度受一定限制，直径也不宜过大。
1.3 管壳式换热器特殊结构
包括有双壳程结构、螺旋折流板、双管板等特殊结构，这些结构将使换热器拥有更高的工作效率。
(1) 双壳程结构：在换热器管束中间设置纵向隔板，隔板与壳体内壁用密封片阻挡物流内漏，形成双壳程结构。适用场合：①管程流量大壳程流量小时，采用此结构流速可提高一倍，给热系数提高1～1.2倍；②冷热流体温度交叉时，但壳程换热器需要两台以上才能实现传热，用一台双壳程换热器不仅可以实现传热，而且可以得到较大的传热温差。
(2) 螺旋折流板式换热器：螺旋折流板可以防止死区和返混，压降较小。物流通过这种结构换热器时存在明显的径向变化，故不适用于有高热效率要求的场合。
(3) 双管板结构：在普通结构的管板处增加一个管板，形成的双管板结构用于收集泄漏介质，防止两程介质混合。
1.4 换热管简介
换热管是管壳式换热器的传热元件，采用高效传热元件是改进换热器传热性能最直接有效的方法。国内已使用的新效的换热管有以下几种：
(1) 螺纹管：又称低翅片管，用光管轧制而成，适用于管外热阻为管内热阻1.5倍以上的单相流及渣油、蜡油等粘度大、腐蚀易结垢物料的换热。
(2) T形翅片管：用于管外沸腾时，可有效降低物料泡核点，沸腾给热系数提高1.6～3.3倍，是蒸发器、重沸器的理想用管。
(3) 表面多孔管：该管为光管表面形成一层多孔性金属敷层，该敷层上密布的小孔能形成许多汽化中心，强化沸腾传热。
(4) 螺旋槽纹管：可强化管内物流间的传热，物料在管内靠近管壁部分流体顺槽旋流，
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另一部分流体呈轴向涡流，前一种流动有利于减薄边界层，后一种流动分离边界层并增强流体扰动，传热系数提高1.3～1.7倍，但阻力降增加1.7～2.5倍。
(5)波纹管：为挤压成型的不锈钢薄壁波纹管，管内、管外都有强化传热的作用，但波纹管换热器承压能力不高，管心距大而排管少，壳程短而不易控制。
管壳式换热器的应用已经有悠久的历史，而且管壳式换热器被当作一中传统的标准的换热设备在很多工业部门中大量使用。尤其在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中，管壳式换热器仍处于主导地位，因此本次毕业设计特针对这类换热器中的浮头式换热器的工艺设计以及结构设计进行介绍。
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2 工艺计算
在换热器设计中，首先应根据工艺要求选择适用的类型，然后计算换热所需要的传热面积。工艺设计中包括了热力设计以及流动设计，其具体运算如下所述：
2.1 设计条件
表2-1 泥浆的部分参数表
参数 密度(ρs) 动力粘度(μ) 比热(c) 导热系数(λ)
单位 kg/m mPa s kJ/kg K W/m K
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40℃ 1057 16 3.841 0.655
100℃ 1057 15 3.882 0.698
基本参数：热侧：进口25tons/h，进口温度100℃；出口40℃。冷侧：进口≥5tons/h，温度20℃；要求出口5tons/h部分加热至约85℃，另一部分流量和温度没做要求。 根据设计要求，经过查阅资料，我决定将此次设计为三组换热器。第一级：冷测流体由10℃(考虑极限情况下，冬季冷侧水温为10℃，此时可以满足设计要求)升温至85℃，此部分水可以用来做饭等，设计流量为5tons/h； 第二级：冷侧水入口温度仍为10℃，出口温度为75℃，此部分水可以用来供暖等；第三级：泥浆的出口温度应降为40℃ ，此时设计水侧出口温度为45℃，此部分水可以直接用来洗澡
2.2第一级 热力计算
热侧：进口温度100，流量为25tons/h；冷侧：进口温度为10，进口流量为5tons/h，出口温度为85。
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2.2.1估算换热量
选择被冷却的泥浆走管程，被加热的水走壳程。这是因为：其一：经计算知水的表面传热系数远远大于泥浆的，水走壳程完全可以满足换热的需要；其二：传热系数大的水走管程，这样可降低管壁的温差，减少散热损失，同时还可以减少热应力；其三：壳程里面有折流板，管束等易于形成死角，不利于清洗，如果泥浆走管程则，只用用水泵就可以方便的清洗管束内部。
水的物性参数:入口温度为10，出口为85，平均温度为47.5。用内插法求得，水的平均密度；动力粘度；比热；导热系数；。
2.2.2 计算换热器换热面积
(1) 传热计算（热负荷计算）
热负荷： (2-1)
式中：——冷热流体的质量流量，kg/s；
,——冷热流体的定压比热，J/(kg2k)； ——冷流体的进、出口温度，k；
——热流体的进、出口温度k
对于水有：
对于泥浆而言由于其降温较少，参数变化不是太大，因此可以
先用100时的物性参数进行估算有：
可解得：
考虑传热损失其圆整为。
此时，泥浆的平均温度为91.5，用内插法可求得泥浆的物性参
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壳程: 水 管程:泥浆
水的物性参数:
数为：密度 ； 动力粘度 ；比热容；导热系数 因此，泥浆的换热量:
(2) 有效平均温差的计算
选取逆流流向，这是因为逆流比顺流的传热效率高。其中为较小的温度差，为较大的温度差。
因为，故采用对数平均温度差，则 （2-2）
泥浆的物性参数：
2.2.3 总传热系数的计算
管壳式换热换热器面积是以传热管外表面为基准，则在利用关联式计算总传热系数也应以管外表面积为基准，因此总传热系数K的计算公式如下：
（2-3）
式中：K——总传热系数，W/（㎡﹒K）；
、——分别为管程和壳程流体的传热膜系数，W/（㎡﹒K）； 、——分别为管程和壳程的污垢热阻，㎡2K/w； 、、——分别是传热管内径、外径及平均直径，m； ——传热管壁材料导热系数，W/（㎡﹒K）； 传热管壁厚，m。 1) 管程流体传热膜系数 其计算过程如下： 设计流速 ； (2-4)
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