1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上浮頭式換熱器的設(shè)計文獻綜述化學(xué)生物學(xué)專業(yè)：茹意 指導(dǎo)老師：彭鋼摘要：進入8O年代以來，由于制造技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)的不斷進步和傳熱理論研究的不斷完善，有關(guān)換熱器的節(jié)能設(shè)計和應(yīng)用越來越引起關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，換熱器的投資約占全部設(shè)備投資的40。因此，從節(jié)能、節(jié)材和節(jié)約資金角度來說，如何選用高效換熱器已不可避免地成為每個工程設(shè)計人員面臨的問題。目前，節(jié)能減排已成為我國“十二五”期間重要戰(zhàn)略的舉措，高效節(jié)能換熱器的研究也成為當今地下?lián)Q熱領(lǐng)域研究的熱點1。關(guān)鍵詞：換熱器；傳熱系數(shù)；浮頭式換熱器二、正文1. 國內(nèi)外換熱器的發(fā)展以及分類1.1國強化傳熱系數(shù)指提高流體和傳熱之間的傳熱系數(shù)。

2、 其主要方法歸結(jié)為下述兩個原理：溫度邊界層減勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。因此最近十幾年來，強化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，凝結(jié)是工業(yè)中普遍遇到的另一種相變換熱過程，凝結(jié)換熱系數(shù)很高，但經(jīng)過強化措施還可以進一步提升換熱效率。管外凝結(jié)換熱的強化對冷卻表面的特殊處理，主要是為了在冷卻表面上產(chǎn)生珠狀凝結(jié)。珠狀凝結(jié)的換熱系數(shù)可比通常的膜狀凝結(jié)高510倍，由于水和有機液體能潤濕大部分的金屬壁面，所以應(yīng)采用特殊的表面處理方法（化學(xué)覆蓋法、聚合物涂層法和電鍍法等），使冷凝液不能潤濕壁面，從而形成珠狀凝結(jié)。用電鍍法在表面涂一層貴金屬，如金、鉑、鈀等效果很好，缺點是價格昂貴。冷卻表面的粗糙

3、化粗糙表面可增加凝結(jié)液膜的湍流度，亦可強化凝結(jié)換熱。實驗證明，當粗糙高度為0.5mm時，水蒸氣的凝結(jié)換熱系數(shù)可提高90%。值得注意的是，當凝結(jié)液膜增厚到可將粗糙壁面淹沒時，粗糙度對增強凝結(jié)換熱不起作用。有時當液膜流速較低時，粗糙壁面還會滯留液膜，對換熱反而不利。 采用擴展表面，在管外膜狀凝結(jié)中常常采用低肋管，低肋管不但增加換熱面積，而且由于冷凝流體的表面張力，肋片上形成的液膜較薄，因此其凝結(jié)換熱系數(shù)可比光管高75%100%。應(yīng)用螺旋槽管和管外加螺旋線圈。螺旋槽管，管子內(nèi)外壁均有螺紋槽，既可強化冷凝換熱，又可強化冷卻側(cè)的單相對流換熱，與光管相比其凝結(jié)強度可提高3550%。在管外加螺旋線圈，由于表

4、面張力使凝結(jié)液流到金屬螺旋線圈的底部而排出，上部及四周液膜變薄，從而凝結(jié)換熱系數(shù)有時甚至可提高2倍。管內(nèi)凝結(jié)換熱的強化擴展表面法，采用內(nèi)肋管是強化管內(nèi)凝結(jié)的最有效的方法，試驗表明，其換熱系數(shù)比光管高2040%。按光面計算則換熱系數(shù)可高12倍。 采用螺旋槽管等流體旋轉(zhuǎn)法可以強化凝結(jié)換熱。換熱效率同比提升30%，但此時流動阻力也會增加。 改變傳熱面形狀的方法有多種，其中用于無相變強化傳熱的有橫波紋管、螺旋螺紋管和縮放管，還有螺旋扁管和偏置折邊翅片管。都是高效換熱元件。值得注意的是，在強化凝結(jié)換熱之前，應(yīng)首先保證凝結(jié)過程的正常進行。例如，排除不凝氣體的影響，順利地排除冷凝液等。改變實踐證明，在降低流

5、體在殼程的阻力并保證流體在湍流狀態(tài)下流動，這樣才能充分的提高介質(zhì)的換熱系數(shù)，內(nèi)翅片管、橫螺紋管、螺旋螺紋管都一樣，不但可用于單相對流傳熱，也可以有效的用于管內(nèi)流動沸騰傳熱（螺紋管在湍流時可使對流傳熱系數(shù)增加一倍多）。當然現(xiàn)在各式換熱器的設(shè)計各有新穎之處，結(jié)構(gòu)上各具特色。原有的換熱器廠家最近也研制出一種新型Hybrid換熱器，他克服了板式因密封問題而受到限制的弱點，很有發(fā)展前途。 近年來，隨著制造技術(shù)的進步，強化換熱元件的開發(fā)，使得新型高效換熱器的研究有了較大的發(fā)展，根據(jù)不同的工藝條件與工況設(shè)計制造了不同結(jié)構(gòu)形式的新型換熱器，也取得了較大的經(jīng)濟效益。故我們在選擇換熱設(shè)備時一定要根據(jù)不同的工藝、工

6、況要求選擇。換熱器的作用可以是以熱量交換為目的。在即定的流體之間，在一定時間內(nèi)交換一定數(shù)量的熱量；也可以是以回收熱量為目的，用于余熱利用；也可以是以保證安全為目的，即防止溫度升高而引起壓力升高造成某些設(shè)備被破壞。換熱器的作用不同，其設(shè)計、選型、運行工況也各不相同。對換熱器的基本要求是換熱器要滿足換熱要求，即達到需求的換熱量和熱媒溫度;換熱器的熱損失要少，換熱效率要高;流動阻力要小;要有足夠的機械強度，抗腐蝕和抗損壞能力要強，維護工作量要少;結(jié)構(gòu)要合理，工作要安全可靠，即零部件之間因為溫升而產(chǎn)生的熱應(yīng)力不會導(dǎo)致?lián)Q熱器破裂;要便于制造、安裝和檢修;經(jīng)濟上要合理，設(shè)奮全壽命期的總投資要少（總投資包括

7、設(shè)備及附屬裝置初投資費用和運行維護管理費用）;生活熱水系統(tǒng)的換熱器應(yīng)易于清除水垢，以上要求常常相互制約，難于同時滿定，因此應(yīng)視具體情況，在換熱器的選型和設(shè)計中有所側(cè)重，滿足工程對換熱器的主要要求。因為換熱器故障率較低，并且供暖為季節(jié)性負荷，有足夠的檢修時間，生活熱水系統(tǒng)暫停供熱也不會造成重大影響，所以可不設(shè)備用換熱器。換熱器臺數(shù)的選擇和單臺能力的確定應(yīng)適應(yīng)熱負荷的分期增長，并考慮供熱的可靠性。未來，國內(nèi)市場需求將呈現(xiàn)以下特點：對產(chǎn)品質(zhì)量水平提出了更高的要求，如環(huán)保、節(jié)能型產(chǎn)品將是今后發(fā)展的重點；要求產(chǎn)品性價比提高；對產(chǎn)品的個性化、多樣化的需求趨勢強烈；逐漸注意品牌產(chǎn)品的選用；大工程項目青睞大企

8、業(yè)或企業(yè)集團產(chǎn)品。國內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展帶來的良好機遇，以及進口產(chǎn)品巨大的可轉(zhuǎn)化性共同預(yù)示著我國換熱器行業(yè)良好的發(fā)展前景。同時，行業(yè)發(fā)展必須要注重高端產(chǎn)品的研發(fā)。1.2國外換熱器的現(xiàn)狀及發(fā)展 近年來，在生物、電子制造業(yè)、汽車制造業(yè)、航空以及空間技術(shù)等領(lǐng)域也開始大量使用換熱設(shè)備，其技術(shù)進步已經(jīng)直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，而換熱器技術(shù)的發(fā)展也時刻為人們所關(guān)注。在國內(nèi)換熱器技術(shù)快速發(fā)展的同時，國外特殊結(jié)構(gòu)換熱器也有新的進展。主要包括以下幾種：（1）熱塑性全焊式換熱器；（2）插塞式接頭轉(zhuǎn)換器式換熱器；（3）板式換熱器一反應(yīng)囂一體化裝置；（4）毛細板式換熱器；（5）多孔翅片板翅式換熱器；（6）氟

9、塑料制蛇管式換熱器；（7）Heliflow螺旋盤管式換熱器；（8）De換熱器2。1.3國內(nèi)外的新型換熱器發(fā)展在換熱器的熱流分析中，引入計算機技術(shù)，對換熱器中介質(zhì)的復(fù)雜流動過程進行定量的模擬仿真。在此基礎(chǔ)上，在換熱器的模型設(shè)計和設(shè)計開發(fā)中，利用CFD的分析結(jié)果和相對應(yīng)的模型實驗數(shù)據(jù)，使用計算機對換熱器進行更為精確和細致的設(shè)計3。換熱器的新技術(shù)得到了實用化，并進一步擴大其適用范圍，具有高效、低耗、性能優(yōu)越的新型換熱器將推廣應(yīng)用，我國應(yīng)借鑒國外先進換熱器技術(shù)，努力趕上國際先進水平4。一個穩(wěn)定的數(shù)值模型開發(fā)了過濾和熱量交換,預(yù)測這兩個層面維瞬態(tài)響應(yīng)的兩種固體和流體的階段5。在世界范圍內(nèi)，雖然目前管殼式

10、換熱器仍占主導(dǎo)地位，但各種板式換熱器的競爭力在逐漸上升6。傳熱的概念碳化硅緊湊碳化硅緊湊換熱器研究了可用于設(shè)計中間換熱器操作在高溫下聚變反應(yīng)堆7。翅片式換熱器，這種換熱器表面一般進行了翅片密度測試，換熱性能比較好8。2.換熱器的制造 換熱器的制造首先是通過給定的相關(guān)參數(shù)，比如管板、傳熱管按壓差及溫差、材料要求、工作介質(zhì)、焊縫要求、熱處理要求等等。 設(shè)計換熱器最終計算出流體的出口溫度，核算我們所選用的換熱管材料、數(shù)量及換熱片數(shù)量，是否完全能夠滿足設(shè)計要求。換熱器制造過程中的焊接過程：外殼體的焊接、筒殼與端蓋的焊接和管箱的焊接9。在換熱器生產(chǎn)過程中存在著不能立即反映出來的問題。主要包括：生產(chǎn)換熱器

11、時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，這樣造成配合時出現(xiàn)隔板墊片壓實不緊甚至出現(xiàn)密封間隙；折流板的不規(guī)范；進行管子的截取時操作中誤差太大10。3. 管殼式換熱器的介紹3.1管殼式換熱器的分類 管殼式換熱器具有可靠性高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點，在各工業(yè)領(lǐng)域中得到最廣泛的應(yīng)用。近年來。盡管受到了其他新型換熱器的挑戰(zhàn)，但反過來也促成了其自身的發(fā)展。在換熱器向高參數(shù)、大型化發(fā)展的今天，管殼式換熱器仍占有主導(dǎo)地位。根據(jù)其結(jié)構(gòu)可以分為五類：固定管板式換熱器、浮頭式換熱器、U型管式換熱器、填料函式換熱器和釜式重沸器11。換熱器的結(jié)構(gòu)類型繁多，但按其傳熱特征可分為3類：混合式換熱器、蓄熱式換

12、熱器、間壁式換熱器12。3.2浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的管子一端固定在一塊固定管板上，管板夾持在殼體法蘭與管箱法蘭之間，用螺栓連接；管子另一端固定在浮頭管板上，浮頭管板夾持在用螺柱連接的浮頭蓋與鉤圈之間，形成可在殼體內(nèi)自由移動的浮頭，故稱為浮頭式換熱器13。3.3浮頭式換熱器的防腐與故障分析浮頭式換熱器在使用過程中，會出現(xiàn)各種故障，如管箱內(nèi)泄漏、管束及其連接處泄漏、法蘭泄漏、腐蝕泄漏、堵塞等。建國以來化工系統(tǒng)所發(fā)生的重大泄漏事故案例，大部分是由于密封失效、密封件設(shè)計或安裝不合理造成的14。一般用細長管做噴頭對換熱器管束內(nèi)表面進行噴砂處理、高科技防腐涂料的配制過程、對管束進行灌裝涂漆的防腐工藝

13、15。發(fā)現(xiàn)當工作介質(zhì)的熱交換器是流體摩擦所發(fā)揮的作用不能充分考慮單液優(yōu)化算法16。3.4浮頭式換熱器的設(shè)計 浮頭式換熱器的研究不要是從其結(jié)構(gòu)和材料進行，考慮到對于畢業(yè)設(shè)計材料研究難度較大，我主要是從換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手。浮頭式換熱器的主要組合部件有前端管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)（包括管束）三部分。管程結(jié)構(gòu)包括：換熱管、管板、管箱、管束分程、換熱管與管板連接等等；殼程結(jié)構(gòu)包括：殼體、折流板、折流桿、防短路結(jié)構(gòu)、殼程分程等等。利用相關(guān)軟件計算換熱器的換熱效率，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行及時改進。一個最優(yōu)的熱回收網(wǎng)絡(luò)是面積及能源的目標最優(yōu)值需要17。 浮頭法蘭的厚度受控于強度和結(jié)構(gòu)兩個方面。強度方面包括法蘭在管程壓力

14、和殼程壓力單獨作用下的厚度計算，并應(yīng)分別考慮預(yù)緊和操作18。浮頭式換熱器鉤圈結(jié)構(gòu)特點上進行分析，找出不同的規(guī)律，結(jié)臺工作實際進行計算19。換熱器管板的設(shè)計計算20。三、結(jié)論 換熱器的整個設(shè)計制造過程中，制造、材料和腐蝕主要是對其進行了解。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中主要是進行計算、校核等等，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計題目給定的換熱器相關(guān)參數(shù)，最后利用CAD軟件進行換熱器圖紙繪制。在設(shè)計過程中不斷提高自己的科研能力,對于計算、畫圖始終保持一種認真的態(tài)度。四、參考文獻1陸璐.換熱器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展J.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2011，10（2）：49-50.2曹蕾，曹緯.國外特殊結(jié)構(gòu)換熱器的研發(fā)新進展J.化學(xué)工程與裝備，2010,

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