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
1
3.3.1 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 压砖机
附图：工艺流程图以及设备主体图
mrow
黑磷化
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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。根据冷、热
流体热量交换的原理和方式可分为三大类：间壁式换热器、直接接触式换热器、 蓄热式换热器。热冷、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，
该类换热热量从热流体穿过壁面传给冷流体。流体被固体壁面隔开，互不接触，形式繁热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，器适用于冷、 多。将在后面做重点介绍。热流体相互接冷、 直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，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、热流体文氏管及喷射冷凝允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、 器等。此类换热器是借助于热容量较大 蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。
从热流当蓄热体与热流体接触时，的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。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。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高且不能完全避免两种流体温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大， 的混合。 1.2列管式换热器的概述它主要由壳 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。
，可分别采用普通碳钢、体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。所需材质
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，在管流种流体由壳体的接管进入，动，从封头另一端的出口管流出，这称之管程；另-从壳体上的另一接管
处流出，这称为壳程列管式换热器。
3
1.2.1列管式换热器的分类
1.2.1.1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。
为了克服温差应力必须有温差补偿装置，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。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60～70℃和壳程流体压强不高的情况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿
圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结构。
1.2.1.2浮头式换热器
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，以使管
子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上连接一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。其优点是：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不变壳体约束，因而当两种换热器介质的温差大时，不会因管束与壳体的4
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。
1.2.1.3填料函式换热器
这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简单，造价也比浮头式低。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。
1.2.1.4 U型管式换热器
U形管式换热器，每根管子都弯成U形，两端固定在同一块管板上，每根管
子皆可自由伸缩，从而解决热补偿问题。管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。优点是结构简单，质量轻，适用于高温高压条件。
1.3换热器类型的选择
所设计换热器用于冷却煤油，冷却水用井水，易结垢，易腐蚀管道，所以选
用浮头式换热器，浮头便于拆卸、清洗，且煤油走壳程也方便散热，与冷却介质温差较大，也避免产生温差应力产生管道变形。
5
可调式电热板
1.3.1流径的选择
锌丝
在具体设计时考虑到尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧传热
系数接近；在运行温度较高的换热器中，应尽量减少热量损失，而对于一些制冷装置，应尽量减少其冷量损失；管、壳程的决定应做到便于清洗除垢和修理，以保证运行的可靠性。
参考标准：
1、不洁净和易结垢的流体宜走便于清洗管子，浮头式换热器壳程便于清洗。
2、腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
3、压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，其中冷却介质循环水操作压力高，宜走管程。
4、饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
5、被冷却的流体宜走壳程，便于散热，增强冷却效果。
6、需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管内，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
7、粘度大的液体或流量较小的流体，宜走壳程，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
8、若两流体的温度差较大，传热膜系数较大的流体宜走壳程，因为壁温接近传热膜系数较大的流体温度，以减小管壁和壳壁的温度差。
综合考虑以上标准，因为釜残液为煤油是易燃易爆介质，适宜走管内，这徉，只需管子采用耐高压或耐腐蚀的材料；将冷却水通入壳程空间 。
1.3.2流速的选择
表2.3.2 换热器常用流速的范围
船舶智能焊接技术 介质 循环水 新鲜水 一般液体 易结垢液体 低粘度油 高粘度油 气体 流速 1.0~2.0 >1.0 0.8~1.8 0.5~1.5 5~30 m/s 管程流速，0.5~1.5 m/s 壳程流速， |
| | |
| | |
| | 0.8~1.5 0.5~3 0.5~1.5 | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | 0.2~1.5 >0.5 | 0.4~1.0 | | | | 2~15 0.3~0.8 |
| | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |
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由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表
面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。 按实际需要煤油流速在0.5~1.5 m/s，井水在>0.5 m/s为宜。
1.3.3材质的选择
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