换热器仿真实训
一、工作原理简述
换热器的操作技术培训是很重要的基本单元操作训练。化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的一侧(对流传热)，通过间壁内的热传导，再由间壁的另一侧将热传给冷流体，从而使热物流被冷却，冷物流被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。
本单元选用的是双程列管式换热器，冷物流被加热后有相变化。
在对流传热中，传递的热量除与传热推动力(温度差)有关外，还与传热面积和传热系数成正比。传热面积减少时，传热量减少；如果间壁上有气膜或垢层，都会降低传热系数，减少传热量。所以，开车时要排不凝气；发生管堵或严重结垢时，必须停车检修或清洗。
另外，考虑到金属的热胀冷缩特性，尽量减小温差应力和局部过热等问题，开车时应先进冷物料后进热物料；停车时则先停热物料后停冷物料。
二、工艺流程简介
冷物流(92℃)经阀VB01进入本单元，由泵P101A／B，经调节器FIC101控制流量送入换热器E101壳程，加热到气145℃(20％被汽化)后，经阀VD04出系统。热物流(225℃)由阀VB11进入系统，经泵P102A／B，由温度调节器TIC101分程控制主线调节阀TV101A和副线调节阀TV101B(两调节阀的分程动作如图2-23所示)使冷物料出口温度稳定；过主线阀TV101A的热物流经换热器E101管程后，与副线阀TV101B来的热物流混合(混合温度为(177±2)℃)，由阀VD07出本单元，工艺流程如图2-24所示，。
图2-23调节阀TV101分程动作示意图
图2-24换热器仿真操作流程图
●训练步骤
(一)冷态开车
1．启动冷物流进料泵P101A
(1)确定所有手动阀已关闭，将所有调节器置于手动状态且输出值为0；
(2)开换热器E101壳程排气阀VD03(开度约50％)；
(3)全开泵P101A前阀VB01；
(4)启动泵P101A；
(5)当泵P101A出口压力达到9.0atm（表）时，全开P101A后手阀VB03。
2．冷物流进料
(1)顺序全开调节阀FV101前后手阀VB04和VB05；再逐渐手动打开调节阀FV101；
(2)待壳程排气标志块由红变绿时，说明壳程不凝气体排净，关闭VD03；
(3)开冷物流出口阀VD04，开度为50％；同时，手动调节FV101，使FIC101指示值稳定到12000kg／h，FV101投自动(设定值为12000kg／h)。
3．启动热物流泵P102A
(1)开管程排气阀VD06(开度约50％)；
(2)全开泵P102A前阀VB11；
(3)启动泵P102A；
(4)待泵P102A出口压力达到正常值10.0atm(表)，全开泵P102A后手阀
VB10。
4．热物流进料
(1)依次全开调节阀TV101A和TV101B的前后手阀VB07、VB06、VB09、VB08；
(2)待管程排气标志块由红变绿时，管程不凝气排净，关闭VD06；
(3)手动控制调节器TIC101输出值，逐渐打开调节阀TV101A至开度为50％；
(4)打开热物流出口阀VD07至开度50％，同时手动调节TIC101的输出值，改变热物流在主、副线中的流量，使热物流温度分别稳定在(177±2)℃左右，然后将TIC101投自动(设定值为177℃)。
(二)正常运行
熟悉工艺流程，维护各工艺参数稳定；密切注意各工艺参数的变化情况，发现突发事故时，应先分析事故原因，并做及时正确的处理。
(三)正常停车
1．停热物流泵P102A
(1)关闭泵P102A后阀VB10：
(2)停泵P102A。
2．停热物流进料
(1)当泵P102A出口压力PI102降为0.1atm时，关闭泵P102A前阀VB11；
(2)将TIC101置手动，并关闭TV101A；
(3)依次关闭调节阀TV101A、TV101B的后手阀和前手阀VB06、VB07、VB08、VB09；
(4)关闭E101热物流出口阀VD07。
3．停冷物流泵P101A
(1)关闭泵P101A后阀VB03；
(2)停泵P101A。
4．停冷物流进料
(1)当泵P101A出口压力PI101指示<0.1atm时，关闭泵P101A前阀VB01；
(2)将调节器FIC101投手动；
(3)依次关闭调节阀FV101后手阀和前手阀VB05、VB04；
(4)关闭E101冷物流出口阀VD04。
5．换热器E101管程排凝
全开管程排气阀VD06、管程泄液阀VD05，放净管程中的液体(管程泄液标志块由绿变红)后，关闭VD05和VD06。
6．换热器E101壳程排凝
全开壳程排气阀VD03、壳程泄液阀VD02，放净壳程中的液体(壳程泄液标志块由绿变红)后，关闭VD02和VD03。
●拓展型训练
了解常见事故处理见表2-12。
表2-12 常见事故处理
●思考与分析
1．冷态开车是先送冷物料，后送热物料；而停车时又要先关热物料，后关冷物料，为什么?
2．开车时不排出不凝气会有什么后果?如何操作才能排净不凝气?
3．为什么停车后管程和壳程都要泄液?
4．你认为本系统调节器T1C101的设置合理吗?如何改进?
5．请说出冷态开车两种方法有什么不同。
6．传热有哪几种基本方式，各自的特点是什么?
7．影响间壁式换热器传热量的因素有哪些?
8．工业生产中常见的换热器有哪些类型?
换热器仿真实训 一、工作原理简述 换热器的操作技术培训是很重要的基本单元操作训练。化工生产中所指的换热器，常指间壁式换热器，它利用金属壁将冷、热两种流体间隔开，热流体将热传到壁面的一侧(对流传热)，通过间壁内的热传导，再由间壁的另一侧将热传给冷流体，从而使热物流被冷却，冷物流被加热，满足化工生产中对冷物流或热物流温度的控制要求。 本单元选用的是双程列管式换热器，冷物流被加热后有相变化。 在对流传热中，传递的热量除与传热推动力(温度差)有关外，还与传热面积和传热系数成正比。传热面积减少时，传热量减少；如果间壁上有气膜或垢层，都会降低传热系数，减少传热量。所以，开车时要排不凝气；发生管堵或严重结垢时，必须停车检修或清洗。 另外，考虑到金属的热胀冷缩特性，尽量减小温差应力和局部过热等问题，开车时应先进冷物料后进热物料；停车时则先停热物料后停冷物料。 二、工艺流程简介 冷物流(92℃)经阀VB01进入本单元，由泵P101A／B，经调节器FIC101控制流量送入换热器E101壳程，加热到气145℃(20％被汽化)后，经阀VD04出系统。热物流(225℃)由阀VB11进入系统，经泵P102A／B，由温度调节器TIC101分程控制主线调节阀TV101A和副线调节阀TV101B(两调节阀的分程动作如图2-23所示)使冷物料出口温度稳定；过主线阀TV101A的热物流经换热器E101管程后，与副线阀TV101B来的热物流混合(混合温度为(177±2)℃)，由阀VD07出本单元，工艺流程如图2-24所示，。 图2-23调节阀TV101分程动作示意图
图2-24换热器仿真操作流程图 ●训练步骤 (一)冷态开车 1．启动冷物流进料泵P101A (1)确定所有手动阀已关闭，将所有调节器置于手动状态且输出值为0； (2)开换热器E101壳程排气阀VD03(开度约50％)； (3)全开泵P101A前阀VB01； (4)启动泵P101A； (5)当泵P101A出口压力达到9.0atm（表）时，全开P101A后手阀VB03。 2．冷物流进料 (1)顺序全开调节阀FV101前后手阀VB04和VB05；再逐渐手动打开调节阀FV101； (2)待壳程排气标志块由红变绿时，说明壳程不凝气体排净，关闭VD03； (3)开冷物流出口阀VD04，开度为50％；同时，手动调节FV101，使FIC101指示值稳定到12000kg／h，FV101投自动(设定值为12000kg／h)。 3．启动热物流泵P102A (1)开管程排气阀VD06(开度约50％)； (2)全开泵P102A前阀VB11； (3)启动泵P102A； (4)待泵P102A出口压力达到正常值10.0atm(表)，全开泵P102A后手阀
目录 一、设计任务 (2) 二、概述与设计方案简介 (3) 2.1 概述 (3) 2.2设计方案简介 (4) 2.2.1 换热器类型的选择 (4) 2.2.2流径的选择 (6) 2.2.3流速的选择 (6) 2.2.4材质的选择 (6) 2.2.5管程结构 (6) 2.2.6 换热器流体相对流动形式 (7) 三、工艺及设备设计计算 (7) 3.1确定设计方案 (7) 3.2确定物性数据 (8) 3.3计算总传热系数 (8) 3.4计算换热面积 (9) 3.5工艺尺寸计算 (9) 3.6换热器核算 (11) 3.6.1传热面积校核 (11) 3.6.2．换热器压降的核算 (12) 四、辅助设备的计算及选型 (13) 4.1拉杆规格 (13)
4.2接管 (13) 五、换热器结果总汇表 (14) 六、设计评述 (15) 七、参考资料 (15) 八、主要符号说明 (15) 九、致 (16) 一、设计任务
二、概述与设计方案简介 2.1 概述 在工业生产中用于实现物料间热量传递的设备称为换热设备，即换热器。换热器是化工、动力、食品及其他许多部门中广泛采用的一种通用设备。 换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式，即间壁式、直接接触式、蓄热式。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。 直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互
换热器温度控制系统简单控制系统方案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
目录 目录 (2) 1、题目................................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、换热器概述..................................................................................................... 错误!未定义书签。 换热器的用途............................................................................................... 错误!未定义书签。 换热器的工作原理及工艺流程图............................................................... 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 控制系统的选择 (3) 工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 被控变量的选择 (4) 操纵变量的选择 (4) 被控对象特性 (5) 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 测温元件及变送器 (7) 执行器 (10) 调节器 (12) 、仪表型号清单列表 (12) 6、系统方块图 (13) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (13) 调节控制参数 (13) PID参数整定及系统仿真 (14) 系统性能分析 (16) 8、参考文献 (17)
换热器的发展前景 摘要：换热器是化工、石油、能源等各工业中应用相当广泛的单元设备之一。据统计, 在现代化学工业中换热器的投资大约占设备总投资的30% , 在炼油厂中占全部工艺设备的40% 左右, 海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。对国外换热器市场的调查表明, 虽然各种板式换热器的竞争力在上升,但管壳式换热器仍占主导地位约64% 。新型换热元件与高效换热器开发研究的结果表明, 列管式换热器已进入一个新的研究时期, 无论是换热器传热管件, 还是壳程的折流结构都比传统的管壳式换热器有了较大的改变, 其流体力学性能、换热效率、抗振与防垢效果从理论研究到结构设计等方面也均有了新的进步。目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究, 主要包括管程结构和壳程结构强化传热的发展。 关键词：换热器：发展前景：存在问题 一．应用前景 近几年来, 随着高温热管技术研究的不断成熟和深入, 高温热管换热器的应用领域逐渐扩大, 目前已广泛应用于工业、民用和国防等各个领域。在冶金、化学、陶瓷、建材及轻工等工业生产中, 常需要500℃以上的清洁空气以满足助燃、干燥和供氧等需要, 采用高温热管空气加热器可以轻易地达到这一要求, 并且从根本上解决常规空气加热器所无法解决的传热难题。 高温热管技术在喷雾干燥中的应用取得成功, 并已收到了令人满意的实际效果。根据现场测试的参数表明, 高温热管换热器达到的某些性能指标, 是其他类型热风发生器所达不到的, 因而在某些特定工况条件下的应用也是无法取代的: 1. 向各类干燥设备( 喷雾于燥、沸腾干燥、气流干燥、隧道干燥及链板式干燥等) 提供清洁的高温热风。 2. 向气流焙炉提供800 ℃以上的高温热风,对物料直接进行气流焙烧。 3. 向各类燃烧器提供助燃热风, 改善燃烧状况, 提高燃烧效率, 节约燃料。据资料介绍, 用普通换热器将助燃风加热到300~ 400 可节约燃料15% ~ 25%, 用高温换热器可节约燃料40% 以上。 4. 高温预热煤气( 或助燃气) , 使冶金工厂大量的低热值高炉煤气( 其热值约为4 187J)资源在加热炉上的利用成为可能。 5. 回收利用六大耗能工业( 冶金、化工、炼油、玻璃、水泥及陶瓷) 的高温余热, 使这些领域的能源利用率达到一个新的水平。由以上可以预见, 高温热管
板翅式换热器 同组人：张弘达18、张来超14 薛业成06、张太平02
引言： 板翅式换热器：通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心。 --------张弘达 一、板翅式换热器的发展 二十世纪三十年代，板翅式换热器首先在航空工业上被采用，它结构紧凑、轻巧、传热效率高等特点引起了研究人员和设计工作者的兴趣。随后在制冷、石油化工、空气分离、航空航天、动力机械、超导等工业部门得到广泛应用，被公认是高效新型换热器之一。 1942年，美国的诺利斯首先进行了平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片、钉状翅片的传热机理研究，找出几种主要翅片的摩擦因子(f)，传热因子(j)与雷诺数(Re)的关系，为以后的研究与设计奠定了基础。1947年美国海军研究署、船舶局、航空局合作在斯坦福大学拟定了系统的研究计划并扩大了研究范围。 板翅式换热器发展中另一方面是制造工艺，对于结构复杂、隔板和翅片又很薄的铝合金钎焊工艺掌握是在经历了一段相当漫长又曲折过程，在突破许多关键技术后才达到今天的水平。 现在国外板翅式换热器最高设计压力可达10MPa以上，最大
芯体尺寸（L×W×H）6000~7000×1200×1200mm，重达10吨以上，可以有十多种流体同时换热。我国是从20世纪60年代中期开始板翅式换热器试验研究，70年代初期自行开发成功，并首先在空分设备上得到应用。90年代初，杭氧厂引进美国S.W公司大型真空钎焊炉和板翅式换热器制造技术，板翅式换热器生产在我国得到飞速发展。现在已在空气分离、石油化工（乙烯、合成氨、天然气分离与液化）、动力机械及航天（神舟号飞船）等工业部门得到广泛应用。并有部分出口国外（美国、加拿大等国）。 我国板翅式换热器目前的生产水平相当于国际上20世纪90年代中期水平。杭氧现已开发有近50种不同型式和尺寸规格的翅片，可满足各种换热要求。 二、板翅式换热器特点 （1）传热效率高。 （2）结构紧凑，单位体积换热面积为管壳式换热器5倍以上，最大可达几十倍。管壳式换热器一般为150~200m2/m3，而板翅式换热器因翅片具有扩展二次表面，使传热面积可达到1500~2500 m2/m3。 （3）轻巧、牢固。铝材密度ρ为2.7g/cm3，而钢材为7.8g/cm3，铜材为8.9g/cm3。 （4）适应性大，可适用多种介质热交换。在同一设备内可允许多达十多种介质之间热交换，可作气—气、气—液、液—液之间换热，亦可作冷凝和蒸发。 （5）经济性好。由于结构紧凑、铝材又轻，降低了设备投资费。
根据给定的原始条件，确定各股物料的进出口温度，计算换热器所需的传热面积，设计换热器的结构和尺寸，并要求核对换热器压强降是否符合小于30 kPa的要求。各项设计均可参照国家标准或是行业标准来完成。具体项目如下：设计要求： =0.727Χ10-3Pa.s 密度ρ=994kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=62.6Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=4.184 kJ/(kg.K) 苯的物性如下： 进口温度：80.1℃出口温度：40℃ =1.15Χ10-3Pa.s 密度ρ=880kg/m3粘度μ 2 导热系数λ=14.8Χ10-2 W/(m.K) 比热容Cpc=1.6 kJ/(kg.K) 苯处理量：1000t/day=41667kg/h=11.57kg/s 热负荷：Q=WhCph（T2-T1）=11.57×1.6×1000×(80.1-40)=7.4×105W 冷却水用量：Wc=Q/[c pc(t2-t1)]=7.4×105/[4.184×1000×(38-30)]=22.1kg/s
4、传热面积的计算。 平均温度差 确定R和P值 查阅《化工原理》上册203页得出温度校正系数为0.8，适合单壳程换热器，平均温度差为 △tm=△t’m×0.9=27.2×0.9=24.5 由《化工原理》上册表4-1估算总传热系数K（估计）为400W/（m2·℃） 估算所需要的传热面积： S0==75m2 5、换热器结构尺寸的确定，包括： （1）传热管的直径、管长及管子根数； 由于苯属于不易结垢的流体，采用常用的管子规格Φ19mm×2mm 管内流体流速暂定为0.7m/s 所需要的管子数目：，取n为123 管长：=12.9m 按商品管长系列规格，取管长L=4.5m，选用三管程 管子的排列方式及管子与管板的连接方式: 管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板的连接，采用焊接法。（2）壳体直径； e取1.5d0，即e=28.5mm D i=t(n c—1)+2e=19×(—1)+2×28.5=537.0mm，按照标准尺寸进行整圆，壳体直径为600mm。此时长径比为7.5，符合6-10的范围。
作者：旧在几 作品编号：2254487796631145587263GF24000022 时间：2020.12.13 目录 目录 (1) 1、题目........................................................ 错误!未定义书签。 2、换热器概述.................................................. 错误!未定义书签。 2.1换热器的用途............................................ 错误!未定义书签。 2.2换热器的工作原理及工艺流程图............................ 错误!未定义书签。 3、控制系统 (3) 3.1控制系统的选择 (3) 3.2工艺流程图和系统方框图 (3) 4、被控对象特性研究 (4) 4.1 被控变量的选择 (4) 4.2 操纵变量的选择 (4) 4.3 被控对象特性 (5) 4.4 调节器的调节规律的选择 (6) 5、过程检测控制仪表的选用 (7) 5.1 测温元件及变送器 (7) 5.2 执行器 (10) 5.3 调节器 (13) 5.4、仪表型号清单列表 (13) 6、系统方块图 (14) 7、调节控制参数，进行参数整定及系统仿真，分析系统性能 (14) 7.1调节控制参数 (14)
7.2 PID参数整定及系统仿真 (15) 7.3 系统性能分析 (18) 8、参考文献 (19) 1、题目 热交换器出口温度的控制。 2、换热器概述 2.1 换热器的用途 换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及 其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。进行换热的目的主要有 下列四种： ①.使工艺介质达到规定的温度，以使化学反应或其他工艺过程很好的进行； ②.生产过程中加入吸收的热量或除去放出的热量，使工艺过程能在规定的温度 范围内进行；③.某些工艺过程需要改变无聊的相态；④.回收热量。 由于换热目的的不同，其被控变量也不完全一样。在大多数情况下，被控变 量是温度，为了使被加热的工艺介质达到规定的温度，常常取出温度问被控温度、 调节加热蒸汽量使工艺介质出口温度恒定。对于不同的工艺要求，被控变量也可 以是流量、压力、液位等。 2.2 换热器的工作原理及工艺流程图 换热器的温度控制系统换热器工作原理工艺流程如下：冷流体和热流体分别 通过换热器的管程和壳程，通过热传导，从而使热流体的出口温度降低。热流体
浅谈换热器研究应用的发展前景 摘要 换热器是化学工业中应用相当广泛的单元设备之一。据有关资料统计, 换热器在现代化学工业中的投资大约占设备总投资的30% , 海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。对国外换热器市场的调查表明, 虽然各种板式换热器的竞争力在上升,但管壳式换热器仍占主导地位约64% 。新型换热元件与高效换热器开发研究的结果表明, 列管式换热器已进入一个新的研究时期,其流体力学性能、换热效率、抗振与防垢效果从理论研究到结构设计等方面也均有了新的进步。目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究, 主要包括管程结构和壳程结构强化传热的发展。 关键词 换热器现状研究应用前景 一、换热器的国内研究现状 换热器按其功能分为：如冷凝器、蒸发器、再热器、过热器等，按换热部件的特点可分为：管壳式换热器、翅片管式换热器、板式换热器（包括板片式换热器和板翅式换热器）。对于各型换热器的强化换热技术的研究，主要集中在对换热器内流体流态变化以及对各部件的参数优化研究两方面，而对换热器部件参数的主要研究对象就是换热管（板）排列方式（顺排或叉排）、换热管（板）排数、换热管（板）间距大小、肋片布置间距、肋片形状等。通常的研究方法包括：数值
模拟计算、实验方法研究、理论研究三类。 二、当前存在的主要问题 当前, 高温热管换热器在传热方面还面临两大急需解决的问题: 1. 过渡段的衔接不合理, 导致部分热管处于不工作和非正常工作状态。 2. 结构庞大, 成本昂贵, 极大地阻碍了高温热管换热器工业化应用进程。 三、要解决好上述问题的关键 1. 优化高温热管换热器结构有两个途径: 一是对单根热管进行传热强化研究; 二是合理预测壳程的流场与温度场的分布, 二者的优化组合研究是今后热管换热器强化传热技术发展的方向。 2. 过渡段的强化传热对优化高温热管换热器结构、安全衔接各区域热管换热器起着非常重要的作用。 四、研究应用的发展前景 （一）换热器研究的发展前景 换热器肋片换热的研究应该注重基础性的理论研究创新，寻求建立能支撑肋片设计选型的系统化的理论，同时要结合实验研究，寻求实际应用中最节能的肋片参数值。换热器制造商和设计人员对于换热器肋片外型、布置仍然没有可靠的理论依据，传统的肋片布置方式在换热效率上不如换热管表面设置的针状或圆台状肋。 换热的散布规律仍然还不明晰，理论研究非常薄弱；对替代传统的平板和环状肋片的高效换热肋片研究甚少。新型换热管的形状研究
第31卷 第2期2002年3月 石 油 化 工 设 备 PET RO-CHEM ICAL EQ U IPM EN T V o l.31 N o.2 M ar. 2002 试验研究 文章编号:1000-7466(2002)02-0001-04 板翅式换热器新技术及应用 凌 祥,周帼彦,邹群彩,涂善东 (南京工业大学过程装备先进制造技术重点实验室,江苏南京 210009) 摘要:介绍了作者近年来在板翅式换热器研究与开发方面所做的工作:①为提高铝板翅式换热器翅片和隔板表面的耐蚀性和亲水性,开发了一种表面处理技术。②开发的板翅式换热器快速创型系统,具有优化设计、参数化绘图和快速报价等功能,能降低产品成本,提高设计效率十几倍。③通过应用先进制造工艺和引进新材料开发了一系列具有抗强腐蚀、抗结垢、耐高温和耐高压能力的板翅式换热器系列新产品。④应用大型有限元分析系统对高压板翅式换热器的结构特性进行了初步分析,得出了一些提高产品可靠性的设计准则。 关 键 词:板翅式换热器;快速创型;表面处理;先进制造工艺;有限元分析 中图分类号:TQ051.51 文献标识码:A N ew techniques of plate-fin heat exchangers and its application LIN G Xiang,ZHO U Guo-ya n,ZO U Qun-cai,T U Sha n-do ng (Adv anced M a nufacturing Technolog y Lab.o f Process Equipment, N anjing Univ ersity o f Techno lo g y,N anjing210009,China) Abstract:The resear ches made o n plat e-fin heat exchang ers by author s w ere intro duced.Fir stly,a surface tr eatment me tho d for fins and pa rting sheet is propo sed in o rder to enha nce their resistance to co rr osio n and hydro philic ca pability.Secondly,a rapid innov ation sy stem which inv o lv ed a lo t of functio ns such a s optima l ther mal desig n,pa ramet ric dr awing and r apid quo tatio n is dev eloped.The practice applicatio n o f this sy stem sho ws the desig n efficiency increases8to10tim es and the cost decr ease va stly.Thir dly,sev eral new type o f pla te-fin heat ex cha ng ers with specia l perfo rma nce,such as co rro sio n-proo f,anti-fo uling a nd high temper ature resistant etc,w er e dev eloped th ro ug h ado pting new adva nced ma terials and new a dv anced manufac turing techno log y. Fina lly,the st reng th ana ly sis fo r plate-fin heat exchang ers subjected to hig h pr essur e w as car ried out.So me design criteria to ensure the reliability of pla te-fin heat ex chang er s a re o btained. Key words:pla te-fin heat ex chang er;r apid innov ation;sur face t reatme nt;adv anced manufac turing techno log y; finite element a naly sis 板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高等特点,与传统的管壳式换热器相比,其传热效率提高20%～30%,成本可降低50%,现已广泛应用于石油化工、航空航天、电子、原子能和机械等领域。目前板翅式换热器的制造材料主要使用铝合金,因此存在耐腐蚀性差、承压低等缺点。另外,板翅式换热器结构比较复杂,人工进行热力设计困难,特别是有相变、多股流体换热的情况,用手工进行精确热力设计计算几乎不可能。为了进一步拓宽其应用范围,近年来板翅式换热器的设计理论、试验研究、制造工艺及开拓应用的研究方兴未艾[1],特别是一些新技术的渗透,使板翅式换热器的应用范围更加广泛,下面将 收稿日期:2001-09-22 基金项目:江苏省教委自然科学研究项目(99K JB460005) 作者简介:凌 祥(1967-),男(汉族),江苏东台人,副教授,主要从事过程装备先进再制造技术、新型高效过程设备和计算机辅助工程(CA E)的研究与开发。
化工仿真技术实习报告 实习名称：热交换器 学院： 专业： 班级： 姓名：学号 指导教师： 日期：年月日
一、实习目的 1、熟习换热器的操作方法； 2、掌握换热器各个部件的表示方法及操作，加深对换热器性能的了解； 3、了解测定流量，温度的一些常用方法，仿真系统测试换热器的原理； 4、了解换热器的一些常见故障及排除方法和技巧。 二、实习内容 1、工艺流程简介 本热交换器为双程列管式结构，起冷却作用，管程走冷却水（冷流）。含量30％的磷酸钾溶液走壳程（热流）。 工艺要求：流量为18441 kg/h的冷却水，从20℃上升到30.8℃,将65℃流量为8849 kg/h的磷酸钾溶液冷却到32℃。管程压力0.3MPa，壳程压力 0.5MPa。 流程图画面“G1”中：阀门V4是高点排气阀。阀门V3和V7是低点排液阀。P2A为冷却水泵。P2B为冷却水备用泵。阀门V5和V6分别为泵P2A 和P2B的出口阀。P1A为磷酸钾溶液泵。P1B为磷酸钾溶液备用泵。阀门V1和V2分别为泵P1A和P1B的出口阀。 FIC-1 是磷酸钾溶液的流量定值控制。采用ＰＩＤ单回路调节。 TIC-1 是磷酸钾溶液壳程出口温度控制，控制手段为管程冷却水的用量(间接关系)。采用PID单回路调节。 检测及控制点正常工况值如下： TI-1 壳程热流入口温度为65℃ TI-2 管程冷流入口温度为20℃ TI-3 管程冷流出口口温度为30.8℃左右 TI-2 壳程热流入口温度为32℃ FR-1 冷却水流量18441kg/h FIC-1 磷酸钾流量8849kg/h 报警限说明（H为报警上限，L为报警下限）： TIC-1>35.0℃ TIC-1<28.0℃ FIC-1>9500kg/h FIC-1<7000kg/h 2、工艺流程图
化工原理课程设计 学院: 化学化工学院 班级： | 姓名学号： 指导教师： $
目录§一.列管式换热器 ！ .列管式换热器简介 设计任务 .列管式换热器设计内容 .操作条件 .主要设备结构图 §二.概述及设计要求 .换热器概述 .设计要求 ~ §三.设计条件及主要物理参数 . 初选换热器的类型 . 确定物性参数 .计算热流量及平均温差 壳程结构与相关计算公式 管程安排(流动空间的选择)及流速确定 计算传热系数k 计算传热面积 ^ §四.工艺设计计算 §五.换热器核算 §六.设计结果汇总 §七.设计评述 §八.工艺流程图 §九.主要符号说明 §十.参考资料
： §一 .列管式换热器 . 列管式换热器简介 列管式换热器又称为管壳式换热器，是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在关内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50℃以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。 设计任务 ￥ 1.任务 处理能力：3×105t/年煤油（每年按300天计算，每天24小时运行） 设备形式：列管式换热器 2．操作条件 (1)煤油：入口温度150℃，出口温度50℃ (2)冷却介质：循环水，入口温度20℃，出口温度30℃ (3)允许压强降：不大于一个大气压。 备注：此设计任务书（包括纸板和电子版）1月15日前由学委统一收齐上交，两人一组，自由组合。延迟上交的同学将没有成绩。 [ .列管式换热器设计内容 1.3.1、确定设计方案 （1）选择换热器的类型；（2）流程安排 1.3.2、确定物性参数 （1）定性温度；（2）定性温度下的物性参数 1.3.3、估算传热面积 （1）热负荷；（2）平均传热温度差；（3）传热面积；（4）冷却水用量 % 1.3.4、工艺结构尺寸 （1）管径和管内流速；（2）管程数；（3）平均传热温度差校正及壳程数；（4）
相变换热器文献综述 学院：材料与化学工程学院 专业：过程装备与控制工程 班级：2011-01 姓名：*** 学号：***
相变储热换热器文献综述 ***（郑州***化工学院） 摘要：本文通过对换热器发展历史的回顾，总结相变储热换热器的理论技术和结构设计，对其物性数据，相变储热材料等做了简要评述。1引言 在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称为换热器。它是化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的10~20%。在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的85~40%。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝等。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺上的需要。由于使用的条件不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。另外，在化工生产中，有时换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一个工艺设备中的组成部分。其他如回收排放出去的高温气体中的废热所用的废热锅炉，有时在生产中也是不可缺少的。总之，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。 2换热器发展历史简要回顾 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管
制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新材料料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。 节能和环保已经成为当今世界的两大主题，经济高速发展、人口不断增长、过度开采和能源的利用率过低导致能源供需矛盾越来越大．能源紧缺受到人们越来越多的关注，能量存储随之引入了人们的生活。近年来,相变储换热器在太阳能利用、工业废热利用及暖通空调蓄冷和蓄热等领域获得了广泛的应用。相变储换热器有多种形式如管簇式、球形堆积床式和平板式,一些研究者对其热性能进行了模拟和实验研究。 3实验研究的主要成果 3.1相变储能材料的导热强化
职称论文 题目：中高压板翅式换热器的设计与开发单位：XXXXXXXXXXX 姓名：XXX 二零一五年六月
中高压板翅式换热器的设计与开发 XXX （X X X X X X X X X） 【论文摘要】本文提出了低、中、高压板翅式换热器分类意见，介绍了中高压板翅式换热器设计特点，阐述了采用真空钎焊制造中、高压板翅式换热器工艺的特殊措施。并以低压板式换热器制造成功实践说明采用特殊工艺措施是正确的、可行的。同时介绍了中高压换热器的应用前景。 关键词：中高压板翅式换热器真空钎焊翅片封条流道空分装夹 一、板翅式换热器的发展现状 随着空分技术和机械行业的不断发展，板翅式换热器的应用也越来越广泛，要求板翅式换热器的设计压力也越来越高。尤其进入20世纪80年代以来，随着我国内地和沿海油田的不断开发和石油化工行业的快速发展，承受中、高压的板翅式换热器应用日趋广泛，由于国内无法制造中、高压力的板翅式换热器，当时我国用于大型空分设备和石油化工设备中的中、高压板翅式换热器全部依赖进口。 板翅式换热器根据设计压力不同分为低压（3.0MPa以下），中压（3.0-6.4MPa）和高压（6.4-9.6MPa）。低压板翅式换热器大多用于空分设备。中、高压板翅式换热器用于空分液化设备，天燃气液化及分离设备，石油、天燃气化工设备及乙烯冷箱。近年来随着真空钎焊技术的发展，相关的工艺也相对成熟起来，我公司又有多年低压板翅式换热器的设计和生产的成功经验，为开发中、高压板翅式换热器奠定了物质技术基础。我公司生产的常规的板翅式换热器均能达到3.0Mpa以上的压力，且产品的使用状况良好。
二、高压板翅式换热器整体结构 高压板翅式换热器芯体由隔板、翅片和封条3部分组成。在相邻两隔板之间放置翅片及封条，组成一夹层，称之为通道。对于高压板翅式换热器，由于承受的压力较高，隔板与翅片、封条的钎焊要求也比较高，隔板的复合层要比低压换热器隔板的复合层厚，封条的宽度也需相应增加。由于板翅式换热器芯体结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能进行无损检测和其他检查，也无法做强度核算，所以只能通过试样的爆破试验来确定产品的耐压强度。按ASME规范规定，试样的爆破试验压力应是最大许用工作应力的3～5倍，且以翅片母材拉伸断裂为合格标准。对于高压板翅式换热器，其翅片的最大许用工作压力相应提高。为了达到这一要求，应选择性能较好的翅片材料，同时增加翅片的厚度。我公司现有翅片型式有锯齿型、平直型和波纹型。在中高压板翅式换热器翅片的选用时，应尽量避免采用锯齿型翅片。因为锯齿型翅片是切开的，削弱了承压能力，同时小节距厚翅片的锯齿型很难生产制造。选用翅片规格的原则是压力越高节距越小，当节距小到工艺无法生产时，再用增加翅片厚度（节距放大）来满足设计压力的要求，即小节距厚翅片。我公司常用的中压翅片特性参数见下表1： 表1
换热器单元仿真训 化工二班、 1、工艺说明 本单元设计采用管壳式换热器。来自界外的92℃冷物流（沸点:198.25℃）由泵P101A/B送至换热器E101的壳程被流经管程的热物流加热至145℃,并有20%被汽化。冷物流流量由流量控制器FIC101控制,正常流量为12000kg/h。来自另一设备的225℃热物流经泵P102A/B送至换热器E101与注经壳程的冷物流进行热交换,热物流出口温度由TIC101控制(177℃)。 2 、设备名称预览 P101A/B：冷物流进料泵 P102A/B：热物流进料泵 E101：列管式换热器 3、开车操作流程
3.1 启动冷流进料泵P101A (1)开换热器壳程排气阀VD03。 (2)开P101A泵的前阀VB01。 (3)启动泵P101A。 (4)当进料压力指示表PI101指示达9.0atm以上,打开P101A泵的出口阀VB03。3.2 冷物流E101进料 (1)打开FIC101的前后阀VB04，VB05,手动逐渐开大调节阀FV101(FIC101)。 (2)观察壳程排气阀VD03的出口,当有液体溢出时（VD03旁边标志变绿）,标志着壳 程已无不凝性气体，关闭壳程排气阀VD03,壳程排气完毕。 (3) 打开冷物流出口阀（VD04），将其开度置为50%，手动调节FV101，使FIC101 其达到12000kg/h，且较稳定时FIC101设定为12000kg/h,投自动。 3.3 启动热物流入口泵P102A (1)开管程放空阀VD06。 (2)开P102A泵的前阀VB11。 (3)启动P102A泵。 (4)当热物流进料压力表PI102指示大于10atm时,全开P102泵的出口阀VB10。3.4 热物流进料 (1)全开TV101A的前后阀VB06,VB07，TV101B的前后阀VB08,VB09。 (2)打开调节阀TV101A（默认即开）给E101管程注液，观察E101管程排汽阀VD06 的出口,当有液体溢出时(VD06旁边标志变绿)，标志着管程已无不凝性气体,此时关管程排气阀VD06，E101管程排气完毕。 (3)打开E101热物流出口阀（VD07），将其开度置为50%，手动调节管程温度控制 阀TIC101，使其出口温度在177±2℃，且较稳定,TIC101设定在177℃,投自动。 4、正常工作操作参数 (1)冷物流流量为12000kg/h，出口温度为145℃，气化率20%。 (2)热物流流量为10000kg/h，出口温度为177℃。 5、停车操作流程 5.1 停热物流进料泵P102A (1)关闭P102泵的出口阀VB01。 (2)停P102A泵。
第一章列管式换热器的设计 1.1概述 列管式换热器是一种较早发展起来的型式，设计资料和数据比较完善，目前在许多国家中已有系列化标准。列管式换热器在换热效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他新型换热器，但是它具有结构牢固，适应性大，材料范围广泛等独特优点，因而在各种换热器的竞争发展中得以继续应用下去。目前仍是化工、石油和石油化工中换热器的主要类型，在高温高压和大型换热器中，仍占绝对优势。例如在炼油厂中作为加热或冷却用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜（或再沸器）和冷凝器、化工厂中蒸发设备的加热室等，大都采用列管式换热器[3]。 1.2列管换热器型式的选择 列管式换热器种类很多，目前广泛使用的按其温度差补偿结构来分，主要有以下几种：（1）固定管板式换热器：这类换热器的结构比较简单、紧凑，造价便宜，但管外不能机械清洗。此种换热器管束连接在管板上，管板分别焊在外壳两端，并在其上连接有顶盖，顶盖和壳体装有流体进出口接管。通常在管外装置一系列垂直于管束的挡板。同时管子和管板与外壳的连接都是刚性的，而管内管外是两种不同温度的流体。因此，当管壁与壳壁温度相差较大时，由于两者的热膨胀不同，产生了很大的温差应力，以致管子扭弯或使管子从管板上松脱，甚至毁坏整个换热器。 为了克服温差应力必须有温度补偿装置，一般在管壁与壳壁温度相差50℃以上时，为安全起见，换热器应有温差补偿装置。 （2）浮头换热器：换热器的一块管板用法兰与外壳相连接，另一块管板不与外壳连接，以便管子受热或冷却时可以自由伸缩，但在这块管板上来连接有一个顶盖，称之为“浮头”，所以这种换热器叫做浮头式换热器。这种型式的优点为：管束可以拉出，以便清洗；管束的膨胀不受壳体的约束，因而当两种换热介质的温差大时，不会因管束与壳体的热膨胀量的不同而产生温差应力。其缺点为结构复杂，造价高。 （3）填料函式换热器：这类换热器管束一端可以自由膨胀，结构与比浮头式简单，造价也比浮头式低。但壳程内介质有外漏的可能，壳程终不应处理易挥发、易爆、易燃和有毒的介质。 （4）U型管换热器：这类换热器只有一个管板，管程至少为两程管束可以抽出清洗，
换热器温度控制系 统
1.E-0101B混合加热器设计 为确保混合加热器（E-0101B)中MN（亚硝酸甲酯）,CO（一氧化碳）的出口温度为408K，选用0.68Mpa,408K的加热蒸汽加热入口温度为294K 的工艺介质。为保证生成物的产量，质量，及最终生成物的转化率，且工艺介质较稳定，蒸汽源压力较小，变化不大，因此针对此实际情况，最后确定设计一个换热器的反馈控制方案。 1.1换热器概述 换热器工作状态如何,可用几项工作指标加以衡量。常见的工作指标主要有漏损率、换热效率和温度效率。它们比较全面的说明了换热器的特点和工作状态，在生产和科学试验中了解这些指标，对于换热器的管理和改进都是必不可少的。 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，其在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用广泛。换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
1.2换热器的分类 适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下： 一按传热原理分类：间壁式换热器，蓄热式换热器，流体连接间接式换热器，直接接触式换热器，复式换热器 二按用途分类：加热器，预热器，过热器，蒸发器 三、按结构分类：浮头式换热器，固定管板式换热器，U形管板换热器，板式换热器等 此设计要求是将进料温度都为297.99K的MN（亚硝酸甲酯）和CO （一氧化碳）加热到出口温度为473K，因此我们经过调查研究，综合比较之后选择了管壳式(又称列管式) 换热器。管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。 1.3换热器的用途 换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。进行换热的
换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。 换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。 换热器的发展已经有近百年的历史，被广泛应用在石油、化、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域。 进入80 年代以来，由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。按照制造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。 目前在发达的工业国家热回收率已达96 % ,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的35 %～40 %。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势, 约70 %。其余30 %为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备, 其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化, 并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技术、强化传热技 术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。 管壳式换热器： 管壳式换热器又称为列管式换热器，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，结构一般由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位，虽然它在换热效率、结构紧凑性和金属材料消耗等方面不如其它新型换热设备，但它具有结构坚固，操作弹性大，适应性强，可靠程度高，选材范围广，处理能力大，能承受高温高压等特点，所以在工程中仍得到广泛应用。以下是几种常见的管壳式强化换热器。 螺旋槽管换热器，横纹管换热器，螺旋扁管换热器，螺旋扭曲管换热器，波纹管换热器，内翅片管换热器，缩放管换热器，波节管管