管式换热器
列管式换热器原理
列管式换热器原理列管式换热器是一种常见的换热设备，它通过管道内的流体与外部介质的热交换来实现热量的传递。
在工业生产和生活中，列管式换热器被广泛应用于加热、冷却和热回收等领域。
本文将介绍列管式换热器的原理及其工作过程。
列管式换热器的原理基本上是利用了流体在管道内的流动和外部介质之间的热传导来实现热量的传递。
在列管式换热器中，流体通过管道流动，而外部介质则围绕着管道进行热交换。
当流体在管道内流动时，它会与管壁接触，通过管壁与外部介质进行热交换，从而实现热量的传递。
列管式换热器通常由管束、管板、壳体和管束固定装置等部件组成。
管束是由许多管子组成的，它们通常是平行排列的，形成了一个整体。
管板则用于固定管束，使其保持在一定的位置。
壳体则是管束和管板的外部保护结构，起到保护和支撑的作用。
而管束固定装置则用于固定管束，防止在使用过程中发生移动或振动。
列管式换热器的工作过程通常分为两个流体之间的热交换。
当热流体进入换热器时，它会通过管道流动，并与管道内的冷流体进行热交换。
在这个过程中，热流体会释放热量，使得冷流体温度升高。
而热流体则会冷却下来，完成了热量的传递。
这样，通过不同流体之间的热交换，实现了热能的传递和利用。
列管式换热器的原理简单清晰，工作效率高，因此在工业生产和生活中得到了广泛的应用。
它不仅可以用于加热和冷却，还可以用于热回收和能量利用。
在化工、电力、食品等行业中，列管式换热器都扮演着重要的角色，为生产和生活提供了便利。
总的来说，列管式换热器的原理是基于流体之间的热交换，通过管道内的流动和管壁与外部介质之间的热传导来实现热量的传递。
它的工作过程简单高效，被广泛应用于工业生产和生活中。
随着科技的不断进步，列管式换热器的性能和效率将会得到进一步提升，为人们的生产和生活带来更多的便利和效益。
化工原理课程设计——列管式换热器的设计
XX大学XX学院化工原理课程设计班级姓名学号指导教师 ____二零一X年X月X日化工原理课程设计任务书皖西学院生物与制药工程学院课程设计说明书题目：水冷却煤油列管式换热器的设计课程：化工原理系（部）：专业：班级：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：课程设计说明书目录第一章设计资料一、设计简介 (5)二、设计任务、参数和质量标准 (7)第二章工艺设计与说明一、工艺流程图 (8)二、工艺说明 (8)第三章物料衡算、能量衡算与设备选型一、物料衡算 (9)二、能量衡算 (11)三、主要设备选型 (13)第四章结论与分析结论与分析 (15)第五章设计总结设计总结 (17)参考文献 (17)第一章设计资料一、设计简介换热器是许多工业生产部门的通用工艺设备，尤其是石油、化工生产应用更为广泛。
在化工厂中换热器可用作加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。
进行换热器的设计，首先是根据工艺要求选用适当的类型，同时计算完成给定生产任务所需的传热面积，并确定换热器的工艺尺寸。
根据操作条件设计出符合条件的换热器，设计方案的确定包括换热器形式的选择，加热剂或冷却剂的选择，流体流入换热器的空间以及流体速度的选择。
本课程设计是根据任务给出的操作目的及条件、任务，合理设计适当的换热器类型，以满足生产要求。
1、固定板式换热器（代号G）设备型号内容有：壳体公称直径（mm），管程数，公称压力(×9.81×104 Pa)，公称换热面积（m2），如G800I-6-100型换热器，G表示固定板式列管换热器，壳体公称直径为800mm，管程数为1，公称压力为6×9.81×104 Pa，换热面积为100m22、浮头式列管换热器（代号F）设备型号内容有：壳体公称直径（mm），传热面积（m2），承受压力（×9.81×104 Pa），管程数，如F A600-13-16-2型换热器，F代表浮头是列管换热器，B表示换热器为管径错误!未找到引用源。
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。
换热器类型大全
4、 热管
热管是60年代中期发展起来堵塞一种新型传热元件。它 是由一根抽除不凝性气体的密封金属管内充以一定量的某种 工作液体而成。工作液体在热端吸收热量而沸腾汽化，产生 的蒸汽流至冷端冷凝放出潜热，冷凝液回至热端，再次沸腾 汽化。如此反复循环，热量不断从热端传至冷端。冷凝液的 回流可以通过不同的方法（如毛细管作用、重力、离心力） 来实现，目前应用最广的方法是奖具有毛细结构的吸液芯装 在管的内壁，利用毛细管的作用是冷凝液由冷端回流至热端
3、翅片式换热器
1） 翅片管换热器 翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅片与管表面的 连接应紧密无间，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效 果。常用的连接方法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法 。此外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等 方法制造。 当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传热系数较小的 一侧加翅片可以强化传热。
2）不易结垢和堵塞：由于流体的速度较高，又有惯性离心 力的作用，流体中悬浮的颗粒被抛向螺旋形通道的外缘而 受到流体本身的冲刷，故螺旋板换热器不易结垢和堵塞， 适合处理悬浮液及粘度较大的介质。
3）能利用温度较低的热源：由于流体流动的流道较长和 两流体可进行完全逆流，故可在较小的温差下操作，能充 分利用温度较低的热源。 4）结构紧凑：单位体积的传热面积为列管式的3倍，可节 约金属材料。
在套管式换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙
适当选择两管的管径，两流体均可得到较高的流速，且两 流体可以为逆流，对传热有利。另外，套管式换热器构造 较简单，能耐高压，传热面积可根据需要增减，应用方便
缺点：管间接头多，易泄露，占地较大，单位传热面消 耗的金属量大。因此它较适用于流量不大，所需传热面积 不多而要求压强较高的场合。 4）列管式换热器 优点 ：单位体积所具有的传热面积大，结构紧凑、紧固传 热效果好。能用多种材料制造，故适用性较强，操作弹性
换热器打压标准
换热器打压标准一、管式换热器超高温杀菌机管式换热器水压试验： 警告：水压试验只针对管式换热器内的内管，不允许对管式换热器的外壳进行水压试验（特别注意MTR 奶奶交换管）。
水压试验压力2Mpa(2000Kpa)。
1．管路连接：图示一图示二 图示三A．将供水管连接到打压工具的进水口（见图示一的进水口）B．将高压供水软管有活节的一端连接到打压工具的出水口（见图示一），另外有法兰一端连接到管式换热器的进口。
C．将带有手动球阀的法兰安装在管式换热器的出口。
D．将高精度压力表安装在手动球阀3处（见图示一）。
E．检查管路。
注意：水压试验管路不能经过管式换热器的外壳，不能经过带有压力表或温度探头的管道，没有必要经过蛋白稳定管或保温管（Holding Tube）。
2打压测试：A．打开管式换热器出口的球阀，打开打压工具的手动球阀1（见图示一），打开手动球阀2和手动球阀3，打开供水阀，将管内的空气排尽。
B．关闭手动球阀1，启动气动泵，观察压力表值，当压力达到 2000Kpa （2MPa）,关闭气动泵（注意打压时，压力要缓慢增加，不可急剧境加），保持5—10分钟。
刚保持时因温度的影响压力可能会有少许下降，但压力如果持续下降，不能维持，将是异常的。
C.水压试验完成后要取开供水管，慢慢打开手动球阀1放水泄压，对发现有异常的列管：要将列管抽出用约0.3Mpa---0.4Mpa 的压缩空气通入管内，将列管完全放入水中查找并确认是否泄漏。
二、板式换热器压力测试标准：组装后须对两侧分别进行单侧压力试验，达到规定的试验压力后保压10-30min；然后降至设计压力保压，且保压时间不少于30min。
液压测试合格后将内部积水排出。
列管式换热器设计方案计算过程参考
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。
各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。
具体项目如下：设计要求：1.某工厂的苯车间，需将苯从其正常沸点被冷却到40℃；使用的冷却剂为冷却水，其进口温度为30℃，出口温度自定。
2.物料（苯）的处理量为1000 吨/日。
3.要求管程、壳程的压力降均小于30 kPa。
1、换热器类型的选择。
列管式换热器2、管程、壳程流体的安排。
水走管程，苯走壳程，原因有以下几点：1.苯的温度比较高，水的温度比较低，高温的适合走管程，低温适合走壳程2.传热系数比较大的适合走壳程，水传热系数比苯大3.干净的物流宜走壳程。
而易产生堵、结垢的物流宜走管程。
3、热负荷及冷却剂的消耗量。
=30℃，冷却冷却介质的选用及其物性。
按已知条件给出，冷却介质为水，根进口温度t1水出口温度设计为t=38℃，因此平均温度下冷却水物性如下：2=0.727Χ10-3Pa.s密度ρ=994kg/m3粘度μ2导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K)苯的物性如下：进口温度：80.1℃出口温度：40℃密度ρ=880kg/m3粘度μ=1.15Χ10-3Pa.s2导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K)苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s4、传热面积的计算。
平均温度差（ ） 确定R 和P 值查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为△tm=△t ’m ×0.9=27.2×0.9=24.5由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K （估计）为400W/（m2·℃）估算所需要的传热面积：S 0=估计 =75m25、换热器结构尺寸的确定，包括：（1）传热管的直径、管长及管子根数；由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm ×2mm管内流体流速暂定为0.7m/s所需要的管子数目：，取n 为123 管长： =12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m ，选用三管程管子的排列方式及管子与管板的连接方式:管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。
套管式换热器原理
套管式换热器原理套管式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于工业生产和能源领域。
它的原理是利用不同物质之间的热传导和传热原理，实现热能的转移和利用。
在套管式换热器中，热源和冷源通过不同的管道流动，通过套管的热传导实现热能的传递。
套管式换热器由壳体和管束两部分组成。
壳体是一个封闭的容器，通常由金属材料制成，具有足够的强度和耐高温的性能。
管束则是由许多细长的管子组成，通常由金属材料制成，呈现出复杂的结构。
在换热过程中，热源和冷源分别通过壳体的两个端口进入，分别流经管束内的管子。
热源通常是高温的流体或气体，而冷源则是低温的流体或气体。
当热源和冷源流经管子时，它们之间会发生热传导，热能从高温一侧传递到低温一侧。
套管式换热器的设计和结构使热源和冷源能够充分接触，以实现更高效的热能转移。
一方面，管束的结构可以增加热源和冷源之间的接触面积，提高热传导效率。
另一方面，壳体内的流体流动也可以增加热源和冷源之间的对流传热，进一步提高换热效果。
套管式换热器的性能主要取决于其热传导特性和流体流动特性。
热传导特性由管束材料的导热性能和管子的形状、尺寸等因素决定。
流体流动特性由壳体内的流体分布和流速等因素决定。
为了提高换热效果，可以通过优化管束的结构、增加壳体内的流动辅助设备等方法来改善换热器性能。
套管式换热器具有许多优点。
首先，它具有较大的换热面积，可以在相对较小的体积内实现较大的热能转移。
其次，由于壳体和管束分离的结构，可以实现不同介质之间的换热，避免了介质混合的问题。
此外，套管式换热器还具有结构紧凑、维护方便等特点。
套管式换热器在许多领域都有广泛的应用。
在石化、化工、电力等工业生产中，套管式换热器常用于加热、冷却、再热等工艺中，实现热能的回收和利用。
在能源领域，套管式换热器也被广泛应用于核电站、燃气轮机等设备中，提高能源利用效率。
套管式换热器是一种重要的换热设备，通过热传导和传热原理实现热能的转移和利用。
它具有结构紧凑、换热效率高等优点，在工业生产和能源领域扮演着重要的角色。
列管式换热器设计
列管式换热器设计列管式换热器设计⼀、概述1.概述与设计⽅案简介1.1换热器在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。
在换热器中⾄少要有两种温度不同的流体，⼀种流体温度较⾼，放出热量；另⼀种流体则温度较低，吸收热量。
在⼯程实践中有时也会存在两种以上流体参加换热的换热器，但它的基本原理与上述情形并⽆本质上的差别。
换热器是化学⼯业、⽯油⼯业及其它⼀些⾏业中⼴泛使⽤的热量交换设备，它不仅可以单独作为加热器、冷却器等使⽤，⽽且是⼀些化⼯单元操作的重要附属设备，因此在化⼯⽣产中占有重要地位。
由于⽣产中的换热⽬的不同，换热器的类型很多，不同类型的换热器各有优缺点，性能各异。
特别是随着化⼯⼯艺的不断发展，新型换热器不断出现。
在换热器设计中，⾸先应根据⼯艺要求选择适⽤的类型然后计算换热所需传热⾯积，并确定换热器的结构尺⼨。
虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和⾦属耗量等⽅⾯不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐⽤、适应性强、制造材料⼴泛等独特的优点，因⽽在换热设备中仍占有重要的地位。
特别是在⾼温、⾼压和⼤型换热设备中仍占绝对优势。
1.2列管式换热器的选择列管式换热器的应⽤已有很悠久的历史，在化⼯⽣产中主要作为加热（冷却）器，冷凝器、蒸发器和再沸器使⽤。
现在，它被当作⼀种传统的标准换热设备在很多⼯业部门中⼤量使⽤，尤其在⽯油、化⼯、能源设备等部门所使⽤的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。
按材质分为碳钢列管换热器，不锈钢列管换热器和碳钢与不锈钢混合列管换热器三种。
按结构分为单管程、双管程和多管程，传热⾯积1～500m2。
列管式换热器按结构特点，主要分为以下四种：①固定管板式换热器；②浮头式换热器；③U形管式换热器；④填料函式换热器。
列管换热器主要特点：1．耐腐蚀性：聚丙烯具有优良的耐化学品性，对于⽆机化合物，不论酸，碱、盐溶液，除强氧化性物料外，⼏乎直到100℃都对其⽆破坏作⽤，对⼏乎所有溶剂在室温下均不溶解，⼀般烷、径、醇、酚、醛、酮类等介质上均可使⽤。
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管式换热器
基本介绍
在管式换热器内进行换热的两种流体,一种在管内流淌,其行程称
为管程;一种在管外流淌,其行程称为壳程。
管束的壁面即为传热面。
为提高管外流体给热系数,通常在壳体内安装肯定数量的横向折流档板。
折流挡板不仅可防止流体短路,增加流体速度,还迫使流体按规
定路径多次错流通过管束,使湍动程度大为增加。
常用的挡板有圆缺
形和圆盘形两种,前者应用更为广泛.。
流体在管内每通过管束一次
称为一个管程,每通过壳体一次称为一个壳程。
为提高管内流体的速度,可在两端封头内设置适当隔板,将全部管子平均分隔成若干组。
这样,流体可每次只通过部分管子而来回管束多次,称为多管程。
同样,为提高管外流速,可在壳体内安装纵向档板使流体多次通过壳体
空间,称多壳程。
在管式换热器内,由于管内外流体温度不同,壳体和
管束的温度也不同。
常见分类
固定管板式
固定管板式换热器是将两端管板直接与壳体焊接在一起。
重要由
外壳、管板、管束、封头等重要部件构成。
壳体中设置有管束,管束
两端采纳焊接、胀接或胀焊并有的方法将管子固定在管板上,管板外
四周和封头法兰用螺栓紧固。
固定管板式换热器的结构简洁、造价
低廉、制造简单、管程清洗检修便利,但壳程清洗困难,管束制造后
有温差应力存在。
当换热管与壳体有较大温差时,壳体上还应设有膨
胀节。
浮头式
浮头式换热器一端管板固定在壳体与管箱之间,另一端管板可以在壳体内自由移动,也就是壳体和管束热膨胀可自由。
故管束和壳体之间没有温差应力。
一般浮头可拆卸,管束可以自由地抽出和装入。
浮头式换热器的这种结构可以用在管束和壳体有较大温差的工况。
管束和壳体的清洗和检修较为便利,但它的结构相对比较多而杂,对密封的要求也比较高。
U型管式
U形管式换热器是将换热管炜成U形,两端固定在同一管板上。
由于壳体和换热管分开,换热管束可以自由伸缩,不会由于介质的温差而产生温差应力。
U形管换热器只有一块管板,没有浮头,结构比较简洁。
管束可以自由的抽出和装入,便利清洗,具有浮头式换热器的优点,但由于换热管做成半径不等的U形弯,最外层换热管损坏后可以更换外,其它管子损坏只能堵管。
同时,它与固定管板式换热器相比,由于换热管受弯曲半径的限制它的管束中心部分存在空隙,流体很简单走短路,影响了传热效果。
性能对比
对比项目
浮动盘管换热器
螺纹管换热器
涡流热膜换热器
适用介质种类
蒸汽、水
蒸汽、水
弱腐蚀性化工原料、蒸汽、水介质的参数范围
温度:0-150度
压力:0-1.0MPa
温度:0-150度
压力:0-1.6MPa
温度:-40-400度
压力:0-10.0MPa
热效率
热效率=92%
热效率=93%
热效率=96%
防垢性能
自动除垢
人工除垢
具有防垢功能
耐震、噪音
振动较大，噪音大
振动较小，噪音小
振动微弱，噪音小
使用寿命
7年左右
10年左右
20年左右
修理
停机修理，更换管束
停机修理，拔管再胀管
无需修理
其它相关
涡流热膜
概述
涡流热膜换热器是管式换热器的一种，采纳最新的涡流热膜传热
技术，通过更改流体运动状态来增加传热效果，当介质经过涡流管
表面时，强力冲刷管子表面，从而提高换热效率。
最高可达
10000W/m2℃。
据【换热设备推广中心】介绍这种结构实现了耐腐蚀、耐高温、
耐高压、防结垢功能。
其它类型的换热器的流体通道为固定方向流
形式，在换热管表面形成绕流，对流换热系数降低。
涡流热膜换热器的最大特点在于经济性和平安性统一。
由于考虑
了换热管之间，换热管和壳体之间流淌关系，不再使用折流板强行
阻止的方式逼出湍流，而是靠换热管之间自然诱导形成交替漩涡流，
并在保证换热管不相互摩擦的前提下保持应有的颤抖力度。
换热管
的刚性和柔性配置良好，不会彼此碰撞，既克服了浮动盘管换热器
之间相互碰撞造成损伤的问题，又避开了平凡管壳式换热器易结垢
的问题。
性能特点
1.高效节能，该换热器传热系数为6000-8000W/m
2.0C。
2.全不锈钢制作，使用寿命长，可达20年以上。
3.改层流为湍流，提高了换热效率，降低了热阻。
4.换热速度快，耐高温（400℃），耐高压（2.5Mpa）。
5.结构紧凑，占地面积小，重量轻，安装便利，节省土建投资。
6.设计敏捷，规格齐全，有用针对性强，节省资金。
7.应用条件广泛，适用较大的压力、温度范围和多种介质热交换。
8.维护费用低，易操作，清垢周期长，清洗便利。
9.采纳纳米热膜技术，显著增大传热系数。
10.应用领域宽阔，可广泛用于热电、厂矿、石油化工、城市集中
供热、食品医药、能源电子、机械轻工等领域。
陶瓷换热器
简介
21世纪初国内河南省巩义市研制出了陶瓷换热器。
其生产工艺与
窑具的生产工艺基本相同，导热性与抗氧化性能是材料的重要应用
性能。
它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温度较高的
地方，不需要掺冷风及高温爱护，当窑炉温度1250-1450℃时，烟
道出口的温度应是1000-1300℃，陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃，将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，这样直接降低生产成本，增加经济效益。
优势
陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的进展，由于它较好地解决了耐腐蚀，耐高温等课题，成为了回收高温余热的最佳换热器。
经过多年生产实践，表明陶瓷换热器效果很好。
它的重要优点是:导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。
寿命长，修理量小，性能牢靠稳定，操作简便。
是目前回收高温烟气余热的最佳装置。
清洗现状
管式换热器因其特别的管状构造难以che底清洗，大多数企业及个人对换热设备结垢的影响及清除工艺还停留在机械、高压水、化学酸洗等传统的"破坏性"工艺和观念方面;而且简洁地认为设备清洗只有在严峻影响生产的状况下才会考虑，其不知水垢的生成在不断影响着企业的能耗，吞噬着企业的利润。
而且，单一为了降低清洗的费用，选择了对设备有损害和腐蚀的清洗方法，造成设备的报废和生产的停滞，付出了比清洗剂高几百倍甚至上千倍的代价。
比如某水泥集团，采纳草酸清洗换热设备，每次清洗时间都不敢超过2个小时，因清洗的不够彻di，所以清洗时间由以前的一年一次变为现在的一年三次，增加了两次的停机停产时间，间接地给企业造成了损失。
目前各国都在全力进展环保清洗技术，以求降低能耗，扼止对环境的过度破坏。
国外的1st-TECH清洗技术则在清洗方面走在国际先列.。