管壳式换热器课程设计
管壳式换热器课程设计
⼀、管壳式换热器的介绍
管壳式换热器是⽬前应⽤最为⼴泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠⾼、适应性⼴、易于制造、处理能⼒⼤、⽣产成本低、选⽤的材料范 围⼴、换热⾯的清洗⽐较⽅便、⾼温和⾼压下亦能应⽤。但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热⾯积所需⾦属的消耗量等⽅⾯均不如⼀些新型
⾼效率紧凑式换热器。管壳式换热器结构组成：管⼦、封头、壳体、接管、
管板、折流板；如图1－1所⽰。根据它的结构特点，可分为固定管板式、
浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。
gps组合⼆、换热器的设计
2.1设计参数
参数名称壳程管程
设计压⼒（MPa） 2.6 1.7
操作压⼒（MPa） 2.2 1.0/0.9（进⼝/出⼝）
设计温度（℃） 250 75
操作温度（℃） 220/175(进⼝、出⼝) 25/45(进⼝/出⼝)
流量（Kg/h） 40000 选定
物料（-）⽯脑油冷却⽔
程数（个） 1 2
腐蚀余度（mm） 3 -
2.2设计任务
1. 根据传热参数进⾏换热器的选型和校核
2.对换热器主要受压原件进⾏结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、⽀座等。 3.设计装配图和重要的零件图。
2.3热⼯设计
2.3.1基本参数计算
2.3.1.1估算传热⾯积
-=220-45=175
-=175-25=150
因为，所以采⽤对数平均温度差
算术平均温度差：=
P=
R=
因此平均有效温差为0.82
放热量
考虑换热器对外界环境的散热损失，则热流体放出的热量将⼤于冷流体吸收的热量，即：取热损失系数，则冷流体吸收的热量： 由可的⽔流量：
==31372.8
这⾥初估K=340W/()，由稳态传热基本⽅程得传热⾯积：
=16.55
2.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数
选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。从⽽查《换热器设计⼿
册》表1-2-7，即下表
公称直径管程数管⼦根数中⼼排管管程流通换热⾯积换热管长
换热管排列规格及排列形式：
换热管外径壁厚：d=50mm
排列形式：正三⾓形
管间距： =32mm
折流板间距：
2.1.1.3实际换热⾯积计算
实际换热⾯积按下式计算
2.2计算总传热系数，校核传热⾯积
总传热系数的计算
式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)；
——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)；
,
——分别为管外、管内流体污垢热阻，(m2·K) /W；
—管壁厚度，m；
——管壁材料的导热系数，W/(m2·K) oαiαiorr,δwλ
2.2.1管内传热膜系数
管内未冷却⽔流⼊，其速度为：
雷诺数：
对于湍流，由Dittus –Boelter关系式，有传热膜系数：
其中，普朗特数： =4.87
由于冷却⽔要被加热，故取n=0.4，即管内传热膜系数为：
=927.4W/()
2.2.1管外传热膜系数
因换热管呈正三⾓形排列，根据Kern法
当量直径：=
故
0.55
EMSKD流体流过管间最⼤截⾯积是
其中壳体内径估算为=0.37
因此，=0.216.7
=
雷诺数：偏振分束器
普朗特数：
异形注塑模板壁温可视为流体平均温度，即：
2.2.3总传热系数
因为有污垢热阻，因此查看表《GB151-1999管壳式换热器》可有管外有机物污垢热阻：/W 管内冷却⽔污垢热阻：/W
插⼊法得到=
因此得到
故
2.2.4总换热⾯积
由稳态传热基本⽅程：
=8.5
（1+25%）=10.6
2.3计算管程压⼒降
管程压⼒降有三部分组成，可按照如下公式进⾏计算
—流体流过直管因摩擦阻⼒引起的压⼒降，Pa;
--流体流经回弯管中因摩擦阻⼒引起的压⼒降，Pa;
—流体流经管箱进出⼝的压⼒降，Pa;
—结构矫正因素，⽆因次，对Φ25×2.5mm，取为1.4；
--管程数，取2；
--串联的壳程数，取1
其中：
对光滑管，Re=3时，由伯拉修斯式，得：
因此，
因此，
管程压⼒降在允许范围内
1.3.2壳程压⼒降
采⽤埃索法计算公式：
式中：--流体横过管束的压⼒降，Pa;
--流体通过折流板缺⼝的压⼒降，Pa;
—壳程压⼒降的结垢修正系数，⽆因此，对液体取1.15;
其中：
式中：F—管⼦排列⽅法对压⼒降的修正系数，对三⾓形F=0.5;
—壳程流体摩擦系数，当Re>500时，;
--横过管束中⼼线的管⼦数，对三⾓形排列;
--按壳程流通截⾯积计算的流速，。
计算过程如下：
0.003Mpa
因此，壳程压⼒降在允许范围内。
三、结构设计
糖果装下⾯选取材料，并进⾏换热器的结构设计
3.1结构尺⼨参数
a)根据换热器公称直径为400mm，选⽤圆筒作为换热器壳体。
壳体圆筒：公称直径DN=400mm，壁厚。
b)换热管：外径d=25mm，壁厚，换热管长度，根数
n=94，受压失稳当量长度，换热管呈正三⾓形排列，管间距
。
c)管板：刚度削弱系数，强度削弱系数。
d)螺栓：数量n=16，规格M27，30mm有效承载⾯积：（《换热器设计⼿册》）
e)管箱法兰：采⽤GB/T9113.2_2000，凹凸⾯整体钢制管法兰法兰外径
，螺栓孔径中⼼圆直径，法兰厚度C=32mm，管箱
圆筒厚度，法兰宽度：
3.2采⽤原件材料及数据
a)换热管材料：碳素钢钢管 20
设计温度下的许⽤应⼒
设计温度下的屈服点
设计温度下的弹性模量(GB150-89，表15)
管壁温度下的弹性模量
管壁温度下的膨胀系数
b)壳程圆筒材料：碳素钢Q235-B
250设计温度下的许⽤应⼒
圆筒在壁温下的弹性模量Mpa
圆筒在壁温下的线膨胀系数mm/
c)管板材料：16Mn
250设计温度下的许⽤应⼒
250设计温度下的弹性模量
d)螺栓材料：40Cr（GB150-1989表2-7）
常温下许⽤应⼒
250设计温度下的许⽤应⼒
e)管箱法兰材料：16Mn
由于管箱法兰为长颈对焊法兰，管箱圆筒材料弹性模量取管箱法兰材料的值，根据GB150-1989 250下的弹性模量
内孔撑圆涨紧夹具
75下的弹性模量
f)垫⽚材料：铁包⽯棉垫⽚
根据GB150-1998，垫⽚系数m=2，⽐压y=11Mpa
3.3壳体、管箱壳体和封头的设计
3.3.1壳体的设计
a)圆筒公称直径
由计算知，圆筒的公称直径为400mm400mm，采⽤卷制圆筒。
b)圆筒厚度
圆筒的最⼩厚度应按GB150-1989计算，但不得⼩于表3-1规定。
表3-1碳素钢或低合⾦钢圆筒的最⼩厚度 mm
公称直径400
如上表按附加量圆整取最⼩厚度为10mm
表2-2壳体、管箱壳体厚度 mm
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