关于科研训练论文或综述写作格式的基本要求 1汇总Word下载.docx

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摘要

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。

随着我国工业的不断发展，对能源利用、开发的合理性与有效性的要求不断 

提高，因而对换热器性能的要求也日益加强。

特别是对换热器的研究必须满足各种特殊情况和苛刻条件的要求，对它的研究也就显得更为重要。

本文在查阅国内外众多文献的基础上，对换热器的发展背景、分类和用途进行了探索和研究，以换热器的-设计过程为主线，结构设计为主体，全面介绍换热器的设计全过程。

通过查阅换热器设计相关标准得出的数据，对列管式换热器的进行设计，具体分为换热器的热工计算，结构计算和强度计算。

关键词：

换热器压力容器固定管板式

引言

列管式换热器在化工产品的生产中应用非常广泛,是乙炔法生产氯乙烯不可缺少的,或者说是最关键的设备,它的质量的好坏直接影响到化工企业的经济效益和安全问题。

列管式换热器在设计时还是存在着很多问题。

在列管式换热器的使用过程中,经常会出现换热管和接管之间泄漏等现象,这种问题的出现肯定有使用过程、管道内流体质量等原因,但是这里所要讨论的主要是列管式换热器在设计过程出现的问题。

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一、换热器的发展背景

换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用,使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视,各种研究成果不断涌现。

中国换热器产业起步较晚。

20世纪80年代后，中国出现了自主开发传热技术的新趋势，大量的强化传热元件被推向市场，国内传热技术高潮时期的代表作有折流杆换热器、新结构高效换热器、高效重沸器、高效冷凝器、双壳程换热器、板壳式换热器、表面蒸发式空冷器等一批优良的高效换热器。

因此,几十年来,高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题,国内外先后推出了一系列新型高效换热器。

随着现代工业的迅速发展,以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。

世界各国在寻找新能源的同时,也更加注重了节能新途径的研发。

强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境,而且能大大节约投资成本。

换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用,使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视,各种研究成果不断涌现。

二、换热器的分类

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：

（一）、按传热原理分类

1、间壁式换热器

间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

间壁式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

间壁式换热器是目前应用最为广泛的换热器。

2、蓄热式换热器

蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。

蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3、流体连接间接式换热器

流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器

又被称为混合式换热器，这种换热器是两种流体直接接触，彼此混合进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

5、复式换热器

兼有汽水面式间接换热及水水直接混流换热两种换热方式的设备。

同汽水面式间接换热相比，具有更高的换热效率；

同汽水直接混合换热相比具有较高的稳定性及较低的机组噪音。

（二）、按用途分类

1、加热器

加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。

2、预热器

预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。

3、过热器

过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。

4、蒸发器

蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。

（三）、按结构分类

可分为：

浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。

3、换热器的用途

换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。

它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。

它的主要功能是保证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石油化工行业中，换热器的应用非常广泛，是一种非常常见的换热设施，它占石油化工行业所有工艺设施投资的1/3以上。

基于此，有必要深入地研究石油化工行业中换热器的种类及用途原理，从而切实在一定程度上提升换热器的传热效率、降低换热设施的投资，最终实现石油化工行业经济效益和社会效益的最大化。

随着世界能源问题的日益严峻以及化工产业的不断发展，换热器的应用需求非常广泛，同时也在石油化工领域占据了很大的比例。

四、列管式换热器的设计步骤

（一）、流体通道的选择

1．不洁净和易结垢的流体宜走管程，以便于清洗管子；

2．腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀，而且管内也便于检修和清洗；

3．高压流体宜走管程，以免壳体受压，并且可节省壳体金属的消耗量；

4．饱和蒸汽宜走壳程，以便于及时排出冷凝液，且蒸汽较洁净，不易污染壳程；

5．被冷却的流体宜走壳程，可利用壳体散热，增强冷却效果；

6．有毒流体宜走管程，以减少流体泄漏；

7．粘度较大或流量较小的流体宜走壳程，因流体在有折流板的壳程流动时，由于流体流向和流速不断改变，在很低的雷诺数（Re<

100）下即可达到湍流，可提高对流传热系数。

但是有时在动力设备允许的条件下，将上述流体通入多管程中也可得到较高的对流传热系数。

（二）、流体流速的选择

换热器中流体流速的增加，可使对流传热系数增加，有利于减少污垢在管子表面沉积的可能性，即降低污垢热阻，使总传热系数增大。

然而流速的增加又使流体流动阻力增大，动力消耗增大。

因此，适宜的流体流速需通过技术经济核算来确定。

充分利用系统动力设备的允许压降来提高流速是换热器设计的一个重要原则。

在选择流体流速时，除了经济核算以外，还应考虑换热器结构上的要求。

（3）、流体两端温度的确定

若换热器中冷、热流体的温度都由工艺条件所规定，则不存在确定流体两端温度的问题。

若其中一流体仅已知进口温度，则出口温度应由设计者来确定。

例如用冷水冷却一热流体，冷水的进口温度可根据当地的气温条件作出估计，而其出口温度则可根据经济核算来确定；

为了节省冷水量，可使出口温度提高一些，但是传热面积就需要增加；

为了减小传热面积，则需要增加冷水量。

（四）、管径、管子排列方式和壳体直径的确定

小直径管子能使单位体积的传热面积大，因而在同样体积内可布置更多的传热面。

或者说，当传热面积一定时，采用小管径可使管子长度缩短，增强传热，易于清洗。

但是减小管径将使流动阻力增加，容易积垢。

对于不清洁、易结垢或粘度较大的流体，宜采用较大的管径。

因此，管径的选择要视所用材料和操作条件而定，总的趋向是采用小直径管子。

管子的排列方式有等边三角形、正方形直列和正方形错列三种。

等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，对流传热系数大；

正方形直列比较松散，对流传热系数较三角形排列时低，但管外壁清洗方便，适用于壳程流体易结垢的场合；

正方形错列则介于上述两者之间，对流传热系数较直列高。

管子在管板上的间距t跟管子与管板的连接方式有关：

胀管法一般取t=（1.3～1.5）do，且相邻两管外壁的间距不小于6mm；

焊接法取t=1.25do。

换热器壳体内径应等于或稍大于管板的直径。

（5）管程和壳程数的确定

当流体的流量较小而所需的传热面积较大时，需要管数很多，这可能会使流速降低，对流传热系数减小。

为了提高流速，可采用多管程。

但是管程数过多将导致流动阻力增大，平均温差下降，同时由于隔板占据一定面积，使管板上可利用的面积减少。

设计时应综合考虑。

采用多管程时，一般应使各程管数大致相同。

当列管式换热器的温差修正系数 

时，可采用多壳程，如壳体内安装与管束平行的隔板。

但由于在壳体内纵向隔板的制造、安装和检修都比较困难，故一般将壳体分为两个或多个，将所需总管数分装在直径相等而较小的壳体中，然后将这些换热器串联使用。

（六）、折流板

折流板又称折流挡板，安装折流板的目的是为了提高壳程流体的对流传热系数。

其常用型式有弓形折流板、圆盘形折流板以及螺旋折流板等。

常用型式为弓形折流板。

折流板的形状和间距对壳程流体的流动和传热具有重要影响。

通常弓形缺口的高度约为壳体直径的10%～40%，一般取20%～25%。

两相邻折流板的间距也需选择适当，间距过大，则不能保证流体垂直流过管束，流速减小，对流传热系数降低；

间距过小，则流动阻力增大，也不利于制造和检修。

一般折流板的间距取为壳体内径的20%～100%。

（七）、换热器中传热与流体流动阻力计算

有关列管式换热器的传热计算可按已选定的结构型式，按前一章相关内容，根据传热过程各个环节分别计算出两侧流体的对流传热热阻及导热热阻，得到总传热系数，再按本章前述内容进行换热器传热计算。

列管式换热器中流动阻力计算应按壳程和管程两个方面分别进行。

它与换热器的结构型式和流体特性有关。

一般对特定型式换热器可按经验方程计算，计算式比较繁杂，具体内容可参阅有关的换热器设计教科书或手册。

（八）、列管式换热器的选用和设计的一般步骤：

1.估算传热面积，初选换热器型号

（1）根据传热任务，计算传热速率；

（2）确定流体在换热器中两端的温度，并按定性温度计算流体物性；

（3）计算传热温差，并根据温差修正系数不小于0.8的原则，确定壳程数或调整加热介质或冷却介质的终温；

（4）根据两流体的温差，确定换热器的型式；

（5）选择流体在换热器中的通道；

（6）依据总传热系数的经验值范围，估取总传热系数值；

（7）依据传热基本方程，估算传热面积，并确定换热器的基本尺寸或按系列标准选择换热器的规格；

（8）选择流体的流速，确定换热器的管程数和折流板间距。

2．计算管程和壳程流体的流动阻力

根据初选的设备规格，计算管程和壳程流体的流动阻力，检查计算结果是否合理和满足工艺要求。

若不符合要求，再调整管程数或折流板间距，或选择其他型号的换热器，重新计算流动阻力，直到满足要求为止。

3.计算传热系数

校核传热面积，计算管程、壳程的对流传热系数，确定污垢热阻，计算传热系数和所需的传热面积。

一般选用换热器的实际传热面积比计算所需传热面积大10%～25%，否则另设总传热系数，另选换热器，返回第一步，重新进行校核计算。

结论:

在换热器设计中要综合考虑多种因素,如介质流速、压力降、膜传热系数（如果内外侧膜传热系数相差较大,则其中一侧明显成为传热的控制阻力,应尽量提高控制侧的传热系数,以提高总传热系数）、以及面积余量等,并尽量选择标准换热器以减少投资。

还应根据实际工程需要结合实际工作经验方可设计出经济合理的换热器。

根据工程应用实际，换热器的设计时应遵从如下规则:

（1）初始参数确定、换热管尺寸、壳体类型、管束布置方式、折流板形状等信息确定;

（2）选择折流板切割率的初始值;

（3）结合Poddar给出的参考图进行判断。

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