管壳式换热器结构

管壳式换热器的结构和设计

管壳式换热器的结构和设计

李政

2010年11月

摘 要 管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性，在长年操作的过程中积累了丰富的经验，迄今为止在各种换热器中仍占主导地位。本文论述了各型式管壳式换热器的优缺点以及各自的结构、设计。 关键词 管壳式换热器 优缺点 结构设计

一 、前言 换热器分类：

管壳式换热器根据结构特点可分为下列两类：

1.刚性结构的管壳式换热器：这种换热器又称为固定管板式，通常可分为单管程和多管程两种。换热器的管端以焊接、胀接、胀焊并用的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程。制造成本较低。由于不存在弯管部分，管内不易积聚污垢，即使产生污垢也便于清洗。如果管子发生泄漏或损坏，也便于进行堵管或换管。但无法在管子的外表面进行机械清洗，且难以检查，不适宜处理脏的或有腐蚀性的介质。更主要的缺点是当壳体与管子的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，在壳体与管中将产生很大的温差应力。 2.具有温差补偿装置的管壳式换热器：它可使受热部分自由膨胀。该结构形式又可分成：

① 浮头式换热器：所谓“

管壳式换热器讲座

第一节 管壳式换热器总体结构

管壳式换热器的型式主要有固定管板式、浮头式、U型管式，填料函式及釜式等几种。根据其使用场合又分为Ⅰ、Ⅱ两级，Ⅰ级换热器采用较高级冷拔换热管，适用于无相变传热和易产生振动的场合。Ⅱ级换热器采用普通级冷拔换热管，适用于重沸、冷凝传热和无振动的一般场合。换热器的设计、制造、检验必须遵循国家标准GB151-1999《钢制管壳式换热器》的规定。管壳式换热器可卧置也可立置，几种典型结构如图1-图4所示。

图1 固定管板式换热器 图2 浮头式换热器

图3 U型管换热器 图4 填料函式换热器

一、固定管板式换热器

固定管板式换热器（图1）两端管板采用焊接方法与壳体连接固定，其结构简单，紧凑，排管多，制造成本低，管程可以分成多程。缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力。它适用于壳体与管子温差小，或温差稍大但壳程压力不高以及壳程介质不易结垢，或结垢后能用化学方法清洗的场合。当壳体与管子温差大时可在壳体上设置膨胀节，或采取其它型式换热器。 二、浮头式换热器

浮头式换热器（图2）的一端管板是固定的，另一端管板可在壳体内移动，因而管子与壳体不产生温差应力

课 程 设 计

设计题目：管壳式水-水换热器

姓 名 院 系 专 业 年 级 学 号 指导教师 年

月 日

目录

1前言…………………………………………………………………………………………1 2课程设计任务书……………………………………………………………………………2 3课程设计说明书……………………………………………………………………………3 3.1确定设计方案…………………………………………………………………………3 3.1.1选择换热器的类型 ………………………………………………………………3 3.1.2流动空间及流速的确定 …………………………………………………………3 3.2确定物性数据 ………………………………………………………………………3 3.3换热器热力计算………………………………………………………………………4 3.

河北化工医药职业技术学院毕业论文

第一章 管壳式换热器概述

过程设备在生产技术领域中的应用十分广泛，是在化工、炼油、轻工、交通、食品、制药、冶金、纺织、城建、海洋工程等传统部门所必需的关键设备，而换热设备则是广泛使用的一种通用的过程设备。

1.1 换热器的应用

换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的热交换器。随着时代的进步，科技的不断发展，换热器在我们的生活、生产中的利用价值越来越突出。

换热器的主要分类

在工业生产中，由于用途、工作条件和物料特性的不同，出现了不同形式和结构的换热器。 1.2.1 换热器的分类及特点

按照传热方式的不同，换热器可分为三类： 1.直接接触式换热器

又称混合式换热器，它是利用冷、热流体直接接触与混合的作用进行热量的交换。这类换热器的结构简单、价格便宜，常做成塔状，但仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。 2.蓄热式换热器

在这类换热器中，热量传递是通

HTRI管壳式换热器设计基础教程

郑州大学化工与能源学院

2011年11月

HTRI简介

美国传热研究协会（Heat Transfer Research Institute）简称HTRI，主要致力于工业规模的传热设备的研究，开发基于试验研究数据的专业模拟计算工具软件，提供完善的产品、技术服务和培训。HTRI帮助其会员设计高效、可靠及低成本的换热器。HTRI Xchanger Suite是HTRI开发的换热器设计及核算的集成图形化用户环境，它包括以下几个部分：

HTRI.Xist能够计算所有的管壳式换热器，作为一个完全增量法程序，Xist包含了HTRI的预测冷凝、沸腾、单相热传递和压降的最新的逐点计算法。该方法基于广泛的壳程和管程冷凝、沸腾及单相传热试验数据。

HTRI.Xphe能够设计、核算、模拟板框式换热器。这是一个完全增量式计算软件，它使用局部的物性和工艺条件分别对每个板的通道进行计算。该软件使用HTRI特有的基于试验研究的端口不均匀分布程序来决定流入每板通道的流量。

HTRI.Xace软件能够设计、核算、模拟空冷器及省煤器管束的性能，它还可以模拟分机停运时的空冷器性能。该软件使用了HTRI的最新逐点完全增量计算技术。

HTRI.Xjpe

一、例子........................................................................................................................................... 3 二、Input输入模块 ......................................................................................................................... 4

1、problem definition问题定义模块 ...................................................................................... 4

1.1、description基本描写 ............................................................................................... 5 2、 applicatio

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郑州大学化工与能源学院

2011年11月

HTRI简介

美国传热研究协会（Heat Transfer Research Institute）简称HTRI，主要致力于工业规模的传热设备的研究，开发基于试验研究数据的专业模拟计算工具软件，提供完善的产品、技术服务和培训。HTRI帮助其会员设计高效、可靠及低成本的换热器。HTRI Xchanger Suite是HTRI开发的换热器设计及核算的集成图形化用户环境，它包括以下几个部分：

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GB 5一 1 9 1 1 9 9

前 本标准系根据国家质A技术监督局 19 93年“制修订标准项目计划”的安排对 GB 1 99进行 1 -18 5修订。本标准依据 G 1 1 9 9 B -18实施以来所取得的经验和国内管壳式换热器发展的需要， 5并参照近期国际同类标准进行了下列变动： 1 .修订了适用参数。 2 .由于增加了铝、钦换热管，铜、故标准名称由《钢制管壳式换热器》改为《管壳式换热器》 .

. 日毖 b

3增加了以下内容： .前言； 引用标准，

附录C标准的附录) (换热管用奥氏体不锈钢焊接钢管；附录 D( 标准的附录)有色金属设计数据，附录 K( 提示的附录)壳体与管束间的人口或出口面积的计算 . 4 .撤消了GB 1 99中下列内容： 1 -18 5附录 A 膨胀节(补充件);附录 E 螺纹换热管(参考件) . 5 .修改了平盖， U形管式换热器管板和浮头式换热器浮头法兰的计算公式，给出了孔桥宽度的计算式。 6 I级换热器的差别只体现在管束上， I, .由于 I,将 I

GB 5一 1 9 1 1 9 9

前 本标准系根据国家质A技术监督局 19 93年“制修订标准项目计划”的安排对 GB 1 99进行 1 -18 5修订。本标准依据 G 1 1 9 9 B -18实施以来所取得的经验和国内管壳式换热器发展的需要， 5并参照近期国际同类标准进行了下列变动： 1 .修订了适用参数。 2 .由于增加了铝、钦换热管，铜、故标准名称由《钢制管壳式换热器》改为《管壳式换热器》 .

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3增加了以下内容： .前言； 引用标准，

附录C标准的附录) (换热管用奥氏体不锈钢焊接钢管；附录 D( 标准的附录)有色金属设计数据，附录 K( 提示的附录)壳体与管束间的人口或出口面积的计算 . 4 .撤消了GB 1 99中下列内容： 1 -18 5附录 A 膨胀节(补充件);附录 E 螺纹换热管(参考件) . 5 .修改了平盖， U形管式换热器管板和浮头式换热器浮头法兰的计算公式，给出了孔桥宽度的计算式。 6 I级换热器的差别只体现在管束上， I, .由于 I,将 I

管壳式换热器的换热管强化传热技术浅述

摘要

本文主要介绍了管壳式换热器换热管强化传热技术，分析了各自的原理、优缺点及推荐的使用场合。采用节能技术的换热器不仅提高了能源的利用率,而且减少了金属材料的消耗,对化工行业提高经济效益具有重要意义。

一、换热器强化传热技术的概述

近20年来，石油、化工等过程

工业得到了迅猛发展。各工业部门都

在大力发展大容量、高节能设备，因

此要求提供尺寸小、重量轻、换热能

力大的换热设备。

特别是始于20世纪60年代的世

界能源危机，加速了当代先进换热技

术和节能技术的发展。强化传热已发

展成为第二代传热技术，并已成为

现代热科学中一个十分引人注目图1：管壳式换热器结构图

的、蓬勃发展的研究领域。换热器作为一种实现物料之间热量传递的节能设备,在化工、石油、石油化工、冶金、轻工、食品等行业中就得到了普遍应用。 换热设备传热过程的强化主要是使换热设备能在单位时间内、单位面积上传递的热量达到最大化从而实现下述目的：

⑴．减小设计传热面积,以减小换热器的体积和质量⑵．提高现有换热器的换热能力⑶．使换热器能在较低温差下工作⑷．减小换热器的阻力,以减少换热器的动力消耗

二、 强化传热的原理

从传热学中我们知道换热器中的传热量可用下式计算，即

Q=kFΔT