第5章 热交换设备系列绘制 ▪ 本章导引 ▪ 列管式热交换器的设计基础 ▪ 无相变热交换器绘制 ▪ 本章重点知识分析.

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1 第5章 热交换设备系列绘制 ▪ 本章导引 ▪ 列管式热交换器的设计基础 ▪ 无相变热交换器绘制 ▪ 本章重点知识分析

2 本章导引 热交换设备，顾名思义就是用来进行热量交换的设备，而这个热量的概念是一个广义的概念，也包括冷量。因为站在不同的角度，热量和冷量这个概念是可以相互转化的。 根据热量交换的形式不同，热交换设备可以分为间壁式换热器、混合式换热器以及蓄热式换热器。间壁式换热器在其热量交换过程中需要通过某一个介质壁，这个介质壁使用最多的是金属，也有使用非金属材料的，两个需要互相交换热量的流体通过这个介质壁交换热量，而两个流体之间并不直接接触。常见的间壁式换热设备有管壳式换热器和板面式换热器两类，化工企业中应用最广泛的列管式换热器是属于间壁式换热设备的一种。混合式换热器是两种需要交换热量的流体直接混合接触，使两者温度趋于相同，如冷水塔，用冷水直接喷淋需要冷却的气体。蓄热式换热器是利用一种蓄热介质，使需要交换热量的流体交替流过蓄热介质，从而达到交换热量的目的，利用蓄热器可回收高温炉气中的热能，也可用于太阳能的回收利用。 根据交换热量的目的不同，换热设备可以分为加热器、蒸发器、再沸器、冷凝器、冷却器。加热器、蒸发器、再沸器交换热量的目的是使我们的目标物体温度提高或由液态变成气态，如加热器的目的是使目标物体温度提高，蒸发器的目的是使目标物体由液体变成气体，该三种换热设备均需由公用工程提供热量给目标物体；而冷凝器、冷却器交换热量的目的是使目标物体的温度降低或由气态变成液态，这两种换热设备均需由公用工程提供冷量给目标物体。

3 本章导引 换热设备是化工、轻工、炼油等企业中普遍应用的典型化工设备。在一般的化工厂换热设备的费用约占总设备费用的10%~20%，而在炼油企业则占到总费用的35%~40%。换热设备在原子能、动力、食品、冶金、交通、家电、环保等行业或部门都有着广泛的应用，因此在工艺设计计算的基础上，学会用计算机正确地绘制换热设备具有十分重要的意义。 本章主要介绍化工和炼油企业中最常用的列管式换热器的绘制。列管式热交换器主要由换热管束、壳体、管箱、分程隔板、支座、接管等组成，而换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管一般为普通光管，但也可采用各种强化管，如带翅片的翅片管、螺旋槽管、横纹管、多孔表面管等各种强化管。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。分程隔板可将管程及壳程介质分成多程，以满足工艺需要。列管式换热器常采用的材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。 根据列管式换热器的主要组成部分可知，其大部分元器件的绘制我们已在前面的章节中介绍过，如壳体相当于容器中的筒体（包括壳体的法兰）、支座、接管、管箱（相当于各种封头）等，因此对于这部分内容的绘制，我们在具体的介绍过程中不再对所有的命令进行解释，只在绘制前先说明这些器件的规格及具体绘制尺寸的大小，当然其空间位置的确定还是会解释说明的。对于一些新出现的器件，我们会详细解释说明，希望读者在学习本章的过程中引起注意。

4 本章目录 列管式热换器的设计基础

5 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器的分类 列管式热交换器关键尺寸的计算 列管式热交换器的一些标准及规范 列管式热交换器设计实例

6 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器的分类
根据前面的介绍，列管式热交换器是属于间壁式管壳类的换热器，根据管束、管板、壳体、管箱等不同结构，又可以分为以下5种不同的结构形式。 ⑴固定管板式热交换器 该热交换器的两端管板采用焊接方法与壳体固定连接。换热管可为光管或低翅管。其结构简单，制造成本低，能得到较小的壳体内径，管程可分成多程，壳程也可用纵向隔板分成多程，规格范围广，故在工程中广泛应用。 该换热器壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对于较脏或对材料有腐蚀性的介质不能走壳程。壳体与换热管温差应力较大，当温差应力很大时，可以设置单波或多波膨胀节减小温差应力。 ⑵浮头式热交换器 该换热器一端管板与壳体固定，而另一端的管板可以在壳体内自由浮动。壳体和管束对热膨胀是自由的，故当两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不会产生温差应力。浮头端设计成可拆结构，使管束可以容易地插入或抽出，这给检修和清洗提供了方便。这种形式的热交换器特别适用于壳体与换热管温差应力较大，而且要求壳程与管程都要进行清洗的工况。 浮头式热交换器结构复杂，价格较贵，而且浮头端小盖在操作时无法知道泄漏情况，所以装配时一定要注意密封性能。 列管式热交换器的分类

7 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器的分类 ⑶U形管式热交换器
⑷填料函式热交换器 该换热器的浮头部分伸在壳体之外，换热管束可以自由滑动，浮头和壳体之间填料密封。对于一些壳体与管束温差较大，腐蚀严重而需经常更换管束的热交换器，可采用填料函式热交换器。它具有浮头热交换器的优点，又克服了固定管板式热交换器的缺点，结构简单，制造方便，易于检修清洗。 填料函式热交换器不适宜在高温、高压条件下使用，同时对壳程介质也有限制，对易挥发、易燃、易爆、有毒等介质不宜走壳程。 列管式热交换器的分类

8 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器的分类 ⑸异形壳体翅片管热交换器
该换热器的壳体可为方箱形、椭圆型、C形，甚至可以是裸露的，其换热管为带翅片的翅片管。换热管可根据需要排成为单排或多排换热管。翅片材料可采用碳钢、不锈钢、铝或铜材等。翅片的翅高、翅距和翅片厚度可根据实际工况而定。这种形式的热交换器因为采用了翅片管，可大大强化传热面积，所以特别适用于给热系数较低的流体。壳程流通面积可设计较大，流动阻力较小，所以对于压力较低和对压力降要求较小的流体特别适用。在实际生产中，常常用这种热交换器来加热或冷却低压空气，如各种空调系统的蒸发器和冷凝器均可认为是此类的换热器。 20世纪80年代以来，热交换器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型、高效热交换器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，随着能源的日趋紧张、全球气候变暖、环境保护要求的提高都对开发新型高效热交换器提出了越来越高的要求。国内外各研究机构对强化传热元器件及传热模式正在进行不断深入的研究，不断推陈出新，各种新型的传热元器件如表面多孔管、螺旋槽管、波纹管、纵横管以及各种新型换热器形式如板片传热器、板式热交换器、板壳式热交换器、螺纹管热交换器、折流管热交换器、外导流筒热交换器等不断推出市场，相信随着科技的发展，热交换器将朝着传热性能好、节能、增效的方向不断发展。 列管式热交换器的分类

9 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算 ⑴换热面积的计算
换热面积是换热器的一个主要特性指标，也是计算其它关键尺寸的基础。对于一个已知的换热器，其换热面积A可简单地利用所有传热管的面积和来代替，即： （5-1） 其中n为传热管数目，d为传热管外径（也可以是内径或中径，只要和传热面积对应即可），L为传热管有效长度。在设计阶段，我们是不知道具体换热器的有关尺寸的，其换热面积也无法通过式（5-1）求得。但是，我们知道该换热器需要完成的任务：将某一流量为G的目标流体从温度T1变成T2。要完成这个任务，我们将采用流量为W的公用工程流体，从温度t1变成温度t2，从而完成前面的任务。在完成这个任务中，需要一个传热面积，这个传热面积的大小，就是我们所需要设计的换热器的面积，该面积可以通过热负荷和传热速率方程来求取。 对目标流体传热负荷方程有（假定目标流体的温度升高）： （5-2） 对公用工程流体： （5-3） 列管式热交换器关键尺寸的计算

10 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算 如果忽略传递过程中的热量损失及换热器外壳的热量损失，根据能量守恒可知： 。
如果忽略传递过程中的热量损失及换热器外壳的热量损失，根据能量守恒可知： 。 总传热方程： （5-4） 其中：Q为传热速率，其值等于 或 ，K为总传热系数，在一般计算中，可根据目标流体及公用工程流体和拟选用的换热器形式确定。在较精确的计算中，通过上面初步确定的K的基础上，计算出传热面积，再通过传热面积来校核总传热系数，关于这方面的详细介绍，请参看有关换热器设计的书籍。A为总传热面积， 为平均温差。 Q值可由式（5-2）求得，平均温差的计算公式为： 列管式热交换器关键尺寸的计算 所以，可以得到传热面积A（以逆流为例） （5-5）

11 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算 ⑵管径、管长及管子数的确定
确定了换热器的传热面积后，换热器中传热管的管径d、管长L、管子数n就受到式（5-1）的约束，但一个方程，三个变量，其自由度为2，仍无法确定该3个变量的具体大小。一般情况下，我们首先通过确定管子内的适宜流速u及管子内径di来确定管子数目n，其计算公式如下： （5-6） 其中V是管程流体的体积流量，单位为 。显然，若要通过式（5-6）求取换热器管子数目，必须首先解决两个问题，一是管内适宜流速的选定，二是管子内径的确定。对于这两个变量，我们通常有一些常用的取值规定，对于流速而言，适宜的流速范围见表5-1。

12 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算
列管式换热器管子的适宜流速利用表5-1中管程流速的数据选定后（需注意如果流体的黏度较大，适宜的流速应取表5-1中接近下限值，如液体的黏度大于1500mPa·s时，管程的适宜流速应取0.6m/s），还需确定管子内径，才能确定管子数目。而常用的管子规格有φ16mm×1.5mm、φ19mm×2mm、φ25mm×2.5mm、φ38mm×3mm，其中最常用的是φ19mm×2mm、φ25mm×2.5mm，我们应该根据实际情况，选择上面其中管子中的一种。一般来说，小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可以排更多的管子，相对于大管径而言，单位传热面积的金属耗量更少，单位体积的传热面积更大。所以，在管程接垢不严重以及允许压力降较高的情况下，通常采用φ16mm×1.5mm、φ19mm×2mm的管子。如果管程走的是易结垢的流体，则应选择较大直径的管子，对于直接火焰加热时，则采用76mm的管径。 确定了管径和适宜管内流速后，利用式（5-6）就可以确定管子数目，根据管子数目、管径及换热面积，利用式（5-1）就可以求得管子得长度L=A/πnd，但实际上换热器管子的长度常常取标准值，常用的标准管子有1.5m、2m、3m、6m等，一般根据计算的管子长度，结合标准管子的长度，选定一个合理的标准长度，同时通过管程数的改变来保证换热器结构合理。关于管程的问题在下面确定壳体直径时加以讨论。 列管式热交换器关键尺寸的计算

13 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算 ⑶管心距、壳体直径及壳体厚度的确定
确定了管长、管径、管子数等参数后，接下来尚需进一步确定管心距t，壳体直径D、壳体厚度S等参数，以便确定换热器的具体结构。 已知了管子数目及管子的直径，就可以按一定的规律将管子在某一直径的圆的管板内排列起来，而该圆的大小不仅跟管子数目、管子直径有关，同时也和管子的排列方式、管子和管子之间的距离即管心距有关。管子在管板上的排列方式常用的有正三角形错列、正三角形直列、同心圆排列、正方形直列、正方形错列等5种，见图5-1。 列管式热交换器关键尺寸的计算 正三角形错列 正三角形直列 同心圆排列 正方形直列 正方形错列 图 种管子排列方式

14 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算
正三角形错排是最为普遍的一种排列方式，因为该种排列方式可在相同的管板面积上排列最多的管子，但管外不易采用机械清洗。而正方形排列则适宜于采用管外机械清洗。在小直径的换热器中，同心圆排列比正三角形排列所能排列的管子数要多，具体情况可参见表5-2。 列管式热交换器关键尺寸的计算 表5-2 不同排列方式的管子数比较 排列层数 1 2 3 4 5 6 7 正三角形排列管子数 19 37 61 91 127 187 同心圆排列管子数 62 93 130 173 由表5-2可知，当排列层数小于等于6层时，同心圆排列的管子数大于等于正三角形排列的管子数，当排列层数大于6以后，正三角形排列的管子数就开始多于同心圆排列。需要注意的是当排列层数大于6以后，正三角形排列除按标准的层数排列外，还需在最外层的管子和壳体之间的弓形排上的管子数。

15 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算
确定了管子的排列方式后，就需要确定管心距，以便进一步确定壳体直径。管心距是管板上两管子中心之间的距离。管心距的大小和管板强度、管外清洗方式、管子的固定方式有关，一般情况下，管心距的大小可采用表5-3中所给的数据。 表 各种情况下的管心距数据 管子固定方法等 焊接法 胀接法 小直径管子 最外层管心距壳体内表面距离 两管之间有搁板槽时 d/mm 管心距t 1.25d 1.30~1.50d ≥d+10mm ≥0.5d+10mm 19 25 38 44 57 有了管心距的数据以及前面已经得到的数据，我们就可以确定壳体的内径，壳体的内径应等于或大于（对浮头式换热器而言）管板的直径，所以可以通过确定管板的直径来确定壳体的内径。

16 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算
除了可以利用前面已知的数据，通过作图法得到外，在初步设计时，可用下式来计算壳体内径Di。 (5-7) 式中 Di——壳体内径，mm； t——管心距，mm，选用数据见表5-3； nc——横过管束中心线的管子数，管子正三角形排列其值取 ，管子正方形排列其值取 ； e——管束中心线上最外层管中心到壳体内壁的距离，一般e=（1~1.5）d； d——管子的外径，mm； n——换热器的总管数。 利用式（5-7）得到的壳体内径，一般应将其圆整到常用的标准尺寸。换热器筒体内径的常用标准尺寸在400mm以后，以100mm为单位递增，有400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm、1100mm、1200mm、1300mm等。在小于400mm之间有325mm、273mm、159mm。对于一些特殊场合使用的换热器，其壳体尺寸可根据实际情况选取，但带来的问题是有关管板、法兰等一些配件将没有标准件可选用，需重新设计加工，故在大多数情况下，都应选择标准的筒体内径，以便于加工配套。 列管式热交换器关键尺寸的计算

17 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算
通过前面的计算，我们得到了管子的长度和筒体的内径，而这两个数据是否合理，一般可以将管子长度和筒体内径的比值 作为一个判断标准，对卧式设备而言， 的值取为6~10，对立式设备而言， 的值取为4~6。如果值小于上述值时，则需增加管子的长度，这时，可能会适当减少管子数，以保证总换热面积不变，但也可能只增加管子长度，而不减少管子数目，使换热器具有更多的换热面积；如果值大于上述值时，则需增加管子的数目，因为增加管子的数目，可以使壳体直径增大。但是，管子数目的增加，会影响管内流速，进而影响传热性能，故一般采用对管束的分程方法。该方法是在换热器的一端或两端的管箱中分别安置一定数量的隔板，并且保证每程中的管子数大致相等。出于制造、安装和操作等因素的考虑，通常采用偶数管程，管程数不宜太多，常见1、2、4、6管程的隔板设置形式及流动顺序如下。 列管式热交换器关键尺寸的计算 管程数 流动顺序 1 2 3 4 管箱隔板 介质返回侧隔板 1 2 3 4 2 3 6 5 4 2 1 6 5

18 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算
换热器壳体壁厚的计算公式和第4章中容器壁厚的计算公式相仿，考虑到换热器一般为内压容器，其壁厚的计算公式如下： （5-8） 式中 S——为壳体厚度，mm； p——为操作时可能的最大压力，Pa； ——材料在操作温度范围内的许用应力，Pa； ——焊缝系数，单面焊取0.65，双面焊取0.85； C——腐蚀裕量，可根据壳体材料及介质腐蚀性质在1~8mm之间选择； Di——壳体内径，mm。

19 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器关键尺寸的计算 ⑷折流板大小及间距的确定
在列管式换热器壳层安装折流板，不仅可以提高壳程流速，增加流体湍动，改善壳层侧传热，同时在卧式换热器中还可以起到支撑管束的作用。常用的折流板有弓形折流板、圆环-圆盘形折流板两类。其中弓形折流板又可以分为单弓形、双弓形及三重弓形等几种。在实际应用中，单弓形折流板是应用最多的一种，其常见结构有下面3种，其中弓形缺口的高度为壳体内径的15%~45%，一般为20%。弓形的直径略小于壳体的内径，当然，从传热的角度出发，两者之间的尺寸越接近越好，但两者间隙过小，会给制造和安装带来困难，故一般应保留一定的间隙。图5-2(b)是用于卧式冷凝器的折流板，底部有一90°缺口，高度为15~20mm，供停工排除残液用。而图5-2(c)具有带堰的单弓折流板用于某些特殊场合的冷凝器，该冷凝器需要在壳体中保留一部分过冷凝液，使冷凝液泵具有正的吸入压头，其堰的高度可取弓形折流板直径的25%~30%。折流板的安装固定需要利用长拉杆通过焊接或定距管来保持管板之间的距离，关于折流板和拉杆、定距管之间的安装图将在具体图纸绘制中加以详细讲解。折流板的厚度及其折流板之间的间距和换热器的功用、壳层流体的流量及黏度有关，常用的折流板间距有100mm、150mm、200mm、300mm、450mm、600mm、800mm、1000mm等，常用的折流板厚度和间距及公称直径的关系见下表。 列管式热交换器关键尺寸的计算

20 列管式热换器的设计基础

21 常见固定管板的厚度与壳体的公称直径及公称压力之间的关系可参考表5-6中的数据，在一般的设计中也可采用该表中的管板厚度数据。
列管式热换器的设计基础 列管式热交换器的一些标准及规范 ⑴关于最小管板厚度 管板是一个密布管孔的圆形平板，管板厚度的计算十分复杂，其厚度与管板上的开孔数、孔径、孔的分布形式及管子和管板的连接方式有关，一般均采用计算机计算。对于胀接的管板，考虑到胀接的刚度，对最小厚度有一定要求，其最小厚度可参见表5-5。考虑到腐蚀裕量、接头松脱、泄露和引起振动等因素，管板的最小厚度应大于20mm。 常见固定管板的厚度与壳体的公称直径及公称压力之间的关系可参考表5-6中的数据，在一般的设计中也可采用该表中的管板厚度数据。

22 列管式热换器的设计基础 ⑵关于管板和管子的连接
管板和换热管子常有3种连接方式，分别是胀接、焊接、胀焊并用。但不管采用哪种连接方式，都必须满足两个基本条件：一是有良好的密封性，使管程和壳程流体不互相串流；二是有足够的结合力，避免管子从管板中拉脱。 胀接是用胀管器将管板孔中的管子强行胀大，利用管子的塑性变形来达到密封和压紧的一种机械连接方式，管子胀接前后的比较示意图见图5-4。由于胀接利用的是一种残余应力，该应力会随着温度的升高而降低，故胀接不适用于温度大于300℃、设计压力大于4MPa的场合。对于外径小于14mm的管子，由于管子太小，一般也不采用胀接的方法。 图 管子胀接前后示意图

23 列管式热换器的设计基础 采用胀接方法连接管板和管子时，管板的硬度应大于管子的硬度，以保证在胀接时，管子发生塑性变形时，管板仅发生弹性变形；管子材料一般选用10、20优质碳钢，管板采用25、35、Q225或低合金钢16Mn、Cr5Mo等。 焊接就将管子直接焊接在管板上，它有多种不同的焊接方式，分别适用于不同的场合，见图5-5。图5-5（a）中的结构可以减少管口处的流体阻力或避免立式换热器在管板上方的滞留液体；为了防止焊接时熔融的金属堵住小直径管子的管口，可采图5-5（d）的结构，对于易产生热裂纹的材料，宜采用图5-5（c）的结构。一般常采用图5-5（b）的焊接方式。 图 四种不同的管子焊接方式

24 列管式热换器的设计基础 焊接和胀接相比，其气密性和强度均有提高，但当管子破漏需要拆卸更换时，焊接比胀接更困难，故对于焊接的管子，当发生破漏时，一般将管子堵死。由图5-5可见，单纯的焊接会在管子和孔板之间形成环隙，为了减少间隙腐蚀，提高连接强度，改善连接的气密性，可采用胀焊并用的连接方式。 胀焊并用是目前使用比较广泛的一种连接方式，根据对胀、焊所起的作用不同，可分为强度胀加密封焊和强度焊加贴胀两种。所谓强度胀加密封焊就是胀接是为了承受管子在载荷，保证连接处的密封，而焊接仅仅起辅助性的密封作用。而所谓强度焊加贴胀就是用焊接保证强度和密封，用胀接消除换热管与管板空间的环隙，以防产生间隙腐蚀并增加抗疲劳破坏能力。 ⑶关于管板和壳体的连接 管板和壳体的连接方式与换热器的类型有关，在固定管板式换热器中，管板和壳体的连接均采用焊接。由于管板有兼作法兰和不兼作法兰两种，兼作法兰的管板与筒体的连接方式常见的有图5-6中的两种。其中第一种在管板上开槽，壳体嵌入后进行焊接，施工容易，使用于压力不高、物料不易燃、易爆、有毒的场合。而第二种则可用于高压的场合。不兼作法兰的管板可直接与壳体及管箱焊接，但也有图5-7所示的几种不同焊接方式，具体采用哪种焊接方式，需根据壳体直径、管板厚度、管壳程之间的压力差异等因素加以选择。

25 列管式热换器的设计基础 （a）低压时 （b）高压时 （a）壳径较小时 （b）壳体厚度和管箱厚度不同时径较小时 （c）管板厚度较大时

26 列管式热换器的设计基础 ⑷关于管、壳程流体的确定
由于管程和壳层的清洗难易程度及承压能力的不同，一般将高温物流、较高压的物流、腐蚀性强的物流、较脏的物流及易结垢的物流（U形管浮头式换热器除外）、对压力降有特定要求的物流、容易析出结晶的物流安排走管程；而将黏度较大的流体、流量较小的流体、给热系数较小的流体以及蒸汽、被冷却的流体安排走壳层。上面的安排，在实际中不可能同时兼顾，对具体问题，应抓住问题的关键因素进行具体分析。例如，首先从流体的压力、腐蚀性以及清洗等方面加以考虑，然后再对压力降及给热系数方面加以校核，以便做出合理的选择。 ⑸关于公用工程流体的选择 换热器中换热的两股物流除采用两股工艺物流直接交换热量外，常用的是利用公用工程的物流或称热载体来提供或带走热量。提供热量的热载体称为加热剂，常用的加热剂有热水、饱和蒸汽、联苯混合物、水银蒸气、矿物油、甘油、熔盐、四氯联苯等；带走热量的热载体称为冷却剂，常用的冷却剂有水、盐水、液氨等。公用工程流体用用量的多少及其本身的价格，涉及到换热器的操作费用问题，所以应选择一种合适的热载体，以完成换热器的换热任务。在选择公用工程流体时或称热载体时，应从以下几方面加以考虑： ①热载体的温度易于调节； ②热载体能满足工艺上的要求，时目标物流达到冷却（加热）温度；

27 列管式热换器的设计基础 ③热载体的毒性小，对设备腐蚀性小，不易爆炸； ④热载体的饱和蒸气压小，加热过程不会分解；
⑤热载体来源广泛，价格合理。 ⑹关于换热终极温度的设定 两股物流在换热器在进行换热时，在一般情况下其中一股物流即目标物流的进出口温度是已经确定的，也就是说目标物流必须达到规定的温度，而另一股物流其温度规定的情况非常少，一般根据具体情况加以选定。不同的换热终极温度会影响换热强度及换热效率，进而影响所需的传热面积及公用工程流体的流量，对换热器的经济性产生影响。例如冷流体出口的终极温度达到热流的进口温度，这时两股流体达到了最大限度的换热，但所需的传热面积为最大，在经济上是不合理的，一般换热器两端的终极温度或两者之差应符合下面几点。 ①冷却水的出口温度不宜高于60℃，以免结垢严重，一般以40~45℃以下为宜。 ②换热器高温端的温差不小于20℃。 ③换热器低温端的温差分为三种情况：一般情况下的两种工艺流体换热，其温差不小于20℃；两种工艺流体换热后，其中一股流体尚需继续加热，则冷端温差不小于15℃；采用水或其它冷却剂冷却时，冷端温差不应小于5℃。

28 列管式热换器的设计基础 冷却或冷凝工艺物流时，冷却剂的入口温度应高于工艺物流中易结冻组分的冰点，一般高5℃。
当冷凝带有惰性气体工艺物流时，冷却剂的出口温度应低于工艺物流的露点，一般低5℃。 ⑺关于拉杆数量的确定 拉杆是用来固定折流板和支持板用的，拉杆所用的数量与换热器壳体直径和拉杆本身的直径有关，不同壳体直径换热器所需的拉杆数见表5-7。 拉杆和管板及折流板之间的连接常有两种方式，见图5-8。图5-8(a) 采用的是定距管结构，适用与换热管外径大于等于19mm的管束。图5-8(b)采用点焊结构，适用于换热管外径小于等于14mm的管束。

29 列管式热换器的设计基础 (a) （b） 图 管板-拉杆-折流板连接 拉杆布置以尽量少占用传热管位置为准则。故对于壳体直径较小的换热器，拉杆一般均匀布置在管束边缘；而对于的壳体直径大的换热器，在管束内部及靠近折流板的缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3个支承点，即3根拉杆。 ⑻关于适宜的换热器压降 流体在流过换热器时，会产生压力降，压力降应在一个合理的范围之内，否则将会对换热器的经济性能产生影响，合理的压力降可参考表5-8。

30 列管式热换器的设计基础 列管式热交换器设计实例计算 下面通过一个具体的实例，来说明列管式换热器的设计过程，并确定一些关键尺寸。 ⑴目标要求
将常压下1.5kg/s的纯苯蒸气冷凝成饱和液体排出换热器。 ⑵基本已知条件 常压下纯苯的冷凝温度为T=80.1℃； 冷凝潜热为 r=394kJ/kg； 公用公程为20℃的冷水，要求压降不超过0.01MPa。 ⑶管壳程流体确定 根据前面的一些情况，结合管、壳程流体确定的原则，蒸气一般走壳程，故本设计中纯笨蒸气走壳程，出来为饱和冷凝液，其进出口温度均为80.1℃；冷却水走管程，其进口温度为25℃。

31 列管式热换器的设计基础 ⑷终极温度及用水量确定
在本换热器设计中，由于两股流体的进出口4个温度中，已经有3个确定下来，故终极温度的确定，主要是确定冷却水的出口温度，根据前面的介绍，冷却水的出口温度一般以40~45℃以下为宜，本例考虑到纯苯的冷凝温度不高及用水量的考虑，选取其出口温度为 35℃。这样水的定性温度为30℃，此时，水的密度为约为996kg/m3，比热为4.178kJ/(kg·℃)，根据守恒原理可得冷却水量W为： 换算成体积流量V为：

32 列管式热换器的设计基础 ⑸传热面积的确定 由于两股流体的进出口温度已经确定，故其传热推动力为：
苯蒸气-水系统冷凝操作的传热系数范围为300~1000W/(m2℃)，本设 计中取传热系数K=550 W/(m2℃)，所以传热面积A为：

33 列管式热换器的设计基础 ⑹管径、适宜管速及管子数的确定
从腐蚀性、传热面积和价格等多方面因素考虑，传热管选用φ25×2.5mm的无缝钢管，此管内径为di=20mm，外径为do=25mm，管壁度为2.5mm。 综合考虑管内流动状态、压力降及单程管子数等因素，选择管内流速u=1.0m/s，根据公式 将管子数圆整为整数，取单管程管子数为46根。

34 列管式热换器的设计基础 ⑺管长、管程、壳体内径的确定 有了前面计算得到的传热面积及管子数，很容易得到管子的长度，根据式（5-1）可得：
L= A/πndo=21.25/(3.14×46×0.025)=5.88m 考虑到常用管子的长度有3m和6m，根据现在的计算值，管子长度取为6m，那么管子长度6m是否合理呢？需要通过长径比L/D的计算来判断。本设计冷凝器为卧式，合理的长径比为6~10之间，现在，长度已经有了，需要计算壳体直径。根据前面介绍，壳体直径可按下式计算： 其中：取管心距t=32mm，最外层管心距壳体内壁距离e=35mm， 。 根据常用壳径，实际可取为300mm，这时该冷凝器的长径比L/D=6/0.3=20，不符合要求，故应将管子长度缩短，管子数目增加。原管子长度取为6m，现在取为3米，双管程。为保证管内流速不变，总管子数增加到92根，此时的壳体内径的计算值为375.6mm，实际可圆整为400mm，此时的长径比L/D=3/0.4=7.5，符合实际要求，这时，冷凝器的实际计算面积为： A=92×3.14×0.025×3=21.67m2

35 列管式热换器的设计基础 ⑻选择合适换热器 根据前面的各项计算，已经初步得到冷凝换热器的基本数据，管子长度为3m，管子规格为φ25×2.5mm，壳体公称直径（内径）为400mm，换热面积为21.67m2。如果我们将这些数据和现有换热器的标准相对照，我们就会发现G 的换热器基本符合我们的要求，我们可以选择该型号的换热器作为我们的设计换热器，可省去许多有关机械设计方面的计算，该换热器的主要指标如下。 表 G 换热器主要指标 从指标上可知，该换热器共有102根管子，双管程，壳体内径为400mm，那么，在直径为400mm的圆内，如何布下102根管子呢？请参看图5-9。

36 列管式热换器的设计基础 从图中可知，管束呈对称布置，每一管程布置51根管子，除了按正常的布管外，在管板的弓形部分也布置了一定的管子。共分6层，从靠近隔板数起，第一层排11根管子，第二层排10根管子，第3层排11根管子，第4层排10根管子，第5层排7根管子，第6层排4根管子，这样共有53个根管子可排下，但其中2根管子的位置用于安装拉杆，故实际只能排51根管子。 图 管板上管子布置图 任何一个换热器图纸，管板的开孔情况均需详细绘制出来，图5-9的绘制虽说有多种方法，但我们认为采用下面的方法较简单实用： ①绘制管板上布管范围的圆（其直径为换热器壳体内径）及其两条互相垂直的中心线； ②以水平中心线为基线，偏移距离为22mm，向上作偏移线，和垂直中心线交于A点。

37 列管式热换器的设计基础 ③以垂直中心线为基线，偏移距离为32mm，向左右逐次偏移5次，共得到10条垂直线，该10条垂直线和在前面偏移得到的水平偏移相交，共有10个交点，包括前面得到的A交点，共有11个交点，该11个点就是第一管排管心的位置。 ⑤根据布管范围圆和可能管心位置的距离，确定最外层的管心位置，最后确定第一排为11根。第二排为10根，第三排为11根，第4排为10根，第5排为7根，第6排为4根，共53根，其中2根用于拉杆，实际布管51根。在此基础上，利用修剪工具，将多余的线段剪去。 ⑥利用镜像技术，绘制管板上管子布置图的下半部分，标上必要的尺寸，完成管板上管子布置图的绘制。 总之，在绘制管板上管子布置图的时候，尽量采用偏移、相对坐标、镜像及修剪等工具，加快绘制速度，读者也可以根据自己的水平，选者适合自己的绘制方法。

38 列管式热换器的设计基础 ⑼校核工作 选择了上面型号的换热器以后，还有一些校核工作要做，如传热系数的校核、压力降的校核、传热面积的安全系数等计算工作，这些不是本教材的重点，在此不再讲述，望读者参考本书所列的参考文献。

39 本章目录 无相变热交换器绘制

40 绘制前的一些准备工作 设置图层、比例及图框 画中心线 画主体结构 剖面线、焊缝线的绘制 局部视图的绘制 尺寸表注、指引线的绘制 写技术说明、绘管口表、标题栏、明细栏、技术特性表等

41 无相变热交换器绘制 绘制前的一些准备工作 本次要绘制的和在前面5.2节实例计算中相仿的换热器，所不同的是实例中是双管程，102根管子，而本次绘制的是单管程，109根管子，其它条件均一样。如图5-10所示，该换热器主要由换热器壳体、管箱筒节、封头、管板、法兰、支座、折流板、接管、折流板、拉杆及传热管等组成，在利用计算机在绘制换热器设备图前，必须对每一零件的结构尺寸有所了解，并确定它们的安装位置及表达方式。下面我们先将主要零件的结构尺寸及表达方式加以确定，以便在计算机绘制中集中精力在计算机绘制方法上而不是在有关化工设备设计的知识上。 ⑴关于壳体 壳体主要确定3个尺寸，它们分别是长度、内直径和厚度。壳体的内直径前面确定为400mm，厚度采用8mm，而长度L1需根据传热管的长度L、管板厚度b及其它一些小结构确定。管子和管板的连接方式采用焊接，管子高于管板平面为h1=3mm，管板厚度为b=40mm，管板和管子焊接处的凹槽深度也为3mm，故壳体的长度为L1=2920mm，其计算公式为L1=L-2b-2h1+2h2。壳体具体尺寸见图5-10，在具体绘制中可利用中心线偏移及打断等功能绘制最后的壳体轮廓线。

42 无相变热交换器绘制 图 壳体轮廓结构尺寸示意图 图 封头、筒节结构尺寸示意图 ⑵关于筒节 筒节和封头一起组成管箱，其内径为400mm，厚度为8mm，高度为50mm，分别和封头及容器法兰采用焊接方法连接。本绘制过程中共有两个相同筒节，其结构尺寸见图5-11。

43 无相变热交换器绘制 ⑶关于封头 封头采用标准椭圆封头，其内长轴为400mm，短轴为200mm，高度为100mm，折边高度为25mm，这样，封头总高度为125mm，厚度为8mm，它分别和筒节及接管进行焊接。本绘制过程中共有两个相同的封头，在具体绘制过程中，只要绘制其中一个，另一个可通过复制、旋转等方法得到。其结构尺寸见图5-11。 ⑷关于管板 本绘制图中的管板兼法兰，共有两个，其大小结构完全一致，设计数据在参考国家标准的基础上略有修改，管板厚度40mm，外径540mm，其它具体尺寸参见图5-12~图5-13。绘制好中心线后，主要利用偏移技术进行定位，利用相对坐标确定剩下相关点的位置，然后再配合修剪等工具就可以完成该管板的绘制。 ⑸关于容器法兰 本设计中的容器法兰和管板法兰是配套的，其厚度为30mm，外径为540mm，内径为418mm，其它数据见图5-12 ~图5-13 ，其绘制方法和在第3章中介绍的法兰绘制方法一致，需要注意的是法兰基点的确定问题。

44 无相变热交换器绘制 图 容器法兰、管板全局结构尺寸

45 无相变热交换器绘制 图 容器法兰、管板局部结构尺寸

46 无相变热交换器绘制 ⑹关于支座 支座是化工设备中经常用到的重要零件，为了便于读者查找，我们将常用的4种耳式支座尺寸列于表5-10和表5-11中，其中A、AN为短臂型及筋板较短，而B、BN为长臂型即筋板较长。A（AN）型和B（BN）的差别在于筋板的尺寸有所不同，其它底板和垫板的尺寸均相同。而筋板的尺寸除了表中所示的数据外，还有一个数据即筋板上端的宽度A（AN）型为30mm，而B（BN）型为100mm，其余均相同。为了方便表格中的文字表示，我们用h1、h2、h3来代替图中表示的δ1、δ2、δ3。图5-14是表5-10和表5-11中个参数的对应示意图。图5-15是本次所用支座型号为A1的各种参数示意图，其具体绘制方法在第3章中已有介绍，在此不再重复。 ⑺关于管板开孔 一块管板上共安排113个孔，其中4个孔用于拉杆，用于安装管子的为109个孔；另一块管板无需安装拉杆，故只需开109个孔，其开孔情况和开113个孔的一样，只不过不用开安装拉杆的4个孔。开孔间距为32mm，孔径为26mm（安装的管径为25mm），其中4个拉杆开孔直径为13mm（拉杆的直径为12mm）。管板开孔具体结构尺寸见图5-16。

47 无相变热交换器绘制

48 无相变热交换器绘制

49 无相变热交换器绘制 b2 图5-14 支座尺寸示意图

50 无相变热交换器绘制 图 A1型支座尺寸示意图

51 无相变热交换器绘制 图5-16 管板开孔结构尺寸 图5-17 折流板开孔结构尺寸

52 无相变热交换器绘制 ⑻关于折流板安装及开孔
折流板除了需要确定其本身的尺寸外还需确定其安装尺寸。折流板采用单弓形折流板，弓板直径为398mm（需略小于壳体内径，以便于安装），弓形缺口部分高度为80mm，厚度采用6mm，底部90度缺口高度为20mm，其开孔情况和管板开孔情况对应。共有8块折流板，将两管板之间的壳层分成9段，而两管板之间的总距离为管子的长度3000mm，减去两块管板的厚度80mm及管子高出管板平面部分6mm（两端），这样两管板之间的总长度度为2914mm（2914= ）。而这2914mm中还要扣除8块折流板厚度所占的长度48mm，所以，每块折流板之间实际的空间距离约为318.4mm（部包括折流板厚度）。实际安排时，为了安装及加工的方便，取以下数据；管板下端平面距第一块折流板距离为320mm，以后8块折流板之间的净间距为318mm，共有7个，最后一块折流板和下面一个管板平面之间的距离也为320mm。折流板的开孔图结构尺寸见图5-17，其安装结构尺寸图见图5-18。

53 无相变热交换器绘制 ⑼关于拉杆及传热管 拉杆采用定距管结构，共4根拉杆，其中拉杆直径为12mm，长度2634mm的3根，该3根从第一块折流板开始，长度为2310mm的一根，从第2块折流板开始，具体结构情况参见图5-18。传热管外径为25mm，厚度2.5mm，直接焊接再管板上，共109根，两端高于管板平面约3mm。 图 折流板、拉杆及定距管安装结构尺寸

54 无相变热交换器绘制 ⑽关于接管 接管的直径为89mm，管壁厚度为4.5mm，管长为100mm，所用管法兰外径外径为200mm，厚度为20mm，凸台高度为3mm，螺栓孔圆心直径为160mm，密封面外端直径为132mm，共有4根接管，规格相同，采用局部剖，法兰采用简略画法，具体结构尺寸见图5-19，有了以上的数据，就可以将接管画出来，关键是在整体图上确定基点位置。 图 接管结构尺寸

55 无相变热交换器绘制 设置图层、比例及图框 ⑴设置图层
设置图层的目的是为了后面绘制过程的方便，将不同性质的图线放在不同的图层，用不同的颜色区别之，使绘图者一目了然，但图层的设置应按需而设，一般设置10个左右图层即可，如图层设置过多，反而会引起一些麻烦。本章的换热器装配图绘制和第4章的容器装配图绘制相比，多了一个图层，即断开线图层，设置该图层的目的是为了绘制双点划线，以表示设备中间的断开。利用双点划线的断开技术，可以使装配图绘制高度或长度缩短，将整个装配图绘制在合理的图纸内，且保持布局合理美观。双点划线断开技术除了应用于本换热器中相同折流板区间的断开外，还常常用于精馏塔中相同塔节之间的断开、填料塔中相同填料段区间的断开、反应器中相同催化剂层区间的断开。本图中增加的断开线图层线宽为0.13mm，线型取为DIVIDE，各个图层的具体设置内容见图5-21。

56 无相变热交换器绘制 图 图层设置结果

57 无相变热交换器绘制 ⑵设置比例及图纸大小 根据前面的计算及草图绘制，换热器的总高达3500mm左右，但我们将通过采用断开技术，在8块折流板中只绘出4块折流板，可以将总高度控制在2000mm左右；换热器本身总宽在540mm（管板法兰外径）左右，同时考虑尚需用俯视图、其它局部放大图、尺寸表注及各图之间的空隙，其总长度也需1500左右，这样绘图范围的总宽度也将达到2040mm左右。同时，明细栏的宽度为180mm是规定的，根据以上的数据，如果我们选用A2号图纸，比例为1：5，将符合我们的绘图要求，这样，我们就选用A2号图纸，其大小为594×420，选用绘图比例为1：5。 ⑶绘制图框 根据前面的选定，图框由两个矩形组成，一个为外框，用细实线绘制，大小为594×420，线宽为0.13mm；另一个为内框，大小为574×400用粗实线绘制，粗实线和主结构图层线可在同一图层，因为线宽均为0.4mm。该图框的绘制方法完全和第4章相同，详细的绘制过程我们不再叙述（以后碰到类似情况，均采用此方法），但我们会将其绘制的思路或步骤写出来或将可采用其它的方法介绍以一下，一般也仅限于思路，因为其具体的绘制方法在前面几章中已有详细的介绍。绘制图5-22的A2图纸的图框可选用下面的方法绘制： ①在主结构线图层中，绘制长度为574，宽度为400的内框；

58 无相变热交换器绘制 ②以10作为偏移距离，以内框为偏移基准，向外偏移，得到外框，外框大小为420×594；
③选中外框，将外框的图层转换成细实线图层（关于图层置换的方法在第4章中已有介绍），完成全部图框绘制工作。 当然，图框的绘制工作可有多种方法，在第4章中也曾介绍过另一种绘制方法。我们可以将绘制好的图框单独保存起来，在我们以后的绘制过程中，根据需要调用即可。这一工作希望读者在学习本教程的过程中逐步累计，尤其对化工设计师而言更为重要，可以大大加快将来的绘制速度。 图 A2图纸的内外框示意图

59 无相变热交换器绘制 画中心线 命令: _line 指定第一点:（左上角点） 指定下一点或 指定下一点或 指定下一点或 [闭合(C)/放弃(U)]:（结束）

60 无相变热交换器绘制 命令: _line 指定第一点:（左上角点） 指定下一点或 指定下一点或

61 无相变热交换器绘制 命令:line 指定第一点:（左上角点） 指定下一点或 [放弃(U)]: @100,-200（P5点）
命令: _line 指定第一点:（P1点） 指定下一点或 指定下一点或 命令: _line 指定第一点:（P5点） 指定下一点或 指定下一点或 [放弃(U)]:（结束）

62 无相变热交换器绘制 画主体结构 ⑴封头、筒节及法兰的绘制
前面我们已经说过，本次的绘制从主视图的上面部分画器，封头是标准的椭圆型封头，其具体尺寸已在前面介绍过，关键是找到在本次绘制中的基准点。在前面中心线的工作中，我们已经为绘制本次的椭圆封头确定了基准点，图5-23中的P6点是椭圆封头的中心，P7、P8两点是椭圆封头的两个长轴点，并且根据标准椭圆封头的规定，长轴与短轴之比为2：1，则短轴为200mm，根据1：5的比例，在图纸绘制中应为40，而短轴的一半则为20。这样，根据这些条件，我们可以利用绘制椭圆弧的工具，方便地绘制出椭圆封头内轮廓线（先不要考虑各种接管及其它连接线的问题），该过程是本次绘制图的关键过程，有了这个内轮廓线作基准，后面的绘制就可以比较方便的展开了。故将该步骤的具体命令列出，并作简单解释，其命令如下： 命令: _ellipse（点击绘制椭圆弧工具，后面两行由电脑自动生成） 指定椭圆的轴端点或 [圆弧(A)/中心点(C)]: _a 指定椭圆弧的轴端点或 [中心点(C)]: c 指定椭圆弧的中心点:（点击图5-23中的P6） 指定轴的端点:（点击图5-23中的P7） 指定另一条半轴长度或 [旋转(R)]: 20（半短轴长度为100mm） 指定起始角度或 [参数(P)]: 0

63 无相变热交换器绘制 指定终止角度或 [参数(P)/包含角度(I)]: 180（完成半个椭圆的绘制，后面是绘制椭圆的直边段和筒节，筒节和直边段先一起画好，在绘制焊缝时再通过修剪、打断等工具加以调整） 命令: _line 指定第一点:（点击图5-23中的P7点） 指定下一点或 指定下一点或 指定下一点或 [放弃(U)]:（点击图5-23中的P8点。） 指定下一点或 [闭合(C)/放弃(U)]: （回车，到此，完成封头、直边、筒节的内轮廓线，下面通过偏移生成外轮廓线） 命令: _offset 指定偏移距离或 [通过(T)] <通过>: 1.6（封头和筒节的厚度均为8mm） 选择要偏移的对象或 <退出>:（通过重复操作，生成封头、筒节的外轮廓线） 下面的命令是绘制筒节和封头之间的边界线： 命令: _line 指定第一点:（点击图5-24中的P1） 指定下一点或 指定下一点或 [放弃(U)]:（捕捉P4） 指定下一点或 [闭合(C)/放弃(U)]:（回车）

64 无相变热交换器绘制 绘制好封头和筒节的外轮廓线以后，就需要绘制容器法兰。该容器法兰是和筒节及管板配套使用的，其具体细节及尺寸我们已在前面介绍过，在此不再说明，为了减少多次的按比例缩小的计算，我们线按1：1绘制好该法兰，然后再利用缩放功能，将其缩小，取缩放因子为0.2即可，并将其复制到本图中某一空白位置备用（该过程不再详细叙述，在第3章中已有介绍）。现在的关键问题是如何确定两个基点，将已经缩小的法兰移到正确的位置上。一个是要移动法兰的基点，我们选为法兰的中心线和下端轮廓线的交点为基准点，该基准点较好确定，只要在目标捕捉状态下即可；另一个基准点为插入点，由于移动法兰的基点选在法兰中心线上，而法兰的中心线和筒节的中心线重合，故插入点也在筒节的中心线上，该中心线已经绘制好，关键是确定具体距离。我们设计筒节前端距法兰下端的水平轮廓线距离为8mm（用于焊接，不能太小，也不能太大，具体可参考有关焊接的书籍），这样，我们可以通过作一条筒节下端轮廓下的偏移线，偏移距离为1.6，和中心线交于P6，有了P6点，就可以将法兰通过移动基点插入到P6点，就完成了本阶段的工作，结果示意图间图5-24。如果前面工作没有错误的话，我们会发现法兰和筒节的尺寸配合的很好，并且它们的中心线重合，如果中心线不重合或为确定插入点所作的偏移线（过P6点的水平线）和法兰的下端轮廓线不重合，则表示移动插入工作失败，需重新插入。本阶段工作的关键是对每一步的数据一定要计算正确，否则会出现各种情况，须十分细心。

65 无相变热交换器绘制

66 无相变热交换器绘制 ⑵管板法兰的绘制 管板法兰的具体尺寸我们已在前面介绍，首先根据前面介绍的尺寸，按1：1的比例绘制管板法兰，然后将绘制好的管板法兰按0.2的缩放因子进行缩小备用。由于上面的容器法兰和下面的管板法兰是配套使用的，如果没垫片的话，容器法兰的下端水平轮廓线和管板法兰的上端水平轮廓线是重叠的，现考虑垫片的厚度为2mm，则该两条轮廓线之间就相距2mm，则本图中为0.4单位，故管板法兰插入点的位置是在中心线上距图5-24中的P6点下放0.4个单位的点上，即5-25中的P1点，确定P1点有多种方法，一种简单的方法是利用作偏移线的方法确定P1点，有了P1点即插入点，还需确定移动法兰的基点。根据图5-25中的结果，移动基点在管板法兰的中心线和管板法兰上端轮廓线的交点上。这样有了插入点和移动基点，通过捕捉功能的帮助，很容易绘制管板法兰。如果一切都正确的话，我们会发现容器法兰和管板法兰榫槽结构会配合得很好，两者的中心线及螺栓孔中心线完全重合，见图5-25。

67 无相变热交换器绘制 ⑶利用镜像绘制下端的封头、筒节、法兰及管板法兰
下端的封头、筒节、法兰及管板法兰和上端的完全一致，我们无需重复绘制，只要利用镜像技术就可以生成下端的封头、筒节、法兰及管板法兰，关键是需要确定对称线。关于对称线，我们在绘制中心线时已经作了准备，只要选择图5-23中过P5点的水平线作为对称线，就可以完成本阶段的工作，完成本阶段工作后的图见图5-26，为了节约篇幅，我们对图5-26进行了的打断处理，即缩短了中间部分的长度。 图5-26 镜像处理后的效果图

68 无相变热交换器绘制 ⑷壳体及接管的绘制 首先来说一下壳体的绘制，本次所绘制的换热器壳体内径为400mm，外径为416mm，厚度为8mm，长度为2920mm。但是，在具体绘制过程中壳体的长度不用考虑，因为其长度由于壳体采用断开画法，已通过前面镜像处理技术确定下来，故只需根据壳体的内径及厚度就可以绘制好壳体。壳体的绘制通过以下几个步骤： ①以主视图中垂直中心线为基线，以40为偏移距离（实际为200mm，壳体内半径），向左右两边各作一条偏移线，此为壳体的内轮廓线。 ②以前面绘制的两条内轮廓线为基线，1.6为偏移距离（实际为8mm，壳体厚度），向左右两边各作一条偏移线，此为壳体的外轮廓线。 ③利用同层置换，将通过偏移所得的4条壳体轮廓线置换为主结构线图层，并利用修剪技术，除去多余的线段（超过管板凹槽平面部分的线段）下面该过程几个主要的命令： 。 命令: _offset 指定偏移距离或 [通过(T)] <1.6000>: 40（内轮廓线的偏移距离） 选择要偏移的对象或 <退出>: 指定点以确定偏移所在一侧:（重复选择过程） 命令: OFFSET 指定偏移距离或 [通过(T)] < >: 1.6（偏移的厚度） 指定点以确定偏移所在一侧: （重复选择过程）

69 无相变热交换器绘制

70 无相变热交换器绘制 完成壳体轮廓线后，我们进行接管轮廓的绘制，本绘制图中共有4个接管，4个接管的大小相等，其主要尺寸如下：接管总长100mm，接管内径80mm，厚度4.5mm，接管法兰外径200mm，螺栓孔中心距160mm，总厚度20mm，凸台高3mm，凸台直径为132mm。根据以上数据，先按1：1利用简略画法绘制好法兰，详细图见前面准备工作5.3.1中的图5-19。将按1：1绘制好的接管图按0.2的比例因子缩放，然后将缩放所得的图进行环行列阵，选择列阵数目4个，包含角度为360度，就可以生成我们所需要的4个接管图，将接管移到我们所需要的位置上，就可以完成接管的绘制，效果图见图5-27。和前面同样的问题是移动的基点和插入的基点的确定。4个接管移动的接点均取接管下端轮廓线，见图5-28，和接管中心线的交点。4个插入的基点，其中两个上下封头上的插入基点比较容易确定，他们就是封头中心线和封头外轮廓线的交点，可参见图5-28。另外两个插入基点为壳体上的点，需要通过辅助线来确定。其方法是以图5-27上下管板轮廓线L1和L2为偏移基准线，以30为偏移量（实际距离为150mm），作偏移线，偏移线和壳体外轮廓线的交点P1和P2作为壳体上接管插入的基准点。确定了4个插入的基准点，通过带基点移动插入，并进行必要地延长、修剪、打断等处理就可以比较方便快速地绘制好4个接管。

71 无相变热交换器绘制 图5-28 图5-27 壳体接管绘制后效果图

72 无相变热交换器绘制 ⑸折流板、打断线、拉杆、定距管及管子绘制
本次所绘制的换热器共有8块折流板，厚度为6mm，直径为398mm，弓型缺口高度为88mm，具体开孔情况参看前面的图5-17。尽管换热器实际有8块折流板，但本次绘制的装配图中只绘制4块折流板，它们分别是（从上数起）第一、第二、第七、第八块折流板。其中第一块折流板距上面管板法兰轮廓线L1（见图5-29）的距离为320mm，不进行打断，故管板轮廓线L1距第一块折流板的轮廓线L2的图中距离为64，由于管板的距离为6，第一块管板的第二条水平轮廓L3和第一条水轮廓线L2图中距离为1.2。第二块管板的绘制无需精确定位，它利用第一块折流和前面绘制中心线时所绘的对称线L6（图5-29已对原线条进行图层置换，将原中心线图层置换成打断线图层）之的距离进行大致确定，即在第一块折流板和中心线之间距离的2/3处，在正交状态下绘制一条穿过整个壳体的水平线L3，再通过偏移即修剪的技术就可以绘制好第二块折流板。第8块折流板和第7块折流板采用和第一、第二块折流板相似的方法即可绘制，所不同的是基准线条由前面的L1变成了L7。根据前面的分析，绘制折流的步骤如下： ①以L1为基准线，以64为偏移距离，利用偏移绘制L2； ②以L2为基准线，以1.2为偏移距离，利用偏移绘制L3，完成第一块折流板的水平轮廓线；

73 无相变热交换器绘制 ③在正交状态线，于L3和对称线L6之间的2/3处，绘制L4；
⑥利用壳体的内轮廓线L8、L9为基线，以22.25（实际距离为89mm，其中缺口高度为88mm，间隙距离为1mm）为偏移距离，绘制线内偏移线； ⑦在前面工作基础，根据图5-29所示的最后结果进行各种修剪，就可以完成折流板的绘制工作。 绘制好折流板后，就绘制打断线。打断线除了利用原来水平对称线为其中一组的绘制基准外，其它两组基准线分别在第一块折流板和第二块折流板中间、在第八块折流板和第七块折流板中间分别进行绘制，无需精确定位，只要基本处在中间位置即可，其效果图见图5-29。

74 无相变热交换器绘制 绘制好折流板和打断线之后，进行拉杆、定距管及换热管的绘制。本换热器中共有4根拉杆，在主视图中只表示3根拉杆，因为其中两根拉杆在主视图中是重叠的。所画3根拉杆的中心线位置一根和主视图的中心线重合，另外两根的中心线的位置在距主视图中心线左右各160mm的位置上（5倍的管心距，图上距离为32），有了拉杆中心线的位置，拉杆的绘制就十分容易。定距管就是拉杆配套使用的管子，其中心线和拉杆的中心线重叠，线绘好拉杆，在通过偏移就可以绘制定距管。109根管子，在主视图中只绘制其中一根，管子的上下两端采用局部剖，中间部分不剖，管子高于管板平面3mm，图上距离为0.6，需将图面进行放大才比较容易确定。管子和管板的焊接方式有局部放大图，而拉杆和折流板及管板的连接螺栓结构进行连接。拉杆在管板部分的绘制放大图见图5-30，图中数据已按1：5比例缩小；拉杆在折流板上端部分的绘制放大图见图5-31，图中数据是实际数据，没有进行缩小。有了前面的准备工作，整个拉杆、定距管及管子的绘制过程如下。 ①绘制管板水平中心线上11根管子的中心线，具体方法是以主视图的中心线L1（该线也是其中一根管子的中心线）基准，以6.4为偏移距离（实际距离为32mm），左右进行各5次的偏移，得到10根管子的中心线，包括L1共11根管子。其中左边第一根L2为拉杆中心线，中间L1也为拉杆中心线，右边第一根L3也为拉杆中心线，右边第4根L4作为绘制管子的中心线。 ②绘制图5-30及图5-31零件，并将其复制3份备用。

75 无相变热交换器绘制

76 无相变热交换器绘制 ③以L1为基准线，以2.5的偏移距离分别向左右两边作偏移线，并将其图层置换为主结构线图层，得到L5、L6两条直线。
④以L2、L3为基准线，分别以1.2、2、2.5为偏移距离，向左右两边作偏移线，并将其图层置换为主结构线图层，共得到包括L7、L8在内的12条关于拉杆和定距管的偏移线。 ⑤以L4为基准线，分别以2、2.5的偏移距离，向左右两边作偏移线，并将其图层置换为主结构线图层，得到包括L9、L10在内的4条关于管子的轮廓线。 ⑥将上面的偏移得到的轮廓线以管板或折流板的轮廓线为基准线进行修剪，将前面图5-30和图5-31绘制好的零件插入到对应位置上，关于基点的确定方法和前面已经介绍过的相仿，在此不再进行介绍。 ⑦利用各种修剪技术，将前面所绘的图形进行修剪，最后得到图5-32。 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L10 L9 图5-32 拉杆、折流板绘制示意图

77 无相变热交换器绘制 ⑹俯视图的绘制 图5-33是已经绘制好的俯视图，该俯视图的右边部分采用剖面图，左边部分没有剖面。在具体绘制时先不要考虑左边部分没有采用剖面图，而是将其全部按采用剖图进行绘制。在俯视图中共涉及接管、支座、管板法兰、管法兰、管子、拉杆、螺栓孔中心线等零件，除支座外，其它零件均在主视图的绘制中说明过尺寸，而本次支座的详细结构尺寸见下图5-34。在进行绘制俯视图之前，先按实际尺寸绘制支座、接管的俯视图，并按0.2的缩放因子进行缩小，在进行4个数目的环型备用，其中支座的环型列阵需旋转45度。在此基础上在绘制俯视图就可以加快绘制速度，具体的绘制规程如下（前面的准备工作不再列入下面步骤中）。 ①以前面图5-23确定的俯视图中心点P3为圆心，绘制一系列的圆，分别是容器法兰外径圆，绘图半径是54（实际直径540mm）；容器法兰螺栓孔中心线圆，绘图半径是50，（需在中心线图层绘制）；壳体外轮廓线圆，绘图半径41.6；壳体内轮廓线圆，绘图半径40；管法兰外轮廓线圆，绘图半径20；管法兰螺栓孔中心线圆，绘图半径是16；接管外径圆，绘图半径为8.9，接管内径圆，图半径为8，这样从外至里共绘制了8个圆，其中两个需在中心线图层绘制，其它均在主结构线图层绘制。

78 无相变热交换器绘制 ②绘制管板上的管子及拉杆，利用前面介绍过的关于管板布孔的方法，确定113个圆心的位置，其中水平中心线两端的两个圆心位置及垂直中心线两端的两个圆心位置为四根拉杆的圆心，根据确定的圆心位置（按正三角星错排，管心距为32mm），在最外端及垂直中心线上的圆心位置上绘制两个圆，绘制半径分别为2.5和2，同时在确定拉杆的位置上，绘制正六边形。 ③将前面已经画好的接管零件图，按图5-33所示的位置进行插入。 ④将前面已经画好的支座零件图，按图5-33所示的位置进行插入，但在插入先确定插入点，具体方法是以俯视图的中心为基准点，以60为长度，以45度、135度、235度、315度为角度的相对坐标，绘制4条放射线，该4条放射线和壳体外轮廓线的圆的交点为插入基准点，将支座插入，并顺便将主视图中支座画上，需要注意的是，在注视图中支座上端距管板的距离不是真实的位置，因为真正支座所在的壳体位置部分以被我们打断，故将支座的垂直位置进行上移（一般以在打断线之前放下支座为准，不必精确定位）。实际的安装位置以装配图中所标的数据为准。 ⑤绘制20个容器法兰中螺栓孔的径向中心线。其绘制方法是以螺栓孔中心圆和俯视图的水平中心线的交点P1（图5-33）为中点，绘制一条螺栓孔径向中心线，然后以这条线为基准，进行环形列阵，见图5-35），选择项目总数为20，填充角度为360度，点击图5-35中箭头所指的图形，然后捕捉俯视图的中心点为环形列阵的中心点，就可以完成20条径向中心线的绘制，至此，完成俯视图中所有轮廓线的绘制工作，最后结果见图5-33。

79 无相变热交换器绘制 图5-33 俯视图绘制示意图 正六边形 支座插入基准点 接管插入基准点 P1 俯视图中心点 放射线

80 无相变热交换器绘制 图5-34 AN1型支座结构尺寸

81 无相变热交换器绘制 图5-35 环形列阵绘制示意图

82 无相变热交换器绘制 剖面线、焊缝线的绘制 在第4章中，我们是先绘制局部视图，然后再绘制剖面线和焊缝线的。但是，在本次绘制图和第4章有点不同的地方是对壳体厚度等较小尺寸构件的绘制，没有采用夸张的处理，而是完全根据实际尺寸按1：5的比例绘制，故我们先进行剖面线和焊缝线的绘制，然后利用已经绘制好的全局图通过复制、修剪、放大等处理技术，可直接得到局部放图，可减少部分线条及焊缝和剖面线的绘制，减少绘图工作量，关于剖面线绘制过程中应该注意的问题和第4章中相同，应做到相接触的不同构件尽量采用不同方向的剖面线；而同一构件的不同部分，即使在图上没有互相连接，也必须采用相同方向的剖面线。焊缝线的绘制应配合具体的焊接知识，至于其大小或尺寸不一定十分精确，只要基本接近即可。本绘制过程不再单独列图，其效果可参见最后绘制的结果图5-37。

83 无相变热交换器绘制 局部视图的绘制 由于我们在绘制全局图的时候没有采用夸张的处理技术，所以，可以将全局图中需要放大的部分通过有选择复制、添加分割线、修建、缩放等处理来达到局部放大图的绘制，充分发挥了计算机绘图的优点。我们以绘制图5-36中右边的局部视图为例，说明局部视图的绘制过程： ①利用从右上向左下拖动的选择技术，在全局图中选择需要放大的部分进行复制粘贴（可能会选中多余的内容，但可以通过修剪或剪切将其删除，如果选用从左下到右上的拖动技术进行选择，可能会出现不能将我们所希望的内容完全选中的现象）。 ②利用圆弧及样条线绘制技术，绘制分割线。 ③以分割线为修剪基线，将分割线左边部分的线条删除。 ④由于管板、筒节、及壳体部分的剖面无法进行修剪，故先将其删除，然后利用分割线所围成的区域重新进行填充。 ⑤将上面的图进行放大，取缩放因子为5，由于全局图是按1：5的比例绘制，故局部视图最后的比例是1：1，具体有关说明见图5-36。

84 无相变热交换器绘制 图 局部视图绘制

85 写技术说明、绘管口表、标题栏、明细栏、技术特性表等
无相变热交换器绘制 尺寸表注、指引线的绘制 按照实际的装配尺寸及设备大小，标上各种数据，并将主要构件用指引线引出，具体的方法在第4章里已经介绍过，我们不再详细说明，指引线上的数字我们也不再具体写上，至起到示意作用，具体尺寸见图5-37所标。 写技术说明、绘管口表、标题栏、明细栏、技术特性表等 技术说明可利用文字编辑器进行输入，“技术要求”4个字采用5号字，正文说明采用3.5号字。明细栏、标题栏的绘制可通过直线绘制工具及多次利用偏移、修剪、打断等工具可快速地进行绘制，栏中或表中的文字有采用5号的也有采用2.5号的，同时明细栏中也不再标上一些具体的说明，读者可以仿照第4章中介绍方法，自己进行该内容的绘制。最后进行全图的检查工作，修改一些细小的存在问题，也可调整全图的布置格局，使起其更加合理。最后的结果见图5-37。

86 本章目录 本章重点知识分析

87 利用井字形修剪及直接拉伸捕捉缩放进行快速修剪技术
比例缩放、基点插入、环形列阵的综合利用 于管板管子布孔的两种快速画法

88 利用井字形修剪及直接拉伸捕捉缩放进行快速修剪技术
本章重点知识分析 利用井字形修剪及直接拉伸捕捉缩放进行快速修剪技术 在本章的绘制过程中，我们用到了设备打断技术，使换热器绘图高度大 大下降，但由于打断中间的所有线条必须删除，如果利用常规的修剪技术 （只选择一个修剪目标）将无法实现。当然，可利用打断功能，每操作一 次，打断一条线条，但这样较麻烦。一种比较简单的处理方法是利用井字打 断技术。其思路是先点击修剪功能，然后点击一条打断线；按住SHIFT键的 同时，点击另一条打断线，回车，然后点击在两条打断线之间的所有线条， 我们将会发现，所有在线条在打断线之间都断开，效果非常好。其修剪过程 示意图见图5-38中的（a）~（c），其中在图5-38中只有两条线需要打断，其 实可以打断更多的线条。图5-38操作过程中的命令如下： 命令: _trim 当前设置:投影=UCS，边=无 选择剪切边...（点击线条L1） 选择对象: 找到 1 个（按住SHIFT键的同时，点击另一线条L2） 选择对象: 找到 1 个，总计 2 个（此时效果图见图5-38-(a)） 选择对象:（回车） 选择要修剪的对象，或按住 Shift 键选择要延伸的对象，或 [投影(P)/边(E)/放弃(U)]:（点击L3处） 选择要修剪的对象，或按住 Shift 键选择要延伸的对象，或 [投影(P)/边(E)/放弃(U)]:（点击L4处） 选择要修剪的对象，或按住 Shift 键选择要延伸的对象，或 [投影(P)/边(E)/放弃(U)]:（回车，此时的效果图见图5-38-(c)）

89 本章重点知识分析

90 本章重点知识分析 捕捉拉伸是一种更加直截了当的修剪方法，尤其是不同的线条其修剪的基准线都不同时，利用该法其效果更佳，其操作过程见图5-39。目前要求将图5-39（a）修剪成图5-39（c）的形状。我们可以直接选择线条L1，点击L1的下端点，使其变成红色，见图5-39（b），按住鼠标拖动到P1点松开鼠标，就完成L1的修剪工作，其它两条线条L2和L3仿照L1的过程，最后得到图5-39（c）的修剪效果。

91 本章重点知识分析 比例缩放、基点插入、环形列阵的综合利用
在本次绘图过程中，我们可以发现有些构件需要在俯视图中的不同位置，重复绘制。如果再认真分析的话，这些零件的位置是某一圆的圆心为中心的环形列阵，可以利用下面介绍的方法进行绘制，加快绘制速度。其绘制过程如下。 P2 P1 图 按比例缩放示意图

92 本章重点知识分析 ①按照1：1的比例绘制好构件图，见图5-40中的左边部分。
②以P1为缩放基点，取0.5为缩放因子，进行缩小，即绘图比例为1：2，见图5-40中的右边部分，该过程的命令如下。 命令: _scale 找到 17 个（选择1：1的构件） 指定基点:（点击P1） 指定比例因子或 [参照(R)]: 0.5（输入0.5，回车，见图5-40右边部分） ③将缩小的图根据插入的实际角度进行旋转，其命令如下。 命令: _rotate UCS 当前的正角方向: ANGDIR=逆时针 ANGBASE=0 找到 17 个（选中图5-40中的右边部分） 指定基点:（指定图5-40中的P2点） 指定旋转角度或 [参照(R)]: -45（输入-45，回车，完成旋转，见图5-41中的右边虚线小图）。 ④确定需要插入的基点 基点需要通过辅助线来确定，其确定过程如下。 命令: _line 指定第一点:（环形构件的中心点，在本例中是圆心） 指定下一点或 指定下一点或 [放弃(U)]: *取消*（回车，结束本次操作） ⑤带基点移动插入 命令: 指定对角点:（选择需要移动插入的构件，一般利用从右上向左下拖动的技术） 命令: _move 找到 17 个 指定基点或位移: （指定图5-41中的P1点） 指定位移的第二点或 <用第一点作位移>:（指定图5-41中的交点P2）

93 本章重点知识分析 图 带基点移动插入示意图

94 本章重点知识分析 ⑥环形列阵，其操作过程如下。
命令: 指定对角点:（选择环形列阵的目标构件） 命令: _array 找到 17 个 指定阵列中心点:（指定圆心为中心点） 然后在对话框中，选择总数目为4个，包含角度为360度，点击确定，可以得到图5-42的最后结果。 图 捕捉中心环行列阵伸示意图

95 利用列阵、复制、粘贴、镜像及修剪的综合应用
本章重点知识分析 利用列阵、复制、粘贴、镜像及修剪的综合应用 ①先以管心距32为边长绘制一个正三角形，其中一边必须是水平的，见图5-43。 ②以所绘制的第一个三角形为基准，作矩形列阵，行数为1，列数为11，行间距为0，列间距32（可保证每个正三角形互相连接），详细参见图5-44的对话框。点击确定，得到图5-43的结果。 ①、 ②两步的具体操作命令如下： 命令: _polygon 输入边的数目 <4>: 3 指定正多边形的中心点或 [边(E)]: e 指定边的第一个端点: 命令: _array 选择对象: 指定对角点: 找到 1 个

96 本章重点知识分析 图 矩形列阵对话框设置图

97 本章重点知识分析 ③选中图5-43中的所有内容，向上进行6次的带基点复制、粘贴工作，得到图5-45。
④绘制一条通过图5-45最底部三角行水平边的直线，并以该直线为对称线，作图5-45中已绘制好图形的上下对称图形，结果见图5-46。 ⑤绘制好布孔范围的圆，该圆直径为410，圆心在从左边数起，对称线上第六个三角行底边的中点，绘制结果见图5-47。 ⑥根据布管的一些规定，确定最外圈的布管情况，将对于的线条，利用各种修剪技术，将其剪去，得图5-48。

98 本章重点知识分析 图 对称成像后示意图 图5-48 修剪后最后结果称示意图 图 添加好布孔范围圆后示意图

99 利用定距偏移、作方向线、定点偏移及修剪的综合应用
本章重点知识分析 利用定距偏移、作方向线、定点偏移及修剪的综合应用 ①在绘制好布孔范围圆的基础上，确定垂直中心线左右两边的第一个管心的位置，该两个管心的位置通过以垂直中心线为基准线，以16为偏移距离，分别向左右偏移偏移线和水平中心线的交点即为两个管心的位置，见图5-49。 ②以①中绘制的两条偏移线为初次基准线，以32为偏移距离，逐次向左右偏移5次，得到10条偏移线，和原来的2条偏移线相加，共12条偏移线，偏移线和水平中心线的交点即为中心线上的管心位置，见图5-50。

100 本章重点知识分析 ③通过中心线上的第一个管心位置和第12个管心位置，作如图5-51所示的方向线，具体命令如下。
命令: _line 指定第一点:（点击中心线上第一个管心位置） 指定下一点或 指定下一点或 [放弃(U)]: *取消*（回车） 指定下一点或

101 本章重点知识分析 指定下一点或 [放弃(U)]: *取消*（回车） 命令: _line 指定第一点:（点击已绘好斜线的下端P1） 指定下一点或 [放弃(U)]: （点击已绘好斜线的下端P2 指定下一点或 [放弃(U)]: *取消*（回车，绘制好第一条斜线L1，为了偏移，需将两线段合为一条） 命令: _line 指定第一点:（点击中心线上第12个管心位置） 指定下一点或 指定下一点或 指定下一点或 [放弃(U)]: *取消*（回车，） 命令: _line 指定第一点:（点击已绘好斜线的下端P3） 指定下一点或 [放弃(U)]: （点击已绘好斜线的上端P4） 指定下一点或 [放弃(U)]: *取消*（回车，绘制好第二条斜线L2，最后结果见图5-51） ④以③中所作的两条线L1、L2为基准线，以通过偏移点的偏移方法，分别通过图5-50中所确定的中心线上管心的位置点，得到22条偏移线，具体结果见图5-52。 ⑤ 采用和前面一样的方法，进行修剪，得到图5-53。

102 第1章 AutoCAD软件概述 第2章 化工制图基本知识 第3章 化工设备零件图绘制 第4章 化工容器绘制 第5章 热交换设备系列绘制 第6章 塔设备绘制 第7章 管道布置图绘制 第8章 工艺流程图绘制 第9章 二次开发及AutoLISP