螺旋折流板換熱器開(kāi)題報(bào)告

1、<p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告</p><p><b>　　概述以及設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　折流板是提高換熱器工效的重要部件。傳統(tǒng)換熱器中最普遍應(yīng)用的是弓形折流板，由于存在阻流與壓降大、有流動(dòng)滯死區(qū)、易結(jié)垢、傳熱的平均溫差小、振動(dòng)條件下易失效等缺陷，近年來(lái)逐漸被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板應(yīng)具有連續(xù)的螺旋曲面。由于加工困難，目前所采

2、用的折流板，一般由若干個(gè)1/4的扇形平面板替代曲面相間連接，形成近似的螺旋面。在折流時(shí)，流體處于近似螺旋流動(dòng)狀態(tài)。相比于弓形折流板，在相同工況下，這樣的折流板（被稱(chēng)為非連續(xù)型螺旋折流板）可減少壓降45%左右，而總傳熱系數(shù)可提高20%～30%，在相同熱負(fù)荷下，可大大減小換熱器尺寸。雖然非連續(xù)螺旋折流板的加工技術(shù)比較成熟，在石化行業(yè)也已得到推廣應(yīng)用，但仍存在諸多不足之處。例如，扇形板連接處成非光滑的銳角過(guò)渡，對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)的流體存在反壓，流體通

3、過(guò)時(shí)的突然轉(zhuǎn)向會(huì)造成能量損失，在螺旋角較大時(shí)能耗更嚴(yán)重；相鄰兩片扇形板空間對(duì)接時(shí)，必須附加角接板才能填補(bǔ)縫隙，既費(fèi)工又廢料，又增大了流體的阻力。相比之下，具有理想螺旋曲面的連續(xù)型螺旋折流板有著更好的傳熱與流動(dòng)特性，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須首先解決其加工難題。</p><p>　　螺旋折流板換熱器的提出基于這樣一種思想：通過(guò)改變殼側(cè)折流板的布置，使殼側(cè)流體呈連續(xù)的螺旋狀流動(dòng)。因此，理想的折流板布置應(yīng)該為連續(xù)的螺旋曲面。但

4、是，螺旋曲面加工困難，而且換熱管與折流板的配 合也較難實(shí)現(xiàn)。考慮到加工上的方便，采用一系列的扇形平面板(稱(chēng)之為螺旋折流板)替代曲面相間連接，在殼側(cè)形成近似螺旋面，使殼側(cè)流體產(chǎn)生近似連續(xù)螺旋狀流動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，出于加工方面的考慮，一個(gè)螺距取 2～4 塊折流板，相鄰折流板之間有連續(xù)搭接和交錯(cuò)搭接兩方式，按流道又可分為單螺旋和雙螺旋兩種結(jié)構(gòu)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的螺旋折流板式換熱器是我之前學(xué)習(xí)所沒(méi)有接觸過(guò)的，在

5、傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)知識(shí)上面添加了一些新的元素，使得設(shè)計(jì)更具色彩性，同時(shí)主線沒(méi)有改變，依然是列管式換熱器。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一方面可以復(fù)習(xí)和鞏固之前學(xué)習(xí)的知識(shí)，另外又可以拓展思維，查閱資料以擴(kuò)展知識(shí)面，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，以達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的目的。</p><p>　　螺旋折流板式換熱器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　渦旋或螺旋流動(dòng)一直是強(qiáng)化傳熱的有效手段, 從殼側(cè)流體由縱向或蛇形橫向流動(dòng)方向

6、改變?yōu)槁菪隣盍鲃?dòng)的角度產(chǎn)生了螺旋折流板換熱器的構(gòu)想,但由于連續(xù)螺旋曲面的加工及安裝難度很大, 20世紀(jì) 八、九十年代捷克科學(xué)家發(fā)明了非連續(xù)的1/4螺旋形折流板換熱器,采用一系列1/4扇形折流平板來(lái)代替螺旋曲面。此項(xiàng)技術(shù)后被美國(guó)AB 公司買(mǎi)斷，后又轉(zhuǎn)讓給CB& I公司,據(jù)ABB Lum musHeat transfer公司公布,自1994~2007年3月 該公司共完成349個(gè)項(xiàng)目,共計(jì)1350臺(tái)(套)螺旋折流板換熱器的設(shè)計(jì)和制造。

7、我國(guó)大慶石油化工機(jī)械廠等單位也參與了應(yīng)用ABB公司技術(shù)的部分制造和應(yīng)用實(shí)踐。其他另有一些單位則選擇自主開(kāi)發(fā),近幾年也得到了一些發(fā)展。 </p><p>　　不少研究者采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究手段,對(duì)螺旋折流板換熱器與弓形折流板換熱器進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明,螺旋折流板換熱器的單位壓降的換熱系數(shù)性能要優(yōu)于弓形折流板換熱器,并大致確定性能最佳時(shí)的螺旋角或傾斜角為40度左右。</p><p>　　在1/

8、4螺旋折流板換熱器問(wèn)世后的近20年里, 未見(jiàn)有國(guó)內(nèi)外同行就1/4螺旋折流板方案不適合正三角形排列布管之事進(jìn)行質(zhì)疑,幾乎無(wú)人考慮布管方式與折流板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)。針對(duì)以上問(wèn)題,陳亞平提出了三分螺旋折流板換熱器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示,并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。 三分螺旋折流板換熱器除秉承了1/4螺旋折流板換熱器的諸多優(yōu)勢(shì)外,還特別適合于正三角形布管方案,且可減少折流板零件。該項(xiàng)創(chuàng)新將使原先很難大規(guī)模應(yīng)用的螺旋折流板式換熱器具有了普及應(yīng)用的可能。 &l

9、t;/p><p>　　三、設(shè)計(jì)研究技術(shù)路線和目標(biāo)</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)研究技術(shù)路線</b></p><p>　　首先查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解螺旋折流板式換熱器的基本原理、性質(zhì)及應(yīng)用，在化工生產(chǎn)中的地位和作用、換熱器應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)、設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)、技術(shù)路線及其意義，對(duì)螺旋折流板式換熱器設(shè)計(jì)有一個(gè)大體上的認(rèn)識(shí)和理解。</p>

10、<p>　　然后確定螺旋折流板式換熱器的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型、操作條件的選擇和操作方式選擇。對(duì)換熱器進(jìn)行熱量衡算、物料衡算、傳熱面積的確定、壓力降計(jì)算等，確定各結(jié)構(gòu)部件所需參數(shù)，并對(duì)各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行合理安排，確定換熱器的基本構(gòu)成。</p><p>　　緊接著進(jìn)行換熱器殼體、管箱短節(jié)、封頭厚度確定，容器法蘭、螺栓、墊片附件的校核計(jì)算，管板厚度的計(jì)算，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，確定出換熱器的最終形式。</p>&

11、lt;p>　　最后，利用AutoCAD軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個(gè)零件圖，并編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。</p><p><b>　　2目標(biāo)</b></p><p>　　查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成換熱器的工藝計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核。努力提高換熱器的換熱效率。在設(shè)計(jì)過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并大膽創(chuàng)新，獲得更多關(guān)于換熱器的知識(shí)，無(wú)論為今后的工作還是現(xiàn)在的學(xué)習(xí)都能奠定一定

12、的基礎(chǔ)。</p><p>　　四、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題</p><p><b>　　1研究?jī)?nèi)容</b></p><p><b>　　第一部分：準(zhǔn)備工作</b></p><p>　　查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料了解浮頭式換熱器的基本原理、性質(zhì)及應(yīng)用。在化工生產(chǎn)中的地位和作用、換熱器應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)、設(shè)計(jì)

13、的理論基礎(chǔ)、技術(shù)路線及其意義。</p><p>　　第二部分：工藝計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　浮頭式換熱器的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型、操作條件的選擇和操作方式選擇。熱流量計(jì)算、傳熱系數(shù)計(jì)算、傳熱面積的確定、殼程阻力及壓力降計(jì)算。</p><p>　　第三部分：主要受壓元件強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　換熱器殼體、管箱短節(jié)、封頭厚度確定，容器法蘭、螺

14、栓、墊片的校核計(jì)算，管板厚度的計(jì)算，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。</p><p>　　第四部分：計(jì)算機(jī)繪圖及說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)</p><p>　　利用AutoCAD軟件繪制出固定管殼式換熱器的裝配圖及各個(gè)零件圖，并編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，并完成英文資料翻譯的編寫(xiě)。</p><p><b>　　2 關(guān)鍵問(wèn)題</b></p><p>　　換熱器性能關(guān)鍵在

15、于換熱器的換熱效率。所以在本設(shè)計(jì)中，關(guān)鍵在于如何布置列管以及如何進(jìn)行螺旋折流板的設(shè)計(jì)和放置。以求更好的換熱效果，盡可能的去參考國(guó)內(nèi)外最新的研究進(jìn)展。</p><p>　　五、計(jì)劃安排和預(yù)期成果</p><p><b>　　1計(jì)劃安排</b></p><p><b>　　2 預(yù)期成果</b></p><p

16、>　　設(shè)計(jì)出滿足工藝條件的換熱器設(shè)計(jì)；</p><p>　　用計(jì)算機(jī)繪出不少于3張零號(hào)圖紙的設(shè)計(jì)圖；</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 馬江權(quán)等.化工原理課程設(shè)計(jì).中國(guó)石化出版社.</p><p>　　[2] 錢(qián)頌文等.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工藝出版社.</p>