管壳式换热器

酒泉职业技术学院毕业设计（论文）13级石油化工生产技术专业题目：列管式换热器毕业时间：二O一五年六月学生姓名：XXX指导教师：XX班级：13级石油化工生产技术（5）班2015年4月20日1酒泉职业技术学院2011届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名张敏班级应用化工技术（2）班专业应用化工技术指导教师第一次指导意见1、设计题目选择合理；2、在设计过程中请多查阅资料，部分计算有误。2010年12月25日指导教师第二次指导意见1、请按要求进行格式修改；2、注意错别字。2011年1月20日指导教师第三次指导意见1、设计基本符合要求2011年3月15日指导教师评语及评分按期圆满完成任务书中规定的项目；能熟练地综合运用所学理论和专业知识；有结合实际的某项具体项目的设计或对某具体课题进行有独立见解的论证，毕业设计(论文)有一些独到之处，水平较高。文字材料条理清楚，通顺，论述充分，符合技术用语要求，符号统一，编号齐全，书写工整。图纸完备，整洁，正确。成绩：优秀签字（盖章）2011年3月20日答辩小组评价意见及评分成绩：签字（盖章）年月日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章）年月日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章）年月日2摘要：阐述强化换热器传热过程的最主要途径是降低关键热阻,分析各种情况下的关键热阻,并对如何降低关键热阻提出具体的措施.介绍了常用管壳式换热器换热管强化传热技术和壳程强化传热方法,分析了各自的原理、优缺点及推荐使用场合。针对管壳换热器设计和运行中存在的一些问题,进行分析讨论,指出了产生这些问题的原因,并提出了解决这些问题的方法。说明换热器强化传热的意义,介绍了强化传热的途径,强化传热的分类、原理,评价强化传热方法的基本原则。关键词:关健热阻换热器强化传热3目录第一章管壳式换热器的结构...................................11.1管束...................................................11.2壳程...................................................11.2.1管子排列方式.............................................................................11.2.2管板.............................................................................................11.3管壳式换热器的传热分析.................................21.3.1增大传热面积.............................................................................21.4提高管壳式换热器传热能力的措施.........................3第二章管壳式换热器的种类...................................42.1固定管板式换热器.......................................52.2浮头式换热器...........................................52.3U形管式换热器.........................................5第三章管壳式换热器的节能分析...............................53.1管壳式换热器的传热原理.................................63.2管壳式换热器强化传热方法...............................73.2.1传热管的改进.............................................................................73.2.2适当提高管内流速.....................................................................83.2.3壳程强化.....................................................................................83.2.4管间支撑结构的改善.................................................................9第四章管壳式换热器设计和运行中存在的问题分析...............114.1传热研究中存在的问题..................................1244.2物性参数计算存在的问题................................134.3污垢问题..............................................134.4计算方法问题..........................................144.5反温差问题............................................15第五章管壳式换热器的结构设计..............................195.1管壳式换热器的形式及结构..............................195.2.1圆筒壁厚的确定.......................................................................255.2.2固定管板式换热器管板的强度计算.......................................26第六章换热器污垢的防治对策简述............................266.1防垢、抑垢、除垢对策分析..............................276.1.1设计阶段采取的防垢对策.......................................................276.2运行阶段采取的抑垢对策................................306.2.1液测污垢的抑制策略...............................................................306.2.2气测污垢的抑制策略:.............................................................326.3除垢对策..............................................336.3.1机械清洗技术...........................................................................336.3.2化学清洗技术...........................................................................33第七章污垢对换热器传热性能影响............................347.1污垢预测模型..........................................357.2计算实例..............................................37参考文献....................................................41致谢......................................................431第一章管壳式换热器的结构1.1管束在管壳式换热器中最简单的是单管程的换热器,如需增加传热面,一般采用增加管数的方法,管数增加后可将管束分程,以防止管数增加后引起管内流速以及传热系数的降低,从制造、安装、操作的角度考虑,一般采用偶数管程且程数不宜太多。1.2壳程图1列出了几种代号的壳程型式。E型是最普通的一种,壳程是单程的,管程可为单程也可为多程;F型为二壳程的换热器,是在壳体中装入了一块平行于管子轴线方向的纵向隔板;G型也为二壳程的换热器,纵向隔板从管板的一段移开使壳程流体得以分流;H型与G型相似,但进出口接管与纵向隔板均多一倍。图1-1换热器的壳程型式1.2.1管子排列方式管子在管板上的排列方式最常见的有4种:正三角排列、转角正三角形排列、正方形排列和转角正方形排列。1.2.2管板管板是换热器的重要部件之一,用来排布换热管并起着分隔管程、壳程空间的作用。薄管板有着节省材料的优点,是用于中、低压2换热器中;椭圆形管板与换热器的壳焊接在一起,受力条件较好,适用于高压、大直径的换热器。1.3管壳式换热器的传热分析由传热过程分析可知,单位时间内传热量如下式所示:Φ=KA△tm可见,增大传热面积A、传热系数K和平均温差△tm都可以增大传热量Φ。1.3.1增大传热面积(1)合理优化结构,如采用合适的内外导流筒,增大有效传热面积。(2)增大传热的扩展表面,如在管内外增加肋片或翅片,提高单位容积内设备的换热面积来增强换热。(3)将管壳式换热器串联增大换热面积。1.3.2增大传热平均温差传热平均温差的大小主要由冷热两种流体的温度所决定,当两边流体均为变温的情况下,应当尽可能考虑从结构上采用逆流和接近逆流的流向以得到较大的△tm值。1.3.3增大传热系数传热过程中,各热阻与总传热系数关系如下RRhAARahAWOooiOiiiOKR1)1(1式中:R———总传热热阻,(m2·K)PW;K———总传热系数,WP(m2·K)3Ao———管外的面积,m2;hi———管内的对流换热系数,WP(m2·K);Ai———管内的面积,m2;Ri———管内的污垢热阻,(m2·K)PW;ho———管外的对流换热系数,WP(m2·K);Ro———管外的污垢热阻,(m2·K)PW;ηo———肋面总效率(如果表面未肋化,则η°=1);Rw———管壁的导热热阻,(m2·K)PW。要增大总传热系数,就要设法减小对K值影响较大的项。如果污垢热阻较大时,则应主要考虑如何防止或延缓垢层的形成或使污垢层清洗方便当hi和ho差别不大时,最好能同时提高两流体的对流换热系数;而当两者差别较大时,要设法增大换热系数较小的一项。1.4提高管壳式换热器传热能力的措施管壳式换热器的传热能力是由壳程换热系数、管程换热系数和换热器冷、热介质的对数平均温差决定的,因此,提高管壳式换热器传热能力的措施包括以下几点。(1)提高管壳式换热器冷、热介质的平均对数温差冷、热介质平均对数温差除直接受冷、热介质进出口温度影响外,还受到冷、热介质的流动方向和换热流程的影响。当换热器冷、热流体的温度沿传热面变化时,两种流体逆流平均温差最大,顺流平均温差最小,在实际换热器设计中,冷、热流体多采用交错流方式,其平均对数温差介于逆流和顺流之间。因此,应尽量增加换热器冷、热流体的逆流比例,提高4冷、热流体的对数平均温差,提高换热器的传热能力。(2)合理确定管程和壳程介质。在换热器设计中,对于壳程安装折流板的换热器来说,Re100时,壳程介质即达湍流,因此,对于流量小或粘度大的介质优先考虑作为壳程换热介质;由于管程清洗相对于壳程清洗要容易,因此对于易结垢、有沉淀及杂物的介质宜走管程;从经济性考虑,对于高温、高压或腐蚀性强的介质,作为管程换热介质更加合理;对于刚性结构的换热器,若冷、热介质温差大,因壁面温度与换热系数大的介质温度接近,为减小管束与壳体的膨胀差,换