各种换热器设计详细说明书

化工设计

说明书

设计题目：_____________煤油冷却器的设计_____________

设计人：____________________________________

专业班级：_________________________________

学号：_________________________________

指导老师：_________________________________

二。二二年六月八日

-前IX.-mX-.

化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学学问，

完成以单元操作为主的一次设计实践。通过课程设计使同学把握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技

术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机帮助计算等力量方面得到一

次基本训练，在设计过程中能够培育同学树立正确的设计思想和实事求是、严峻负责的工作作风。

化工原理课程设计是化工原理课程教学的一个实践环节，是使同学得到化工设计的初步训练，为毕业

设计奠定基础。围绕以某一典型单元设备(如板式塔、填料塔、干燥器、蒸发器、冷却器等)的设计为中心,

训练同学非定型设备的设计和定型设备的选型力量。设计时数为3周，其基本内容为：

(1)设计方案简介：对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。

(2)主要设备的工艺设计计算(含计算机帮助计算)：物料衡算，能量衡量，工艺参数的选定，设备的

结构设计和工艺尺寸的设计计算。

(3)帮助设备的选型：典型帮助设备主要工艺尺寸的计算，设备的规格、型号的选定。

(4)工艺流程图：以单线图的形式绘制，标出主体设备与帮助设备的物料方向，物流量、能流量，主

要测量点。

(5)主要设备的工艺条件图：图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。

(6)设计说明书的编写。设计说明书的内容应包括：设计任务书，名目，设计方案简介，工艺计算及

主要设备设计，帮助设备的计算和选型，设计结果汇总，设计评述，参考文献。

整个设计由论述，计算和图表三个部分组成，论述应当条理清楚，观点明确；计算要求方法正确，误差小

于设计要求，计算公式和全部数据必需注明出处；图表应能简要表达计算的结果。

在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且是上述这些行业的通用设

备，占有格外重要的地位。随着我国工业的不断进展，对能源利用、开发和节省的要求不断提高，

因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的争辩格外活跃，一些

新型高效换热器相继问世。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求：

(1)合理地实现所规定的工艺条件；

(2)结构平安牢靠；

(3)便于制造、安装、操作和修理；

(4)经济上合理。

随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器各

有优缺点，性能各异。在换热器设计中，首先应依据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需

传热面积，并确定换热器的结构尺寸。

名目

设计任务书....................................................................................5

-设计题目：煤油冷却器的设计..........................................................5

二设计任务及操作条件...................................................................5

三选择适宜的列管式换热器并进行核算....................................................6

四绘制换热器装配图（A1图纸）.........................................................6

第一章设计方案简介........................................................................6

第一节换热器简介.....................................................................8

一、换热器概述.......................................................................8

二、换热器的分类.....................................................................8

其次节列管式换热器的结构.............................................................12

1、管程结构..........................................................................12

2、壳程结构..........................................................................13

第三节管程和壳程数的确定.............................................................15

第四节流淌空间的选择.................................................................16

第五节流体流速的选择.................................................................17

第六节流淌方式的选择.................................................................17

第七节加热剂、冷却剂的选择...........................................................18

第八节流体出口温度的确定.............................................................18

第九节材质的选择.....................................................................18

其次章列管式换热器的设计计算..............................................................19

第一节传热计算.......................................................................19

1、传热系数K.......................................................................20

2、平均温度差.......................................................................20

3、对流传热系数.....................................................................23

4、污垢热阻.........................................................................23

其次节流体流淌阻力（压强降）的计算.....................................................24

第三节列管式换热器的设计和选用的计算步骤总结.........................................27

第三章换热器设计.........................................................................27

一、确定设计方案.........................................................................28

二、确定物性数据........................................................................28

四、传热面积初值计算....................................................................29

五、管侧传热系数........................................................................29

六、管内给热系数........................................................................30

七、传热核算............................................................................30

八、壳侧压力降..........................................................................30

九、管侧压降计算........................................................................31

十、裕度计算............................................................................31

十一、冬季因素考虑......................................................................32

十二、壳程接管..........................................................................38

十三、管程接管..........................................................................38

第四章零件计算..........................................................................38

第一节壳体、管箱壳体和封头的设计...................................................38

1、壁厚的确定.......................................................................38

2、封头..............................................................................39

其次节管板与换热管...................................................................40

1、管板.............................................................................40

2、换热管...........................................................................41

第三节进出口设计....................................................................45

1、接管外伸长度.....................................................................45

2、接管与筒体、管箱壳体的连接......................................................46

3、排气、排液管.....................................................................47

4、接管最小位置.....................................................................48

第四节壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接.........................................49

1、壳体与管板的连接结构.............................................................49

2、管板与法兰的连接.................................................................51

3、管子与管板的连接.................................................................53

第五节折流板或支持板.................................................................54

1、折流板型式.......................................................................54

2、折流板尺寸.......................................................................55

3、折流板的布置.....................................................................56

4、支持板...........................................................................56

5、折流板质量计算...................................................................56

第六节防冲与导流.....................................................................57

第七节拉杆与定距管...................................................................57

1、拉杆的结构和尺寸.................................................................57

2、拉杆的位置.......................................................................58

3、定距管尺寸.......................................................................58

第八节防短路结构.....................................................................59

1、旁路挡板结构尺寸.................................................................59

2、假管..............................................................................59

第九节膨胀节.........................................................................60

1、膨胀节...........................................................................60

2、膨胀节计算.......................................................................61

第五章管束振动计算.......................................................................64

第一节概述...........................................................................64

1、流淌诱发振动的三种基本状况......................................................64

2、管子最可能破坏的区段.............................................................64

3、破坏机理.........................................................................64

4、流淌诱发振动机理.................................................................64

5、横流下管束动力行为...............................................................65

6、流体动力作用力...................................................................65

其次节流淌诱发振动机理..............................................................66

1、漩涡分别.........................................................................66

2、湍流抖振.........................................................................67

3、弹性不稳定性.....................................................................67

第三节振动分析：....................................................................68

1、阻尼稳定性理论：.................................................................68

2、共振..............................................................................68

3、横向载荷校核.....................................................................69

第四节管束振动计算...................................................................69

1、求斯特罗哈数.....................................................................70

2、求临界速度系数D.................................................................70

3、求临界状态时漩涡分别振频率与管子固有频率之比....................................70

4、求临界状态时紊流抖动振频率与管子固有频率之比....................................70

第六章流程图..............................................................................71

设计流程图...............................................................................71

工艺流程图...............................................................................72

第七章结语................................................................................72

第八章致谢...............................................................................73

参考文献.....................................................................................74

设计任务书

一设计题目：煤油冷却器的设计

二设计任务及操作条件

1.处理力量：10万吨/年煤油

2.设备形式：列管式换热器

3.操作条件

(1)煤油：入口温度140℃,出口温度40℃

(2)冷却介质：自来水，入口温度30℃,出口温度40℃

(3)允许压强降：不大于lOOkPa

(4)煤油定性温度下的物性数据:密度825kg/m3,黏度7.15X10'Pa.s,比热容2.22kJ/(kg.七温

导热系数0.14W/(m.℃)

（5）每年按330天计，每天24小时连续运行

三选择适宜的列管式换热器并进行核算

3.1传热计算

3.2管、壳程流体阻力计算

3.3管板厚度计算

3.4U形膨胀节计算

3.5管束振动

3.6管壳式换热器零部件结构

四绘制换热器装配图（A1图纸）

参考文献

HJ夏清，姚玉英，陈常贵，等.化工原理[MJ.天津：天津高校出版社，2001

[2]华南理工高校化工原理教研组.化工过程及设备设计[M].广州：华南理工高校出版社，1996

[3]刁玉玮，王立业.化工设备机械基础（第五版）[M].大连：大连理工高校出版社,2000

[4J大连理工高校化工原理教研室.化工原理课程设计[MJ.大连：大连理工高校出版社，1996

[5]魏崇光，郑晓梅.化工工程制图[M].北京：化学工业出版社，1998

[6]娄爱娟，吴志泉.化工设计[M].上海：华东理工高校出版社，2002

17J华东理工高校机械制图教研组.化工制图[MJ.北京：高等教育出版社，1993

[8]王静康.化工设计[M].北京：化学工业出版，1998

[9]傅启民.化工设计[M].合肥：中国科学技术高校出版社，2000

H0J董大勤.化工设备机械设计基础[MJ.北京：化学工业出版社,1999

[11]GB151-1999管壳式换热器

[12]JB/T4715-92固定管板式换热器与基本参数

[13]靳明聪.换热器[M].重庆：重庆高校出版社，1990

II4J兰州石油机械争辩所.换热器[M].北京:口加工出版社，1986

第一章设计方案简介

一、设计目的

课程设计是化工原理课程教学中综合性和实际性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使同

学体察工程实际问题简单性的初次尝试。通过化工原理课程设计，要求同学能综合运用本课程和前修课程

的基本学问，进行融会贯穿的独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工设计的

主要程序和方法，培育同学分析和解决工程实际问题的力量。同时，通过课程设计，还可以培育同学树立

正确的设计思想，培育实事求是，严峻认真，高度负责的工作作风。

二、该设备的作用及在生产中的应用

换热器是实现传热过程的基本设备。而此设备是比较典型的传热设备，它在工业中的应用格外广泛。

例如：在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸储操作中蒸储釜和冷凝器、化工厂蒸发设备的加热室等。

三、工艺流程不意图

饱和水蒸气应从换热器壳程上方进入，冷凝水由壳程下方排出，冷却水从换热器下方的入口进入，上

方的出口排解。

四、说明运用该设备的理由

这种换热器的特点是壳体和管板直接焊接，结构简洁、紧凑。在同样的壳体直径内，排管较多。管式

换热器具有易于制造、成本较低、处理力量达、换热表面清洗比较便利、可供选用的结构材料宽敞、适应

性强、可用于调温调压场合等优点，由于两管板之间有管子相互持撑，管板得到加强，故在各种列管换热

器中他的管板最薄，其造价比较低，因此得到了广泛应用。

五、设备的结构特点

该结构能够快速的降低物料的温度，工作时热流体走壳程，冷流体走管程，使接触面积大大增加，加

快了换热速度。同时，对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈(或称膨胀节)，通过补偿圈发生弹性

变形(拉伸或压缩)来适应外壳和管束不同的膨胀程度。

六、在设计中遇到的问题的处理

在设计中，在工艺计算过程中，由于选取K。不当或其他条件选取不当，造成在校核时K。不符合要求。

在重新选取K。的同时，转变了其他的条件，如：n,L等，经过二次校核达到了预期的目的。

七、设计方案的确定

(1)对于列管式换热器，首先依据换热流体的腐蚀性或其它特性选项定其结构材料，然后再依据所

选项材料的加工性能，流体的压强和温度、换热的温度差、换热器的热负荷、安装检修和维护清洗的要求

以及经济合理性等因素来选项定其型式。

设计所选用的列管换热器的类型为固定管板式。列管换热器是较典型的换热设备，在工业中应用已有悠久

历史，具有易制造、成本低、处理力量大、换热表面状况较便利、可供选用的结构材料宽敞、适应性强、

可用于调温调压场合等优点，故在大型换热器中占优势。

固定管板式列管换热器的特点是，壳体与管板直接焊接，结构简洁紧凑，在同样的壳体直径内排管最多。

由于两管板之间有管板的相互支撑，管板得到加强，故各种列管换热器中它的管板最薄，造价最低且易清

洗。缺点是，管外清洗困难，管壁与壳壁之间温差大于50℃时，需在壳体上设置膨胀节，依靠膨胀节的弹

性变形以降低温差压力，使用范围仅限于管、壳壁的温差不大于70℃和壳程流体压强小于600kpa的场合,

否则因膨胀节过厚，难以伸缩而失去温差补偿作用。

(2)工艺流程图

(3)流体流经的空间：冷却水走管程缘由有以下几个方面，冷却水经常用江水或井水，比较脏硬度

较高，受热简洁结垢，在管内便于清理，止匕外，管内流体易于维持高速，可避开悬浮颗粒的沉积。管程可

以接受多管程来增大流速，用以提高对流传热系数。被加热的流体应走管程，以提高热的有效利用，被冷

却的流体走壳程，以便于热量散失。饱和蒸汽由于比较清洁应于壳程流过，易便于冷凝液的排出。综上所

述冷却水走管程蒸汽走壳程。

(4)流体的流淌方向选择：饱和水蒸气应从换热器壳程上方进入，冷凝水从壳程的下方排出，这样

既便于冷凝水的排放，又利于传热效率的提高;冷却水一般从换热器的下方的入口进入，上方的出口排出，

可削减冷却水流淌中的死角，以提高传热面积的有效利用.故接受逆流.

(5)流速的选择:换热器内流体的流速大小,应有经济衡算来打算.增大器内流体的流速,可增加对流传

热,削减污垢在换热管表面上沉积的可能性,即降低了污垢的热阻，使总传热系数增大,从而削减换热器的

传热面积和设备的投资经费，但是流速增大,又使流体阻力增大,动力消耗也就增多,从而致使操作费用增

加,若流速过大,还会使换热器产生震惊,影响寿命,因此选取合适的流速是格外重要的.

(6)冷却剂及出口温度的确定:选取水做冷却剂,它们可以直接取自大自然,不必特殊加工.由于本地水

源丰富,可以降低传热面积，削减设备费用，故取出口温度为28℃.

第一节换热器简介

一、换热器概述

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称

热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不行缺少的设备。

在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度

较低，吸取热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参与换热，但它的基本原理与前一种

情形并无本质上的区分。

在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器，且它们是上述这些行业的通

用设备，占有格外重要的地位。随着我国工业的不断进展，对能源利用、开发和节省的要求不断提

高，因而对换热器的要求也日益加强。换热器的设计制造结构改进以及传热机理的争辩格外活跃，

一些新型高效换热器相继问世。

二、换热器的分类

换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。随着节能技术的飞速进展，换热器的种类越来越

多。适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如

下：

1、换热器按传热原理可分为：

1）间壁式换热器

间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流淌，通过壁面的导热和流体在壁表面对

流，两种流体之间进行换热。因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器依据传热

面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。

2）蓄热式换热器

蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固

体物质达到肯定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。蓄热式换热器有旋转

式、阀门切换式等。

3）流体连接间接式换热器

流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在

高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于

空气分别装置中。如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。

4）混合式换热器

混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。

由于两流体混合换热后必需准时分别，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，冷水塔、

气体冷凝器等。

2、换热器按用途分为：

1）冷却器

冷却器是把流体冷却到必要的温度，但冷却流体没有发生相的变化。

2）加热器

加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。

3）预热器

预热器预先加热流体，为工序操作供应标准的工艺参数。

4）过热器

过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。

5）蒸发器

蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。

下面我们主要介绍列管式换热器。

1、列管式换热器分类

列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。它主要由壳体、管板、换热管、封头、

折流挡板等组成。

列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器。

优点：单位体积设备所能供应的传热面积大，传热效果好，结构牢固，可选用的结构材料范围宽广，

操作弹性大，大型装置中普遍接受。

结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。一种流体在管内流淌，其行程称为管程；另一种流体

列管式换热器，按材质分为碳钢列管式换热器，不锈钢列管式换热器和碳钢与不锈钢混合列管式换热

器三种，按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程，传热

面积1〜500m2,可依据用户需要定制。在进行换热时，一种流体由封头的连结管处进入，在管流淌，从封

头另一端的出口管流出，这称之管程；另-种流体由壳体的接管进入，从壳体上的另一接管处流出，这称为

壳程。

列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温差补偿结构来分，主要有以下几种：浮头式换热器、

固定式换热器、U形管换热器、填料函式换热器等

1）浮头式换热器

浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以

沿轴向自由伸缩，完全消退了温差应力。

新型浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头

盖及丝孔、钢圈等组成，其特征是：在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面，并在靠近密封面

外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹型槽

并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心，半径稍大于管束外径的梯型凹槽，且管板分程凹槽只

与梯型凹槽相连通，而不与

图1浮头式换热器

凹型槽相连通；在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，设浮头法兰为凸型和梯型

凸台双密封，分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰，且凸型和梯型凸台及分程隔板

分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配，该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为

浮头盖，其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯型

凹槽及分程凹槽及其垫片，该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径，同时相

应变更加大相关零部件的尺寸；另配置一无外力帮助钢圈，其圈体内径大于浮头管板外径，钢圈一

端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封，另一端设法兰或其他结构与浮头管

板原凹型槽及其垫片或外圆密封。

浮头换热器的特点：

浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特

点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管

内。其缺点是结构简单，造价高（比固定管板高20%）,在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。

浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。

2）固定管板式换热器

固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置

上焊上一个补偿圈（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿

因温差应力引起的热膨胀。

固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构

特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和

壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板

图2固定管板式换热器

外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内依据换热管的长度设

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。

这类换热器的结构比较简洁、紧凑、造价廉价，但壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不

宜接受。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有

流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，

而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很

大的温差应力，以至管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏换热器。

为了克服温差应力必需有温差补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为平安起见，换热

器应有温差补偿装置。但补偿装置（膨胀节）只能用在壳壁与管壁温差低于60〜70℃和壳程流体压强不高

的状况。一般壳程压强超过0.6Mpa时由于补偿圈过厚，难以伸缩，失去温差补偿的作用，就应考虑其他结

构。

固定管板式换热器的特点

1、旁路渗流较小；

2、造价低；

3、无内漏;

4、固定管板式换热器的缺点是，壳体和管壁的温差较大，易产生温差力，壳程无法清洗，管

子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合。

3)U型管式换热器

图3U型管换热器

这类换热器只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。其缺点是管子

内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。

4)填料函式换热器：

这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构比浮头式简洁，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的

可能，壳程中不应处理易挥发、易燃、易爆和有毒的介质。

其次节列管式换热器的结构

1、管程结构

①换热管规格和排列的选择

换热管直径越小，换热器单位体积的传热面积越大。因此，对于洁净的流体管径可取小些。但对于不

洁净或易结垢的流体，管径应取得大些，以免堵塞。考虑到制造和修理的便利，加热管的规格不宜过多。

目前我国试行的系列标准规定接受“25x2.5和例9x2两种规格，对一般流体是适应的。此外，还有

姆8x2.5,「57x2.5的无缝钢管和「25x2,38x2.5的耐酸不锈钢管。

按选定的管径和流速确定管子数目，再依据所需传热面积，求得管子长度。实际所取管长应依据出厂

的钢管长度合理截用。我国生产的钢管长度多为6m、9m,故系列标准中管长有1.5m,2m,3m,4.5m,6m

和9m六种，其中以3m和6m更为普遍。同时，管子的长度又应与管径相适应，一般管长与管径之比，即

L/D约为4〜6。

管子的排列方式有等边三角形和正方形两种（图4.7.11a,图4711b）。与正方形相比，等边三角形排

列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大。正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外

清洗便利，对易结垢流体更为适用。如将正方形排列的管束斜转45。安装（图4（3））,可在肯定程度上提

高表面传热系数。

⑴正三角形排列⑵正方形排列⑶正方形错列

图4管子在管板上的排列

②管板

固定管板式换热器的两端管板接受焊接方法与壳体连接固定。

管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。

③封头和管箱

封头封头有方形和圆形两种，方形用于直径小的壳体（一般小于400mm）,圆形用于大直径的壳体。

管箱列管式换热器管箱即换热器的端盖，也叫安排室。用以安排液体和起封头的作用。压力较低

时可接受平盖，压力较高时则接受凸形盖，用法兰与管板连接。检修时可拆下管箱对管子进行清洗或更

换。

管箱的最小内侧深度应符合以下两个条件

1）轴向开孔的单管程管箱，开口中心处的最小深度应不小于接管内直径的1/3。

2）多管程的内侧深度应保证两程之间的最小流通面积不小于每管程换热管流通面积的1.3倍；当操作

允许时也可等于换热管的流通面积。

3）管箱长度还应考虑管程进出管开孔补强的2B边缘应力影响范围,假如紧挨壳程进出管，还应考虑装

卸螺栓螺母，这点新手特殊简洁忽视,特殊在不按比例制图状况下，个别状况还应考虑人进入管箱维护的空

间。

4)管箱的长度还应考虑接管到封头切线的距离，接管焊缝到法兰密封面之间的距离.管箱的长度应尽

量短一些。

2、壳程结构

①壳体

换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。依据计算出的实际管数、管径、

管中心距及管子的排列方法等，可用作图法确定壳体的内径。但是，当管数较多又要反复计算时，作图法

太麻烦费时，一般在初步设计时.，可先分别选定两流体的流速，然后计算所需的管程和壳程的流通截面积,

于系列标准中查出外壳的直径。待全部设计完成后，仍应用作图法画出管子排列图。为了使管子排列均匀，

防止流体走“短路”，可以适当增减一些管子。

另外，初步设计中也可用下式计算壳体的内径，即：

D=t(nc-1)+2b，

式中D---------壳体内径，m；

t----------管中心距，m；

nc---------横过管束中心线的管数；

卜-----管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离，一般取

b-(1~1.5)doe

及值可由下面的公式计算。

管子按正三角形排列时：nc=1-lVn

管子按正方形排列时：nc=1-lVn

式中n为换热器的总管数。

②折流挡板

安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板的外形和间距必需适当。

折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大

为增加。常用的折流挡板有圆缺形和圆盘形两种，前者更为常用。切去的弓形高度约为外壳内径的10〜

40%,一般取20〜25%,过高或过低都不利于传热。

a.圆缺形b.圆盘形

a.圆缺形b.圆盘形

图5折流板

两相邻挡板的距离（板间距）h为外壳内径D的（0.2〜1）倍。板间距过小，不便于制造和检修，阻力也较

大。板间距过大，流体就难于垂直地流过管束，使对流传热系数下降。

对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流淌状况有重要影响。由图2可以看出，弓形缺口

太大或太小都会产生"死区"，既不利于传热，又往往增加流体阻力。

c.切除过多

图6挡板切除对流淌的影响

挡板的间距对壳体的流淌亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数

下降；间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2〜1.0倍。我国系

列标准中接受的挡板间距为：

固定管板式有100mm,150mm>200mm,300mm,450mm,600mm,700mm七种

浮头式有100mm,150mm.200mm,250mm.300mm,350mm,450mm（或480mm）,600mm八种。

③缓冲板

缓冲挡板为防止壳程流体进入换热器时对管束的冲击，可在进料管口装设缓冲挡板。

④其它主要附件

导流筒壳程流体的进、出口和管板间必存在有一段流体不能流淌的空间(死角)，为了提高传热效

果，常在管束外增设导流筒，使流体进、出壳程时必定经过这个空间。

放气孔、排液孔换热器的壳体上常安有放气孔和排液孔，以排解不凝性气体和冷凝液等。

接管尺寸换热器中流体进、出口的接管直径按下式计算，即：

dF

V7TU

式中Vs--流体的体积流量，m3/s；

u--接管中流体的流速，m/sc

流速u的阅历值为：

对液体：u=1.5~2m/s；

对蒸汽：u=20〜50m/s；

对气体：u=(15~20)p/p；

式中p为压强，单位为atm；p为气体密度，单位为kg/nP。

第三节管程和壳程数的确定

当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。

为了提高管内流速，可接受多管程。但是程数过多，导致管程流体阻力加大，增加动力费用；同时多程会

使平均温度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面积削减，设计时应考虑这些问题。列管式换热器的

系列标准中管程数有1、2、4和6程等四种。接受多程时，通常应使每程的管子数大致相等。

管程数m可按下式计算，即：

U

m=——

u，

式中U--------管程内流体的适宜速度，m/s；

u--------管程内流体的实际速度，m/so

当壳方流体流速太低时，也可以接受壳方多程。如壳体内安装一块与管束平行的隔板，流体在壳体内

流经两次，称为两壳程，如前述的图4-47和图448所示。但由于纵向隔板在制造、安装和检修等方面都有

困难，故一般不接受壳方多程的换热器，而是将几个换热器串联使用，以代替壳方多程。例如当需二壳程

时，则将总管数等分为两部分，分别安装在两个内径相等而直径较小的外壳中，然后把这两个换热器串联

使用，如图所示。

图8换热器串联

第四节流淌空间的选择

在管壳式换热器的设计中，首先要打算哪种流体走管程，哪种流体走壳程。这需要遵循一些一般原则。

①应尽量提高两侧传热系数较小的一个，使传热面两侧的传热系数接近。

②在运行温度较高的换热器中，应尽量削减热量的损失，而对于一些制冷装置，应尽量削减其冷量的

损失。

③管、壳程的打算应尽量做到易于清洗除垢和修理，以保证运行的牢靠性。

④应减小管子和壳体因受热不同而产生的热应力。从这个角度来说，顺流式就优于逆流式，由于顺流

式进出口端的温度比较平均不像逆流式那样，热、冷流体的高温段都集中在一端，低温部分集中于另一端,

易于因两端收缩不同而产生热应力。

⑤流量小而粘度大（">L5xlO-3~2.5xl0-3产的流体一般以壳程为宜，因在壳程Re>ioo即

可达到湍流.但这不是确定的，如流淌阻力损失允许，将这类流体通入管内并接受多管程结构，亦可得到

较高的表面传热系数。

⑥对于有毒的介质或气体介质，必使其不泄露，应特殊留意其密封，密封不仅要牢靠而且还要求便利

和简洁。

⑦应尽量避开接受贵金属，以降低其成本

以上这些原则有的是相互冲突的，所以在具体设计时应综合考虑，打算哪一种流体走管程，哪一种流

体走壳程。

1、适于通入管内空间（管程）的流体

1）不清洁的流体由于在管内空间得到较高的流速并不困难，而流速高时，悬浮物不易沉淀，且

管内空间也易于清洁。

2）体积小的流体由于管内空间的流淌截面往往比管外空间的流淌截面小，流体易于获得必要的

抱负流速，而且也便于做多程流淌。

3）有压力的流体由于管子承压力量强，而且简化了壳体的密封要求。

4）腐蚀性强的流体由于只有管子及管箱才需要用耐腐蚀的材料，而壳体及管外空间的全部零件

均可用一般材料制造，所以可以降低造价。此外，在管内空间装设爱护用的衬里或掩盖层也比较翻遍，并

简洁检查。

5）与外界温差较大的流体由于可以削减热量的散失。

2、宜于通入管间空间（壳程）的流体

1）当两流体温度相差较大时，a值较大的流体走管间这样可以削减管壁与壳壁间的温度差，因

而也削减了管束与壳体间的相对伸长量，故温差应力可以降低

2）若两流体的给热性能相差较大时，a值较小的流体走管间此时可用翅片管来平衡传热面两侧

的给热条件，使之相互接近。

3）饱和蒸汽以便于准时排解冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。

4）粘度大的液体管间的流淌截面与方向都在随时变化，在低雷诺准数下，管外给热系数比管内

大。

5）被冷却的流体可利用外壳向外的散热作用，以增加冷却效果。

6）泄漏后危急性大的流体可以较少泄露机会，以保平安。

此外，易析出结晶、沉渣、淤泥以及其它沉淀物的流体，最好通入比较更简洁