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钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。随着幞头式换热器的设计、制 造技术的发展，以及长期以来使用经验的积累，钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。 钩圈一般都为对开式结构，要求密封可靠，结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。 浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性， 在长期使用过程中积累了丰富的经验。 尽管近 年来受到不断涌现的新型换热器的挑战， 但反过来也不断促进了自身的发展。 故迄今为止在各种 换热器中扔占主导地位。 管子构成换热器的传热面，管子尺寸和形状对传热有很大影响。采用小直径的管子时，换热 器单位体积的换热面积大一些， 设备比较紧凑， 单位传热面积的金属消耗量少， 传热系数也较高。 但制造麻烦，管子易结垢，不易清洗。 大直径管子用于粘性大或者污浊的流体，小直径的管子用于较清洁的流体。 管子材料的选择应根据介质的压力、温度及腐蚀性来确定。 换热器的管子在管板上的排列不单考虑设备的紧凑性， 还要考虑到流体的性质、 结构设计以 及加工制造方面的情况。管子在管板上的标准排列形式有四种：正三角形和转角正三角形排列， 适用与壳程介质清洁，且不需要进行机械清洗的场合。正方形和转角正方形排列，能够使管间的 小桥形成一条直线通道，便于用机械进行清洗，一般用于管束可抽出管间清洗的场合。 另外对于多管程换热器，常采用组合排列方法，其每一程中一般都采用三角形排列，而各程 之间则常常采用正方形排列，这样便于安排隔板位置。 当换热器直径较大，管子较多时，都必须在管束周围的弓形空间内尽量配置换热管。这不但 可以有效地增大传热面积，也可以防止在壳程流体在弓形区域内短路而给传热带来不利影响。 管板上换热管中心距的选择既要考虑结构的紧凑性， 传热效果， 又要考虑管板的强度和清洗 管子外表面所需的空间。除此之外，还要考虑管子在管板上的固定方法。若间距太小，当采用焊 接连接时，相邻两根管的焊缝太近，焊缝质量受热影响不易得到保证；若采用胀接，挤压力可能 造成管板发生过大的变形， 失去管子和管板间的结合力。 一般采用的换热管的中心距不小于管子 外径的 1.25 倍。 当换热器多需的换热面积较大，而管子又不能做的太长时，就得增大壳体直径，以排列较多
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置热强度等方面的研究取得了显著成绩。 换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率， 使企业 成本降低，效益提高。根据国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要， “十一五”期间我国经 济增长将保持年均 7.5％的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头， 预计 2010 年钢铁工业总产值将超过 5000 亿元，化工行业总产值将突破 4000 亿元。这些行业的 发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品 质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高； 对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或 企业集团产品。 据统计，在一般石油化工企业中，换热器的投资占全部投资的 40﹪-50﹪；在现代石油化工 企业中约占 30﹪-40﹪；在热电厂中，如果把锅炉也作为换热设备，换热器的投资约占整个电厂 总投资的 70﹪；在制冷机中，蒸发器的质量要占制冷机总质量的 30﹪-40﹪，其动力消耗约占总 值的 20﹪-30﹪。由此可见，换热器的合理设计和良好运行对企业节约资金、能源和空间都十分 重要。 提高换热器传热性能并减小其体积， 在能源日趋短缺的今天更是具有明显的经济效益和社 会效益。 1.4 国外现状及发展趋势 对国外换热器市场的调查表明， 管壳式换热器占 64%。 虽然各种板式换热器的竞争力在上升， 但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高 压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。现就几种新型换热器的特点简介 如下： 自 20 世纪 70 年代世界爆发能源危机以来， 对传统换热设备的强化传热研究逐渐兴起， 并主 要集中在两大方向上：一是开发新品种的换热器，如板式、螺旋板式、振动盘式、板翅式等，这 些换热器的设计思想都是尽可能地提高换热器的紧凑度和换热效率； 二是对传统的管壳式换热器 采取强化传热措施，也就是用各种异型强化管取代原来的光管，如螺纹管、横纹（槽）管、缩放 管、翅片管，或者在管内插入扰流物，如螺旋扭带、静态混合器等。 螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器,是由美国 ABB 公司提出的。其基本
xxxxxxxx
大 学
xxxxxxxx 专业
毕业设计（论文）开题报告
题 学 班 姓 学
目 : 院 : 级 : 名 : 号 :
六 管 程 浮 头 式 换 热 器 设 计 xxxxxx xxxxxx xxxxxx xxxxxx xxxxxx
指 导 教 师 :
xxxx 年 xx 月
பைடு நூலகம்
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一、选题背景（含题目来源、选题目的、应用性及国内外研究现状）
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的管子。此时为了提高管程流速，增加传热效果，须将管束分程，使流体依次流过各程管束。 为了把换热器做成多管程，可在一端或两端的管箱中分别安置一定数量的隔板。
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原理为:将圆截面的特制板安装在” 拟螺旋折流系统” 中,每块折流板占换热器壳程中横剖面的四 分之一,其倾角朝向换热器的轴线,即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接,与 外圆处成连续螺旋状。 每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度,使壳程流体做螺旋运动, 能减少管板与壳体之间易结垢的死角,从而提高了换热效率。 在气一水换热的情况下,传递相同热 量时,该换热器可减少 30 %-40 %的传热面积,节省材料 20 %-30 %。相对于弓形折流板,螺旋折流 板消除了弓形折流板的返混现象、卡门涡街,从而提高有效传热温差,防止流动诱导振动;在相同 流速时,壳程流动压降小;基本不存在震动与传热死区,不易结垢。对于低雷诺数下(Re< 1 000) 的 传热,螺旋折流板效果更为突出。 折流杆式换热器，20 世纪 70 年代初,美国菲利浦公司为了解决天然气流动振动问题,将管 壳式换热器中的折流板改成杆式支撑结构,开发出折流杆换热器。 研究表明,这种换热器不但能防 振,而且传热系数高。现在此种换热器广泛应用于单相沸腾和冷凝的各种工况。在后来出现了一 种外导流筒折流杆换热器,此种换热器能最大限度地消除管壳式换热器挡板的传热不活跃区,增 加了单位体积设备的有效传热面积。目前,所有的浮头式换热器均采用了外导流筒。 1.5 浮头式换热器的构成及特点 浮头式换热器的一端管板与壳体固定， 而另一端的管板可在壳体内自由浮动， 壳体和管束对 膨胀是自由的，故当两张介质的温差较大时，管束和壳体之间不产生温差应力。浮头端设计成可 拆结构，使管束能容易的插入或抽出壳体。 （也可设计成不可拆的） 。这样为检修、清洗提供了方 便。但该换热器结构较复杂，而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。因此在安装时要特别 注意其密封。 浮头换热器的浮头部分结构， 按不同的要求可设计成各种形式， 除必须考虑管束能在设备内 自由移动外，还必须考虑到浮头部分的检修、安装和清洗的方便。 在设计时必须考虑浮头管板的外径 Do。该外径应小于壳体内径 Di，一般推荐浮头管板与壳 体内壁的间隙 b1=3~5mm。这样，当浮头出的钩圈拆除后，即可将管束从壳体内抽出。以便于进 行检修、清洗。浮头盖在管束装入后才能进行装配，所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的 必要空间。
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大幅度的飞跃。理论上也没有找到发展的明确方向，因而换热器技术进展不快。其主要问题表现 在以下几个方面。1、单位体积换热面积小，紧凑性差。2、传热系数小，效率低。3、可靠性差。 4、生产周期长，金属耗量大。5、组装、检修、维护困难。无论是换热器的研制者，还是换热器 的使用者，都追求换热器性能指标的完美。当前发展的基本方向是：继续提高换热器的热效率， 改进换热器结构的紧凑性，加速生产制造的标准化、系列化和专门化。管壳式换热器追求的目标 是：综合传热系数 K 值高；两侧流体的压力损失△P 值低；体积的紧凑度 a 值高；低廉的成本和 价格；性能持久和使用寿命长；制造容易和操作方便。 从什么角度分析中国管壳式换热器产业的发展状况？以什么方式评价中国管壳式换热器产 业的发展程度？中国管壳式换热器产业的发展定位和前景是什么？中国管壳式换热器产业发展 与当前经济热点问题关联度如何„„诸如此类， 都是管壳式换热器产业发展必须面对和解决的问 题——中国管壳式换热器产业发展已到了岔口； 中国管壳式换热器产业生产企业急需选择发展方 向。 中国管壳式换热器产业发展研究报告阐述了世界管壳式换热器产业的发展历程， 分析了中国 管壳式换热器产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型管壳式换热器产业” 及替代品产业 概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”“科技创新”“环境友好”和“面向未来”准确 、 、 地界定了“新型管壳式换热器产业” 及替代产品的内涵。根据“新型管壳式换热器产业” 及替 代品的评价体系和量化指标体系， 从全新的角度对中国管壳式换热器产业发展进行了推演和精准 预测， 在此基础上， 对中国的行政区划和四大都市圈的管壳式换热器产业发展进行了全面的研究。 换热器的发展前景：换热器的所有种类中，管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由 于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度 材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有 不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再 强化传热， 效果将更好， 目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。 对材料的喷涂， 我国已从国外引进生产线。 铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性， 价格比钛材便宜， 应予注意。 近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装
1.1 课题的目的 通过此次换热器的设计，正确系统地认识换热器，了解其设计过程，掌握其设计方法。运用 所学到的知识解决设计时的实际问题。 学会查阅和熟练使用参考文献， 为以后的工作积累宝贵经 验。 1.2 课题的意义 节约能源是当今世界的一种重要社会意识， 是指尽可能的减少能源的消耗、 增加能源利用率 的一系列行为。加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施， 从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利 用能源。 《中国人民共和国节约能源法》指出“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与 开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。 ”在各国下大力量寻找新的能源以及在节约能源上 研究新途径， 换热设备的研究受到世界各国政府以及研究机构的高度重视， 在研究投入大量资金、 人力资源配备足够的情况下，一批具有代表性的高效能换热器和强化传热元件诞生。目前，在我 国石油化工产业换热器受到普遍的重视， 而换热器的广泛应用性， 决定了换热器换热性能的改善, 设计理论的不断创新， 企业经济的收益和工业的飞速发展,都具有一定的积极作用,为节约能源和 保护环境有显著的贡献。 1.3 国内现状及发展趋势 对国内换热器市场的调查表明，近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的 需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨 大的供给缺口需要进口来弥补。 换热器是一种高效紧凑的换热设备， 它的应用几乎涉及到所有的 工业领域，而且其类型、结构和使用范围还在不断发展。近年来，焊接型板式换热器的紧凑性、 重量轻、制冷性能好、运行成本低等优越性已越来越被人们所认识。随着我国经济的发展，换热 器技术的发展， 特别是各种大型的工业制冷装置和空调用制冷装置发展迅速， 这为各种换热器的 应用提供了广阔的市场。 近几十年来，换热器技术有所发展，但比较缓慢，综合传热系数始终在 60 左右徘徊，没有