列管式换热器设计的开题报告

西安交通大学

毕业设计（论文）开题报告

题目煤油卧式列管式冷却器的设计学生姓名李岩

学号314095173160009

专业化学工程与工艺

指导教师韩小龙

毕业设计（论文）题目煤油卧式列管式冷却器的设计

题目类别（请在有关项目

作√记号）设计论文其它√

题目需要在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成是√否□

毕业设计（论文）起止时间2016年5月4日起至2016年8月1日

一、本课题的研究意义与目的

中国既是能源消费大国也是能源生产大国，但中国的能源利用率较低，国内能源生产的增长速度赶不上能源消费，中国已成为能源进口大国[1]。所以中国在“十二五”期间加大了对能源战略的调控力度，加快节能减排技术创新，大幅度提高了能源利用效率，增强可持续发展能力，确保实现资源节约型、环境友好型社会。作为一种节能设备，换热器实现了热能的回收、转化利用，是工业生产中不可或缺的设备。据统计，在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的30%，在炼油厂中换热器约占全部工艺设备的40%，海水淡化工艺装置几乎全部是由换热器组成[2]。随着世界工业的不断发展，对能源利用、开发和节约的要求不断提高，对换热器的要求也日益加强，换热器的设计、制造、结构改进及传热机理的研究将十分活跃[3]。煤油冷却器是换热器的一种类型，在工业炼制煤油过程中，用冷却水将130℃的高温煤油冷却到45℃，换热后的热水可供其他预热过程使用成为冷却水，实现了冷却水的循环使用，加大了热能的回收利用。根据不同的生产工艺与生产规模要求，设计出能耗低、传热效率高、投资少、维修方便的煤油冷却器对煤油生产行业起非常重要的意义。

通过对煤油产品的列管式冷却器的设计，了解换热器的结构特点及设计过程，掌握换热器的常规设计方法，并能根据工艺要求选择适当的冷却器类型，还能根据传热的基本原理，选择流程，确定冷却器的基本尺寸，计算传热面积以及计算流体阻力，同时还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。

二、国内外发展现状

冷却器是换热设备的一种，通俗的说就是将高温液体等进行降温，常见的有水冷，风冷等，工作原理是增加高温物质与冷却介质的接触面积来快速将热传导到冷却介质中。冷却器以间壁式、混合式、蓄热式交换器为主要对象，其中间壁式应用最为广泛，可分为管壳式与板面式，管壳式分为列管式（固定管板式、浮头式、双重管式、U形管式、立式、卧式等）、套管式和螺旋管式（沉浸式、喷淋式）。

上个世纪70年代初发生的世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备[4]。20世纪80年代以来，换热器技术飞速发展，带来了能源利用率的提高。各种新型、高效换

热器的相继开发与应用带来了巨大的社会经济效益，市场经济的发展、私有化比例的加大，降低成本已成为企业追求的最终目标。能源日趋紧张、全球气候的不断升高和环境保护要求的提高给换热器及空冷式换热器及高温、高压换热器带来了日益广阔的应用前景。在地热、太阳能、核能、余热回收、风能的利用上，各政府、研究机构和企业都加大了投入资金力度，在未来几年内换热器技术会有很大的发展空间[5]。

在国外，主要是各大型的传热研究公司在从事换热器的研究与推广应用。美国传热研究公司HTRI (Heat Transfer Research Inc.)，是1962年发起组建的一个国际性、非赢利的合作研究机构，会员数百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，积累了换热器设计的丰富经验，在传热机理、两相流，振动、污垢、模拟及测试技术方面做出了巨大贡献。近年来，该公司在计算机应用软件开发上发展很快，所开发的网络优化软件、各种换热器工艺设计软件计算精度准确，不仅节省了人力，提高了效率，而且提高了技术经济性能。目前国内有近20家成为HTRI会员。英国传热及流体服务中心HTFS (Heat Transfer and Fluid Flow Service)，于1967年成立，隶属于英国原子能管理局。该中心有会员数百家，长期从事传热与流体课题的研究，所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业，而且用于一般工业。它最大特点是与各大学和企业合作，进行专门的课题研究，研究成果显著。在传热与流体计算上更精确，开发的HTFS和TASC各类换热器微机计算软件备受欢迎，国内有30多家企业成为会员[5]。

国内研究机构和高等院校研究成果不断推陈出新，在强化传热元件方面华南理工大学相继开发出表面多孔管、螺旋槽管、波纹管、纵横管等；天津大学在流路分析法、振动等方面研究成果显著；清华大学在板片传热方面有深入的研究；西安交大在板翅式换热器研究方面已取得初步成果；重庆建工学院开发出翅管换热器；在强度软件方面化工设备设计技术中心站开发出SW6；在液压胀管方面江苏化工学院开发出液压胀管器；以换热器起家的兰州石油机械研究所率先开发出板式换热器、板式冷凝器、板式蒸发器，螺旋板换热器、板壳式换热器、螺纹管换热器、折流杆换热器、外导流筒换热器、高效重沸器、新结构高效换热器、Ω环高压换热器、表面蒸发空冷器、板式空冷器等一批实用价值的系列高效换热器，近年来又在强度软件上开发出Lansys PV，在CAD软件上开发出浮头式换热器Lansys HF、U形管式换热器Lansys HU等系列CAD软件，含标准图2000余套；中国石化工程建设公司与兰州石油化工机器厂联合开发出螺纹锁紧环换热器；西安交通大学、兰州第五化工设计院、宁夏化工厂合作开发出螺旋绕管式换热器。这些技术成果为国民经济的快速发展，为中国炼油和化工工业的发展起到了决定作用，也使中国的传热技术水平步入国际先进水平[5]。

随着工业中经济效益与社会中环境保护的要求，制造水平的不断提高，新能源的逐渐开发，研究手段的日益发展，各种新思想与新结构的涌现，换热器将朝着更高效、经济、环保的发展方向[6]。

三、研究内容与方案步骤

1.换热器类型的选择

2.流动空间及流速的确定。

3.计算流体的定性温度，以确定流体的物理数据。

4.初算有效平均温差。一般先按逆流计算，然后校核。

6选取经验的传热系数K值。

6.计算换热面积。

7.工艺结构尺寸

8.换热器的核算。

9. 平均传热温差校正及壳程数

10. 换热器内流体的流动阻力

11. 换热器主要结构尺寸和计算结果

四、论文提纲

1.摘要；

2.目录；

3.设计方案、工艺计算、结构设计；

4.设计评价

5.参考文献；

五、课题工作量估计、存在问题及解决措施

1、工作进度（以周为单位）

（1）选题，并下达毕业论文任务书1周(第1～1周)

（2）开题准备及开题报告审核1周(第2～2周)

（3）设计计算阶段7周(第3～9周)

（4）完成毕业论文初稿1周(第10周)

（5）毕业论文修改，定稿，打印1周(第11周)

（6）答辩1周(第12周)

2、难点及解决措施

校核始终是换热器设计中的难点，包括对传热系数、有效平均温差、传热面积的校核，要解决这一难题就需要在阅读大量文献材料的基础上准确估算、选取设计中的相关参数，以减少校核次数；要认真分析、计算每一步骤，反复检查，以减少计算中的错误。

六、参考文献

[1] 许红星.我国能源利用现状与对策[J].中外能源，2010，15(1)：3-13.

[2] 支浩，汤慧萍，朱纪磊.换热器的研究发展现状[J].化工进展，2009，28：338-341.

[3] 马江权，冷一欣.化工原理课程设计[M].北京：中国石化出版社，2009.

[4] 邓颂九.提高管壳式换热器传热性能的途径[J].化学工程，1992，20(2)：30-36.

[5] 秦叔经，叶文邦.换热器[M].北京：化学工业出版社，2003.

[6] 郑津洋，董其伍，桑芝富.过程设备设计[M].北京：化学工业出版社，2010.

指导教

师意见

指导教师（签名）：年月日

院系

意见

院系负责人（签名）：年月日备注