列管式换热器管程和壳程的区分
列管式换热器设计..doc
列管式换热器设计.. .第一章列管式换热器的设计1.1概述列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。
列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。
目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。
例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。
1.2列管换热器型式的选择列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。
此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。
通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。
同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。
因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。
为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。
（2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。
这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。
其缺点为结构复杂，造价高。
（3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。
管壳式热交换器
2.5.2 流体温度和终温的确定
• 在换热器设计中加热剂或冷却剂出口温度需由设计 者确定。如冷却水进口温度需依当地条件而定，但 出口温度需通过经济权衡作出选择。在缺水地区可 使出口温度高些，这样操作费用低，但使传热平均 温差下降，需传热面积增加使得投资费用提高，反 之亦然。根据经验一般应使∆tm大于10℃为宜， 此外若工业用水作为冷却剂出口温度不宜过高，因 工业用水中所含的盐类(主要CaCO3,MgCO3,CaSO4、 MgSO4等)的溶解度随温度升高而减小，若出口温度 过高，盐类析出，形成垢层使传热过程恶化，因此 一般出口温度不超过45℃。所以应根据水源条件， 水质情况等加以综合考虑后确定。水源严重缺乏地 区可采用空气作为冷却剂，但使传热系数下降。对 于加热剂可按同样原则选择出口温度
一、管、壳程介质的配置 有利于传热、压力损失小。具体如下： 1、流量小、粘度大的流体走壳程较好。 2、温差较大时，K大的流体走壳程。 3、与外界温差大的流体走管程。 4、饱和蒸汽走壳程。 5、含杂质流体走管程。 6、有毒介质走管程。 7、压降小走壳程。 8、高温、高压、腐蚀性强的流体走管程。
2.5.1 流体在换热器中内的流动 空间选择
管程变化对阻力影响
• 对同一换热器，若由单管程改为两管程， 阻力损失剧增为原来的8倍，而强制对流 传热、湍流条件下的表面传热系数只增 为原来的1.74倍；若由单管程改为四管程， 阻力损失增为原来的64倍，而表面传热 系数只增为原来的3倍。由此可见，在选 择换热器管程数目时，应该兼顾传热与 流体压降两方面的得失。
– 见公式2.21
2.3 管壳式换热器的传热计算
• • • • • 一、热力设计任务 1．合理的参数选择及结构设计 2．传热计算和压降计算 热力设计：设计计算，校核计算。 设计计算：已知传热量Q，换热工质工作 参数(进、出口温度)，求F和结构形式。 • 校核计算：已知换热器的具体结构、某 些参数来核定另一参数。
化工设备课件列管式换热器PPT课件
材料选择
高温材料
对于高温工况，选择耐高温、抗氧化、抗腐 蚀的材料，如不锈钢、镍基合金等。
腐蚀性介质
对于腐蚀性介质，选择耐腐蚀、防腐蚀的材 料，如钛合金、聚四氟乙烯等。
低温材料
对于低温工况，选择耐低温、抗脆化的材料， 如铝合金、铜合金等。
压力容器材料
根据压力需求，选择具有足够强度和稳定性 的材料，如碳钢、低合金钢等。
建立设备维修与保养记录，便于追踪设备运行状况和及时发现潜在问题。
05
列管式换热器的故障诊断与处理
常见故障及原因
列管堵塞
由于列管内壁结垢、腐蚀或异物堵塞 等原因，导致传热效率下降。
列管破裂
由于列管材质缺陷、焊接质量差或使 用过程中受到过大的压力或温度波动， 导致列管破裂。
热效率低
由于传热面积不足、传热介质流量不 足或传热温差过小等原因，导致换热 器热效率低下。
特点
结构紧凑、传热效率高、适应性 强、操作定、可处理高热量和 腐蚀性介质等。
工作原理
01
热流体通过列管内部，被加热或 冷却的流体在列管外部流动，通 过列管壁进行热量交换。
02
热量通过列管壁从热流体传递到 被加热或冷却的流体，实现热量 交换。
类型与结构
固定管板式
管板与壳体焊接在一起，结构 简单，适用于壳程压力不高、
03
列管式换热器设计
设计参数
传热面积
根据工艺要求，计算所需的传热面积，确保 热量交换的效率和效果。
传热效率
选择合适的传热方式，如导热、对流、辐射 等，以提高传热效率。
压力等级
根据工艺压力需求，选择合适的压力等级和 耐压材料，确保设备安全。
温度范围
根据工艺温度需求，选择耐温材料和结构， 确保设备在规定的温度范围内工作。
管壳式换热器讲义
不兼作法兰时管板与壳体的连接结构
2、 浮头式、U型管式和填函式换热器的管板与壳体的连接 由于浮头式、U型管式和填函式换热器的管束要从壳体中抽出，以便进行清洗，故需将管板做成 可拆连接。
管板与壳体可拆结 构
6.2.5 管箱与管程分程（Tube box and tube split）
1、管箱与分程隔板 换热器管内流体进出口的空间称为管箱。管箱位于换热器的两端，将介质均匀地分布到各换热管 中，或将管内流体汇集后输送出来。为了便于清洗、检修管子，管箱应采用可拆结构。
4、U型管式换热器（U-tube heat exchanger）
换热器的管束弯成U型，U型管两端固定在同一块管板上，在管箱中加有一块隔板。
U型管式换热器 优点：换热器只有一块管板，结构简单，造价便宜。管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。 缺点：管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑。管外介质易短路，影响传热效果。内层管子 损坏后不易更换。 U型管式换热器主要用于管内清洁而不结垢的高温、高压介质。壳层介质适应性强，常用于高压、 高温、粘度较大的场合。
2、 管间距（Tube spacing）
管板上两换热管中心的距离称为管间距。确定管间距既要考虑结构紧凑性、传热效率，又要考虑 管板强度和清洗空间以及管子在管板上固定的影响。对于正三角形排列，管间距应大于等于管子 直径的1.25倍，且不小于d0+6 mm。
最外层换热管的管壁与壳体内壁间的距离不得小于10 mm。
正三角形排列的管子
正方形排列的管子
组合排列法
当壳程为清洁、不结垢的流体时，宜选用正三角形排列。
壳程流体粘度较大或易结垢需定期清洗壳程时，一般采用正方形排列。
多程换热器，常采用正三角形和正方形组合排列方法，以便安排隔板位置。对于直径较大、管子 较多，按正三角形排列管子总数超过127根时必须在管束周围的弓形空间尽量再配置附加换热管。
列管式换热器设计
列管式换热器的设计一、概述在化工、石化、石油炼制等工业生产中，换热器被广泛使用。
在一般化工的建设中，换热器约占总投资的11％。
在炼油厂的常、减压蒸馏装置中，换热器约占总投资的2 0%。
若按工艺设备重量统计，换热器在石油、化工装置中约占40%左右。
随着化工、石化、炼油工业的迅速发展，各种新型换热器不断出现，一些传统的换热器的结构也在不断改进、更新。
今后换热器的发展趋势将是不断增加紧凑性、互换性，不断降低材料消耗，提高传热效率和各种比特性，提高操作和维护的便捷性。
换热器的类型很多．特点各异，分类方法也不尽相同。
苦按其用途分，有加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。
技其结构类型分，有列管式、板式、螺旋板式、板翅式、板壳式利翅片管式等。
若按传热原理和热交换方式分，有直接混合式、蓄热式和间壁式三类，列管式换热器是间壁式换热器的主要类型，也是应用最普遍的一种换热设备。
列管式换热器发展较早，设计资料和技术数据较完整．目前在许多国家中都已有系列化标准产品。
虽然在换热效率、紧凑件、材料消耗等方面还不及一些新型换热器，但它具有结构简单、牢固、耐用，适应性强，操作弹性较大，成本较低等优点，因而仍是化工、石化、石油炼制等工业中应用最广泛的换热设备,也是各类换热器的主要类型。
二、列管式换热器的结构、固定及各种性能参数 1．列管式换热器的结构列管式换热器主要由壳体、换热管束、管板(又称花板)、封头(又称端盖)等部件组成，图1—1为它的基本构型，此式为卧式换热器，除此之外还有立式的。
在圆筒形的完体内装有换热管束，管束安装固定在壳体内两端的管板上。
封头用螺钉与壳体两端的法兰连接，如需检修或清洗，可将封头盖拆除。
图1—1 列管式换热器的基本结构冷、热流体在列管式换热器内进行换热时，一种流体在管束与壳体间的环隙内流动，其行程称为壳程；另一种流体在换热管内流动，其行程称为管程。
管内流体每通过一次管束称为一个管程。
如需要换热器较大传热面积时，则应排列较多的换热管束。
换热器
（2）套管式换热器
• 图片：
（2） （1） 翅片管 套管式换热器
（3）列管式换热器 •
列管式换热器是目前化工及酒精生产上 应用最广的一种换热器。它主要由壳体、 管板、换热管、封头、折流挡板等组成。 所需材质 ，可分别采用普通碳钢、紫铜、 或不锈钢制作。在进行换热时，一种流体 由封头的连结管处进入，在管流动，从封 头另一端的出口管流出，这称之管程；另种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另 一接管处流出，这称为壳程列管式换热器。
应化1103班
换热器
按照传热用途分为加热器、预热器、冷却器、冷凝器、 再沸器和蒸发器等。虽然换热器名称不同，但设备 的构造与形式却大多完全相同。下面对具有代表性 的间壁式换热器的特征和构造进行简略说明。 一.间壁式换热器的类型 二.换热器的运行操作 三.换热器常见故障与处理方法 四.传热过程的强化途径 五.列管式换热器设计或选用时应考虑的问题
板翅式换热器的板束
a. 沉浸式蛇管
• 蛇管多以金属管子弯绕而成，或由弯头、管件和直管连 接组成，也可制成适合不同设备形状要求的蛇管。使用时 将蛇管沉浸在容器内，盘管内通入热流体，管外通过冷却 水进行冷缺或冷凝；或者用于加热或蒸发容器内的流体。 它的特点：结构简单，造价低廉，操作敏感性较小，管子 可承受较大的流体介质压力。但是，由于管外流体的了流 速很小，因而传热系数小，传热效率低，需要的传热面积 大，设备显得笨重。沉浸式蛇管换热器常用于高压流体的 冷却，以及反应器的传热元件。
影响换热器管板腐蚀的主要因素：
• （1）介质成分和浓度：浓度的影响不一，例如在 盐酸中，一般浓度越大腐蚀越严重。碳钢和不锈钢 在浓度为50%左右的硫酸中腐蚀最严重，而当浓度 增加到60%以上时，腐蚀反而急剧下降； • （2）杂质：有害杂质包括氯离子、硫离子、氰离 子、氨离子等，这些杂质在某些情况下会引起严重 腐蚀 • （3）温度：腐蚀是一种化学反应，温度每提升 10℃，腐蚀速度约增加1~3倍，但也有例外； • （4）ph值：一般ph值越小，金属的腐蚀越大； • （5）流速：多数情况下流速越大，腐蚀也越大。
管壳式换热器-安装维护说明(最新整理)
1、主要控制参数
管壳式换热器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒 参数等。
2、选用要点
1）、根据已知冷、热流体的流量，初、终温度及流体的比热容决定所 需的换热面积。初步估计换热面积，一般先假定传热系数，确定换热器构造， 再校核传热系数 K 值。 2）、选用换热器时应注意压力等级，使用温度，接口的连接条件。在 压力降，安装条件允许的前提下，管壳式换热器以选用直径小的加长型， 有利于提高换热量。
管壳式换热器的防腐保护
针对冷却塔防腐问题，传统方法以补焊为主，但补焊易使管板内部产 生内应力，难以消除，可能造成冷却塔管板焊缝再次渗漏。现西方国家多 采用高分子复合材料的方法进行保护，其中应用最多的是美嘉华技术产品。 其具有优异的粘着性能及抗温、抗化学腐蚀性能，在封闭的环境里可以安 全使用而不会收缩，特别是良好的隔离双金属腐蚀和耐冲刷性能，从根本 上杜绝了修复部位的腐蚀渗漏，为冷却塔提供一个长久的保护涂层。
浮头式列管换热器讲解
目录一、设计方案简介 (3)1.1换热器的概述 (3)1.1.1换热器的分类 (3)1.2列管式换热器的概述 (3)1.2.1列管式换热器的分类 (3)1.2.1.1固定管板式换热器 (3)1.2.1.2浮头式换热器 (4)1.2.1.3填料函式换热器 (5)1.2.1.4 U型管式换热器 (5)1.3换热器类型的选择 (5)1.3.1流径的选择 (5)1.3.2流速的选择 (6) (7)材质的选择1.3.3 1.3.4管程结构……………………………………………………………7二、工艺流程简图 (7)三、工艺计算及主体设备设计 (8)3.1试算并初选换热器规格 (8)3.1.1确定流体通入空间 (8)3.1.2确定流体的定性温度、物性数据，并选择列管换热器的形式 (8)3.1.3计算热负荷Q (9)3.1.4计算平均温差，并确定壳程数 (9)3.1.5初选换热器规格 (9)3.2核算总传热系数K............................................................ 10 0 3.2.1计算管程对流换热系数 (10)3.2.2计算壳程对流换热系数 (11)3.2.3确定污垢热阻 (11)3.2.4总传热系数 (12)3.3 计算压强降 (12)13.3.1 计算管程压强降 (12)3.3.2 计算壳程压强降 (13)3.4校核壁温 (14)四、换热器主要结构尺寸和计算结果 (14)五、设计感悟 (15)六、参考文献 (16)七、符号说明 (16)附图：工艺流程图以及设备主体图2设计方案简介1.换热器的概述1.1，是将热流体的部分热量传递给冷流）换热器（英语翻译：heat exchanger体的设备，又称热交换器。
换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
1.1.1换热器的分类按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。
列管式换热器说明书
列管式换热器说明书⽬录⼀、设计任务 (2)⼆、概述与设计⽅案简介 (3)2.1 概述 (3)2.2设计⽅案简介 (3)2.2.1 换热器类型的选择 (3)2.2.2流径的选择 (5)2.2.3流速的选择 (5)2.2.4材质的选择 (6)2.2.5管程结构 (6)2.2.6 换热器流体相对流动形式 (6)三、⼯艺及设备设计计算 (6)3.1确定设计⽅案 (7)3.2确定物性数据 (7)3.3计算总传热系数 (7)3.4计算换热⾯积 (8)3.5⼯艺尺⼨计算 (8)3.6换热器核算 (10)3.6.1传热⾯积校核 (10)3.6.2．换热器内压降的核算 (11)四、辅助设备的计算及选型 (12)4.1拉杆规格 (12)4.2接管 (12)五、换热器结果总汇表 (13)六、设计评述 (14)七、参考资料 (14)⼋、主要符号说明 (14)九、致谢 (15)⼀、设计任务⼆、概述与设计⽅案简介2.1 概述在⼯业⽣产中⽤于实现物料间热量传递的设备称为换热设备，即换热器。
换热器是化⼯、动⼒、⾷品及其他许多部门中⼴泛采⽤的⼀种通⽤设备。
换热器的种类很多，根据其热量传递的⽅法的不同，可以分为3种形式，即间壁式、直接接触式、蓄热式。
间壁式换热器⼜称表⾯式换热器或间接式换热器。
在这类换热器中，冷、热流体被固体壁⾯隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁⾯传给冷流体。
该类换热器适⽤于冷、热流体不允许直接接触的场合。
间壁式换热器的应⽤⼴泛，形式繁多。
将在后⾯做重点介绍。
直接接触式换热器⼜称混合式换热器。
在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。
该类换热器结构简单，传热效率⾼，适⽤于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。
常见的设备有凉⽔塔、洗涤塔、⽂⽒管及喷射冷凝器等。
蓄热式换热器⼜称回流式换热器或蓄热器。
此类换热器是借助于热容量较⼤的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。
当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升⾼后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从⽽达到换热的⽬的。
列管式换热器的结构
第二章 列管式换热器的设计计算 ·················· 第一节 换热面积的估算 ···················· 一、计算热负荷 二、 估算传热面积 第二节 换热器及主要附件的试选 ················ 一、试选管型号 二、换热器结构一些基本参数的选择 第三节 换热器校核 ······················ 一、核算总传热系数 二、核算压强降 第四节 设计结果一览表 ····················
第三章 设计总结、感想及有关问题分析讨论 ············· 参考文献 ·····························
第一章 文献综述
第一节 概述
一、换热器的概念
换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量给冷流体，使流
精品
体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。
（3） 浮头式换热器
图 1-2
U 型管式换热器
浮头式换热器的结构如下图 1-3 所示。其结构特点是两端管板之一不与外科
固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是
党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差
应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用
柴油 35000 +150*1（2）*y kg/h
（2） 设备形式 列管式换热器
（3） 操作条件
原油：入口温度=70℃，出口温度=110℃
柴油：入口温度=175℃，出口温度 T2
精品
3. 设计内容： (1) 设计方案的确定及流程说明 (2) 换热面积的估算 (3) 管子尺寸及数目计算 (4) 管子在管板上的排列 (5) 壳体内径的确定 (6) 附件设计(选型) (7) 换热器校核（包括换热面积、压力降等） (8) 设计结果概要或设计一览表 (9) 对本设计的评述或有关问题的分析讨论 （1）设计列管式换热器时，通常都应选用标准型号的换热器，为什么？ （2）为什么在化工厂使用列管式换热最广泛？ （3）在列管式换热器中，壳程有挡板和没有挡板时，其对流传热系数的计算方 法有何不同？ （4）说明列管式换热器的选型计算步骤？ （5）在换热过程中，冷却剂的进出口温度是按什么原则确定的？ （6）说明常用换热管的标准规格（批管径和管长）。 （7）列管式换热器中，两流体的流动方向是如何确定的？比较其优缺点？ (10)参考文献
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列管式换热器管程和壳程的区分
如何区分管程和壳程
管程指介质流经换热器内的通道及与其相贯通的部分。壳程系指介质流经换热
管外的 通道及与其相贯通的部分。
这个涉及到管壳式换热器流体选择问题，主要依据有两流体的操作压力和温度、
可以 利用的压力降、结构和腐蚀性以及设备方面的考虑。
一般来说，水、水蒸气或强腐蚀性流体；有毒性的流体；容易结垢的流体以及高
压操 作的流体走管程； 而塔顶冷凝蒸汽；烃类冷凝和再沸；关键压力降控制的
流体，粘度大的流体走壳程。
除了上述条件外，另外还需要考虑到传热系数和最充分利用压力降，从压力降考
虑， 雷诺数低走壳程更合理。
一般塔顶冷却器多数物料走壳程
冷却水走管程
再沸器物料则走管程，蒸汽、凝液走壳程
以上为大多数是这样，也有特例：一般主物料走壳程，辅助加热、冷却介质走
管程。
现场判断的最佳方法是：管程介质
从换热器一端进出，壳程介质靠中间一点进出， 管程进出口一端要预留一定的
抽换热器芯子的空间。
简单地说管程就是管内,壳程就是管外.就固定管板换热器而言,管壳程物料选择
依据大致有:1)不洁净和易结垢的流体宜走管程,因管内清洗方便 腐蚀性流体宜
走管程,以免管束 和壳体同时受腐蚀,且清洗,检修方便; 压强高的流体宜走管
程,以免壳体同时受压 有毒流体宜走管程,使泄漏机会减少 被冷却的流体宜走
壳程,便于散热,增强冷却效果 饱和蒸汽宜走壳程,便于排出冷凝液和不凝气,且
蒸汽洁净不污染 流量小或粘度大的流体宜走壳程,因折流档板的作用可使在低
雷诺数下即可达到湍流,但也可在管内采用多管程 若两流体温差较大,宜使 α
大的流体走壳程,使管壁和壳壁温差 减小 在具体选择时,上述原则经常不能同
时兼顾,会互相矛盾,这时要根据实际情况,抓住主要 问题,作为选择的依据.而
且不同换热器考虑的问题也不一样,比如:U 型管的,管程就不能走洁 净和易结
垢的流体.管程是指列管内部,壳程是指列管外部和筒体之间的地方.管程和壳程
是列管式换热器的两种介质流动区间，列管式换热器一般由外壳、花板、 封头
等组成，简单来说：管内称管程，管外则叫壳程一般来说，清浩流体走壳程，不
浩流体、 易结垢，易结晶、易堵塞的介质走管程，这样便于清理污垢、结晶等
堵塞物。
一般情况下，没有什么绝对的，但是有这样的几个规律，勉强能当个借鉴。1、
压力高的要走管程。2、被冷却的走壳程。