浮頭式換熱器設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告.doc

-武漢科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目名稱(chēng)浮頭式換熱器設(shè)計(jì)系部專(zhuān)業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名周何清指導(dǎo)教師輔導(dǎo)教師開(kāi)題報(bào)告時(shí)間2012年3月-2012年4月-浮頭式換熱器設(shè)計(jì)學(xué)生：周何清武漢科技大學(xué)指導(dǎo)教師：武漢科技大學(xué)一、題目來(lái)源及其類(lèi)型題目來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)際題目類(lèi)別：畢業(yè)設(shè)計(jì)二、研究目的和意義換熱器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備，隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷開(kāi)發(fā)和能源問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，世界各國(guó)已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性起著重要的作用，有時(shí)甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家熱回收率已達(dá)96%。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的30%左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，約70%。其余30%為各類(lèi)高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類(lèi)高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時(shí)，促進(jìn)換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專(zhuān)業(yè)化，并朝大型化的方向研究發(fā)展。三、閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱(chēng)1史美中，王中錚.熱交換器原理與設(shè)計(jì)M.北京：東南大學(xué)出版社，19962錢(qián)頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20033鄭津洋，董其伍，桑芝富.過(guò)程裝備設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20054王志魁.化工原理M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20005賀衛(wèi)國(guó).化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20036王志文.化工容器設(shè)計(jì)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19907賀匡國(guó).壓力容器分析設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995-8潘家禎.壓力容器材料實(shí)用手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20009卓震.化工容器及設(shè)備M.北京：中國(guó)石化出版社，199810GB150-1998鋼制壓力容器S.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，200311GB151-1999管殼式換熱器S.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，200412HG20582-1998鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定S.化工部工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編輯中心出版，199813JB4732-1995鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)S.北京：新華出版社，1995四、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向1、換熱器及傳熱研究的發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀換熱器是一種廣泛使用的工藝設(shè)備，在煉油、化土行業(yè)中是主要豹工藝設(shè)備之一。因此，換熱器的研究倍受重視。從換熱鉗的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)到傳熱機(jī)理的試驗(yàn)研究一宣都在進(jìn)行。特別是七十年代初發(fā)生能源危機(jī)以來(lái)，各國(guó)都紛紛尋找新的能源及節(jié)約能源的途徑，而換熱器是節(jié)約能源的有效設(shè)備。在親熱回收、利用地?zé)帷⑻?yáng)能等方面都離不開(kāi)換熱器。因而各國(guó)都在致力于研究各種高性能換熱器及換熱元件，其中不少是國(guó)家直接下達(dá)的重點(diǎn)課題。近年來(lái)?yè)Q熱器及傳熱技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面。（1）研究工作的動(dòng)向目前世界上每年發(fā)表有關(guān)傳熱及換熱設(shè)備方面的文獻(xiàn)約在六千篇以上。有關(guān)新能源開(kāi)發(fā)的文章日趨增多，研究的重點(diǎn)是傳熱機(jī)理、傳熱強(qiáng)化、兩相流、模擬及測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、振動(dòng)、污垢以及與能源利用和環(huán)境保護(hù)有關(guān)的新型高效換熱器。對(duì)傳熱基礎(chǔ)理論的研究探討1分重視，一種新的動(dòng)向是：從數(shù)學(xué)校型和物理模型出發(fā)，用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出精確的計(jì)算公式。（2）計(jì)算機(jī)的使用應(yīng)用計(jì)算機(jī)不僅節(jié)省了入力、提高了效率，而且可以進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制，使其達(dá)到最大技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。例如美國(guó)帕斯卡古拉煉油廠常減壓裝置的原油換熱系統(tǒng)，由于采用了換熱系統(tǒng)的最佳化設(shè)計(jì)及其他改進(jìn)措施，平均傳熱系數(shù)達(dá)到445千卡m2小時(shí)。傳熱分析、應(yīng)力分析、信息儲(chǔ)存與檢索以及模擬和控制均編有程序。有些程序從工藝設(shè)計(jì)開(kāi)始，直到繪出圖紙。計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪圖機(jī)只需十幾分鐘即可繪一張標(biāo)準(zhǔn)換熱器圖紙。目前，美國(guó)HTRI換熱器設(shè)計(jì)程序在國(guó)外無(wú)疑是具有代表性的，-已被許多國(guó)家所引進(jìn)。此外，其他國(guó)家也開(kāi)發(fā)了一些自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和程序。如英國(guó)HTFS開(kāi)發(fā)的TASC等程序；1975年英國(guó)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室(NEL)和劍橋計(jì)算機(jī)輔機(jī)設(shè)備中心合作，按美國(guó)管殼式換熱器制造商協(xié)會(huì)(TEMA)標(biāo)準(zhǔn)，編制管完式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)程序STEM。這一程序不但可對(duì)TEMA標(biāo)準(zhǔn)中的所有“R”、“C”、“B”三類(lèi)換熱器進(jìn)行各種設(shè)計(jì)計(jì)算，列出二系列不同參數(shù)以供選擇，而且能自動(dòng)繪出換熱器的平面布置與管板布置圖，到1978年底己能提供全部TEMA標(biāo)準(zhǔn)投熱器的制造施工圖。以后又結(jié)合英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(SBI)1976年公布的壓力容器規(guī)范BS5500編制了換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)程序；蘇聯(lián)也有CAHTA自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)；日本HEADS自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)是由三菱工程及造船有限公司研制的，使用該系統(tǒng)，僅僅輸入最少的數(shù)據(jù)，就能迅速地得到機(jī)械的沒(méi)計(jì)圖表及圖紙，該系統(tǒng)除適用于日本的JIS8234壓力容器結(jié)構(gòu)及(日本)高壓氣體控制法規(guī)外，還適用干ASME規(guī)范第篇第分篇以及TEMA的“R”、“B”、“C”類(lèi)；此外日本神戶制鋼的HEXAPACKS自動(dòng)設(shè)計(jì)繪圖系統(tǒng)以及用于換熱器動(dòng)特模擬的三菱HEDDY數(shù)字模擬系統(tǒng)等也已推行于世。（3）。高溫高壓換熱界的進(jìn)展隨者工藝的進(jìn)展和大型化裝置的出現(xiàn)，大型高溫高壓換熱器的使用越來(lái)越多。煉油廠加氫換熱器就是一個(gè)例子。近年來(lái)，高溫高壓換熱器在結(jié)構(gòu)、材料和制造方面都有一些進(jìn)展，管箱和密封結(jié)構(gòu)均有一些改進(jìn)，管的進(jìn)口區(qū)的熱防護(hù)獲得一些改善。另外還采用了薄管板或撓性管板結(jié)構(gòu)以減小熱應(yīng)力；使用小管子密排列，改善了管子與管板的連接。（4）大力開(kāi)展關(guān)于振動(dòng)的研究自60年代末，為了適應(yīng)大型化裝置的工藝要求，換熱器也隨之大型化。國(guó)外管殼式換熱特最大直徑已達(dá)4650毫米，傳熱面積達(dá)到6700米2，重達(dá)260噸。在大型化過(guò)程中所遇到的一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題就是管束的振動(dòng)。由于大型化而加劇了核電站換熱器的振動(dòng)破壞，因此人們對(duì)管殼式換熱器振動(dòng)研究的興趣與日俱增。大型換熱器在高流速下尤其容易產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)位管子破裂，損壞設(shè)備的就礎(chǔ)與管路，同時(shí)產(chǎn)生噪音。迄今雖然有關(guān)振動(dòng)方面的問(wèn)題，還遠(yuǎn)未被人們認(rèn)識(shí)清楚，但是通過(guò)大量的試驗(yàn)研究，現(xiàn)在已經(jīng)能預(yù)測(cè)管束的自振頻率，從而在設(shè)計(jì)小可以確定出適當(dāng)?shù)牧魉俜秶?，以防止流體的激振。此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也采用了一些防振措施，例如菲利普斯石油公司設(shè)計(jì)了一種沒(méi)有普通折流板的管殼式換熱器，采用一組柵格式緊固控置代缽折梳板，管-束被井個(gè)型的柵格條緊緊固定，柵格條同管于外壁之間水留間隙。使用納果表明，這種結(jié)構(gòu)有效地克服了管束的振動(dòng)，延長(zhǎng)了管子為壽命，而且結(jié)構(gòu)緊湊，符合小管徑、密排列的原則，提高了工藝性能，使完程壓降降低丁二分之一，且不易淤塞臟物，清洗方便。（5）發(fā)展強(qiáng)化傳熱管傳熱管是管殼式換熱器的主要傳熱元件。國(guó)外對(duì)傳熱管的研究非常重視，通過(guò)改進(jìn)傳熱管的性能，就能提高換熱器的性能。強(qiáng)化傳熱管的方法主要有兩種：一種是盡量擴(kuò)大它的有效傳熱面積，但又不過(guò)分增大流阻，例如將管子的內(nèi)、外表面軋制成各種不同的表面形狀，促進(jìn)流體產(chǎn)生湍流提高傳熱性能，如翅片管、螺紋管等。有的國(guó)家已成批生產(chǎn)翅片管換熱器，并已標(biāo)誰(shuí)化、系列化。我國(guó)也在煉油廠中使用螺紋管換熱器，只要使用條件恰當(dāng)，工藝流程合理，總傳熱系數(shù)就可以大大提高。1967年蘭州煉油廠12單元仗用一臺(tái)螺紋管換熱器，K廈高達(dá)500大卡米”小時(shí)飛。1981年南京煉油廠實(shí)行節(jié)能改造，使用了螺紋管換熱器，實(shí)測(cè)K值達(dá)370400千卡米“小時(shí)t。另一種方法是改良傳熱表面的性能，使之既符合傳熱機(jī)理的要求，又能充分發(fā)揮其特點(diǎn)，如美國(guó)聯(lián)合碳化公司研制成功的一種表面多孔管，可以使汽抱核心的數(shù)量大幅度增加，從而使拂騰給熱系數(shù)提高十倍乃至幾十倍，總傳熱系數(shù)一般可提高五倍左右，并民還有很好的抗污垢能力。國(guó)內(nèi)一些單位（如北京化工研究院等）也研究試制成功了表面多孔管，并得到了應(yīng)用（如在南京煉油廠用于重沸器）取得了明顯效果。新的強(qiáng)化傳熱管還有單面縱槽管、雙面縱槽管、周向波紋管、螺旋波紋管等。（6）采用新材料由于工藝條件日趨苛刻，迫切需要一些新的材料。在換熱器制造中，由于欽具有很高的抗腐蝕性能、高的強(qiáng)度限和屈服限，且比重小、重量輕，又有一走的杭污塞性，因此西德在含氯溶液中采用了欽制換熱器，在煉油廠中使用欽制冷卻器和冷凝器。現(xiàn)在欽制換熱