篇一：换热器开题报告
毕业设计（论文）开题报告
设计（论文）题目：
学 院：
专业班级： 过程装备与控制工程
学生姓名：
指导教师：
开题时间： 2010年 10 月 18 日
指导教师评阅意见
1.课题的目的和意义
节约能源是当今世界的一种重要社会意识，是指尽可能的减少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行为。加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。目前，在我国石油化工产业换热器受到普遍的重视，而换热器的广泛应用性，决定了换热器换热性能的改善设计理论的不断创新，企业经济的收益和工业的飞速发展都具有一定的积极作用为节约能源和保护环境有显著的贡献。
本课题所设计的冷却器，是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计换热器产品。熟悉压力容器设计的基本要求，掌握换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中去，为以后的工作和学习打下扎实的基础。[1][2][3][4]
2.国内、外现状及发展趋势
2.1国内情况
管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。[5]近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。根据国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，“十一五”期间我国经济增长将保持年均7.5％的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，预计2010年钢铁工业总产值将超过5000亿元，化工行业总产值将突破4000亿元。这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。
据统计，在一般石油化工企业中，换热器的投资占全部投资的40﹪—50﹪；在现代石油化工企业中约占30﹪—40﹪；在热电厂中，如果把锅炉也作为换热设备，换热器的投资约占整个电厂总投资的70﹪；在制冷机中，蒸发器的质量要占制冷机总质量的30﹪—40﹪，其动力消耗约占总值的20﹪—30﹪。由此可见，换热器的合理设计和良好运行对企业节约资金、能源和空间都十分重要。提高换热器传热性能并减小其体积，在能源日趋短缺的今天更是具有明显的经济效益和社会效益。[6][7][8][9]
2.2国外情况
对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB公司提出的。其基本原理为:将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。在气—水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少30%-40%的传热面积节省材料20%-30%。相对于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混现象、卡门涡街从而提高有效传热温差防止流动诱导振动;在相同流速时壳程流动压降小;基本不存在震动与传热死区不易结垢。对于低雷诺数下的传热螺旋折流板效果更为突出。
换热器广泛地应用在工农业各个领域，在炼油、化工装置中换热器占总设备量和设备投资的40%左右。在换热器设备中，因管壳式换热器具有结构坚固、可靠性高、适应性大、材料范围广等优。 市场供需关系是影响市场变化的主要因素，在激烈地市场竞争中，企业及投资人能否全面准确地了解自己以及所处的环境，做出适时有效的市场决策是制胜的关键。市场供需情况就是为了解行情、分析环境提供依据，是企业了解市场和把握发展方向的重要手段，是辅助企业决策的重要工具。除了一些新材料新型换热设备外管壳式换热器需求量依然很大，因此近一步发展管壳式换热器将会前途远大。 [10][11][12][13]
3.课题的主要工作
本台设计的换热器是一台BEM700汽-水换热器，主要完成冷却水—水蒸气的热量交换，设计压力为管程1.0MPa，壳程压力为1.0MPa，管程冷却水进，出口温度分别为80oC和95oC，流量G2=20000Kg/h。壳程水蒸气进、出口温度分别为170oC和100oC，运用所学的知识，独立解决设计中碰到的以下问题：
（1）设计方案简介
对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要论述。
（2）根据原始数据进行工艺计算
物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
（3）主要受压元件强度计算
计算热交换器各部件尤其受压部件（如壳体）的应力大小，检查其强度是否在允许范围内。在考虑强度时，应该尽量采用中国生产的标准材料和部件，按照国家压力容器安全技术规定进行计算或核算。
（4）计算机绘图及说明书的编写
利用AutoCAD软件绘制出固定管壳式换热器的装配图及各个零件图，并编写说明书。
4.完成课题所需的条件
U形管换热器、压力表、温度表、计算机、CAD软件，《钢制压力容器》、《钢制管壳式换热器》、《压力容器法兰》、《管壳是换热器》、《管壳是换热器原理与设计》等参考资料。[14][15][16][17]
5.课题的进度安排
第1-2周：搜索文献资料，完成外文翻译
第3-4周：完成开题报告
第5-6周：查询各方面资料，熟悉课题，对课题形成直观的了解，实地考察搜集资料
第7-8周：整理资料，对设计中可能用到的软件进行熟悉，查找相关专业资料
第9-10周：初步设定设计方案，通过反复比较验证从中并选择最优方案
第11-12周：初步进行设计，结合专业资料，反复论证设计的合理性，依据设计步骤绘制简图等
第13-14周：论文初稿提交指导老师审阅
篇二：开题报告U形管换热器
安徽理工大学毕业设计（论文）开题报告
（1）课题的来源、选题的目的和意义
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，此次设计强调了节能与效率这两大主题。
在查阅了《管壳式换热器原理与设计》《传热学》等书的基础上，结合换热器设计的资料，进行了这次设计。
1.1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。
1.2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。适用于不同介质、工况、温度和压力的换热器，其结构和型式也不相同。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。
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。
间壁式换热器，从作为换热面的间壁形式看，主要分为管式和板式两大类。管壳式、套管式换热器的换热面由管子构成，属于管式换热器;板翅式、板式换热器的换热面由板片构成，属于板式换热器。各种间壁式换热器的特征、工作特性、允许的使用范围等差别很大，其结构设计、热计算也各有特点。管壳式换热器又称为列管式换热器，它属于间壁式换热器。按照有无温度补U形管式换热器的研究与优化设计偿及补偿方法的不同，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。浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆联接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。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。U形管换热器结构比较简单、价格便宜，承受能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗、又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合，特别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。
(4)填料函式。换热器两管板中一块与法兰通过螺栓固定连接，另一块类似于浮头，与壳体间隙处通过填料密封，可做一定量的移动。此结构的特点是结构较简单，加工、制造、检修、清洗较方便，但填料密封处易产生泄漏。填料函式换热器适用于压力和温度都不高、非易燃、难挥发的介质传热。
在近代的许多化工过程中，如裂解、合成及聚合等，大都要求在高温高压下进行，有的压力高达250MPx，温度高达7500C，在这样的条件下，尤其还存在腐蚀的情况下，实现换热更困难。一方面，伴随着现代化工厂生产规模的日益增大，换热设备也相应向大型化方向发展，以降低动力消耗和金属消耗;另一方面，随着精细化工的迅速崛起，换热设备也有向小而精方向发展的趋势，管壳式结构的换热器能满足这样的要求。
1 .3U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，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10MPa;
(4)可用于壳程结垢比较严重的场合;
(5)可用于管程易腐蚀场合。
U形管式换热器壳程内一般可按工艺要求设置折流板和纵向隔板，以增加壳侧介质流速。为了进一步开展设计，还必须选择冷热流体的流动通道，在U形管式换热器中可根据以下原则选择:
(1)因为U形管内清洗不方便，所以不洁净和易结垢的液体宜在壳程;
(2)腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀;
(3)压力高的流体宜在管程，以免壳体承受压力;
(4)饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较洁净，一般给热系数与流速无关，而且冷凝液容易排出;
(5)被冷却的流体宜走壳程，以便于散热;
(6)若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，使给热系数大的流体通入壳程，以减少热应力;
(7)流量小而粘度大的流体一般通入壳程为宜。
（2）本课题在国内外的现状及发展趋势
管壳式换热器是石油、化工装置中应用最广泛的换热设备。由于管壳式换热器结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。虽然现在出现了波纹板换热器、板壳式换热器、螺旋板换热器、伞板换热器等结构紧凑、高效的换热设备，但管壳式换热器仍占据着主导地位。因为许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、有
(1)耐高温高压，坚固、可靠、耐用;
(2)制造应用历史悠久，制造工艺及操作、维修、检验技术成熟;
(3)选材广泛，适用范围大。
从间壁式换热器的发展史来看，管壳式换热器的技术提高受到下列因素的限制:
(1)流体热附面层热阻的限制。即使是湍流流动，在流体与固体壁之间也要生一层附面层(又称边界层)，而其中接触固体壁的一层称为层流底层，其流动性质为层流流动，它是靠分子扩散进行传导传热的，传热速率很小。这一厚度仅为3-5mm的薄层，其热阻几乎占了整个附面层热阻的80%。进一步减薄、破碎、离和清除这个薄层，都可以逐步提高换热器的传热量，它是提高换热器技术的关键之一。
(2)流体压力损失的限制。通过提高流体速度，可以减薄附面层的厚度，从而提高传输的热量。但是，提高流体速度却引起一个矛盾的后果，流体的压力损失增加，其增加的速率巨大，所以不得不降低流速来接受较低的传热系数。
(3)扩大传热面积的限制。扩大传热面积是提高预热温度和增加热回收率的简单而有效的办法，但却受到换热器成本和价格提高、换热器尺寸扩大与安装重量加大、换热器体积庞大与运输车辆超重等等的限制。
（3）拟完成的主要工作
本台设计的换热器是U形管换热器，主要完成冷却水—水蒸气的热量交换，设计压力为管程1.6MPa，壳程压力为0.75MPa，管程冷却水进，出口温度分别为38oC和97oC，壳程水蒸气进出口温度分别为205.1oC和95oC，传热面积134㎡，采用?25x2.5x3000的无缝钢管换热，筒体DN=900。通过设计计算提高换热器的热效率和减少能源消耗，达到更高效，更节能的原则。
（4）完成课题所需的条件（实验设备、软件、资料等）
实验室、U形管换热器、压力表、温度表、计算机、CAD软件，《压力容器法兰》、《管壳是换热器》、《管壳是换热器原理与设计》等参考资料。
（5）课题进度安排
1．设计准备阶段 2周
2．拟定总体方案 2周
3. 绘制图纸 5 周
4．相关设计计算 3周
5．设计说明书撰写 3周
6．准备答辩讲稿、进行答辩1周
（6）主要参考文献
[1] JB/T4700-4707-2000 《压力容器法兰》.中华人民共和国行业标准.2002，8，22
[2] GB151-1999 《管壳是换热器》 全国压力容器标准化技术委员会.
[3] 金志浩等. 管壳是换热器原理与设计 [M] 辽宁：科学技术出版社.
[4] 郑津洋等. 过程设备设计［M］ 北京：化学工业出版社.2001
[5] HG/T20668-2000 《化工设备设计及文献编制规定》.中华人民共和国行业标准.
[6] HG20592-20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》.中华人民共和国行业标准.
[7] GB150-1998 《钢制压力容》 全国压力容器标准化技术委员会.
[8] 聂清德. 化工设备设计［M］，北京化学工业出版社，1991：1112
[9] 钱颂文. 换热器设计手册［M］. 北京化学工业出版社，2003：9210，1922208
[10] 化工设备设计全书［M］. 上海科学技术出版社 .2000年11月.
[11]Maralikrishna, K.; Shenoy, U. V. Heat Exchanger Design Targets for Minimum Area and Cost［M］. Chem. Eng. Res. Des. 2000,78, 161167.
[12] Chaudhuri,P.D.;Diwekar,U.M.AnAutomatedApproach for the Optimal Designof Heat Exchangers［M］. Ind.Eng.Chem.Res.1997, 36, 36853693.
[13]TEMA. Standards of the Tubular Heat Exchanger Manufactures Association［M］, 7th ed.; Tubular Heat Exchanger Manufactures Association: New York, 1988.
[14] Balas, E. Disjunctive Programming and a Hierarchy of Relaxations for Discrete Optimization Problems［M］. SIAM J. Alg.Discuss. Methods 1985, 6, 466486.
[15] Raman,R.;Grossmann,I.E.SymbolicIntegrationofLogic in Mixed-Integer Programming techniques for Process Synthesis［M］.Comput. Chem. Eng. 1993, 17, 909927.
篇三：换热器111开题报告2
1. 课题的目的和意义
1.1课题的目的
通过此次换热器的设计，正确系统地认识换热器，了解其设计过程，掌握其设计方法。运用所学到的知识解决设计时的实际问题。学会查阅和熟练使用参考文献，为以后的工作积累宝贵经验。
1.2课题的意义
节约能源是当今世界的一种重要社会意识，是指尽可能的减少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行为。加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。 《中国人民共和国节约能源法》[1]指出“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。”在各国下大力量寻找新的能源以及在节约能源上研究新途径，换热设备的研究受到世界各国政府以及研究机构的高度重视，在研究投入大量资金、人力资源配备足够的情况下，一批具有代表性的高效能换热器和强化传热元件诞生。目前，在我国石油化工产业换热器受到普遍的重视，而换热器的广泛应用性，决定了换热器换热性能的改善,设计理论的不断创新[2]，企业经济的收益和工业的飞速发展,都具有一定的积极作用,为节约能源和保护环境有显著的贡献。
2. 国内、外现状及发展趋势
2.1国内现状及发展趋势
对国内换热器市场的调查表明，近年来，随着我国石化、钢铁等行业的快速发展，换热器的需求水平大幅上涨，但国内企业的供给能力有限，导致换热器行业呈现供不应求的市场状态，巨大的供给缺口需要进口来弥补。换热器是一种高效紧凑的换热设备，它的应用几乎涉及到所有的工业领域，而且其类型、结构和使用范围还在不断发展[3]。近年来，焊接型板式换热器的紧凑性、重量轻、制冷性能好、运行成本低等优越性已越来越被人们所认识。随着我国经济的发展，换热器技术的发展，特别是各种大型的工业制冷装置和空调用制冷装置发展迅速，这为各种换热器的应用提供了广阔的市场。
近几十年来，换热器技术有所发展，但比较缓慢，综合传热系数始终在60 左右徘徊，没有大幅度的飞跃。理论上也没有找到发展的明确方向，因而换热器技术进展不快。其主要问题表现在以下几个方面。1、单位体积换热面积小，紧凑性差。2、传热系数小，效率低。
3、可靠性差。4、生产周期长，金属耗量大。5、组装、检修、维护困难。无论是换热器的研制者，还是换热器的使用者，都追求换热器性能指标的完美。当前发展的基本方向是：继续提高换热器的热效率，改进换热器结构的紧凑性，加速生产制造的标准化、系列化和专门化。管壳式换热器追求的目标是：综合传热系数K值高；两侧流体的压力损失△P值低；体积的紧凑度a值高；低廉的成本和价格；性能持久和使用寿命长；制造容易和操作方便[4]。 从什么角度分析中国管壳式换热器产业的发展状况？以什么方式评价中国管壳式换热器产业的发展程度？中国管壳式换热器产业的发展定位和前景是什么？中国管壳式换热器产业发展与当前经济热点问题关联度如何……诸如此类，都是管壳式换热器产业发展必须面对和解决的问题——中国管壳式换热器产业发展已到了岔口；中国管壳式换热器产业生产企业急需选择发展方向。
中国管壳式换热器产业发展研究报告阐述了世界管壳式换热器产业的发展历程，分析了中国管壳式换热器产业发展现状与差距，开创性地提出了“新型管壳式换热器产业” 及替代品产业概念，在此基础上，从四个维度即“以人为本”、“科技创新”、“环境友好”和“面向未来”准确地界定了“新型管壳式换热器产业” 及替代产品的内涵。根据“新型管壳式换热器产业” 及替代品的评价体系和量化指标体系，从全新的角度对中国管壳式换热器产业发展进行了推演和精准预测，在此基础上，对中国的行政区划和四大都市圈的管壳式换热器产业发展进行
了全面的研究。
换热器的发展前景：换热器的所有种类中，管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意[5]。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。根据国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，“十一五”期间我国经济增长将保持年均7.5％的速度。而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，预计2010年钢铁工业总产值将超过5000亿元，化工行业总产值将突破4000亿元。这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。未来，国内市场需求将呈现以下特点：对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；要求产品性价比提高；对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；逐渐注意品牌产品的选用；大工程项目青睐大企业或企业集团产品。 据统计，在一般石油化工企业中，换热器的投资占全部投资的40﹪-50﹪；在现代石油化工企业中约占30﹪-40﹪；在热电厂中，如果把锅炉也作为换热设备，换热器的投资约占整个电厂总投资的70﹪；在制冷机中，蒸发器的质量要占制冷机总质量的30﹪-40﹪，其动力消耗约占总值的20﹪-30﹪。由此可见，换热器的合理设计和良好运行对企业节约资金、能源和空间都十分重要。提高换热器传热性能并减小其体积，在能源日趋短缺的今天更是具有明显的经济效益和社会效益[5]。
2.2国外现状及发展趋势
对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。而换热器在结构方面也有不少新的发展。现就几种新型换热器的特点简介如下：
自20世纪70年代世界爆发能源危机以来，对传统换热设备的强化传热研究逐渐兴起，并主要集中在两大方向上：一是开发新品种的换热器，如板式、螺旋板式、振动盘式、板翅式等，这些换热器的设计思想都是尽可能地提高换热器的紧凑度和换热效率；二是对传统的管壳式换热器采取强化传热措施，也就是用各种异型强化管取代原来的光管，如螺纹管、横纹（槽）管、缩放管、翅片管，或者在管内插入扰流物，如螺旋扭带、静态混合器等[7]。 螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器,是由美国ABB 公司提出的。其基本原理为:将圆截面的特制板安装在”拟螺旋折流系统”中,每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一,其倾角朝向换热器的轴线,即与换热器轴线保持一定倾斜度[8]。相邻折流板的周边相接,与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度,使壳程流体做螺旋运动,能减少管板与壳体之间易结垢的死角,从而提高了换热效率。在气一水换热的情况下,传递相同热量时,该换热器可减少30 %-40 %的传热面积,节省材料20 %-30 %。相对于弓形折流板,螺旋折流板消除了弓形折流板的返混现象、卡门涡街,从而提高有效传热温差,防止流动诱导振动;在相同流速时,壳程流动压降小;基本不存在震动与传热死区,不易结垢。对于低雷诺数下(Re< 1 000) 的传热,螺旋折流板效果更为突出[9]。
折流杆式换热器，20 世纪70 年代初,美国菲利浦公司为了解决天然气流动振动问题,将管壳式换热器中的折流板改成杆式支撑结构,开发出折流杆换热器。研究表明,这种换热器不但能防振,而且传热系数高。现在此种换热器广泛应用于单相沸腾和冷凝的各种工况。在
后来出现了一种外导流筒折流杆换热器,此种换热器能最大限度地消除管壳式换热器挡板的传热不活跃区,增加了单位体积设备的有效传热面积[10]。目前,所有的浮头式换热器均采用了外导流筒。
3. 课题的主要工作
第1部分：准备工作
查阅相关文献资料了解固定管板式换热器的基本原理、性质及应用。在化工生产中的地位和作用、换热器应用的现状和发展趋势、设计的理论基础、技术路线及其意义。 第2部分：工艺计算
固定管板式换热器的结构和类型、操作条件的选择和操作方式选择。热量衡算、物料衡算、传热膜系数的确定、传热面积的确定、压力降计算。
第3部分：主要受压元件强度计算
换热器壳体、管箱短节、封头厚度确定，容器法兰、螺栓、垫片的校核计算，管板厚度的计算，开孔补强计算。
第4部分：计算机绘图及说明书的编写
利用Auto CAD 软件绘制出固定管板式换热器的装配图及各个零件图，并编写说明书。
4. 完成课题所需的条件
按照设计的需要及老师的要求查阅技术文献、资料手册、工具书等。并且通过autoCAD软件进行计算机绘图。
5. 课题的进度安排
第1周：结合课题或所学专业查阅和收集有关英文资料，查阅设计参考文献； 第2周：结合课题或所学专业选择英文资料并进行翻译，撰写开题报告；
第3周：了解和掌握毕业设计课题内容及要求，初步确定设备的结构形式，确定设计方案；
第4周：确定工艺计算的物性数据，进行设备的工艺计算；
第5周：完成开题报告和英文资料翻译；
第6周：完成设备的工艺计算，确定设备的工艺结构尺寸，确定设备结构尺寸。 第7周：确定设备各元件的基本尺寸、强度计算方法，确定各元件强度设计参数及设计数据；
第8周：设备的强度计算；
第9周：完成设备的强度计算，确定设备的最终尺寸；
第10周：施工图设计，确定施工图绘制方案；
第11周：计算机绘图；
第12周：计算机绘图；
第13周：基本完成设计说明书、设计图纸，交指导教师初步审查；
第14周：修改、整理设计说明书、设计图纸；
第15周：完善设计说明书、设计图纸；
第16周：打印图纸、设计说明书，撰写答辩自述材料；
第17周：指导教师审查设计图纸和设计说明书；准备答辩；
第18周：答辩，整理装订全部设计文件。
6．主要参考文献
[1]《中华人民共和国节约能源法》， 中华人民共和国主席令第七十七号， 2007
[2]余国棕（编），《化工机械工程手册》下卷，化学工业出版社，第一版 2002年1月1日
[3] 庄乃光（译），板式换热器的实用性，《化学工程译丛》，1966年，第一期。
[4] 庄骏、张红（编），热管技术及其工程应用[M]，北京：化学工业出版社，2000
[5] 魏钟（编），新式热交换器-平板热交换器，《化工技术资料化工机械专业分册》，1964年，第2号，6-14页。保障出版社.1999.
[6] 吴金星（编），《高效换热器及其节能应用》，化学工业出版社，2009
[7] 马晓驰。国内外新型高效换热器[J]。化工进展，2001，（01）：49-51
[8] 卢焕章. 石油化工基础数据手册[M]. 北京：化学工业出版社. 1982.
[9] 李世玉. 压力容器工程师设计指南[M]. 北京：化学工业出版社. 1996.
[10] Spence.J., Tooth.A.S.Pressure Vessels Design：Concepts and Principles. Oxford： Alden Press, UK, 1994.