管壳式换热器设计介绍
TEMA type
Shell Type
TEMA type Shell Type (1/2)
– E-shell is most commonly used. – F-shell gives pure counter-current flow with two tube passes. – However, longitudinal baffle is difficult to seal with the shell especially when reinserting the shell after maintenance. Therefore, some clients don’t allow to use F-shell. – K-shell is used for pure component boiling service.(kettle reboiler) Longitudinal baffle
Fixed Tubesheet Type Heat Exchanger
U-Tube Type Heat Exchanger
Type of STHE
Floating Head Type Heat Exchanger
Q: Which type is cheapest either H-BEM or HAES?
Type of STHE
固定管板式换热器 Fixed Tubesheet Type
Tubesheets are welded to shell. Simple construction and low cost Shell side mechanical cleaning is impossible. Shell side fluid should be clean and less corrosive (<0.00026m2K/W). Expansion bellows are sometimes required due to metal temp. difference (>60 degC).
Type of STHE
Multi-tube Heat Exchanger
Easy to obtain counter current flow Larger surface area than double pipe heat exchanger Shell side mechanical cleaning is not possible Shell diameter is limited to approx. 400 mm
Baffle Type & Tube Pattern Baffle Type
• (1) SEG (Single segmental baffle)
U型管式换热器 U-Tube Type
Simple construction and low cost Tube side U-bend mechanical cleaning is difficult. Therefore, tube side fluid shall be clean and less corrosive (<0.00052m2K/W).
Advantages: Low cost. It can deal with wide range of pressure, temperature and fluids. Easy maintenance. Complete counter-current can be obtained。 Many manufacturers worldwide. Disadvantages: Large plot area. Shell side mechanical cleaning is not possible. Expansion bellows, may be required. Surface area is limited (less than 10m2 is preferable).
A and B are most commonly used as front head. (80-90% used) A-type (Flat Cover) is used for dirty tube side. B-type (Bonnet) is used for clean tube side. Use B-type unless the tubes should be cleaned up frequently, as B-type is the cheapest because of only one flange.
Mechanical cleaning is possible for both side.(shellside fouling factor can be more than 0.00069m2K/W)
No expansion bellows are required.
Type of STHE
TEMA type
Shell Type
X-shells often have a few inlet and outlet nozzles to make better flow distribution. It is a pure cross flow shell without cross baffles Used for gas and condensing vapors at low pressure (vacuum) Extremely low pressure drop
TEMA type
Rear Head Type
– S-type is the most popular type of floating head. “The split backing ring” is installed in S-type which enables access to the shell side for maintenance and cleaning without giving a large shell-to-bundle clearance. – T-type requires a large shell and a large shell-to-bundle clearance in order to slide the bundle in and out of the shell. – P and W are not often used.
L-type is a mirror of the A front end head. M-type is a mirror of the B front end head. N-type is a mirror of the N front end. U-tube is simple design.
TEMA type
Shell Type
J and X are used, if the pressure drop exceeds the allowable pressure drop in an E-shell. For J-shell, two inlet nozzles and one outlet nozzle are frequently used for condensers. On the other hand, one inlet nozzle and two outlet nozzles are preferably used for reboilers. Used for low pressure application such as gas cooler Pressure drop ~1/8 times of E shell
TEMA type
Shell Type
G and H are used mainly for horizontal thermosiphon reboilers. There is only a central support plate and no baffle. G shell can’t be use with tube length >3m When a larger tube length is needed, TEMA H is used. H shell is basically two G shell placed side by side.
Type of STHE
Shell and tube heat exchanger tube bundle assembly. (a) Straight tube bundle (b) U-tube bundle.
Type of STHE Double Pipe Heat Exchanger
App 1 mm
No expansion bellows are required
浮头式换热器 Floating Head Type
Higher cost than fixed tubesheet and U-tube type by 10 – 20% due to its complicated construction
Pressure drop E>J>X Heat transfer (U) E>J>X
X-shell
Type
Heat transfer
E
F
G
H
J
1
1
20.55
8
1
1
(0.5)0.55
1/8
(0.5)0.55
1/8
ΔP
TEMA type
Rear Head Type
TEMA type
– – – –
管壳式换热器设计
管壳式换热器设计管壳式换热器的换热设计由复杂的电脑软件完成，对换热器换热原理的掌握可以更有效的使用好软件。
本文阐述了换热器设计基础，包括如下几个方面:管壳式换热器构件;根据结构和用途划分的管壳式换热器类型;换热设计所需数据;管侧设计;壳侧设计包括管子排布，折流板和壳侧压降;平均温差。
管侧和壳侧的换热和阻力降方程众所周知，本文着重他们之间的相互作用以使换热器设计最优化。
管壳式换热器构件设计者需充分了解管壳式换热器的机械构件及其对换热设计的影响。
管壳式换热器的主要构件包括:壳体，壳盖，管子，管箱，管箱盖，管板，折流板，管口。
其它构件包括拉杆，定位件，通道隔板，防冲板，纵向挡板，密封条，支撑和支座。
TEMA有详细的部件描述。
一个管壳式换热器包括三部分:前封头，壳体和后封头。
图1给出了不同结构的TEMA名称。
换热器可以表示为有三部分的字母代号，例如BFL换热器表示罩盖，纵向隔板双壳程和固定管板后封头。
换热器类别固定管板式固定管板式换热器(图2)是垂直的管子两头固定在管板上，管板与壳体焊接在一起。
这种结构包括可移动管箱盖(如AEL)，罩盖型管箱盖(如BEM)和整体管板(如NEN)。
固定管板式结构简单，成本低，不需要膨胀节。
固定管板式拆除管箱盖或帽后管子可以机械清洗，而且壳侧没有法兰连接壳侧流体不易泄漏。
固定管板式管束固定在壳体上，管外侧无法进行机械清洁，但可以使用化学清洁。
如管侧壳侧温差太大，管板无法吸收不同的应力，则需要加膨胀节，此时不适合用固定管板式。
U型管式U型管换热器管子是U型，只有一个管板，成本也较低。
U型管换热器一端自由，管束在不同的应力下可伸缩，U型管换热器管束可以抽出，管外侧可以清洁。
U型管换热器管内无法有效的清洁，U型端须要有柔性转轴才能清洁。
所以对于U型管换热器易结垢流体不易走管内。
浮头式浮头式换热器用途广泛，价格昂贵。
浮头式换热器一端管板固定于壳侧，另一端浮动。
管束可以伸缩，管子内外都可以清洁。
管壳式换热器设计要领
管壳式换热器设计要领1.结构设计：管壳式换热器由壳体、管束、管板、管头盖板等部分组成。
在设计中，需考虑到换热器的耐压性能、换热面积、流体分布等因素。
换热器的结构应具有良好的刚性和密封性能，以确保设备的可靠运行。
2.材料选择：换热器的材料选择直接影响其性能和使用寿命。
一般来说，壳体、管束等部分可选用碳钢、不锈钢、铜合金等材料，而密封件宜选择耐高温、耐腐蚀的材料。
在实际应用中，还需要根据工艺要求和介质特性选择合适的材料。
3.传热计算：换热器的传热计算是设计的重要环节之一、传热计算需要确定换热器的传热系数、摩擦阻力、压降等参数。
传热系数的计算可采用经验公式或传热实验数据进行估算。
同时，需考虑换热介质的性质、流体状态和流速等因素。
4.流动特性：换热器的流动特性对传热效果和设备性能有重要影响。
合理设计的管束结构和流体分布能有效提高传热效果。
同时，应考虑流体在管束间和壳内的流动方式，如单相流、两相流、多相流等。
对于热敏介质，还需注意避免结垢、热点等问题。
5.安全性和维修性：管壳式换热器在使用过程中要保证安全性和维修性。
在设计中要考虑到设备的容易维修、更换部件的便利性，以及防止泄漏、爆炸等安全事故的发生。
合理的结构设计和材料选择可以提高设备的可靠性和安全性。
6.经济性：在设计过程中要全面考虑成本和效益，追求经济性指标。
应根据具体的工艺要求和使用情况，合理选择换热器的型号、大小和材料。
在满足工艺条件的前提下，尽量降低投资成本和运行成本，提高设备的经济效益。
综上所述，管壳式换热器的设计要领主要包括结构设计、材料选择、传热计算、流动特性、安全性和维修性、经济性等方面。
合理的设计能够保证设备的正常运行和高效换热，同时提高设备的安全性和经济性。
在具体的设计中应根据实际情况进行优化和改进，以满足特定工艺要求和使用要求。
管壳式换热器的课程设计
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。
它由壳体、管束、管板、管箱等组成，能够有效地将两种介质之间的热量传递。
下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。
其中，一个介质在管内流动，被称为"壳侧流体"，另一个介质在管外流动，被称为"管侧流体"。
壳侧流体通过壳体流动，而管侧流体则通过管束流动。
热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求1.热量传递效果好：要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递，以满足工艺要求。
2.压力损失小：为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗，设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件：换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠：要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性，尽量减少故障率。
三、结构设计1.壳体：壳体是换热器的外壳，一般采用钢质材料制造。
壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数，并采取相应的增强措施。
2.管束：管束是由多根管子组成的，一般采用金属材料或塑料制造。
管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数，同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板：管板位于管束两端，起到支撑和固定管束的作用，一般采用钢质材料制造。
管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性，并采用合适的孔洞布置，以保证流体的均匀流动。
4.管箱：管箱是安装在管板上的设施，主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。
管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数，以实现流体的顺畅流动。
在设计过程中，需要进行换热器的热力计算和结构力学计算，以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。
同时，还需要根据不同工艺和使用条件的要求，进行热交换面积的计算和确定。
管壳式换热器的设计及计算
管壳式换热器的设计及计算管壳式换热器是常见的一种热交换设备，用于在流体之间进行热量传递。
它由一个外壳和多个热交换管组成。
在设计和计算管壳式换热器时，需要考虑以下几个方面：选择换热器类型、确定换热器尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等。
下面将详细介绍管壳式换热器的设计及计算过程。
首先，选择适合的换热器类型。
根据具体的应用和流体特性，可以选择不同类型的管壳式换热器，如定压式、定温式、冷凝器和蒸发器等。
每种类型的换热器都有特定的性能和适用范围，需根据实际需求确定。
接下来，确定换热器的尺寸。
首先要确定传热面积，这取决于所需的传热量和两种流体间的温度差。
一般来说，换热器的传热面积越大，传热效果越好。
然后确定换热器的外壳直径和长度，这取决于流体的流速、流量和压降要求。
根据流体速度和流量计算出流道的横截面积，再确定壳程内的流道数量，最后通过换热器的设计公式计算出外壳直径和长度。
确定流体特性是设计换热器的关键一步。
需要收集并分析流体的物性数据，如温度、压力、流速、密度、热容等。
这些参数将用于计算热量传递量和压降。
此外，还需要考虑流体的腐蚀性、粘度和污染物含量等因素，在选择材料时要注意其耐腐蚀性能和抗堵塞能力。
计算热量传递量是设计换热器的核心任务。
可以使用传热计算公式，如奥兹逊公式、Nusselt数公式等，根据流体的特性参数计算出传热系数。
传热系数与换热器的结构、流体速度和物性参数有关。
通过计算热传导、对流和辐射等传热机制，可以得到热量传递量的准确数值。
最后，要计算管壳式换热器的压降。
压降是流体通过换热器时产生的能量损失。
为了保证流体的正常流动和换热效果，需要控制良好的压降。
可以通过实验或计算公式，如达西公式和克尔文公式，预测换热器内的压降情况。
根据流体的流速、流量和物性参数，计算出壳程和管程内的压降，并进行整体的能量平衡计算。
综上所述，管壳式换热器的设计和计算包括选择换热器类型、确定尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等步骤。
管壳式换热器设计总结
管壳式换热器设计总结管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业。
其设计涉及到许多方面，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
本文将从这些方面对管壳式换热器的设计进行总结和分析。
管壳式换热器的换热原理是通过管内流体与壳侧流体之间的热传导来实现热量的交换。
管内流体一般为待加热或待冷却的介质，而壳侧流体一般为冷却剂或加热介质。
通过这种方式，可以实现两种介质之间的热量转移，达到加热或冷却的目的。
管壳式换热器的结构设计是十分重要的。
它由管束、壳体、管板、管侧流体进出口以及壳侧流体进出口等部分组成。
管束是换热的核心部分，通过将多根管子固定在管板上，形成流体的通道。
而壳体则是管束的外部保护壳，起到支撑和密封的作用。
管侧流体通过管侧进出口进入管束内，与管内流体进行热量交换，然后再通过壳侧进出口流出。
这样的结构设计，既保证了换热效率，又方便了设备的安装和维护。
管壳式换热器的材料选择也是十分重要的一环。
由于在换热过程中，介质可能存在腐蚀、高温等问题，因此需要选择耐腐蚀、耐高温的材料。
常见的材料有不锈钢、钛合金等。
对于特殊的工况，还可以采用陶瓷、镍基合金等材料。
在管壳式换热器的设计过程中，还需要考虑一些其他因素。
首先是换热面积的确定，它与换热效果直接相关。
一般来说，换热面积越大，换热效果越好。
其次是流体的流速和流量，它们对换热器的换热效果和压力损失有着重要影响。
此外，还需要考虑到换热器的尺寸和重量，以及设备的安全性和可靠性等方面。
在实际应用中，还需要根据具体的工况和要求进行换热器的定制设计。
例如，在高温高压的条件下，需要采用密封性好、耐高温高压的结构和材料；在对流体的温度变化要求较高的情况下，需要采用多级换热器或增加管程等方式来提高换热效果。
管壳式换热器的设计需要考虑多个方面的因素，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
合理的设计可以提高换热效率，降低能耗，满足工业生产的需求。
同时，还需要根据具体的工况和要求进行定制设计，以提高设备的安全性和可靠性。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展，管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时， 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施， 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发，专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模，包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型，对工艺流程进行模拟计 算，得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果，对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计，以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式，如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质（如密度、粘度、比热容等） 和化学性质（如腐蚀性、结垢性等）。
经济性
在满足工艺要求的前提下，考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化，HTRI软件逐步增加了新的功能模
块，如振动分析、腐蚀预测等，并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前，HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
管壳式换热器毕业设计简介
管壳式换热器（过热蒸汽0.65MPa,295℃;水0.8MPa,50℃）摘要本设计说明书是关于固定管板是换热器的设计，设计依照GB151-1999《钢制管壳式换热器》进行，设计中对换热器进行化工计算、结构设计、强度计算。
设计第一步是对换热器进行化工计算，主要根据给定的设计条件估算换热面积，初定换热器尺寸，然后核算传热系数，计算实际换热面积，最后进行阻力损失计算。
设计第二步是对换热器进行结构设计，主要是根据第一步计算的结果对换热器的各零部件进行设计，包括管箱、定距管、折流板等。
设计第三步是对换热器进行强度计算，并用软件SW6进行校核。
最后，设计结果通过图表现出来。
关键词：换热器，固定管板，化工计算，结构设计，强度计算。
AbtractThe design statement is about the fixed tube sheet heat exchanger .In the design of the heat exchanger ,the chemical calculation,the structure design and the strength calculation must according to GB151-1999“Steel System Type Heat exchanger ”.The first step of the design is the chemical calculation .Mainly according to the given design conditions to estimate the heat exchanger area and select heat exchanger size.Then check the heat transfer coefficient, calculate the actual heat transfer area,and finally calculate the resistance loss.The second step of the design of heat exchanger is the structural design of the heat exchanger. The design of heat exchanger parts mainly according to the first step of calculation.such as tube boxes , the distance control tube, baffled plates .The third step of the design of heat exchanger is the strength calculation and using SW6 software to check. Finally, the design results are shown in figures.Key words: heat changer, fixed tude plate, chemical calculation,structure design, strength calculation.一、前言管壳式换热器是目前应用最广的换热设备，它具有结构坚固、可靠性高、适用性强、选材广泛等优点。
管壳式换热器的设计
六、折流挡板
作用： ①提高壳程内流体的流速；
②加强湍流强度； ③提高传热效率； ④支撑换热管。
形式：
圆缺形
盘环形
最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的
10%~40%，一般取20%~25%。
两相邻挡板的距离（板间距）h为外壳内径D的（0.2~1）倍。
• 板间距过小，不便于制造和维修，阻力较大； • 板间距过大，流体难于垂直地流过管束，使对流传热系数下降。
s 1.72 Re 0.19
Re u0 d e
de当量直径， m；NB折流挡板数； u 0为壳层中流体的流速， m s1
设计步骤
1、试算并初选设备规格
① 确定流体在换热器中流动途径。 ② 根据传热任务计算热负荷Q。 ③ 确定流体在换热器两端的温度，选择列管换热器的形 式；计算定性温度，并确定在定性温度下的流体物性。
五、管程和壳程数的确定
1.管程数
当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较 低，对流系数较小。 为提高管内流速，可采用多管程。 但管程数过多，管程流动阻力加大，增加动力费用；多程会使平均温度差下降； 多程隔板使管板上可利用面积减少 标准中管程数有：1、2、4和6程，多程时应使每程管子数大致相等。-管程数Np：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ 4-公称压力PN,MPa
• •
5-公称换热面积SN,m2
一、流体流径的选择-冷、热流体走管程或壳程
① 不洁净和易结垢的液体宜在管内-清洗比较方便
② 腐蚀性流体宜在管内-避免壳体和管子同时腐蚀，便于清洗 ③ 压强高的流体宜在管内-免壳体受压，节省壳程金属消耗量
系列标准中，采用的h（mm）值为： • 固定管板式：150,300,600； • 浮头式：150,200,300,480和600.
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计
1.传热面积的计算：传热面积决定了热交换效果的好坏，计算传热面
积是设计的第一步。
传热面积的大小受到工艺需求、流体特性和设备尺寸
等因素的影响。
2.流体流速的选择：流体流速对传热效率有重要影响。
流速不宜过大，以免增加流体阻力和泵耗能，但也不宜过小，以免影响传热效果。
需要通
过经验和实验确定合适的流速范围。
3.换热器的参数选择：根据工艺要求和流体性质选择合适的管壳式换
热器参数，如管子和外壳的材料、厚度和长度等。
一般情况下，不同材料
的换热器对不同的流体具有不同的传热效果和抗腐蚀能力。
4.温度和压力的控制：管壳式换热器工作时，内外两种流体通常以不
同的温度和压力运行，因此需要采取相应的措施确保换热器的安全性能。
这包括选择合适的密封材料、加装安全阀和温控装置等。
5.清洗和维护的考虑：管壳式换热器在长期使用过程中会有积垢和堵
塞的问题，因此需要预留清洗口和维护通道，并定期进行清洗和维护工作，以保证换热器的正常运行。
总之，管壳式换热器的设计需要综合考虑传热效率、流体性质、工艺
要求和设备安全性能等因素，确保换热效果良好、运行安全可靠。
通过合
理的设计和选择，可以使管壳式换热器发挥最佳的效果，实现节能降耗的
目的。