换热器论文

第一篇：换热器论文

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管壳式换热器论文

摘要;本文主要介绍管壳式换热器。并分析其特点。关键词：管壳式换热器、传热管束、管板、折流板

正文：管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。管壳式换热器

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。

类型：由于管内外流体的温度不同，因此换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50 ℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所

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采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

① 固定管板式换热器 管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

② 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

③ U型管换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

非金属材料换热器 化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用

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陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。

流道的选择

进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。

操作强化

当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。

管壳式换热器-shell and tube heat exchanger 由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。

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为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m2〃℃)〕;用水冷却气体时，为10～280W/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000W/(m2〃℃)。

分类

管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前 3种应用比较普遍。

固定管板式换热器

它是管壳式换热器的基本结构形式。管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上。在操作状态下由于管子与壳体的壁温不同，二者的热变形量也不同，从而在管子、壳体和管板中产生温差应力。这一点在分析管板强度和管子与管板连接的可靠性时必须予以考虑。为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器一般只在适当的温差应力范围、壳程压力不高的场合下

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采用。固定管板式换热器的结构简单、制造成本低，但参与换热的两流体的温差受一定限制；管间用机械方法清洗有困难，须采用化学方法清洗，因此要求壳程流体不易结垢。

浮头式换热器

浮头式换热器的结构为管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓连接，形成可在壳体内自由移动的浮头。由于壳体和管束间没有相互约束，即使两流体温差再大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。浮头式换热器适用于温度波动和温差大的场合；管束可从壳体内抽出用机械方法清洗管间或更换管束。但与固定管板式换热器相比，它的结构复杂、造价高。

U型管式换热器 一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束。管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。管束的U形端不加固定，可自由伸缩，故它适用于两流体温差较大的场合；又因其构造较浮头式换热器简单，只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少，造价较低，也适用于高压流体的换热。但管子有U形部分，管内清洗较直管困难，因此要求管程流体清洁，不易结垢。管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。相同直径的壳体内，U形管的排列数目较直管少，相应的传热面积也较小。

双重管式换热器

将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器。管程流体从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底

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部，然后返向，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热。但管程流体的阻力较大，设备造价较高。

填函式换热器

填函式换热器的结构，管束一端与壳体之间用填料密封。管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低；但填料处容易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不宜过大。

双管板换热器管子两端分别连接在两块管板上，两块管板之间留有一定的空间，并装设开孔接管。当管子与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管引出，因此可保证壳程流体和管程流体不致相互串漏和污染。双管板换热器主要用于严格要求参与换热的两流体不互相串漏的场合，但造价比固定管板式换热器高。

特点

这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流

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动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

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参考文献：1.http://www.xiexiebang.com/100k/read.php?tid=3280 3.江南 易宏 甑亮 岑汉钊.管壳式换热器壳程强化传热 研究进展.化肥工业 1998 25 6 : 27 321

4.罗运禄 谭志明 崔乃英 张绣云.氮肥厂换热设备的强 化改造.化肥工业 2 : 21 251

第二篇：换热器毕业设计论文

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第1章

浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。

换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大

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型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的拉动。

未来散热器将会朝着更加节能环保和美观实用的角度不断创新与发展，短时期钢制柱式散热器和铜铝复合散热器任将会是市场主流产品与选择。

换热器在工业生产和生活的各个领域都得到了广泛的应用，而且其功作性能的优劣直接影响着整个装置和系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要，所以一个合理的换热器应满足一下的几点要求：

（1）在给定的工作条件（流体流量、进口温度等）下，达到要求的传热量和流体出口温度；

（2）流体压降要小，以减小运行的能量消耗；（3）满足外形尺寸和重量要求；

（4）安全可靠，满足最高工作压力，工作温度以及防腐、防漏、工作寿命等方面要求；

（5）制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减少初投资；

（6）安装、运输以及维修方便等。按照设计要求，在结构的选取上，为了增大压差校正系数，采用了壳侧两程管侧四程。

通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构，然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计。在结构设计时，要考虑许多因素，例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及拆卸等等。之后对有些部件进行强度校核并进行对其优化设计。

换热设备是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%-20%，在炼油厂中，约占总投资的35%-40%。

1.1换热设备的应用

浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量又温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热和废热，特别是低位热能的有效装置。

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图1-1浮头式换热器实物图

1.2换热器设备的分类

1.2.1按作用原理分类（1）直接接触式换热器

直接接触式换热器又称混合式换热器，是利用冷，热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。为增加两流体的接触面积，以达到充分换热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构。如冷却塔，冷却冷凝器等。（2）蓄热式换热器

蓄热式换热器又称回热式换热器，是借助于固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。在换热器内首先由热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由流体通过，由蓄热体把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合，则不采用蓄热式换热器。（3）间壁式换热器

它又称表面式换热器，是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多样，如管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。（4）中间载流体式换热器

它是把两个间壁式换热器由在其中循环的载流体连接起来的换热器。载流体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流

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体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器等。1.2.2按作用方式分类（1）管式换热器

管式换热器都是通过管子壁面传热的换热器。按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕管式换热器和管壳式换热器等。蛇管式换热器一般由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形、螺旋形和长的蛇行等。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。按使用状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。套管式换热器是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用U形弯管将他们连接成排，并根据实际需要，排列组合成传热单元，换热时，一种流体走内管，另一种流体走内外管间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热。两种流体都可以在较高的温度、压力、流速下进行换热。套管式换热器的优点是结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可有较高的传热系数；缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。在圆筒形壳体中放置了许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和顶距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两侧的端盖上装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为了安置测试仪表用的接口管，排液孔和排气孔等。缠绕管式换热器是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋闲形状交替缠绕而成，相邻两成螺旋状传热管的螺旋方向相反，采用一定形状的定距管使之保持一定的距离。缠绕状传热管可以采用单根绕制，也可采用两根或多跟组焊后一起绕制。管内可以通过一种介质，称通道型缠绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上，构成多通道型缠绕管式换热器。缠绕管式换热器适用于同时处理多种介质等场合。（2）板面式换热器

板面式换热器是通过板面进行传热的换热器。板面式换热器按传热板面的结构形式可分为以下五种：螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳是换热器和伞式换热器。板面式换热器的传热性能要比管式换热器优越，由于结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。板面是换热器采用板材制

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作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。

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第2章 浮头式换热器热力计算

浮头式换热器热力计算一般包括：定性温度和物性参数，初选结构，管程热力计算及流量计算，壳程换热计算，传热系数，管程压降，壳程压降压强校核。

2.1原始数据

油进口温度： t1=175℃ 油出口温度： t1=155℃ 油工作压力： P1=1.6MPa 水进口温度： t2'=144℃

“水出口温度： t2=163℃ '”水工作压力： P2=2MPa 壳体内径： DS=700mm 管箱内径： DN=750mm 换热管规格：Φ19×3 L=8m 2.2定性温度和物性参数计算

水的定性温度： t2t2144163t2153.5C 22水的密度： ρ2=913kg/m3 水的比热： Cp2=4.32kJ/kg℃ 水的导热系数：k2=0.686W/m℃ 水的粘度： μ2=168.8×10-6 水的柏朗特数：Pr2=1.08 油（柴油）的定性温度： t1t1175155t1165C 22油的密度： ρ1=715 kg/m3 油的比热： Cp1=2.48 kJ/kg℃ 油的导热系数：k1=0.133 W/m℃ 油的粘度： μ1=6.4×10-4

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油的普朗特数：

1000Cp1110002.486.4104Pr111.93k10.133

2.3 初选结构

管排列方式 ：分程隔板两侧正方形，其余三角形 管子外径： d0=0.019m 管子内径：

di=d0-（2×3/1000）=0.013m 管长： L=8m 管间距：

s=1.5d0=1.5×0.19=0.0285m 壳体内径： Ds=0.7m 管束中心排管数：由公式

s(Nc1)4d0Ds

得Nc=22 总管子数：由：

1.1NtNc得 Nt=400

选型：采用双壳程四管程。

2.4 管程换热计算及流量计算

试选传热系数： k0=240 W/m2℃ 传热面积：由

得A0=190.91m2 逆流平均温差：

A0Nt d0ltNt大t小201919.5C t大20lnln19t小

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无量纲量参数：

Pt216314419t20.612t217514433t1 t117515520t11.05t2t216314419 R温差校正系数：按2壳程4管程查得0.88 有效平均温差：

tmtN0.8819.517.16C

设计传热量：

Q0A0k0tm190.9124017.16786244W

换热效率：取η=0.98 油流量：

G1水流量：

G2Q0360078624458231kg/h

t1)2.48200.981000Cp1(t1Q0360078624434484kg/h Cp2(t2t2)4.32191000管程流通截面（4管程）： A2(Nt2400)di()0.01320.0133m2 4444管程流速：

w2G2344840.789m/s

2a236009130.01333600管程雷诺数：

Re2管程换热系数：

2w2di9130.7890.013554782168106

h23605(10.015t2)20.8/(100di)0.23605(10.015153.5)0.7890.8/(1000.013)0.2 2385.4W/mC

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2.5 壳程换热计算

折流板的设计：纵向折流板中间分程，横向安置弓形折流板。弓形折流板弓高：

H0.20Ds0.200.700.14m

折流板间距：

BDS0.70.233m 33壳程流通截面：

a1d110.019BDs(10)0.230.70(1)0.027m22s20.0285

壳程流速：

G1582313600w136000.0838m/s

1a17150.027壳程量流速

W11w17150.838599kg/m2s

壳程当量直径：

DsNtd00.7024000.0192de0.046m

Ntd04000.019壳程雷诺数：

RefW1de2215990.04643053

6.4104切去弓形面积所占比例：查得

afaT0.0145

壳程传热因子：查得js96

管外壁温度：tW1假定后再复核，设tW1=160℃

壁温下的粘度：

W11.6104Pas1

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粘度修正系数：

1(10.146.40.14)()0.92W11.61

2.6传热系数

水侧污垢热阻： r117.2105m2℃/W 油侧污垢热阻： r252.0105m2℃/W 管壁热阻：r忽略 总传热热阻：

rd11dr1r200h1dih2di10.01910.0190.0001720.00052583.50.0132385.40.013 0.00326m2C/W传热系数：

kj11306.7 r0.00326传热系数的比值：

kjk0306.71.28 240管外壁热流密度：

q1管外壁温度：

Q0786244=4118W/m2℃ Ntd0l4000.0198q1(tW1t1110.000172)=167.2℃ r1)1754118(583.5h1误差校核：

tWtW1tW1=167.2-160=7.2℃

误差不大，不必再重算。

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2.7管程压降

壁温：

tW2t1q1(11（0.00172）=161.3℃ r1)153.54188583.5h1壁温下水的粘度：w280.3105PaS 管程摩擦系数：查得i0.02 管子沿程压降：

LniiW22(0.789913)2840.02Pi()()()141313Pa 22di229130.0130.99回弯压降：

2（0.789913）W22444546.9Pa Pr()4nt222913进出口管处质量流速：

222WN2w进9131.21314.7kg/ms 出口进出管口处压降：

1314.72PN2()1.51.51419.9Pa

222913管程结垢校正系数：根据r2及Φ193得 d21.2 管程压降：

P2(PiPr)d2PN2(1413.34546.9)1.21419.923834PaWN2

2.8 壳程压降

当量直径：

Ds2Ntd020.7024000.0192de0.0427m DsNtd00.7024000.019雷诺数：

Re1

W1de15990.42739965

6.410411

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壳程摩擦系数：查得00.27 管束压降：

W12Ds(nB1)059920.70（331）0.27P0()[]（）[]()41043.3Pa 1de12715de0.92管嘴处质量流量：

2WN1w进出口7151.521608.8kg/m2s

进出口管压降：

1608.82PN1[]1.51.52714.9Pa

2127152WN2导流板阻力系数：取ip5 导流板压降：

1608.82Pip[]ip59049.8Pa

2127152WN2壳程结垢修正系数：查表取d01.38 壳程压降：

P1P0d0PipPN141043.31.389049.82714.968404Pa

2.9 压强校核

管程工作压力P22.0MPa，查表得[P2]2.5MPa 壳程工作压力P11.6MPa，查表得[P1]1.8MPa 压强校核：

P2[P2] 符合要求

P1[P1] 符合要求

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第3章 结构设计

结合热力计算确定换热流程、面积、排列方式、壳体、管箱、固定管板、分程隔板、以及其他零部件。

3.1换热流程设计

采用2壳程4管程的2-4型换热器。由于换热器尺寸不大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用。管程分程隔板采用丁字型结构，其主要优点是布管紧密。壳体分程采用纵向隔板。

管程的分程隔板采用丁字型结构如图3-1所示，其主要优点是布管紧密。

图3-1丁字形隔板

3.2管子和传热面积

换热管除要求具有足够的强度外，当采用胀管法固定时，还要求管子有良好的塑性，避免因胀接而产生裂缝。焊接固定时，要求管子可焊性好，一般采用优质碳钢，以保证管子质量，一般对于无腐蚀性或腐蚀性不大的流体可采用10号钢和20号钢管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用不锈钢、钢、铝等无缝管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油腐蚀性不大，故可采用碳钢，现选择20号钢的无缝钢管。

根据设计要求采用193的无缝钢管。管子总数为400根。其传热面积为：

Ad0LNt0.0198400190.91m2

3.3管子排列方式

管子在管板上的排列方式，应力求均布、紧凑并考虑清扫和整体结构的要求。基本的排列方式有五种：

等边三角形：一边与流向垂直是常用的形式，与正方形排列相比传热系数高，可节省15%的管板面积。适用于不生污垢、可用化学清洗污垢和允许压降较高的工况；

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转角三角形。三角形的一边与流向平行，其特点介于等边三角行和正方形两种排列之间，不宜用于卧式冷凝器，因下方管子形成的厚度越来越厚的凝膜会使传热削弱；

正方形排列最不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器； 同心圆排列，用于小壳径换热器时比正三角形排列还紧凑，靠近壳体的地方布管均匀。

对于多管程换热器常采用组合排列法，每程均属正三角形排列，而各层面间呈正方形排列，以便于安排分程隔板。

综合比较以上几种布管方式，可采用组合排列形式，中间正方形，其余三角形。布管位置如图3-2示。十字形的走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题，共有406个管孔，其中6个孔为安装拉杆用。

图3-2 管子排列

3.4壳体

壳体材料除要满足一定的强度外，由于制造过程中经过卷板、冲压和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量较低的3R钢、16nR钢等，现选用16nR钢。

壳体内径Ds=700mm 壳体壁厚：

pDSc t2[]p

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[]t为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为220℃，则tw<220℃。根据碳钢板许用应力，查得[]t=167MPa 为焊缝系数，取=0.85 p1.2p1，p1为工作压力，等于1.6MPa 壁厚修正：c2mm 则

1.21.670026.8mm21670.851.21.6 实取10mm，之后要用有限元分析软件ANSYS进行强度校核。

3.5 管箱

3.5.1 封头

根据压力容器设计规范采用材质为16MnR的标准椭圆封头，在满足强度要求的情况下，其壁厚可用以下公式计算：

pDSc t2[]0.5p已知管程设计温度为200℃，则tw<200℃。根据碳钢板许用应力，表查得[]t=170 p=1.2p1=1.2×1.6 则

1.21.675027mm

21700.850.51.21.6实取12mm，之后用ANSYS进行强度校核。曲面高度：

hDD75012190.5mm 444D-封头的平均直径 直边高度h025mm 3.5.2壁厚

pDS1.21.6750c27.02mm 2[]tp21700.851.21.6实取12mm，之后要用ANSYS进行强度校核。内径：D"750mm 长度：L0300mm

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3.6 固定管板

外径：D1797mm 板厚：b50mm

管板上开孔数与孔间距与管的排列一致。管板材料选用Q235钢。

管子与管板的连接必须牢固、不泄漏、不产生大的应力变形，最常见的连接方法为胀接，胀接只能用于工作压力低与4MPa和温度低于300℃的场合；对于高温、高压、易燃、易爆的运行条件多采用焊接，但采用焊接容易产生热应力且间隙中流体不流动很容易造成间隙腐蚀，采用胀焊并用的方法可以避免。

由于工作压力和温度都不是特别高，而且管子的间距比较大，管板和管子的连接采用胀接。换热管在管板内的胀接长度L=38mm。

3.7 分程隔板

3.7.1 管程分程隔板

管箱的分程在固定端管箱与浮头端管箱内都要安装分程隔板，隔板的布置见图3-1，由于两端管箱不是很长，卸下清洗时不用拆下来，因此可以将隔板直接焊接在箱体上。管程隔板要考虑密封问题，它们的密封是通过在固定管板和浮动管板插隔板的槽内安放密封填料。为了保证填料能起到密封作用，隔板的长度要按安装的尺寸进行计算。

3.7.2壳程分程隔板

安装壳体的分程隔板一方面要考虑到密封问题，另一方面要便于拆卸，因此采用图3-3所示的装置来安装隔板，当转动偏心杆手柄，偏心杆的凸轮推动与其相接的端头包有密封填料的板可使两端夹紧也可使其松开，便于拆卸。对于浮头式管束要能够拆卸必须要隔板可以拆卸。因此，此装置是必须要用的。

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隔板偏心杆密封填料

图3-3壳体分程隔板

3.8折流板

采用弓形折流板，材料钢板，由于壳内分程，每程均采用半弓形如图3-4所示，布置方式采用垂直切口流动方向。

图3-4折流板

按一个壳程计算（计算过程见热力学计算）得： 拱高：h140mm 板间距：B230mm 板数：nB33 板厚：B6mm

由于考虑到实际安装时由于第一块折流板的位置壳体接管位置的影响，在一个壳程内折流板的实际个数应为32个，总的折流板数为64。

3.9 拉杆

材质为钢。直径φ12，共6根。拉杆是用来安装折流板的。每个折流板最好由三个拉杆来定位。其布置位置见图3-4。

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3.10 进出口管

3.10.1 管程进口管

2按2wN.9 3000取wN21.2m/s 则2w29131.211862进出口流通截面积为：

aN2G2344840.00807m2

36002wN236001186.9进出口管内径为：

DN24aN240.008070.101m

取用1004mm的热扎钢管。3.10.2 管程进出口管

2按1wN2000取wN11.5m/s 1则1wN17151.51072.5 进出口流通截面积为：

aN1G1582310.01508m2

36001wN136001072.5进出口管内径为：

DN24aN140.015080.139m

取用1504.5mm的热轧钢管。

3.11 浮头箱

外头盖内直径：

D1DN100mm800mm

外头盖同样采用材质为16MnR的标准椭圆形封头： 厚度12mm 曲面高度：

h2DD180012203mm 444

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直边高度h25mm

3.12 浮头

如图3-5所示为浮头端的装配图，包括碟形盖，钩圈法兰和浮动管板，由于浮动管板要与管子胀接后从壳体一端伸到另一端，因此管板的外直径应小于壳体内径，其主要尺寸如下：

图3-5 浮头结构图

浮动管板外直径：D0690mm 浮动管板厚：b500mm 浮头法兰外径：

DfoDN80mm780mm

浮头法兰内直径：

Df1Df2(5013)654mm 碟形盖内半径：

L0.75Df10.75654409.5mm

厚度：0取15mm 3.13 补强圈

在实际设计和名义厚度大于12mm时，接管Dg>80mm就必须加开孔补强，当壳体名义厚度小于或等于12mm时，接管Dg>50mm就必须加开孔补强。因此对于Dg=100的管箱接管和Dg=150的壳体接管都必须进行开孔补强。

在补强圈标准中规定了补强圈的尺寸，按标准尺寸Dg =100的接管补强圈外直径D0=210mm，Dg =150的接管补强圈外直径D0=300mm。补强圈的厚度可通过等面积补强法进行计算。这里设定补强圈的厚度均为15mm。

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3.14 法兰

3.14.1法兰密封面的形式

压力容器和管道法兰联接中，常用的密封面型式有以下三种。

（1）平面型密封面

密封表面是一个突出的光滑平面（又称突平面）。这种密封面结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。但螺栓上紧后，垫圈材料容易往两侧伸展，不易压紧，用于所需压紧力不高且介质无毒的场合。

（2）凹凸型密封面

它是由一个凸面和一个凹面所组成，在凹面上放置垫圈，压紧时，由于凹面的外侧有挡台，垫圈不会挤出来。

（3）榫槽型密封面

密封面是由一个榫和一个槽所组成，在垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式金属包垫圈，易获得良好的密封效果。它适用于密封易燃、易爆、有毒介质。密封面的凸面部分容易破坏，运输与装拆时都应注意。

在选取密封面时综合考虑介质因素和装拆的因素，壳体法兰均采用凹凸面型密封面，管箱接管法兰采用平面型密封面，壳体接管法兰采用凹凸型密封面。3.14.2 壳体法兰

壳体接管采用平颈对焊法兰，由于管箱、壳体、浮头箱直径都不一样，因此在选用法兰时，不能只按标准选取。如图3-6为壳体与浮头箱的对接法兰，DN=800mm的是按标准选取的，而DN=700的法兰是按DN800法兰螺栓孔的位置来设计其尺寸的，图3-6凹凸面密封法兰

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大致尺寸如下: DN=800mm的法兰，D=960mm，D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm，h=35mm，δ=48mm，δ1=16倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。

DN=700mm的法兰，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm，H=115mm，h=35mm，δ=46mm，δ1=16，倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。

其它的法兰装配尺寸见三维实体图。3.14.3 接管法兰

管箱接管采用平颈对焊法兰，如图示：

图3-7接管法兰

设计尺寸按化工机械标准设计，其尺寸大致如下： 管箱接管：DN=100 PN=2.5MPa时：

N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法兰厚度C=24mm螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个

壳体接管：DN=150 PN=1.6MPa时：

N=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=6.5mm，法兰厚度C=22mm，螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个

另外，对焊时法兰要在颈部开坡口。

3.15 支座

卧式设备一般采用两个鞍座。这是因为基础水平高度有可能不一致，如果使用多个支座，将会造成支座反力分布不均匀，从而引起设备的局部应力增大，因此采用两个支座。

采用双支座时，一个鞍座为固定支座，地脚螺栓为圆孔；另一个鞍座为活动支座，地脚螺栓为长圆孔，配合两个螺母，第一个螺母拧紧后，倒退一圈，然后再用第二个

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螺母锁紧。这样，可以使设备在温度变化是自由伸缩。如图示：

δ4Ⅰ型Ⅱ型

图3-8 鞍式支座

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

支座的安放位置也有一定的标准，一般支座与壳体端面的距离A<0.2L，L为壳体的长度。

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第4章 安装与拆卸

设计中要考虑到安装问题，各零部件的结构不能影响整个装配体的安装，对于浮头式换热器，设计的初衷是可以拆下管束进行清洗。因此也要考虑到拆卸的问题，其安装步骤可概述如下：

（1）焊接部件：将所有的焊接部件进行焊接，包括管箱，壳体，浮头箱，碟形盖，支座等；

（2）安放折流板：将拉杆的一个螺纹端拧入固定管板的螺纹孔，6根拉杆都装好，然后每套入一组定距杆再装一组折流板，依次把折流板装在拉杆上，直到最后两块折流板装上后用螺母套在拉杆的另一个螺纹端拧紧固定；

（3）安装管子：将管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上进行胀接。另一端装上浮动管板并进行胀接；

（4）安装壳程隔板：先将壳程隔板两侧的偏心杆机构装好，将壳程隔板从管束侧面装入并将一头插入固定管板上安装隔板的槽中；

图4-1安装示意图

（5）安装壳体：将焊接好的壳体从浮动管板的那一端套入，使之前装好的组件（如图4-1示）完全装入壳体内，在壳程隔板的伸出端扭动偏心杆的摇柄使隔板两侧的密封填料挤紧，从而达到壳程的分程密封；

（6）安装管箱：在固定管板端接已焊接好的管箱，将管箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接。在浮头端装上钩圈法兰和碟形盖，（钩圈法兰由两个半圆形构成，使其安装方便）用双头螺柱连接；

（7）安装浮头箱：将浮头箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接；（8）安装支座：将支座焊接到壳体上。

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总结

通过三个月的努力，我的毕业设计终于圆满完成。虽然做的过程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作为大学三年的最后一道大作业—毕业设计，使我在各个方面都有了很大的提高，收获很大。具体表现在以下几个方面：通过在设计中经常查资料提高了我们检索和查阅资料的能力；进一步扎实了所学的理论知识，对所学基础知识和专业知识进行了一次综合应用和系统复习；思维方式和设计思想更加全面化和系统化。养成了勤学好问的习惯，敢于面对困难，能够独立的查找和解决问题，也提高了自己的创新能力。将理论知识和生产实际相结合，为以后的工作和学习打下了很好的基础，但是，设计过程中仍然存在不足之处，有的问题还需要进一步展开研究。具体如下：

（1）管子的胀接没有进行分析计算；

（2）由于管程与壳程的分程使管子的排列不均匀，故存在旁流与侧流的问题，此问题尚未进行分析；

（3）通常在进液管口有挡板控制流速和引流，此结构尚未设计。

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致谢

首先，向尊敬的导师李老师致以衷心的谢意，在大三毕业设计期间，李老师以其渊博的知识、开阔的思维使我在知识和能力上获得了极大的提高；更重要的是，李老师在工作方面严谨的作风、积极进取的态度对我产生了巨大的积极影响。这次毕业论文设计李老师给予我许多帮助，在设计的选题以及设计的方法上，提供了许多宝贵的建议。李师在毕业设计期间，对我们要求严格，使我们能够基本独立完成设计任务，培养我们独立解决问题的能力，还从自己的宝贵时间中抽时间为我们审阅设计内容，并给予纠错，帮助改正。这些帮助和教导将使我在今后的学习和工作中奋发向上、积极进取，在学业和事业上取得更好的成绩。

而后更重要的，我要感谢我的母校--河南机电高等专科学校给了我三年深造的机会，让我学到了为人的优良品质和工作所需的知识技能，让我在学识和内涵上得到提高。感谢河南机电高等专科学校的老师和同学们这几年来的对我的关心和鼓励。老师们课堂上激情洋溢，课堂下细心辅导；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年大学生活收获不少，也充满了感动。感谢我的家人，他们的支持与鼓励是得我能顺利的完成学业。

最后，衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对我论文进行评阅的专家、学者及亲爱的老师们！

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参考文献

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第三篇：换热器基本知识

一、换热器的结构型式有哪些？

换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。可按用途、换热方式、结构型式三种不同的方法进行分类。按结构型式分类如下：

换热器分为管式换热器、板式换热器、新型材料换热器和其他型式的换热器。

管式换热器又分为：套管式换热器、管壳式换热器、沉浸式换热器、喷淋式换热器和翅片管式换热器。

板式换热器又分为：夹套式换热器、平板式换热器、伞板式换热器、螺旋板式换热器、板翅式换热器和板壳式换热器。

新型材料换热器分为：石墨换热器、聚四氟乙烯换热器、玻璃换热器和钛材及其他稀有金属材料换热器。

其他形式的换热器包括回转式换热器和热管。

二、换热器管为什么会结垢？如何除垢？

因为换热器大多是以水为载热体的换热系统，由于某些盐类在温度升高时从水中结晶析出，附着于换热管表面，形成水垢。在冷却水中加入聚磷酸盐类缓冲剂，当水的PH值较高时，也可导致水垢析出。初期形成的水垢比较松软，但随着垢层的生成，传热条件恶化，水垢中的结晶水逐渐失去，垢层即变硬，并牢固地附着于换热管表面上。

此外，如同水垢一样，当换热器的工作条件适合溶液析出晶体时，换热管表面上即可积附由物料结晶形成的垢层；当流体所含的机械杂质有机物较多、而流体的流速又较小时，部分机械杂质或有机物也会在换热器内沉积，形成疏松、多孔或胶状污垢。

换热器管束除垢的方法主要有下列三种。

一、手工或机械方法

当管束有轻微堵塞和积垢时，借助于铲削、钢丝刷等手工或机械方法来进行清理，并用压缩空气，高压水和蒸汽等配合吹洗。当管子结垢比较严重或全部堵死时，可用管式冲水钻（又称为捅管机）进行清理。

二、冲洗法

冲洗法有两种。第一种是逆流冲洗，一般是在运动过程中，或短时间停车时采用，可以不拆开装置，但在设备上要预先设置逆流副线，当结垢情况并不严重时采用此法较为有效。

第二种方法是高压水枪冲洗法。对不同的换热器采用不同的旋转水枪头，可以是刚性的，也可以是绕性的，压力从10MPa至200ＭＰa自由调节。利用高压水除污垢，无论对管间、管内及壳体均适用。高压水枪冲洗换热器效果较好。应用广泛。

三、化学除垢

换热器管程结垢，主要是因为水质不好形成水垢及油垢的结焦沉淀和粘附两种形式，用化学法除垢，首先应对结垢物质化验分析，搞清结垢物性质，就可以决定采用哪种溶剂清洗。一般对硫酸盐和硅酸盐水垢采用碱洗（纯碱、烧碱、磷酸三钠等），碳酸盐水垢则用酸洗（盐酸、硝酸、磷酸、氟氢酸等）。对油垢结焦可用氢氧化钠、碳酸钠、洗衣粉、液体洗涤剂、硅酸钠和水按一定的配比配成清洗液进行清洗。采用化学清洗的办法，现场需要重新配管，比较花费时间。

三、管壳式换热器管子与管板的连接方法有哪几种？如何选择？

根据换热器使用条件、加工条件的不同，基本可分为胀接、焊接、胀焊并用三大类。

其中胀接又可分为：机械胀管、液压胀管、液袋胀管、橡胶胀管、爆炸胀管、脉冲胀管、粘胀等。

焊接分为：普通焊接、内孔焊接、高频焊接、摩擦焊接、钎焊和爆炸焊接。

胀焊并用分为：强度焊+贴胀、强度焊+强度胀、强度胀+密封焊、强度胀+贴胀+密封焊、强度焊+强度胀+贴胀。

换热器进行水压试验和气密试验的基本原则如下：

（1）液压试验时，圆筒的薄膜应力不得超过试验温度下材料屈服点的90%；在气压试验时，此应力不得超过试验温度下材料屈服点的80%；

（2）制造完工的换热器应按GB150“钢制焊接压力容器技术标准”的规定进行压力试验；

（3）换热器需经水压试验合格后方可进行气密性试验；

（4）压力试验必须用两个量程相同的并经过校正的压力表。压力表的量程在试验的2倍左右为宜，但不应低于1.5倍和高于4倍的试验压力；

（5）换热器的开孔补强圈应在压力试验以前通入0.4~0.5Mpa的压缩空气检查焊缝质量；

（6）水压试验和气密性试验的试验介质、试验温度、试验方法要严格按照容器压力试验的有关规定进行；

（7）换热压力容器液压试验程序应按GB151规定进行；

（8）水压试验和空密性试验在确认无泄漏后，应保压30min。

四、换热器泄漏后如何进行试漏检查？怎样进行堵管？

一、试漏检查

为了查明管子的泄漏情况，首先要作水压试验，一般均采用在管子外侧加压力的外压试验。其方法是：把水通入壳体，保持一定时间，用目测检查两端管板处管子的泄漏情况，对漏管做出记录。

二、堵管

管子本身的泄漏一般情况下是无法修复的，假如泄漏管子的数量不多时，可以用圆锥形的金属堵头将管口两端堵塞，如管程压力较高时，堵紧后再焊住更可靠。堵头的长度一般为管内径的2倍，小端直径应等于0.85倍的内径，锥度为1:10，堵头材料的硬度应低于或等于管子的硬度。用堵管来消除泄漏时堵管数不得超过10%。

五、换热器腐蚀的主要部位是哪些？为什么会发生腐蚀？

换热器腐蚀的主要部位是换热管、管子与管板连接处、管子与折流板交界处、壳体等。腐蚀原因如下：

一、换热管腐蚀

由于介质中污垢、水垢以及入口介质的涡流磨损易使管子产生腐蚀，特别是在管子入口端的40~50mm处的管端腐蚀，这主要是由于流体在死角处产生涡流扰动有关。

二、管子与管板、折流板连接处的腐蚀

换热管与管板连接部位及管子与折流板交界处都有应力集中，容易在胀管部位出现裂纹，当管与管板存在间隙时，易产生Cl+的聚积及氧的浓差，从而容易在换热管表面形成点坑或间隙腐蚀使它成为SCC的裂源。管子与折流板交界处的破裂，往往是由于管子长，折流板多，管子稍有弯曲，容易造成管壁与折流板处产生局部应力集中，加之间隙的存在，故其交界处成为应力腐蚀的薄弱环节。

三、壳体腐蚀

由于壳体及附件的焊缝质量不好也易发生腐蚀，当壳体介质为电解质，壳体材料为碳钢，管束用折流板为铜合金时，易产生电化学腐蚀，把壳体腐蚀穿孔。

管壳式换热器的检修内容是：

一、小修内容

1）拆卸换热器两端封头或管箱；

2）清洗、清扫管子内表面和壳体异物。并检查换热器两端盖、管箱的腐蚀、锈蚀、裂纹、砂眼等缺陷；

3）对管束和壳体进行试压和试漏；

4）检查螺栓及保温、防腐；

5）进行局部测厚。

二、中修内容

1）包括小修内容；

2）抽出管束清理、清扫、清洗，并检查换热管的变形和弯曲情况；

3）检查隔板和折流板及拉杆螺栓的腐蚀情况；

4）检查换热器各密封面情况，表面不应有划痕、凹坑和点蚀。

三、大修内容

1）包括中、小修内容；

2）全面检查换热器的运行情况，并对管板与管子焊接处进行着色检验。管壳式换热器日常维护的内容

管壳式换热器日常维护和监测应观察和调整好以下循环水的工艺指标。

一、温度

温度是换热器运行中的主要控制指标，从换热器进出口流体温度变化的情况可分析换热器的换热效果，判断换热器传热效率的高低，主要在传热系数上，传热系数低其效率也低，由进出口的温度可决定对换热器进行检查和清洗。

二、压力

换热器列管若干结垢严重，则阻力增大，所以日常要对换热器的进出口压差进行测定和检验，特别对高压流体的换热器更要特别重视，如果列管泄露，高压流体一定向低压侧泄漏，造成低压侧压力上升较快，甚至超压。所以必须解体检修或堵管。

三、振动

换热器内部的流体流速一般较高，由于流体的脉冲和流动都会造成换热管的振动，或者整个设备振动，但最危险的是工艺开车过程中，提压或加负荷较快，很容易引起换热管振动，特别是在隔板处，管子振动的频率较高，容易把管切断，造成断管泄漏，遇到这种情况必须停机解体检查，检修换热器。

固定管板式换热器有哪几部分组成？结构特点是什么？浮头式换热器的浮头有几种形式？

固定管板式换热器主要由外壳、封头、管板、管束折流板或支撑板等部件组成。

其结构特点是：在壳体中设置有平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳体的进出管直接焊接在壳体上，装有进口或出口管的封头管箱用螺栓与外壳两管板紧固。管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器，管程可以用隔板分成任何程数。

浮头换热器的浮头常用的有两种形式。第一种是靠夹钳形半环和若干个压紧螺钉使浮头盖和活动管板密封结合起来，保证管内和管间互不渗漏。第二种是使浮头盖法兰直接和勾圈法兰用螺栓紧固，使浮头盖法兰和活动管板密封贴合，虽然减少了管束的有效传热面积，但密封性可靠，整体也较紧凑。

板式换热器的工作原理是什么？有何特点？

板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板上的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或并流通过每个板片进行热量的交换。

其特点：（1）体积小，占地面积少；（2）传热效率高；（3）组装灵活；（4）金属消耗量低；（5）热损失小；（6）拆卸、清洗、检修方便；（7）板式换热器缺点是密封周边较长，容易泄漏，使用温度只能低于150ºC，承受压差较小，处理量较小，一旦发现板片结垢必须拆开清洗。

六、板式换热器有哪几部分组成？有什么作用？

板式换热器主要由传热板片、密封垫片、两端压板、固定封头、活动封头（头盖）、夹紧螺栓、支架、进出管等组成。

各部件作用如下：

一、传热板片

传热板片是换热器主要起换热作用的元件，一般波纹做成人字形，按照流体介质的不同，传热板片的材质也不一样，大多采用不锈钢和钛材制作而成。

二、密封垫片

板式换热器的密封垫片主要是在换热板片之间起密封作用。板式换热器的泄漏多是因为密封垫片压错位或者老化引起的。

三、两端压板

两端压板主要是夹紧压住所有的传热板片，保证流体介质不泄漏。

四、夹紧螺栓

夹紧螺栓主要是起紧固封头和换热板片的作用。夹紧螺栓一般是通扣螺纹，预紧螺栓时，一定用力矩扳手，使固定板片的力矩均匀。

五、挂架

主要是支承换热板片，使其拆卸、清洗、组装等方便。

板式换热器中、大修的内容有哪些？

板式换热器中修的内容是：

（1）拆除进出管清洗杂物；

（2）检查进出管的橡胶内衬，不应有裂纹和破坏；

（3）检查测量螺栓预紧力和板片总体尺寸。

板式换热器大修的内容是：

（1）包括中修内容；

（2）如换热器结垢，应解体清洗，或者另行配管在线化学清洗；

（3）用放大镜检查密封垫片的弹性和压缩变形情况，必要时可以更换；

（4）检查传热板片变形情况；

（5）检查传热板片有无腐蚀、穿孔等缺陷；

（6）重新组装，压紧螺栓；

（7）试压；

（8）复位。

板式换热器的拆装程序如下：

（1）板式换热器拆卸前，首先测量板束的压紧长度尺寸，做好记录（重装时应按此尺寸）；

（2）拆下夹紧螺栓和全部换热片；

（3）取下各板片上的密封垫片，为防止用螺丝刀刺破板片，可采取液氮急冷法，使橡胶板条急冷变形，然后撕下；

（4）清理密封槽内的残余粘结剂，清洗板片上的污垢；

（5）用灯光或渗透法检查传热板片有无裂纹或穿孔。检查板片上是否有凹坑或变形；

（6）修复或更换损坏的板片；

（7）重新组装。组装前首先用丙酮清洗密封槽，并用401号粘结剂，水平位置粘好密封条；

（8）粘好密封条的板片，每50片一组，用20~30mm的钢板压紧，在周围环境温度为30~35ºC的范围内固化24h，可以挂片；

（9）挂片完毕，轻挂两端压盖，并穿固定螺栓；

（10）用力矩扳手均匀地拧紧螺栓；

（11）测量组装压紧后板片的总长度；

（12）装进出口内衬套；

（13）整体试压。首先将板片一侧的流体通道的入口管盲死，装满水，然后在板片另一侧的工作介质通道出口管上加一带放气短管的盲板，在试压侧装上压力表。充满水后用手压泵加压，为操作压力的1.5倍，并保持30min，压力无下降即可连接外管。

板式换热器泄漏主要由以下原因造成：

（1）换热板片腐蚀穿透；

（2）换热板片有裂纹；

（3）夹紧螺栓紧固不均匀；

（4）换热板片变形太大；

（5）密封垫片断裂或老化；

（6）密封垫片厚度不均；

（7）密封垫片压偏。

板式换热器与列管式换热器比较有什么优点？

（1）体积小，占地面积少。板式换热器占地面积为同样换热能力的列管式换热器的30%左右。

（2）传热效率高。传热系数可达16700KJ/（m2*h*ºC）[4000kcal/(m2*h*ºC)],较之列管换热器高2~4倍。

（3）组装方便。当增加换热泪盈眶面积时，只需多装板片，进出口方位不需变动。

（4）金属消耗量低；

（5）拆卸、清洗、检修方便，不易结垢。

第四篇：浅论换热器及其发展趋势

浅论换热器及其发展趋势

摘要:换热器是工业部门广泛使用的一种设备。为了适应所需，换热器的类型多而复杂，本文根据作用原理和传热方式主要分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器进行了简要介绍。间壁式换热器仍是应用最广泛的一类换热器，因此以其一列管式换热器为例概括了换热管的现状和相应的换热器的发展进展。

关键词：换热器；换热管；现状；发展

一、换热器介绍

换热器是一种使热量从热流体传递到冷流体的设备，它在许多工业部门被广泛使用，包括化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械等等。其主要功能有两点，一是使流体温度达到工艺流程规定的指标，以满足工艺流程上的需要；二是有效的回收利用预热、废热，特别是低位热能。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用相当广泛，自然的，其类型也相当多，若按照作用原理和传热方式则分为直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器和中间载热体式换热器。

1.1 直接接触式换热器

直接接触式换热器又称混合式换热器，是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等，具体应用有冷却塔、气压冷凝器、气体洗涤器等。

采用这种换热器，热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多；其结构能适应所规定的工艺操作，运转安全可靠，密封性

好，清洗、检修方便，流体阻力小。同时价

格便宜，维护容易，可使用时间长。但明显的缺点就是应用范围小，仅适用于工艺上允许两种流体混合的场合。

1.2蓄热式换热器

图1-1直接接触式换热器 热式换热器与回热式换热器相对应，是一种应用历蓄史比较久远的换热装置，回热式换热器中两种流体的换热是通过各个位置的固定边界进行的，在稳定运行时换热器的内的温度只与位置有关，而在蓄热式换热器热量的传递都是动态

［］的，同时依赖于位置和时间。1在蓄热式换热器中，冷、热流体交替地流过同一固体传热面及其所形成的通道，依靠构成传热面的物体的热容作用（吸热或放热），实现冷、热流体之问的热交换。蓄热式换热器有受热面回转式和风罩回转式两种：前者是由转子转动使烟气和空气交替冲刷蓄热元件；后者是由风罩转 使烟气和空气交替冲刷蓄热元件。该换热器适用于流量大的气一气热交换场合，如动力、硅酸盐及石油化工等工业 中的余热利用和废热回［］收等方面。2

蓄热式换热器的优点也很明显，首先是结构紧凑，其次它是由由固体填充物构成的蓄热体作为传热面的，交替地通过同一通道利用蓄热体来吸热和放热，其单位面积传热面大，适用于气-气热交换，如回转式空气预热器。但局限在于不允许两种流体混合。

图1-3 燃烧室

图1-2 蓄热式换热器

1.3 间壁式换热器

间壁式换热器又称为表面式换热器，利用间壁（固体壁面）进行热交换。是应用最广泛的一类换热器，形式也多种多样，如板式换热器、板翅式换热器、列管换热器三类。相比而言，板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便，使用寿命长等特点；板翅式换热器制造工艺要求更为严格，且容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修困难，但其传热性能特别好；列管式换热器又称管壳式换热器，是工业上应用最广泛的换热设备，又分为固定管板式换热器、U形管式换热器、浮头式换热器。管壳 式换热器由一个壳体 和包 含许多 管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。它适应于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。通常管壳式换热器的工作压力可达 4兆帕，工作作温度在 200 ℃ 以下。在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800 ram 以下，管子长度在9m以下，在个别情况下也有更大或更长的。其优于其他两种的特点是结构坚固、可选用的结构材料范围广，故适应性强、操作弹性较大。因此，在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。

图1-4 管壳式换热器

间壁式换热器应用广泛，工作坏境多变 且较为恶劣，例如部分间壁式换热器操作压强高达2*105Kpa，温度-250到1500 ℃的范围内变化，某些流体的腐蚀性又特别严重等。每种类型的换热器都有优缺点，选择换热器类型时，要考虑的因素很多，例如材料，压强，温度，温度差，压强降，结垢腐蚀情况，流动状态，传热效果，检修和操作等。对同一种换热器而言，某种情况下使用是好的，而在另外的情况下却不能够令人满意，甚至根本不能用。因此在实际应用中，工作人员需对各种间壁式换热器的优缺点和操作方式了然于胸，最大发［3］挥其优势。

1.4 中间载热体式换热器

中间载热体式换热器是将两个间壁式换热器由在其中循环的载热体连接，载热体在高温流体换热器和低温流体换热器间循环，从高温流体换热器中吸收热量，向低温流体换热器中释放热量给低温流体。

图1-5

热管换热器

二、换热器的发展

换热器在国民经济和化工生产领域中对产品质量、能量利用率以及系统经济性、可靠性起着举足轻重的作用。近年来，能源与材料费用的不断增长极大地推动了对高效节能换： 热器的研究，作为一种节能设备，换热器不仅是保证加工过程正常运转不可缺少的设备，而且就金属消耗、动力消耗和投资来说，其在整个工程中所占有比例很大。据统计，换热器的投资约占全部设备投资的40%。因此开发新型高效和结构紧凑的换热器是目前换热器研究的一个重要方向。其内部强化传热主要有两种途径：增大传热面积，但换热器的传热面积不可能无限制地增大，否则投资费用会大大增加，并且随着工业化的进展，设备要紧凑化：提高传热系数，主要从管程和壳程传热强化系数的提高方面上考虑。

2.1 常见换热管的研究现状

2.1.1 螺旋槽管

螺旋槽管是种管壁上具有外凸和内凸的异形管，管壁上的螺旋槽能在有相变和无相变的传热中明显提高管内外的传热系数，起到双边强化的作用。根据在光管表面加螺旋槽的类型，螺旋槽管有单头和多头之分，其主要结构参数有槽深e、槽距p和槽旋角β。，研究还表明单头螺旋槽管比多头螺旋槽管的性能好。目前，无论足从传热、流阻、结垢性能，还是从无相变对流换热和有相变凝结换热，对螺旋槽管的强化传热研究从理论到实际已达到较高水平。

2.1.2 横纹管

横纹管是一种普通圆管作毛胚，在管外壁经简单滚轧出与轴线垂直的凹槽，同时在管内形成一圈突起的环肋。其强化机理为：当管内流体经横向环肋时，管壁附近形成轴向漩涡，增加了边界层的扰动，有利于热量通过边界层的传递。当涡流即将消失时，流体又流经下一个横肋，不断产生轴向涡流，因而保持连续且稳定的强化作用。2.1.3 管内插入物

管内插入物的类型有很多，主要有：麻花铁、螺旋线圈、螺旋带、螺旋片、扭带和静态混合器等。各种插入物的强化传热机理一般可分为四种：形成旋转流；破坏边界层；中心流体与管壁流体产牛置换作用；产生二次流。管内插入物的优点是对旧的换热器设备进行改造，以提高其换热性能。在强化传热的同时，能达到清除污垢的目的。2.1.4 内翅片管

内翅片管是采用特殊的焊接工艺和设备加工而成，流体在管内的换热过程为单相强制对流换热。其丰要特点是通过在传热管管内扩大传热面积、强化管内传热的途径来提高换热器的传热性能。八十年代初，日立电缆有限公司研究表明，采用左右错式的螺旋内翅片管强

［4］化单相流体的传热可使管内给热系数提高到光管的2.8倍左右。2.1.5 波纹管

波纹管是将光管加工成波纹形状的翘片，其强化传热机理是：通过改变断面使弧形段内壁处发生两次反向扰动，增加对管内流体的扰动，扩大低热阻区域，以提高传热系数，增强传热效果。具有不易结垢，单位容积传热面积大，耐腐蚀性强，温差应力小等优点。2.1.6 缩放管

缩放管是由依次交替的收缩段和扩张段组成的波形管道，其强化传热的机理是：在扩张段流体速度降低，静压增大；在收缩段流体速度增加，静压减小；流体在方向反复改变的轴向压力梯度下流动。扩张段产生的漩涡在收缩段被有效地利用，冲刷了流体边界层，便边界层减落实现了强化传热。

2.2 换热器发展及进展

长期以来，列管式换热器面临着各种新型换热器的挑战，且某些场合已被一些新型换热器所取代，但是由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于统治地位。例如在日本其产量占全部换热器的70%，产值占60%。由于受到挑战，反过来也促进了它自身的发展。

［5］例如在高温、高压领域，已有用它取代蛇管、套骨式换热器的趋势。目前，对高效列管式换热器的研究主要集中在强化管程和壳程两方面，根据以上换热管研究现状针对管程有如下改进。

2.2.1 螺纹管换热器

螺纹管是一种优良的高效异形强化传热管件，其结构如图2-1所示，由光滑管在车床上轧制而成，分单头和多头，其强化机理是：产生的边界层分离流使传热边界破坏。目前从传热、流阻、阻垢性能、无相变对流换热、有相变凝结换热等方面对螺纹管的强化传热研究从理论到实际都达到了较高水平。

图2-1

螺纹管

2.2.2 横纹管换热器

横纹管主要用来强化管内单相流体的传热，在相同流速下，横纹管比单头螺旋槽管比较，流体阻力稍大但压降较小，传热性能好。我国华南理工大学、沈阳化工学院和辽宁冷热设备制造公司等单位对横纹管进行了研究和应用。如图2-2。

图2-2 横纹管

2.2.3 菱形翅片管换热器

菱形翅片管与螺纹管相比，翘片距更密，传热面积更大，当流体流经菱形翅片表面时，传热边界层在非连续翅片上因受到周期性破坏而减薄，从而提高了冷凝传热系数，是光滑管的6倍。

2.2.4 波纹管换热器

波纹管是近10年出现的强化换热管，其结构如图2-3所示，我国第一台波纹管换热器由沈阳市广厦热力设备公司于 20世纪90年代初研制成功。

图2-3 波纹管

2.2.5 缩放管换热器

其结构如图2-4所示。华南理工大学研究认为，缩放管可强化管内外单相流体的传热，45在同等流阻损失下，Re=10-10 范围内，传热管比光管增加70%。缩放管换热器已在空气

［6］预热器、油冷却器、冷凝器、废热锅炉中广泛使用。

三、结论

图2-4

缩放管

换热器在近百年来在国民经济的很多领域起着越来越重要的作用，能源与材料费用的不断增长也极大地推动了对高效节能的换热器的研究。而今，换热器的类型已经很多，但缺陷却是大多数换热器所共有的，其内部强化传热途径也相似。对于未来的发展，需要包括以下几个方面：一是器械紧凑化；二是换热高效化——减少热量的散失；三是节能减排；四是理论系统化；五是技术模型化。

换热器有着极其广泛的应用，在发展上虽然有瓶颈但仍然有很大的需要。

参考文献

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第五篇：换热器心得

换热器心得.换热器机组控制是学校为地方经济服务开设的一门课程，也为学生提供了就业的另一途径，四平市被称为全国换热器之乡，在这里对于我们自动化专业的学生是比较好就业的地方。实训的第三天，下午一点在张旭老师带领下，我们参观了四平巨元瀚洋板式换热器有限公司。首先公司员工为我们介绍公司的状况和主要生产器件。然后在师傅的带领下，我们参观了车间，我们看到制作板式换热器的全过程，师傅详细讲解了每一道制作的步骤，加深了我们对板式换热器的更深一步得了解。经介绍四平巨元瀚洋板式换热器有限公司与有着丰富资本运作经验的深圳比克公司重组，达成战略合作伙伴关系，于2009年6月30日在美国纳斯达克实现柜台交易，并于今年7月8日借壳在美国纳斯达克成功转为主板上市，成为吉林省第一家在纳斯达克资本市场成功上市的公司。四平巨元瀚洋板式换热器有限公司的上市，是四平市进行资本运作的成功典范。

通过参观板式换热器工厂，对这门课程有了感性的认识，对换热器的结构有了具体认识。在理解换热器工艺的基础上，掌握了换热器装配中常用 的技术设计要求，掌握了换热器冷热交换及设计工艺。

这次实训让我明白板式换热器主要由框架和板片两大部分组成。板片由各种材料的制成的薄板用各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹，并在板片的四个角上开有角孔，用于介质的流道。板片的周边及角孔处用橡胶垫片加以密封。? 框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。? 板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间，然后用夹紧螺栓夹 这次实训使我感受很深：

一、要学会吃苦恼劳不在困难面前低头，在工作时不应耍脾气要学会适应别人与别人沟通我们工作是一个团体不是个人的。要想做好任何事，除了自己平时要有功底外，我们还需要一定的实践动手能力，操作能力，每个同学都应该完善自己的文化知识。在这个竞争如此激烈的社会中，只有努力充实自己才能不被社会淘汰。

二、以前在学校对自己的未来十分迷茫，但通过这次实训我们体会到了我们这一行的艰辛和干这一行所需要必备怎样的能力，在校期间我们要明确自己未来的方向、定下目标给自己定位，并克服困难提升能力来适应自己的岗位。

增强了我们对本专业的热爱，培养了我们实事求是、一丝不苟的学风；培养了我们脚踏实地、团结协作的作风和敬业爱岗的精神，激励了学生的创意和创新精神；

培养了我们认真、刻苦，勇于实践的工作作风，养成规范、严谨的工作态度，使我们想着具有高层次社会道德、文化修养并掌握先进技术理念与技能的工艺技术人员、助理工程人员又迈进了一步！

这是一个短暂而又充实的实训，虽然结束了但是我们获益匪浅。虽然实训结束了但我们现在的学习并未结束，我们应该珍惜在学校的短短时光，多学习，把自身的弱势和不足变成优势与特长，扫清我们就业道路的阻碍，为自己的未来而努力加油!

在此要感谢我们亲爱的老师是你们无私的奉献给我们更多的希望。我会努力加油，用优异的成绩来回报你和社会。