文献综述

北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述

学号：200832004

北京化工大学

毕业设计（论文）文献综述

论文题目：280㎡6管程浮头换热器设计

学院名称：机电工程学院 专 业：过程装备与控制工程 学生姓名：王建才 导师姓名：金广林

指导教师意见 指导教师签字

北京化工大学本科毕业设计（论文）文献综述

浮头式换热器的设计文献综述

一、前言

进入8O年代以来，由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。据统计，换热器的投资约占全部设备投资的40％ 。因此，从节能、节材和节约资金角度来说，如何选用高效换热器已不可避免地成为每个工程设计人员面临的问题。目前，节能减排已成为我国“十二五”期间重要战略的举措，高效节能换热器的研究也成为当今地下换热领域研究的热点[1]。

二、正文

1.国内外换热器的发展以及分类

1.1国内换热器的现状及发展

国内对于换热器肋片换热的研究起步比较晚、经验比较少，多借鉴于国外，无论是理论研究还是实验研究都还需进一步深入，技术创新还不够，但是对各因素对换热器性能影响的研究也比较全面。总的来说，仍然存在以下问题：(1)换热器换热的理论研究不够完善，可供对肋片实际应用优化设计的理论依据太少，对于换热公式推导出的解析解较少，目前大多是通过试验、数据分析拟和而成的经验公式；(2)换热的理论体系缺乏系统性，不够完善；(3)因为试验环境、材料、仪器的精度以及试验方法不同，在同一个研究方向的某些问题的研究结论存在的分歧较多，很难形成统一的意见，暂不能形成对实践的可靠指导；(4)目前对换热器的研究大多基于一维、二维的换热，国内对于三维的换热模型的研究过少，同时，对于一维和二维传热模型的前提假设条件很苛刻，得出的结论适用性不强；(5)结合试验建立的部分换热理论还缺乏严谨性和局限性[1]。

1.2国外换热器的现状及发展

近年来，在生物、电子制造业、汽车制造业、航空以及空间技术等领域也开始大量使用换热设备，其技术进步已经直接关系到国民经济的发展和人民生活质量的提高，

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而换热器技术的发展也时刻为人们所关注。在国内换热器技术快速发展的同时，国外特殊结构换热器也有新的进展 。主要包括以下几种：（1）热塑性全焊式换热器；（2）插塞式接头转换器式换热器；（3）板式换热器一反应嚣一体化装置；（4）毛细板式换热器；（5）多孔翅片板翅式换热器；（6）氟塑料制蛇管式换热器；（7）Heliflow 螺旋盘管式换热器；（8）De 换热器[2]。 1.3国内外的新型换热器发展

在换热器的热流分析中，引入计算机技术，对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。在此基础上，在换热器的模型设计和设计开发中，利用CFD 的分析结果和相对应的模型实验数据，使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计[3]。换热器的新技术得到了实用化，并进一步扩大其适用范围，具有高效、低耗、性能优越的新型换热器将推广应用，我国应借鉴国外先进换热器技术，努力赶上国际先进水平[4]。一个稳定的数值模型开发了过滤和热量交换,预测这两个层面维瞬态响应的两种固体和流体的阶段[5]。在世界范围内，虽然目前管壳式换热器仍占主导地位，但各种板式换热器的竞争力在逐渐上升[5]。传热的概念碳化硅紧凑碳化硅紧凑换热器研究了可用于设计中间换热器操作在高温下聚变反应堆[7]。翅片式换热器，这种换热器表面一般进行了翅片密度测试，换热性能比较好[8]。

2.换热器的制造

换热器的制造首先是通过给定的相关参数，比如管板、传热管按压差及温差、材料要求、工作介质、焊缝要求、热处理要求等等[6]。

设计换热器最终计算出流体的出口温度，核算我们所选用的换热管材料、数量及换热片数量，是否完全能够满足设计要求。换热器制造过程中的焊接过程：外壳体的焊接、筒壳与端盖的焊接和管箱的焊接[9]。

在换热器生产过程中存在着不能立即反映出来的问题。主要包括：生产换热器时造成其密封槽的底平面高于外圄平面，而管箱的隔板低于外圄密封面，这样造成配合时出现隔板垫片压实不紧甚至出现密封间隙；折流板的不规范；进行管子的截取时操作中误差太大[10]。

3.管壳式换热器的介绍

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3.1管壳式换热器的分类

管壳式换热器具有可靠性高、适应性广等优点，在各工业领域中得到最广泛的应用。近年来。尽管受到了其他新型换热器的挑战，但反过来也促成了其自身的发展。在换热器向高参数、大型化发展的今天，管壳式换热器仍占有主导地位。根据其结构可以分为五类：固定管板式换热器、浮头式换热器、U型管式换热器、填料函式换热器和釜式重沸器[11]。换热器的结构类型繁多，但按其传热特征可分为3类：混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器[12]。

3.2浮头式换热器

浮头式换热器的管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板夹持在用螺柱连接的浮头盖与钩圈之间，形成可在壳体内自由移动的浮头，故称为浮头式换热器[13]。 3.3浮头式换热器的防腐与故障分析

浮头式换热器在使用过程中，会出现各种故障，如管箱内泄漏、管束及其连接处泄漏、法兰泄漏、腐蚀泄漏、堵塞等。建国以来化工系统所发生的重大泄漏事故案例，大部分是由于密封失效、密封件设计或安装不合理造成的[14]。一般用细长管做喷头对换热器管束内表面进行喷砂处理、高科技防腐涂料的配制过程、对管束进行灌装涂漆的防腐工艺[15]。发现当工作介质的热交换器是流体摩擦所发挥的作用不能充分考虑单液优化算法[16]。 3.4浮头式换热器的设计

浮头式换热器的研究不要是从其结构和材料进行，考虑到对于毕业设计材料研究难度较大，我主要是从换热器的内部结构入手。浮头式换热器的主要组合部件有前端管箱、壳体和后端结构（包括管束）三部分。管程结构包括：换热管、管板、管箱、管束分程、换热管与管板连接等等；壳程结构包括：壳体、折流板、折流杆、防短路结构、壳程分程等等。利用相关软件计算换热器的换热效率，对内部结构进行及时改进[10]。一个最优的热回收网络是面积及能源的目标最优值需要[17]。

浮头法兰的厚度受控于强度和结构两个方面。强度方面包括法兰在管程压力和壳程压力单独作用下的厚度计算，并应分别考虑预紧和操作[18]。浮头式换热器钩圈结构