管壳式热交换器

课程设计说明书

壳管式换热器设计

专业：热能与动力工程

班级：11-03班

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学号：************

摘要

热交换器是指以传热内主要过程(或目的)的设备。在工业中的有些设备，例如制冷设备、精馏设备等，在其完成指定的生产工艺过程的同时，都伴随着热的交换.但传热并非它们的主要目的，对它们的研究就不属于热交换摇的范畴。

本次设计的煤油冷却的管壳式换热器，设计用冷却水将煤油由180℃冷却到40℃的管壳式换热器，其处理能力为10t/h，且允许压强降不大于100kPa。操作条件是：1）煤油：入口温度140℃，出口温度40℃；

（2）冷却水介质：入口温度26℃，出口温度40℃。

煤油冷却的管壳式换热器设计包括：管壳式热交换器的结构计算；管壳式热交换器的结构计算；管壳式热交换器的传热计算；管壳式热交换器的流动阻力计算；管壳式热交换器的合理设计等内容。由于时间的原因我们没有进行关于管壳式热交换器的流动阻力计算。

关键词：管壳式换热器

目录

1 绪论 (01)

1.1 管壳式热交换器的类型 (01)

1.1.1固定管板式热交换器 (01)

1.1.2 U形管式热交换器 (01)

1.1.3浮头式热交换器 (02)

1.1.4填料函式热交换器 (03)

1.2 管壳式热交换器的标准 (06)

1.3 管子在管板上的固定与排列 (07)

1.3.1 管子在管板上的固定 (07)

1.3.2 管子在管板上的排列 (07)

2 工程概况和设计参数计算 (06)

2.1 工程概况 (10)

2.2 参数计算 (10)

2.2.1 流体的物性参数 (10)

2.2.2 传热量及平均温差 (11)

2.2.3 估算传热面积及传热面结构 (12)

2.2.4 管程计算 (13)

2.2.5 壳程结构及壳程计算 (13)

2.2.6 需要的传热面积 (17)

3 总结 (19)

4致谢 (20)

5参考文献 (21)

管壳式换热器设计论文

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1.绪论

1.1管壳式热交换器的类型

管壳式热交换器按其结构的不同一般可分固定管板式、U 形管式、浮头式和

填料函式四种类型。

1.1.1固定管板式热交换器

热交换器是将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，由于管板与壳体

固定在一起，所以称之为固定管板式热交换器。与后述几种相比，它的结构比较

简单，重里轻，在壳程程数相同的条件下可排的管数多。但是它的壳程不能检修

和清洗，因此宜于流过不易结垢和清洁的流体，当管束与壳体的沮差太大而产生

图1.1 具有膨胀节的热交换器

不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开，从而发生流体的泄漏.为避免

后患可在外壳上装设膨胀节，如图1. 1所示.但它只能减小而不能完全消除由于

温差而引起的热应力，且在多程热交换器中，这种方法不能照顾到管子的相对移

动。

1.1.2 U 形管式热交换器

U 形管式热交换器(图1.2)的管束由U 字形弯管组成.管子两端固定在同一块

管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳

体的影响。这种热交换器在需要清洗时可将整个管束抽出，但要清除管子内壁的

污垢却比较困难。因为弯曲的管子需要一定的弯曲半径，因而在制造时需用不同

曲率的模子夸管，且使管板的有效利用降低，此外，损坏的管子也难于调换，U

形管管束的中心部分空间对热交换器的工作有着不利的影响。由于这些缺点的存

在，使得它的应用受到很大的限制

.

图1.2 U形管热交换器

1.1.3浮头式热交换器

这种热交换器如图1.3所示。它的两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，这一端称为固定端.另一端的管板不与壳体固定连接而可相对于壳体滑动，这一端被称为浮头端。因此，在这种热交换器中，管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因差胀而产生热应力。这种热交换器在需要清洗和检修时，仅将整个管束从固定端抽出即可进行。由于浮头位于壳体内部，故又称内浮头式热交换器.它的缺点是，浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，结果使壳体直径增大，在管束与壳体之间形成了阻力较小的环形通道，部分流体将由此处旁通

图1.3浮头式热交换器图1.4填料函式热交换器

而不参加热交换过程。上述优缺点表明，对于管子和壳体间温差大，壳程介质腐

蚀性强、易结垢的情况，浮头式热交换器能很好适应，但它的结构复杂，金属消耗量多.也使它的应用受到一定限制。

1.1.4填料函式热交换器

这是一种使一端管板固定而让另一端管板可在填料函中滑动的热交换器，其结构如圈1.4所示，实际上它是将浮头傅在壳体外面的浮头式热交换器，所以又称外浮头式热交换器。由于填料密封处容易泄漏，故不宜用于易挥发、易然、易爆、有毒和高压流体的热交换。而且由于制造复杂，安装不便，因而此种结构不常采用。

管壳式热交换摇的主要组合部件有前端管箱、壳体和后端结构(包括管束)三部分，详细分类及代号见图1.5，三个部分的不同组合，就形成结构不同的热交换器。为了搞清管壳式热交换器的一般结构，现以一个浮头式热交换器为例，将它示于图1.6中.这台浮头式热交换器的前端管箱，属于图1.5所示的A型(平盖管箱)，也可用B型(封头管箱).而其壳体是一个单程壳体，属于图1.5中的E 型.其后端结构，是一个钩圈式浮头，属于图1.5中所示的S型。因而将此热交换器命名为AES浮头式热交换器或BES浮头式热交换器，它的各个零部件名称示于表1.1。

图1.6 AES,BES浮头式热交换器