管壳式换热器设计课程设计.docx

1、管壳式换热器设计课程设计管壳式换热器设计-课程设计河南理工大学课程设计管壳式换热器设计学 院：机械与动力工程学院 专 业：热能与动力工程专业班 级：11-02班学 号：姓 名： 指导老师:小组成员:第一章 设计任务书 1第二章 管壳式换热器简介 . 2第三章 设计方法及设计步骤 . 4第四章 工艺计算 54.1物性参数的确定 54.2核算换热器传热面积 64.2.1传热量及平均温差 74.2.2估算传热面积 8第五章 管壳式换热器结构计算 105.1换热管计算及排布方式 105.2壳体内径的估算 135.3进出口连接管直径的计算 . 145.4折流板 14第六章 换热系数的计算 . 206.1

2、管程换热系数 206.2壳程换热系数 21第七章 需用传热面积 23第八章 流动阻力计算 258.1 管程阻力计算 268.2壳程阻力计算 27总结 29第一章 设计任务书煤油冷却的管壳式换热器设计：设计用冷却水将煤油由 140C冷却冷却到40 C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。 设计任务及操作条件1 、设备形式：管壳式换热器2、操作条件(1)煤油：入口温度140C，出口温度40r(2)冷却水介质：入口温度 26C，出口温度40r第二章 管壳式换热器简介管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。纵然各种板式换 热器的竞争力不断上升，管壳式换热器

3、依然在换热器市场中占主导地位。目前 各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热，提高对苛刻的工艺条 件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所 作的结构改进。强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方 式，其中提高传热系数是强化传热的重点，主要是通过强化管程传热和壳程传 热两个方面得以实现。目前，管壳式换热器强化传热方法主要有：采用改变传 热元件本身的表面形状及表面处理方法，以获得粗糙的表面和扩展表面；用添 加内物的方法以增加流体本身的绕流；将传热管表面制成多孔状，使气泡核心 的数量大幅度增加，从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力；改变管束

4、支撑 形式以获得良好的流动分布，充分利用传热面积。管壳式热交换器（又称列管式热交换器）是在一个圆筒形壳体内设置许多 平行管子（称这些平行的管子为管束） ，让两种流体分别从管内空间 （或称管程） 和管外空间（或称壳程）流过进行热量交换。在传热面比较大的管壳式热交换器中，管子根数很多，从而壳体直径比较 大，以致它的壳程流通截面大。这是如果流体的容积流量比较小，使得流速很 低，因而换热系数不高。为了提高流体的流速，可在管外空间装设与管束平行 的纵向隔板或与管束垂直的折流板，使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装 置纵向隔板而使流体来回流动的次数，称为程数，所以装了纵向隔板，就使热 交换器的管外空间成为

5、多程。而当装设折流板时，则不论流体往复交错流动多 少次，其管外空间仍以单程对待。管壳式热交换器的主要优点是结构简单，造价较低，选材范围广，处理能 力大，还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战，但 由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于优势地位。由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如 果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂 或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过 50C时，需采取适当补偿措 施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可以分为以 下几种：固定管板式换热器、 浮头式换热器、 U

6、形管式换热器、双重管式换热器 及填料函式换热器。第三章 设计方法及设计步骤在设计换热器时，如果只作简单估算，或盲目加大传热面积的安全系数就 会造成浪费。只有进行比较详细的计算，才能使投入运行的热交换器，在安全 和经济方面得到可靠保证。换热器一般的设计方法及设计步骤如下： （1）根据设计任务搜集有关的原始资料，并选定热交换器类型等。 （2）确定定性温度，并查取物性数据。（3）由热平衡计算热负荷及热流体或冷流体的流量。（4）选择壳体和管子的材料。（5）选定流动方式，确定流体的流动空间。（6）求出平均温差。（7）初选传热系数Ko,并初计算传热面积F。（ 8）设计换热器的结构包括：选取管径和管程流体流

7、速；确定每程管数、 管长、总管数；确定管子排列方式、管间距、壳体内径和连接管直径等；确定 壳侧程数及折流板的数目、间距、尺寸等壳程结构尺寸；初确定传热面积。（ 9）管程换热器计算及阻力计算。当换热系数远大于初选传热系数且压降小于允许压降时,才能进行下一步计算。（10）壳程换热计算。根据采用结构，假定壁温和计算换热系数。（ 11）校核传热系数和传热面积。根据管、壳程换热系数及污垢热阻、壁面热阻等，算出传热系数 K 及传热面积 F。（ 12）核算壁温。要求与假定的壁温相符。（ 13）计算壳程阻力，使之小于允许压降。第四章工艺计算在换热器设计中，根据所选换热器类型和所给已知条件，计算出煤油的流 速和

8、水的流速等，然后计算出传热面积。工艺设计中包括了物性数据的确定、 传热量及平均温差、初选传热系数、估算传热面积其具体运算如下所述。4.1物性参数的确定表3-1水和煤油的操作参数冷却水煤油进口温度C)出口温度(C)进口温度(C)出口温度(C)264018040定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可以取流体进出 口温度的平均值。煤油的定性温度为：(1)水的定性温度:(2)由定性温度条件下查物性表得出水与煤油的物性参数，如比热、密度、黏度导热系数。所查结果见表2-2：表3-2水与煤油的物性参数名称定性比热密度黏度导热温度kJkggkgm3系数CMpa gsW mg2.525 2正三角形3219 19 25在此，选用？25X2.5的碳钢管，采用无缝焊接工艺管程内水流速可以在表4-2选用：表4-2热交换器内常用流速范围