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摘 要

缠绕管式换热器属于低温装置中使用的换热设备,广泛应用于天然气气化、低温甲醇洗等工业领域。与列管式换热器相比,它具有结构紧凑、传热面积大、换热效率高、管侧抗压能力强等诸多优点。

近年来,伴随着我国合成氨工业的迅猛发展,国内市场对装有换热器装置的需求量与日剧增,同时,对现有装置进行技术改造以便实现扩产的要求也日益增长,在此形势下解决缠绕管式换热器的自行设计国产化、系列化具有十分重要的意义。

本文设计的是一台螺旋缠绕管式换热器，用于将14t/h的T－1煤油由140℃冷却到40℃，冷却水的进、出口水温为30℃和40℃。

本文缠绕管式换热器的设计主要包括以下几部分内容:

1)所有流体物性数据收集和计算,建立物性数据库,解决物性数据计算方法。

2)进行传热计算,确定不同结构、几何参数对传热的影响。提供传热计算基础数据及公式,确定传热系数和传热面积。

3)阻力计算,确定流动阻力和压力损失。

4)进行结构数据计算,确定绕管束特性数据。包括各层管数、螺旋升角等。

5)封头，壳体，法兰，管板的选择等。

通过核算结果与原设计值的对比,缠绕管式换热器平均缠绕直径、总传热系数、管壳侧压力损失等各项指标的误差均控制在比较理想的范围内,表明文中介绍的缠绕管式换热器几何结构、传热、压力损失等公式基本符合设计要求,所建立的模型准确、合理、可靠。同时也为缠绕管式换热器的初步设计、扩产改造提供了一种理论参考。

关键词: 缠绕管式换热器 传热面积 压力损失

ABSTRACT

Helical wound coil tube heat exchangers are heat transfer installations in hypothermia apparatus,widely used in gasification of gas and rectisol process.By comparison with tube-type heat exchangers,helical wound coil tube xechangers have tight structure,large heat tranfer surface,high heat efficiency and standing high pressure on the tubeside,etc.

In recent years, with the rapid development of synthetic ammonia industry in our country, the demand of the domestic market with heat exchanger device of swell, at the same time, the technical renovation of existing device in order to achieve the requirements of the expansion is also growing, in this situation, solve the wound tube heat exchanger design localization, the series has the very vital significance.

Is designed in this paper a spiral coil pipe heat exchanger, 14 T/h T - 1 is used to kerosene from 140 ℃ to 40 ℃, cooling water temperature at the inlet and outlet of the cooling water in 30 ℃ and 40 ℃.

In this paper, the design of the winding pipe heat exchanger mainly includes the following parts:

1)all of the data collection and calculation fluid physical properties, establish a property database, the calculation method of physical property data.

2)heat transfer calculation, to determine the influence of different structure and geometric parameters on heat transfer.Provide basic data for calculating heat transfer and formula to determine the coefficient of heat transfer and heat transfer area.

3)resistance calculation, determine the flow resistance and pressure loss.

4)data analysis of structure, determine the feature data.Including the tube number of each layer, helix Angle, etc.

5) head, shell, flanges, the selection of the tube plate, etc.

By comParison,the errors 0f the data of aVerage eoiling diameter,heat transfer coeffieient and Pressure 1055 of these exehangers obtained using the mathematieal model are very small from th eoriginal design data.There sult shows that the mode l15 basieally reasonab leand reliable.It can be the referenee for the design of helieal wounde oil tubeheat exehangers,exPanding Produees.

Key words: Winding pipe heat exchanger; Heat transfer area; The pressure loss

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 选题的背景及意义 1

1.1.1 早期缠绕管换热器结构 1

1.1.2 现代缠绕管换热器特点 1

1.2 国内外发展及研究现状 3

1.2.1 国外发展及研究现状 3

1.2.2 国内发展及研究现状 4

1.3 总结 6

第二章 缠绕管式换热器热力计算 7

2.3 流动方案选择 8

2.4 传热量及平均温差计算 8

2.5 估算传热面积▪ 10

2.6 传热面结构设计计算 10

2.7 管侧传热计算 13

2.8 壳侧传热计算 15

2.9 确定总传热系数和总传热面积 18

2.10压力损失计算 19

2.10.1 壳侧压力损失 19

2.10.2 管侧压力损失 20

第三章 缠绕管式换热器的结构设计 23

3.1 芯筒设计计算 23

3.2 壳体设计计算 24

3.3 封头设计计算 25

3.4 法兰设计计算 26

3.5 管板设计计算 26

结语 28

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 选题的背景及意义

随着现代工业的迅速发展，能源问题日益加剧，世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了能源的高效利用。换热设备应用广泛，如换热设备在炼油厂中约占全部工艺设备投资的35%～40%，其中30 %为各类高效紧凑式换热器、新型热管等设备，特别是近年来通过研发节能新方法,使各种类型的换热器层出不穷，缠绕管换热器就是其中之一^[1] 。

1.1.1 早期缠绕管换热器结构

缠绕管换热器最早是由德国的林德公司于1895年制造成功的^[2]。林德型换热器如图 1(a)所示，它是由两个同心管缠绕成的蛇形管，内管通入高压空气，管间流通的是冷的低压空气。这种结构虽然实现了逆流流动，但因为在两通道中气流死区占优势，以至于总的传热效率比较低^[2-4]。

图1(b)所示是由英国汉普森公司制成的蛇管型式的缠绕管换热器。汉普森采用换热管从内向外来回缠绕，形成盘管叠摞在中心圆筒上。这种结构使壳程有较高的横流传热系数及总的逆流效率，因此称之为横向逆流换热器。

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