換熱器設計說明
書班級：應化1137班
設計者：賈向陽董家洪
學號： 23號 24號
策劃時間：2012-12
前言本書是根據設計課題「列管式換熱器」的整體設計過程編寫而來的。針對這個課題，我們到實訓樓b區實驗室進行了實習，在那裡，我們通過參觀、講座、圖紙相結合的方式對換熱器的各個零部件及其具體結構、加工製造方法等有一定的了解，為這次設計和本書的編寫奠定了基礎。
本書共分為六部分：第一部分緒論，主要是列管式換熱器的應用、優點及選題背景的介紹。第二部分工藝計算，通過熱量計算，阻力計算來選用合適型號的列管式換熱器。
第三部分結構及強度計算，充分運用各種標準及設計準則對列管式換熱器的各零部件進行結構設計，並對其危險截面進行應力計算與應力校核，以保證其安全性。第四部分列管式換熱器的製造工藝，主要介紹了列管式換熱器的製造工藝和裝配流程，管板的加工等。第五部分是關於列管式換熱器的檢驗、安裝、使用和維修。
第六部分個人小結，是對本次畢業設計的總結和畢業設計後的感想。
在這次設計中，我得到了化工原理老師和實訓老師的熱心幫助和大力支援，同時也得到了設計組同學的許多幫助，在此特向他們表示真誠的感謝。
由於本人知識水平有限，經驗不足，本書中一定存在不少缺點和錯誤，請各位評審老師提出寶貴的指正意見。
設計者：賈向陽董家洪
時間：2023年12月
目錄任務書a前言b目錄c
第一章設計方案簡介1
第一節設計目的1
第二節該裝置的作用及在生產中的應用1
第三節工藝流程示意圖1
第四節運用該裝置的理由2
第五節裝置的結構特點2
第六節設計方案的確定2
第二章化工簡介6
第一節化工裝置簡介6
第二節換熱器簡介7
第三章各種計算8
第一節設計任務和操作條件8
第二節確定方案8
第三節確定物性8
第四節估算傳熱面積8
第五節工藝結構尺寸9
第六節換熱器校核11
第四章設計總結與評述14
第一節總結與評述14
第二節在設計中遇到的問題的處理15
附錄15
參考文獻15
圖紙16
摘要18
一、設計目的
課程設計是化工原理課程教學中綜合性和實際性較強的教學環節，是理論聯絡實際的橋梁，是使學生體察工程實際問題複雜性的初次嘗試。通過化工原理課程設計，要求學生能綜合運用本課程和前修課程的基本知識，進行融會貫通的獨立思考，在規定的時間內完成指定的化工設計任務，從而得到化工設計的主要程式和方法，培養學生分析和解決工程實際問題的能力。同時，通過課程設計，還可以培養學生樹立正確的設計思想，培養實事求是，嚴肅認真，高度負責的工作作風。
2、該裝置的作用及在生產中的應用
換熱器是實現傳熱過程的基本裝置。而此裝置是比較典型的傳熱裝置，它在工業中的應用十分廣泛。例如：
在煉油廠中作為加熱或冷卻用的換熱器、蒸餾操作中蒸餾釜和冷凝器、化工廠蒸發裝置的加熱室等。
三、工藝流程示意圖
飽和水蒸氣應從換熱器殼程上方進入，冷凝水由殼程下方排出，冷卻水從換熱器下方的入口進入，上方的出口排除。
4、運用該裝置的理由
這種換熱器的特點是殼體和管板直接焊接，結構簡單、緊湊。在同樣的殼體直徑內，排管較多。管式換熱器具有易於製造、成本較低、處理能力達、換熱表面清洗比較方便、可供選用的結構材料廣闊、適應性強、可用於調溫調壓場合等優點，由於兩管板之間有管子相互持撐，管板得到加強，故在各種列管換熱器中他的管板最薄，其造價比較低，因此得到了廣泛應用。
5、裝置的結構特點
該結構能夠快速的降低物料的溫度，工作時熱流體走殼程，冷流體走管程，使接觸面積大大增加，加快了換熱速度。同時，對溫差稍大時可在殼體的適當部位焊上補償圈(或稱膨脹節)，通過補償圈發生彈性變形(拉伸或壓縮)來適應外殼和管束不同的膨脹程度。
6、設計方案的確定
（1）對於列管式換熱器，首先根據換熱流體的腐蝕性或其它特性選項定其結構材料，然後再根據所選項材料的加工效能，流體的壓強和溫度、換熱的溫度差、換熱器的熱負荷、安裝檢修和維護清洗的要求以及經濟合理性等因素來選項定其型式。
設計所選用的列管換熱器的型別為固定管板式。列管換熱器是較典型的換熱裝置，在工業中應用已有悠久歷史，具有易製造、成本低、處理能力大、換熱表面情況較方便、可供選用的結構材料廣闊、適應性強、可用於調溫調壓場合等優點，故在大型換熱器中佔優勢。
固定管板式列管換熱器的特點是，殼體與管板直接焊接，結構簡單緊湊，在同樣的殼體直徑內排管最多。由於兩管板之間有管板的相互支撐，管板得到加強，故各種列管換熱器中它的管板最薄，造價最低且易清洗。缺點是，管外清洗困難，管壁與殼壁之間溫差大於50℃時，需在殼體上設定膨脹節，依靠膨脹節的彈性變形以降低溫差壓力，使用範圍僅限於管、殼壁的溫差不大於70℃和殼程流體壓強小於600kpa的場合，否則因膨脹節過厚，難以伸縮而失去溫差補償作用。
（2）工藝流程圖
（3）流體流經的空間：冷卻水走管程原因有以下幾個方面，冷卻水常常用江水或井水，比較髒硬度較高，受熱容易結垢，在管內便於清理，此外，管內流體易於維持高速，可避免懸浮顆粒的沉積。管程可以採用多管程來增大流速，用以提高對流傳熱系數。
被加熱的流體應走管程，以提高熱的有效利用，被冷卻的流體走殼程，以便於熱量散失。飽和蒸汽由於比較清潔應於殼程流過，易便於冷凝液的排出。綜上所述冷卻水走管程蒸汽走殼程。
（4）流體的流動方向選擇：飽和水蒸氣應從換熱器殼程上方進入，冷凝水從殼程的下方排出，這樣既便於冷凝水的排放，又利於傳熱效率的提高;冷卻水一般從換熱器的下方的入口進入,上方的出口排出,可減少冷卻水流動中的死角,以提高傳熱面積的有效利用.故採用逆流.
(5)流速的選擇:換熱器內流體的流速大小,應有經濟衡算來決定.增大器內流體的流速,可增強對流傳熱,減少汙垢在換熱管表面上沉積的可能性,即降低了汙垢的熱阻,使總傳熱系數增大,從而減少換熱器的傳熱面積和裝置的投資經費,但是流速增大,又使流體阻力增大,動力消耗也就增多,從而致使操作費用增加,若流速過大,還會使換熱器產生震動,影響壽命,因此選取合適的流速是十分重要的.
(6)冷卻劑及出口溫度的確定:選取水做冷卻劑,它們可以直接取自大自然,不必特別加工.由於本地水源豐富,可以降低傳熱面積,減少裝置費用,故取出口溫度為28℃.
第二章1.1 化工裝置簡介
化工生產離不開化工裝置，化工裝置是化工生產必不可少的物質技術基礎，是生產力的主要因素，是化工產品質量保證體系的重要組成部分[1]。然而在化工裝置中化工容器佔據著舉足輕重的地位，由於化工生產中，介質通常具有較高的壓力，化工容器一般有筒體、封頭、支座、法蘭及各種容器開孔接管所組成，通常為壓力容器，因為壓力容器是化工裝置的主體，對其化工生產過程極其重要，國家對其每一步都有具的標準對其進行規範，如：中國《壓力容器安全技術監察規程》、gb150—1998《鋼製壓力容器》、gb151—1999《管殼式換熱器》等。
在其中能根據不通的操作環境選出不同的材料，查出計其允許的工作壓力，工作溫度等[2]。
1.2 換熱器概述
換熱器簡單說是具有不同溫度的兩種或兩種以上流體之間傳遞熱量的裝置。在工業生產過程中，進行著各種不同的熱交換過程，其主要作用是使熱量由溫度較高的流體向溫度較低的流體傳遞，使流體溫度達到工藝的指標，以滿足生產過程的需要。此外，換熱裝置也是**餘熱，廢熱，特別是低品位熱能的有效裝置[3]。