学号：******** * 大学毕业设计（论文）文献综述（******届）题目 *****学生 **** 学院 ******* 专业班级 *** 校内指导教师 **** 专业技术职务 **** 校外指导老师专业技术职务二○一一年三月题目：*******一、前言1．课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势1.1课题研究的意义换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，被广泛应用于各个工业部门，尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。

它既是工艺流程中的重要装备，同时又是企业减少能源消耗、降低生产成本的主要手段。

在石油、化工装置中换热器占总设备量和设备投资的40%左右。

换热器中应用最为广泛、使用量最大的则是管壳式换热器，约占换热器总量的90%]1[，它具有选材范围广，换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，能承受高温和高压等特点。

热电联产是发电厂同时向用户供给电能和热能的生产方式，即发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机做过功的蒸汽对用户供热的生产方式。

在全球资源枯竭和化石燃料造成的污染日益严峻的情况下, 热电联产项目日益受到世界各国的高度重视。

其环境效益和社会效益非常巨大，是全球公认的节约能源、改善环境、增强城市基础设施功能的重要措施]2[。

其中，管壳式换热器也广泛应用于热电联产项目中，在节能降耗中发挥着重要作用。

1.2国内外研究现状和发展趋势据统计，在一般石油化工企业中，换热器的投资的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]3[。

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有明显的经济效益和社会效益。

管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术不断的发展，换热器操作条件日趋苛刻，透切需要更新的耐磨损、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、镁铝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，如在强化传热，效果将更好。

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75%的速度。

而石化及钢铁作为支柱产业，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，多样化的要求趋势强烈；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。

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。

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。

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，其朝向换热器的轴线与换热器轴线保持一定倾斜度。

在气-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%。

2．课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题2.1研究目标、内容根据给定的工艺技术参数（如管程及壳程的设计压力、设计温度、热负荷、介质的物理及化学性质等）的相关条件，进行热力设计；综合考虑换热管束、管板、管箱、壳体、折流板和支撑板、进、出接管及防冲与导流等结构的设计]4[。

应用传热学、流体力学、材料力学及换热器结构等知识，制定可应用于制造生产的汽-水管壳式换热器用于全厂采暖换热的相关文件。

内容主要包括：换热器热力设计计算，换热器的结构设计及强度校核计算，设备工程图纸绘制。

2.2拟解决的关键问题计算方面：换热器热力计算、换热器设计参数的合理选取、换热器的结构设计及强度校核计算。

结构方面：管束、管板、管箱、壳体、折流板、支座、法兰、进、出接管及防冲与导流等结构的设计]5[。

工程图纸：手工装配图；换热器的装配图以及若干关键零部件CAD图。

二、设计方案的确定1．方案的原理、特点与选择依据1.1方案的原理、特点管壳式换热器是典型的间壁式换热器，管壳式换热器主要由壳体、管板、封头、管箱等部分组成。

壳体多呈圆形，内部装有平行管束，管束两端固定于管板上。

在管壳式换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程,管束的壁面即为传热面。

本设计采用固定管板式换热器，蒸汽走壳程，水走管程。

为了提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装一定数量的横向折流挡板。

折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。

管壳式换热器的工作原理图如图1所示，热流体从温度1t 冷却到'1t ，冷却介质温度从2t 加热到'2t ，根据传热基本方程式：m t KA Q ∆=]6[。

管程出口 壳程进口折流板 壳程出口 管程进口 图1管壳式换热器工作原理1.2管壳式换热器特点管壳式换热器换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，操作弹性大，易于制造，结构可靠，材料范围广，生产成本低等特点，特别是它能在高温和高压条件下应用。

1.3方案选择依据①选型。

选用固定管板式换热器，固定管板式换热器如图2所示：图2固定管板式换热器由于固定管板式换热器结构简单，清洗方便，锻件使用较少，制造成本低；管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，在工程上广泛应用；当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。

②管、壳程介质配置。

本设计蒸汽走壳程，水走管程。

比较蒸汽和水的性质，饱和蒸汽它对流速和清洗无甚要求，且易于排除冷凝液。

③换热管管型选用光管。

因为其应用广泛、价廉、易于制造、安装、检修、清洗方便。

④换热管管长。

换热管越长时单位传热面积材料耗量低，但是管子过长，清洗、安装不方便。

并且要求换热器外形尺寸小于5000mm ，所以换热管选用3000mm 。

⑤换热管束排列。

本设计选用正三角形排列法。

⑥管束分程。

本设计选用单管程数，当换热器换热面积较大而管子又不能很长时，换热管数就得增大，为了减小管程流体的流通横截面积，提高管程流速，增大传热系数就需要降管束分程。

偶数管程对制造、检修、操作都较为方便，因而应用普遍。

但是管程数越大，设备造价越高。

2．设计步骤2.1掌握管壳式换热器的结构及工作特性 2.1.1压力容器分类本设计的最大设计压力为a mxa MP P 6.1=，查GB150知：所设计的换热器属于中压容器（a a MP p MP 0.106.1<≤）]7[。

根据《压力容器安全技术监察规程》知：本设计的换热器为第二类压力容器，所以在设计、制造时应按照第Ⅱ类压力容器的标准。

2.1.2材料选择对于换热管，根据温度、压力以及介质的特性等综合考虑，换热管的材料选择20钢，对于筒体、封头、管板、折流板的材料均选取Q345R 钢板。

2.2根据标准选取管壳式换热器的型号根据工艺要求，选用卧式管壳式表面凝结型换热器，企业要求换热管选用2.119⨯φ。

2.3换热器热力设计计算①收集原始数据。

根据设计任务，收集尽可能多的有关数据流体的物理化学性能。

②确定物性参量。

安排管、壳程流体，确定定性温度，计算或查得换热介质物性参量：密度ρ、粘度μ、比热p C 、导热系数λ、普朗特常数：λμ⋅⋅=p r C P 1000………………………………………………………………….（2-1）③热平衡计算。

确定冷、热流体的流量及传热对数平均温差m t ∆。

④初选传热系数选K 。

根据换热介质，流速及流态，查管壳式换热器传热系数参考表，初步确定传热系数。

⑤估算传热面积选F ：mt K Q F ∆⋅⨯=选选1000…………………………………………………………………….（2-2）⑥换热器传热面积计F 的确定。

根据传热方程和所选换热管的规格，确定换热管中心距、换热管长度、管程数、管束中间换热管数、换热管排布、总换热管数，进而确定换热器传热面积。

⑦总传热系数的计算计K 。

初步确定换热器的结构，根据冷、热侧流体的流速和温度决定污垢热阻，最后计算总传热系数。

⑧校核总传热系数。

总传热系数满足：25.1~5.11=选计K K ……………………………………………………………….…（2-3） ⑨流动阻力计算。

根据所确定的设备结构参数，确定管程、壳程流体的流动阻力降。

其中管、壳程压降均小于允许相应的压降]108[-。

2.4换热器的结构设计及强度校核计算①根据使用、制造、安装和维修的要求，进行总体结构型式和各部分零部件结构设计和选用。

②根据制造和使用的要求，经济合理地选用零部件的材料。

③根据强度、刚度和稳定性的要求，计算确定各零部件的尺寸。

换热器强度计算除按受压容器对壳体、封头、法兰等进行计算选择外，还有其特有的强度计算，包括管板强度计算，筒体轴向应力校核，温差应力计算和管子拉脱力校核等，当采用膨胀节时，还要进行膨胀节的强度计算。

2.4.1设备的强度计算 2.4.1.1设计参数确定设计压力p （包括管层s p 和壳层t p ）、设计温度T （包括管层和壳层）、钢板的许用应力、腐蚀裕量、密封选择、焊接接头系数等等。

焊接接头系数参考如表1]11[所示：表1钢制换热器焊接接头系数φ焊接接头型式焊接接头系数φ全部无损检测局部无损检测双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头00.1=φ 85.0=φ单面焊对接接头（沿焊接接头根部全长有紧贴基本金属的垫板）90.0=φ 80.0=φ说明：对于无法进行无损检测的固定管板式换热器壳程圆筒的环向焊接接头，当采用氩弧焊打底或沿焊接接头根部全长有紧贴基本金属的垫板时，其焊接接头系数60.0=φ。

2.4.1.2强度计算 （1）筒体计算设计温度下圆筒的计算厚度：[]ctic p D p -=φσδ2…………………………………………………………………...（2-4）设计温度下圆筒的计算应力：[]φσδδσtee i c t D p ≤+=2)(…………………………………………………………（2-5）设计温度下圆筒的最大允许工作压力：[][]ei te w D p δφσδ+=2…………………………………………………………………...（2-6） （2）标准椭圆形封头计算 标准椭圆形封头的计算厚度：[]ctic p D p 5.02-=φσδ………………………………………………………………..（2-7）其中，GB150规定标准椭圆形封头的有效厚度应不小于封头内直径的0.15%。