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浮头式换热器设计

，桑芝富.过程装备设计.北京化学工业出版社，王志魁.化工原理.北京化学工业出版社，贺卫国.化工容器及设备简明设计手册.北京化学工业出版社，王志文.化工容器设计.北京化学工业出版社，贺匡国.压力容器分析设计基础.北京机械工业出版社，潘家祯.压力容器材料实用手册.北京化学工业出版社，卓震.化工容器及设备.北京中国石化出版社，钢制压力容器.北京中国标准出版社，管壳式换热器.北京中国标准出版社，钢制化工容器强度计算规定.化工部工程建设标准编辑中心出版，钢制压力容器分析设计标准.北京新华出版社，四国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向换热器及传热研究的发展趋势与现状换热器是种广泛使用的工艺设备，在炼油化土行业中是主要豹工艺设备之。因此，换热器的研究倍受重视。从换热钳的设计制造结构改进到传热机理的试验研究宣都在进行。特别是七十年代初发生能源危机以来，各国都纷纷寻找新的能源及节约能源的途径，而换热器是节约能源的有效设备。在亲热回收利用地热太阳能等方面都离不开换热器。因而各国都在致力于研究各种高性能换热器及换热元件，其中不少是国家直接下达的重点课题。近年来换热器及传热技术的发展主要表现在下列几个方面。．研究工作的动向目前世界上每年发表有关传热及换热设备方面的文献约在六千篇以上。有关新能源开发的文章日趋增多，研究的重点是传热机理传热强化两相流模拟及测试技术计算机应用振动污垢以及与能源利用和环境保护有关的新型高效换热器。对传热基础理论的研究探讨分重视，种新的动向是从数学校型和物理模型出发，用数学方法推导出精确的计算公式。．计算机的使用应用计算机不仅节省了入力提高了效率，而且可以进行最优化设计与控制，使其达到最大技术经济性能。例如美国帕斯卡古拉炼油厂常减压装置的原油换热系统，由于采用了换热系统的最佳化设计及其他改进措施，平均传热系数达到千卡•小时•。传热分析应力分析信息储存与检索以及模拟和控制均编有程序。有些程序从工艺设计开始，直到绘出图纸。计算机自动绘图机只需十几分钟即可绘张标准换热器图纸。目前，美国换热器设计程序在国外无疑是具有代表性的，已被许多国家所引进。此外，其他国家也开发了些自动设计系统和程序。如英国开发的等程序年英国国家工程实验室和剑桥计算机辅机设备中心合作，按美国管壳式换热器制造商协会标准，编制管完式换热器机械设计程序。这程序不但可对标准中的所有三类换热器进行各种设计计算，列出二系列不同参数以供选择，而且能自动绘出换热器的平面布置与管板布置图，到年底己能提供全部标准投热器的制造施工图。以后又结合英国标准协会年公布的压力容器规范•编制了换热器的机械设计程序苏联也有自动设计系统日本自动设计系统是由三菱工程及造船有限公司研制的，使用该系统，仅仅输入最少的数据，就能迅速地得到机械的没计图表及图纸，该系统除适用于日本的压力容器结构及日本高压气体控制法规外，还适用干规范第Ⅷ篇第分篇以及的类此外日本神户制钢的自动设计绘图系统以及用于换热器动特模拟的三菱数字模拟系统等也已推行于世高温高压换热界的进展随者工艺的进展和大型化装置的出现，大型高温高压换热器的使用越来越多。炼油厂加氢换热器就是个例子。近年来，高温高压换热器在结构材料和制造方面都有些进展，管箱和密封结构均有些改进，管的进口区的热防护获得些改善。另外还采用了薄管板或挠性管板结构以减小热应力使用小管子密排列，改善了管子与管板的连接。．大力开展关于振动的研究自年代末，为了适应大型化装置的工艺要求，换热器也随之大型化。国外管壳式换热特最大直径已达毫米，传热面积达到米，重达吨。在大型化过程中所遇到的个复杂问题就是管束的振动。由于大型化而加剧了核电站换热器的振动破坏，因此人们对管壳式换热器振动研究的兴趣与日俱增。大型换热器在高流速下尤其容易产生振动，振动位管子破裂，损坏设备的就础与管路，同时产生噪音。迄今虽然有关振动方面的问题，还远未被人们认识清楚，但是通过大量的试验研究，现在已经能预测管束的自振频率，从而在设计小可以确定出适当的流速范围，以防止流体的激振。此外，在结构设计上也采用了些防振措施，例如菲利普斯石油公司设计了种没有普通折流板的管壳式换热器，采用组栅格式紧固控置代钵折梳板，管束被井个型的栅格条紧紧固定，栅格条同管于外壁之间水留间隙。使用纳果表明，这种结构有效地克服了管束的振动，延长了管子为寿命，而且结构紧凑，符合小管径密排列的原则，提高了工艺性能，使完程压降降低丁二分之，且不易淤塞脏物，清洗方便。．发展强化传热管传热管是管壳式换热器的主要传热元件。国外对传热管的研究非常重视，通过改进传热管的性能，就能提高换热器的性能。强化传热管的方法主要有两种种是尽量扩大它的有效传热面积，但又不过分增大流阻，例如将管子的内外表面轧制成各种不同的表面形状，促进流体产生湍流提高传热性能，如翅片管螺纹管等。有的国家已成批生产翅片管换热器，并已标谁化系列化。我国也在炼油厂中使用螺纹管换热器，只要使用条件恰当，工艺流程合理，总传热系数就可以大大提高。年兰州炼油厂单元仗用台螺纹管换热器，厦高达大卡•米”•小时•飞。年南京炼油厂实行节能改造，使用了螺纹管换热器，实测值达千卡米“•小时•。另种方法是改良传热表面的性能，使之既符合传热机理的要求，又能充分发挥其特点，如美国联合碳化公司研制成功的种表面多孔管，可以使汽抱核心的数量大幅度增加，从而使拂腾给热系数提高十倍乃至几十倍，总传热系数般可提高五倍左右，并民还有很好的抗污垢能力。国内些单位如北京化工研究院等也研究试制成功了表面多孔管，并得到了应用如在南京炼油厂用于重沸器取得了明显效果。新的强化传热管还有单面纵槽管双面纵槽管周向波纹管螺旋波纹管等。．采用新材料由于工艺条件日趋苛刻，迫切需要些新的材料。在换热器制造中，由于钦具有很高的抗腐蚀性能高的强度限和屈服限，且比重小重量轻，又有走的杭污塞性，因此西德在含氯溶液中采用了钦制换热器，在炼油厂中使用钦制冷却器和冷凝器。现在钦制换热器的应用有了迅速的增加。渗铝管换热器及镀锌钢管换热器的使用也日益增多。非金属材料方面最具有代表性的是聚四氟乙烯塑料，自美国杜邦公司于六十年代中期研究成功这种塑料换热器以来，由于它优越的抗腐蚀抗污垢性能，国外推广使用很快，到了七十年代，凡是适用这种换热器的场合，几乎达到了普及的地步。此外还有石墨换热器，般使用压力为公斤厘米，使用温度为。．控制结垢及高效运行美国传热研究公司对换热器的污垢问题已进行了多年的研究。通过对污垢形成的机理生长速度影响因素的研究，预测污垢曲线，从而为控制结垢适时清洗提供了途径和依据。广泛采用涡流测试技术来加强运行中的检漏，使快要损坏的管子能及早得到更换或堵漏，避免非计划停工损失。在换热器中采用有机涂层，能有效地防止海水腐蚀，且不易结垢若是涂于冷凝侧还可以变成滴状冷凝从而强化传热。此外，国外对发展换热器的清洗技术极为重视，组织专业的维修清洗公司，针对不同条件，采取最适合的清洗方祛，并研究了专门的清洗设备和工具，如化学清洗车高压水清洗车及管束拔出装置等。这样就能保证换热器高效率低消耗长周期的运行。．热管换热器的使用热管是利用小的表面积传递大的热量，体现了种优良的设计方法。热管是六十年代中期在宇航工业中发展起来的新型传热元件，于七十年代进入民用工业，由于它具有效率高压降小结构简单紧凑性好等优点，发展较为迅速。美国道化学公司采用琼多特公司生产的不锈钢热管空气预热器，在座万千卡小时的加热炉上回收余热，使烟气出口温度从原来的”降到以下，并使进风温度提高了,每小时回收余热.万千卡，从而使加热炉的天然气消耗量减少巧纬。年美国卡特拉斯堡炼油厂的重整加热炉上使用了热量为万千卡小时的热管换热器闭。美国杜邦化学公司在套化工装置上采用套由埃索舍默克斯公司制造的铝质热管空气预热器，其造价仅为普通空气预热器的，而安装费用相同，故获得了显著的经济效果叻。国内科学院力学研究所重庆大学等单位首先引进和研究热管技术。近几年来，些研究单位及炼油厂都先后开展了热管换热器的试制研究工作。些炼油厂开始采用热管换热器来回收烟气中的低温余热提高了热效率，取得了较好的应用效果。换热器及传热研究的主攻方向当前换热器发展的基本动向是继续提高设备的热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。同时仍然注意基础理论及测试方法的研究。新能源换热器的研究能源的充分供应对发展生产，保持并提高人类的生活水平是必不．少的。尽管能源的供应前景仍不乐观，但是工业和民用的需求却在日益增长，这是世界范围内极需解决的问题。要求集中力量研究各种形式的能量转换技术，有效地利用能源。核能是有前途能源，核电站的大型换热器，要解决多项重大技术难关，也是换热器技术发展的尖端。太阳以辐射传热的方式将热量传给地球。太阳能的利用尽管受到地理气候昼夜季节的限制，但它不影响地球大气的热量平衡，而且不消耗燃料，没有污染，很有开发价值。由于世界上能源日益紧张，许多国家在使用新技术的基础上，开发利用太阳能。美国制定了项太阳能发展计划，预期到公元年要供给全国热消耗的以上。但是太阳能比较分散，经物质吸收后，温度不高，如何提高转换效率，在技术上有相当难度，其中换热器的结构设计，是关键问题之。地热也是种丰富的能源，但是大都温度不高低于，用这种资源丰富低焙的热能来发电在国内外都是新课题。地热换热器的热介质大部分是地热水，少部分是蒸气。换热器应具有耐污垢耐腐蚀高效率易清洗的性能。地热利用在很大程度上取决于换热器的性能，因此必须加紧进行地热换热器的研究工作。．余热回收装置的研究工业余热的利用潜力很大，对生产影响显著，主要是左右的高温热量及其高压能量的合理利用，这是石油化学工业的关键技术之。从换热器的整体结构各类管板的结构设计热膨胀补偿方法直到高温侧热通量的控制，都有许多课题极待解决的低温余热回收，对般企业有普遍意义。企业的热利用率低的原因大多是低温位热能没有很好地利用起来。这种热能量大面广，合理利用有着巨大的现实意义。．紧凑式换热器的研究紧凑式换热器包括板翅板式板壳式等换热器，它们具有优异的性能，在采用多流道布置后，其优越性更为显著。板式换热器需要改进密封结构，指强板片的刚度，研究新的垫片材料以提高操作温度和操作压力是今后发展的重点。板壳式换热器由于从结构上解决了耐温抗压和高效之间的矛盾，因而在化学工业中很快得到推广应用。但是，由于它的制造工艺比较复杂，焊接要求高，因而今后应注重改进结构设计，发展新的成型和焊接工艺。．强化传热管的研究近年来国内外在采用强化传热管改进换热器性能提高传热效率减少传热面积降低设备投资等方面，取得了显著的成绩。强化传热管同时也是