管壳式换热器设计毕业设计1.docx
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管壳式换热器设计毕业设计
目 录
1引言 1
1.1管壳式换热器的研究 1
1.2
管壳式换热器的研究趋势 1
1.3
螺旋板式换热器的研究 2
1.3.1
螺旋板式换热器国内研究进展 2
1.3.2
螺旋板式换热器国外研究进展 2
1.4本课题的目的和意义 2
2管壳式换热器的工艺计算 3
2.2
确定管程软水的物性参数 3
2.2.1
定性温度 3
2.2.2
热容 4
2.2.3
黏度 4
2.2.4
导热系数 4
2.2.5
密度 4
2.3
确定壳程气氨的物性参数 4
2.3.1
定性温度 4
2.3.2
热容 4
2.3.3
黏度 4
2.3.4
导热系数 4
2.3.5
密度 4
2.4
估算传热面积 4
2.4.1
热负荷Q按大的传热量 4
2.4.2平均有效温差Dtm：
5
2.5
工艺结构尺寸 5
2.4.3传热面积 5
2.5.1决定通入空间，确定管径 5
2.5.3
确定管程（数）、传热管数n、管长
L及壳体内径 5
2.5.4
拉杆 5
2.5.5
折流板 5
2.5.6
画布管图 6
3
第Ⅱ页共Ⅲ页
2.5.7 接管 6
2.6换热器核算 7
2.6.1
传热能力的核算 7
2.6.2
换热器内流体阻力计算 9
3.1
换热器筒体及封头的设计 12
本
科
毕
业
设
计
管壳式换热器的结构设计及强度计算 12
3
3.1.1
筒体设计 12
3.1.2
封头与管箱设计 12
3.2
换热器水压试验及其壳体应力校核 13
3.2.1
压力试验的目的 13
3.2.2
试验压力及应力校核 13
3.3
开孔补强 13
3.3.1对f219´9mm管程接管的补强计算 13
3.3.2对f480´10mm壳程接管的补强计算 15
3.4.1
筒体法兰的选用 17
3.4
法兰的选用 17
3.4.2管法兰的选用 17
3.5
折流板设计 17
3.6管板设计 17
3.6.1换热气的设计条件 17
3.6.2结构尺寸参数 17
3.6.3各元件材料及其设计数据 19
3.6.4设计计算 19
3.7
支座形式的确定 30
3.7.1
已知条件 30
3.7.2
校核 31
3.7.3
计算支座承受的实际载荷Q 31
3.7.4
计算支座处圆筒所受的支座弯矩ML 31
4.1
传热工艺计算 31
螺旋板式换热器的设计 31
4
4.1.1传热量计算 32
4.1.2冷却水的出口温度 32
4.1.3
螺旋通道截面积与当量直径de的计算 32
4.1.4
雷诺数Re和普朗特数Pr 32
本
科
毕
业
设
计
第Ⅲ页共Ⅲ页
4.1.5给热系数a的计算 33
4.1.6总传热系数K 33
4.1.7
对数平均温差Dtm 34
4.1.8
换热器传热面积F 34
4.1.9
螺旋通道长度L 34
4.1.10
螺旋圈数n与螺旋体外径D0 34
4.2
流体压力降ΔP计算 35
4.2.1
按直管压力降的计算公式 35
4.2.2
按大连工学院等单位推荐的公式计算 36
4.3
螺旋板的强度、挠度与校核 36
4.3.1
强度计算 36
4.3.2
螺旋板的挠度 37
4.3.3
螺旋板式换热器的稳定性 38
4.4
螺旋板式换热器的结构尺寸 38
4.4.1
密封结构 38
4.4.2
定距柱尺寸 38
4.4.3
换热器外壳 38
4.4.4
进出口接管直径 39
4.4.5
中心隔板的尺寸 39
4.4.6
水压试验时应力校核 40
结束语 41
致
谢 42
参考文献 43
本
科
毕
业
设
计
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1引言
换热设备是化工、炼油、动力、能源、冶金、食品、机械、建筑工业中普遍应用的
典型设备。
一般换热设备在化工、炼油装置中的建设费用比例达
20%~50%因此无论从
能源利用，还是从工业的投资来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要意义。
换热
器按照传送热量的方法来分：
间壁式、混合式、蓄热式等三大类，其中间壁式换热器是
工业生产中应用最为广泛地换热器。
其中适用于气-液介质的间壁式换热器主要有管壳
式换热器和螺旋板式换热器。
1.1
管壳式换热器的研究
目前,我国的管壳式换热器仍以弓形折流板加光滑管为主,效率低,能耗高，难以满
足生产要求。
因此,积极进行管壳式换热器的强化研究是非常必要的。
强化传热技术的
应用就是为了进一步提高换热设备的效率,减少能量传递过程中的不可逆失,更合理更
有效地利用能源,减少换热面积,降低金属消耗。
强化传热已被学术界称为第二代传热
技术，其强化途径主要有:
提高传热系数,扩大传热面积,增大传热温差等。
其中提高传热
系数是当今强化传热的重点。
在实际的操作过程中可以通过强化管程传热和强化壳程传
热两个方面强化换热器的传热[1]。
（1）强化管壳式换热器管程的传热,主要是通过增加流体湍流度、扩展传热面积和
提高流体流等方法实现,即在内表面加工凸肋或翅片结构、在管内加插入物以及提高流
速[2]，强化传热机理及主要研究如下所述。
（2）传统的管壳式换热器,流体在壳侧流动存在着转折和进出口两端涡流的影响区,
影响了壳程的传热系数。
为了强化壳程传热，目前的研究途径主要有两种，包括管型与
管间支撑物的研究。
1.2
管壳式换热器的研究趋势
作为一种高效紧凑式换热器，在加热、冷却、冷凝、蒸发和热回收过程中，除了高
温、高压和特殊介质条件外,随着强化传热理论的研究,加强管壳式换热器的改进,将高效
传热管与壳程强化传热的支撑结构相结合是今后换热器发展的一个重要方向。
无论是管程强化传热技术还是壳程强化传热技术，其结构的复杂性都将直接影响该
技术的推广和发展，为此，强化传热技术的研究会朝着结构简化、传热效率高的方向发
展。
而如何提高传热效率的同时不使流体压降有明显升高，在增加有效传热面积的同时
使换热器结构紧凑，以及如何在保证换热器具有较低生产如何成本的同时保证其有较高
的使用寿命也将成为将来研究的重要内容。
基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、
食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器产业在未来一段时期内将保持
稳定增长。
另外，航天飞行器、半导体器件、核电站、风力发电机组、太阳能光伏发电
及多晶硅生产等高新技术领域都需要大量的专业换热器。
展望板式换热器的未来，它会
9
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计
第2页共43页
在更广泛的领域大有作为[3]。
1.3 螺旋板式换热器的研究
螺旋板换热器是由两个长板卷在一起，形成一个螺旋构成的[4]，是一种高效换热设
备，适用汽－汽、汽－液、液－液，对液传热。
是发展较早的一种板式换热器，不用管
材，价格比较便宜，其传热系数大，结构紧凑，不易结垢，容易清洗。
该换热器主要由
两张平行的薄钢板卷制成，构成一对互相隔开的螺旋形通道，冷热两流体以螺旋形板面
为传热面相间流动[5]。
1.3.1
螺旋板式换热器国内研究进展
我国从五十年代中期开始使用螺旋板式换热器,当时主要用于烧碱厂中的电解液加
热和浓碱液冷却。
1966
年我国开始研制螺旋板式换热器,设计。
制造部门研制了卷制螺
旋板的专用卷床,使卷制的工效提高了几十倍,为推广应用螺旋板换热器创造了良好的条
件。
但目前的问题是如何进一步提高承压能力的途径可采用增加螺旋板厚度，增加定距
柱的数目或提高板材的强度。
但如采用增加板厚的方法，则势必要求提高卷板机的能力，
这样消耗的功率相应增加，还会给制造工艺带来困扰，并使成本提高。
目前提高其承受
能力的方法主要以改进结构和选用较好的材料。
1.3.2
螺旋板式换热器国外研究进展
螺旋板换热器最初是由瑞典罗森勃来特
161（Rosemblad）首先提出,1932年以此人命
名的Rosemblad
公司就成批组织生产并形成专利自问世以来,由于其结构紧凑,传热系数
高;尤其是两种介质温差小的情况下,可以回收低位热量;自洁能力强;设备造价低,占地面
积小等优点,得到了越来越广泛的应用[6]。
随后许多国家根据这个公司乏的专利相继仿
造，其中有英国APV公司、美国AHRCO公司、西德ROCA公司等。
国外螺旋板式换
热器的发展无论材料、工艺、结构、设计理论都已日臻成熟。
国外螺旋板式换热器共有
四种型式：
1型、2型、3型和3H型。
1型为最普通结构型式，两个通道内的流体均作
螺旋流动。
国外螺旋板式换热器最常见的是应用于冷凝场合，所有型式的螺旋板式换热
器均可应用于冷凝场合。
1.4
本课题的目的和意义
实际生产中，在设计气-液介质换热器（特别是中、低压气-液换热器）时，为了保
证气、液两侧的热负荷平衡，就要使气体的体积流量远大于液体的体积流量，即形成典
型的大气量、小液量换热工况。
设计这类换热器要解决的关键问题是，合理选择换热器
的形式与结构，既要使气、液介质均在经济流速下流动，同时又能获得较大的传热系数。
这正是本文的研究目的所在。
本设计课题要求我们在详细分析工艺条件的基础上，对适用于气-液介质的换热器
t=25-
Wi=66m3/h=66´998.15kg/h=65909kg/hQi=Wicpi（to-ti）
=65909´4.183´（25-ti）=Qs=1764900KJ/h
1764900
i
65909´4.183
=18.6
本
科
毕
业
设
计
由
推出：
第3页共43页
进行比较选型，按照所选的形式进行结构设计、工艺计算、强度设计。
完成本课题后，
不仅可使我们获得综合运用所学基础理论、专业知识、基本技能，提高分析与解决工程
实际问题的能力和初步科学研究的能力，使得遵照国家标准和规范进行工程
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