管殼式換熱器設(shè)計(jì)開題報(bào)告

1、一、課題的目的與意義,換熱設(shè)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(gè)方面。 其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)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(shè)備，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、彈性大、可靠程度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，所以在各工程中仍得到普遍使用。,管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是為了保證換熱器的質(zhì)量和運(yùn)行壽命，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢

2、修與清理等等來選擇某一種合適的結(jié)構(gòu)形式。 對(duì)同一種形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計(jì)中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也常按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)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(duì)在較高壓力下運(yùn)行的大型換熱器（如冷凝器和供水加熱器）的需要，在20世紀(jì)初，提出了殼管式換熱器的基本設(shè)計(jì)。經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)用，使設(shè)計(jì)變得相當(dāng)

3、成熟和專業(yè)化。 當(dāng)今已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)上的殼管式換熱器，在20世紀(jì)初也開始適應(yīng)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(guān)的有機(jī)流體的冷凝,器這些設(shè)備需要在惡劣的野外條件下運(yùn)行，流體常常不干凈而且又要求高溫和高壓，因此，設(shè)備便于清洗和進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修理是絕對(duì)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(yán)重問題，不是在傳熱方面（這可以由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)粗略的估算），而是各種部件，特別是管板材料的強(qiáng)度計(jì)算

4、問題，還有在制造技術(shù)和工程實(shí)施中的許多有關(guān)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(jì)20年代，殼管式換熱器的制造工藝得到相當(dāng)圓滿的發(fā)展，這主要是由于幾個(gè)主要制造商努力的結(jié)果。制造設(shè)備的傳熱面積可達(dá)500m2,即直徑約750mm、長(zhǎng)6m，用于急劇增長(zhǎng)的石油工業(yè)。在30年代，殼管式換熱器的設(shè)計(jì)者，根據(jù)直接經(jīng)驗(yàn)和在理想管束上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了很多正確的設(shè)計(jì)原則。水-水和水-氣換熱器的設(shè)計(jì)，大概與現(xiàn)今的設(shè)計(jì)差不多。因?yàn)槲酃?/p>

5、熱阻起很大的作用，殼側(cè)流動(dòng)的粘性流是一個(gè)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(yīng)用穩(wěn)步增長(zhǎng)，以及對(duì)在各種流程條件下性能預(yù)計(jì)的精度要求越來越高，這造就40年代直至50年代研究活動(dòng)的激增。研究?jī)?nèi)容不僅包括殼側(cè)流動(dòng)，而且相當(dāng)重要的還有真實(shí)平均溫差的計(jì)算、結(jié)構(gòu)件特別是管板的強(qiáng)度計(jì)算。 多年來發(fā)展起來的殼管式換熱器，由于其結(jié)構(gòu)堅(jiān)固并能適應(yīng)很大的設(shè)計(jì)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(nèi)外概況,隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展和能源問題的日益嚴(yán)重, 必然帶來更多的高性能、高參數(shù)換熱設(shè)備的需求。換熱器的性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用, 有時(shí)甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家熱回收率已達(dá)96% ,換熱設(shè)備在石油煉廠中約占全部工藝設(shè)備投資的35%～40%。其中管殼式換熱器仍然占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì),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(shè)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(shè)計(jì)和低壓力損失設(shè)計(jì)的方向發(fā)展。當(dāng)今換熱器的發(fā)展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技術(shù)、強(qiáng)化傳熱技術(shù)及新型換熱器開發(fā)等形成了一個(gè)高技術(shù)體系[1]。 該換熱器是當(dāng)前應(yīng)用最廣,理論研究和設(shè)計(jì)技術(shù)完善,運(yùn)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(qiáng)化傳熱主要有3 種途徑提高傳熱系數(shù)、擴(kuò)大傳熱面積和增大傳熱溫差,研究主要集中在強(qiáng)化管程和殼程傳熱面方面。,四、殼層強(qiáng)化傳熱,傳統(tǒng)的管殼式換熱器, 流體在殼側(cè)流動(dòng)存在著轉(zhuǎn)折和進(jìn)出口兩端渦流的影響區(qū), 影響了殼側(cè)的給熱系數(shù)。殼側(cè)的傳熱強(qiáng)化研究包括管型與管間支撐物的研究。,五、管層強(qiáng)化傳熱,人們想盡各種辦法實(shí)施強(qiáng)化傳熱, 歸結(jié)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(nèi)設(shè)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)傳熱效率明顯優(yōu)于光管,,在2300 < Re < 105 范圍內(nèi), 提高傳熱效率2.3～11.1倍, 當(dāng)200 < Re < 1500 時(shí), 提高傳熱效率2.0～22倍。沈陽市廣

10、廈熱力設(shè)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(dá)8MPa 。該換熱器不僅強(qiáng)化了管內(nèi)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(jié)垢容易脫落, 因此具有較強(qiáng)的防垢和自動(dòng)除垢能力。其傳熱系數(shù)較光管式提高2～3 倍。,管內(nèi)插入物[4 ,5]是強(qiáng)化管內(nèi)單相流體傳熱行之有效的方法之一。目前管內(nèi)插入物種類很多, 如螺旋線、紐帶、錯(cuò)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(qiáng)湍流。中國石化北京設(shè)計(jì)院與華南理工大學(xué)聯(lián)合研制的交叉鋸齒型插入物, 是華南理工大學(xué)對(duì)12種內(nèi)插件(在Re = 300～3500 和Pr = 135 范圍內(nèi)) 進(jìn)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(zhì)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(jìn)展計(jì)劃,第1~4 周 換熱器零部件選擇第5~8 周 換熱器計(jì)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(shè)計(jì)說明書及答辯,七、參考文獻(xiàn),[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(shù)監(jiān)察規(guī)程[4]沙拉 換熱器設(shè)計(jì)技術(shù) 北京機(jī)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(shè)計(jì)手冊(cè) 北京中國石化出版社 2004[7]毛希瀾 換熱器設(shè)計(jì) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1988[8]張士科 換熱器實(shí)用技術(shù)問題 煤炭工業(yè)出版社 1