2、设计目的： 通过对列管式换热器的设计，达到让学生了解该换热器的结构特点，并能根据工艺技术要求选择适当的类型，同时还能根据传热的基础原理，选择流程，确定换热器的基本尺寸，计算传热面积和计算流体阻力。

  评价换热器的最终指标是：在一定的时间内（通常为1年）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费等）的总和为最小。在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一指标尤为重要。

  动力消耗与流速的平方成正比，而流速的提高又有利于传热，因此存在一最适宜的流速。

  某炼油厂用柴油将原油预热。柴油和原油的有关参数如下表, 两侧的污垢热阻均可取1.72×10-4m2·K/W，换热器热损失忽略不计，管程的绝对粗糙度ε=0.1mm，要求两侧的阻力损失均不超过0.4×105Pa。试设计一台适当的列管式换热器。(y:学号后2位数字)

  圆整后，换热器壳体圆筒内径为D=550mm，壳体体的标记：筒体 DN550

  列管式换热器的设计、制造、检验与验收一定要遵循中华人民共和国国家标准 “钢制管壳式（即列管式）换热器” (GB 151)执行。

  按该标准，换热器的公称直径做如下规定：卷制圆筒，以圆筒内径作为换热器公称直径，mm;钢管制圆筒，以钢管外径作为换热器的公称直径，mm。

  换热器的传热面积：计算传热面积，是以传热管外径为基准，扣除伸入管板内的换热管长度后，计算所得到的管束外表面积的总和（m2)。公称传热面积，指经圆整后的计算传热面积。

  浮头式换热器的结构如下图1-3所示。其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。浮头式换热器的优点是党环热管与壳体间有温差存在，壳体或环热管膨胀时，互不约束，不会产生温差应力；管束可以从壳体内抽搐，便与管内管间的清洗。其缺点是结构较复杂，用材量大，造价高；浮头盖与浮动管板间若密封不严，易发生泄漏，造成两种介质的混合。

  ①大传热系数。在考虑流体阻力及不发生流体诱发振动的前提下，尽可能地选择高的流速。

  ②提高平均温差。对于无相变的流体，尽量采用接近逆流的传热方式。因为这样不仅可提高平均温差，还有助于减少结构中的温差应力。在允许的条件时，可提高热流体的进口温度或降低冷流体的进口温度。

  ③妥善布置传热面。例如在管壳式换热器中，采用合适的管间距或排列方式，不但可以加大单位空间内的传热面积，还能改善流体的流动特性。错列管束的传热方式比并列管束的好。如果换热器中的一侧有相变，另一侧流体为气相，可在气相一侧的传热面上加翅片以增大传热面积，更加有助于热量的传递。

  说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容

  2、壳程分程：壳程分程的型式见图2，E型最为普通，为单壳程。F型与G型均为双壳程，它们的不同之处在于壳侧流体进出口位置不同。G型壳体又称为分流壳体。当它用作水平的热虹吸式再沸器时，壳程中的纵向隔板起着防止轻组分的闪蒸与增强混合的作用。H型和G型相似，只是进出口接管与纵向隔板均多一倍，故称之为双分流壳体。G型与H型均可用于以压力降作为可控制因素的换热器中。考虑到制造上的困难，一般的换热器壳程数很少超过2倍。

  U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。U型管式换热器(见图1-2)的优点是结构相对比较简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。此外，其造价比管定管板式高10%左右。

  换热器（英语翻译：heat exchanger），是将热流体的部分热量给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。

  根据列管式换热器的结构特点，大致上可以分为以下四种。以下根据本次的设计的基本要求，介绍几种常见的列管式换热器。

  传热量、流体的热力学参数（温度、压力、流量、相态等）与物理化学性质（密度、粘度、腐蚀性等）是工艺过程所规定的条件。设计者应依据这一些条件进行热力学和流体力学的计算，经过反复比较，使所设计的换热器具有尽可能小的传热面积，在单位时间内传递尽可能多的热量。其具体做法如下。

  换热器的公称长度：以传热管长度（m)作为换热器的公称长度。传热管为直管时，取直管长度；传热管为U型管时，取U管的直管段长度。

  该标准还将列管式换热器的主要组合部件分为前端管箱、壳体和后端结构 (包括管束）三部分，详细分类及代号见文献[3，5]。

  该标准将换热器分为I、Ⅱ两级，I级换热器采用较高级冷拔传热管，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传热管，适用于再沸、冷凝和无振动的一般场合。

  取换热管的规格为Φ25×2.5mm碳素钢管(8.3kg/6m)。估算单管程的管子根数

  由于L’数值太大，换热器不可使用单管程的形式，必须用多管程。我们最终选择管程的长度为6m，则Nt = L’/6 (管程数通常选择偶数)

  这类换热器如图1-1所示。固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏 。

  传热面上垢层的产生和增厚，使传热系数不断降低，传热量随之而减少，故有必要停止操作进行清理洗涤。在清洗时不仅无法传递热量，还要支付清洗费，这部分费用必须从清洗后传热条件的改善得到补偿，因此存在一最适宜的运行周期。

  严格地讲，如果孤立地仅从换热器本身来进行经济核算以确定适宜的操作条件与适宜的尺寸是不够全面的，应以总系统中全部设备为对象进行经济核算或设备的优化。但要解决这样的问题难度很大，当影响换热器的各项因素改变后对总系统的效益关系影响不大时，按照上述观点单独地对换热器进行经济核算仍然是可行的。

  1、管束分程：未解决管束增加引起管内流速及传热系数降低的问题即将管束分程。在换热器的一端或两端的管箱中安置少数的隔板，一般每程中管束大致相等。注意温差较大的流体应避免紧邻，以免引起较大的温差应力。

  管程分程的方案参见图1.从制造、安装、操作的角度考虑，偶数管程有更多的方便之处，因此用得最多。但程数不宜太多，否则隔板本身占去相当大的布管用的面积，且在管程中形成旁路，影响传热。

  （3）在列管式换热器中，壳程有挡板和没有挡板时，其对流传热系数的计算方式有何不同？

  换热器是能承受压力的容器，在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵照我国《钢制石油化学工业能承受压力的容器设计规定》与《钢制管壳式换热器设计规定》等有关法律法规与标准。这对保证设备的安全可靠起着重要的作用。

  直立设备的安装费往往低于水平或倾斜的设备。设备与部件应便于运输与装拆，在厂房移动时不可能会受到楼梯、梁、柱的妨碍，根据自身的需求可添置气、液排放口，检查孔与敷设保温层。

  11第一个字母代表前端管箱形式2第二个字母代表壳体形式3第三个字母代表后端结构及形式公称直径mm对于釜式重沸器用分数表示分子为管箱内直径分母为圆筒内直当采用alcuti换热管时应在lnd后面加材料琼等号如lndcu公称长度m换热管外经一一i级换热器管束iv采用较高级冷拔换热管适用于无相变传热和易产生振动场合iiii级换热器管束采用普通级冷拔换热管适用于受沸冷凝传热和无振动一般场合四列管式换热器选型的工艺计算步骤1计算热负荷不考虑热损失由热量守恒可计算柴油出口温度t22计算逆流平均温差3确定流体走向atm逆取换热管的规格为25义碳素钢管6m3600xp根据传热面积a估计算管子的长度l?5管程数nt的确定由于l?数值太大换热器不可使用单管程的形式必须用多管程

  1-壳盖；2-固定管板；3-隔板；4-浮头钩圈法兰；5-浮动管板；6-斧头盖

  其特点是管板只有一端与壳体固定连接，另一端采用填料函密封。管束可以自由伸缩，不会产生因壳壁与管壁温差而引起的温差应力。填料函式换热器的优点是结构较浮头式换热器简单，制造方便，耗材少，造价也比浮头式的低；管束可以从壳体内抽出，管内管间均能进行清理洗涤，维修方便。其缺点是填料函乃严不高，壳程介质可能通过填料函外楼，对于易燃、易爆、有度和贵重的介质不适用。

  图纸要求：用A3图纸绘制换热器一张：一主视图，一剖面图，两个局部放大图。