工作报告之冷凝器设计开题报告

冷凝器设计开题报告【篇一：换热器开题报告】丙烯冷凝器(e-301)设计————关键字：浮头式换热器，冷凝器，技术路线1研究背景换热设备是化工、炼油工业、医药、冶金、制冷等工业中普遍应用的典型工艺设备，用来实现热量的传递，使热量由高温流体传送给低温流体。在实际生产过程中，为了满足工艺的要求，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、冷凝、蒸发等。一般换热器需要满足如下的基本条件：合理地实现所规定的工艺条件；安全可靠；利于安装、操作、维修；经济合理[1]。管壳式换热器的使用已有很悠久的历史；在二十世纪30年代，开始出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。近年来，由于能源消耗引起了人们的广泛重视，能源价格的逐渐上升，循环回收再利用观念已开始深入人心，工厂中废热回收也越来越具有吸引力。通过换热器的使用，回收生产过程中产生的废热来提高工厂的效率以减少国家的能源需求，节省资源，对于国家长久的发展来说具有重要的意义。同时，通过对换热器的优化设计，提高各类换热器的工作效率，减少因工作而造成的更多的能源浪费，也是设计换热器的重中之重。2文献综述常见换热器种类：按传热方式的不同，换热器大致可分为三类，主要有混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器。其中，间壁式换热器的工业应用最为广泛，它的原理是将冷、热流体用一固体壁面隔开，通过壁面进行传热。其优点是避免了介质间的直接接触而导致介质的污染。在间壁式换热器中，由于管壳式换热器具有成本低，清洗方便，适用性强，工作可靠等优点，所以它的应用范围较广，在换热设备应用过程中仍处于主导地位。冷凝器属于换热器的一种，常用于空调系统中，在化工行业的应用也较为常见。冷凝器可用液体（例如水）或气体（如空气）来冷却，冷凝蒸汽可用来加热流体。一般冷凝流体的流动路线为：（1）在水冷式凝气器中走管外；（2）在气冷式凝气器中走管内[2]。本文介绍的丙烯冷凝器结构属于浮头式换热器。浮头式换热器：浮头式换热器的结构特点是两端管板之一不与壳体固定连接，可在沿壳体内轴向自由移动，该端称为浮头。当换热管与壳体有温差存在，壳体或换热管膨胀时互不约束，当两种介质温差较大时，管束与壳体间不会产生温差应力。浮头端可设计为拆结构，使管束可以容易的插入或抽出（也有设计成不可拆的），这样为检修、清洗提供了方便[3]。所以，它适用于壳体与管束壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。浮头式换热器的主要元件：换热管、管板、管箱、壳体、折流板、封头、法兰、接管等。图2-1浮头式换热器2.1换热管2.1.1换热管常见类型换热管常用形式为光管，该类型管制造方便，较为经济，但是传热效率较低。为了强化传热，换热管还可采用强化传热管，如波纹管、螺旋槽管、螺纹管等。强化传热管的主要原理是通过改变管表面或内部形貌，从而改变流体的湍动程度，来达到强化传热的目的。由于换热器中的传热在管子的表面，从性能角度来考虑管子几何变量的选择显得重要。管子应该能承受两侧的操作温度与压力、壳体和管束之间不同的热膨胀引起的热应力、管程和壳程流体的腐蚀性[2]。管子的大小由管外径和管壁厚度决定。从传热的角度来看，小管径的管子能获得较高的传热系数，从而换热器也较紧凑。但大管径的管子易于清洗，更强固，当允许的管侧压降很小时需要用到这种管子。其具体尺寸需参照相关设计手册进行选择[2]。换热管材料，管材的选择主要是根据工况条件来进行，常用材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢、铝合金等，此外还有一些如石墨、聚四氟乙烯、陶瓷等非金属材料。2.1.2换热管排列方式换热器管的布管原则是：无论采用哪种排列，都必须使管束周围的弓形空间尽可能多布管，增大传热面积，防止壳程流体短路[1]。图2-2为几种常见的换热管排列方法，其形式主要有正三角形、转角正三角形、正方形、转角正方形。正三角形排管方法在同样的管板面积上可以排最多的管，故而应用最为普遍，其缺点为清洗较困难。为了便于管外清洗，可采用正方形或转角正方形排列的管束。正三角形转角正三角形（p为管中心距）图2-2换热管排列方式正方形转角正方形2.2管板管板主要用于分布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，也将冷热流体分开，避免他们混合，同时有受管程、壳程压力和温度的作用。在管板材料的选择中，主要需要考虑材料的力学性能，还要考虑在管程、壳程中流动介质的腐蚀性，以及管板和换热管之间的点位差对腐蚀性的影响[1]。管板的设计准则为在满足强度要求的前提下，尽量减小管板的厚度，薄管板换热器可以节约管板材料。2.3管箱壳体直径较大的换热器多采用管箱结构。管箱位于管壳式换热器两端，管箱的作用是把从管道输送出来的流体均匀的分布到各换热管和把管内流体汇集在一起送出换热器。在多管程换热器中，管箱还起改变流体流向的作用。管箱的结构形式主要以换热器是否需要清洗或管束是否需要分程等因素来确定[1]。图2-3为管箱几种常见的结构型式。图2-3管箱结构型式2.4壳体壳体常为一个圆筒，在壳壁上焊有接管，供壳程流体进入和排出之用。p201小尺寸的壳体通常用标准尺寸的管子加工而成，大尺寸的壳体则用平板卷合而成。用于壳体的费用要远比管子的花费高，因此设计人员在设计时一般只使用一个壳体来满足要求的换热面积。比较经济的换热器通常是壳体直径小但尽可能长，只要满足整个工厂的布局、安装以及使用等现场条件即可[2]。2.5折流板设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加湍动程度，并使壳程流体垂直冲刷管束，以改善加热，增大壳程流体的传热系数，减小结垢。在卧式换热器中，折流板还起支撑管束的作用。常用的折流板型式有弓形和圆盘-圆环形两种。图2-4描绘了部分弓形和圆盘-圆环型折流板的样图。图2-4弓形板及圆盘-圆环形折流板2.6管内流动的分程管束分程，在管内流动的流体从管子的一端流到另一端，称为一个行程。在管壳式换热器中，最简单常用的是单管程的换热器。为使流体在管束中保持较大流速，可将管束分成若干程数，使流体依次流过各程管子，以增加流体速度，提高传热系数[1]。下表2.1列出了管程的几种管束分程布置型式。表2.1管程管束分程布置表2.7.换热器中的其它结构2.7.1封头选择封头时有两点主要考虑的因素；（1）是否容易接近传热管，以便于清洗和更换；（2）管道安装是否方便。如果容易结垢或经常需要检查，最好选择容易【篇二：换热器设计开题报告】理工学院毕业设计(论文)开题报告题目：气-液介质专用换热器设计学生姓名：石静学号：09l0503216专业：过程装备与控制工程指导教师：郭彦书（教授）2013年4月8日1文献综述1.1绪论换热设备是化工、炼油、动力、能源、冶金、食品、机械、建筑工业中普遍应用的典型设备。一般换热设备在化工、炼油装置中的建设费用比例达20%~50%因此无论从能源利用，还是从工业的投资来看，合理地选择和设计换热器，都具有重要意义。在各种换热器中，由于管壳式换热器具有单位体积内能够提供较大的传热面积、传热效果好、适应性强、操作弹性大、易制造、成本低、易于检修和清洗等特点，因此应用最广泛。管壳式换热器按结构特点分为固定管板式、u型管式、浮头式、双重管式、填涵式和双管板等几种形式。不同的结构各有优缺点，适用于不同的场合。本文介绍的是板式换热器[1]。1.2管壳式换热器的特点管壳式换热器是由一系列具有一定波纹形状的的金属片叠装而成的一种高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进行热量交换，它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。板式换热器的广泛应用，加速了我国板式换热器行业的迅速发展，但我国板式换热器设计与发达国家之间仍存在着不小的差距。板式换热器是以波纹为传热面，在流道中布满网状触电，流体沿着板间狭窄弯曲、犹如迷宫式的通道流动，其速度大小和方向不断改变，形成强烈的湍流，从而破坏边界层，减少界面膜热阻，并使固体颗粒悬浮，不易沉积，有效地强化了传热，因此，它比管壳式等其他类型换热器具有很多独特的优点。第一，传热系数高，由于换热器的特殊结构及组装方式，使介质在流经相邻两板片间的流道时，流动方向和流速不断变化，在低流速下，形成急剧湍流，强化换热；第二，温差小，由于板式换热器具有较高的传热系数及强烈的湍流，可使热交换器的一、二次流体温度十分接近，温差趋近1~3℃；第三，热损失小，由于板片边缘及密封垫暴露在大气中，所以热损失极小，一般为1%左右，不需采取保护措施。在相同换热面积情况下，板式换热器的热损失仅为管壳式换热器的五分之一，而重量则不到管壳式的一半；第四，结构紧凑，换热板片由薄的不透钢板压制而成，板片间距一般为4mm，板片表面的波纹大大增加了有效换热面积，这样单位容积中可容纳很大的传热面积（每立方米体积可布置250㎡的传热面积），占地面积仅为管壳式的五分之一到十分之一。因此，体积小，节省安装空间。第五，适应性强，可根据产量及工艺要求，方便地增加或减少传热板片，亦可将板片重新排列，改变流程组合；第六，用途广泛，目前已广泛应用于化工、石油、机械、冶金、电力、食品、热水供应、集中供暖等工程领域，完成加热、冷却、蒸发、冷凝、余热回收等工艺过程中截止间的热交换；第七，操作灵活，维修方便，传热板片及活动压紧板均悬挂在机器的横梁上，压紧板上方设有滚动装置，可方便地打开设备，进行清洗，并能取出一板片，进行检查或更换垫片[2]。一般来说，人字形波纹板片的传热效率高、流体阻力大、承压能力好。人字形波纹片之所以换热效率高，流体阻力降大，其原因是板间流道截面变化十分复杂，易诱发湍流，同时流体在这种多变得流道中流动会更多地消耗能量；而水平平直波纹板片的流道变化则类似于正玄曲线，所以传热系数和流体阻力降都较低[3]。1.3管壳式换热器的发展及现状1.31国内情况尽管我国在部分重要换热器产品领域获得了突破，但我国换热器技术基础研究仍然薄弱。与国外先进水平相比较，我国换热产业最大的技术差距在于换热器产品的基础研究和原理研究，尤其是缺乏介质物性数据，对于流场、温度场、流动状态等工作原理研究不足。在换热器制造上。我国目前还以仿制为主，虽然在整体制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片压制方面与发达国家还有一定的差距。在设计标准上，我国换热器设计标准和技术较为滞后。目前，我国的管壳式换热器便准的最大产品直径还仅停留在2.5米，而随着石油化工领域的大型化要求，目前对管壳式换热器直径已经达到4.5米甚至5米，超出了我国换热器设计标准范围，使得我国换热器设计企业不得不按照美国tema标准设计[4]。板式换热器的优化选型是根据换热器的用途和工艺过程中的参数和传热单元数ntu、温差比、选择板片形状、板式换热器的类型和结构。换热器中常使用换热器的“传热面积”和“传热系数”术语，这是一种习惯的有特定含义的名称。因为换热器间壁两侧的表面积可能不同，所谓“换热器的传热面积”实际上是指约定的某一侧的表面积，习惯上一般把换热系数较小的一侧的流体所接触的壁面表面积称为该换热器的传热面积，相对于该传热面积，单位时间、单位面积、在单位温差下所传递的热流量，称为该换热器的传热系数，因此传热系数也是相对于约定的某一侧的表面积而言的[5]。目前板式换热器生产厂家均未提供凝结换热和沸腾换热的准则式，在进行板式换热器的设计选型计算时应注意以下一些问题：一般冷凝和沸腾均可在一个流程中完