueprint is correspond to the mechanical drawing of the national standards, which has reasonable structure. The result of the design calculation is basically correct and tally with the practical parameters of the operation of equipment.Key Word: Heat exchanger；Heat transfer coefficient；U-tube,；Process design.目录1绪论 (1)1.1换热器的概述 (1)1.2管壳式换热器的分类及其特点 (1)1.3U型管式换热器的结构及优点 (2)1.4机械设计的基本要求与内容 (3)1.5换热器发展趋势 (3)2设计方案的论证及选择 (5)2.1工艺简介 (5)2.2操作条件 (5)2.3设计方案的论证及选择 (5)3工艺设计计算 (9)3.1换热面积的计算 (9)3.1.1计算热负荷和流量 (9)3.1.2计算两流体的平均温度差 (10)3.1.3换热面积的计算 (10)3.2核算压强降 (13)3.2.1管程压强降 (13)3.2.2壳程压强降 (13)3.3核算总传热系数 (15)4机械设计计算 (18)4.1换热器壳体壁厚的计算 (18)4.1.1壳体壁厚的设计计算 (18)4.1.2管箱壁厚的设计计算 (19)4.2封头的计算 (20)4.3管箱接管壁厚计算 (23)4.3.1接管名义壁厚计算 (23)4.3.2接管有效壁厚 (24)4.3.3接管最小壁厚 (24)4.4壳程接管壁厚计算 (24)4.4.1接管名义壁厚 (24)4.4.2接管有效壁厚 (25)4.4.3接管最小壁厚 (25)4.5管子拉脱力计算 (26)4.5.1在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力 (26)4.5.2在温差作用下，管子每平方米胀接周边所产生的力 (26)4.6容器法兰的设计与校核 (27)4.6.1壳体法兰的选择 (27)4.6.2法兰强度的校核 (28)4.6.3法兰应力校核 (32)4.7螺栓设计 (32)4.7.1垫片的选用 (32)4.7.2螺栓的设计 (34)4.8开孔补强 (35)4.8.1补强结构 (35)4.8.2补强计算 (36)4.9管板设计 (37)4.9.1符号说明 (37)4.9.2设计计算和校核 (39)4.10支座设计 (40)4.10.1鞍座的设计计算 (40)4.10.2鞍座内力分析 (42)4.10.3圆筒应力计算与校核 (44)4.11爆破片的设计 (49)4.11.1爆破片的类型 (49)4.11.2爆破片的设计计算 (50)5结构设计 (52)5.1折流板设计 (52)5.1.1折流板结构设计 (52)5.1.2折流板缺口高度 (52)5.1.3折流板间距 (52)5.2拉杆的设计 (53)5.3防冲板的设计 (55)5.4挡管的设计 (55)5.5工艺接管设计 (55)5.6容器法兰的结构尺寸设计 (56)5.7焊接结构 (56)5.7.1焊接要求 (56)5.7.2主要焊接区结构 (57)6加工制造要求 (59)6.1制造技术要求 (59)6.2加工制造 (60)6.2.1容器筒体部分的制造 (60)6.2.2滚圆工艺 (60)6.2.3设备的组对装配 (61)6.2.4组对的基本工序及工具 (62)6.2.5换热器内部管件组对 (63)参考文献 (64)致谢 (65)附录 (66)1绪论1.1换热器的概述换热器是实现两种或两种以上温度不同的流体相互换热的设备。
管壳式换热器毕业设计
管壳式换热器毕业设计管壳式换热器毕业设计换热器是工业生产中常用的设备，用于传递热量。
而管壳式换热器是其中一种常见的类型。
在我的毕业设计中，我选择了管壳式换热器作为研究对象，旨在通过对其结构和性能的优化，提高换热效率，实现更节能环保的工业生产。
首先，我将对管壳式换热器的结构进行研究。
管壳式换热器由壳体、管束、管板等组成。
壳体是换热器的外壳，起到支撑和保护作用。
管束则是热交换的核心部件，由许多平行布置的管子组成。
管板则用于固定管束和壳体之间的密封。
通过对这些组成部分的研究，我将探索如何改进其结构，提高换热器的稳定性和耐用性。
其次，我将对管壳式换热器的换热性能进行分析。
换热性能是衡量换热器优劣的关键指标之一。
在我的设计中，我将通过数值模拟和实验验证的方法，研究不同工况下换热器的传热效率、压降和热损失等参数。
通过这些数据的分析，我将找出影响换热性能的关键因素，并提出相应的改进方案。
除了结构和性能的研究，我还将关注管壳式换热器的节能环保性。
在当今社会，环保已成为一个重要的议题。
因此，在我的设计中，我将探索如何通过改进换热器的设计和材料选择，减少能源消耗和环境污染。
例如，我将考虑使用高效换热材料和优化流体动力学设计，以提高换热器的能效和减少对外部环境的影响。
此外，我还将考虑管壳式换热器在不同应用领域中的适用性。
换热器广泛应用于化工、电力、石油等行业，而不同行业对换热器的要求也有所不同。
在我的设计中，我将研究不同行业对换热器的需求，并提出相应的设计方案。
例如，在化工行业中，换热器需要具有耐腐蚀性能；在电力行业中，换热器需要具有高温高压的稳定性。
通过针对不同行业的需求进行设计，我将使我的毕业设计更加实用和有针对性。
最后，我将通过实际制作和测试，验证我的设计方案的可行性和有效性。
通过对制造过程和测试数据的分析，我将进一步改进和优化我的设计，以实现更好的换热效果和节能环保效果。
总之，我的毕业设计将围绕管壳式换热器展开研究。
毕业设计毕业论文管壳式换热器
毕业设计毕业论文管壳式换热器管壳式换热器是一种常用的传热设备，广泛应用于化工、电力、石油、制药等行业中。
它的主要作用是通过壳程和管程之间的传热来实现不同介质之间的热量交换。
本文将介绍管壳式换热器的工作原理、优点和应用领域，并讨论其改进和发展的方向。
管壳式换热器的工作原理主要是通过流体在壳程和管程中的流动来实现热量的传递。
在管壳式换热器中，热量从热源通过内管道传递给壳程，再通过壳程传递给冷却介质，从而实现热量的交换。
管壳式换热器具有换热效率高、结构紧凑、操作灵活等优点，并且能够适应不同的工作条件。
除此之外，它还具有清洗方便、可靠性高等优点，受到广大工程技术人员的青睐。
管壳式换热器在许多领域中都有广泛的应用。
例如，在化工行业中，它被用来处理高温高压的化学介质，实现热量交换和回收；在电力行业中，它被用来冷却发电设备中的循环水；在制药行业中，它被用来进行药物生产过程中的热量交换。
除了上述行业，管壳式换热器还被广泛应用于制冷、空调、食品加工等行业中。
尽管管壳式换热器具有许多优点，但也存在一些问题需要解决。
例如，其传热效率有待进一步提高，特别是在处理高粘度介质时。
此外，由于设计和制造的复杂性，管壳式换热器的成本较高。
因此，改进和发展管壳式换热器的工艺和技术是当前的研究热点之一改进和发展管壳式换热器的方向有多个。
首先，可以采用新材料来提高传热效率。
例如，可以使用高导热性材料来制造管壳式换热器，从而提高其传热效率。
其次，可以改进管壳式换热器的结构设计，以减小流体的阻力和压降，从而提高其传热效率。
此外，还可以采用换热表面增强技术，例如使用换热增强剂来增加传热表面积，提高换热效率。
最后，可以结合智能化技术来改进管壳式换热器的操作控制系统，实现自动化运行和故障诊断，提高换热器的可靠性和安全性。
总之，管壳式换热器是一种重要的传热设备，具有广泛的应用前景。
它的工作原理简单，运行稳定可靠，并且能够适应多种工况。
然而，为了进一步提高传热效率和降低成本，需要不断改进和发展其工艺和技术。
管壳式换热器的设计论文设计
成绩化工原理课程设计设计说明书设计题目：管壳式换热器的设计化工原理课程设计任务书一、设计任务及操作条件某生产过程中，需用循环冷却水将有机料液从102℃冷却至40℃。
已知有机料液的流量为（2.5－0.01×18）×104=23200kg/h，循环冷却水入口温度为30℃，出口温度为40℃，并要求管程压降与壳程压降均不大于60kPa，试设计一台列管换热器，完成该生产任务。
已知:定性温度下流体物性数据有机化合液986 0.54*10-3 4.19 0.662水994 0.728*10-4.174 0.6263注：若采用错流或折流流程，其平均传热温度差校正系数应大于0.8二、确定设计方案1.选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度102℃，出口温度40℃；冷流体进口温度30℃，出口温40℃，管程压降与壳程压降均不大于60kPa，壳程压降不高，因此初步确定选用固定板式换热器。
2.管程安排由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，有机化合液走壳程。
三、确定物性数据定性温度：对于一般气体和水等低粘度立体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
故壳程的有机化合液的定性温度为T ℃71240102=+=管程流体的定性温度为 t=℃3523040=+根据定性温度分别查取壳程流体和管程流体的有关物性数据。
有机化合液的有关物性数据如下： 密度 3/986m kg =ρ 粘度=μ0.54*10-3 Pa ·s比热容 1Cp =4.19 kJ/（kg ·℃） 导热系数 λ=0.662 W/（m ·℃） 循环水的有关物性数据如下： 密度 3kg/m 994 =ρ粘度=μ0.728*10-3 Pa ·s比热容 2Cp =4.174 kJ/（kg ·℃） 导热系数 λ=0.626 W/（m ·℃）四、估算传热面积 1、热流量Q 1=111t c m p ∆=23200×4.19×(102-40)=6.03×106kj/h =1675.00kw2、平均传热温差先按照纯逆流计算，得℃5.28304040102ln 304040102=-----=∆）（）（）（）（m t3、传热面积由于有机化合液的粘度为=μ0.54*10-3 Pa ·s ，假定总传热系数K=300W/（2m .℃），则传热面积为A=21195.915.283001675000m t K Q m =⨯=∆ 4、冷却水用水量m =ipi t c Q ∆1=4468kg/h 14/ 0.1341010174.416750003==⨯⨯s kg 五、工艺结构尺寸1、管径和管流速 选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管流速1u =1.5m/s 。
管壳式换热器工程设计论文.
管壳式换热器工程设计论文2019-11-191管壳式换热器的工作原理在工业生产中广泛运用到管壳式换热器，管壳式换热器是由圆筒形的壳体、传热管束、管板、折流板和管箱等组成的。
其中，壳体内部装有两端固定在管板上的管束。
冷热两种流体用来换热，在管内流动的是管程流体，在管外流动的是壳程流体。
在壳体内通常安装一些挡板，以使管外流体的传热分系数增大。
挡板可使壳程流体速度提高，从而使流体湍流程度增强，流体能够按规定路程多次横向通过管束。
在管板上，换热管的排列可以按照等边三角形或正方形。
排列为等边三角形显得紧凑，使得管外流体湍流程度增强，提高传热分系数；排列为正方形则清洗管外方便，对于易结垢的流体非常适用。
2管壳式换热器工艺设计管壳式换热器工艺设计应该符合特定的工艺条件，比如要具有安全可靠的结构，制造、安装、操作和维修方便，经济成本低，设计技术具有科学性等。
理想的管壳式换热器可以是两端管板分别与壳体固定和在壳体内自由浮动，壳体和管束的膨胀自由，从而在两种介质间存在较大的温差的情况下，不会在管束和壳体之间产生温差应力。
把浮头端设计成可拆结构，可以使管束插入或抽出壳体容易。
也可以把浮头端设计成不可拆的。
3管壳式换热器的工艺设计方法管壳式换热器的工艺设计主要是针对传热设计和压降设计这两个方面，管壳式换热器的工艺设计方法主要包括下面几个。
3.1Colburn-Donohue方法管壳式换热器的壳侧的传热和流动过程是非常复杂的，尤其是壳侧的传热和压降设计计算非常重要，一些设计原理就是通过壳侧传热和压降计算方法的确定而建立的。
1933年，以理想管排数据为基础的壳侧传热系数计算关联式由Colburn首先提出。
而带有折流板的管壳式换热器中存在漏流和旁流,采用Sieder-Tate关联式计算进行设计更为方便。
因为管壳式换热器中同时发生流体的传热与流动阻力，它们是相互制约的，所以，在设计计算中应将流体的传热与流动阻力作为一个整体考虑。
管壳式换热器的高效设计
管壳式换热器的高效设计现在换热器的设计可以由复杂的计算机软件完成。
然而，只有对换热器设计设计原则有一个很好的理解，你才能高效的使用这些计算机软件。
本篇论文讲述了换热器的设计基础，内容包括以下主题：管壳式换热器的零部件；管壳式换热器根据结构和应用的分类；换热设计所需要的数据；管程设计；壳程设计，包括管子布局，管程阻力和壳程压降；平均温差。
管程和壳程的基本换热方程式和压降方程式已被大家熟知，我们的重点在应用这些统计的数据对换热器进行优化设计。
接下的关于换热器设计的先进主题，例如管程和壳程的液体流动配置，多壳程的使用，超安全标准的设计，和污垢处理，会在接下的期刊涉及。
管壳式换热器零组件对于一个设计者来说，了解管壳式换热器的特征以及这些会怎么影响换热器的设计是必要的。
主要的零部件有：·壳体·封头·换热管·管箱·管箱盖·管板·折流板·法兰其他零部件包括拉杆，隔板，分程隔板，纵向挡板，密封圈，支座。
管式换热器制造标准详细的描述了这些零部件。
管壳式换热器分为三部分：前端部分，壳体，后端部分。
图1阐明了美国管式换热器制造商协会对各种结构的命名。
换热器由3个缩写字母来分类描述，例如：BFL型换热器有一个阀盖端盖，双壳程带纵向隔板，和一个固定管板封头。
图1美国管式换热器制造商协会为管壳式换热器定义的标准名称按结构分类固定管板式。
固定管板式换热器（图2）的管子是两头被焊接固定在壳体上的。
有可移动的管箱盖，椭圆形管箱封头，或者整体的折流板。
固定管板式主要的优点是建构简单，制造成本低。
实际上固定管板是最便宜的一种管板形势，只要是管板上没有附属物。
其他的优势包括管子拆下后便于机械化清洗；壳程没有使用法兰以致泄露几乎没有。
这个设计的缺点是由于管束是固定在壳体上的，所以管子的外端没法用机械的方法进行清理。
也因此，对壳体的清洁是有限的。
然而，如果一种令人满意的清洁化学制剂能被发明使用，固定管板式结构在清洁壳体时会容易。
开题报告-模板管壳式换热器-论文
开题报告-模板管壳式换热器-论文一、选题背景和意义模板管壳式换热器是一种常用的热传递设备，广泛应用于化工、电力、制药等工业领域。
其通过壳程与管程之间的热交换，实现工作介质的升温、降温或加热，发挥着重要的作用。
然而，在实际应用过程中，热能传递效率低下、设备堵塞等问题常常存在。
因此，对模板管壳式换热器的研究和优化具有重要的现实意义。
二、文献综述目前，关于模板管壳式换热器的研究主要集中在两个方面：换热器结构设计和换热性能优化。
在结构设计方面，研究者通过改变换热器的管道排列和流动方式，以提高热交换效率。
在换热性能优化方面，研究者主要从流体运动的角度出发，优化流体的流动路径和流动速度分布，以提高换热能力。
三、研究目标和内容本文的研究目标是针对模板管壳式换热器存在的问题，通过改进换热器的结构设计和优化换热性能，提高其热传递效率。
具体的研究内容包括：1.分析现有模板管壳式换热器的结构特点和工作原理，总结其存在的问题和改进的方向；2.改进模板管壳式换热器的结构设计，优化管道排列和流动方式；3.通过数值模拟和实验验证，比较改进后的换热器与传统换热器的热传递性能；4.分析改进后的换热器在不同工况下的热传递特性，探究其应用范围和优势。
四、研究方法和技术路线本文将采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法进行研究。
具体技术路线如下：1.通过对现有模板管壳式换热器的结构特点和工作原理进行分析，明确存在的问题和改进的方向；2.基于数值模拟软件，建立改进后的模板管壳式换热器的数学模型，模拟和分析其热传递性能；3.设计并搭建实验平台，验证数值模拟结果的准确性和可靠性；4.通过对比实验数据和理论计算结果，评估改进后的换热器在不同工况下的性能表现。
五、预期成果和创新点本文的预期成果是通过改进模板管壳式换热器的结构设计和优化换热性能，提高其热传递效率。
具体的创新点包括：1.通过改变管道排列和流动方式，优化换热器的热传递效果；2.通过数值模拟和实验验证，验证改进后的换热器的性能提升；3.根据实验结果和理论分析，对改进后的模板管壳式换热器在不同工况下的应用范围和优势进行评估。
换热器毕业设计论文（共五篇）
换热器毕业设计论文（共五篇）第一篇：换热器毕业设计论文河南机电高等专科学校毕业设计说明书第1章浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。
浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。
本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。
首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。
主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。
换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。
随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。
换热器因而面临着新的挑战。
换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。
目前在发达的工业国家热回收率已达96%。
换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。
其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。
其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。
在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。
浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。
换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。
换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。
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摘要管壳式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为广泛地应用。
本文设计的换热设备是化工生产中应用的管壳式换热器中的浮头式换热器。
壳程介质为苯，壳程设计压力分别为0.0462MPa；管程介质为冷却水，管程设计压力为0.473MPa；传热面积为74.42m。
操作时管程内的水冷却壳程内的物料。
设计方法采用压力容器的常规设计方法，按照GB150-89《钢制压力容器》、GB151-89《钢制管壳式换热器》等技术法规执行，设计内容主要包括设计方案的选择、壳程和管程强度及结构设计、传热系数设计、以及换热器其它零部件设计等。
设计计算结果准确，图纸符合国家机械制图标准要求，传热效果满足要求。
尽管本设备结构复杂，造价高；但是能承受较高压力，适用于壳侧走易结垢的介质，管、壳程温差较大的场合，是当今化工生产中使用较多的换热设备之一。
关键词：物料衡算；导热系数；换热面积AbstractThe fixed tube-sheet exchanger is adopted in industry field extensively with the merits of high reliability and extensive applicabilityThe shell type adopted in chemical production was used as the heat exchange equipment in this paper, and adopted floating-head type heat exchanger. The shell medium was Benzene, and the design pressure was 0.0462MPa , the tube medium was Process water , and the design pressure was 0.473MPa and the heat transfer area was 74.42m. The material of shell was cooled by the water of tube . The ordinary design method of pressure vessel was adopted in this paper , and based on the GB150-98 《Steel Pressure Vessel》, GB151-99 《Steel shell and tube exchanger》, and the main design contents contained that the choice of designproposal , strength of shell and tube, structure design, heat transfer coefficient design, and the design of other accessories . The design calculation result was correct , the woring drawings met the national mechanical charing requirement.And the heat transfer satisisfied the requirements .Though the structure of floating-head type heat exchanger was complex; had the higher manufacturing cost it could bear the hight pressure , and the pipe was easy changed and the shell medium was the same with clean , applied in the condition of higher temperature difference between shell and tube ,deposited medium flowing in side, and became the most usually heat transfer equipment in chemical production recentlyKeywords: material balance；conductivity factor；heat transfer area目录第一章绪论 (1)1.1换热器的地位 (1)1.2换热器的种类 (1)1.3换热器研究及发展动向 (2)1.3.1物性模拟研究 (2)1.3.2分析设计的研究 (2)1.3.3大型化及能耗研究 (2)1.4.4强化技术研究 (2)1.5.5控制结构及腐蚀的研究 (3)第2章经济技术分析 (4)第3章设计方案选择 (6)3.1压力容器选材 (6)3.2设计压力的确定 (6)3.3设计温度的确定 (7)3.4管程与壳程的选择 (7)3.5确定换热器的设计类别 (8)第4章工艺设计 (9)4.1物性数据的确立 (9)4.2初选换热器规格 (9)4.2.1 计算热负荷 (9)4.2.2 计算冷却水的流量 (10)4.2.3 计算两流体的平均温度差 (10)4.2.4计算换热面积 (11)4.3换热管设计 (11)4.3.1换热管根数的确定 (11)4.3.2换热管排列方式与管间距的确定 (11)4.4 换热管壳体直径的确定 (12)4.5拉杆的选取 (13)4.6壳程流体进出口接管直径 (13)4.7核算压强降 (13)4.7.1管程压强降较核 (13)4.7.2壳程压强降的较核 (14)4.8核算总传热系数 (15) (15)4.8.1管程对流传热系数i4.8.2壳程对流传热系数 (16)4.8.3污垢热阻的选择 (18)4.8.4总传热系数Ko (18)4.9传热面积核算 (18)4.10换热管壁温的核算 (18)第5章强度设计计算 (20)5.1换热器壳体壁厚的设计计算 (20)5.2管箱壁厚设计计算 (20)5.3封头的选择及计算 (21)5.4壳体水压试验校核 (22)5.5垫片的选取 (23)5.6螺栓的设计 (25)5.7容器法兰设计 (25)5.7.1法兰的校核 (26)5.8管板厚度的选择及校核 (28)5.8.1设计计算与校核 (31)5.9管子拉脱力的计算 (32)5.10浮头端盖 (32)5.11补强计算 (33)5.12鞍座的选用与校合 (35)第6章结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录 (41)第1章绪论1.1换热器的地位换热设备（也称换热器或热交换器），就是实现热量传递的设备。
在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。
这些过程均和热量传递有密切联系，因而均可以通过换热设备来完成。
其换热过程可分为加热、冷却、蒸发、冷凝、干燥等。
随着生产的发展，各种不同型式和种类的换热设备发展很快，新结构、新材料的换热设备不断涌现。
在化工厂中，换热设备的投资占总投资的10%~20%；在炼油厂中，约占总投资的35%~40%。
常用的换热器按设备的结构可分成两大类，即板片式换热器和管壳式换热器。
板片式换热器是由板片和密封垫片组合而成。
目前国内外在化工生产中所用换热设备，管壳式换热器仍然占主导地位。
虽然它在换热效率，结构紧凑和金属材料消耗等方面，不如其它新型换热设备，但它具有结构坚固、操作弹性大、适应性强、可靠程度高、选材范围广，处理能力大、能承受高温高压的等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。
近年来国内在节能、增效等方面改进换热器性能，在提高传热效率，减少传热面积，降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。
流程优化软件技术的发展带来了换热器应用的增多。
20世纪80年代常减压装置用量达90～100台,90年代末至今以超过140台。
换热器的大量使用有效地提高了能源的利用率，使企业成本降低，效率提高。
1.2换热器的种类换热器按传热方式分为直接接触式换热器、蓄能式换热器、间壁式换热器、中间载体式换热器。
其中间壁式换热器在工业生产中应用最为广泛，其结构形式多种多样，常见的管壳式换热器和板式换热器。
管壳式换热器在工业中应用广泛，它结构坚固、可靠性高、适应性强、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范围广、换热表面的清洗比较方便、能承受较高的操作压力和温度。
板式换热器结构紧凑、使用灵活、清洗和维修方便。
但不易密封，承载能力低，流道狭窄易堵塞，流动阻力大。
综合考虑选用管壳式换热器。
管壳式换热器按结构分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器以及釜式重沸器。
1.3换热器研究及发展动向1.3.1物性模拟研究换热器传热与流体计算的准确性，取决于物性模拟的准确性。
因此，物性模拟一直为传热界重点研究课题之一，特别是两相流物性的模拟。
两相流的物性基础来源于实验实际工况的模拟，这恰恰是与实际工况差别的体现。
实验室模拟工况很复杂，准确性主要体现与实际工况的差别。
纯组分介质的物性数据基本上准确，但油气组成物的数据就与实际工况相当较大，特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。
为此，要求物性模拟在实验手段上更加先进，测试的准确率更高。
从而使换热器计算更精确，材料更节省。
物性模拟将代表换热器的经济水平。
1.3.2分析设计的研究分析设计是近代发展的一门新兴学科，美国ANSYS软件技术一直处于国际领先技术，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析法技术带来发展，同时也给常规强度计算带来更准确、更便捷的手段。
在超常规强度计算中，可模拟出应力的分布图，使常规方法无法得到的计算结果能方便、快捷、准确地得到，使换热器更加安全可靠。
这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞越。
将会逐步取代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度。
1.3.3大型化及能耗研究换热器将随着装置的大型化而大型化，直径将超过5m，传热面积将达到单位100002m，紧凑型换热器将越来越受欢迎。
板壳式换热器、折流杆换热器、板翅式换热器、板式空冷器将得到发展，振动损失将逐渐克服，高温、高压、安全、可靠的换热器结构将朝着结构简单、制造方便、重量轻发展。
随着全球水资源的紧张，循环水将被新的冷却介质取代，循环将被新型、高效的空冷器所取代。
保温绝热技术的发展，热量损失将减少到目前的50%以下。