1、 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 开 题 报 告毕 业 论 文 （ 设 计 ） 开 题 报 告 题题 目：目： 螺旋折流板式换热器的设计螺旋折流板式换热器的设计 专专 业：业： 过程装备与控制工程过程装备与控制工程 姓姓 名：名： 班班 级：级： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 一、一、概述以及设计目的概述以及设计目的 折流板是提高换热器工效的重要部件。 传统换热器中最普遍应用的是弓形折 流板，由于存在阻流与压降大、有流动滞死区、易结垢、传热的平均温差小、 振动条件下易失效等缺陷，近年来逐渐被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流 板应具有连续的螺旋曲面。由于加工困难，目前所采用的折流板，一般
2、由若干 个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接，形成近似的螺旋面。在折流时，流体处 于近似螺旋流动状态。相比于弓形折流板，在相同工况下，这样的折流板（被 称为非连续型螺旋折流板）可减少压降45%左右，而总传热系数可提高20% 30%，在相同热负荷下，可大大减小换热器尺寸。虽然非连续螺旋折流板的加工 技术比较成熟，在石化行业也已得到推广应用，但仍存在诸多不足之处。例如， 扇形板连接处成非光滑的锐角过渡，对轴向运动的流体存在反压，流体通过时 的突然转向会造成能量损失，在螺旋角较大时能耗更严重；相邻两片扇形板空 间对接时，必须附加角接板才能填补缝隙，既费工又废料，又增大了流体的阻 力。相比之下，具有理
3、想螺旋曲面的连续型螺旋折流板有着更好的传热与流动 特性，但在实际应用时必须首先解决其加工难题。 螺旋折流板换热器的提出基于这样一种思想：通过改变壳侧折流板的布置， 使壳侧流体呈连续的螺旋状流动。因此，理想的折流板布置应该为连续的螺旋 曲面。但是，螺旋曲面加工困难，而且换热管与折流板的配 合也较难实现。考 虑到加工上的方便， 采用一系列的扇形平面板(称之为螺旋折流板)替代曲面相间 连接，在壳侧形成近似螺旋面，使壳侧流体产生近似连续螺旋状流动。一般来 说，出于加工方面的考虑，一个螺距取 24 块折流板，相邻折流板之间有连 续搭接和交错搭接两方式，按流道又可分为单螺旋和双螺旋两种结构。 本次设计的螺
4、旋折流板式换热器是我之前学习所没有接触过的，在传统的 学习知识上面添加了一些新的元素，使得设计更具色彩性，同时主线没有改变， 依然是列管式换热器。在设计过程中，一方面可以复习和巩固之前学习的知识， 另外又可以拓展思维，查阅资料以扩展知识面，培养创新思维，以达到培养创 新性人才的目的。 二、二、螺旋折流板式换热器国内外研究现状和发展趋势螺旋折流板式换热器国内外研究现状和发展趋势 涡旋或螺旋流动一直是强化传热的有效手段, 从壳侧流体由纵向或蛇形横 向流动方向改变为螺旋状流动的角度产生了螺旋折流板换热器的构想,但由于连 续螺旋曲面的加工及安装难度很大, 20世纪 八、九十年代捷克科学家发明了非 连续
5、的1/4螺旋形折流板换热器,采用一系列1/4扇形折流平板来代替螺旋曲面。 此项技术后被美国 AB 公司买断， 后又转让给 CB& I 公司,据 ABB Lum musHeat transfer 公司公布,自19942007年3月 该公司共完成349个项目,共计1350台(套) 螺旋折流板换热器的设计和制造。我国大庆石油化工机械厂等单位也参与了应 用 ABB 公司技术的部分制造和应用实践。其他另有一些单位则选择自主开发, 近几年也得到了一些发展。 不少研究者采用数值模拟和实验研究手段,对螺旋折流板换热器与弓形折流 板换热器进行对比。结果表明,螺旋折流板换热器的单位压降的换热系数性能要 优于弓形折
6、流板换热器,并大致确定性能最佳时的螺旋角或倾斜角为40度左右。 在1/4螺旋折流板换热器问世后的近20年里, 未见有国内外同行就1/4螺旋 折流板方案不适合正三角形排列布管之事进行质疑,几乎无人考虑布管方式与折 流板结构设计的关联。针对以上问题,陈亚平提出了三分螺旋折流板换热器，其 结构如图4所示,并申请了国家发明专利。 三分螺旋折流板换热器除秉承了1/4 螺旋折流板换热器的诸多优势外,还特别适合于正三角形布管方案,且可减少折 流板零件。该项创新将使原先很难大规模应用的螺旋折流板式换热器具有了普 及应用的可能。 三、设计研究技术路线和目标三、设计研究技术路线和目标 1 设计研究技术路线 首先查阅相关文献资料了解螺旋折流板式换热器的基本原理、性质及应用，在化 工生产中的地位和作用、换热器应用的现状和发展趋势、设计的理论基础、技术路线 及其意义，对螺旋折流板式换热器设计有一个大体上的认识和理解。 然后确定螺旋折流板式换热器的结构和类型、操作条件的选择和操作方式选择。 对换热器进行热量衡算、物料衡算、传热面积的确定、压力降
