XX学
化工原理课程设计务书
专业： 高分子材料工程
班级： 高分子
姓名：
设计日期：日
设计题目： 煤油冷器设计
设计条件：
1．设备处理量 18000 kgh
2．煤油：入口温度 150℃出口温度 60℃
3．冷水：入口温度 30℃出口温度 40℃
4．热损失忽略两侧污垢热阻分
RS0＝000017m2℃W RSi＝000034 m2℃W
5．壳程压降30 kPa
6．初设K290 Wm2·℃
设计求：
1 设计满足条件换热器写出设计说明书
2 根选换热器画出设备装配图
指导教师：
第章 文献综述
第节 概述
换热器概念
温度流体间传递热装置称热交换器简称换热器换热器中少两种温度流体种流体温度较高放出热量种流体温度较低吸收热量35％～40％着国工业断发展源利开发节约求断提高换热器求日益加强换热器设计制造结构改进传热机理研究十分活跃新型高效换热器相继问世
二 换热器分类 [6]
着换热器工业生产中位作换热器类型种样类型换热器优缺点性异换热器设计中首先应根工艺求选择适类型然计算换热需传热面积确定换热器结构尺寸
换热器途分加热器冷器冷凝器蒸发器沸器深冷器热器等
换热器传热方式分：混合式蓄热式间壁式中间壁式换热器应广泛传热面形状结构特点分壳式换热器板面式换热器扩展表面式换热器（板翅式翅式等）表21示
表21 传热器结构分类
类 型
特 点
间 壁 式
壳 式
列式
固定板式
刚性结构
壳温差较情况（般≤50℃）间清洗
带膨胀节
定温度补偿力壳程承受低压力
浮头式
外均承受高压高温高压场合
U型式
外均承受高压清洗检修困难
填料函式
外填料函
间容易泄漏宜处理易挥发易爆炸压力较高介质
填料函
密封性差压差较场合
釜式
壳体部蒸发空间沸蒸煮
双套式
结构较复杂高温高压场合固定床反应器中
套式
逆流操作传热面较冷器冷凝器预热器
螺旋式
沉浸式
流体冷冷凝外流体加热
喷淋式
流体冷冷凝
板面式
板式
拆洗方便传热面调整粘性较液体间换热
螺旋板式
进行严格逆流操作洁作作回收低温热
板式
结构紧凑拆洗方便通道较易堵求流体干净
板壳式
板束类似束抽出清洗检修压力太高
混合式
适允许换热流体间直接接触
蓄热式
换热程分阶段交进行适高温炉气中回收热场合
第二节 换热器设备应满足基求
完善换热器设计选型时应满足项基求
合理实现规定工艺条件 [3]
传热量流体热力学参数（温度压力流量相态等）物理化学性质（密度粘度腐蚀性等）工艺程规定条件设计者应根条件进行热力学流体力学计算反复较设计换热器具传热面积单位时间传递热量具体做法
①增传热系数
综合考虑流体阻力发生流体诱发振动前提量选择高流速
②提高均温差 相变流体量采接逆流传热方式样仅提高均温差助减少结构中温差应力允许条件时提高热流体进口温度降低冷流体进口温度
③妥善布置传热面 例壳式换热器中采合适间距排列方式仅加单位空间传热面积改善流体流动特性错列束传热方式列束果换热器中侧相变侧流体气相气相侧传热面加翅片增传热面积更利热量传递
二安全
换热器压力容器进行强度刚度温差应力疲劳寿命计算时应遵国钢制石油化工压力容器设计规定钢制壳式换热器设计规定等关规定标准保证设备安全起着重作
三 安装操作维护方便
直立设备安装费低水倾斜设备设备部件应便运输装拆厂房移动时会受楼梯梁柱妨碍根需添置气液排放口检查孔敷设保温层
四济合理
评价换热器终指标：定时间（通常1年）固定费（设备购置费安装费等）操作费（动力费清洗费维修费等）总设计选型时果种换热器完成生产务需指标尤重
动力消耗流速方成正流速提高利传热存适宜流速
传热面垢层产生增厚传热系数断降低传热量减少必停止操作进行清洗清洗时仅法传递热量支付清洗费部分费必须清洗传热条件改善补偿存适宜运行周期
严格讲果孤立仅换热器身进行济核算确定适宜操作条件适宜尺寸够全面应整系统中全部设备象进行济核算设备优化解决样问题难度影响换热器项素改变整系统效益关系影响时述观点单独换热器进行济核算然行
第三节 换热器结构形式
列式换热器 [3]
列式换热器称壳式换热器种通标准换热设备具结构简单坚固耐造价低廉材广泛清洗方便适应性强等优点应广泛壳式换热器根结构特点分种：
（1） 固定板式换热器
固定板式换热器两端板壳体连起类换热器结构简单价格低廉外清洗困难宜处理两流体温差50℃壳方流体较清洁易结垢物料
带膨胀节固定板式换热器膨胀节弹性变形减温差应力种补偿方法适两流体温差70℃壳方流体压强高600Kpa情况
（2） 浮头式换热器
浮头式换热器板外壳连接该端称浮头束连浮头伸缩外壳膨胀关浮头式换热器束拉出便清洗检修适两流体温差较种物料换热应极普遍结构复杂造价高
（3） 填料涵式换热器
填料涵式换热器束端膨胀浮头式换热器相结构简单造价低壳程流体外漏性壳程处理易燃易爆流体
2蛇式换热器
蛇式换热器式换热器中结构简单操作方便种换热设备通常换热方式蛇式换热器分沉浸式喷淋式两类
3套式换热器
套式换热器两种直径直套起组成心套U型时次连接外外互相连接成优点结构简单耐高压传热面积根需增减适选择外径流体流速增两种流体呈逆流流动利传热换热器适高温高压流量流体间换热
二 换热器材质选择 [7]
进行换热器设计时换热器种零部件材料应根设备操作压力操作温度流体腐蚀性材料制造工艺性等求选取然考虑材料济合理性般满足设备操作压力操作温度设备强度刚度角度考虑较容易达材料耐腐蚀性时成复杂问题方面考虑周选材妥仅会影响换热器寿命提高设备成材料制造工艺性换热器具体结构着密切关系
般换热器常材料碳钢锈钢
（1）碳钢
价格低强度较高碱性介质化学腐蚀较稳定容易酸腐蚀耐腐蚀性求环境中应合理般换热器普通缝钢常材料10号20号碳钢
（2）锈钢
奥氏体系锈钢1Crl8Ni9Ti代表标准188奥氏体锈钢稳定奥氏体组织具良耐腐蚀性冷加工性
正三角形排列结构紧凑正方形排列便机械清洗心圆排列壳径换热器外圆布均匀结构更紧凑国换热器系列中固定板式采正三角形排列浮头式正方形错列排列居正三角形排列
（2）板
板作受热束连接起程壳程流体分隔开
板子连接胀接焊接胀接法利胀器子扩胀产生显著塑性变形子板间挤压力达密封紧固目胀接法般子碳素钢板碳素钢低合金钢设计压力超4 MPa设计温度超 350℃场合
（3）封头箱
封头箱位壳体两端作控制分配程流体
①封头 壳体直径较时常采封头接封头法兰螺纹连接封头壳体间螺纹连接便卸封头检查清洗子
②箱 换热器流体进出口空间称箱壳径较换热器采箱结构清洗检修子时需拆箱箱结构应便装拆
③分程隔板 需换热面时采程换热器程换热器箱应设分程隔板束分次串接干组组子数目致相等样提高介质流速增强传热程者达16程常246程布置时应量程流体壳程流体成逆流布置增强传热时应严防分程隔板泄漏防止流体短路
三板式换热器优点 [10]
(1) 换热效率高热损失
工况条件 换热系数达6000W m2K 般工况条件 换热系数3000～4000 W m2K左右壳式换热器3～5倍设备身存旁路通设备流体板片波纹作形成湍流进行充分换热完成项换热程 板式换热器换热面积仅壳式1 3～1 4
(2) 占面积重量轻
设备身体积外 需预留额外检修安装空间换热板片厚度仅0 6～0 8mm样换热效果 板式换热器壳式换热器占面积重量少五分四
(3) 污垢系数低
流体板片间剧烈翻腾形成湍流 优秀板片设计避免死区存 杂质易通道中沉积堵塞保证良换热效果
(4) 检修清洗方便
换热板片通夹紧螺柱夹紧力组装起检修清洗时 仅需松开夹紧螺柱卸板片进行刷清洗
(5) 产品适面广
设备高耐温达180 ℃ 耐压2 0MPa 特适应种工艺程中加热冷热回收冷凝单元设备食品消毒等方面 低品位热回收方面 具明显济效益类材料换热板片适应工况腐蚀性求
然板式换热器存定缺点 工作压力工作温度高 限制较复杂工况中时板片通道较适宜杂质较颗粒较介质
四列式换热器结构 [16]
介质流传热通道部分称程
（1）换热布置排列间距
常换热规格ф19×2 mmф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)ф25×25 mm(碳钢10)直径子承受更压力壁较薄时相壳径排列较子单位体积传热面积更单位传热面积金属耗量更少换热板排列方式正方形直列正方形错列三角形直列三角形错列心圆排列
（A） （B）（C）
（D） （E）
图 14 换热板排列方式
(A) 正方形直列 （B）正方形错列 (C) 三角形直列
（D）三角形错列 （E）心圆排列
正三角形排列结构紧凑正方形排列便机械清洗心圆排列壳径换热器外圆布均匀结构更紧凑国换热器系列中固定板式采正三角形排列浮头式正方形错列排列居正三角形排列
（2）板
板作受热束连接起程壳程流体分隔开
板子连接胀接焊接胀接法利胀器子扩胀产生显著塑性变形子板间挤压力达密封紧固目胀接法般子碳素钢板碳素钢低合金钢设计压力超4 MPa设计温度超350℃场合
（3）封头箱
封头箱位壳体两端作控制分配程流体
①封头 壳体直径较时常采封头接封头法兰螺纹连接封头壳体间螺纹连接便卸封头检查清洗子
②箱 换热器流体进出口空间称箱壳径较换热器采箱结构清洗检修子时需拆箱箱结构应便装拆
③分程隔板 需换热面时采程换热器程换热器箱应设分程隔板束分次串接干组组子数目致相等样提高介质流速增强传热程者达16程常246程布置时应量程流体壳程流体成逆流布置增强传热时应严防分程隔板泄漏防止流体短路
五板式换热器类型工作原理 [17]
板式换热器组装方式分拆式焊接式钎焊式等形式换热板片波纹分字波直波球形波等形式 密封垫分粘结式搭扣式种形式进行组合满足工况需求中更针性样字形波纹板片采粘结式搭扣式密封垫 采搭扣式密封垫效避免胶水中含氯离子板片腐蚀 设备拆装更加方便焊接式板式换热器耐温耐压明显拆式板式换热器 达250 ℃2 5MPa 样板式换热器 形式样性应较广泛领域数热交换工艺程
然板式换热器种形式 工作原理致相板式换热器通外力换热板片夹紧组装起 介质通换热板片通孔板片表面进行流动 板片波纹作形成激烈湍流 犹筷子搅动杯中热水 加换热面积冷热介质分换热板片两侧流动湍流形成量换热面板片接触 通板片进行充分热传递达终换热效果冷热介质隔离通密封垫分割 者通量焊缝保证 换热板片开裂穿孔情况 冷热介质会发生混淆
第二章 列式换热器设计计算
１试算初选换热器规格
（1） 定流体通入空间 两流体均发生相变传热程水流传热系数般较易结垢选择冷水走换热器程煤油走壳程
（2）确定流体定性温度物性数选择列式换热器形式：
冷物质煤油入口温度150℃出口温度60℃
冷介质水入口温度出口温度
煤油定性温度：℃
水定性温度：℃
两流体温差：℃
两流体温差50℃(70℃)选带补偿圈固定板式列换热器
两流体定性温度物性数
物性
流体
煤油
105
825
0667
222
014
水
35
994
0728
4174
0626
(3)计算热负荷Q 煤油计算
忽略换热器热损失水流量热量衡算求
（4）计算两流体均温度差确定壳程数
逆流温差 ℃
RP通图公式
校正温度℃
选单壳程列式换热器
（5）初步选择换热器规格(初设℃)
初选固定板式换热器规格尺寸：
外壳直径D400mm 排方式——正三角形排列
长L 6m 尺寸 φ19×20mm（锈钢）
数n 164 程数2
公称压力P 400Mpa 程流通面积S 00145m2
中心距 25mm 公称面积S 578 m2
换热器实际传热面积
采换热面积换热器求换热程总传热系数：
2核算总传热系数K0
（1）计算程流传热系数
中水质量流量
水体积流量
（湍流）
：（液体加热）
(2)计算壳程流传热系数
换热器中心附排中流体流通截面积
式中 h——折流挡板间距取
煤油质量流量
煤油体积流量
煤油流速：
三角形排列
煤油壳程中流动雷诺数
范围采凯恩(Kern)法求算
液体冷 取095
（3）确定污垢热阻
（煤油）
（4）计算总传热系数（壁热阻忽略时总传热系数：）
选该换热器时求程总传热系数30305传热务规定流动条件计算出3073 选择换热器安全系数：
3计算压强降
（1）计算程压强降
前已算出
取锈钢壁粗糙度
摩擦系数图查
φ19×20mm子
(2)计算壳程压强降
子正三角形排列取F05
折流挡板间距
折流板数
面计算知﹤105该换热器程壳程压强降均满足题设求选换热器合适
第三章 换热器结构尺寸
子规格排列方法
考虑流体流速选φ19×20mm规格子国换热器系列中固定板式采正三角形排列优点：板强度高流体走短路机会少外流体扰动较流传热系数较高相壳程排列更子选择正三角形排列
二程壳程数确定
程数m式计算
式中 ——程流体适宜速度ms
——单程时流体实际速度ms
取 （参考化工原理册）
水流量 φ19×20mm 子
求
选2程单壳程中RP查温度校正系数08采单壳程
三外壳直径确定
初步设计中式计算壳体径
式中
中
方法计算壳径应圆整标准尺寸表：
壳体外径mm
325
400500600700
8009001000
11001200
壁厚mm
8
10
12
14
取400mm
四折流板形式确定
折流挡板作引导壳程流体反复改变方做错流流动加壳程流体流速湍动速度致壳程流传热系数提高
选择水圆缺形折流板切弓形高度外壳径250（圆缺率范围般15~45）：
折流板间距允许压力损失范围希般推荐折流板间隔值壳径15者50mm折流板间距取h150mm
折流板支撑间距表示：
换热外径（mm）
14
16
19
25
32
38
支撑间距(mm)
1100
1300
1500
1850
2200
2500
折流板厚度表出：(参考文献：化工设备设计手册 朱庭曲文海编)
公称直径DN（mm）
换热支撑跨距
<300
300~600
600~900
900~1200
1200~1500
1500
折流板厚度(mm)
<400
3
4
5
8
10
10
400~700
4
5
6
10
10
12
700~900
5
6
8
10
12
16
900~1500
6
8
10
12
16
16
取值10mm
五附件尺寸设计
（1）封头 封头方形圆形两种方形直径（般400mm）壳体圆形直径壳体壳径400mm选圆形封
（2）缓挡板 防止进口流体直接击束造成子侵蚀束振动流体束均匀分布作
（3）放气孔排液孔 换热器壳体常安放气孔排液孔排凝气体冷凝液等
（4）接 换热器中流体进出口接直径式计算
式中 ——流体体积流量
——流体接中流速ms
流速 验值取流体 u15~2ms 取液体流速15ms水进出口接径
煤油进出口接径
（5）假 减少程分程引起中间穿流影响设置假假表面形状两端堵死子安置分程隔板槽背面两板间穿板折流斑焊接便固定假通常隔3~4排换热安置1根
（6）拉杆定距 折流板牢固保持定位置通常采拉杆定距选择拉杆直径12mm拉杆数量4定距φ19×20mm（参考文献化工设备手册曲文海 编）
(7)膨胀节 膨胀节称补偿圈膨胀节弹性变形 减温差应力种补偿方法适两流体70℃壳方流体压强高600KPa情况
换热器膨胀节般分带衬筒膨胀节带衬筒膨胀节根换热器壳侧介质膨胀节通常减膨胀节介质流动阻力常带衬筒膨胀节衬筒应介质流动方侧壳焊接卧式换热器膨胀节底部应采带螺塞结构样便排液
第五章 工艺设计计算结果汇总表
工艺设计计算结果汇总表
参数 数
煤油流量kgh
18000
水流量kgh
86148
实际传热面积S㎡
1075
求程总传热系数W（㎡℃）
290
总传热系数W（㎡℃）
29291
安全系数
14
程压强降Pa
壳程压强降Pa
参数 数
壳径Dmm
400
公称压强Mp
400
公称面积S㎡
578
程数Np
2
子尺寸mm
φ19×20mm
长m
6
子总数n
164
子排列方法
正三角形
心距mm
25
折流板数
39
板间距mm
150
弓高mm
60
拉杆直径mm
12
拉杆数量
4
参考文献
[1]化工原理（册）修订版夏清 陈常贵 编天津天津学出版2005
[2]化工设备设计手册 潘国昌郭庆丰编北京清华学出版社1988
[3] 化工流体流动传热张国亮 编北京化学工业出版社1992
[4] 化工工艺制图周军 揭嘉 编北京化学工业出版社2003
[5] 中国石化集团海工程限公司 编化工工艺设计手册
（第三版）北京化学工业出版社1987
[6] 柴诚敬 王军 张缨 编 化工原理课程设计天津 天津科学技术出版社2005
[7] 化工工艺算图手册刘光启 马连湘 编 北京 化学工业出版社1990
[8] 化工工程设计韩冬冰 李叙凤 编北京学苑出版社2000
[9] 工程制图朱泗芳 徐绍军 编 北京高等教育出版社2002
[10] AutoCAD2002应教程刘苏 编著北京科学出版社2003
[11] 化工设备机械设计基础潘永亮 刘玉良 编北京科学出版社1991
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化工原理课程设计务书
专业： 高分子材料工程
班级： 高分子
姓名：
设计日期：日
设计题目： 煤油冷器设计
设计条件：
1．设备处理量 18000 kgh
2．煤油：入口温度 150℃出口温度 60℃
3．冷水：入口温度 30℃出口温度 40℃
4．热损失忽略两侧污垢热阻分
RS0＝000017m2℃W RSi＝000034 m2℃W
5．壳程压降30 kPa
6．初设K290 Wm2·℃
设计求：
1 设计满足条件换热器写出设计说明书
2 根选换热器画出设备装配图
指导教师：
第章 文献综述
第节 概述
换热器概念
温度流体间传递热装置称热交换器简称换热器换热器中少两种温度流体种流体温度较高放出热量种流体温度较低吸收热量35％～40％着国工业断发展源利开发节约求断提高换热器求日益加强换热器设计制造结构改进传热机理研究十分活跃新型高效换热器相继问世
二 换热器分类 [6]
着换热器工业生产中位作换热器类型种样类型换热器优缺点性异换热器设计中首先应根工艺求选择适类型然计算换热需传热面积确定换热器结构尺寸
换热器途分加热器冷器冷凝器蒸发器沸器深冷器热器等
换热器传热方式分：混合式蓄热式间壁式中间壁式换热器应广泛传热面形状结构特点分壳式换热器板面式换热器扩展表面式换热器（板翅式翅式等）表21示
表21 传热器结构分类
类 型
特 点
间 壁 式
壳 式
列式
固定板式
刚性结构
壳温差较情况（般≤50℃）间清洗
带膨胀节
定温度补偿力壳程承受低压力
浮头式
外均承受高压高温高压场合
U型式
外均承受高压清洗检修困难
填料函式
外填料函
间容易泄漏宜处理易挥发易爆炸压力较高介质
填料函
密封性差压差较场合
釜式
壳体部蒸发空间沸蒸煮
双套式
结构较复杂高温高压场合固定床反应器中
套式
逆流操作传热面较冷器冷凝器预热器
螺旋式
沉浸式
流体冷冷凝外流体加热
喷淋式
流体冷冷凝
板面式
板式
拆洗方便传热面调整粘性较液体间换热
螺旋板式
进行严格逆流操作洁作作回收低温热
板式
结构紧凑拆洗方便通道较易堵求流体干净
板壳式
板束类似束抽出清洗检修压力太高
混合式
适允许换热流体间直接接触
蓄热式
换热程分阶段交进行适高温炉气中回收热场合
第二节 换热器设备应满足基求
完善换热器设计选型时应满足项基求
合理实现规定工艺条件 [3]
传热量流体热力学参数（温度压力流量相态等）物理化学性质（密度粘度腐蚀性等）工艺程规定条件设计者应根条件进行热力学流体力学计算反复较设计换热器具传热面积单位时间传递热量具体做法
①增传热系数
综合考虑流体阻力发生流体诱发振动前提量选择高流速
②提高均温差 相变流体量采接逆流传热方式样仅提高均温差助减少结构中温差应力允许条件时提高热流体进口温度降低冷流体进口温度
③妥善布置传热面 例壳式换热器中采合适间距排列方式仅加单位空间传热面积改善流体流动特性错列束传热方式列束果换热器中侧相变侧流体气相气相侧传热面加翅片增传热面积更利热量传递
二安全
换热器压力容器进行强度刚度温差应力疲劳寿命计算时应遵国钢制石油化工压力容器设计规定钢制壳式换热器设计规定等关规定标准保证设备安全起着重作
三 安装操作维护方便
直立设备安装费低水倾斜设备设备部件应便运输装拆厂房移动时会受楼梯梁柱妨碍根需添置气液排放口检查孔敷设保温层
四济合理
评价换热器终指标：定时间（通常1年）固定费（设备购置费安装费等）操作费（动力费清洗费维修费等）总设计选型时果种换热器完成生产务需指标尤重
动力消耗流速方成正流速提高利传热存适宜流速
传热面垢层产生增厚传热系数断降低传热量减少必停止操作进行清洗清洗时仅法传递热量支付清洗费部分费必须清洗传热条件改善补偿存适宜运行周期
严格讲果孤立仅换热器身进行济核算确定适宜操作条件适宜尺寸够全面应整系统中全部设备象进行济核算设备优化解决样问题难度影响换热器项素改变整系统效益关系影响时述观点单独换热器进行济核算然行
第三节 换热器结构形式
列式换热器 [3]
列式换热器称壳式换热器种通标准换热设备具结构简单坚固耐造价低廉材广泛清洗方便适应性强等优点应广泛壳式换热器根结构特点分种：
（1） 固定板式换热器
固定板式换热器两端板壳体连起类换热器结构简单价格低廉外清洗困难宜处理两流体温差50℃壳方流体较清洁易结垢物料
带膨胀节固定板式换热器膨胀节弹性变形减温差应力种补偿方法适两流体温差70℃壳方流体压强高600Kpa情况
（2） 浮头式换热器
浮头式换热器板外壳连接该端称浮头束连浮头伸缩外壳膨胀关浮头式换热器束拉出便清洗检修适两流体温差较种物料换热应极普遍结构复杂造价高
（3） 填料涵式换热器
填料涵式换热器束端膨胀浮头式换热器相结构简单造价低壳程流体外漏性壳程处理易燃易爆流体
2蛇式换热器
蛇式换热器式换热器中结构简单操作方便种换热设备通常换热方式蛇式换热器分沉浸式喷淋式两类
3套式换热器
套式换热器两种直径直套起组成心套U型时次连接外外互相连接成优点结构简单耐高压传热面积根需增减适选择外径流体流速增两种流体呈逆流流动利传热换热器适高温高压流量流体间换热
二 换热器材质选择 [7]
进行换热器设计时换热器种零部件材料应根设备操作压力操作温度流体腐蚀性材料制造工艺性等求选取然考虑材料济合理性般满足设备操作压力操作温度设备强度刚度角度考虑较容易达材料耐腐蚀性时成复杂问题方面考虑周选材妥仅会影响换热器寿命提高设备成材料制造工艺性换热器具体结构着密切关系
般换热器常材料碳钢锈钢
（1）碳钢
价格低强度较高碱性介质化学腐蚀较稳定容易酸腐蚀耐腐蚀性求环境中应合理般换热器普通缝钢常材料10号20号碳钢
（2）锈钢
奥氏体系锈钢1Crl8Ni9Ti代表标准188奥氏体锈钢稳定奥氏体组织具良耐腐蚀性冷加工性
正三角形排列结构紧凑正方形排列便机械清洗心圆排列壳径换热器外圆布均匀结构更紧凑国换热器系列中固定板式采正三角形排列浮头式正方形错列排列居正三角形排列
（2）板
板作受热束连接起程壳程流体分隔开
板子连接胀接焊接胀接法利胀器子扩胀产生显著塑性变形子板间挤压力达密封紧固目胀接法般子碳素钢板碳素钢低合金钢设计压力超4 MPa设计温度超 350℃场合
（3）封头箱
封头箱位壳体两端作控制分配程流体
①封头 壳体直径较时常采封头接封头法兰螺纹连接封头壳体间螺纹连接便卸封头检查清洗子
②箱 换热器流体进出口空间称箱壳径较换热器采箱结构清洗检修子时需拆箱箱结构应便装拆
③分程隔板 需换热面时采程换热器程换热器箱应设分程隔板束分次串接干组组子数目致相等样提高介质流速增强传热程者达16程常246程布置时应量程流体壳程流体成逆流布置增强传热时应严防分程隔板泄漏防止流体短路
三板式换热器优点 [10]
(1) 换热效率高热损失
工况条件 换热系数达6000W m2K 般工况条件 换热系数3000～4000 W m2K左右壳式换热器3～5倍设备身存旁路通设备流体板片波纹作形成湍流进行充分换热完成项换热程 板式换热器换热面积仅壳式1 3～1 4
(2) 占面积重量轻
设备身体积外 需预留额外检修安装空间换热板片厚度仅0 6～0 8mm样换热效果 板式换热器壳式换热器占面积重量少五分四
(3) 污垢系数低
流体板片间剧烈翻腾形成湍流 优秀板片设计避免死区存 杂质易通道中沉积堵塞保证良换热效果
(4) 检修清洗方便
换热板片通夹紧螺柱夹紧力组装起检修清洗时 仅需松开夹紧螺柱卸板片进行刷清洗
(5) 产品适面广
设备高耐温达180 ℃ 耐压2 0MPa 特适应种工艺程中加热冷热回收冷凝单元设备食品消毒等方面 低品位热回收方面 具明显济效益类材料换热板片适应工况腐蚀性求
然板式换热器存定缺点 工作压力工作温度高 限制较复杂工况中时板片通道较适宜杂质较颗粒较介质
四列式换热器结构 [16]
介质流传热通道部分称程
（1）换热布置排列间距
常换热规格ф19×2 mmф25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)ф25×25 mm(碳钢10)直径子承受更压力壁较薄时相壳径排列较子单位体积传热面积更单位传热面积金属耗量更少换热板排列方式正方形直列正方形错列三角形直列三角形错列心圆排列
（A） （B）（C）
（D） （E）
图 14 换热板排列方式
(A) 正方形直列 （B）正方形错列 (C) 三角形直列
（D）三角形错列 （E）心圆排列
正三角形排列结构紧凑正方形排列便机械清洗心圆排列壳径换热器外圆布均匀结构更紧凑国换热器系列中固定板式采正三角形排列浮头式正方形错列排列居正三角形排列
（2）板
板作受热束连接起程壳程流体分隔开
板子连接胀接焊接胀接法利胀器子扩胀产生显著塑性变形子板间挤压力达密封紧固目胀接法般子碳素钢板碳素钢低合金钢设计压力超4 MPa设计温度超350℃场合
（3）封头箱
封头箱位壳体两端作控制分配程流体
①封头 壳体直径较时常采封头接封头法兰螺纹连接封头壳体间螺纹连接便卸封头检查清洗子
②箱 换热器流体进出口空间称箱壳径较换热器采箱结构清洗检修子时需拆箱箱结构应便装拆
③分程隔板 需换热面时采程换热器程换热器箱应设分程隔板束分次串接干组组子数目致相等样提高介质流速增强传热程者达16程常246程布置时应量程流体壳程流体成逆流布置增强传热时应严防分程隔板泄漏防止流体短路
五板式换热器类型工作原理 [17]
板式换热器组装方式分拆式焊接式钎焊式等形式换热板片波纹分字波直波球形波等形式 密封垫分粘结式搭扣式种形式进行组合满足工况需求中更针性样字形波纹板片采粘结式搭扣式密封垫 采搭扣式密封垫效避免胶水中含氯离子板片腐蚀 设备拆装更加方便焊接式板式换热器耐温耐压明显拆式板式换热器 达250 ℃2 5MPa 样板式换热器 形式样性应较广泛领域数热交换工艺程
然板式换热器种形式 工作原理致相板式换热器通外力换热板片夹紧组装起 介质通换热板片通孔板片表面进行流动 板片波纹作形成激烈湍流 犹筷子搅动杯中热水 加换热面积冷热介质分换热板片两侧流动湍流形成量换热面板片接触 通板片进行充分热传递达终换热效果冷热介质隔离通密封垫分割 者通量焊缝保证 换热板片开裂穿孔情况 冷热介质会发生混淆
第二章 列式换热器设计计算
１试算初选换热器规格
（1） 定流体通入空间 两流体均发生相变传热程水流传热系数般较易结垢选择冷水走换热器程煤油走壳程
（2）确定流体定性温度物性数选择列式换热器形式：
冷物质煤油入口温度150℃出口温度60℃
冷介质水入口温度出口温度
煤油定性温度：℃
水定性温度：℃
两流体温差：℃
两流体温差50℃(70℃)选带补偿圈固定板式列换热器
两流体定性温度物性数
物性
流体
煤油
105
825
0667
222
014
水
35
994
0728
4174
0626
(3)计算热负荷Q 煤油计算
忽略换热器热损失水流量热量衡算求
（4）计算两流体均温度差确定壳程数
逆流温差 ℃
RP通图公式
校正温度℃
选单壳程列式换热器
（5）初步选择换热器规格(初设℃)
初选固定板式换热器规格尺寸：
外壳直径D400mm 排方式——正三角形排列
长L 6m 尺寸 φ19×20mm（锈钢）
数n 164 程数2
公称压力P 400Mpa 程流通面积S 00145m2
中心距 25mm 公称面积S 578 m2
换热器实际传热面积
采换热面积换热器求换热程总传热系数：
2核算总传热系数K0
（1）计算程流传热系数
中水质量流量
水体积流量
（湍流）
：（液体加热）
(2)计算壳程流传热系数
换热器中心附排中流体流通截面积
式中 h——折流挡板间距取
煤油质量流量
煤油体积流量
煤油流速：
三角形排列
煤油壳程中流动雷诺数
范围采凯恩(Kern)法求算
液体冷 取095
（3）确定污垢热阻
（煤油）
（4）计算总传热系数（壁热阻忽略时总传热系数：）
选该换热器时求程总传热系数30305传热务规定流动条件计算出3073 选择换热器安全系数：
3计算压强降
（1）计算程压强降
前已算出
取锈钢壁粗糙度
摩擦系数图查
φ19×20mm子
(2)计算壳程压强降
子正三角形排列取F05
折流挡板间距
折流板数
面计算知﹤105该换热器程壳程压强降均满足题设求选换热器合适
第三章 换热器结构尺寸
子规格排列方法
考虑流体流速选φ19×20mm规格子国换热器系列中固定板式采正三角形排列优点：板强度高流体走短路机会少外流体扰动较流传热系数较高相壳程排列更子选择正三角形排列
二程壳程数确定
程数m式计算
式中 ——程流体适宜速度ms
——单程时流体实际速度ms
取 （参考化工原理册）
水流量 φ19×20mm 子
求
选2程单壳程中RP查温度校正系数08采单壳程
三外壳直径确定
初步设计中式计算壳体径
式中
中
方法计算壳径应圆整标准尺寸表：
壳体外径mm
325
400500600700
8009001000
11001200
壁厚mm
8
10
12
14
取400mm
四折流板形式确定
折流挡板作引导壳程流体反复改变方做错流流动加壳程流体流速湍动速度致壳程流传热系数提高
选择水圆缺形折流板切弓形高度外壳径250（圆缺率范围般15~45）：
折流板间距允许压力损失范围希般推荐折流板间隔值壳径15者50mm折流板间距取h150mm
折流板支撑间距表示：
换热外径（mm）
14
16
19
25
32
38
支撑间距(mm)
1100
1300
1500
1850
2200
2500
折流板厚度表出：(参考文献：化工设备设计手册 朱庭曲文海编)
公称直径DN（mm）
换热支撑跨距
<300
300~600
600~900
900~1200
1200~1500
1500
折流板厚度(mm)
<400
3
4
5
8
10
10
400~700
4
5
6
10
10
12
700~900
5
6
8
10
12
16
900~1500
6
8
10
12
16
16
取值10mm
五附件尺寸设计
（1）封头 封头方形圆形两种方形直径（般400mm）壳体圆形直径壳体壳径400mm选圆形封
（2）缓挡板 防止进口流体直接击束造成子侵蚀束振动流体束均匀分布作
（3）放气孔排液孔 换热器壳体常安放气孔排液孔排凝气体冷凝液等
（4）接 换热器中流体进出口接直径式计算
式中 ——流体体积流量
——流体接中流速ms
流速 验值取流体 u15~2ms 取液体流速15ms水进出口接径
煤油进出口接径
（5）假 减少程分程引起中间穿流影响设置假假表面形状两端堵死子安置分程隔板槽背面两板间穿板折流斑焊接便固定假通常隔3~4排换热安置1根
（6）拉杆定距 折流板牢固保持定位置通常采拉杆定距选择拉杆直径12mm拉杆数量4定距φ19×20mm（参考文献化工设备手册曲文海 编）
(7)膨胀节 膨胀节称补偿圈膨胀节弹性变形 减温差应力种补偿方法适两流体70℃壳方流体压强高600KPa情况
换热器膨胀节般分带衬筒膨胀节带衬筒膨胀节根换热器壳侧介质膨胀节通常减膨胀节介质流动阻力常带衬筒膨胀节衬筒应介质流动方侧壳焊接卧式换热器膨胀节底部应采带螺塞结构样便排液
第五章 工艺设计计算结果汇总表
工艺设计计算结果汇总表
参数 数
煤油流量kgh
18000
水流量kgh
86148
实际传热面积S㎡
1075
求程总传热系数W（㎡℃）
290
总传热系数W（㎡℃）
29291
安全系数
14
程压强降Pa
壳程压强降Pa
参数 数
壳径Dmm
400
公称压强Mp
400
公称面积S㎡
578
程数Np
2
子尺寸mm
φ19×20mm
长m
6
子总数n
164
子排列方法
正三角形
心距mm
25
折流板数
39
板间距mm
150
弓高mm
60
拉杆直径mm
12
拉杆数量
4
参考文献
[1]化工原理（册）修订版夏清 陈常贵 编天津天津学出版2005
[2]化工设备设计手册 潘国昌郭庆丰编北京清华学出版社1988
[3] 化工流体流动传热张国亮 编北京化学工业出版社1992
[4] 化工工艺制图周军 揭嘉 编北京化学工业出版社2003
[5] 中国石化集团海工程限公司 编化工工艺设计手册
（第三版）北京化学工业出版社1987
[6] 柴诚敬 王军 张缨 编 化工原理课程设计天津 天津科学技术出版社2005
[7] 化工工艺算图手册刘光启 马连湘 编 北京 化学工业出版社1990
[8] 化工工程设计韩冬冰 李叙凤 编北京学苑出版社2000
[9] 工程制图朱泗芳 徐绍军 编 北京高等教育出版社2002
[10] AutoCAD2002应教程刘苏 编著北京科学出版社2003
[11] 化工设备机械设计基础潘永亮 刘玉良 编北京科学出版社1991
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