开题报告：固定管板式换热器设计（BEM500）

PAGEPAGE55开题报告题目：固定管板式换热器（BEM500-0.6-13.1.1/25-2Ⅱ）学科部：专业：班级：学号：姓名：指导教师：填表日期：年月日选题的依据及意义：换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的一类设备。又称换热器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和不可缺少的设备。在石油、化工、轻工、制药、能源等一些工艺生产中，经常用其来将低温流体加热或者把高温流体冷却。把液化汽化成蒸汽冷凝成液体。换热器不仅是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可以是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器也是化工生产中非常重要的单元设备，根据统计，换热器的吨位约占整个工艺设备的20%有的可以达到30%左右，换热器的重要性可以见得。换热器按照结构的形式可分为：固定管板式换热器、U形管换热器、浮头式换热器、填料函式换热器。固定管板式换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油化工。冶金，电力，轻工，食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占基站总设备数量的40%左右，能占总投资的30%—45%。随着节能技术的发展，被应用的领域不断扩大，可以利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当量流体的温度差值较大时，在外壳的适当位置上焊接一个补偿圈。其可以当遇到壳体和管束热膨胀不同时，膨胀节发生缓慢的弹性变形来补偿温度差引起的热膨胀。化工生产当然离不开化工设备，化工设备时化工生产中不可或缺的物质技术基础，是生产力的主要因素，是化工产品质量保证体系的重要组成部分，换热器的主要功能是暴走工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一,在国民经济中起到非常重要的作用，同时节能也是国家的要求，是企业生存和发展的重要影响因素。所以研究换热器如何设计制造，对提高工业生产效益是有重要意义的。国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：换热器的研究发展二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板式管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为各种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翘式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压，钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。从此，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。对于各型换热器的强化换热技术的研究，主要集中在对换热器内流体流态变化以及对各个部件的参数优化研究两个方面，而对换热器部件的主要研究就是换热管（板）排列方式（顺排或叉排）、换热管排数、换热管间距大小、肋片布置间距、肋片形状等。通常的研究方法包括：数值模拟计算、实验方法研究、理论研究三类。换热器研究的发展前景换热器肋片换热的研究应该注重基础性的理论研究创新，寻找建立能支撑肋片设计选型的系统化的理论研究，同时要结合实验研究，寻找实际应用中最节能的肋片参数值。换热器制造商和设计人员对于换热器肋片外型、布置仍然没有可靠的理论依据，传统的肋片布置方式在换热效率上不如换热管表面设置的针状或者圆台状肋，而对于针状肋片在换热管表面的最佳换热的散布规律仍然还不明晰，理论研究非常薄弱；对替代传统的平板和环状肋片的高效换热肋片研究很少很少。新型的换热管的形状研究较少，目前的研究仅仅局限于传统的圆形或者矩形换热管上，对于更加高效的换热管型的探索研究还是比较缺乏。对于换热管的排数和排列方式对换热器整体性能的影响研究的理论体系还没有形成，目前对于吃方面的研究多以实验为主然后从试验中提取经验公式，关于管排数的纯正理论的换热理论还没有得到建立。作为衡量换热器性能时的换热效率，已经不能作为换热器设计的唯一选型标准，换热器效率高并不是意味着制造成本的节省以及换热效果最佳化；传热因子是比较合适的衡量换热器整体性能的指标，但是需要综合考虑此两种因素后建立换热器的统一理论，单一的考虑换热因子或者摩擦因子的大小对于衡量换热器换热的性能没有任何的意义。本课题主要研究的是固定管板式换热器，查阅换热器的相关标准，分析固定管板式换热器的各部分性能影响，并进行了换热器的热工计算，结构计算以及强度计算。近年来，随着制造技术的进步，强化了换热器的开发，使得新型高热效换热器的研究有了较大的发展，根据不同的工艺条件以及工况实际了不同结构的形式的新型换热器，也取得了较大的经济效益。所以我们在选择换热器设备时一定要根据不同的工艺，工况要求选择。换热器的作用是以热量交换为目的的。即在工业生产中，进行着各样的不同热交换过程，其主要作用是使热量由温度较高的流体向温度较低的流体传递，使得流体的温度达到工艺要求，以满足工业生产的需求。另外，换热设备也是回收余热，废热，特别是底品位热能的有效装置。换热器传热与流体流动的计算的准确性，取决于物性模拟的准确性，因此，物性模拟一只手传热界重点研究的课题之一，特别是两相流无形的模拟。两相流的无形基础来源于实验室实际工况的模拟数据。实验室模拟实际工况很复杂，为此，要求物性模拟在试验手段上更加先进，测试的准确率更高。从而使换热器计算更精确，材料更加的节省。物性模拟将可以代表换热器的经济水平。在实际工业生产中，换热器的主要作用是将液体由温度较高的液体传递给温度较低的流体，是回收余热，废热特别是低位能的有效装置。例如，高炉炉气（约1500℃）的余热，可以通过余热锅炉生产压力蒸汽，作为供汽，供热等的辅助能源从而可以提高热能的纵利用率，降低了实际实用的燃料的消耗，可以提高工业生产的经济效益。本课题研究内容原始数据及技术要求:设备形式：固定管板式换热器（卧式）容器类别Ⅰ，最高工作压力壳程0.5 MPa，管程0.5MPa.设计压力0.6 MPa,0.6MPa,工作温度 进口小于150℃，出口小于100℃，设计温度都为150℃。2管程，物料壳程为蒸汽，管程为水，传热面积13mm2 。技术要求：a、本设备按GB151-2012《热交换热器》设计b、焊接按NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定和NB/T47015-2011承压设备焊接工艺规程中的规定c、无损检测按NB/T47013-2012《承压设备无损检测》中的规定d、换热管按GB13296-91《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》或GB/T14976-2012《流体输送用不锈钢无缝钢管》规定。本课题研究方案原始资料；根据原始资料选择换热器类型；流动空间及流速的确定；确定物性数据；确定传热量及平均温差；估算传热面积及传热面结构；管程计算、壳程结构及壳程计算；确定需要的传热面积；冷热流体的阻力计算；研究目标、主要特色及工作进度：毕业设计进度计划序号 各阶段工作内容 起讫日期 备注1 查文献资料，完成摘要，并翻译英文 第1-2周 2 完成开题报告 第3-4周 3 查询各方面资料，了解当前国内相关发展态势，并实地考察 第5-6周 4 整理资料，熟悉相关规程 第7周 5 初步拟定设计方案 第8-9周 6 设计和绘图阶段 第10-13周 7 设计说明书和论文提交指导老师审阅 第14-15周 8 论文修改阶段 第16周 9 毕业答辩 第17-18周 六、参考文献：[1]贺匡国主编，化工容器及设备简明设计手册[M]，大连：大连理工大学出版社，2008

[2]刘香秋主编，常用压力容器手册[M]；北京：机械工业出版社，1996年

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[5]JB／T

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