管殼式換熱器設計開題報告

1、一、課題的目的與意義,換熱設備在煉油、石油化工以及在其他工業(yè)中使用廣泛，它適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和廢熱回收等各個方面。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設備的體積和金屬材料的消耗量等方面不如其他新型的換熱設備，但它具有結構堅固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點，所以在各工程中仍得到普遍使用。,管殼式換熱器的結構設計，是為了保證換熱器的質量和運行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結垢情況、流體性質以及檢

2、修與清理等等來選擇某一種合適的結構形式。 對同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結構亦不相同。在工程設計中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進行設計，以滿足工藝上的需要（得到適合工況下最合理最有效也最經(jīng)濟的便于生產(chǎn)制造的換熱器等等）。,二、管殼式換熱器的發(fā)展史,為了滿足電廠對在較高壓力下運行的大型換熱器（如冷凝器和供水加熱器）的需要，在20世紀初，提出了殼管式換熱器的基本設計。經(jīng)過長期的運用，使設計變得相當

3、成熟和專業(yè)化。 當今已廣泛地應用于工業(yè)上的殼管式換熱器，在20世紀初也開始適應石油工業(yè)提出的要求。油加熱器和冷卻器、再沸器以及各種原油餾分和有關的有機流體的冷凝,器這些設備需要在惡劣的野外條件下運行，流體常常不干凈而且又要求高溫和高壓，因此，設備便于清洗和進行現(xiàn)場修理是絕對需要的。 殼管式換熱器發(fā)展的早期階段，出現(xiàn)的最大量的嚴重問題，不是在傳熱方面（這可以由實踐經(jīng)驗粗略的估算），而是各種部件，特別是管板材料的強度計算

4、問題，還有在制造技術和工程實施中的許多有關的其他問題，如管和管板的連接，法蘭和接頭管的焊接等。,在20世紀20年代，殼管式換熱器的制造工藝得到相當圓滿的發(fā)展，這主要是由于幾個主要制造商努力的結果。制造設備的傳熱面積可達500m2,即直徑約750mm、長6m，用于急劇增長的石油工業(yè)。在30年代，殼管式換熱器的設計者，根據(jù)直接經(jīng)驗和在理想管束上的實驗數(shù)據(jù)，建立了很多正確的設計原則。水-水和水-氣換熱器的設計，大概與現(xiàn)今的設計差不多。因為污垢

5、熱阻起很大的作用，殼側流動的粘性流是一個困難的問題，而且，60年代以前的他們的了解很少。,隨著殼管式換熱器的應用穩(wěn)步增長，以及對在各種流程條件下性能預計的精度要求越來越高，這造就40年代直至50年代研究活動的激增。研究內容不僅包括殼側流動，而且相當重要的還有真實平均溫差的計算、結構件特別是管板的強度計算。 多年來發(fā)展起來的殼管式換熱器，由于其結構堅固并能適應很大的設計和使用條件的變化，已成為最廣泛使用的換熱器。,三、管殼式換熱器的

6、國內外概況,隨著現(xiàn)代新工藝、新技術、新材料的不斷發(fā)展和能源問題的日益嚴重, 必然帶來更多的高性能、高參數(shù)換熱設備的需求。換熱器的性能對產(chǎn)品質量、能量利用率以及系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用, 有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已達96% ,換熱設備在石油煉廠中約占全部工藝設備投資的35%～40%。其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢,約70%。其余30 %為各類高效緊湊式換,熱器新型熱管和蓄熱器等設備,其中板式、板翅式

7、、熱管及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。隨著工業(yè)裝置的大型化和高效率化, 換熱器也趨于大型化,并向低溫差設計和低壓力損失設計的方向發(fā)展。當今換熱器的發(fā)展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技術、強化傳熱技術及新型換熱器開發(fā)等形成了一個高技術體系[1]。 該換熱器是當前應用最廣,理論研究和設計技術完善,運用可靠性良好的一類換熱,器。目前各國為改善該換熱器的傳熱性能開展了大量的研究。

8、強化傳熱主要有3 種途徑提高傳熱系數(shù)、擴大傳熱面積和增大傳熱溫差,研究主要集中在強化管程和殼程傳熱面方面。,四、殼層強化傳熱,傳統(tǒng)的管殼式換熱器, 流體在殼側流動存在著轉折和進出口兩端渦流的影響區(qū), 影響了殼側的給熱系數(shù)。殼側的傳熱強化研究包括管型與管間支撐物的研究。,五、管層強化傳熱,人們想盡各種辦法實施強化傳熱, 歸結起來不外乎2 條途徑, 即改變傳熱面的形狀和在傳熱面上或傳熱流路徑內設置各種形狀的插入物。改變傳熱面形狀的方法有多種

9、, 用于強化管程傳熱的有: 橫紋管、螺旋槽管、螺紋管(低翅管)和縮放管以及螺旋扁管(瑞典ALLARDS 公司生產(chǎn)) 。我國螺紋管的標準翅化率為1.3～2.9(<3),美、英、日、德等國均有商品化低翅管。德國Hde公司的螺旋槽管，管內傳熱效率明顯優(yōu)于光管,,在2300 < Re < 105 范圍內, 提高傳熱效率2.3～11.1倍, 當200 < Re < 1500 時, 提高傳熱效率2.0～22倍。沈陽市廣

10、廈熱力設備開發(fā)制造公司開發(fā)的超薄壁(δ= 015mm) 不銹鋼波紋管換熱器[3 ] ,其承壓能力可達8MPa 。該換熱器不僅強化了管內外的給熱, 還由于溫差作用下?lián)Q熱管的可伸縮性,使表面結垢容易脫落, 因此具有較強的防垢和自動除垢能力。其傳熱系數(shù)較光管式提高2～3 倍。,管內插入物[4 ,5]是強化管內單相流體傳熱行之有效的方法之一。目前管內插入物種類很多, 如螺旋線、紐帶、錯開紐帶、螺旋片和靜態(tài)混合器等。最近, 英國Cal Garin

11、 Ltd 公司開發(fā)的一種稱之為Hitran Matrix Elements 的花環(huán)式插入物[6],它是一種金屬絲制翅片管子插入物(Wire2Fin Tube Inserts) ,能增強湍流。中國石化北京設計院與華南理工大學聯(lián)合研制的交叉鋸齒型插入物, 是華南理工大學對12種內插件(在Re = 300～3500 和Pr = 135 范圍內) 進行比較后優(yōu)選的型式, 可直接形成流體的混合,尤其,適用高粘度流體的換熱。其在上海乙烯廠原油2蠟油

12、介質換熱器中使用, 其總傳熱系數(shù)與光滑管相比提高了50%。,六、課題進展計劃,第1~4 周 換熱器零部件選擇第5~8 周 換熱器計算及核算第9~11 周 換熱器總圖繪制第12~14 周 管束總圖及零件圖繪制第15~16 周 殼體組合件圖繪制第17~18 周 撰寫畢業(yè)設計說明書及答辯,七、參考文獻,[1]GB150-1998鋼制壓力容器[2]GB151-1999管殼式換

13、熱器[3]TSGR0004-2009固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[4]沙拉 換熱器設計技術 北京機械工藝出版社 2010[5]馬小明 管殼式換熱器 北京中國石化出版社 2010,[6]施林德爾 換熱器設計手冊 北京中國石化出版社 2004[7]毛希瀾 換熱器設計 上?？茖W技術出版社 1988[8]張士科 換熱器實用技術問題 煤炭工業(yè)出版社 1