半水煤气变换气换热器设计开题报告(4)
3.3 自支撑结构图
4 课题研究的内容
本文的研究内容主要包括总体方案的确定，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）的设计以及强度校核等。具体根据换热任务进行热力计算，确定半水煤气，变换气两种流体在换热器中的流动途径，以及它们在换热器中两端的温度，然后进行定性温度的计算。根据两流体的温差和设计要求，确定列管换热器的型式，按照流体的性质选择换热器的材料，并确定换热器的基本尺寸和规格。再计算管、壳程的压降，检查计算结果是否合理或满足工艺要求。若不符合要求，要调整流速等参数，重新计算直至满足要求为止。再设计管板，折流板等，确定管程和折流挡板的间距。最后，进行强度校核。计算校核管板厚度，筒体轴向应力，管子拉脱力和轴向应力等，分析是否要加膨胀节并设计开孔补强和支座。
5 创新点及难点分析
5.1换热器膨胀节的计算
波形膨胀节作为一种良好的变形补偿元件，常应用于列管换热器上，能够明显降低由于换热管和壳程圆筒间热膨胀差所引起的管板应力、圆筒和换热管的轴向应力以及换热管与管板的拉脱力。
但是，传统的膨胀节在高温环境下，容易开裂。设计一种新型膨胀节，减少膨胀节管处的高温腐蚀，延长膨胀节的使用寿命，同时也保证了机组的生产能力和板带质量，提高了换热器的使用寿命。
其结构变化为：（1）在膨胀节内波纹管出增设导流筒，如此一来高温气体作用在导流筒上，减少管处高温腐蚀，提高膨胀节使用寿命。（2）将原来的膨胀节安装形式由对接形式，并在膨胀节两端均设置倒角，减少安装难度，且保证焊接质量，避免由于焊缝裂开而引起漏气现象。
5.2新型管子支撑结构
为使壳程支承结构简单，方便工程应用，提出了一种新型管束自支承结构。该结构将太阳棒针翅管或钉头管与变截面混合管束支承有机的结合在一起。常见的太阳棒针翅管需专门的支承结构，且压降较大。这种新型管子自支承结构结合变截面管管壳式换热器的设计构思，设计成一种钉头管-光管混合管束。考虑到管板的强度问题，钉头的长度可根据管壳式换热器的管间距来确定。计长度为0.25倍的光管直径。由于钉头的直径、纵向分布密度，均参考太阳棒针翅管的优化设计。而钉头的环向分布密度除了参考太阳棒针翅管的优化设计要求外， 还需考虑管束的布置方式等因素。
从强化传热角度看，各钉头在换热管上有规律的分布，构成诸多扰流元,破坏流体边界层起到强化传热作用。从自支承角度看，各钉头均匀分布在管束中，从各方向支承管子,使管子各段受力均匀，起到良好的支承和抗振作用。
5.1新型自支承型换热器管束图 5.2 钉头管截面图
6 工作进度
1月06日—2月23日：实习，查资料，写开题报告，翻译
2月24日—3月03日：完成开题报告和翻译
3月04日—3月14日：方案确定
3月15日—3月25日：工艺参数确定，热力和阻力计算
3月26日—4月15日：换热器整体结构设计
4月16日—4月29日：换热器细部结构等设计
4月30日—5月13日：画换热器及零部件图纸
5月14日—5月20日：整理说明书
5月21日—5月31日：准备答辩
6月01日—6月13日：答辩
参考文献
[1] 张子元，张学良. 换热器的配管. 天津科技. 2013，（1）：75-78.
[2] 吴文飞. 列管式换热器应力分析. 化学工程与装备. 2011，（4）：91-92.
[3] 冯国红，曹艳芝，郝红. 管壳式换热器的研究进展. 化工技术与发展. 2009，38（6）：41-45.
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