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摘 要

换热器是将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量传递，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可或缺的设备。

本文设计的管壳式冷却器采用固定管板式换热器，固定管板式换热器的优点是：结构简单、紧凑，能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换；这种换热器使用于壳侧介质清洁且不宜结垢，并能进行清洗管束，壳程两侧温差不大或者温差较大但壳侧压力不高的场合。

本设计是以《传热学》为基础，根据《热交换原理与设计》进行热力计算，参照GB151—1999标准选型设计出了一个管外一程，管内两程（lt;1-4gt;型）的甲苯冷却换热器。

关键词：管壳式冷却器 管壳式换热器 设计 甲苯

Shell and tube cooler

Abstract

The heat exchanger is part of the thermal fluid heat transfer equipment to the cold fluid, in order to achieve different temperature heat transfer fluid, also known as heat exchangers. The heat exchanger is the heat exchange process of the realization of the chemical production and delivery of essential equipment.

The advantages of the fixed tube-shell exchanger: The exchanger can bear high press; The price of making is low; Structure is simple and compacted; We can wash the tubes easily; We can change the broken tubes conveniently. The foremost shortcoming of the fixed tube-shell exchanger is the heats tress between the shell and the tubes is very large.

This design is based on the heat transfer based on thermodynamic calculation based on the heat exchanger principle and design, reference GB of 151—1999 standard selection to selection to design outside the one-way pipe tube four of shell(lt;1-4gt;type) head toluene cooling heat exchanger.

Key Words: Shell and tube cooler; Shell and tube heat exchanger; Design; Toluene

目 录

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固定管板式换热器 2

1.5 U型管式换热器 3

1.6浮头式换热器 4

1.7填料函式换热器 4

1.8其他形式换热器 4

第二章 管壳式冷却器的设计中需要注意的方面 6

2.1设计标准的选用 6

2.2管板与换热管的连接形式 6

第三章 管壳式换热器的研究发展 8

3.1管壳式换热器管程结构发展概况 8

3.2管壳式换热器壳程结构发展概况 8

3.3管壳式散热器存在的问题 9

3.4换热器壳程支承结构的发展 9

第四章 管壳式冷却器热力计算 10

4.1流体的物性参数 10

4.1.1计算流体的定性温度，确定流体的物性数据 10

4.2传热量及平均温差 10

4.2.1计算热负荷 10

4.2.2. 冷却水用量 11

4.2.3.计算平均传热温度差 11

4.3估算传热面积及传热面结构 12

4.3.1.选取经验传热系数K值 12

4.3.2.估算换热面积 12

4.3.3.初选换热器规格 12

4.4管程计算 14

4.5壳程结构及壳程计算 14

4.6需用传热面积 18

4.7阻力计算 19

第五章 结构设计与强度计算 23

5.1设计压力和设计温度 23

5.1.1设计压力 23

5.1.2设计温度 23

5.2换热管材料 23

5.3壳体厚度的确定 23

5.3.1筒体材料的选择 23

5.3.2壳体厚度的计算 24

5.4封头厚度的确定 24

5.4.1封头材料的选择 24

5.4.2封头厚度的计算 25

5.5管箱短节壁厚计算 25

5.6进出口的设计 26

5.7管板尺寸的确定及强度计算 28

5.8管箱法兰的设计 30

5.9折流板的设计 32

5.10拉杆与定距管的设计 32

5.11支座的设计 32

5.12换热器的热补偿 33

结束语 34

参考文献 35

致谢 37

绪论

前言

换热器是广泛应用于化工、石油化工、动力、医药、冶金、制冷、轻工等行业的一种通用设备。^[1-2]

管壳式换热器(shell and tube heat exchanger)又称列管式换热器。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。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。^[3-7]

这种换热器具有高度稳定性和简单易用性而且在较高参数（高温、高压及大容量）的工况下，管壳式换热器更能表现出其特有的长处。^[8]

管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、双重管式换热器、填料函式换热器和双管板换热器等。前3种应用比较普遍。^[9]

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 ^[10-12]。

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