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1、换热器机械中的空气冷却器的毕业设计目录摘要IAbstractII第一章 绪论51.1 选题背景51.2 选题意义51.3 调研情况51.3.1 国际资源形式51.3.2 国资源形式51.3.3 换热器对于我们的重大意义51.4 主要工作5第二章 方案论证52.1 传热的基本方式及其机理52.1.1 热传导52.1.2 对流传热52.1.3 辐射传热52.2 冷、热流体热量传递方式及换热设备52.2.1 间壁式传热52.2.2 混合式传热52.2.3 蓄热式传热52.3 列管式换热器52.4 固定管板式换热器52.5 本章小结5第三章 设计论述53.1 初始数据与数据处理53.2 管程的设计53
2、.2.1 换热管规格与尺寸的选择53.2.2 排管53.3 筒体设计53.3.1 筒体壁厚的确定53.3.2 筒体强度的校核53.4 折流板的设计53.5 管箱的设计与长颈法兰的选择53.5.1 管箱筒体的设计53.5.2 长颈法兰的选择53.5.3 封头的计算53.6 管板的设计与强度校核53.6.1 管板的设计53.6.2 管板厚度的校核53.7 膨胀节判定53.8 鞍式支座的选用53.9 开孔补强的计算53.9.1 壳体管接头处开孔补强53.9.2 封头管接头处开孔补强53.9.3 管箱管接头处开孔补强53.10 本章小结5第四章 结果汇总与分析54.1 计算结果汇总54.2 其他附件的
3、设计与选择54.3 本章小结5第五章 总结55.1 设计中存在的问题55.1.1 换热管的设计问题55.1.2 折流板的设计问题55.1.3 材料选择问题55.2 换热器的发展前景55.2.1 新型换热器的发展55.2.2 近期国外的研究方向5参考文献5附录5附录一 符号说明5附录二 金属需用应力5附录三 折流板或支撑板的最小厚度表5致谢5III 第一章 绪论1.1 选题背景空气冷却器在化工生产中，有着广泛的应用，同样也起着重要的作用。它的作用是：冷却或冷凝。主要应用于：炼油、石油化工塔顶蒸气的冷凝；回流油、塔底油的冷却；各种反应生成物的冷却；循环气体的冷却和电站汽轮机排气的冷凝。工作压力可达
4、69兆帕。但耗电量、噪声和占地面积均大，冷却效果受气候变化影响较大。采用空冷器可节省大量工业用水，减少环境污染，降低基建费用。特别在缺水地区，以空冷代替水冷，可以缓和水源不足的矛盾。1.2 选题意义空气冷却器，是以空气作为冷却剂的换热器。换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门应用较为广泛的单元设备之一，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等应用。据统计，在现代化学工业生产中，换热器的投资大约占设备总投资的30%，在炼油厂中，换热器占全部工艺设备的40%左右，海水淡化工艺装置，
5、则全部由换热器组成。能源危机，是现在社会发展，需要重视的关键问题之一，随着社会的快速发展，尤其是工业革命之后，石油，煤矿等不可再生资源由于巨大的消耗，存量已日益减少，上个世纪70年代初发生的世界性能源危机，有力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，则换热器的应用，发展与研究就成为了一个人们所关注的课题。1.3 调研情况1.3.1 国际资源形式工业革命之后，机械化的生产与生活走入了人们的生活，石油、天然气、煤炭成为了人类社会生存与发展不可或缺的化石原料。但是作为不可再生的资源，随着开采量的日益增大，和储存量的日益减少，能源危机已经是一个讨论越来越热烈的问题。现代社会在经
6、济、科技、文化等领域快速的发展。而这个发展，得益于化石能源，如石油、天然气、煤炭与核裂变能的广泛的投入应用。自工业革命之后，机械化的生产与生活走入了人们的生活，石油、天然气、煤炭成为了人类社会生存与发展不可或缺的化石原料，因而它是建筑在化石能源基础之上的一种发展。然而，由于这一经济的资源载体将在21世纪上半叶迅速地接近枯竭。 石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为11801510亿吨，以1995年世界石油的年开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050年左右宣告枯竭。 天然气储备估计在131800152900兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，将在5765年枯竭。煤的储量约
7、为5600亿吨。1995年煤炭开采量为33亿吨，可以供应169年。 铀的年开采量目前为每年6万吨，根据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期。 核聚变到2050年还没有实现的希望。化石能源与原料链条的中断，必将导致世界经济危机和冲突的加剧，最终葬送现代市场经济。事实上，近10年来，中东及海湾地区与非洲的战争都是由化石能源的重新配置与分配而引发。这种军事冲突，今后还将更猛烈、更频繁。 总之，能源危机迟早会爆发；它的爆发将具有爆炸性。11.3.2 国资源形式国的能源状况也同样让人堪忧。从上世纪70 年代初开始，我国已经经历了三次大的能源危机。由于能源危机，每到冬夏两季用电高峰，
8、各大城市便会出现不同程度的拉闸限电现象，而企业则会出现大面积的开工不足。1992 年我国开始成为石油的净进口国，此后不断增加的石油进口量引起国际社会的严重关切，能源已成为国家安全的重要影响因素。虽然2008 年的全球性经济危机已经使石油价格下降了60%多，但现价仍是同样发生经济危机的1998 年的近四倍。能源是我国国民经济发展中的一个战略问题。长期以来,由于能源紧，严重制约着我国经济的发展，因此能源问题已成为影响我国四个现代化进程的关键问题。我国目前的能源现状是：一、我国人均能源资源不足。总量也有下降。从总体上看，我国的能源资源总量位于世界前列，但因人口众多，人均能源资源不足。不仅如此，总量方
9、面也有一定程度的下降 二、我国能源资源分布不均。我国煤炭资源的64% 集中在华北地区，水电资源约70% 集中在西南地区，而能源消费则集中在东部经济较发达地区。因此，“北煤南运”“西煤东运”“西电东输”的产销格局将长期存在，造成能源输送损失和过大的输送建设。 三、我国能源种类不均衡，开发难度加大，能源利用率低，能源发展后劲严重不足。我国能源以煤炭为主，其次是石油、天然气、水电和核能。在能源探明储量中，煤炭占94%、石油占5.4%、天然气占0.6%，属于富煤、贫油、少气。这种特点决定了我国能源生产以煤为主的格局长期不会改变。此外，我国的核能、太阳能、风能、潮汐能、地热能等新能源和再生能源的开发，与
10、发达国家的差距也很大。 四、能源领域的供求矛盾日益突出，出现能源紧。2003年，全国21个省市区发生大面积电荒，进而引发了煤炭、柴油供应紧，煤、油紧又加剧了电荒。而2004年全国总体电力供需形势更加严峻。归其主要原因有：（1）电源建设增长和社会用电增长存在巨大落差；电网结构脆弱、网际调度能力差、电煤紧。（2）高速经济列车拉紧了弦。经济高增长和重化工业拉动用电需求刚性增长。钢材、建材、有色金属、汽车等行业出现高速增长，盲目投资、低水平重复建设加剧。高耗能工业成为工业用电增长的主导力量。（3）气候原因。高温少水使水力发电的作用受到限制。五、我国的能源储备严重不足，而融入世界的步伐却很快。我国至今没
11、有建立起能源预警机制和战略储备系统。我国水能资源和煤炭探明储量人均分别只占世界水平的55%、25%，预计到2030 年，这一数字还将有所下降。而石油、天然气的人均储量更远低于世界水平。我国石油产量不可能大幅度增长，甚至若干年后将逐渐下降。到2020年，中国石油供应的一大半将依赖国际资源，很容易受到全球原油价格变化的影响。21.3.3 换热器对于我们的重大意义能源危机的问题，已经严重影响到了人类社会以后的发展，所以传热技术的发展需要被提上日程。为了能降低能耗，同时提高工业生产经济效率，需要开发适用于不同行业与领域的高效率换热器。这是因为随着能源的短缺，可利用的温度越来越低，换热允许的温差越来越小
12、，因此，对换热器的发展与换热器技术的提高也就越发的显得重要。换热器是国民经济与工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备，随着现在的新工艺，新科技，新材料的不断开发和能源匮乏引发的问题，世界各国已经将能源的综合利用和重复利用放到了一个非常重要的位置。目前发达国家的工业热回收率已经达到了96%，而换热设备占现代设备总量的30%。我国已经进行了大量的强化传热技术的研究，但是在新型的传热器的应用与开发上还与发达国家有着很大的差距。并且新型换热器的推广方面也十分的有限。我国能源的利用率也是让人堪忧统计数字表明，建国59 年来，我国的GDP 增长了10 多倍，而能源消耗同比增长了40 多倍。2002年度数
13、据显示，我国能源利用效率以单位产值能耗计算相当于美国的3.36 倍，为日本的9.3 倍，是世界平均水平的3.2 倍。我国2004 年和2005 年实际的一次能源消费弹性系数1.67，能源消费年均增长率大于15%。如果以10%的增长速率预测，到2012 年我国一次能源需求就将超过11.51012MJ，是资源和环境都难以承受的。而国民节能意识和节能措施的相对落后，国际间高耗能产业的转移和县域经济工业化可能会使得节能与能耗总量的增长比例失调，能源利用效率低成为我国爆发能源危机的关键因素。3随着煤炭、石油、天然气等化石资源的日益减少，能源危机的问题日益的严重，而新型能源的发展却又十分的缓慢。而换热器的
14、普及使用和大力的发展，虽然没法从根本上解决能源问题，但是热量的回收和再利用，减缓了我们能源的消耗，给予我们更多的时间进行新能源的开发，为我们以后的发展起到很大的促进作用。所以换热器的设计与应用是一项非常重要的课题。1.4 主要工作 本课题的主要工作是换热器设备的设计，在设计的同时对大学四年所学的知识进行一次全面的梳理与。在本次设计之前，通过调研，对我国目前换热器的使用围与技术水平有大致的了解。然后集中学习化工设备设计工程的步骤与流程，以及合格施工图的画法。复习换热器热传递的原理和化工设备设计的理论知识，通过已知的换热面积与工作温度、压力等数据进行计算，按照国家标准选择正确的各零部件，最后对各部
15、件的强度进行校核，使其在工作压力和温度下正常工作。最后，对本次设计进行总结与绘图。第二章 方案论证2.1 传热的基本方式及其机理热量由热源传给热阱有三种不同的方式,他们分别为热传导、对流、和辐射。工程上通常由两种或两种以上组合而成的复合传热过程。2.1.1 热传导不同温度的物体相互接触时热量会由高温物体传递到低温物体，这种热量传递过程称为热传导。固体或壁面存在温度梯度发生的传热是最典型的热传导，此外，液体、气体之间也会发生热传导现象。在金属固体中，热传导主要靠自由电子的运动；在非金属固体和大多数液体中，热传导是由个别分子的动量传递引起的；在气体中，热传导是由个别分子无规则运动所致的。热传导发生时，物体部的分子或流体质点没有发生宏观位
