列管换热器设计Word文档格式.doc

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所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。

毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。

论文作者签名:

年月日

摘要

换热器是化工、石油、制冷、食品、动力等其他许多工业部门中广泛使用的热量交换设备。

伴随着化学工业的迅速发展及能源价格的提高，换热器的投资比例将进一步大。

因其具有结构牢固，适用性大，材料范围广等优点，在所有换热设备中，列管式换热器占整个换热器投资的50%～70%。

本次设计主要是针对传热任务和操作条件选择合适的换热器确定换热器的结构尺寸进行的。

目的是初步掌握基本的化工工艺的计算方法，了解该类换热设备的结构原理，了解CAD软件并绘制设备图。

论文中，采用试差法，初步假定传热系数，确定合适的换热器类型并进行有关的计算与核算，最后确定设备的结构尺寸，并通过与固定管板式换热器的基本参数进行对照，确定该换热器的结构尺寸满足要求并能完成换热任务。

关键词：

列管式换热器；

设计；

计算；

绘图

论文类型：

工程设计

III

Thedesignoftheshellandtubeheatexchanger

ABSTRACT

Heatexchangeriswidelyusedinchemical,petroleum,refrigeration,foodandmanyotherindustriesastheheatexchangeequipment.Withtherapiddevelopmentofthechemicalindustryandenergyprices,improvetheinvestmentproportionofheatexchangerwillbefurtherincreased.Becauseofitshavesolidstructure,largeapplicabilityandgreatmaterialrange,inallheattransmissionequipment,theinvestmentofthetubularheatexchangeris50-70%.

Thisdesignismainlydirectedagainsttheheattransfertasksandoperatingconditionsofheatexchangerchoosingdeterminethestructuresize.Thepurposeistotrytograspthebasicchemicaltechnology,thecalculationmethodofsuchheattransmissionequipment,acquaintthestructureprinciple,andacquaintCADsoftwaretodrawingequipmentpicture.

Inthethesis,usingdifferentmethods,preliminarypresumetheconductivity,theappropriateassumptionsabouttheheatexchangertypethenaccountingandcalculation,finallydeterminedthestructureoftheequipmentandthesizeofheatexchanger,andthroughthebasicparametersofthefixedtubularheatexchanger,makethestructuresizeandcanmeettherequirementsforhottask.

Keywords:

Tubeheatexchanger,Design,Calculation,Drawing

Thesis:

Engineeringdesign

目录

1绪论 1

1.1换热器概述 1

1.1.1列管换热器的分类 1

1.1.2列管换热器结构与主要附件 3

1.2换热器相关技术研究内容及发展动向 4

1.3本课题的研究内容及意义 4

2工艺条件的选择 7

2.1列管换热器类型的选择 7

2.2流体流径管程和壳程的选择 7

2.3流体流速的选择 7

2.4加热剂和冷却剂的选择 8

2.5适宜出口温度的选择 8

2.6设备材质与规格的选择 8

3列管式换热器的化工计算 9

3.1确定物性数据 9

3.2估算传热面积 9

3.2.1热流量 9

3.2.2平均传热温差 9

3.2.3冷却水用量 9

3.2.4估算传热面积 10

3.2.5平均传热温差矫正 10

3.3工艺结构计算 11

3.3.1管径和管内流速 11

3.3.2管程数和传热管数 11

3.3.3传热管排列和分程方法 11

3.3.4管壳内径 12

3.3.5折流板 12

3.3.6接管 12

4列管式换热器的核算 13

4.1热量核算 13

4.1.1壳程对流传热系数 13

4.1.2管程对流传热系数 13

4.1.3传热系数K 14

4.1.4传热面积S 14

4.2换热器内流体的流动阻力核算 15

4.2.1管程流动阻力 15

4.2.2壳程阻力 15

4.3换热器主要结构尺寸和计算结果及设备图 17

5总结 19

参考文献 20

致谢 21

榆林学院本科毕业设计（论文）

1绪论

1.1换热器概述

换热器是化工、石油、制冷、食品、动力等其他许多工业部门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重要的地位[1]。

并伴随着化学工业的迅速发展及能源价格的提高，换热器的投资比例将进一步加大。

换热器简单说是具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备。

在工业生产过程中，进行着各种不同的热交换过程，其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使流体温度达到工艺的指标，以满足生产过程的需要。

此外，换热设备也是回收余热，废热，特别是低品位热能的有效装置。

1.1.1列管换热器的分类

常见的列管式换热器类型很多，目前在工业中广泛使用的主要有以下四种：

（1）固定管板式换热器

这类换热器的主要特点是它的结构简单，在相同的壳体直径内，排管最多，而且紧凑排列，因此壳程检修和清洗困难，所以壳程中走的必须是易清洗，不易产生垢层和腐蚀的介质。

当管束和壳体之间温差较大时会产生热膨胀，导致管子和管板之间脱开，从而发生介质泄露。

为此常在外壳上焊膨胀节，但它仅能减小而不能完全消除由于温差而产生的热应力且在多程换热器中，这种方法不能照顾到管子的相对移动。

所以这种换热器比较适合用于温差不大或温差较大但壳程压力不高的场合[1]。

图1-1固定板式换热器

（2）浮头式换热器

该类换热器的管束膨胀不受壳体的约束，所以壳体与管束间不会由于膨胀量而产生热应力，而且清洗容易，所以它通常适用于管壳壁间温差较大，或易于腐蚀或结垢的场合。

该类换热器结构复杂且笨重，造价比固定管板式高20%左右，材料消耗量大，而且浮头的端盖在操作时无法检查。

所以在制造和安装时要特别注意其密封，以免发生泄漏，管束和壳体的间隙较大，在设计是要避免短路。

壳程的压力也会受滑动接触面的密封限制。

图1-2浮头式换热器

（3）U型管式换热器

该类换热器的管束可以自由伸缩，不会因管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；

管程为双管程，流程较长，流速高，传热性能好，且结构简单便于检修，但管内清洗不便。

又因其管束中间部分存在空隙，使壳程流体易于短路而影响换热。

此外，为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部分必须用管壁较厚的管子。

所以该类换热器仅适用于管壳壁温相差大，或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢、高温、高压的场合。

图1-3U型管式换热器

（4）填料函式换热器

这类换热器的结构特点是浮头与管壳间被填料函密封的同时，允许管束自由伸长，这种结构特别适用于介质腐蚀性较严重，温差较大且要经常更换管束的冷却器。

因为它有浮头式的优点，又克服了固定管板式的不足，结构比浮头式的简单，制作比浮头式方便，清洗检修比浮头式容易，泄漏时能及时发现。

但这种换热器的填料密封性能较差，故在操作温度压力较高的工况及大直径壳体下很少使用。

壳程内介质具有易挥发、易燃、易爆及剧毒性质时也不宜使用。

图1-4填料函式换热器

1.1.2列管换热器结构与主要附件

管壳式换热器的主要零部件有壳体、接管、封头、管板、换热管、折流元件等，对于温差较大的固定管板式换热器，还应包括膨胀节。

管壳式换热器的结构应该保证冷、热两种流体分走管程和壳程，同时还要有承受一定温度和压力的能力。

壳程结构的主要附件[9]：

（1）旁通挡板果壳体与管束之间间隙过大，则流体不通过管束而通过这个间隙旁通，为了防止这种情形，往往采用旁通挡板。

（2）假管了减少管程分程所引起的中间穿流的影响，可设置假管。

（3）拉杆和定距管了使折流板能牢靠的保持在一定位置上，通常采用拉杆和定距管。

（4）缓冲板可防止进口流体直接冲击管束而造成管子的额侵蚀和管束振动，还可使流体沿管束均匀分布的作用。

（5）折流板壳程管束中，折流板用以引导流体横向流过管束，增加流速，以增强传热，增大管程流体的传热系数；

同时起支撑管束、防止管束振动和管子弯曲的作用。

管程结构的主要附件：

（1）管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程与壳程的流体分隔开来。

管板与客体的连接有可拆和不可拆两种，固定管板常采用不可拆连接。

（2）封头壳体直径较小时采用封头。

（3）管箱壳径较大的换热器采用管箱结构。

管箱卫宇换热器的两端，其作用是把从关东输送来的流体均匀地分布到各换热管和把管内流体汇集在一起输送出换热器[9]。

（4）分程隔板需要换热面很大时，可采多管程换热器，对于多管程换热器。

在管箱内应设置分程隔板。

1.2换热器相关技术研究内容及发展动向

随着换热器广泛应用于各行业，诞生了许多新型的换热器，这使得换热器相关技术也得到不断提高，传热理论不断完善，换热器研