管壳式换热器设计开题报告

一、课题的目的与意义,换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。,管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）。,二、管壳式换热器的发展史,为了满足电厂对在较高压力下运行的大型换热器（如冷凝器和供水加热器）的需要，在20世纪初，提出了壳管式换热器的基本设计。经过长期的运用，使设计变得相当成熟和专业化。当今已广泛地应用于工业上的壳管式换热器，在20世纪初也开始适应石油工业提出的要求。油加热器和冷却器、再沸器以及各种原油馏分和有关的有机流体的冷凝,器这些设备需要在恶劣的野外条件下运行，流体常常不干净而且又要求高温和高压，因此，设备便于清洗和进行现场修理是绝对需要的。壳管式换热器发展的早期阶段，出现的最大量的严重问题，不是在传热方面（这可以由实践经验粗略的估算），而是各种部件，特别是管板材料的强度计算问题，还有在制造技术和工程实施中的许多有关的其他问题，如管和管板的连接，法兰和接头管的焊接等。,在20世纪20年代，壳管式换热器的制造工艺得到相当圆满的发展，这主要是由于几个主要制造商努力的结果。制造设备的传热面积可达500m2,即直径约750mm、长6m，用于急剧增长的石油工业。在30年代，壳管式换热器的设计者，根据直接经验和在理想管束上的实验数据，建立了很多正确的设计原则。水-水和水-气换热器的设计，大概与现今的设计差不多。因为污垢热阻起很大的作用，壳侧流动的粘性流是一个困难的问题，而且，60年代以前的他们的了解很少。,随着壳管式换热器的应用稳步增长，以及对在各种流程条件下性能预计的精度要求越来越高，这造就40年代直至50年代研究活动的激增。研究内容不仅包括壳侧流动，而且相当重要的还有真实平均温差的计算、结构件特别是管板的强度计算。多年来发展起来的壳管式换热器，由于其结构坚固并能适应很大的设计和使用条件的变化，已成为最广泛使用的换热器。,三、管壳式换热器的国内外概况,随着现代新工艺、新技术、新材料的不断发展和能源问题的日益严重,必然带来更多的高性能、高参数换热设备的需求。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统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%,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的35%40%。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,热器新型热管和蓄热器等设备,其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化,换热器也趋于大型化,并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以CFD(ComputationalFluidDynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系1。该换热器是当前应用最广,理论研究和设计技术完善,运用可靠性良好的一类换热,器。目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究。强化传热主要有3种途径提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差,研究主要集中在强化管程和壳程传热面方面。,四、壳层强化传热,传统的管壳式换热器,流体在壳侧流动存在着转折和进出口两端涡流的影响区,影响了壳侧的给热系数。壳侧的传热强化研究包括管型与管间支撑物的研究。,五、管层强化传热,人们想尽各种办法实施强化传热,归结起来不外乎2条途径,即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。改变传热面形状的方法有多种,用于强化管程传热的有:横纹管、螺旋槽管、螺纹管(低翅管)和缩放管以及螺旋扁管(瑞典ALLARDS公司生产)。我国螺纹管的标准翅化率为1.32.9(3),美、英、日、德等国均有商品化低翅管。德国Hde公司的螺旋槽管，管内传热效率明显优于光管,在2300Re105范围内,提高传热效率2.311.1倍,当200Re1500时,提高传热效率2.022倍。沈阳市广厦热力设备开发制造公司开发的超薄壁(=015mm)不锈钢波纹管换热器3,其承压能力可达8MPa。该换热器不仅强化了管内外的给热,还由于温差作用下换热管的可伸缩性,使表面结垢容易脱落,因此具有较强的防垢和自动除垢能力。其传热系数较光管式提高23倍。,管内插入物4,5是强化管内单相流体传热行之有效的方法之一。目前管内插入物种类很多,如螺旋线、纽带、错开纽带、螺旋片和静态混合器等。最近,英国CalGarinLtd公司开发的一种称之为HitranMatrixElements的花环式插入物6,它是一种金属丝制翅片管子插入物(Wire2FinTubeInserts),能增强湍流。中国石化北京设计院与华南理工大学联合研制的交叉锯齿型插入物,是华南理工大学对12种内插件(在Re=3003500和Pr=135范围内)进行比较后优选的型式,可直接形成流体的混合,尤其,适用高粘度流体的换热。其在上海乙烯厂原油2蜡油介质换热器中使用,其总传热系数与光滑管相比提高了50%。,六、课题进展计划,第14周换热器零部件选择第58周换热器计算及核算第911周换热器总图绘制第1214周管束总图及零件图绘制第1516周壳体组合件图绘制第1718周撰写毕业设计说明书及答辩,七、参考文献,1GB150-1998钢制压力容器2GB151-1999管壳式换热器3TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程4沙拉换热器设计技术北京机械工