管壳式换热器设计-课程设计.pptx

管壳式换热器设计-课程设计

课程介绍与背景

管壳式换热器基本结构与工作原理

设计参数与性能要求

热力计算与优化设计方法

制造加工与安装调试技术要点

实验验证与性能评估方法

课程总结与展望

contents

目

录

01

课程介绍与背景

掌握管壳式换热器的基本原理和设计方法，培养学生具备独立进行换热器设计的能力。

通过课程设计实践，使学生能够将理论知识应用于实际工程问题，提高学生的工程实践能力和创新能力。

加深学生对换热器在工业生产中重要性的认识，为学生未来从事相关领域工作打下坚实基础。

换热器定义

换热器是一种将热量从一种流体传递给另一种流体的设备，广泛应用于化工、石油、动力、食品等工业部门。

换热器分类

根据传热原理的不同，换热器可分为间壁式、混合式和蓄热式三类。其中间壁式换热器应用最为广泛，而管壳式换热器是间壁式换热器的一种重要形式。

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管壳式换热器基本结构与工作原理

进出口接管

连接外部管道，实现流体的进出。

折流板

安装在壳体内，用于改变流体流动方向，提高换热效率。

管板

连接换热管与壳体的部件，起到支撑和固定换热管的作用。

壳体

容纳换热管束和提供流体通道的主体部分，通常由圆筒形或方形外壳构成。

换热管束

由多根平行排列的换热管组成，用于实现两种流体之间的热量交换。

管壳式换热器利用两种不同温度的流体在换热管内、外流动，通过管壁进行热量交换，达到加热或冷却的目的。

工作原理

热流体从进口接管进入壳体，在折流板的引导下呈曲折流动，与换热管内的冷流体进行热量交换后从出口接管流出；冷流体则从换热管的一端进入，在管内流动过程中吸收热量后从另一端流出。

工作流程

实现热量交换的核心部件，其材料、直径和壁厚等参数直接影响换热器的性能和使用寿命。

换热管

连接换热管与壳体的关键部件，需要具备足够的强度和密封性能，以防止流体泄漏。

管板

改变流体流动方向，提高换热效率的重要部件。其形状、数量和安装位置等参数需要根据具体的设计要求进行选择和优化。

折流板

连接外部管道的关键部件，需要具备足够的强度和密封性能，以确保流体的顺畅进出和防止泄漏。

进出口接管

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设计参数与性能要求

根据工艺条件和操作要求，选择适合的管壳式换热器类型，如固定管板式、浮头式、U形管式等。

换热器类型

获取冷热流体的密度、粘度、比热容等物性参数，以便进行流动和传热计算。

流体物性

根据工艺条件确定设计压力和设计温度，考虑一定的安全裕度。

设计压力与温度

根据热负荷、冷热流体的进出口温度和传热系数，计算所需的换热面积。

换热面积

传热效率

压力降

密封性能

耐腐蚀性

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保证换热器具有高的传热效率，降低能量消耗。

控制流体通过换热器的压力降在允许范围内，以保证工艺流程的稳定性。

确保换热器具有良好的密封性能，防止泄漏现象发生。

根据流体性质选择合适的材料，确保换热器具有良好的耐腐蚀性。

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热力计算与优化设计方法

热力计算基本步骤

确定热负荷、选择工质、确定进出口温度、计算传热面积、确定换热器结构参数。

传热公式推导

基于传热学基本原理，推导管壳式换热器的传热公式，包括总传热系数、传热面积、热流量等关键参数的计算。

热力性能评估

通过计算换热器效率、压力损失等参数，评估其热力性能是否满足设计要求。

以提高换热器效率、降低成本、减小体积等为优化目标，进行结构参数和运行参数的优化设计。

优化设计目标

介绍常用的优化方法，如遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等，并分析其在管壳式换热器优化设计中的应用。

优化方法论述

针对多个优化目标，采用多目标优化策略，如加权法、约束法、目标规划法等，实现综合性能最优。

多目标优化策略

案例二

高温高压管壳式换热器优化设计。针对高温高压工况下的特殊需求，采用先进的材料选择和强度设计方法，确保了换热器的安全可靠运行。

案例一

某型管壳式换热器优化设计。通过改进折流板结构、优化管束排列方式等措施，提高了传热效率，降低了压力损失，实现了良好的经济效益。

案例三

紧凑型管壳式换热器优化设计。通过采用高效传热元件、减小壳程直径等措施，实现了换热器的紧凑化设计，降低了制造成本和占地面积。

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制造加工与安装调试技术要点

材料准备

根据设计要求选择合适的材料，并进行材料检验和预处理。

安装前准备

检查管壳式换热器的各项参数和接口尺寸，确保与安装环境相匹配。

安装过程

按照安装图纸和说明书，将管壳式换热器安装在指定位置，并进行必要的固定和调整。

调试运行

在安装完成后，进行管壳式换热器的调试运行，包括检查泄漏、测量温度、调整流量等，确保设备正常运行。

注意事项

在安装和调试过程中，应注意安全操作，避免发生意外事故。同时，要关注设备的运行状态和参数变化，及时发现问题并处理。

定期检查

清洗保养

更换易