【正文】 的物料范圍。另外,由于傳熱面之間的間隙小,傳熱面上有凹凸,因此比傳統(tǒng)的光滑的壓力損失大,另外,板式換熱器所承受的工作壓力較低。 由于翅片的特殊結(jié)構(gòu),使流體在通道中形成強(qiáng)烈的紊動(dòng),就使熱阻邊界層不斷破壞,從而有效地降低了熱阻,提高了傳熱效率。一般沸水的給熱系數(shù)是1 500～30 000 Kcal/ . h. ℃。另外板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)比較緊湊,單位體積的傳熱面積,一般要比列管式換熱器熱效率大5 倍以上,每一外殼容積為1時(shí),其傳熱面積為160 左右。板翅式換熱器較輕巧而牢固,由于翅片很薄,一般為0. 2～0. 3 mm ,而由于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小,一般有用鋁制造,因而重量很輕,同時(shí),翅片既是主要的傳熱表面,又是兩隔板的支撐,故強(qiáng)度高。板翅式換熱器適應(yīng)性強(qiáng),在同一設(shè)備內(nèi)可允許有2～9 種介質(zhì)換熱,且可用于氣體—?dú)怏w、氣體—液體、液體—液體之間的熱交換。主要缺點(diǎn):因流道狹小,容易引起堵塞而增大阻力降,當(dāng)換熱器結(jié)垢以后,清洗十分困難,而且由于換熱器的隔板和翅片都是很薄的鋁板(箔) 作成,故要求介質(zhì)對(duì)鋁不產(chǎn)生腐蝕,若一旦腐蝕而造成內(nèi)部串漏,則很難修補(bǔ)。 熱管是利用封裝在密閉容器內(nèi)液體的蒸發(fā)與凝結(jié)過(guò)程,有效地輸送熱量的一種傳熱裝置。用若干熱管作為換熱元件而組裝的換熱器稱為熱管式換熱器。熱管式換熱器多用于氣—?dú)鉄峤粨Q,這時(shí),熱管兩端的受熱段和放熱段裝有翅片,以提高傳熱效果。熱管式換熱器優(yōu)點(diǎn)在于傳熱面基本上是等溫的,每單位體積的傳熱面積較大,選擇不同的工作工質(zhì),可使熱管在不同的溫度條件下使用,結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,由熱膨脹等引起的問(wèn)題較小。但是,熱管式換熱器的首要問(wèn)題,是作為傳熱元件的熱管內(nèi)的工質(zhì)對(duì)于所使用的工作環(huán)境是有一定臨界熱輸送量和工作溫度的極限的,如果超越這一極限溫度繼續(xù)工作,則蒸發(fā)段就會(huì)“燒干”而停止工作。 20世紀(jì)80年代以來(lái)，換熱器技術(shù)飛速發(fā)展，帶來(lái)了能源利用率的提高。各種新型、高效換熱器的相繼開(kāi)發(fā)與應(yīng)用帶來(lái)了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、私有化比例的增大，降低成本已成為企業(yè)追求的最終目標(biāo)。因而節(jié)能設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)備受矚目。能源的日趨緊張、全球環(huán)境氣溫的不斷升高、環(huán)境保護(hù)要求的提高給換熱器帶來(lái)了日益廣闊的應(yīng)用前景。在地?zé)?、太?yáng)能、核能、余熱回收、風(fēng)能的利用上，各國(guó)政府、民間研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)都加大了投入資金力度，主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面。一、研究機(jī)構(gòu)及研究現(xiàn)狀 美國(guó)傳熱研究公司是1962年發(fā)起組建的一個(gè)國(guó)際性、非贏利的合作研究機(jī)構(gòu)，會(huì)員數(shù)百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，積累了換熱器設(shè)計(jì)的豐富經(jīng)驗(yàn)，在傳熱機(jī)理、兩相流、振動(dòng)、污垢、模擬及測(cè)試技術(shù)方面作出了巨大貢獻(xiàn)。近年來(lái)，該公司在計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)上發(fā)展很快，所開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件、各種換熱器工藝設(shè)計(jì)軟件計(jì)算精度準(zhǔn)確，不僅節(jié)省了人力，提高了效率，而且提高了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。目前國(guó)內(nèi)有近20家成為會(huì)員。 英國(guó)傳熱及流體服務(wù)中心于1967年成立，隸屬于英國(guó)原子能管理局。該中心有會(huì)員數(shù)百家，長(zhǎng)期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經(jīng)驗(yàn)和研究成果不僅廣泛用于原子能工業(yè)，而且用于一般工業(yè)。它最大特點(diǎn)是與各大學(xué)和企業(yè)合作，進(jìn)行專門的課題研究，研究成果顯著。在傳熱與流體計(jì)算上更精確，開(kāi)發(fā)的HTFS、TASC各類換熱器微機(jī)計(jì)算軟件備受歡迎，國(guó)內(nèi)有30多家企業(yè)成為會(huì)員。 國(guó)內(nèi)各研究機(jī)構(gòu)和高等院校研究成果不斷推陳出新，在強(qiáng)化傳熱元件方面華南理工大學(xué)相繼開(kāi)發(fā)出多孔管、螺旋槽管、波紋管、縱橫管等；天津大學(xué)在流路分析法、振動(dòng)等方面研究成果顯著；清華大學(xué)在板片傳熱方面有深入的研究；西安交大在板翅式換熱器研究方面已取得初步成果；重慶建工學(xué)院開(kāi)發(fā)出翅管換熱器；在強(qiáng)度軟件方面化工設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站開(kāi)發(fā)出SW6；在液壓脹管方面江蘇化工學(xué)院開(kāi)發(fā)出液壓脹管器；以換熱器起家的蘭州石油機(jī)械研究所率先開(kāi)發(fā)出板式換熱器、板式冷凝器、板式蒸發(fā)器、螺旋板換熱器、外導(dǎo)流筒換熱器等一批實(shí)用價(jià)值的系列高效換熱器，近年來(lái)又在強(qiáng)度軟件上開(kāi)發(fā)出Lansys PV、在CAD軟件上開(kāi)發(fā)出浮頭式換熱器Lansys HF 、U形管式換熱器，含標(biāo)準(zhǔn)圖2000余套；中國(guó)石化工程建設(shè)公司與蘭州石油化工機(jī)器廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)出螺紋鎖緊環(huán)換熱器，這些技術(shù)成果為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為中國(guó)煉油、化工工業(yè)的發(fā)展起到了決定作用，也使中國(guó)的傳熱技術(shù)水平步入國(guó)際先進(jìn)水平。二、換熱器的發(fā)展過(guò)程 由于制造工藝和科學(xué)水平的限制，早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位體積具有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長(zhǎng)期以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中成為一種典型的換熱器。 二十世紀(jì)20年代出現(xiàn)板式換熱器，并應(yīng)用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國(guó)用釬焊法制造出一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺(tái)板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的換熱問(wèn)題，人們對(duì)新型材料制成的換熱器開(kāi)始注意。 60年代左右，由于空間技術(shù)和尖端科學(xué)的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術(shù)的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進(jìn)一步完善，從而推動(dòng)了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。此外，自60年代開(kāi)始，為了適應(yīng)高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。70年代中期，為了強(qiáng)化傳熱，在研究和發(fā)展熱管的基礎(chǔ)上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱設(shè)備因其用途不同，類型繁多，性能不一，但均可歸結(jié)為管殼式結(jié)構(gòu)和板式結(jié)構(gòu)兩大類。三、換熱器研究及發(fā)展動(dòng)向換熱器傳熱與流體流動(dòng)計(jì)算的準(zhǔn)確性，取決于物性模擬的準(zhǔn)確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點(diǎn)研究課題之一，特別是兩相流物性的模擬。兩相流的物性基礎(chǔ)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室實(shí)際工況的模擬，這恰恰是與實(shí)際工況差別的體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)際工況很復(fù)雜，準(zhǔn)確性主要體現(xiàn)與實(shí)際工況的差別。純組分介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)基本上準(zhǔn)確，但油氣組成物的數(shù)據(jù)就與實(shí)際工況相差較大，特別是帶有固定顆粒的流體模擬更復(fù)雜。為此，要求物性模擬在實(shí)驗(yàn)手段上更加先進(jìn)，測(cè)試的準(zhǔn)確率更高。從而使換熱器計(jì)算更精確，材料更節(jié)省。物性模擬將代表?yè)Q熱器的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。分析設(shè)計(jì)是近代發(fā)展的一門新興學(xué)科，通過(guò)分析設(shè)計(jì)可以得到流體的流動(dòng)分布場(chǎng)，也可以將溫度場(chǎng)模擬出來(lái)，這無(wú)疑給流路分析發(fā)技術(shù)帶來(lái)發(fā)展，同時(shí)也給常規(guī)強(qiáng)度計(jì)算帶來(lái)更精確、更便捷的手段。在超常規(guī)強(qiáng)度計(jì)算中，可模擬出應(yīng)力的分布圖，使常規(guī)方法無(wú)法得到的計(jì)算結(jié)果能方便、快界、準(zhǔn)確地得到，使換熱器更加安全可靠。這一技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，將帶來(lái)技術(shù)水平的飛躍。將會(huì)逐步取代強(qiáng)度試驗(yàn)，擺脫實(shí)驗(yàn)室繁重的勞動(dòng)強(qiáng)度。換熱器將隨裝置的大型化而大型化，直徑將超過(guò)5m，傳熱面積將達(dá)到單位10000平方米，緊湊型換熱器將越來(lái)越受歡迎。隨著全球水資源的緊張，循環(huán)水將被新的冷卻介質(zhì)取代，循環(huán)將被新型、高效的空冷器所取代。保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的50%以下。各種新型、高效換熱器將逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場(chǎng)動(dòng)力效應(yīng)強(qiáng)化穿熱技術(shù)、添加物強(qiáng)化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強(qiáng)化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)，微生物傳熱技術(shù)將會(huì)在新的世紀(jì)得到研究和發(fā)展。同心管換熱器、高溫噴流式換熱器、印刷線路板換熱器、穿孔板換熱器將在工業(yè)領(lǐng)域及其他領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用。材料將朝著強(qiáng)度高、制造工藝簡(jiǎn)單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。隨著稀有金屬價(jià)格的下降，鈦等稀有金屬使用量將擴(kuò)大，CrMo鋼材料將實(shí)現(xiàn)不預(yù)熱和后熱的方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是20世紀(jì)60~70年代從國(guó)外照般而來(lái)。四十年來(lái)，污垢研究技術(shù)發(fā)展緩慢。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會(huì)受到國(guó)家的重視和投入。通過(guò)對(duì)污垢形成的機(jī)理、生長(zhǎng)速度、影響因素的研究，預(yù)測(cè)污垢曲線，從而控制結(jié)垢，這對(duì)傳熱效率的提高將帶來(lái)重大的突破。保證裝置低能耗、長(zhǎng)周期的運(yùn)行，超聲波防垢技術(shù)將得到大力發(fā)展。腐蝕技術(shù)的研究將會(huì)有所突破，低成本的防腐涂層特別是金屬防腐鍍層技術(shù)將得到發(fā)展，電化學(xué)防腐技術(shù)將成為主導(dǎo)。第二章 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮許多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢情況、流體的性質(zhì)以及檢修與清理等來(lái)選擇一些合適的結(jié)構(gòu)形式對(duì)同一形式的換熱器，由于各種條件不同，往往采用的結(jié)構(gòu)亦不相同。在工程設(shè)計(jì)中，除盡量選用定型系列產(chǎn)品外，也按其特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝上的需要。 設(shè)計(jì)條件： 管程介質(zhì)：甲醛； 殼程介質(zhì)：冷水； 換熱面積：15 管程操作溫度：155158℃； 管程操作壓力：；殼程操作溫度：193℃； 殼程操作壓力：； 公稱直徑：500 mm；管程數(shù)：1； 殼程圓筒設(shè)計(jì) 圓柱型筒體（1）筒體直徑 容器和封頭的直徑GB/T90192001《壓力容器公稱直徑》規(guī)定如下。對(duì)于用鋼板卷焊的筒體，規(guī)定用筒體的內(nèi)徑作為它的公稱直徑。其值從300mm至6000mm,DN在1000以內(nèi)50進(jìn)一擋，1000~6000，100進(jìn)一擋。祥見(jiàn)下表。300350400450500550600650700750800850900950100011001200130014001500160017001800190020002100220023002400250026002700280029003000當(dāng)采用無(wú)縫鋼管作筒體，規(guī)定用鋼管外徑作為筒體的公稱直徑。 無(wú)縫鋼管制作筒體時(shí)容器的公稱159219273325377426（2）工作壓力與設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)壓力是指設(shè)定的容器頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。設(shè)計(jì)壓力從概念上說(shuō)不同于容器的工作壓力。工作壓力是由工藝過(guò)程決定的，在工作過(guò)程中工作中工作壓力可能是變動(dòng)的，同時(shí)在容器的頂部和底部壓力也可能是不同的。容器的工作壓力既然可能是變動(dòng)的，所以將容器在正常操作條件下容器頂部可能出現(xiàn)的最高工作壓力稱為容器的最大工作壓力。容器的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)該高與其最大工作壓力，根據(jù)具體條件不同，可按如下規(guī)定確定。1. 裝有安全閥的容器，其設(shè)計(jì)壓力不得低于安全發(fā)的開(kāi)啟壓力，安全發(fā)的開(kāi)啟壓力是根據(jù)容器最大工作壓力調(diào)定的。據(jù)此，容器的設(shè)計(jì)壓力可取p=（~）pw。2. 裝有爆破片的容器，起設(shè)計(jì)壓力不得低于爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力上限。根據(jù)所選用爆破片形式的不同，可取（~）pw為設(shè)計(jì)壓力。3. 固定式液化氣體壓力容器設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于表213的規(guī)定。 液化氣體壓力容器的設(shè)計(jì)壓力液化氣化臨界溫度設(shè)計(jì)壓力無(wú)保冷設(shè)施有可靠保冷設(shè)施無(wú)試驗(yàn)實(shí)測(cè)溫度有試驗(yàn)實(shí)測(cè)最高工作溫度且能保證低于臨界溫度5050飽和蒸汽壓力可能達(dá)到的最高工作溫度下的飽和蒸汽壓力50設(shè)計(jì)所規(guī)定的最大充裝量時(shí)，溫度為50的氣體壓力試驗(yàn)實(shí)測(cè)最高溫度下的飽和蒸汽壓力4. 固定式液化石油氣貯罐的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)按不低于50時(shí)的混合液化石油氣組分的實(shí)際飽和蒸汽壓來(lái)確定，設(shè)計(jì)單位應(yīng)在單位應(yīng)在圖樣上注明限定的組分和對(duì)應(yīng)的壓力。若無(wú)實(shí)際組分?jǐn)?shù)據(jù)或不做組分分析，其設(shè)計(jì)壓力側(cè)應(yīng)不低于表14規(guī)定的壓力。 混合液化石油氣50飽和蒸汽壓力設(shè)計(jì)壓力無(wú)保冷設(shè)施有可靠保冷設(shè)施異丁烷50飽和蒸汽壓力等于50異丁烷的飽和蒸汽壓力可能達(dá)到的最高工作溫度下異丁烷的飽和蒸汽壓力 異丁烷50飽和蒸汽壓力丙烷50飽和蒸汽壓力 等于50丙烷的飽和蒸汽壓力可能達(dá)到的最高工作溫度下丙烷的飽和蒸汽壓力丙烷50飽和蒸汽壓力等于50丙烷的飽和蒸汽壓力可能達(dá)到的最高工作溫度下丙烯的飽和蒸汽壓力以上設(shè)計(jì)壓力的規(guī)定均只限于固定式壓力容器，移動(dòng)式壓力容器設(shè)計(jì)壓力另有規(guī)定。（3）設(shè)計(jì)溫度t設(shè)計(jì)溫度是指容器在正常操作情況，在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下，設(shè)定的受壓元件的金屬溫度。設(shè)計(jì)溫度從概念上說(shuō)不同于容器工作時(shí)器壁的金屬溫度。設(shè)計(jì)溫度是在相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下設(shè)定的一個(gè)溫度。其值不得低于容器工作時(shí)器壁金屬可能達(dá)到的最高溫度。如果容器器壁金屬溫度在0以下，則設(shè)定的設(shè)計(jì)溫度不能高于器壁金屬可能達(dá)到的最低溫度。設(shè)計(jì)溫度視不同情況按下法設(shè)定：1. 若容器內(nèi)的介質(zhì)是用蒸汽直接加熱，或用電熱元件插入介質(zhì)加熱，或進(jìn)入容器的介質(zhì)已被加熱，這時(shí)可取介質(zhì)的最高溫度為設(shè)計(jì)溫度。2. 若容器內(nèi)的介質(zhì)是被熱載體從外邊間接加熱，取熱載體的最高工作溫度或冷載體最低工作溫度為設(shè)計(jì)溫度。3. 設(shè)計(jì)儲(chǔ)存容器，當(dāng)殼體的金屬溫度受大氣環(huán)境氣溫條件所影響時(shí)，其最底設(shè)計(jì)溫度可按該地區(qū)氣象資料，取歷年來(lái)月平均最低氣溫的最低值。4. 對(duì)間歇操作的設(shè)備，若容器內(nèi)介質(zhì)的溫度和壓力隨反應(yīng)和操作程序進(jìn)行周期性變化時(shí)應(yīng)按最苛刻的但卻屬同一時(shí)刻的溫度與壓力作為設(shè)定設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度的依據(jù)。（4）計(jì)算壓力 計(jì)算壓力是指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定受壓元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。當(dāng)元件所承受的液柱靜壓力小與百分之五設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可不計(jì)液柱靜壓力。在實(shí)際工作中要區(qū)分好設(shè)計(jì)壓力與計(jì)算壓力，并考慮到下述幾點(diǎn)。第一， 確定壓力容器受壓元件尺寸一般是兩個(gè)途徑，象筒體，封頭需通過(guò)計(jì)算來(lái)確定其壁厚，在計(jì)算公式時(shí)應(yīng)用計(jì)算壓力。譬如夾套容器的內(nèi)筒，其設(shè)計(jì)壓力根據(jù)化工生產(chǎn)工藝要求可能出現(xiàn)正壓，也可能是負(fù)壓，然而當(dāng)夾套中用蒸汽加熱時(shí)，內(nèi)筒的計(jì)算壓力應(yīng)該按生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的最大壓差來(lái)確定，而且往往是要進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，這樣一來(lái)內(nèi)筒的計(jì)算壓力就不同于其設(shè)計(jì)壓力了。所以，當(dāng)需要利用公式計(jì)算容器的殼體 或封頭厚度時(shí)，引入和采用計(jì)算壓力更為貼切。此外壓力容器中還有一些受壓元件如法蘭等，這些零件的尺寸大都不需要設(shè)計(jì)人員用公式計(jì)算，它們基本都是通過(guò)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)查取的，但是