沈阳工业大学化工装备学院毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目：含硫氨污水冷却器院（系）：化工装备学院专业班级：过控0802班学生姓名：孙鹏博指导教师：闫小波开题时间：2011年3月10日指导教师评阅意见指导教师签字：年月日第1章引言1.1课题研究的来源、目的、意义课题研究来源：生产实际中的需要。

课题研究目的：通过此次换热器的设计，正确系统地认识换热器，了解它的设计过程，并且掌握其设计方法。

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。

课题研究意义：如今的教育越来越趋向于生产实际中的应用，尤其是现在我国工业化发展迅速，科技发达引领工业大军的今天。

创新与实践对我们来说越来越重要。

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》[1]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[2]，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。

1.2本课题国内外研究的历史和现状1.2.1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[3]。

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[4]。

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[5]。

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[5]。

1.2.2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[7]。

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[8]。

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[9]。

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[10]。

目前,所有的浮头式换热器均采用了外导流筒。

目前各国在提高管壳式换热器性能所开展的研究主要是强化传热，适应高参数和各类有腐蚀介质的耐腐蚀材料以及为大型化的发展所作的结构改进。

传统的管壳式换热器，流体在壳侧流动存在着转折和进出口两端涡流的滞留区，影响了壳侧的给热系数。

为改善壳侧的流动状态，从以下两方面开展研究：采用折流杆式换热器。

美国在70年代初为解决换热器管束振动开发了这种结构的换热器。

目前美国已直接应用强化传热管设计制造折流杆式换热器，如菲利普公司使用螺纹管作为换热管，不仅解决了振动问题，而且由于壳侧的流动的改善使折流杆换热器比传统的弓形折流板换热器传热系数提高了30%左右。

管束的压降减少50%。

因而这种换热器在各国的应用日趋广泛，且多数用于炼油厂，到90年代初至少有1000余台投入运行。

采用纵流管束换热器。

德国GRIMMA公司制造了一种整圆形折流板换热器，起结构为折流板上横排管孔，以四个孔为一组将管桥出铣通，壳侧流体在管桥处沿着轴向流动，避免了流体因转折引起的滞留区。

该公司用不同粘度的甘油和水混合物进行实验，结果表明在中、低粘度范围内纵流管束换热器传热效果明显优于传统圆缺形折流板换热器。

1.3换热器分类1.3.1按热量的传递方式分类（1）间壁式换热器间壁式换热器是冷热流体被固体隔开，互不接触，热量由热流体通过壁面传给冷流体。

该类型换热器适用于冷热流体不允许混合的场合。

间壁式换热器应用广泛，形式多样，各种管壳式结构的换热器均属于此类。

（2）直接接触式换热器直接接触式换热器也称混合式换热器，在此类换热器中，冷热流体直接接触，相互混合传递热量，该类型换热器结构简单，传热效率高，适用于冷热流体允许直接混合的场合。

（3）蓄热式换热器蓄热式换热器，主要由热容较大的蓄热室构成，室中可充填耐火砖等填料，热流体通过蓄热室时将室内填料加热，然后冷流体通过蓄热室时将热量带走、这样冷热流体交替通过同一蓄热室时，蓄热室即可将热量传递给冷流体，达到换热的目的[9]。

这类换热器结构较为简单，耐高温，常用于高温气体热量的回收和冷却。

其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。

1.3.2按换热器传热面的形状和结构分类（1）管式换热器管式换热器通过管子壁面进行传热，按传热管的结构形式可分为列管式换热器、蛇管式换热器、套管式换热器和翘片管式换热器等几种。