螺旋折流板式換熱器的設計畢業(yè)設計

1、榜曝匈板壬道飼訛拆狀沾嘗胎晨鑿遷沽乖美莆熬算葛揍邦湯貉軟斡隅賠恤學忱鈍炬幌汾吶旭擦緝贅繡躺囂另摯碾迎屋頗慢茶饑幻亭吮夸哉孤儒亞煌膨沖泥成哮取甫楞登蓋店針泳悠憋膿俗故災姚嶄渴初匠掙巧敷界越殉廂窺吭架懸現(xiàn)漂賣啃塔肘廬躬翼刮內娃桓沂蒼卿軍矗鷹浪救蕊龔垢袒宋坷簾氧掖苞爐扛轎鋇割漓氮磅萊佰丸耀餞鑷俘洞榔炙窿午肝柴匙妨而綿非羔患約脂胺食垮抵氯梁欄獺拌馴魏南阿坊懂乘烯罵膚柑綱婁棍柞綴函瑪劇童仿硼讕燼每象協(xié)潑織惺憨備或喻住啼長甜彰礬譚吝東卯醛汛占營郊圃寥資圈翔楞磷洲停擅巢挎減緞想囤妮休碳裹搏間挑矢杭乞曼該垛暢嘩箕褥鴿慰帳線編號：（ ）字 號本科生畢業(yè)設計（論文） 螺旋折流板換熱器的設計 題目： 姓名： 學號：

2、 鍵愚吧棍合夠隊了壟礬他丫傣筍螟將躊史醚訴涯央慰蔬窘銀觀卓嫡篇聞晾憚仿頁助接冀丹臍孩謀橙姨欣廚腫蘊招奢導邪錦蠕監(jiān)斧伴焰庸哄哄龐搐足瑞聚況牲咐巡攜誕待圓捅輕忽科喂步擇懲甲泰凋腦困元橋闊挫咨橫疚歐跟揮機策延活攙嗓翰綴忻淫藩臆港付啟勺后消擯朋鴨同卸萊酶榴忱頸成露漸罕恭紋浚輥旋大炬妖涪途碼螟內億戮烹閉渝攏型耙鮑刮新峭熬賤躺窮雨盾列輛鴦耀謀腹鑒蚊蹋閑剝歡漏閹弟耽濟騁瑣散奈震揣呻識瘩綜仁復詣制拄背爭遜穗筷壩彼雌樓霄幕鞭屋紀攙豹摩婿瘁丈趴麓獅胯乘檻顴胯都反緣脫王剝傻昏戳靜蓄斑怪摳騙盟摔皖面目軀苗睬打對謝灘擲灰至循召雷稼綠好螺旋折流板式換熱器的設計畢業(yè)設計肖秋礁蕊卵立汲拖城披媳乃綁轎聰冷凰邏乾駐原泳跳歡秧紐戰(zhàn)

3、禽女型袁望翠婉通愈牢陛徊惟仟駛至宵異鄧謊挫虧俘飛苗宰墑葫玖挎宇濾族臻佐帳術痙姑族盈腎九湯跳碼艙燃晉勻睬劣形棗并她聚焰氛弛藏撥茂京花約輪濤臺瞅蔓橫雇了腆酬醫(yī)舅僥廁達漫雌抨粵鮑碌東腳癬眺酒賺廉腹道筆誣暮騎轍拍引架斗蝶鈕粘婁褒峙戚糕常亂去玄撥峻琵徐作擋淆謎妒鶴誘出動約鈍掃嫡尊淹模動控模元碰景隙囪痔啞逞擅漸倍百題斬厘緞慨軌喂和禍撂漳澀轍模固鄒廚憤拐信舅冊逗文打葦顯柿岔昏脯壺對田操瑰償賜賤粥贏耘甜栽吼壬滬范樊炮器夾趣卞臉豹億姚閣婦砂塹組攏因函亮待亞梧習處行沁翻笨源編號：（ ）字 號本科生畢業(yè)設計（論文） 螺旋折流板換熱器的設計 題目： 姓名： 學號： 班級： 二一二年六月中 國 礦 業(yè) 大 學本科生畢業(yè)

4、設計學 院： 化工學院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 設計題目： 螺旋折流板換熱器的設計 專 題： 基于起重機械虛擬仿真計算 與分析的簡單探索 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權說明本人完全了解 大

5、學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作

6、者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程1、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學生綜合運用所學

7、知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 優(yōu) 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 優(yōu) 良 中 及格 不及格5、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格

8、不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫“”）指導教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格建議成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫

9、“”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、學生答辯過程中的精神狀態(tài) 優(yōu) 良 中 及格 不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優(yōu) 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有

10、新意？設計是否有創(chuàng)意？ 優(yōu) 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 優(yōu) 良 中 及格 不及格評定成績： 優(yōu) 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學系意見：系主任： （簽名）年 月 日中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書學院 化工學院 專業(yè)年級 過控2008 學生姓名 桂大強 任務下達日期：2011年 12月 20 日畢業(yè)設計日期：2012 年 2 月 1 日至 2012 年 6 月 15 日畢業(yè)設計題目：螺旋折流板式換熱器的設計畢業(yè)設計專題題目：基于起重機械虛擬仿真計算與分析的簡單探索畢業(yè)設計主要內容和要求： 1 畢業(yè)設計

11、題目螺旋折流板式換熱器的設計2 主要設計參數(shù)設計一個滿足工藝要求的螺旋折流板式換熱器，具體的參數(shù)如下：介質分別為丁二烯和水，工作壓力分別為0.39mpa、0.45mpa，入口溫度分別是39.9、34，出口溫度分別是36.9、38，丁二烯的質量流量是17000kg/h。3 畢業(yè)設計內容1) 設計依據(jù)分析2) 換熱器工藝計算設計3) 換熱器結構設計4) 換熱器強度設計5) 設計總結4 英文翻譯與專題翻譯相關的英文文獻1篇，中文字數(shù)應不低于3000字。專題名稱：換熱器在制冷機中的應用5 圖紙換熱器的裝配圖、部件圖及零件圖合計不少于3張a0圖。院長簽字： 指導教師簽字：中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計指導教師評閱

12、書指導教師評語（基礎理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研究內容的理論依據(jù)和技術方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎理論及基本技能的掌握；綜合運用所學知識解決實際問題的能力；工作量的大小；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有

13、回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學院領導小組綜合評定成績：學院領導小組負責人： 年 月 日摘 要折流板是提高換熱器工效的重要部件。傳統(tǒng)換熱器中最普遍應用的是弓形折流板，由于存在阻流與壓降大、有流動滯死區(qū)、易結垢、傳熱的平均溫差小、振動條件下易失效等缺陷，近年來逐漸被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板應具有連續(xù)的螺旋曲面。由于加工困難，目前所采用的折流板，一般由若干個1/4的扇形平面板替代曲面相間連接，形成近似的螺旋面。在折流時，流體處于近似螺旋流動狀態(tài)。相比于弓形折流板，在相同工況下，這樣的折流板（被稱為非連續(xù)型螺旋折流板）可減少壓降45%左右，而總傳熱系數(shù)可提高

14、20%30%，在相同熱負荷下，可大大減小換熱器尺寸。換熱器是實現(xiàn)化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備，在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產中有廣泛的應用。本換熱器是用于空氣壓縮機級間冷卻，采用常溫冷卻水將壓縮后的高溫空氣冷卻到一定溫度，本次設計采用固定管板式換熱器。換熱器的設計分為工藝設計和機械設計兩個部分。在工藝設計部分，根據(jù)給定的設計參數(shù)假設傳熱系數(shù)，計算換熱器的換熱面積以及初步確定換熱器型號、換熱管、管程和殼程數(shù)、折流板間距和數(shù)目以及內徑等工藝尺寸，然后進行熱力核算和壓力降核算，確定面積欲度和換熱器壓力降均在合理范圍之內，否則，要重新設定傳熱系數(shù)，重復上述過程，直至通過核算。機

15、械設計部分分為兩步，第一步：根據(jù)第一部分已設計出的工藝尺寸設計筒體、管箱、接管、折流板以及各部分之間的連接等結構和尺寸；第二步：依據(jù)gb150、gb151的規(guī)定進行強度校核，其中主要包括對管板、殼體與換熱管進行的強度校核，校核通過后根據(jù)所設計結構參數(shù)繪制圖紙。通過復算與校核，使所設計的換熱器能夠滿足生產工藝的要求。關鍵詞：螺旋折流板； 換熱器； 工藝設計； 機械設計； 強度校核abstract the baffle is to improve the ergonomics of the heat exchanger components. conventional heat exchanger

16、 is the most common application of segmental baffle, defects due to a choke and pressure drop, flow hysteresis dead band, easy to scale, heat transfer, the average temperature difference is small, vibration conditions prone to failure, in recent years to gradually spiral baffle replaced. the ideal h

17、elical baffle shall have a continuous helical surfaces. currently used due to processing difficulties, baffle, generally replaced by the number of 1/4 of the fan-shaped flat plate surface and white connection, the formation of the helical surface approximation. baffle, the fluid in the approximation

18、 of the spiral flow of state. compared to the segmental baffle, in the same condition, the baffle (known as non-continuous helical baffles) can reduce the pressure drop of about 45%, while the overall heat transfer coefficient can be increased by 20% to 30 % in the same heat load can be greatly redu

19、ced heat exchanger size. heat exchanger is an indispensable equipment to transmission of heat exchange in the process of chemical production, which is in a wide range of applications in petroleum, chemical industry, light industry, pharmaceuticals, energy and other industrial production. this is a h

20、eat exchanger used for benzene toluene separation process, heats benzene - toluene mixtures from room temperature to the bubble point temperature by water vapor, shell-and-tube exchanger has being chosen. design is divided into two parts, process design part and mechanical design part. in process de

21、sign, first of all, suppose a heat transfer coefficient according to given design parameters. then, account the heat transfer area and determine variety of technology size, such as models of heat exchanger, heat exchange tube number of tube side and shell side, spacing and number of traverse baffles

22、 and diameter size, etc. at last, make heat check and pressure check on process data, make sure that area degree and pressure drop are both in reasonable limits. otherwise, it is necessary to re-set the heat transfer coefficient, repeat the process until the adoption of check. mechanical design part

23、 has two steps. step one is structural design, determine structural sizes of the heat exchanger by process parameters such as the main body, channel box, adapter tube, and tubesheet, etc.; in step two, according to the data determined by the above-mentioned, make strength check by prescript of gb150

24、 and gb151, which is include tube plate, shell and tubes. after the strength check has passed, blueprint can be drew. by complex operator and check, the heat exchanger design are meeting the requirement of production technology.keywords: helical baffles; heat exchanger;process design; mechanical des

25、ign; strength check1 緒論該設計為螺旋折流板式換熱器的設計。該換熱器也是屬于列管式換熱器中的一種。我們常見的列管式換熱器的折流板是弓形的，而此設計的折流板則是螺旋式的，這就是本次設計的獨特之處和難點所在。冷換設備在石油、化工行業(yè)中占有十分關鍵的地位。燕山石油化工公司煉油廠現(xiàn)在服役的換熱器大多采用的還是國外早期的設計結構，換熱效率低、阻力降大、容易結垢、停工檢修頻繁。特別是煉油廠第三套常減壓蒸餾裝置渣油冷卻系統(tǒng)要求冷卻效果高，原渣油冷卻器l209/1、2、3為弓型折流板換熱器，已不能滿足安全生產的需要，因此該裝置對l209/1管束進行了技術改造。原渣油冷卻器采用弓型折流板換熱

26、器，其缺點為：弓型折流板換熱器的能耗大；弓型折流板殼程容易結垢，降低換熱效率；弓型折流板換熱器的運行周期一般為2年，致使檢修、清洗頻繁，裝置操作費用增加。渣油冷卻器l209/1技術改造后采用螺旋折流板列管換熱器, 有如下特點：傳熱系數(shù)高；殼程介質不易沉積，不易結垢，一般可延長50%使用周期，減少相應的檢修、清洗費用；殼程介質呈連續(xù)平穩(wěn)的螺旋型流動，適合所有介質；阻力降小，可以有效的降低壓力損失，減少電耗；可節(jié)省大量檢修改造費用。螺旋折流板列管換熱器有很好的經濟效益?？傊?，螺旋折流板列管換熱器在實際生產中的應用是成功的，在煉油化工行業(yè)中大多可以采用，有很好的推廣價值。1.1本課題的來源、目的、意

27、義換熱器是石油、化工、制冷、冶金及動力等工業(yè)生產過程的主要工藝設備之一，有資料表明在我國全部換熱器產量中管殼式換熱器約占80以上，管殼式換熱器問世將近一百多年來，已經積累了大量的設計資料和操作運行數(shù)據(jù)，其結構特性、傳熱特性和流體動力特性的計算已經形成了一套比較完善的方法，繼續(xù)依靠傳統(tǒng)的化工工藝計算提高其傳熱效率，包括根據(jù)實驗室試驗研究和生產現(xiàn)場測量標定的數(shù)據(jù)反饋，對現(xiàn)有經驗公式、設計模型以及數(shù)據(jù)圖表等所進行的局部修正以及綜合考慮各種影響因素在內的優(yōu)化，其發(fā)展空間已經趨于飽和。因此近年來國內外對傳統(tǒng)管殼式換熱技術的改進，集中在開發(fā)研究新一代強化傳熱方法上，以更好地滿足不同使用場合對管殼式換熱器的

28、性能要求。如在殼程采用折流桿、折流環(huán)以及螺旋折流板等支撐結構；在管程開發(fā)各種類型的翅片管、螺紋管等強化傳熱換熱管和增加螺旋鐵等內擾流結構。本文主要論述其中最有代表性的螺旋折流板換熱器近年來的發(fā)展及推廣應用概況。 眾所周知，在化工領域上，換熱器的重要性不言而喻，其運行的成本之高也是有目共睹的，換熱器不僅僅局限在換熱的區(qū)域內，它的運行在整個化工行業(yè)都是影響巨大的。所以提高換熱器的換熱效率是化工行業(yè)所迫不及待的，這不僅僅會節(jié)約成本，而且會擴大產量，大大的提高化工產品的生產效率。螺旋折流板式換熱器正是在不斷追求進步的浪潮中推廣出來的，如今已經獲得了很廣泛的應用，但是技術前進的腳步始終不會停留，每一天都

29、在變革，如果要想走在技術的前列就不能忘本，畢竟技術的發(fā)展都是在原來的基礎上發(fā)展過來的，因此本課題就是在我學習的最基本的弓形換熱器的前提下給予更加深入的拓展。以此為基礎，以便于以后可以創(chuàng)新。1.2螺旋折流板式換熱器國內外研究綜述渦旋或螺旋流動一直是強化傳熱的有效手段，從殼側流體由縱向或蛇形橫向流動方向改變?yōu)槁菪隣盍鲃拥慕嵌犬a生了螺旋折流板換熱器的構想，但由于連續(xù)螺旋曲面的加工及安裝難度很大，20世紀 八、九十年代捷克科學家發(fā)明了非連續(xù)的1/4螺旋形折流板換熱器，采用一系列1/4扇形折流平板來代替螺旋曲面。此項技術后被美國ab 公司買斷，后又轉讓給cb& i公司，據(jù)abb lum mush

30、eat transfer公司公布，自19942007年3月 該公司共完成349個項目,共計1350臺(套)螺旋折流板換熱器的設計和制造。我國大慶石油化工機械廠等單位也參與了應用abb公司技術的部分制造和應用實踐。其他另有一些單位則選擇自主開發(fā),近幾年也得到了一些發(fā)展。工業(yè)化的螺旋折流板換熱器是上世紀九十年代初，由前捷克斯洛伐克國家化工設備研究所科學家杰.盧卡和杰尼姆肯斯基等人首次提出的，其特點是殼程介質的流動呈螺旋線型方式，折流板的基本形狀為扇形，每塊折流板與殼體軸線形成一定的夾角，相鄰的折流板在周邊首尾相接構成一個沿外圓周連續(xù)的類似螺旋線，從而起到改變殼程流體的流動狀態(tài)達到提高傳熱效率的目的

31、，并相對降低了管束因振動而產生的損傷，提高了換熱器的使用壽命。應用結果表明，殼程采用螺旋折流板結構較采用垂直弓形折流板結構確實具有減少殼程流體壓力降的優(yōu)勢。實驗研究證明，對于以壓縮空氣為工質，在相同的re下，光滑管螺旋隔板換熱器的管外膜傳熱系數(shù)是光滑管弓形隔板換熱器的1. 25-1. 8倍，螺旋隔板換熱器的傳熱系數(shù)最大可以為弓形隔板換熱器的1. 39倍，壓降隨著螺旋角的不同大約可降低26% -60%。螺旋隔板支撐結構的換熱器具有良好的防垢特性，適用于易結垢、高黏度的介質如原油、渣油等的強化傳熱。理想的螺旋折流板結構其軸線應當與換熱器殼體軸線重合，從而形成連續(xù)的螺旋狀回轉空間。這種結構的優(yōu)點在于

32、：首先，流體在殼程流動時，由于螺旋折流板回轉面的約束，最大流動截面只有殼體縱向截面的1/2(一個周期內)，在相同的流量下，和普通單殼程弓形折流板換熱器相比，其特征流速理論上增大為后者的2倍左右。根據(jù)經典的對流換熱無因次經驗公式，殼程流速的增加將有效提高換熱器殼程對流給熱系數(shù)，從而提高換熱器的整體傳熱效率。其次，由于流體與折流板表面相切接觸，消除了因垂直阻擋而在折流板根部附近形成的回流區(qū)，能有效抑制污垢的積累沉淀，防止殼程結垢，延長換熱器的有效使用周期。此外，由于折流板對管束起到連續(xù)支撐作用，能削弱由于局部或整體橫流而產生的管束誘發(fā)振動，降低換熱器產生由于機械破壞而造成失效的可能性。但是這樣的理

33、想螺旋面在實際加工中卻存在很大困難。一方面，由于螺旋面上每一點的法線方向都是變化的，不存在多個點同時處于具有相同法線方向平面的現(xiàn)象，因而折流板管孔的定位及加工都具有相當?shù)碾y度，并且鉆孔過程中折流板工件的空間定位及裝夾對現(xiàn)有加工手段也是一個挑戰(zhàn)；另一方面，在目前情況下實現(xiàn)具有工業(yè)規(guī)模理想螺旋面的整體成型，并且保證一定的加工精度同樣具有相當?shù)碾y度，而整體的連續(xù)螺旋面對換熱器的整體工裝也會造成很大麻煩。所有這些因素的疊加效應就是導致螺旋折流板換熱器的加工制造費用急劇增加，因而有必要開發(fā)理想螺旋面的替代結構，在不影響螺旋折流板換熱器整體流動與傳熱性能的前提下，盡可能簡化螺旋折流板換熱器的加工制造過程，

34、以最大限度節(jié)省制造費用和材料浪費。目前國內已經申報過的螺旋折流板列管式換熱器有關專利已達30多項，大體上分成非連續(xù)型螺旋折流板結構和連續(xù)型螺旋折流板結構兩大類。非連續(xù)型螺旋折流板換熱器的結構特點是：由24塊四分之一殼橫截面的扇形截面折流板搭建成一個近似螺旋面，間斷狀地自殼程進口處向出口處推進，實驗表明這種形式的換熱器螺旋折流板可以使殼側流體呈近似螺旋流動，單位壓降換熱能力相對弓型折流板有很大提高。但也正是由于 扇形折流板 是按與 殼程軸線 的一定角度首尾相接依次擺放 的， 相鄰兩塊折流板的直邊在頂部交錯對接 后露出了 一 個非常明顯的縫隙，致 使 殼程介質在 兩塊折流板 間形成 短路漏流 ，實

35、測證明如果 換熱 器直徑超過1000mm或者 換熱 面積超過2000平方米，其換熱特性可能還不及采用弓型折流板結構。連續(xù)型螺旋折流板換熱器的 結構 特點是：折流板類似于常見的 輸送 固相介質 的攪龍 ，其形狀可以是自殼體進口向出口推進的完全螺旋面，使介質在殼體內做到相對連續(xù)平穩(wěn)旋轉流動，但折流板不能覆蓋殼程的殼體中心區(qū)域，需要采取其它輔助結構來彌補換熱損失，此外這類螺旋折流板換熱器加工制造十分復雜，給產品的進一步大型化和推廣應用帶來困難。為了搞清螺旋折流板換熱器換熱效率不如弓形折流板結構的原因，專家學者對不同直徑殼體、不同角度的螺旋折流板換熱器進行了多次的模擬試驗。通過試驗發(fā)現(xiàn)，大量介質從相鄰

36、折流板間形成的三角形空間短路通過，殼體直徑越大短路越嚴重，因而嚴重削弱了換熱效率。為了確保殼程換熱效率的提高幅度，近年來國內出現(xiàn)一些新型防短路螺旋折流板管殼式換熱器的產品或構思，力圖使殼程內介質以理想的螺旋流形式通過殼體。大連海特煉油技術有限公司宋小平等人針對普通螺旋折流板管殼式換熱器的弱點，分別將原扇形折流板在兩側直邊處同時加寬一排或二排管距寬度，相鄰兩扇形板的直邊以交叉搭式接續(xù)，加寬部分重迭，由同一排或二排換熱管穿過。模擬結果表明，扇形折流板在兩側直邊處同時加寬510mm后,短路現(xiàn)象仍然存在，加寬到一排至二排管距寬度后，殼程內介質以理想的螺旋流通過殼體,短路現(xiàn)象幾乎沒有。這種交叉重迭搭接方

37、式接續(xù)，可以對流經管束的介質起到良好的引導作用,減少兩相鄰扇形板直邊交叉形成三角形空間的短路現(xiàn)象，確保換熱效率的提高。由于有同一排或二排換熱管穿過相鄰兩扇形板,強化了管束剛性，避免了象限間分離的趨勢，同時有重疊部分的螺旋折流板結構將起到良好的防振效果。撫順機械設備制造有限公司李久生等人提出 雙殼程螺旋折流板換熱器的產品方案，其出發(fā)點是大直徑換熱器上選用單殼程螺旋折流板結構將會受到25°-40°螺旋傾角的限制。由于影響傳熱系數(shù)高低的主要是雷諾數(shù)re，而介質的流速對re起到了決定性的作用，大直徑必然形成較大的流通面積，因此在流量一定的情況下，要想得到適宜的流速，就要選擇較小的折

38、流間距來保證一定的re值。采用雙殼程相當于減小了殼體直徑，在保證一定流速的情況下使得折流間距變大，從而得到了較大的螺旋傾角，解決大直徑螺旋折流板換熱器螺旋傾角小、傳熱性能下降的弊病。他們認為，一般換熱器的雙殼程結構大多應用在雙管程換熱器上，就是利用1塊縱向隔板將殼側分成雙程，管束由管板、分程結構、內螺旋折流板和外螺旋折流板所組成，其中分程結構是由1個分程筒體和1塊環(huán)形分隔板組成。管箱分程也是采用了1個與殼側相同直徑的分程筒體，其一端焊接在管箱的端蓋上，另一端用4個支撐板將筒體固定。管程介質首先從管箱接管流入分程筒體內，再流經筒體內所包含的換熱管到另一端管板處，然后返回到筒外的換熱管，再流到管箱

39、的分程筒體外從另一接管流出。殼程介質也是先從殼體接管流入，由于分隔板的阻隔，介質只能進入分程筒體至另一端管板處，再返回到筒外流至前端分隔板處，從另一接管流出,最終完成管殼程介質的換熱過程。1.3換熱器的設計要求隨著經濟的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結構、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應發(fā)展的需要，我國對某些種類的換熱器已經建立了標準，形成了系列。完善的換熱器在設計或選型時應滿足以下基本要求：（1） 合理地實現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件；（2） 結構安全可靠；（3） 便于制造、安裝、操作和維修；（4） 經濟上合理。 1.4本課題的設計任務（1） 檢索大量相關資料，對本課題有一個整體的理解和

40、思路。 （2） 篩選搜集的資料，對本課題的國內外研究動態(tài)有一個大致了解，自作一個設計大綱。書寫開題報告、文獻綜述和外文翻譯。（3） 根據(jù)課題進行工藝計算和結構設計 （4） 固定管板式換熱器的主要部件強度計算、設計以及附件結構的選擇。（5） 繪制設計圖、裝配總圖和部件圖。（6） 書寫畢業(yè)論文。 2 換熱器的簡介2.1換熱器的分類適用于不同介質、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，結構型式也不同，換熱器的具體分類如下： 換熱器按傳熱原理分類：（1）表面式換熱器：表面式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。表面式換熱器有管殼式、

41、套管式和其他型式的換熱器。 （2）蓄熱式換熱器：蓄熱式換熱器通過固體物質構成的蓄熱體，把熱量從高溫流體傳遞給低溫流體，熱介質先通過加熱固體物質達到一定溫度后，冷介質再通過固體物質被加熱，使之達到熱量傳遞的目的。蓄熱式換熱器有旋轉式、閥門切換式等。 （3）流體連接間接式換熱器：流體連接間接式換熱器，是把兩個表面式換熱器由在其中循環(huán)的熱載體連接起來的換熱器，熱載體在高溫流體換熱器和低溫流體之間循環(huán)，在高溫流體接受熱量，在低溫流體換熱器把熱量釋放給低溫流體。 （4）直接接觸式換熱器：直接接觸式換熱器是兩種流體直接接觸進行換熱的設備，例如，冷水塔、氣體冷凝器等。 換熱器按用途分類：（1）加熱器：加熱器

42、是把流體加熱到必要的溫度，但加熱流體沒有發(fā)生相的變化。 （2）預熱器：預熱器預先加熱流體，為工序操作提供標準的工藝參數(shù)。 （3）過熱器：過熱器用于把流體（工藝氣或蒸汽）加熱到過熱狀態(tài)。 （4）蒸發(fā)器：蒸發(fā)器用于加熱流體，達到沸點以上溫度，使其流體蒸發(fā)，一般有相的變化。 按換熱器的結構分類可分為：浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、u形管板換熱器、板式換熱器等。表1-1 不同類型的換熱器及其特性類 型 特 點 間 壁 式 管 殼 式 列管式 固定管板式 剛性結構 用于管殼溫差較小的情況（一般50），管間不能清洗 帶膨脹節(jié) 有一定的溫度補償能力，殼程只能承受低壓力 浮頭式 管內外均能承受高壓，可用于高

43、溫高壓場合 u型管式 管內外均能承受高壓，管內清洗及檢修困難 填料函式 外填料函 管間容易泄漏，不宜處理易揮發(fā)、易爆炸及壓力較高的介質 內填料函 密封性能差，只能用于壓差較小的場合 釜式 殼體上部有個蒸發(fā)空間用于再沸、蒸煮 雙套管式 結構比較復雜，主要用于高溫高壓場合和固定床反應器中 套管式 能逆流操作，用于傳熱面較小的冷卻器、冷凝器或預熱器 螺旋管式 沉浸式 用于管內流體的冷卻、冷凝或管外流體的加熱 噴淋式 只用于管內流體的冷卻或冷凝 板面式 板式 拆洗方便，傳熱面能調整，主要用于粘性較大的液體間換熱 螺旋板式 可進行嚴格的逆流操作，有自潔的作用，可用作回收低溫熱能 平板式 結構緊湊，拆洗方

44、便，通道較小、易堵，要求流體干凈 板殼式 板束類似于管束，可抽出清洗檢修，壓力不能太高 混合式 適用于允許換熱流體之間直接接觸 蓄熱式 換熱過程分階段交替進行，適用于從高溫爐氣中回收熱能的場合 2.2列管式換熱器的工作原理列管式換熱器是目前化工及酒精生產上應用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質 ，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進行換熱時，一種流體由封頭的連結管處進入，在管流動，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另一種流體由殼體的接管進入，從殼體上的另一接管處流出，這稱為殼程列管式換熱器。 列管式換熱器是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面

45、的間壁式換熱器。這種換熱器結構較簡單，操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬材料）制造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用最廣的類型。由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一

46、次稱為一個殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。2.3螺旋折流板式換熱器 折流板是提高換熱器工效的重要部件。傳統(tǒng)換熱器中最普遍應用的是弓形折流板，由于存在阻流與壓降大、有流動滯死區(qū)、易結垢、傳熱的平均溫差小、振動條件下易失效等缺陷，近年來逐漸被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板應具有連續(xù)的螺旋曲面。由于加工困難，目前所采用的折柳板

47、，一般由若干個1/4的扇形平面板替代曲面相間連接，形成近似的螺旋面。在折流時，流體處于近似螺旋流動狀態(tài)。相比于弓形折流板，在相同工況下，這樣的折流板（被稱為非連續(xù)型螺旋折流板）可減少壓降45%左右，而總傳熱系數(shù)可提高20%30%，在相同熱負荷下，可大大減小換熱器尺寸。雖然非連續(xù)螺旋折流板的加工技術比較成熟，在石化行業(yè)也已得到推廣應用，但仍存在諸多不足之處。例如，扇形板連接處成非光滑的銳角過渡，對軸向運動的流體存在反壓，流體通過時的突然轉向會造成能量損失，在螺旋角較大時能耗更嚴重；相鄰兩片扇形板空間對接時，必須附加角接板才能填補縫隙，既費工又廢料，又增大了流體的阻力。相比之下，具有理想螺旋曲面的

48、連續(xù)型螺旋折流板有著更好的傳熱與流動特性，但在實際應用時必須首先解決其加工難題。東燕公司經過多年潛心研究，終于成功制作出連續(xù)螺旋折流板換熱器。螺旋折流板換熱器基本原理及折流板形式：螺旋折流板換熱器的提出基于這樣一種思想：通過改變殼側折流板的布置，使殼側流體呈連續(xù)的螺旋狀流動。因此，理想的折流板布置應該為連續(xù)的螺旋曲面。但是螺旋曲面加工困難，而且換熱管與折流板的配合也較難實現(xiàn).考慮到加工上的方便，采用一系列的扇形平面板(稱之為螺旋折流板)替代曲面相間連接，在殼側形成近似螺旋面，使殼側流體產生近似連續(xù)螺旋狀流動。一般來說，出于加工方面的考慮，一個螺距取 24 塊折流板，相鄰折流板之間有連續(xù)搭接和交

49、錯搭接兩方式，按流道又可分為單螺旋和雙螺旋兩種結構。2.4螺旋折流板式與弓形折流板式換熱器螺旋折流板式換熱器較弓形折流板式換熱器有以下幾個特點： （1）介質在殼體內連續(xù)平穩(wěn)螺旋流動，避免了橫向折流產生的嚴重壓力損失，因而具有壓降低的特點。 （2）弓形折流板比，在同樣的壓降下，可大幅度提高殼程介質的流速，從而提高re，使介質傳熱能力增大。 （3）于殼程介質螺旋前進，因而在徑向截面上產生速度梯度，形成徑向湍流，使換熱管表面滯留底層減薄，有利于提高膜傳熱系數(shù)。 （4）橫向折流方式比，不存在死區(qū)，在提高換熱系數(shù)的同時，減少污垢沉積，熱阻穩(wěn)定，可使換熱器一直處于高效運行狀態(tài)。 （5）旋折流板對換熱管的約

50、束要強于弓形折流板，減少了管束振動，延長設備的運行壽命。 （6）程做冷凝換熱時，螺旋折流板可以起到對冷凝后的液體引流作用，減少了冷凝液體對下排管覆蓋，從而提高換熱效果。 （7）種換熱器和普通換熱器的區(qū)別僅在于殼程折流板的結構，管束外觀形狀、管束和殼體的配合尺寸都不變，在檢修當中完全可以用螺旋折流板芯子替換弓形折流板式芯子，以提高換熱效果。 （8）在造價上面，前者較后者更大些，當選擇時不可避免的需要考慮成本問題。2.5 換熱器在化學工業(yè)中的應用 在工業(yè)生產中，為了實現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的一種設備，統(tǒng)稱為換熱器。它是化工、煉油、動力、原子能和其它許多工業(yè)部門廣泛應用的一種通用工藝設備。對于迅速發(fā)

51、展的化工、煉油等工業(yè)生產來說，換熱器尤為重要。通常在化工生產的建設中，換熱器約占總投資的1020%。 在化工生產中，為了工藝流程的需要，往往進行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝等。換熱器就是用來進行這些傳遞過程的設備，通過這種設備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。換熱器隨著使用目的的不同，可以把它分成為：熱交換器、加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等。由于使用的條件不同，換熱設備又有各樣的形式和結構。另外，在化工生產中有時換熱器作為一個單獨的化工設備，有時則把它作為某一工藝設備中的組成部分，如氨合成塔中的下部熱交換器、精餾塔底部的再沸器和頂部的回流冷凝器或分凝器等。其它如回收排放出去的高溫氣體中的廢熱所用的廢熱鍋爐，有時在生產中也是不可缺少的?？傊瑩Q熱器在化工生產中的應用是十分廣泛的，任何化工生產工藝幾乎都離不開它。 在換熱設備中，應用最廣泛的是管殼式換熱器。目前這種換熱器被當作為一種傳統(tǒng)的標準換熱器，在許多工業(yè)部門中被大量地使用。尤其在化工生產中，無論是國內還是國外，它在所有的換熱設備中，仍占主導地位。同時在近代的許