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浮头式换热器设计开题报告.doc

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浮头式换热器设计开题报告.doc

Ⅱ武汉科技大学毕业设计(论文)开题报告题目名称浮头式换热器设计系部专业班级学生姓名周何清指导教师辅导教师开题报告时间2012年3月2012年4月Ⅱ浮头式换热器设计学生周何清武汉科技大学指导教师武汉科技大学一、题目来源及其类型题目来源生产实际题目类别毕业设计二、研究目的和意义换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备,随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重,世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用,有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96。换热设备在现代装置中约占设备总重的30左右,其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约70。其余30为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备,其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时,促进换热设备的结构紧凑性,产品系列化、标准化和专业化,并朝大型化的方向研究发展。三、阅读的主要参考文献及资料名称1史美中,王中铮热交换器原理与设计M北京东南大学出版社,19962钱颂文换热器设计手册M北京化学工业出版社,20033郑津洋,董其伍,桑芝富过程装备设计M北京化学工业出版社,20054王志魁化工原理M北京化学工业出版社,20005贺卫国化工容器及设备简明设计手册M北京化学工业出版社,20036王志文化工容器设计M北京化学工业出版社,19907贺匡国压力容器分析设计基础M北京机械工业出版社,1995Ⅱ8潘家祯压力容器材料实用手册M北京化学工业出版社,20009卓震化工容器及设备M北京中国石化出版社,199810GB1501998钢制压力容器S北京中国标准出版社,200311GB1511999管壳式换热器S北京中国标准出版社,200412HG205821998钢制化工容器强度计算规定S化工部工程建设标准编辑中心出版,199813JB47321995钢制压力容器分析设计标准S北京新华出版社,1995四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向1、换热器及传热研究的发展趋势与现状换热器是一种广泛使用的工艺设备,在炼油、化土行业中是主要豹工艺设备之一。因此,换热器的研究倍受重视。从换热钳的设计、制造、结构改进到传热机理的试验研究一宣都在进行。特别是七十年代初发生能源危机以来,各国都纷纷寻找新的能源及节约能源的途径,而换热器是节约能源的有效设备。在亲热回收、利用地热、太阳能等方面都离不开换热器。因而各国都在致力于研究各种高性能换热器及换热元件,其中不少是国家直接下达的重点课题。近年来换热器及传热技术的发展主要表现在下列几个方面。(1).研究工作的动向目前世界上每年发表有关传热及换热设备方面的文献约在六千篇以上。有关新能源开发的文章日趋增多,研究的重点是传热机理、传热强化、两相流、模拟及测试技术、计算机应用、振动、污垢以及与能源利用和环境保护有关的新型高效换热器。对传热基础理论的研究探讨1‘分重视,一种新的动向是从数学校型和物理模型出发,用数学方法推导出精确的计算公式。(2).计算机的使用应用计算机不仅节省了入力、提高了效率,而且可以进行最优化设计与控制,使其达到最大技术经济性能。例如美国帕斯卡古拉炼油厂常减压装置的原油换热系统,由于采用了换热系统的最佳化设计及其他改进措施,平均传热系数达到445千卡/M2小时℃。传热分析、应力分析、信息储存与检索以及模拟和控制均编有程序。有些程序从工艺设计开始,直到绘出图纸。计算机自动绘图机只需十几分钟即可绘一张标准换热器图纸。目前,美国HTRI换热器设计程序在国外无疑是具有代表性的,Ⅱ已被许多国家所引进。此外,其他国家也开发了一些自动设计系统和程序。如英国HTFS开发的TASC等程序;1975年英国国家工程实验室NEL和剑桥计算机辅机设备中心合作,按美国管壳式换热器制造商协会TEMA标准,编制管完式换热器机械设计程序STEM。这一程序不但可对TEMA标准中的所有“R”、“C”、“B”三类换热器进行各种设计计算,列出二系列不同参数以供选择,而且能自动绘出换热器的平面布置与管板布置图,到1978年底己能提供全部TEMA标准投热器的制造施工图。以后又结合英国标准协会SBI1976年公布的压力容器规范BS5500编制了换热器的机械设计程序;苏联也有CAHTA自动设计系统;日本HEADS自动设计系统是由三菱工程及造船有限公司研制的,使用该系统,仅仅输入最少的数据,就能迅速地得到机械的没计图表及图纸,该系统除适用于日本的JIS8234压力容器结构及日本高压气体控制法规外,还适用干ASME规范第Ⅷ篇第分篇以及TEMA的“R”、“B”、“C”类;此外日本神户制钢的HEXAPACKS自动设计绘图系统以及用于换热器动特模拟的三菱HEDDY数字模拟系统等也已推行于世。(3)。高温高压换热界的进展随者工艺的进展和大型化装置的出现,大型高温高压换热器的使用越来越多。炼油厂加氢换热器就是一个例子。近年来,高温高压换热器在结构、材料和制造方面都有一些进展,管箱和密封结构均有一些改进,管的进口区的热防护获得一些改善。另外还采用了薄管板或挠性管板结构以减小热应力;使用小管子密排列,改善了管子与管板的连接。(4).大力开展关于振动的研究自60年代末,为了适应大型化装置的工艺要求,换热器也随之大型化。国外管壳式换热特最大直径已达Φ4650毫米,传热面积达到6700米2,重达260吨。在大型化过程中所遇到的一个复杂问题就是管束的振动。由于大型化而加剧了核电站换热器的振动破坏,因此人们对管壳式换热器振动研究的兴趣与日俱增。大型换热器在高流速下尤其容易产生振动,振动位管子破裂,损坏设备的就础与管路,同时产生噪音。迄今虽然有关振动方面的问题,还远未被人们认识清楚,但是通过大量的试验研究,现在已经能预测管束的自振频率,从而在设计小可以确定出适当的流速范围,以防止流体的激振。此外,在结构设计上也采用了一些防振措施,例如菲利普斯石油公司设计了一种没有普通折流板的管壳式换热器,采用一组栅格式紧固控置代钵折梳板,管Ⅱ束被井个型的栅格条紧紧固定,栅格条同管于外壁之间水留间隙。使用纳果表明,这种结构有效地克服了管束的振动,延长了管子为寿命,而且结构紧凑,符合小管径、密排列的原则,提高了工艺性能,使完程压降降低丁二分之一,且不易淤塞脏物,清洗方便。(5).发展强化传热管传热管是管壳式换热器的主要传热元件。国外对传热管的研究非常重视,通过改进传热管的性能,就能提高换热器的性能。强化传热管的方法主要有两种一种是尽量扩大它的有效传热面积,但又不过分增大流阻,例如将管子的内、外表面轧制成各种不同的表面形状,促进流体产生湍流提高传热性能,如翅片管、螺纹管等。有的国家已成批生产翅片管换热器,并已标谁化、系列化。我国也在炼油厂中使用螺纹管换热器,只要使用条件恰当,工艺流程合理,总传热系数就可以大大提高。1967年兰州炼油厂12单元仗用一台螺纹管换热器,K厦高达500大卡/米”小时飞。1981年南京炼油厂实行节能改造,使用了螺纹管换热器,实测K值达370400千卡/米“小时T。另一种方法是改良传热表面的性能,使之既符合传热机理的要求,又能充分发挥其特点,如美国联合碳化公司研制成功的一种表面多孔管,可以使汽抱核心的数量大幅度增加,从而使拂腾给热系数提高十倍乃至几十倍,总传热系数一般可提高五倍左右,并民还有很好的抗污垢能力。国内一些单位(如北京化工研究院等)也研究试制成功了表面多孔管,并得到了应用(如在南京炼油厂用于重沸器)取得了明显效果。新的强化传热管还有单面纵槽管、双面纵槽管、周向波纹管、螺旋波纹管等。(6).采用新材料由于工艺条件日趋苛刻,迫切需要一些新的材料。在换热器制造中,由于钦具有很高的抗腐蚀性能、高的强度限和屈服限,且比重小、重量轻,又有一走的杭污塞性,因此西德在含氯溶液中采用了钦制换热器,在炼油厂中使用钦制冷却器和冷凝器。现在钦制换热器的应用有了迅速的增加。渗铝管换热器及镀锌钢管换热器的使用也日益增多。非金属材料方面最具有代表性的是聚四氟乙烯塑料,自美国杜邦公司于六十年代中期研究成功这种塑料换热器以来,由于它优越的抗腐蚀抗污垢性能,国外推广使用很快,到了七十年代,凡是适用这种换热器的场合,几乎达到了普及的地步。此外还有石墨换热器,一般使用压力为3公斤/厘米2,使用温度为150170℃。

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