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1、目录摘要 1关键词 1Abstract 1Key words 11引言 21.1加热器在工业中的应用 21.2新型高效换热器 21.3空气换热器的应用 32换热管为光滑管的设计 42.1 设计方案的选择 42.2确定物理性质数据 42.3 传热面积的初定 42.4主要工艺尺寸确定 52.5计算压强降 82.6总传热系数的校核 92.7核算壁温及冷凝液流型 113 换热器机械结构设计 123.1换热管与管板连接 123.2管板与壳体及管箱连接 133.3结构设计 133.4总结 134换热器的改进设计 134.1概述 134.2类型和分类 134.3设计类型选择 144.4总传热系数K）的计算
2、154.5设计类型的重新选择 184.6总传热系数K）的重新计算 185结论 225.1翅片管换热管与光滑管换热器的比较 225.2传热量增加的百分率 225.3总结 225.4关于翅片管换热器的设计讨论 23参考文献 23致谢 24常压空气加热装置的改进设计化学工程与工艺专业学生刘霞指导教师陈艳丽摘要：换热器是实现物料之间热量传递的设备，翅片管式换热器是一种新型高效换热器。翅片管与光滑管相比，能有效增加传热面积和增大传热系数，并且比较容易制造并保证操作的稳定性。本文对 常压空气加热装置进行设计，由于冷空气的导热系数小、密度低，空气对管壁的对流传热系数较小， 我们选用水蒸气作为加热介质，先后采
3、用光滑管和翅片管进行换热器的设计计算，比较后得出如下 结论：翅片管换热器比光滑管换热器具有更大的优越性，在传热系数一定的情况下，结构更加紧凑， 所占面积也就更小，达到节能减排的效果。关键词：换热器；高效能换热器；光滑管；翅片管；空气。Design improvement of atmospheric air heating deviceStude nt majori ng in Chemical Engin eeri ng and Tech no logyLiu XiaTutor Che n YanliAbstract: Heat exchangers are devices in which
4、 two or more fluids exchanging thermal energy are separated by heat transfer surface, fin and tube heat exchanger is a new high-efficiency heat exchanger. Finned tube, compared with the smooth tube, can effectively in crease the heat tran sfer area andthe heattransfer coefficient, and is relatively
5、easy manufactured and to ensure the stability of operation. The main objective of this research project is to improve atmospheric air heating device. As the small thermal con ductivity and low den sity of the cold air, and it has a smaller con vective heat tran sfer coefficie nt to the tube wall, va
6、por was adopted as the heat ing medium. Respectively making a desig n calculatio n about the smooth tube and the finned tube as a heat exchanger and making a comparison, the following conclusions were drawn that the finned tube heat exchanger has a greater advantage than the smooth pipe one. A more
7、compact structure and corresp ond smaller proport ion of area in the same heat tran sfer coefficie nt achieve the effect of en ergy-savi ng reduct ion.Key words: Heat exchanger; high-efficiency heat exchanger; smooth tube; finned tube; air.1引言1.1 加热器在工业中的应用本次设计是设计一台化工厂稳定系统空气加热器，加热器是换热器的一种类型。换 热器是化工、
8、制药、食品、炼油及其他一些行业中广泛使用的热量交换设备，它不仅可 以单独作为加热器、冷却器等使用，而且是一些化工单元操作的重要附属设备，因此在 化工生产中占有重要地位，通常在化工厂的建设中换热器投资比例为 11%，在炼油厂中 咼达40%。列管式换热器又称管壳式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁 式换热器。它主要由壳体、传热管束、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体一般为 圆筒形，内部装有多根管束，管束两端固定在管板上。进行换热的介质，一种在管内（管 程）流动；另一种在管外（壳程）流动。为提高管外流体的传热系数，通常在壳体内设 置折流板，折流板的作用是提高壳程流体速度，迫使流体按
9、规定路程多次横向通过管束， 增强流体湍流程度，以提高流经换热器的两种介质的换热效果。但它却增加了换热器在 原工艺系统中的阻力，这就有可能影响到原系统的正常运行，从而降低了余热回收工作 的效率。管壳式换热器仍然是当今应用最广泛的换热设备，其可靠性和可能性已被充分 证明，特别是在较高参数的工况条件下，管壳式更显示其独有的长处。目前各国在提高 该换热器性能所开展的研究主要是强化传热，适应高参数和各类有腐蚀介质的耐腐蚀材 料以及为大型化的发展所作的结构改进。近年来随着节能技术的发展，换热器的应用领域不断扩大，带来了显著的经济效 益。目前，在换热设备中，管壳式换热器使用量最大。因此对其进行研究就具有很大
10、的 意义。换热器在石油炼制和石油化工生产中占有重要地位，随着石油化工装置的发展， 换热器在大型化、新产品开发等方面的新进展。换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备，随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深 度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性 能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至 是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重的30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对优势，约 70%，其余30% 为各类高效紧
11、凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备，其中板式、螺旋板式、板翅 式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设 备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。由于我国工业的快速发展，使得整个社会对能源的需求越来越大。从长远来看，能 源成本在不断攀升。因此，“节能减排”成为重要国策。而利用高效换热器来吸收生产 过程中排出的大量余热，并重新利用，既节约了能源，又减少了污染。与其他换热设备 相比，列管式换热器由于其适用性广、坚固耐用、密封性好等优点，成为了石化等领域 应用最普遍的一种换热器。如何降低列管换热器在原工艺系统中的阻力，并提高其换热 效率
12、，就成为研究的重点之一。1.2新型高效换热器换热器是化工、石油、制药及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一。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%，在炼油厂中换热器占全部工艺设备的40%左右，海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。20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，要求开发使用不同工业过程要求的高效能换热设备。因此， 几十年来，高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列 新型高效换热器。翅片管规格品种很多。从材料上讲，有碳钢、钢、铝、不锈钢等，还有复合材料， 如
13、钢铝复合，即基管采用钢，翅片采用铝，从翅片形式讲，有环翅、纵翅、螺旋翅；翅 片既可在管外也可在管内，但以外翅为多，从制造方式讲，可以是整体轧制，也可以与 管焊接，还可以铸造等。各行业由于各自不同的特点，需要选用不同型式和材料的翅片 管。管壳式换热器使用的翅片管多以低翅螺纹为主，材料主要包括碳钢、铜及铜合金， 制造工艺多采用整体轨制方法。这种管是一种周期变截面钢管。决定其断面形状的几何 参数有翅片顶圆直径，钢管的壁厚、螺距、翅片高度、翅片根部厚度和顶部厚度。翅片管的应用范围是非常广泛的。 除了在冷冻机、空冷器、热管设备等大量使用外， 作为管壳式换热器中的换热器也很普遍，尤其在石化行业应用前景广泛
14、，使用效果比较 理想。美国的TEMA标准，我国的GB151都列有低翅片管。我国行业标准JB/T4722-92 规定了管壳式换热器用螺纹换热管的基本参数与技术条件，有19 x 2、25 x 2.5两种规格，翅片比（低翅管外表面积与轨制前光管外表面积比值）分别是 1.702.80、 1.602.80，材料为10号钢或20号钢，从规格和材料上都略显不足。 GB151对于选用 翅片管的有关计算也空缺，使设计选型遇到了一定困难。尽管如此，由于低翅螺纹换热 管具有特殊的强化传热效果，还是得到了普遍的认同。如在管内换热系数比管外换热系 数大2倍的情况下，在无相变场合，总传热系数可提高30%50%以上。因此可
15、减少传热 面积，达到金属耗量少，投资下降的目的。一般认为，低翅片螺纹管是比较成熟的强化 传热元件。还有，由于低翅片管是用光管轨制的，可以细化晶粒，破坏原来的平行纤维组织， 耐腐蚀能力得到很大提高，但因存在轨制应力，用在有应力腐蚀的场合应慎重。当然如 果能先进行消除应力处理，情况会有所改善。低翅管也能强化管外冷凝传热，但不能用于立式换热器，否则不会有强化冷凝的效 果。实践表明，低翅片螺纹管具有较强的抗硬垢性能，当操作情况发生变化时由于风琴 效应会使硬垢自行脱落。对于软垢，虽然不能向硬垢那样自行脱落，但对传热影响不大， 所引起的主要问题是压力降过分增大。综合以上分析可以发现，用低翅片管代替光滑管制
16、造管壳式换热器在某些方面具有 独特优点，只要选用得当会收到比普通光滑换热器更好的效果。内翅片管是采用特殊的焊接工艺和设备加工而成，流体在管内的传热过程为单相强制对流传热。其主要特点是通过在传热管内扩大传热面积，强化管内传热的途径来提高 传热器的传热性能。1971年美国首先提出内翅片管，并与二十世纪九十年代又开发出 一种高效强化管内相变传热的内螺旋翅片管。 日本，前苏联等国也进行大量的研究工作。 八十年代初，日本电缆有限公司研究表明，采用左右错式的螺旋内翅片管强化单相流体 的传热可使管内给热系数提高到光管的 28倍左右。近年来，国内已经进行了大量的强化传热技术的研究，但在新型高效换热器的开发 方面与国
