浮頭式換熱器設(shè)計開題報告.doc

-武漢科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目名稱浮頭式換熱器設(shè)計系部專業(yè)班級學(xué)生姓名周何清指導(dǎo)教師輔導(dǎo)教師開題報告時間2012年3月-2012年4月-浮頭式換熱器設(shè)計學(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、題目來源及其類型題目來源：生產(chǎn)實際題目類別：畢業(yè)設(shè)計二、研究目的和意義換熱器是國民經(jīng)濟和工業(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)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重，世界各國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)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達的工業(yè)國家熱回收率已達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的優(yōu)勢，約70%。其余30%為各類高效緊湊式換熱器、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，促進換熱設(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及資料名稱1史美中，王中錚.熱交換器原理與設(shè)計M.北京：東南大學(xué)出版社，19962錢頌文.換熱器設(shè)計手冊M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20033鄭津洋，董其伍，桑芝富.過程裝備設(shè)計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.化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20036王志文.化工容器設(shè)計M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19907賀匡國.壓力容器分析設(shè)計基礎(chǔ)M.北京：機械工業(yè)出版社，1995-8潘家禎.壓力容器材料實用手冊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：中國石化出版社，199810GB150-1998鋼制壓力容器S.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，200311GB151-1999管殼式換熱器S.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，200412HG20582-1998鋼制化工容器強度計算規(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)計標(biāo)準(zhǔn)S.北京：新華出版社，1995四、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向1、換熱器及傳熱研究的發(fā)展趨勢與現(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、制造、結(jié)構(gòu)改進到傳熱機理的試驗研究一宣都在進行。特別是七十年代初發(fā)生能源危機以來，各國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)?、太陽能等方面都離不開換熱器。因而各國都在致力于研究各種高性能換熱器及換熱元件，其中不少是國家直接下達的重點課題。近年來換熱器及傳熱技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在下列幾個方面。（1）研究工作的動向目前世界上每年發(fā)表有關(guān)傳熱及換熱設(shè)備方面的文獻約在六千篇以上。有關(guān)新能源開發(fā)的文章日趨增多，研究的重點是傳熱機理、傳熱強化、兩相流、模擬及測試技術(shù)、計算機應(yīng)用、振動、污垢以及與能源利用和環(huán)境保護有關(guān)的新型高效換熱器。對傳熱基礎(chǔ)理論的研究探討1分重視，一種新的動向是：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)出精確的計算公式。（2）計算機的使用應(yīng)用計算機不僅節(jié)省了入力、提高了效率，而且可以進行最優(yōu)化設(shè)計與控制，使其達到最大技術(shù)經(jīng)濟性能。例如美國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)計及其他改進措施，平均傳熱系數(shù)達到445千卡m2小時。傳熱分析、應(yīng)力分析、信息儲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)計開始，直到繪出圖紙。計算機自動繪圖機只需十幾分鐘即可繪一張標(biāo)準(zhǔn)換熱器圖紙。目前，美國HTRI換熱器設(shè)計程序在國外無疑是具有代表性的，-已被許多國家所引進。此外，其他國家也開發(fā)了一些自動設(shè)計系統(tǒng)和程序。如英國HTFS開發(fā)的TASC等程序；1975年英國國家工程實驗室(NEL)和劍橋計算機輔機設(shè)備中心合作，按美國管殼式換熱器制造商協(xié)會(TEMA)標(biāo)準(zhǔn)，編制管完式換熱器機械設(shè)計程序STEM。這一程序不但可對TEMA標(biāo)準(zhǔn)中的所有“R”、“C”、“B”三類換熱器進行各種設(shè)計計算，列出二系列不同參數(shù)以供選擇，而且能自動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)合英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(SBI)1976年公布的壓力容器規(guī)范BS5500編制了換熱器的機械設(shè)計程序；蘇聯(lián)也有CAHTA自動設(shè)計系統(tǒng)；日本HEADS自動設(shè)計系統(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)，就能迅速地得到機械的沒計圖表及圖紙，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；此外日本神戶制鋼的HEXAPACKS自動設(shè)計繪圖系統(tǒng)以及用于換熱器動特模擬的三菱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展隨者工藝的進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越多。煉油廠加氫換熱器就是一個例子。近年來，高溫高壓換熱器在結(jié)構(gòu)、材料和制造方面都有一些進展，管箱和密封結(jié)構(gòu)均有一些改進，管的進口區(qū)的熱防護獲得一些改善。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）大力開展關(guān)于振動的研究自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。國外管殼式換熱特最大直徑已達4650毫米，傳熱面積達到6700米2，重達260噸。在大型化過程中所遇到的一個復(fù)雜問題就是管束的振動。由于大型化而加劇了核電站換熱器的振動破壞，因此人們對管殼式換熱器振動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，振動位管子破裂，損壞設(shè)備的就礎(chǔ)與管路，同時產(chǎn)生噪音。迄今雖然有關(guān)振動方面的問題，還遠(yuǎn)未被人們認(rèn)識清楚，但是通過大量的試驗研究，現(xiàn)在已經(jīng)能預(yù)測管束的自振頻率，從而在設(shè)計小可以確定出適當(dāng)?shù)牧魉俜秶?，以防止流體的激振。此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上也采用了一些防振措施，例如菲利普斯石油公司設(shè)計了一種沒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，延長了管子為壽命，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)展強化傳熱管傳熱管是管殼式換熱器的主要傳熱元件。國外對傳熱管的研究非常重視，通過改進傳熱管的性能，就能提高換熱器的性能。強化傳熱管的方法主要有兩種：一種是盡量擴大它的有效傳熱面積，但又不過分增大流阻，例如將管子的內(nèi)、外表面軋制成各種不同的表面形狀，促進流體產(chǎn)生湍流提高傳熱性能，如翅片管、螺紋管等。有的國家已成批生產(chǎn)翅片管換熱器，并已標(biāo)誰化、系列化。我國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單元仗用一臺螺紋管換熱器，K廈高達500大卡米”小時飛。1981年南京煉油廠實行節(jié)能改造，使用了螺紋管換熱器，實測K值達370400千卡米“小時t。另一種方法是改良傳熱表面的性能，使之既符合傳熱機理的要求，又能充分發(fā)揮其特點，如美國聯(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