1、 1 第一章 换热器简介及发展趋势1.1 概述在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。70年代的
2、世界能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展，为了节能降耗，提高工业生产经济效益，要求开发适用于不同工业过程要求的高效能换热设备 1。这是因为，随着能源的短缺(从长远来看，这是世界的总趋势)，可利用热源的温度越来越低，换热允许温差将变得更小，当然，对换热技术的发展和换热器性能的要求也就更高 2。所以，这些年来，换热器的开发与研究成为人们关注的课题，最近，随着工艺装置的大型化和高效率化，换热器也趋于大型化，向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。同时，对其一方面要求成本适宜，另一方面要求高精度的设计技术。当今换热器技术的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模
3、型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系 3。当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。总之，为了适应工艺发展的需要，今后在强化传热过程和换热设备方面，还将继续探索新的途径。1.2 强化传热技术所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系指提高流体和传热2 面之间的传热系数。其主
4、要方法归结为下述两个原理，即使温度边界层减薄和调换传热面附近的流体，前者采用各种间断翅片结构，后者采用泡核沸腾传热 2。最近还兴起一种EHD技术 ，即电气流体力学技术，又称为电场强化冷凝传热技术，进一步强化了对流、冷凝和沸腾传热， 特别适用于强化冷凝传热，并适用于低传热性介质的冷凝，因而引起人们的普遍关注 3。其原理是，对某些不导电液体的表面施以相垂直的电场，使液体表面变得很不稳定，借冷凝液表面的张力作用和在静电场下液膜的不稳定现象使液膜厚度减薄，从而强化冷凝传热。其所需电场耗用的电力很小。人们想尽各种办法实施强化传热，归结起来不外乎两条途径，即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各
5、种形状的湍流增进器或插入物。1.3 传热面形状的改变改变传热面形状的方法有多种，其中用于无相变强化传热的有:横槽管、螺旋槽管(S管)和缩放管。新近又开发出偏置折边翅片管(一种间断翅片管)和螺旋扁管，后者也叫麻花管(Twisted Tube)，这原是瑞士的 Allares 公司技术，后经布朗公司 (Brown Fin tube，Ltd.)改进，是一种高效换热元件 4。用于有相变强化传热的强化沸腾传热管有: 烧结多孔表面管、机械加工的多孔表面管(如日本的 Themoexcel2E 管)、电腐蚀加工的多孔表面管 5、T 型翅片管、ECR40 管和 Tube2B 型管。从所报导数据来看，在整体低肋管上
6、切纵槽后再滚压成型的 Tube2B 型管似乎有较高的传热性能，它可能符合薄液膜面积较大，隧道与外界液体相通，因而有利于蒸汽流出和液体吸入等要求 6。俄罗斯也开发出一种称之为“变形翅片管” 7的传热管，可用于空分装置的冷凝 2 蒸发器 8。用于强化冷凝传热的传热管有: 纵槽管、低螺纹翅片管、锯齿形翅片管(ST 管)和径向辐射肋管式翅片管(R 管)等。近年来，Hamon2L ummus 公司又新推出一种 SRC 翅片管(SRC Fin Tube)3，用于冷凝传热。内翅片管与横槽管和螺旋槽管一样，不但可用于单相对流传热，也可有效地用于强化管内流动沸腾传热 9。而横槽管和螺旋槽管不但能强化管内传热，同
7、时杆(Rod Baffles)、窗口不排管(NTIW)和波网 (Nest)等新壳程结构 10。随后有人设还能强化管外传热。外翅片管可以利用液体表面张力减薄冷凝液膜厚度以强化传热，这一发现大大促进了新型翅片管的研究开发。人们用不同金属制造不同形状的翅片管，其翅片形状有:三角肋三角槽、梯形肋三角槽、梯形肋梯形槽、三角肋梯形槽和 Wolverine Tube2C 管等。翅片密度在 503000个翅片，与光管相比，给热系数可提高 112 倍 11。俄罗斯还介绍了 1 种空冷器用的轧制翅片管，为双金属管，每隔 1 个翅片有切口，用以强化传热 12。俄罗斯还有 1 种金属丝缠绕的绕丝翅片管 14和气动喷涂
8、翅片管 13。内螺旋翅片管(NL 管)是美国新开发的 1 种3 高效强化管内相变传热元件，根据翅片形状不同，可分为三角肋、梯形肋和矩形肋等，用于沸腾传热。内波纹螺纹管在湍流时可使对流传热系数增加 1 倍多。多头内螺纹管(ISF管)也是一种高效强化传热管，具有较好的强化管内沸腾传热的性能，传热膜系数为光管的 116212 倍，在相同的传热面积下，能够完成相当于光管 168%200%的传热负荷。ISF 管的强化传热作用主要是内表面和二次流的增加所致。可用于干式蒸发器，与目前制冷行业通用的星形内肋管蒸发器相比，质量可以减轻近 50%。截面管也是近年来国外研究开发的强化传热元件，可分为蛋形管、豆状管和
9、菱形管，统称为异形管。实验证明，此类管件与光圆管相比，具有显著的强化传热效果。1.4 流路湍流增进器与管内插入物增进器是在传热面附近设置一个小物体(不一定与传热面相连接)，它可以是各种形状和型式，最常见的是在传热面上等距离设置突起物，通过搅乱流动来达到强化传热的目的 14。管内插入物有:扭带(Turbu lators )、螺旋片、螺旋线圈(Spirele Elements )和静态混合器(Kenics Mixers )。它们适合于强化管内单相流体传热，尤其对强化气体、低雷诺数或高粘度流体传热更为有效 9。最近，国外又开发出一种称之为H itran Matrix Elements的花环式插入物，
10、它是一种金属丝制翅片管子插入件(Wire2F in Tube Inserts)，能增强湍流，改善传热性能。它是英国Cal Garin Ltd.公司的产品，并取得了专利权 15。1.5 壳程设计为了强化壳程传热，除上述改变管子外形或在管外加翅片外，另一途径就是改变壳程档板或管间支撑物。为了克服单弓形档板的缺点，先后开发了双档板(Double Segmental Baffles)、三档板(Triple Segmental Baffles )、折流计了一种“外导流筒(Shellside Flow Distri2 bution)”结构，接着又出现了整圆槽孔折流栅板 11。最近ABB Lummus公司又
11、新推出了Helical Baffles折流板结构 12。实践证明，这些改进都大大降低了流体在壳程中的阻Taborek曾指出，流体在壳程中作纵向流动是管壳式换热器中的最理想结构形式，如果壳程流体流量足以保证在湍流条件下作纵向流动，这种选择看来是有利的。为了强化壳程传热，目前，壳程设计也在向各种强化结构组合的方向发展。1.6 新型换热器近年来，随着制造技术的进步，强化传热元件的开发，使得新型高效换热器的研究有了较大的发展，根据不同的工艺条件与换热工况设计制造了不同结构形式的新型换热器，并已在化工、炼油、石油化工、制冷、空分及制药各行业得到应用与推广，取得了4 较大的经济效益。国外推出的新型换热器有
12、:ABB公司的螺旋折流板换热器(Helix changer TM)、Hamon Lummus公司的SRCTM空冷式冷凝器 3、Packinox换热器 3、NTIW列管式换热器 16、英国Cal Gavin公司的丝状花内插物换热器(Hitran) 17、日本的Hybrid混合式换热器 18，俄罗斯的变形翅片管换热器 8、喷涂翅片管冷却器 19、非钎焊金属丝缠绕翅片管换热器 14和螺旋绕管式换热器 21、美国Chemineer公司的Kenics换热器(Kenics Heat Exchanger)、日本的SM型换热器(内插静态混合器)、美国Brown Fin tube Ltd.的带扭带插入物的湍流增
13、强式换热器(Ex2 changer With Turbu lator)和麻花扁管换热器(Twisted Tube Heat Exchanger)、美国Yuba公司的Hemilok R换热器、澳大利亚Roach Heat Exchangers公司的柔性换热器(Flexible Heat Exchanger)等。此外，还有日本日阪制作所生产的世界单台最大处理能力为5000m 3/h的UX2100型板式换热器、法国Nordon Cryogenie S.N.C.公司生产的6900mm1525mm1300mm(长宽高)换热面为1500m 2的板翅式换热器、英国Michael Webb Process E
14、quipment Supply公司的提箱式全焊板式换热器和其他各种紧凑式换热器(包括半焊式和全焊式板式换热器)、美国传热公司的F IV ER2ROD式防振结构换热器。更值一提的是在今年欧洲化工设备展览会上，法国Le Car bone公司还推出了1种称为新奇换热器(Exotic Heat Ex2changer)，它是一种防腐的钽制换热器，光滑如玻璃，供制药工业，配有防污平管板，避免了任何污物在管接合处聚积。该换热器尺寸很大。此外，空冷器方向也有新进展。以上介绍的各式换热器的设计思想各有新颖之处，结构上各具特色。有的在于强化管内传热，有的着眼于壳程强化传热，有的改进了管箱设计，有的着重防止管板诱导
15、振动，有的紧凑了设备结构，有的在于防腐防垢。其中最先进的要数PACK INOX、SRCTM、Helix2 changer TM Twisted2 tube Exchanger、H-2TRAN、Hybrid、Exotic Heat Exchanger几种换热器。PACK INOX换热器实际上是一种新型板式换热器，代替列管式换热器用作炼油厂催化重整装置混合料换热器，并且得到了迅速推广应用。SRCTM换热器，采用扁平翅片管(19mm200mm)，由于传热面造型特异，最适于强化传热，解决了偏流问题。其用于空冷式换热，传热特性高，压力损失低。He2liechangerTM换热器，采用了螺旋状折流板结构，
16、设计原理是:将圆截面的特制板安装在拟螺旋状折流系统中。每块折流板占换热器壳程中横剖面的1/4，其倾角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接，与外圆处成连续螺旋状，折流板轴向重叠。如欲减少支撑管子的跨度时，也可以采用双螺旋设计。独特的设计避免弓形折流板曲折的Z字形流道系统导致的死角和较高的返混。美国Brown公司最新推出了Twisted2tube Exchanger换热器，此换热器原本是瑞典Allares公5 司产品，Brown公司作了改进。其螺旋扁管制造过程包括“压扁”、“热扭”两个工序。由于管子结构独特，使管程与壳程同时处于螺旋流动，促进了湍流程度。该换热器总传热
17、系数较常规换热器高40% ，而压力降几乎相等。换热器组装时亦可采用螺旋扁管与光管混合方式。这种换热器在化工、石油化工行业中将具有广阔的应用前景 11。Hi TRAN换热器，采用丝状花内插物，可使流体在低速下产生径向位移和螺旋流相叠加的三维复杂流动，可提高诱发湍流和增强沿温度梯度方向上的流体扰动，能在不增加阻力的条件下大大提高传热系数 13。Hy2brid换热器是日本近几年开发的一种新型换热器，它综合了板式换热器与管壳式换热器两者的优点，克服了板式换热器因密封问题而受到限制的弱点，很有发展前途 20。6 第二章 换热器工艺尺寸的选择2.1 换热器几何尺寸在设计过程中可以选择HTFS或HTRI进行
18、设计计算，有时需要使用ASPEN PLUS 模拟工艺物料的物性数据。先进行设计性计算，输入基础数据， 如换热器形式、流体走向、卧立式、流体温度、压力、流量及物性数据等，进行运算得出比较合适的换热器直径和换热管长，再进行校核型和模拟型计算，核算所选换热器是否满足设计要求。2.2 换热器的直径关于换热器的直径，目前国内已有的标准系列(mm):150，200，250，300，(350)，400，(450)，500，(550)，600，(650)，700，800，900，1000，(1100)，1200，(1300)，1400，(1500)，1600，(1700)，1800，(1900)，2000，2
19、200，(2300)，2400，2600，2800，3000，3200，3400，3600，3800，4000。凡是()记号的换热器直径，尽可能不选。若换热器直径小于400，可以选用无缝钢管制造换热器，因此可选用的无缝钢管外径规格有:159，219，273，325，(377)。2.3 换热管长在换热器设计中基本采用下列管长(mm):1500，2000，2500，3000，4500，5000，6000，7500，9000，12000，最常用的管长为1500，2000，3000，6000四种。一般钢管长6m或12m，选取的换热管长度符合其模数就没有余量，比较节约材料。同时选用换热管长度时要注意与换
20、热器直径相匹配，换热器的换热管长度与公称直径比在425之间，常用的为610，立式换热器多为46。2.4 换热管标准管径和管间距在设计中基本采用标准管径(mm):不锈钢:19210，25210，32310，38310；碳钢:10115，19210，25215，38310，57315，换热管的间距最小是换热管外径的1125倍。特殊情况除外。2.5 换热管排列方式TEMA标准中换热管有四种排列形式:30、45、60、90。7 2.6 换热管排列形式一般情况30和60排列多排约17%的管子，因而单位面积的金属耗量较低。一般当换热器直径小于500mm、壳程不易结垢或采用固定管板式换热器，换热器壳程进行化
21、学清洗时，宜采用30或60排列；当换热器直径大于500mm、壳程易结垢、采用可拆卸管束的换热器形式，换热器壳程可进行机械清洗时，宜采用45或90排列。30和45排列为错列，介质流动时形成湍流，对传热有利；60和90排列为直列，介质流动时有一部分是层流，对传热有不利影响。因此对无相变换热器，其传热与介质流动状态关系较大，宜采用30和45排列；对有相变换热器，其传热与介质流动的关系较小，却与管壁凝液流动方向关系较大，故凝液流动方向上换热管数量是这类换热器管子排列所应考虑的主要因素，宜采用60和90排列。2.7 物料污垢系数 一般情况下，物料污垢系数对换热器的传热系数有较大影响，因此污垢系数的选取也
22、直接影响到换热器的设计。工艺物料的污垢系数应由专利商在工艺包中提出，在没有数据的情况下可以根据物料特性、清洁度、粘度等选取。如汽相物料可取(0.00010.0002)m 2K/W，比较干净的液体物料可取(0.00020.0003)m 2K/W，比较脏的物料可取(0.00040.0005)m 2K/W甚至更高。公用工程的污垢系数，除了有具体说明外，可参考以下数据选取:循环冷却水: 0.00052m 2K/W冷冻盐水: 0.00026m 2K/W密封油: 0.00017m 2K/W蒸汽: 0.000086m 2K/W氮气: 0.00017m 2K/W间接冷却水: 0.000086m 2K/W2.8
23、 传热系数在管侧热阻、壳侧热阻、污垢热阻和管壁热阻中分析导致热阻的主要原因。一般管壳式换热器的管壁热阻在总热阻中只占很小的比例，对传热系数影响不大。如是管侧热阻或壳侧热阻起决定作用，应该采取措施有效地增强湍动效果以提高传热系数，如是污垢热阻起决定作用，应该采取措施使换热器有效除垢以提高传热系数。8 2.9 平均温差平均温差是对数平均温差，但当多管程或多壳程时，需要修正平均温差。2.10 流体流速一般流体流速都有合理的范围，特别是对于甲类和乙类流体还有安全流速，因此要分析流速是否合理，操作安全性是否可靠。2.11 流体压降其实流体压降与流速有密切关联，要分析压降是否合理，是否满足工艺要求。2.1
24、2 其它换热器的长径比、介质走向、防冲板的设置、折流板间距、换热器清洗等问题也要在设计中加以注意。经过结果分析后，一切参数均能满足工艺要求，换热器的工艺设计才算完成。2.13 分析计算后，要对计算结果进行分析，有可能实际选取的换热器与计算结果有较大差别，主要原因是:(1) 传热过程往往不是单一过程，它与流体流动、物质传递、流体性质等密切相关，增加了问题的复杂性。(2) 流体的物性数据不够准确。(3) 介质的污垢问题没有较好的解决，在选取污垢系数时还有一定的偶然性。因此，工程上允许有一定的设计偏差，有时使用值比计算值可高出30%甚至更高，在设计过程中要结合工程的实际情况选取一定的余量，这样对计算
25、结果的分析就显得尤为重要了。9 第三章 换热器的工艺设计3.1 题目3.1.1 已知条件：换热器设计（尿素一车间列管式解吸热交换器）物料：液氨(NH 3)，液态二氧化碳（CO 2)，以及Ur(少量)，冷凝液等，其中冷凝液走壳程；工艺条件：表3.1 工艺条件表Tab. 3.1 Technological conditions操作压力 温度 流量 密度管程 0.46MPa 45-113(入/出) 11(m3/s) 916/m 3壳程 0.40MPa151-60(入/出) 9.0(m3/s)990/m 33.1.2 查表得物性参数，进行物料衡算：表 3.2 物性参数表Tab. 3.2 The par
26、ameter of physical aspects密度/kg/m3比热容/kJ/(kg)黏度/Pas导热系数/kW/(m)尿液 916 2.3 0.9110-3 0.13冷凝液 990 4.187 0.72710-3 0.6263.2 试算和初选换热器的型号3.2.1 管壳式换热器的热负荷计算和冷却水流量的计算在管壳式换热器的设计中，要根据换热器的工艺条件初步确定换热器的传热系数，以便初步确定换热器的传热面积和结构尺寸。在初步确定换热器结构尺寸的基础上，对10 换热器的管程换热系数和壳程换热系数进行传热计算；最后进行核算，其中包括壳、管程压力降的核算，管束壁面温度的核算等。经过不断地调整换热
27、器的结构尺寸，直至满足设计要求。下面以常见弓形折流板的管壳式换热器为例，说明管壳式换热器的传热计算。因此题目经分析和到现场观察、咨询可知，传热过程中未涉及到相变化，仅仅是为了提高尿液的温度热进行地单纯的传热过程，因此根据第二章的相关内容做如下计算：尿液吸收的热量Q 1为W)(2tCWP 360451.2959830 (3.1)冷凝液的流量=21TcQaph601587.49382 (3.2)3.2.2 计算两流体的平均温度差其中， (3.3),mtt因 ，所以采用算术平均温差。25.1tT则 (3.4)5.42tTtm(3.5)36.01tP(3.6)25.18412tTR由表查表得： ，则
28、95.0275.49.0mt(3.7)3.2.3 初步确定换热器的传热面积和结构尺寸换热器的传热面积是由换热器的热负荷、传热系数和换热器冷、热介质的平均对数温差确定的，换热面积确定后，可以初步确定换热器的结构尺寸。换热器换热面积计算公式如下:(3.8)mtKQA/11 式中 换热面积；A传热系数；K由资料可知，高温流体为冷凝液，低温流体为尿液的总传热系数范围为200400W/（），取 =300W/（）K则 9624.305A由传热面积可查文献13表得：管长：2000mm，管程：1，管子数：270，管子规格：252.5mm，壳径：600mm，折流板间距：300mm，中心管数：30，管心距：32m
29、m。3.3 核算压强降3.3.1 管程压强降(3.9)Pti NFp21其中 4.1tFNm/s (3.10)67.0235.9isiAVu（湍流） (3.11) 18322.94/Re iiiud设管壁粗糙度为=0.1，/d i=0.1/20=0.005，由文献 13中Re关系图中查得=0.035所以 Pa (3.12)2543/67.094238.0/21 udLPPa (3.13)/67.94/322则 Pa (3.14)1.654i3.3.2 壳程压强降其中 (3.15)15.sFsN(3.16)2/10unfPsc管子转角为60 0正三角形， =0.5F取折流板间距h=600mm12
30、 916.0hLNs壳程的流通面积 m2 (3.17)15.0.316.00 dnDhAcu0=0.98m/s (3.18) 9815.32u(3.19) 7293.5/Re0(3.20)4725088.0 f所以 Pa6/9.51934.1 P经核算管程、壳程压强降符合要求。3.4 核算换热系数计算3.4.1 管程换热系数 i(湍流)1832Rei(3.21)86.462.017.4/Pr 33piC(3.22) 31.183./62.03.Pre4.004iid式中 为管程内换热介质的雷诺数；iRePri 为管程换热介质的普朗特数； 为管程内介质的导热系数；Cp 为管程内介质的比热容；为管
31、程内介质的黏度； 3.4.2 壳程换热系数 的计算0因壳程内发生相变化，则可由下式计算: (3.23) 9.1374652/3/2NLWGg13 (3.24)3/17233/120 .06.5849 gG=4195Kcal/(m2)=4879W/(m)式中 G g为蒸汽自进口到出口质量流量算术平均值；为壳程内介质的传热系数；0L为换热管的长度；N为换热管的数量；为壳程内介质的导热系数； 为壳程内介质的液相密度；为壳程内介质的黏度；3.4.3 总传热系数(3.25)205017.86.0479110 idisoRK=2116W/(m)式中 d 0为换热管的外径； di 为换热管的内径Rso为壳程
32、内的污垢内阻；Rsi为管程内的污垢内阻；通过对换热器管程和壳程换热系数的计算，K 0/K=1.21，说明换热器初步结构设计是合理的。设计结果为：选用固定管板式换热器。14 第四章 列管式换热器的机械设计4.1 已知条件 管程：尿液 0.40MPa 密度：916kgm 3壳程：冷凝液 0.46MPa 密度：990kgm 3 壳程介质温度：45113； 管程介质温度： 15160； 由工艺计算求得的换热面积为 96m2。4.2 计算由第三章的计算可知：管长：2000mm，管程：1，管子数：270，管子规格：252.5mm，壳径：600mm，折流板间距：300mm，中心管数：30，管心距：32mm。
33、查表可知换热器壳体壁厚为 12mm。换热器封头的选择：上下封头均选用标准椭圆形封头，根据 JB/T4737-2002 标准，封头为 DN60012，曲边高度 h1=40mm，材料选用 20R 钢。4.3 容器法兰的选择材料选用 16MnR。根据 JB4703-92 标准，选用 DN600，PN1.6（MPa）的密封长颈对焊法兰。4.4 管板尺寸确定选用固定式管板，由钢制列管式固定管板换热器结构设计手册4.11.7 节，查得Pt=Ps=1.6MPa(取管板的公称压力为 MPa)的碳钢管板尺寸。4.5 管子拉脱力计算在操作压力下，每平方米胀节周边所产生的力 qp:ldpfq0(4.1)15 式中
34、(4.2)222202 396514.863.)4(86.0 mdaf mlMPp5,4.aq0.21.390温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力 tq(4.3)ldqitt024)(式中(4.4)ststAE1)(4.5)2220 3790614.14.3 1394)5(3)(. mSDAndt is 中MPat .2737906258.66(4.6)qt 4.154)(.2由已知条件可知，与的作用方向相同，都使管子受力，则和拉脱力： MPaqaqtp 0.2810因此，拉脱力在许用范围内。计算是否安装膨胀节。管、壳壁温差所产生的轴向力：(4.7)NAtEFtss66105.337906
35、12379250.8.)(压力作用于壳体上的轴向力：16 (4.8)tsAQF2其中， (4.9)NppSdndDQsttsi622 20017.0 4.0)5(749)5749(43)(). 则： NF62 107.390(4.10)压力作用于管子上的轴向力： MPaAss8.21(4.11)Ft 10.31(4.12)根据钢制管壳式换热器设计规定 MPaqPatt tss0.420612388.条件成立，故本换热器不必设膨胀节。4.6 折流板设计折流板为弓形，h=0.75D i=0.751000=750mm，折流板间距取 600 mm；由表查得折流板最小厚度为 6mm，查表得折流板外径 9
36、95.5mm，折流板开孔直径由参考文献查得为25.8 0+0.40，材料为 Q235-A 钢。 4.7 拉杆拉杆选用 12，共 10，材料为 Q235-AF 钢。4.8 开孔补强换热器壳体和封头上的接管处开孔需要补强，常用的结构是在开孔外面焊上一块与容器壁材料和厚度都相同，即 8mm 厚的 20R 钢。4.9 支座换热器选用卧式结构，采用耳式结构。17 设计结果，见换热器装配图。 （见图 4.1）18 19 第五章 分析所选换热器优劣管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种换热设备，已作为一种标准换热设备。它由许多管子所组成的管束，管子固定在管板上，而管板与外壳连接在一起。为了增加流体在管外空间的
37、流速，以改善它的给热情况，在筒体内间隔安装了多块折流板。换热器的壳体上和两侧的端盖上（对偶数管程而言，则在一侧）装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为安置测量仪表用的接口管、排液孔和排气孔等。这种换热器的特点是易于制造，生产成本较低，选用的材料范围广泛，换液表面的清洗比较方便，适应性强，处理能力大，高温和高压下亦能应用。但从传热效率、结构的紧凑性和单位换热面积所需金属的消耗量等均不如一些新型高效紧凑式换热器。20 结 论本文提出的换热器的设计，在工艺设计上考虑了传热系数、管壳程压降等对换热器设计的影响，同时在机械设计上进行了部分简化设计。因此，此次设计比较成功。传热过程是化工原理课程中重
38、要的单元操作，换热器是重要的化工单元操作设备，种类繁多、形式各异。其中管壳式换热器使用广泛，技术成熟，处理能力大，适应性强，为目前化工厂中的重要换热设备。管壳式换热器已经标准化，对于给定的传热过程，其通用的设计方法为大家所熟知，但是，这种通行的设计方法还远没有达到最优化程度，使用电算技术也并不能从本质上提高设计的准确度。换热器投入运行后，其稳态特性往往与设计时所期望的不一致，或者不容易操作控制。21 参考文献1邓颂九.提高管壳式换热器传热性能的途径J.化学工程.1992.20(2) ：30362棚泽一郎.换热技术研究开发J.1988.30(7)：51563Insight.A twist in
39、the tale1The Chemical EngineerJ97(626)：21244 Rajiv Mukherjee.Bwoaden your heat exchanger design skillsM.1998.40 (3)：35475王进修，姚爱如，程尚模等.槽道表面沸腾强化传热机理研究J.化学工程.1989.17 (4):3542，206王凤魁.池式沸腾人工汽化中心表面汽泡脱离频率的研究J.化工学报.1989，40(4)：4384437钟理，谭盈科.国外强化传热技术的研究与进J.化工进展.1993.(4):158思勤.内波纹螺纹管传热性能及流体阻力的研究J.化学工程.1990.18(
40、6)：40469ABB Lummus Heat Trasfer Ltd. A new shell2and2tube option frrefineriesJ.1997，919510ABB Lummus Heat Trasfer Ltd.Helix changer J.1997，(6) :1011时铭显.石油化工装备研究的进展J.石油炼制与化工 .1997(1)：1512刁玉玮，王立业.化工设备机械基础M.大连:大连理工大学出版社，2005：1813天津大学化工原理教研室.化工原理M.天津:天津科学技术出版社，2006：3414天津大学化工原理教研室.化工原理课程设计M.天津:天津科学技术出版社，1998：2115郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计第二版M.北京:化学工业出版社，2005：9816黎圣藜，热交换器工艺系统设计数据的确定J，石油化工设计.1995.12(1)：404617瞿笑雷.工程设计中换热器的计算J.医药工程设计，1999(2) ：354718朱聘冠.换热器原理及计算M.北京：清华大学出版社，1987：254319燕山石油化学总公司设计院，兰州化学工业公司化工设计院.钢制列管式固定管板换热器设计手册M.北京：化学工业出版社.1985：9820中国人民共和国机械工业部，石油工业部，化学工业部.钢制管壳式换热器设计规定M.北京：化学工业出版社，1983：5822
