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课题介绍换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%[1]。近年随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。目前，在换热器设备中，使用量最大的是管壳式换热器，约占换热器设备量的70%。管式换热器是一种传统的标准换热设备而在许多工业部门得到保证。特点是适应性强、清洗方便、生产成本低、选材广。材料为低碳钢、低合金钢以及不锈钢[2]。本课题的研究的换热器本课题所设计的换热器是针对给定的设计参数，按照相关规定的要求，通过总体方案确定、物性参数确定、热力计算、阻力计算、细部结构（接管，折流板，法兰和管箱等）的设计、强度校核等设计换热器产品。23311
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2 课题研究的意义
2.1 选择浮头式换热器的目的
浮头式换热器属于管壳式换热器的范畴，管壳式换热器仍然是当今应用最广泛的换热设备，其可靠性和可能性已被充分证明。特别是在较高的参数的工况条件下，管壳式更显示其独有的长处。浮头式换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。论文网
2.2 设计焦炉气再预热器的价值
对于中、小型焦化企业，焦炉气量相对比较小，采用焦炉气生产低温分离生产LNG联产氢气技术将膜分离提取氢气技术和低温分离技术相结合，对焦炉气中的有用组份甲烷和氢气分别利用，不但节省了转化设备和空分设备的投资，而且还提高了焦炉气的综合利用率。随着氢气产业的不断发展也可以考虑生产液氢产品。此项技术不但为中小焦炉气综合利用找到了出路，还有如下优点：（1）将焦炉气中的甲烷和氢气分别加以利用，装置省去了转化工序、省去了空分设备，投资相对较小。（2）产品有竞争力。采用焦炉气作为原料气生产LNG，动力由副产物氢气燃烧提供，生产能耗低，并且原料气价格便宜，多余的氢气还可以用于其他装置原料，相对于传统的LNG装置有优势。（3）装置的氮气循环制冷系统相对独立，装置操作弹性非常大，基本不受上游气量大小的影响，当焦炭市场行情好的情况下可以高负荷生产，当焦炭市场行情不好时，也可低负荷运行[3]。从技术实现角度看，焦炉气制天然气更为节能减排；从国家政策角度看，焦炉气利用产业开放，实现了节能减排和废气再利用。焦炉气转天然气流程短、投资少、成本低，其工艺特点是焦炉气制甲醇逆反应，其利用焦炉气CO、CO2，在催化剂作用下，CO转化率100%，CO2转化率90%，其反应是放热反应，副产蒸汽。甲烷化技术已突破，该项目投资是煤制同规模合成天然气的1/5，而且大部分地区都具备天然气入网条件[4]。由于焦炉气富含氢气、甲烷与CO、CO2，因此焦炉气作为化工原料主要用于制备氢气、合成氨和甲醇。焦炉气制合成氨先要得到氢气，再进行氨的合成，因此焦炉气制合成氨和氢气的关键工艺是一致的[5]。氢气是公认的清洁能源，所以设计一个焦炉气再预热器把焦炉气为原料方便地提取氢气等其它气体，这是非常好的节能方法。毕业论文
3 目前国内外换热器的研究进展与主要成果
3.1 目前国内外浮头式换热器技术的研究进展与主要成果
3.1.1 目前国内浮头式换热器技术的研究进展与主要成果
管壳式换热器是一个量大而品种繁多的产品，由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻，迫切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料[6]。管壳式换热器领域，我国生产企业众多，且规模都较小。1963年抚顺机械设备制造有限公司按照美国TEMA标准制造出中国第一台管壳式换热器。之后，兰州石油机械研究所首次引进德国斯密特（Schmidt）换热器技术，原四平换热器总厂引进法国文卡勃（Vicarb）换热器技术，国内换热器行业在消化吸收国外技术的基础上，开始获得较快发展。最近几年，我国在大型管壳式换热器、大直径螺纹锁紧环高压换热器、高效节能板壳式换热器、大型板式空气预热器方面获得了重大突破。2008年8月，由中国石化集团上海工程公司与中国第一重型机械公司、兰州石油机械研究所、镇海炼化公司共同承担研制的镇海炼化百万吨/年乙烯项目-EO/EG装置大型管壳式换热器国产化研制通过技术鉴定，标志着我国在大型管壳式换热器领域获得了重大突破。该换热器是国内正在制造的首台换热面积超过10000m2的超大型管壳式换热器。尽管我国在部分重要换热器产品领域获得了突破，但我国换热器技术基础研究仍然薄弱。与国外先进水平相比较，我国换热器产业最大的技术差距在于换热器产品的基础研究和原理研究，尤其是缺乏介质物性数据，对于流场、温度场、流动状态等工作原理研究不足。在换热器制造上，我国目前还以仿制为主，虽然在整体制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片压制方面与发达国家还有一定的差距。在设计标准上，我国换热器设计标准和技术较为滞后。目前，我国的管壳式换热器标准的最大产品直径还仅停留在2.5米，而随着石油化工领域的大型化要求，目前对管壳式换热器直径已经达到4.5米甚至5米，超出了我国换热器设计标准范围，使得我国换热器设计企业不得不按照美国TEMA标准设计。更为严重的是，我国在大型专业化换热器设计软件方面严重滞后。目前我国在换热器设计过程中还不能实现虚拟制造、仿真制造，缺乏自主知识产权的大型专业计算软件。由于在换热器的相关工艺计算、传热计算和振动模型的计算方面缺少大型专业化软件支持，使得我国对设计出来的换热器产品无法准确预计其使用效果，这使得我国企业在换热器产品招标过程中处于不利地位[7]。目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究[8]，主要包括管程结构和壳程结构强化传热的发展。管程强化传热技术可归结为两个方面:改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。强化传热元件的开发必然会带来多种壳程、管程结构研究的进步。工业应用结果表明多种强化传热元件的研究成果是一个基础，可以根据不同的操作条件、不同的使用工况，组合成各类新型高效换热器，把高效传热管与新型管束支承结合起来进行试验研究已成为换热器今后发展的一个重要方向。