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摘 要

换热器是工业生产中不可或缺的一环，在工业生产中对于热能的利用约80%都要通过热交换器来实现。在各种换热器设备中，又因为管壳式换热器的结构牢固、性能好、适应范围广、可选材料种类多而被大量使用。本次课题的目的是对管壳式汽水换热器进行设计，全篇包括了热力计算、结构设计。利用了选用经验数据、计算、查找有关资料等方法，来确定需要的热力数据，以此完成热力计算以及后续的结构设计，设计出合适设计工况的汽水换热器。

最终完成设计后的管壳式换热器参数如下：双管程，壳程流体为水蒸气，管程流体为冷却水，壳体内径为1400mm。换热管外径为25mm，壁厚2.5mm，管长9m，数量为1140根，总换热面积为805㎡。换热器主要材料为Q235-A碳素钢，壳体封头厚度都为12mm，分程隔板厚度为14mm，泪孔直径大小选择为6mm。

关键词： 管壳式 汽水换热器 设计

Design of shell and tube type steam water heat exchanger

abstract

Heat exchanger is an indispensable part of industrial production. About 80% of heat energy utilization in industrial production is realized by heat exchanger. Among all kinds of heat exchanger equipment, shell-and-tube heat exchanger is extensively used because of its strong structures, high reliability, wide range of application and wide range of material selection. The purpose of this project is to design the shell-and-tube steam-water heat exchanger, which includes thermal calculation and structural design. The method of selecting experience data, calculating and searching relevant data is used to determine the required thermal data, so as to finish the thermal calculation and following structural design, and design the steam water heat exchanger with appropriate design conditions. The design of the shell and tube type steam water heat exchanger has practical application significance for various industrial production which need high efficiency heat exchange.

After the final design, the parameters of shell and tube heat exchanger are as follows: double pass, the fluid in shell side is water vapor, the fluid in tube side is cooling water, and the inner diameter of shell is 1400mm. The outer diameter of the heat exchange tube is 25mm, the wall thickness is 2.5mm, the tube length is 9m, the number is 1140, and the total heat exchange area is 805. The main material of heat exchanger is Q235-A carbon steel, the thickness of shell head is 12mm, the thickness of partition plate is 14mm, and the diameter of tear hole is 6mm.

Key word:shell and tube;steam-water heat exchanger;design.

目录

第一章 绪论 1

第二章 热力计算 2

2.1 已知数据 2

2.2 基础数据计算 2

2.3 物性参数确定 2

2.4 热力计算 3

2.4.1传热量以及平均温差 3

2.4.2估算传热面积以及传热面结构 4

2.4.3管程计算 6

2.4.4壳程结构及壳程计算 6

2.4.5需用传热面积 10

2.4.6阻力计算 11

第三章 结构设计 13

3.1壳体、管箱和封头的设计 13

3.1.1壳体 13

3.1.2管箱 14

3.1.3封头 14

3.2法兰与管板 15

3.3分程隔板 16

3.4折流板 17

3.5拉杆与定距管 18

3.6换热管 19

3.7支座 20

3.8换热器中连接结构 21

结语 22

参考文献 23

第一章 绪论

在科技不断进步的当今社会，能源紧缺的问题在一点点展现在人们的眼前，而最不可忽视的，就是占了相当一部分比重的热能，提到热能就不得不提到对热能高效利用的热交换器。在工业生产中约有80%的热能的利用要通过换热设备实现，它是工业生产中必不可少的部分，也意味着，换热器技术的提高直接影响国家经济的发展和国家实力的进步，那么随着国家生产规模的扩大，就需要有各式各样的换热器来配合生产环境使用，因此针对生产要求来合理的选择与设计换热器就至关重要了。

目前国外与国内对于管壳式换热器都有大量研究，国内外都相当重视管壳式换热器在工业生产中的使用，因为管壳式换热器在工业生产中占到的份额相当之大。针对如何提升换热效率，国内外对管程与壳程的换热强化做了很多研究，但总体上来说管程研究比壳程研究更为深刻。

换热器的种类繁多，按照传递热量的方式来划分的话有：间壁式、混合式、蓄热式，三者传递热量方式的差别主要在：间壁式中两种流质不直接接触，通过两者间的壁面进行传热，混合式则是两者直接混合接触进行热量的交换，蓄热式则是两种流质轮流接触壁面来达到热交换的目的^[1-3]。在这三种换热器中，间壁式换热器的研究体系较其他二者来说比较完善，间壁式换热器主要又分为板式与管式换热器以及一些特殊型的换热器。在各种的间壁式换热器设备中，管壳式换热器对比间壁式换热器中其他种类来说结构简单并且成本低，能处理应对较广泛的换热条件，管壳式换热器因结构坚固、性能良好、可用范围大、材料选取的多样性的特点而被大规模使用^[4-8]。

本次主要针对管壳式汽水换热器进行设计，围绕任务书给的设计参数，进行热力计算，结构设计。在整个设计过程中，要考虑热交换强度，要尽可能做到热损失较少，保证流动阻力在一定范围内，减少热交换器的动力消耗，同时保证阻力降在安全范围内，能够尽可能的节约材料，降低设备成本。对于换热器的设计而言，反复的计算是必不可少的一个环节^[9-16]。总而言之，换热器的设计一定要符合生产需求，与此同时要兼顾设备成本与效率之间的关系。

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