论文总字数：19761字

摘 要

列管换热器在化工生产方面有着较长的历史，在较长的发展时间内，大量的研究人员在许多方面对换热器进行改进和调整，从而提高换热器的换热效率。在本篇论文中，根据对换热器的基础设计要求，首先先进行换热器的结构选型确定，再通过热力计算，得到换热器的预估换热面积，再由预估的换热面积，确定换热管数，管子排列方式。然后通过计算出总传热系数从而得出该传热系数下的传热面积，将其与实际传热面积进行对比使其在规定的比值范围内。最后，通过热力计算出来的基础结构数据，查阅国家标准，为换热器选择适合的外部结构，如法兰，管板，管箱等。在热力计算过程中，可以很明显的发现在换热过程中，流体为空气的换热测的压降与流速比流体为冷却水的换热测大很多。在完成了换热器的热力计算和结构计算后，绘制了换热器的结构图纸，详细的展示了换热器的具体结构。

关键词：列管式换热器 固定管板 空气冷却

Design of tubular heat exchanger

Abstract

The tubular heat exchanger has a long history in chemical production. In a long period of development, a large number of researchers have improved and adjusted the heat exchanger in many aspects, so as to improve the heat exchange efficiency of the heat exchanger. In this paper, according to the basic design requirements of the heat exchanger, firstly, the structure selection of the heat exchanger is determined, and then through thermal calculation, the estimated heat exchange area of the heat exchanger is obtained, then the estimated heat exchange area, the number of heat exchange tubes and the arrangement of tubes are determined. Then, the total heat transfer coefficient is calculated to get the heat transfer area under the heat transfer coefficient, which is compared with the actual heat transfer area to make it within the specified ratio range. Finally, based on the thermal calculation of the infrastructure data, consult the national standards, select the appropriate external structure for the heat exchanger, such as flange, tube plate, tube box, etc. In the process of thermal calculation, it is obvious that the pressure drop and flow velocity of the heat transfer measurement with the fluid as air are much larger than that with the fluid as cooling water. After completing the thermal calculation and structural calculation of the heat exchanger, the structural drawing of the heat exchanger is drawn, and the specific structure of the heat exchanger is shown in detail.

Key words:Tubular heat exchanger；Fixed tube plate；Air cooling

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 换热器的背景与发展 1

1.1 课题背景 1

1.2 发展情况 1

1.2.1 结构设计对换热器优化的影响 1

1.2.2 计算机的运用对换热器设计的影响 2

1.2.3 材料的选择对换热器设计的影响 2

1.2.4 除垢清洁对换热器的影响 3

1.3 总结 4

第二章 换热器的设计过程 5

2.1 原始数据 5

2.2 传热量以及物性参数 5

2.2.1定性温度的确定 5

2.2.2 流体的物性参数 5

2.2.3 热量计算 6

2.3 估算传热面积 6

2.4 换热器本体的结构热力计算 7

2.4.1 管径和管内流速 7

2.4.2 管程数和传热管数 7

2.4.3 平均传热温差校正及壳程数 7

2.4.4 管束相关参数 8

2.4.5 壳体内径的确定 8

2.4.6 折流板 8

2.4.7 拉杆的选择 9

2.4.8 接管规格的设计 9

2.5 热量核算 9

2.5.1 壳程表面传热系数 9

2.5.2 管程表面传热系数 10

2.5.3 污垢热阻和管壁热阻 11

2.5.4 传热系数 11

2.5.5 传热面积裕度 11

2.5.6 壁温核算 12

2.6 换热器内流体阻力（压强降）核算 12

2.6.1 管程流体阻力 12

2.6.2 壳程流体阻力 13

2.7 换热器结构设计与强度计算 14

2.7.1 壳体 14

2.7.2 管箱法兰 15

2.7.3 管板 16

2.7.4 接管 17

2.7.5 管箱的设计 18

2.7.6 折流板 19

2.7.7 拉杆直径、数量及布置 20

2.7.8 旁路挡板 20

2.7.9 接管位置 20

2.7.10 支座的选择与布置 22

第三章 总结 23

参考文献 24

致谢 26

换热器的背景与发展

1.1 课题背景

在化工的生产过程中，列管换热器一直有较广的应用范围。为了拥有更高的经济收益，各位研究人员一直关注换热器的设计与优化。从如何设计出合适的换热器结构，到设备材料的选用，再到利用计算机分析流体的热流密度分布等情况，以及对换热器的保养和清洁，都有着许多的研究成果。随着化工材料的研究发展，新型的非金属换热器也有了一定的研究成果。同时也对一些经典的换热器结构进行优化和改造，以及对新型燃料的使用进行相匹配的换热器设计。

1.2 发展情况

对于列管换热器的优化主要通过提高换热器的传热效率^[1-3]，选择经济实用的材料和通过保养和清洗换热器来提高换热器的使用寿命，降低换热器的运行成本。早期的一些研究主要集中在换热器本身的设计计算。通过计算，得到想要的传热系数^[4]和传热面积^[5]和结构详图^[6]。随着时代的发展，开始通过计算机完成计算，通过软件来分析换热器内流体介质的流动情况，对管结构进行优化。而材料学科的发展，为换热器的设计材料提供了发展的道路。为了应对换热器的受腐蚀问题，越来越多的非金属材料被使用。并且换热器的除垢，保养等问题^[7]也十分受到重视，利于除垢，清洗的换热器结构更加受到欢迎。

1.2.1 结构设计对换热器优化的影响

换热器的结构设计计算^[8-10]是换热器设计的基础。根据所给热源与冷源的热物性参数，通过计算，得到基础的换热器结构，再结合传热面积比^[11]，壳程和管程压降，对换热器的细节计算进行调整与优化^[12][13]。同时，根据计算结果的不同，所选择的换热器的种类也有所不同^[14][15]。换热器有着许多种类，其中包括固定管板式。其他也有浮头式，U型管等^[16-18]。

在《浅谈列管式换热器的结构设计》^[19]一文中，徐洁便通过假设条件，详细的介绍了列管换热器的结构计算中所需要的计算公式和换热器设计流程中一些需要注意的事项，如管的选择与布置，管板该如何确定，部件之间如何连接等问题，进而对换热器的设计过程有更为详细的了解。

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