下面是范文網(wǎng)小編收集的換熱器設(shè)計心得體會共4篇(對換熱器設(shè)計的評述)，供大家品鑒。

換熱器設(shè)計心得體會共1

　　第一章

　　換熱器總體設(shè)計

　　間壁式換熱器在各個工業(yè)部門中應(yīng)用最為廣泛。按照傳熱間壁的結(jié)構(gòu)形狀可分為管式和板式兩大類，管式中又有管殼式（列管式）、套管式、蛇管式以及翅片式等多種形式；板式中又有波紋板式、螺旋板式、板翅式、板殼式等多種形式。

換熱器的設(shè)計步驟

（1）收集原始數(shù)據(jù)。

　　原始數(shù)據(jù)是設(shè)計計算的基本依據(jù)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計任務(wù)，收集盡可能多的有關(guān)數(shù)據(jù)，并力求準確。

（1）確定物性參量。

　　安排管、殼程流體，確定定性溫度，計算或查得換熱介質(zhì)物性參量：密度、粘度、比熱等。

（3）初步?jīng)Q定換熱器流型，計算平均溫差。 （4）計算熱負荷（熱傳量）。

　　利用熱平衡計算換熱器的熱負荷，為估算熱量損失，需要確定熱損失系數(shù)或熱效率。 （5）初選傳熱系數(shù)K0，根據(jù)換熱介質(zhì)，流速及流態(tài)確定K0，初算傳熱面積A0，利用A0選擇標準型號換熱器或自行設(shè)計換熱器結(jié)構(gòu)，確定管、殼程的主要結(jié)構(gòu)尺寸。 （6）管程傳熱及壓降計算。

　　選定允許壓降ΔP，假定管壁溫度t'w，根據(jù)初選結(jié)構(gòu)計算管側(cè)對流換熱系數(shù)和壓降。當換熱系數(shù)遠大于K0，且壓降小于允許壓降值時，方能進行殼程計算，否則，重選K0或進行結(jié)構(gòu)調(diào)整。

（7）殼程壓降及傳熱計算。

　　根據(jù)初選結(jié)構(gòu)和假設(shè)的壁溫t'w計算殼程流通截面、流速和換熱系數(shù)，若不符合要求，可變動殼程結(jié)構(gòu)，調(diào)整折流板尺寸、間距乃至殼體直徑直至滿意。 （8）核算總傳熱系數(shù)。

　　根據(jù)管、殼兩側(cè)流速和溫度決定污垢熱阻，最后計算傳熱系數(shù)Kj，當計算值與初選值滿足：Kj/K0?~即符合要求。也可計算傳熱量Qj或傳熱面積Aj，并與Q0、A0比

　　1 較，有（10～10）%的過余即符合要求。 （9）計算殼程壓降。

　　管、殼程壓降均應(yīng)小于允許壓降，否則調(diào)整結(jié)構(gòu)重算直至滿意。

設(shè)計任務(wù)書

　　表1-1 為設(shè)計一管殼式換熱器的原始數(shù)據(jù)

　　Table 1-1 for the design of a shell heat exchanger of the original data 介質(zhì) 入口溫度℃

　　出口溫度℃

　　工作壓力MPa 氨氣 水

　　145 10

　　40 30

150

　　逆 流

　　流量(t/h)

　　流動方式

確定設(shè)計類型、結(jié)構(gòu)形式及流程

（1）本設(shè)計選用固定管板式換熱器。 （1）流體流徑的選擇

　　哪一種流體流經(jīng)換熱器的管程，哪一種流體流經(jīng)殼程，下列各點可供選擇時參考。 ①不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子。

②腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。 ③壓強高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。

④飽和蒸氣宜走管間，以便于及時排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。

⑤被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強冷卻效果。 ⑥需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。

⑦粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re>100)下即可達到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。

　　在選擇流體流徑時，上述各點常不能同時兼顧，應(yīng)視具體情況抓住主要矛盾，例如首先考慮流體的壓強、防腐蝕及清洗等要求，然后再校核對流傳熱系數(shù)和壓強降，以便作出較恰當?shù)倪x擇。

　　本設(shè)計由于兩流體溫差大，而冷卻水的換熱系數(shù)大，結(jié)垢性較氨氣強、工作壓力高，用泵輸送允許的壓降較大，故使冷卻水走管程較合適。

　　2 氨氣的流量較小、粘度較小、殼體強度不會產(chǎn)生問題，允許壓降小，因而使其走殼程合適。

工藝計算

　　工藝計算包括初選結(jié)構(gòu)、傳熱計算和壓降計算，工藝計算所得的傳熱面積是下一步結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提。

原始數(shù)據(jù)

（1）冷卻水進口溫度：t'?2?20C；

（1）冷卻水出口溫度：t''2?30?C；

（3）冷卻水工作壓力：P2?； （4）冷卻水流量：G1?kg/h；

（5）氨氣進口溫度：t'1?145?C； （6）氨氣出口溫度：t''1?40?C；

（7）氨氣流量：G1?9500kg/h； （8）氨氣工作壓力：P1?； 定性溫度和物性參數(shù)計算[1]

（1）水的定性溫度tt''2?t'2?20?30?25?2，t2?22C；（1）水的密度?2，查物性表?2?997kg/m3； （3）水的比熱C?2查物性表C?2?/kgC； （4）水的導(dǎo)熱系數(shù)?2，查物性表?2?/mC；（5）水的粘度μ62，查物性表μ2??10?PaS； （6）水的柏朗特數(shù)Pr1，計算或直接查得

　　Pr1?(1000?CP1?μ1)?1000???10?? 3

　　1-1）

（（7）氨氣的密度?31，查物性表?1?595kg/m； （8）氨氣的比熱C?1，查物性表C?1?/kgC； （9）氨氣的導(dǎo)熱系數(shù)?1，查物性表?1?/mC； （10）氨氣的粘度μ1，查物性表μ1??10?5PaS； （11）氨氣的柏朗特數(shù)?r1，

　　Pr?CP1?μ???10?51?(1000k)??0.

傳熱量及水流量

（1）換熱器效率，取η?； （1）設(shè)計傳熱量Q0，

　　Q0?G1Cp1(t'2?t''2)η?1000/3600???(30?20)??1000/3600

?. 有效平均溫差 （1）逆流平均溫差Δtm

Δtm?(Δt大?Δt小)/ln(Δt大/Δt小)?[(145?40)?(30?20)]?ln(145?4030?20)

?（1）參數(shù)R R?(t't''1?1)/(t''2?t'2)?(145?40)/?30-20??10.

　　5 參數(shù)P，P?(t''''2?t2)/(t1?t'2)?(30?20)/(145?20)?

　　參數(shù)?，查取??

　　有效平均溫差Δt'm，Δt'm???Δt?N???

　　1-1）

（1-3）

（1-4）

（1-5）（1-6）

（

初選結(jié)構(gòu)

（1）試選傳熱系數(shù)K0，K0?1000W/m2C； （1）初選傳熱面積?0，?0?Q0/K0Δtm?.3?；

（1-7）

　　1000?（3）管子外徑d0，選φ25?無縫鋼管，d0?； （4）管子內(nèi)徑di，di?d0?2?/1000?； （5）管子長度l，取換熱管標準長度l?； （6）總管子數(shù)，Ni?232根；

（7）管程排列方式，傳熱管采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，取單殼程，1管程結(jié)構(gòu)；

（8）管束中心處一排管數(shù)Nc，Nc???

（1-8）取Nc?17；

（9）殼體內(nèi)徑Ds，取用Ds?；

（10）折流板數(shù)nB，nB?(l/B)?1?(3/)?1?19塊；

（1-9） 傳熱系數(shù)

（1）水側(cè)污垢熱阻r2?/W； （1）煤油側(cè)污垢熱阻r1?/W； （3）管壁熱阻r，忽略不計； （4）總傳熱熱阻rΣ，

　　rΣ??d11d0?r1?r20??????

（1-10）

　　2119??/W（5）傳熱系數(shù)Kj，

（1-11） Kj?1/rΣ?1/?1130W/m2C；（6）傳熱系數(shù)比值Kj/K0，Kj/K0?1130/1000?，合適；

（1-11）

　　5 管程壓降

（1）管程流通面積Ai，Ai?π2nπ232 d????

　　2 （1-13）

　　4Np42（1）管程流速ui，ui?Vs ?/s

（1-14）

　　As3600?997?（3）管程雷諾數(shù)Rdiuiρei，Rei?μ???.7?10?6?

（4）管壁粗糙度ε?，εd??，查圖得λ?； i20（5）管子壓降?ΔPi，

?ΔPi?(ΔP1?ΔP2)?FNtp

ΔP?ld?ρu22???997??λ2?

ΔPρu2997??2?2?

　　Ft?，Np?2

?ΔP?(?)??2?

殼程壓降

（1）管子為正三角形排列，F(xiàn)?

　　nc???

（1）取折流板間距h?

　　nLB?h?1??1?19

（3）殼程流通面積A0

　　A0?h?(D?ncd0)??(?17?)?

（4）殼程流速u，u?VsA??/s s3600?997?

　　1-15）

　　1-16）

　　1-17）

　　1-18）

　　1-19） 1-10） 1-11）

（（ （（ （ （ （（5）殼程雷諾數(shù)Re，Re?diuiρ??997?? μ?10?6???5Re?5??

　　595??

（1-11）所以，?P???17?20? '12p'?N2hρu202?0.?ΔB(?D)2?19?(?)?2?

（6）殼程總壓降：?ΔPΔ?''0?(1?ΔP2)FsNs

　　其中，F(xiàn)s?，Ns?1

?Δp???

（7）壓降校核：?p2?[?p2]

　　符合要求；

?p2?[?p2]

　　符合要求；

　　1-13）

　　1-14）

（ （第三章

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)熱力計算所決定的初步結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進一步設(shè)計全部結(jié)構(gòu)尺寸，選定材料并進行強度校核。最后繪成圖紙，現(xiàn)綜述如下：

換熱器流程設(shè)計

　　管箱是管程流體進口均勻分流和出口匯流的空間，本設(shè)計采用殼方單程，管方二程的1-1型換熱器，它還起著改變流體流向的作用。由于換熱器尺寸不太大，可以用一臺，未考慮采用多臺組合使用。

　　分程隔板選用：

（1）本設(shè)計分程隔板的厚度為8mm，材料為Q135-B (GB/T 700-1988)；

（1）承受脈動流體或隔板兩側(cè)壓差很大時，隔板的厚度應(yīng)適當增厚，或改變隔板的結(jié)構(gòu)；

（3）大直徑換熱器隔板可設(shè)計成雙層結(jié)構(gòu)；

（4）必要時，分程隔板上可開設(shè)排凈孔，排凈孔的直徑一般為6mm； （5）厚度大于10mm的分程隔板，密封面處應(yīng)削邊至10mm；

換熱管設(shè)計

　　本設(shè)計采用光管，光管是管殼式換熱器換熱管的傳統(tǒng)形式，它廉價，易于制造，安裝，檢修，清洗方便。管徑采用標準管徑φ25?，鋼管標準為GB/T 8163-1987，外徑偏差為?，厚度上偏差為+15%，下偏差為-10%。采用標準管徑在結(jié)構(gòu)上和經(jīng)濟上均有好處，而且φ25?屬于小管徑，管徑小，單位體積傳熱面積大，結(jié)構(gòu)緊湊性高，金屬耗量少，傳熱系數(shù)也高。而且循環(huán)水不屬于粘度大或污濁流體，不會造成太多的沉淀。

　　根據(jù)計算管長采用3m，殼徑為，管長與殼徑之比為，換熱管材料采用10鋼，標準為GB/T 699-1988。

　　換熱管排列形式如圖3-1所示。

　　流向

　　圖3-1 正三角形排列 Figure 3-1 With triangular 這樣使得布管比較緊湊，傳熱系數(shù)較高，便于管板劃線及鉆孔。

　　換熱管中心距采用常用的方式，當管徑為15mm時，換熱管中心距31mm。 換熱管總數(shù)為131根，其傳熱面積為：

進、出口管設(shè)計

（1）管程進、出口管

　　2按ρ2ω2N2?3000，取ρ2ωN2?1750，得進、出口流通截面積為：

　　AN2?G??

　　2 （3-1）

　　3600ρ2ωN?1750進、出口管道內(nèi)徑：

　　DN2?44aN2???

（3-1） ππ取用φ89?6mm的輸送流體用無縫鋼管：10鋼（GB/T 8163-1987），L=50mm。 （1）殼程進、出口管

　　按ρ1ω2N1?2000取殼程進出口管處質(zhì)量流速ρ1ωN1?1000則流通截面積應(yīng)為：

　　AN1?G??

　　2 （3-3）

　　3600ρ1ωN?1000進出口管內(nèi)徑為：

　　DN1?44aN1???

（3-4） ππ9 取用φ76?6mm的輸送流體用無縫鋼管：10鋼（GB/T 8163-1987），L=50mm。 （3）接管或接口的一般要求 ①接管應(yīng)與殼體內(nèi)表面平齊；

②接管應(yīng)盡量沿殼體的徑向或軸向設(shè)置； ③接管與外部管線可采用焊接連接；

④設(shè)計溫度高于或等于300?C時，必須采用整體法蘭； ⑤必要時可設(shè)置溫度計接口、壓力表接口及液面計接口；

⑥對于不能利用接管或接口進行排氣和排液的換熱器，在管程和殼程的最高點設(shè)置放氣口，最低點設(shè)置排液口，最小公稱直徑為10mm。

筒體設(shè)計

　　筒體內(nèi)徑為Di?600mm；材料為Q235—B(GB/T 700-1988)； 筒體計算厚度：δ?[σ]t?pcDi

（3-5）

　　2[σ]tφ?pc235?

φ? aC1?，C2?2mm

　　Pc?p1?δ??600?

　　2???設(shè)計厚度：δd?δ?C2??2?

　　名義厚度：δn?δ?C1?C2?Δ???2?? 按GB151-1999標準，實際取δn?8mm。（最小厚度）

封頭設(shè)計

　　根據(jù)壓力容器設(shè)計規(guī)范采用材料為16MnR（GB 6654-1996）的標準橢圓形封頭。 （1）標準橢圓形封頭設(shè)計計算： 封頭內(nèi)徑為：Di?600mm。 封頭計算厚度：δ?pcDi

（3-6） t2[σ]φ? [σ]t?345?

φ? ?0mm，C2?2mm

　　Pc?p2? Paδ??600?

　　2????設(shè)計厚度：δd?δ?C2??2?

　　名義厚度：δn?δ?C1?C2?Δ??0?2?? 按GB151-1999標準，實際取δn?8mm。（最小厚度） 曲面高度：h1?Di600??150mm 44直邊高度：h2?25mm 各尺寸如圖3-1所示。

　　圖3-1 標準橢圓形封頭 Figure 3-1 Standard elliptical head 管板設(shè)計

（1）本設(shè)計管板厚度按標準選取為：b=18mm。材質(zhì)為16MnR（GB 6654-1996）。

　　固定管板結(jié)構(gòu)尺寸為：A?566mm；B?490mm；C?490mm；如圖3-3所示。 （1）管板孔直徑為，上偏差+，下偏差0mm。

　　圖3-3 固定管板結(jié)構(gòu)尺寸

　　Figure 3-3 Fixed structure size of the board （3）布管限定圓直徑DL為：

　　DL?Di?2(b1?b2?b)?500?2?(3??5)?457mm

（3-7） 法蘭設(shè)計

（1）容器法蘭選用按照JB 4703-1991《壓力容器法蘭》的規(guī)定選取：殼體法蘭； （1）接管法蘭選用按照GB/T 管法蘭的規(guī)定選?。?①水進口接管法蘭； ②水出口接管法蘭； ③氨氣進口接管法蘭； ④氨氣出口接管法蘭。

折流板和支持板設(shè)計

（1）折流板和支持板的形式

　　常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓盤—圓環(huán)形兩種。弓形折流板有單弓形、雙弓形和三弓形三種；

　　本次設(shè)計折流板選用單弓形水平形式。 （1）折流板材料

　　折流板材料為Q135-B (GB/T 700-1988)。 （3）折流板尺寸 ①弓形折流板缺口高度

　　弓形折流板缺口高度應(yīng)使流體通過缺口時與橫過管束的流速相近。 本次設(shè)計缺口弦高h，h??Di??600?120mm。 ②折流板的厚度為：6mm。

③折流板的管孔直徑為：16mm，管孔直徑允許偏差為：+。

　　12 ④折流板名義外直徑為：16mm，外直徑允許偏差為：-。 （4）折流板的布置

　　折流板一般應(yīng)按等間距布置，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進、出口接管。 本次設(shè)計折流板缺口水平上下布置，在缺口朝上的折流板的最低處開通液口，在缺口朝下的折流板的最高處開通氣口。 （5）折流板間距

　　折流板間距為：，數(shù)量為：nB?19塊； 本次設(shè)計折流板結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-4所示。

　　圖3-4 折流板結(jié)構(gòu)尺寸 Figure 3-4 Baffled structure size 拉桿、定距管設(shè)計

（1）拉桿的結(jié)構(gòu)形式

　　本次設(shè)計拉桿的結(jié)構(gòu)形式為拉桿定距管結(jié)構(gòu)，如圖3-5所示。

　　圖3-5 拉桿定距管結(jié)構(gòu)

　　Figure 3-5 Away from the structure of the tension bar （1）拉桿的直徑和數(shù)量

　　拉桿的直徑為：11mm，數(shù)量為：6根。 （3）拉桿的尺寸

　　13 拉桿的尺寸按GB151-1999表45和圖3-10確定。 拉桿的長度L按需要確定。

　　本次設(shè)計La?15mm，Lb?60mm，Lc?5746mm （4）拉桿的布置

　　拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。

　　本次設(shè)計拉桿的布置方位按固定管板零件圖（10-1603-01）。

　　圖3-6拉桿 Figure 3-6 Drawbars 支座設(shè)計

　　本次設(shè)計采用鞍式支座；鞍式支座如圖3-11所示。鞍式支座在換熱器上的布置應(yīng)按下列原則確定：

①當L≤3000mm時，取LB=（~）L； ②當L> 3000 mm時，取LB=（~）L； ③盡量使LC和L?C相近。 本次設(shè)計L?1500mm

　　表3-1設(shè)計值匯總

　　Table 3-1 Aggregate value of design 名

　　稱 筒體壁厚 短節(jié)厚 封頭厚 分程隔板厚 拉桿 定距管 法蘭 折流板 管程接管 殼程接管 固定管板厚 封頭厚 折流板厚 支持板厚

　　尺寸/mm 8 8 8 8 11 15 1000 6

　　材

　　料 Q135-A Q135-A 16MnR Q135-A Q135-A 10 16MnR Q135-A 10 10 16MnR 16MnR Q135-A 16MnR

　　表3-1設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)

　　Table 3-1 Equipment structural parameters 形式 殼體內(nèi)徑/mm 管徑/mm 管長/mm 管數(shù)目/根 傳熱面積/m1 管程數(shù)

φ76?6 φ89?6

　　18 8 6 10

　　固定管板式 600

　　殼程數(shù) 臺數(shù) 管心距/mm 換熱管排列方式 折流板數(shù)/塊 折流板間距/mm 材質(zhì)

　　1 1 31 正三角形 19 300 碳鋼

φ15?

　　3000 131 1

　　結(jié) 論

　　換熱器是重要的化工設(shè)備，其產(chǎn)品種類繁多、形式各異、使用廣泛、技術(shù)成熟，產(chǎn)品的設(shè)計標準完善，同系列產(chǎn)品圖形結(jié)構(gòu)相同，尺寸變化跨度較大。開發(fā)換熱器輔助制造系統(tǒng)，對配合換熱器的技術(shù)改造，普及CAM技術(shù)，縮短產(chǎn)品加工和技術(shù)改造周期，提高投標反應(yīng)速度和市場競爭能力有著重要的意義。

　　本文完成的工作有以下幾個方面：

1.簡要介紹了國內(nèi)外管殼式換熱器的發(fā)展和近期的研究狀況；對換熱器在工業(yè)中的應(yīng)用以及換熱器的分類作了簡明扼要的介紹。

1.對換熱器進行總體設(shè)計，確定設(shè)計類型、結(jié)構(gòu)形式及流程，然后進行工藝計算。殼體形式為：單程殼體；工藝計算，包括初選結(jié)構(gòu)、傳熱計算和壓降計算，熱工計算所得的傳熱面積是下一步結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提。

3.對換熱器進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與強度計算；結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)工藝計算所決定的初步結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，進一步設(shè)計全部結(jié)構(gòu)尺寸，選定材料并進行強度校核，最后繪成圖紙。

4.根據(jù)GB151-1999第6章和GB150-1998第10章的有關(guān)規(guī)定，對換熱器進行制造、檢驗與驗收。

　　16 參考文獻：

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換熱器設(shè)計心得體會共2

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　　第1章

　　浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于拆卸方便，易清洗，在化工工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。本文對浮頭式換熱器進行了整體的設(shè)計，按照設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，即殼側(cè)兩程，管側(cè)四程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu),然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標準進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計的前半部分是工藝計算部分，主要設(shè)根據(jù)設(shè)計傳熱系數(shù)、壓強校核、殼程壓降、管程壓降的計算；設(shè)計的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強度的設(shè)計。主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進行設(shè)備內(nèi)各零部件（如殼體、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉桿、進出口管、浮頭箱、浮頭、支座、法蘭、補強圈）的設(shè)計。

　　換熱器是國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備。隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴重，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已達96%。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，約70%。其余30%為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時，促進換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標準化和專業(yè)化，并朝大型化的方向發(fā)展。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快，以及全球發(fā)展中國家經(jīng)濟的增長，國內(nèi)市場和出口市場對換熱器的需求量將會保持增長，客觀上為我國換熱器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的市場空間。從市場需求來看，在國家大力投資的刺激下，我國國民經(jīng)濟仍將保持較快發(fā)展。石油化工、能源電力、環(huán)境保護等行業(yè)仍然保持穩(wěn)定增長，大型乙烯項目、大規(guī)模的核電站建設(shè)、大

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　　型風(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)、太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中多晶硅產(chǎn)量的迅速增長、大型環(huán)境保護工程的開工建設(shè)、海水淡化工程的日益成熟，都將對換熱器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的拉動。

　　未來散熱器將會朝著更加節(jié)能環(huán)保和美觀實用的角度不斷創(chuàng)新與發(fā)展，短時期鋼制柱式散熱器和銅鋁復(fù)合散熱器任將會是市場主流產(chǎn)品與選擇。

　　換熱器在工業(yè)生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，而且其功作性能的優(yōu)劣直接影響著整個裝置和系統(tǒng)綜合性能的好壞，因此換熱器的合理設(shè)計極其重要，所以一個合理的換熱器應(yīng)滿足一下的幾點要求：

（1）在給定的工作條件（流體流量、進口溫度等）下，達到要求的傳熱量和流體出口溫度；

（2）流體壓降要小，以減小運行的能量消耗； （3）滿足外形尺寸和重量要求；

（4）安全可靠，滿足最高工作壓力，工作溫度以及防腐、防漏、工作壽命等方面要求；

（5）制造工藝切實可行，選材合理且來源有保證，以減少初投資；

（6）安裝、運輸以及維修方便等。按照設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，為了增大壓差校正系數(shù)，采用了殼側(cè)兩程管側(cè)四程。

　　通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)，然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標準進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及拆卸等等。之后對有些部件進行強度校核并進行對其優(yōu)化設(shè)計。

　　換熱設(shè)備是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、機械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設(shè)備。在化工廠中，換熱設(shè)備的投資約占總投資的10%-20%，在煉油廠中，約占總投資的35%-40%。

換熱設(shè)備的應(yīng)用

　　浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于拆卸方便，易清洗，在化工工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量又溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到工藝過程規(guī)定的指標，以滿足工藝過程上的需要。此外，換熱設(shè)備也是回收余熱和廢熱，特別是低位熱能的有效裝置。

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　　圖1-1浮頭式換熱器實物圖

換熱器設(shè)備的分類

按作用原理分類 （1）直接接觸式換熱器

　　直接接觸式換熱器又稱混合式換熱器，是利用冷，熱流體直接接觸，彼此混合進行換熱的換熱器。為增加兩流體的接觸面積，以達到充分換熱，在設(shè)備中常放置填料和柵板，通常采用塔狀結(jié)構(gòu)。如冷卻塔，冷卻冷凝器等。 （2）蓄熱式換熱器

　　蓄熱式換熱器又稱回?zé)崾綋Q熱器，是借助于固體構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體的換熱器。在換熱器內(nèi)首先由熱流體通過，把熱量積蓄在蓄熱體中，然后由流體通過，由蓄熱體把熱量釋放給冷流體。由于兩種流體交替與蓄熱體接觸，因此不可避免地會使兩種流體少量混合。若兩種流體不允許有混合，則不采用蓄熱式換熱器。 （3）間壁式換熱器

　　它又稱表面式換熱器，是利用間壁將進行熱交換的冷熱兩種流體隔開，互不接觸，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體的換熱器。間壁式換熱器是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的換熱器，其形式多樣，如管殼式換熱器和板式換熱器都屬于間壁式換熱器。 （4）中間載流體式換熱器

　　它是把兩個間壁式換熱器由在其中循環(huán)的載流體連接起來的換熱器。載流體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流

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　　體換熱器中把熱量釋放給低溫流體，如熱管式換熱器等。 按作用方式分類 （1）管式換熱器

　　管式換熱器都是通過管子壁面?zhèn)鳠岬膿Q熱器。按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同大致可分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、纏繞管式換熱器和管殼式換熱器等。蛇管式換熱器一般由金屬或非金屬管子，按需要彎曲成所需的形狀，如圓盤形、螺旋形和長的蛇行等。它是最早出現(xiàn)的一種換熱設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單和操作方便等優(yōu)點。按使用狀態(tài)不同，蛇管式換熱器又可分為沉浸式蛇管和噴淋式蛇管兩種。套管式換熱器是由兩種不同大小直徑的管子組裝成同心管，兩端用U形彎管將他們連接成排，并根據(jù)實際需要，排列組合成傳熱單元，換熱時，一種流體走內(nèi)管，另一種流體走內(nèi)外管間的環(huán)隙，內(nèi)管的壁面為傳熱面，一般按逆流方式進行換熱。兩種流體都可以在較高的溫度、壓力、流速下進行換熱。套管式換熱器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，工作適應(yīng)范圍大，傳熱面積增減方便，兩側(cè)流體均可提高流速，使傳熱面的兩側(cè)都可有較高的傳熱系數(shù)；缺點是單位傳熱面的金屬消耗量大，檢修、清洗和拆卸都較麻煩，在可拆連接處容易造成泄漏。管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱設(shè)備。在圓筒形殼體中放置了許多管子組成的管束，管子的兩端固定在管板上，管子的軸線與殼體的軸線平行。為了增加流體在管外空間的流速并支撐管子，改善傳熱性能，在筒體內(nèi)間隔安裝多塊折流板，用拉桿和頂距管將其與管子組裝在一起。換熱器的殼體上和兩側(cè)的端蓋上裝有流體的進出口，有時還在其上裝設(shè)檢查孔，為了安置測試儀表用的接口管，排液孔和排氣孔等。纏繞管式換熱器是芯筒與外筒之間的空間內(nèi)將傳熱管按螺旋閑形狀交替纏繞而成，相鄰兩成螺旋狀傳熱管的螺旋方向相反，采用一定形狀的定距管使之保持一定的距離。纏繞狀傳熱管可以采用單根繞制，也可采用兩根或多跟組焊后一起繞制。管內(nèi)可以通過一種介質(zhì)，稱通道型纏繞管式換熱器；也可分別通過幾種不同的介質(zhì)，而每種介質(zhì)所通過的傳熱管均匯集在各自的管板上，構(gòu)成多通道型纏繞管式換熱器。纏繞管式換熱器適用于同時處理多種介質(zhì)等場合。 （2）板面式換熱器

　　板面式換熱器是通過板面進行傳熱的換熱器。板面式換熱器按傳熱板面的結(jié)構(gòu)形式可分為以下五種：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼是換熱器和傘式換熱器。板面式換熱器的傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于結(jié)構(gòu)上的特點，使流體能在較低的速度下就達到湍流狀態(tài)，從而強化了傳熱。板面是換熱器采用板材制

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　　作，在大規(guī)模組織生產(chǎn)時，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。

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　　第2章 浮頭式換熱器熱力計算

　　浮頭式換熱器熱力計算一般包括：定性溫度和物性參數(shù)，初選結(jié)構(gòu)，管程熱力計算及流量計算，殼程換熱計算，傳熱系數(shù)，管程壓降，殼程壓降壓強校核。

原始數(shù)據(jù)

　　油進口溫度： t1=175℃ 油出口溫度： t1=155℃ 油工作壓力： P1= 水進口溫度： t2'=144℃

"水出口溫度： t2=163℃ '"水工作壓力： P2=2MPa 殼體內(nèi)徑： DS=700mm 管箱內(nèi)徑： DN=750mm 換熱管規(guī)格：Φ19×3 L=8m 定性溫度和物性參數(shù)計算

　　水的定性溫度： t2???t2??144?163t2???C 22水的密度： ρ2=913kg/m3 水的比熱： Cp2=/kg℃ 水的導(dǎo)熱系數(shù)：k2=/m℃ 水的粘度： μ2=×10-6 水的柏朗特數(shù)：Pr2= 油（柴油）的定性溫度： t1???t1??175?155t1??165?C 22油的密度： ρ1=715 kg/m3 油的比熱： Cp1= kJ/kg℃ 油的導(dǎo)熱系數(shù)：k1= W/m℃ 油的粘度： μ1=×10-4

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　　油的普朗特數(shù)：

　　1000Cp1????10?4Pr1???

初選結(jié)構(gòu)

　　管排列方式 ：分程隔板兩側(cè)正方形，其余三角形 管子外徑： d0= 管子內(nèi)徑：

　　Di=d0-（2×3/1000）= 管長： L=8m 管間距：

　　s==×= 殼體內(nèi)徑： Ds= 管束中心排管數(shù)：由公式

　　s(Nc?1)?4d0?Ds

　　得Nc=22 總管子數(shù)：由：

?Nc得 Nt=400

　　選型：采用雙殼程四管程。

管程換熱計算及流量計算

　　試選傳熱系數(shù)： k0=240 W/m2℃ 傳熱面積：由

　　得A0= 逆流平均溫差：

　　A0?Nt ?d0l?tN??t大??t小20?19???C ?t大20lnln19?t小

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　　無量綱量參數(shù)：

　　P????t2?163?t2?????t2?175?t1 ??t1??175?t1??????t2?t2163? R?溫差校正系數(shù)：按2殼程4管程查得?? 有效平均溫差：

?tm????tN????C

　　設(shè)計傳熱量：

　　Q0?A0?k0??tm??240??W

　　換熱效率：取η= 油流量：

　　G1?水流量：

　　G2?Q03600???kg/h

??t1??)??20??1000Cp1(t1Q03600???kg/h ???Cp2(t2?t2)?19?1000管程流通截面（4管程）： A2?(Nt?2400?)di?()?? 4444管程流速：

　　w2?G??/s

?2a2???3600管程雷諾數(shù)：

　　re2?管程換熱系數(shù)：

?2w2di913?????2168?10?6

　　h2?3605(1?)?/(100di)?3605?(1??)?/(100?) ?/m?C

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殼程換熱計算

　　折流板的設(shè)計：縱向折流板中間分程，橫向安置弓形折流板。 弓形折流板弓高：

　　h????

　　折流板間距：

　　B??? 33殼程流通截面：

　　A1?(1?0)????(1?)?

　　殼程流速：

　　Gw1?3600??/s

?1a1715?殼程量流速

　　w1??1w1?715??599kg/m2s

　　殼程當量直徑：

　　Ds??400????

　　ntd0400?殼程雷諾數(shù)：

　　ref?W1de22?1?599??

?10?4切去弓形面積所占比例：查得

　　AfaT?

　　殼程傳熱因子：查得js?96

??管外壁溫度：tW1假定后再復(fù)核，設(shè)tW1=160℃

　　壁溫下的粘度：

?W??10?4Pa?s1

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　　粘度修正系數(shù)：

?1?(?)?()??

傳熱系數(shù)

　　水側(cè)污垢熱阻： r1??10?5m2℃/W 油側(cè)污垢熱阻： r2??10?5m2℃/W 管壁熱阻：r忽略 總傳熱熱阻：

　　r???d11d?r1?r20??????? ??C/W傳熱系數(shù)：

　　kj?11?? r?傳熱系數(shù)的比值：

　　kjk0?? 240管外壁熱流密度：

　　Q1?管外壁溫度：

　　Q0=4118W/m2℃ ?Nt?d0l400????8??q1(tW1?t111?)=℃ ?r1)?175?4118?(誤差校核：

??tW?tW1?tW1==℃

　　誤差不大，不必再重算。

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管程壓降

　　壁溫：

　　TW2?t1?q1(11（?）=℃ ?r1)??4188?壁溫下水的粘度：?w2??10?5Pa?S 管程摩擦系數(shù)：查得?i? 管子沿程壓降：

　　Lni?iW22(?913)28??Pi?()?()?()????Pa 2?2di?22?回彎壓降：

　　2（?913）W22?4?4? ?Pr?()?4nt?2?22?913進出口管處質(zhì)量流速：

　　222WN2??w進?913??/ms 出口進出管口處壓降：

?PN2?()????

　　2?22?913管程結(jié)垢校正系數(shù)：根據(jù)r2及Φ19?3得 ?d2? 管程壓降：

?P2?(?Pi??Pr)??d2??PN2?(?)???PaWN2

殼程壓降

　　當量直徑：

　　Ds2??400??de??? Ds??400?雷諾數(shù)：

??Re1

?W1de?1?599??

?10?411

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　　殼程摩擦系數(shù)：查得?0? 管束壓降：

　　w12Ds(nB?1)??（33?1）?P0?()[]?（）?[]?()?.3Pa ???1de?12?管嘴處質(zhì)量流量：

　　2WN1??w進出口?715??/m2s

　　進出口管壓降：

?PN1?[]????

　　2?12?7152WN2導(dǎo)流板阻力系數(shù)：取?ip?5 導(dǎo)流板壓降：

?Pip?[]??ip??5?

　　2?12?7152WN2殼程結(jié)垢修正系數(shù)：查表取?d0? 殼程壓降：

?P1??P0?d0??Pip??PN1?.3????Pa

壓強校核

　　管程工作壓力P2?，查表得[?P2]? 殼程工作壓力P1?，查表得[?P1]? 壓強校核：

?P2?[?P2] 符合要求

?P1?[?P1] 符合要求

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　　第3章 結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　結(jié)合熱力計算確定換熱流程、面積、排列方式、殼體、管箱、固定管板、分程隔板、以及其他零部件。

換熱流程設(shè)計

　　采用2殼程4管程的2-4型換熱器。由于換熱器尺寸不大，可以用一臺，未考慮采用多臺組合使用。管程分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點是布管緊密。殼體分程采用縱向隔板。

　　管程的分程隔板采用丁字型結(jié)構(gòu)如圖3-1所示，其主要優(yōu)點是布管緊密。

　　圖3-1丁字形隔板

管子和傳熱面積

　　換熱管除要求具有足夠的強度外，當采用脹管法固定時，還要求管子有良好的塑性，避免因脹接而產(chǎn)生裂縫。焊接固定時，要求管子可焊性好，一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，以保證管子質(zhì)量，一般對于無腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10號鋼和20號鋼管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用不銹鋼、鋼、鋁等無縫管，在強腐蝕性流體的情況下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油腐蝕性不大，故可采用碳鋼，現(xiàn)選擇20號鋼的無縫鋼管。

　　根據(jù)設(shè)計要求采用?19?3的無縫鋼管。 管子總數(shù)為400根。其傳熱面積為：

　　A??d0LNt????8?400?

管子排列方式

　　管子在管板上的排列方式，應(yīng)力求均布、緊湊并考慮清掃和整體結(jié)構(gòu)的要求?；镜呐帕蟹绞接形宸N：

　　等邊三角形：一邊與流向垂直是常用的形式，與正方形排列相比傳熱系數(shù)高，可節(jié)省15%的管板面積。適用于不生污垢、可用化學(xué)清洗污垢和允許壓降較高的工況；

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　　轉(zhuǎn)角三角形。三角形的一邊與流向平行，其特點介于等邊三角行和正方形兩種排列之間，不宜用于臥式冷凝器，因下方管子形成的厚度越來越厚的凝膜會使傳熱削弱；

　　正方形排列最不緊湊，但便于機械清掃，常用于殼程介質(zhì)易生污的浮頭式換熱器； 同心圓排列，用于小殼徑換熱器時比正三角形排列還緊湊，靠近殼體的地方布管均勻。

　　對于多管程換熱器常采用組合排列法，每程均屬正三角形排列，而各層面間呈正方形排列，以便于安排分程隔板。

　　綜合比較以上幾種布管方式，可采用組合排列形式，中間正方形，其余三角形。布管位置如圖3-2示。十字形的走廊是為了裝設(shè)分程隔板，故有殼程流體的泄漏和旁流的問題，共有406個管孔，其中6個孔為安裝拉桿用。

　　圖3-2 管子排列

殼體

　　殼體材料除要滿足一定的強度外，由于制造過程中經(jīng)過卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的?3R鋼、16?nR鋼等，現(xiàn)選用16?nR鋼。

　　殼體內(nèi)徑Ds=700mm 殼體壁厚：

??pDS?c t2[?]??p

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[?]t為殼體工作溫度下的許用應(yīng)力，已知殼程設(shè)計溫度為220℃，則tw

??700?2??167??? ??實取??10mm，之后要用有限元分析軟件ANSYS進行強度校核。

管箱

封頭

　　根據(jù)壓力容器設(shè)計規(guī)范采用材質(zhì)為16MnR的標準橢圓封頭，在滿足強度要求的情況下，其壁厚可用以下公式計算：

??pDS?c t2[?]??已知管程設(shè)計溫度為200℃，則tw

??750?2?7mm

　　2?170??????實取??12mm，之后用ANSYS進行強度校核。 曲面高度：

　　h?DD???750?12??? 444D-封頭的平均直徑 直邊高度h0?25mm 壁厚

????750?c??2? 2[?]t??p2?170???實取??12mm，之后要用ANSYS進行強度校核。 內(nèi)徑：D"?750mm 長度：L0?300mm

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固定管板

　　外徑：D1?797mm 板厚：b?50mm

　　管板上開孔數(shù)與孔間距與管的排列一致。管板材料選用Q235鋼。

　　管子與管板的連接必須牢固、不泄漏、不產(chǎn)生大的應(yīng)力變形，最常見的連接方法為脹接，脹接只能用于工作壓力低與4MPa和溫度低于300℃的場合；對于高溫、高壓、易燃、易爆的運行條件多采用焊接，但采用焊接容易產(chǎn)生熱應(yīng)力且間隙中流體不流動很容易造成間隙腐蝕，采用脹焊并用的方法可以避免。

　　由于工作壓力和溫度都不是特別高，而且管子的間距比較大，管板和管子的連接采用脹接。換熱管在管板內(nèi)的脹接長度L=38mm。

分程隔板

管程分程隔板

　　管箱的分程在固定端管箱與浮頭端管箱內(nèi)都要安裝分程隔板，隔板的布置見圖3-1，由于兩端管箱不是很長，卸下清洗時不用拆下來，因此可以將隔板直接焊接在箱體上。管程隔板要考慮密封問題，它們的密封是通過在固定管板和浮動管板插隔板的槽內(nèi)安放密封填料。為了保證填料能起到密封作用，隔板的長度要按安裝的尺寸進行計算。

殼程分程隔板

　　安裝殼體的分程隔板一方面要考慮到密封問題，另一方面要便于拆卸，因此采用圖3-3所示的裝置來安裝隔板，當轉(zhuǎn)動偏心桿手柄，偏心桿的凸輪推動與其相接的端頭包有密封填料的板可使兩端夾緊也可使其松開，便于拆卸。對于浮頭式管束要能夠拆卸必須要隔板可以拆卸。因此，此裝置是必須要用的。

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　　隔板偏心桿密封填料

　　圖3-3殼體分程隔板

折流板

　　采用弓形折流板，材料鋼板，由于殼內(nèi)分程，每程均采用半弓形如圖3-4所示，布置方式采用垂直切口流動方向。

　　圖3-4折流板

　　按一個殼程計算（計算過程見熱力學(xué)計算）得： 拱高：h?140mm 板間距：B?230mm 板數(shù)：nB?33 板厚：?B?6mm

　　由于考慮到實際安裝時由于第一塊折流板的位置殼體接管位置的影響，在一個殼程內(nèi)折流板的實際個數(shù)應(yīng)為32個，總的折流板數(shù)為64。

拉桿

　　材質(zhì)為鋼。直徑φ12，共6根。拉桿是用來安裝折流板的。每個折流板最好由三個拉桿來定位。其布置位置見圖3-4。

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進出口管

管程進口管

　　2按? ?3000取wN2?/s 則?2w2?913??進出口流通截面積為：

　　AN2?G??

　　3600??2wN?進出口管內(nèi)徑為：

　　DN2?4?aN2?4???

　　取用?100?4mm的熱扎鋼管。 管程進出口管

　　2按?1wN?2000取wN1?/s 1則?1wN1?715?? 進出口流通截面積為：

　　AN1?G??

　　3600??1wN?進出口管內(nèi)徑為：

　　DN2?4?aN1?4???

　　取用?150?的熱軋鋼管。

浮頭箱

　　外頭蓋內(nèi)直徑：

　　D1?DN?100mm?800mm

　　外頭蓋同樣采用材質(zhì)為16MnR的標準橢圓形封頭： 厚度??12mm 曲面高度：

　　h2?DD1??800?12???203mm 444

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　　直邊高度h??25mm

浮頭

　　如圖3-5所示為浮頭端的裝配圖，包括碟形蓋，鉤圈法蘭和浮動管板，由于浮動管板要與管子脹接后從殼體一端伸到另一端，因此管板的外直徑應(yīng)小于殼體內(nèi)徑，其主要尺寸如下：

　　圖3-5 浮頭結(jié)構(gòu)圖

　　浮動管板外直徑：D0?690mm 浮動管板厚：b?500mm 浮頭法蘭外徑：

　　Dfo?DN?80mm?780mm

　　浮頭法蘭內(nèi)直徑：

　　Df1?Df?2?(50?13)?654mm 碟形蓋內(nèi)半徑：

　　L??Df1??654?

　　厚度：???0取15mm 補強圈

　　在實際設(shè)計和名義厚度大于12mm時，接管Dg>80mm就必須加開孔補強，當殼體名義厚度小于或等于12mm時，接管Dg>50mm就必須加開孔補強。因此對于Dg=100的管箱接管和Dg=150的殼體接管都必須進行開孔補強。

　　在補強圈標準中規(guī)定了補強圈的尺寸，按標準尺寸Dg =100的接管補強圈外直徑D0=210mm，Dg =150的接管補強圈外直徑D0=300mm。補強圈的厚度可通過等面積補強法進行計算。這里設(shè)定補強圈的厚度均為15mm。

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法蘭

法蘭密封面的形式

　　壓力容器和管道法蘭聯(lián)接中，常用的密封面型式有以下三種。

（1）平面型密封面

　　密封表面是一個突出的光滑平面（又稱突平面）。這種密封面結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，便于進行防腐襯里。但螺栓上緊后，墊圈材料容易往兩側(cè)伸展，不易壓緊，用于所需壓緊力不高且介質(zhì)無毒的場合。

（2）凹凸型密封面

　　它是由一個凸面和一個凹面所組成，在凹面上放置墊圈，壓緊時，由于凹面的外側(cè)有擋臺，墊圈不會擠出來。

（3）榫槽型密封面

　　密封面是由一個榫和一個槽所組成，在墊圈放在槽內(nèi)。這種密封面規(guī)定不用非金屬軟墊圈，可采用纏繞式金屬包墊圈，易獲得良好的密封效果。它適用于密封易燃、易爆、有毒介質(zhì)。密封面的凸面部分容易破壞，運輸與裝拆時都應(yīng)注意。

　　在選取密封面時綜合考慮介質(zhì)因素和裝拆的因素，殼體法蘭均采用凹凸面型密封面，管箱接管法蘭采用平面型密封面，殼體接管法蘭采用凹凸型密封面。 殼體法蘭

　　殼體接管采用平頸對焊法蘭，由于管箱、殼體、浮頭箱直徑都不一樣，因此在選用法蘭時，不能只按標準選取。如圖3-6為殼體與浮頭箱的對接法蘭，DN=800mm的是按標準選取的，而DN=700的法蘭是按DN800法蘭螺栓孔的位置來設(shè)計其尺寸的，

　　圖3-6凹凸面密封法蘭

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　　大致尺寸如下: DN=800mm的法蘭，D=960mm， D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm， h=35mm，δ=48mm，δ1=16倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。

　　DN=700mm的法蘭，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm， H=115mm， h=35mm， δ=46mm，δ1=16，倒圓角R=12mm，螺柱孔徑r=26，配M24的雙頭螺柱。

　　其它的法蘭裝配尺寸見三維實體圖。 接管法蘭

　　管箱接管采用平頸對焊法蘭，如圖示：

　　圖3-7接管法蘭

　　設(shè)計尺寸按化工機械標準設(shè)計，其尺寸大致如下： 管箱接管：DN=100 PN=時：

　　n=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法蘭厚度C=24mm螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個

　　殼體接管：DN=150 PN=時：

　　n=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=，法蘭厚度C=22mm，螺栓孔直徑L=22mm，配M20的螺栓8個

　　另外，對焊時法蘭要在頸部開坡口。

支座

　　臥式設(shè)備一般采用兩個鞍座。這是因為基礎(chǔ)水平高度有可能不一致，如果使用多個支座，將會造成支座反力分布不均勻，從而引起設(shè)備的局部應(yīng)力增大，因此采用兩個支座。

　　采用雙支座時，一個鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個鞍座為活動支座，地腳螺栓為長圓孔，配合兩個螺母，第一個螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個

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　　螺母鎖緊。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。如圖示：

δ4Ⅰ型Ⅱ型

　　圖3-8 鞍式支座

　　其主要尺寸為：h=200mm；l1=640mm；b1=150mm；?1 =10mm；?2 =8mm；l3=350mm；b3=120mm； ?3=8mm；弧長830mm；b4=200mm； ?4=6mm；e=36mm；l2=460mm。

　　支座的安放位置也有一定的標準，一般支座與殼體端面的距離A

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　　第4章 安裝與拆卸

　　設(shè)計中要考慮到安裝問題，各零部件的結(jié)構(gòu)不能影響整個裝配體的安裝，對于浮頭式換熱器，設(shè)計的初衷是可以拆下管束進行清洗。因此也要考慮到拆卸的問題，其安裝步驟可概述如下：

（1）焊接部件：將所有的焊接部件進行焊接，包括管箱，殼體，浮頭箱，碟形蓋，支座等；

（2）安放折流板：將拉桿的一個螺紋端擰入固定管板的螺紋孔，6根拉桿都裝好，然后每套入一組定距桿再裝一組折流板，依次把折流板裝在拉桿上，直到最后兩塊折流板裝上后用螺母套在拉桿的另一個螺紋端擰緊固定；

（3）安裝管子：將管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上進行脹接。另一端裝上浮動管板并進行脹接；

（4）安裝殼程隔板：先將殼程隔板兩側(cè)的偏心桿機構(gòu)裝好，將殼程隔板從管束側(cè)面裝入并將一頭插入固定管板上安裝隔板的槽中；

　　圖4-1安裝示意圖

（5）安裝殼體：將焊接好的殼體從浮動管板的那一端套入，使之前裝好的組件（如圖4-1示）完全裝入殼體內(nèi)，在殼程隔板的伸出端扭動偏心桿的搖柄使隔板兩側(cè)的密封填料擠緊，從而達到殼程的分程密封；

（6）安裝管箱：在固定管板端接已焊接好的管箱，將管箱法蘭與殼體法蘭對接用雙頭螺柱連接。在浮頭端裝上鉤圈法蘭和碟形蓋，（鉤圈法蘭由兩個半圓形構(gòu)成，使其安裝方便）用雙頭螺柱連接；

（7）安裝浮頭箱：將浮頭箱法蘭與殼體法蘭對接用雙頭螺柱連接； （8）安裝支座：將支座焊接到殼體上。

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　　總結(jié)

　　通過三個月的努力，我的畢業(yè)設(shè)計終于圓滿完成。雖然做的過程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作為大學(xué)三年的最后一道大作業(yè)—畢業(yè)設(shè)計，使我在各個方面都有了很大的提高，收獲很大。具體表現(xiàn)在以下幾個方面：通過在設(shè)計中經(jīng)常查資料提高了我們檢索和查閱資料的能力；進一步扎實了所學(xué)的理論知識，對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識進行了一次綜合應(yīng)用和系統(tǒng)復(fù)習(xí)；思維方式和設(shè)計思想更加全面化和系統(tǒng)化。養(yǎng)成了勤學(xué)好問的習(xí)慣，敢于面對困難，能夠獨立的查找和解決問題，也提高了自己的創(chuàng)新能力。將理論知識和生產(chǎn)實際相結(jié)合，為以后的工作和學(xué)習(xí)打下了很好的基礎(chǔ)，但是，設(shè)計過程中仍然存在不足之處，有的問題還需要進一步展開研究。具體如下：

（1）管子的脹接沒有進行分析計算；

（2）由于管程與殼程的分程使管子的排列不均勻，故存在旁流與側(cè)流的問題，此問題尚未進行分析；

（3）通常在進液管口有擋板控制流速和引流，此結(jié)構(gòu)尚未設(shè)計。

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　　致謝

　　首先，向尊敬的導(dǎo)師李老師致以衷心的謝意，在大三畢業(yè)設(shè)計期間，李老師以其淵博的知識、開闊的思維使我在知識和能力上獲得了極大的提高；更重要的是，李老師在工作方面嚴謹?shù)淖黠L(fēng)、積極進取的態(tài)度對我產(chǎn)生了巨大的積極影響。這次畢業(yè)論文設(shè)計李老師給予我許多幫助，在設(shè)計的選題以及設(shè)計的方法上，提供了許多寶貴的建議。李師在畢業(yè)設(shè)計期間，對我們要求嚴格，使我們能夠基本獨立完成設(shè)計任務(wù)，培養(yǎng)我們獨立解決問題的能力，還從自己的寶貴時間中抽時間為我們審閱設(shè)計內(nèi)容，并給予糾錯，幫助改正。這些幫助和教導(dǎo)將使我在今后的學(xué)習(xí)和工作中奮發(fā)向上、積極進取，在學(xué)業(yè)和事業(yè)上取得更好的成績。

　　而后更重要的，我要感謝我的母校--河南機電高等?？茖W(xué)校給了我三年深造的機會，讓我學(xué)到了為人的優(yōu)良品質(zhì)和工作所需的知識技能，讓我在學(xué)識和內(nèi)涵上得到提高。感謝河南機電高等專科學(xué)校的老師和同學(xué)們這幾年來的對我的關(guān)心和鼓勵。老師們課堂上激情洋溢，課堂下細心輔導(dǎo)；同學(xué)們在學(xué)習(xí)中的認真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我的三年大學(xué)生活收獲不少，也充滿了感動。感謝我的家人，他們的支持與鼓勵是得我能順利的完成學(xué)業(yè)。

　　最后，衷心感謝在百忙之中抽出寶貴時間對我論文進行評閱的專家、學(xué)者及親愛的老師們！

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　　參考文獻

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換熱器設(shè)計心得體會共3

　　浮頭式換熱器

一、浮頭式換熱器的概述

　　浮頭式換熱器的一端管板是固定的。與殼體剛性連接，另一端管板是活動的，與殼體之間并不相連?；顒庸馨逡粋?cè)總稱為浮頭，浮頭式換熱器的管束可從殼體中抽出，故管外壁清洗方便，管束可在殼體中自由伸縮，所以無溫差應(yīng)力；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，且浮頭處若密封不嚴會造成兩種流體混合。浮頭式換熱器適用于冷熱流體溫差較大（一般冷流進口與熱流進口溫差可達110℃），介質(zhì)易結(jié)垢需要清洗的場合。

二、浮頭式換熱器的總體結(jié)構(gòu)

三、浮頭式換熱器的特點

1、浮頭式換熱器的優(yōu)點

（1）管束可以抽出，以方便清洗管、殼程。 （2）介質(zhì)間溫差不受限制。

（3）可在高溫、高壓下工作，一般溫度小于等于450°，壓力小于等于。 （4）可用于結(jié)垢比較嚴重的場合。 （5）可用于管程易腐蝕場合。

2、浮頭式換熱器的缺點 （1）小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏。

（2）金屬材料耗量大，成本高20%。 （3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

三、浮頭式換熱器的應(yīng)用

　　浮頭式換熱器適用于殼體和管束之間壁溫差較大或殼程介質(zhì)易結(jié)垢的場合。

四、浮頭式換熱器的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)

　　為使殼程進口段管束充分傳熱，浮頭式換熱器可采用內(nèi)導(dǎo)流或外導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。

1、內(nèi)導(dǎo)流浮頭式換熱器

　　內(nèi)導(dǎo)流筒換熱器是在換熱器的殼程筒體內(nèi)設(shè)置了內(nèi)導(dǎo)流筒使換熱器的前或后端未加導(dǎo)流筒前難以利用換熱的換熱管得以充分利用，從而增大換熱器的有效換熱面積。

2、外導(dǎo)流浮頭式換熱器

　　外導(dǎo)流式換熱器是在原換熱器的殼程筒體上增加一個放大筒節(jié)用以擴散殼程流體，并使流體從換熱器殼程的兩端進入殼程，從而避免了在換熱器布管時考慮布管弓形的高，而使增加了同規(guī)格上換熱器的布管數(shù)目并有效利用了換熱器前后端的換熱管從而增大了有效換熱面積。

換熱器設(shè)計心得體會共4

　　摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，在保護生態(tài)環(huán)境下的能源緊缺問題逼迫著人們尋找新能源的開發(fā)，換熱器是一種重要的在不同溫度的 的不同介質(zhì)之間實現(xiàn)熱量交換的設(shè)備，在世界能源危機不斷加劇的情形下，換熱器的強化傳熱技術(shù)備受關(guān)注，大量的相關(guān)研究也是層出不 窮，都在努力解決能源短缺問題。而本文主要介紹了我國換熱器的現(xiàn)狀以及存在的問題，還涉及換熱器的基本概念、工作原理、分類、發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞：換熱器；設(shè)計現(xiàn)狀；管式換熱器；板面式換熱器

　　前言

　　換熱器又稱熱交換器，是將熱流體的部分熱量傳遞 給冷流體的設(shè)備，實現(xiàn)熱量的傳遞。熱換器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng) 用廣泛，在食品、化工、石油、制藥、機械等領(lǐng)域都有涉 及。換熱器存在的形式既可以是一種單位設(shè)備，如加熱 器、冷卻器等，也可以不是獨立存在的，比如是某一工藝 設(shè)備的組成部分。熱換器的不斷更新發(fā)展不僅是熱換器行 業(yè)自身的發(fā)展，更是為使用熱換器的各個工業(yè)行業(yè)的能源 問題的解決提供好的途徑。

一、換熱器的國內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　對于各型換熱器的強化換熱技術(shù)的研究，主要集中在對 換熱器內(nèi)流體流態(tài)變化以及對各部件的參數(shù)優(yōu)化研究兩方 面，而對換熱器部件參數(shù)的主要研究對象就是換熱管( 板) 排 列方式 ( 順排或叉排)、換熱管( 板) 排數(shù)、換管( 板) 間距大 小、肋片布置問距、肋片形狀等。國內(nèi)對于換熱器肋片換熱 的研究起步比較晚、經(jīng)驗比較少，多借鑒于國外，無論是理論 研究還是實驗研究都還需進一步深入，技術(shù)創(chuàng)新還不夠，但 是對各因素對換熱器性能影響的研究也比較全面?？偟膩?說，仍然存在以下問題: ( 1) 換熱器換熱的理論研究不夠完 善，可供對肋片實際應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計的理論依據(jù)太少，對于換 熱公式推導(dǎo)出的解析解較少，目前大多是通過試驗、數(shù)據(jù)分 析擬和而成的經(jīng)驗公式; ( 2) 換熱的理論體系缺乏系統(tǒng)性， 不夠完善; ( 3) 因為試驗環(huán)境、材料、儀器的精度以及試驗方 法不同，在同一個研究方向的某些問題的研究結(jié)論存在的分 歧較多，很難形成統(tǒng)一的意見，暫不能形成對實踐的可靠指 導(dǎo); ( 4) 目前對換熱器的研究大多基于一維、二維的換熱，國 內(nèi)對于三維的換熱模型的研究過少，同時，對于一維和二維 傳熱模型的前提假設(shè)條件很苛刻，得出的結(jié)論適用性不強; ( 5) 結(jié)合試驗建立的部分換熱理論還缺乏嚴謹性和局限性。

一、熱換器的工作原理1.工作原理 換熱器按照傳熱原理可以分為表面式換熱器、蓄熱式 換熱器、流體連接間接式換熱器、直接接觸式換熱器。但 總的來說，換熱器就是遵循了熱平衡的原理，簡而言之就 是把高溫物體的熱量傳送給低溫物體。在傳熱工程中，其

　　內(nèi)部有兩個管道回路，一個是熱源溫度高，另一個溫度低 是被加熱源，通過熱源將熱量傳輸給被加熱源來提高被加 熱源的溫度。而且在加熱源之前有個調(diào)節(jié)閥用來控制被 加熱源的溫度，用調(diào)節(jié)閥來控制所需的熱量的程度和時間 點等。

二、典型的熱換器類型 1.管式換熱器 管式換熱器主要分為套管式換熱器和管殼式換熱器。 套管式換熱器如字面意思，是將直徑不同的管進行同心套 接，然后將多個元件用u型彎管連接而成的。而管殼式換熱 器是由殼體、折流板等部分組成，管束安裝在殼體內(nèi)部， 再把一端或者兩端固定在管板上面。而管板與管箱的連接 方式也多種多樣了，可以焊接也可以用螺栓，但是連接處 的檢測就需要格外嚴格了，要充分保障連接處無縫隙， 質(zhì)量確保。套管式換熱器運用范圍主要是用于傳熱面積需 求不大的地方，只能小范圍運用，主要是小空間的建筑室 內(nèi)。因為他的占地面積較大，管與管連接所用的接頭過 多，發(fā)生泄漏的可能性也隨之增大，如果工程量過大就會 使得發(fā)生泄漏的可能性也隨之增大，后期的危險性大，承 擔(dān)過大風(fēng)險造成不必要的費用。所用材料多，物質(zhì)流動的 阻力也增大，加熱的效率降低，而且能覆蓋的面積也減少 了。但是它的優(yōu)點是組合方式簡單易懂，損壞后無需專人 也能大概看懂問題所在，所需的專業(yè)知識少。維修清洗便 捷，適合高溫、高壓的流體物質(zhì)使用。管殼式換熱器依靠 其結(jié)構(gòu)簡易、安全性能高、承受高溫高壓能力強等優(yōu)良性 能，所以在目前的大多數(shù)工業(yè)工程中使用比例大。管殼式 換熱器按照不同的分類標準可以分為不同的種類。根據(jù)其 結(jié)構(gòu)不同可以分為固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U 型管式換熱器等等。

2.板面式換熱器 板面式換熱器顧名思義就是通過板面進行換熱的換熱 器。板面一般不是平滑的表面，是有凹凸不平的紋路，流 體通過板面時造成擾動提高熱效率。板面式換熱器的優(yōu)點 是占地面積較小，能省下更大的空間，也會對室內(nèi)的美觀 減少影響。相比于管殼式換熱器，板面式質(zhì)量更輕，所用 的材料更少，而且凹凸不平的版面使得傳熱效率更高。由 于其結(jié)構(gòu)特點，使得流體能在較低的速度下就到達端流狀 態(tài)，加強了傳熱，節(jié)省了不少時間，提高效率。但是板式 換熱器流道狹窄，處理量小，流動阻力大，承受高壓高溫 效果也較差的缺點。板面式換熱器形式多種多樣，可分為 板式換熱器、板殼式換熱器、螺旋板式換熱器傘板式換熱 器等等。螺旋式換熱器由于其螺旋狀的外形，能促使流體 隨螺旋狀自動流動，易于沖刷，不易結(jié)垢。

三、換熱器未來發(fā)展趨勢

　　未來工業(yè)生產(chǎn)上對換熱器的要求是：傳熱效率高、流 體阻力??；強度、剛度、穩(wěn)定性都要足夠；結(jié)構(gòu)合理，節(jié) 省材料，成本較低；制造、裝拆、檢修方便等。產(chǎn)品高效 化、節(jié)能化、大型化都將是換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。國家 要大力建設(shè)節(jié)約型環(huán)保社會，這一方面將促進換熱器產(chǎn)業(yè) 的高速發(fā)展，國家提供足夠的支持力度，刺激換熱器行業(yè) 的積極性。另一方面也將引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)向高效、環(huán)保、節(jié)能方 面發(fā)展。2013年，國務(wù)院頒布了《能源發(fā)展的“十二五” 規(guī)劃》，規(guī)劃中的條例表明了基于石油、化工等行業(yè)的需 求將穩(wěn)定增長。市場的廣闊需求和國家的大力支持都推動 著換熱器產(chǎn)業(yè)在技術(shù)上的革新和在品種上的多樣化趨勢。 國家的資金和政策支持引領(lǐng)更多的人才投入和精力投入， 必然推動換熱器行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展。

四、總結(jié) 隨著經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)化進程加快，能源短缺問題成為 世界性難題，新能源的開發(fā)、節(jié)能環(huán)保都成為世界共同關(guān) 注的話題。近年來，國內(nèi)換熱器行業(yè)在節(jié)能增效、提高傳 熱效率、降低降壓方面都取得了顯著的成績。但是在技術(shù) 上，與國外的換熱器相比依然有很多難題需要去克服。我 國在換熱、散熱、冷卻設(shè)備上都是強大的重要的市場，市 場需求量大?；趪艺叩闹С趾褪袌鋈找嬖鲩L的需求 量，我國換熱器產(chǎn)業(yè)具有一個很好的前景，是蓬勃發(fā)展的 朝陽企業(yè)。

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