U形管换热器设计文献综述.doc

——————————————————————————————————————————————— U形管换热器设计文献综述 黄河科技学院毕业设计(文献综述） U形管换热器设计 1 课题背景 随着世界性的能源危机波及到了装备制造业及石油化工这些耗材及耗能的大户，以及国家节能减排长期国策的确立，作为能量回收装备—热交换设备的提高传热效能及降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。这些研究归纳为以下几个方面： （1）传热与流动研究：旨在提髙传热及压降计算的准确性，寻求提髙传热效率，降低压降的途径。这方面研究主要涉及到：物性模拟研究、分析设计研究（如温度场、流动分布的模拟研究等）、传热及流动试验和工艺计算软件的开发等。 （2）换热设备大型化、新型热交换设备的开发及降低能耗、节水的研究。 （3）强化传热的研究：如强化传热管研究、板管的研究（如板壳式、板空冷等）。 （4）材料研究（相容性及经济性的结合）。 （5）抗腐蚀及控制结垢的研究（涉及使用寿命及保持传热效率）[1]。 2 换热器简介 换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备，自从21世纪以来，各国的换热器水平都有了长足的发展，我国的换热器技术在我国各方面人才的努力下也有了很大提高，本次设计就是在已有的计算基础上进行的，在查阅了换热器设计的相关资料，进行了此次设计。 2.1换热器在化工生产中的应用 换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备，它是化工，炼油、动力、油田储运集输系统和原子能及其许多工业部门广泛应用的一种通用设备，是保证工艺流程和条件，利用二次能源实现余热回收和节约能源的主要设备。在化工厂换热器约占总投资的10%-20%;在炼油厂换热器约占全部工艺设备 黄河科技学院毕业设计(文献综述） 投资的35%-40%。由于工艺流程不同，生产中往往进行着加热、冷却、蒸发或冷凝等过程。通过换热器热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺需要[2-3]。 2.2换热器的分类及其特点 换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是在耗能用量十分大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。按使用目的不同，换热器可分为加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。由于使用条件和工作环境不同，换热器又有各种各样的形式和结构。在生产中有时把换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一工艺设备中的组成部分，按传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式及蓄热式3类，其中间壁式换热器应用最普遍[9]。 间壁式换热器在各工业部门中使用极其广泛，担负着各种换热任务，例如用以加热、蒸发、冷凝和废热回收等。由于它们的使用条件和要求差别很大，如容量、温度、压力和工作介质的性质等，涉及的范围极广，因此换热器的结构型式也多种多样。 管壳式换热器主要分为下列几种： (1)固定管板式。固定管板式换热器的典型结构是管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是简单、紧凑，能承受较高的压力，造价低；壳程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点是当管束与壳体的壁温差或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢的场合；管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。 (2)浮头式。浮头式换热器的典型结构是两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动称为浮头。浮头式换热器的特点是管间和管内清洗方便；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。它适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。 (3) U形管式。U形管式换热器的典型结构是只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换 黄河科技学院毕业设计(文献综述） 热管有温差时，不会产生热应力。其主要缺点是U形管具有一定的弯曲半径，故管板的利用率较差，管内不易清洗，U形管更换困难。适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料[6-8]。 3 U形管式换热器 U形管式换热器是管壳式换热器的一种，由管板、壳体、管束等零部件组成，仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，重量较轻。在同一直径情况下换热面积最大，结构简单、紧凑，在高温、高压下金属耗量最小。其优点是: (1)管束可抽出来机械清洗; (2)壳体与管壁不受温差限制; (3)可在高温、高压下工作，一般适用于温度小于等于500 oC，压力小于等于10