论文总字数：21643字

摘 要

螺旋缠绕管式换热器作为一种新型紧凑型换热器发展至今已呈现诸多优良性能，在加氢裂化，合成氨工业，天然气汽化等装置中应用日趋成熟，但我国掌握该项其设计及制造工艺较缓，相应的工艺标准，制造及设计手段尚不成熟，在一段时间里需要依赖于国外技术。面对激烈的市场竞争，研究螺旋缠绕管式换热器的设计手段，提高其结构的紧凑性及传热的高效性具有重要意义。本文简要论述了螺旋缠绕管式换热器的国内外发展现状，趋势，结构及换热机理及其制造。着重探讨了螺旋缠绕管式换热器的设计计算，建立了其主要计算模型，构建了整套的设计程序。

关键词：换热器 螺旋缠绕管式换热器 设计计算

The design of the helically coiled tube heat exchanger

Abstract

As a new compact heat exchanger,the helically coiled tube heat exchanger ,which widely used in the hydrogen cracking ,the synthetic ammonia,and the gasification of gas and so on ,offrers a lot of advantages up to now.however,It have been a long time for this kind of heat exchangers developed in our country so we have to rely on the foreign technology.Facing with the fierce competition,it is significant to improve the ability of design of the helically coiled tube heat exchangers.this paper briefly discussed the development,the trend,the type of construction ,the production and the machine of the heat transfer of the helically coiled tube heat exchangers ,and the design and the calculation of which are emphasized.the mathematical model for this kind of the heat exchanger is presented and the programmer of the calculation for this kind of the heat exchanger is designed.

Key Words:Heat exchanger; Helically coiled tube heat exchanger;Design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1、选题的背景及意义 1

2、螺旋缠绕管式换热器简介 2

2.1早期缠绕管换热器的结构 3

2.2 现代缠绕管换热器的几何形状 3

2.3缠绕管换热器的优点 5

2.4缠绕管换热器的不足 7

2.5大型缠绕管式换热器的技术难点分析 7

2.6缠绕管换热器的应用前景分析 7

3、国内外发展及研究现状 8

4、总结 11

第二章 设计概况 12

2.1设计条件 12

2.2设计参数 12

2.3确定介质流动方式 12

第三章 螺旋缠绕管式换热器的热力计算 13

3.1设计参数 13

3.2物性参数 13

3.3传热量及平均温差 13

3.4传热面设计 14

3.5管程设计 16

3.6壳程计算 17

3.7总传热系数 19

3.8阻力计算 20

第四章 缠绕管式换热器的结构设计 22

4.1 芯筒设计计算 22

4.2 管板设计计算 22

4.3壳体设计计算 23

4.4 壳程接管设计计算 24

4.5管程接管设计计算 25

4.6 封头设计计算 25

第五章 制造及检验 30

5.1 焊接 30

5.2 管子与管板的连接 30

5.3 耐压试验 30

5.4 气密性试验 32

结论 33

参考文献 34

致谢 37

第一章 绪论

1、选题的背景及意义

热交换器是各个行业生产及运行过程中不可或缺的重要装置，它可将通过自身的热流体的热量传递给冷流体，从而使流体温度达到工艺流程规定的指标，是对流传热及热传导的一种工业应用^[1]。

二十一世纪, 环境和能源成为人类面临的重要问题，为保护环境和有效利用现有资源,节能使用资源显得尤其重要。对于用户来说，节约能源，采用节能换热器意味着减少支出、增加经济效益、增强企业的竞争力。换热器是暖通空调、热能动力、化工、炼油、核能、冶金、食品及制药等广泛应用的设备，从混合式换热器, 蓄热式换热器到间壁式换热器，都有着各式各样的结构型式。随着强化传热理论的发展和机械加工技术的不断进步，出现了许多结构形状特殊、具有高强化传热表面结构大传热面积和结构体积比的新式紧凑型换热器。SECESPOL系列螺旋螺纹管换热器与常规的管壳式换热器相比，换热系数大，传热效率高，具有相当的灵活性适用性和可靠性它独特的螺旋结构先进的传热机理以及经济实用性，决定了其节能、高效的优越性^[2]。

绕管式换热器主要应用在大型空气分离、煤气化、化肥装置、天然气液化、乙烯工程及核工业等领域，由于其结构紧凑、单位体积换热面积大、能承受高压、传热效率高、可以实现多股流换热、具有良好的热补偿能力等优点，迄今还无法用其它任何一种换热器所替代^[3]。

当前, 核能的利用越来越广泛,如何使核能装置更加紧凑精巧以适应更广泛的需求已成为一种新的研究方向。而核能装置的紧凑化必然离不开蒸汽发生器的紧凑化。因此， 在同样满足一、二次侧换热需求的前提下，研制出换热效果更好而体积更小的蒸汽发生器便成了一个新的设计趋势。在广泛调研的基础上本文介绍了一种新型的带螺旋缠绕管的双面加热直流蒸汽发生器。与普通直流蒸汽发生器不同的是，它具有两个一次侧，且其中的一个一次侧和二次侧所作的都是螺旋流动，对二次侧起到了加强的双面加热效果^[4]。

缠绕管换热器具有特殊的几何形状以及由于采用的材料基本无限制提供的可能性，所以为缠绕管换热器的应用开辟了广阔的领域。因此为了优先选择，绕管换热器用途如

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