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摘 要

换热器是工业生产中最常见的换热设备之一，是一种实现物料之间传递热量的节能设备。通过这种设备，实现热量由高温流体向低温流体的转移，可以使流体达到指定温度以满足工艺的要求。而本文所设计的热水加热器其主体为管壳式换热器。管壳式换热器是应用最为广泛的换热器，它不仅结构简单，而且换热效率高、易清洗等，是化工能源领域中不可或缺的设备之一。

本文主要介绍了热水加热器的热力学计算和热水加热器相关的设计过程。第一部分是绪论，主要包括管壳式换热器工作原理、分类和强化换热器热效率的措施以及一些在设计中遇到的问题。第二部分是热力学计算，结构计算和应力校核等方面，换热器设计标准是参照国标或其他权威的设计手册而得，以保证设计的合理性和准确性。

关键词：热水加热器，管壳式换热器，设计

Hot water heater design

ABSTRACT

The heat exchanger is one of the most common industrial heat transfer equipment is a heat transfer between the material to achieve energy-saving equipment. With this equipment, and high temperature heat transfer fluid to the low temperature of the fluid, the fluid can reach the specified temperature to meet the process requirements. The article is designed as a hot water heater whose body shell and tube heat exchanger. Shell and tube heat exchanger is the most widely used heat exchanger, it is not only simple in structure, and high heat transfer efficiency, easy to clean, is one of the devices in the field of chemical energy indispensable.

This paper describes the thermodynamic calculation hot water heater and hot water heater related design process. The first part is an introduction, including shell and tube heat exchanger works, classification and measures to strengthen the efficiency of the heat exchanger as well as some of the problems encountered in the design. The second part is the thermodynamic calculations, structural calculations and stress check, etc., the heat exchanger design criteria is the national standard or other authoritative reference design manual obtained to ensure the reasonableness and accuracy of design.

Keywords: hot water heaters, shell and tube heat exchanger design

目录

2014届毕业设计(论文) I

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

前言 1

1.1换热器的现状及前景 1

1.2管壳式换热器工作原理和结构 1

1.3换热器的主要分类 2

1.4管壳式换热器的分类和特点 2

1.5总结 3

第二章 管壳式换热器设计 5

2.1热力计算部分 5

2.1.1原始数据 5

2.1.2流体的物性参数 5

2.1.3传热量及平均温差 6

2.1.4估算传热面积及传热面结构 6

2.1.5管程计算 8

2.1.6壳程结构及壳程计算 8

2.1.7需用传热面积 11

2.2阻力计算 12

2.3结构设计 13

2.3.1壳体的设计 13

2.3.2封头的设计 14

2.3.3进出口的设计 15

2.3.4管板的设计 18

2.3.5管箱法兰的设计 21

2.3.6折流板的设计 22

2.3.7拉杆与定距管的设计 22

2.3.8支座的设计 22

2.4换热器的热补偿 24

2.4.1热交换器所受应力 24

2.4.2温差应力 24

2.4.3拉脱力 25

2.4.4热补偿措施 26

第三章 结语 27

参考文献 28

致谢 30

附录：主要符号表 31

第一章 绪论

前言

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1800mm以下，管子长度在9m 以下,在个别情况下也有更大或更长的^[1-4]。

1.1换热器的现状及前景

随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。

1.2管壳式换热器工作原理和结构

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^[5]。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。

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^[6-8]。

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