本科毕业设计开题报告

大学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称: 裂解气冷却器设计

学院（系）:

年级专业

学生姓名

指导教师:

完成日期：

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

裂解气是由原油、重油或轻油裂解所生成的气体。主要成分是低分子量的烯烃和烷烃。经化学加工可得各种有机化工原料，也可直接作气体燃料。在国民经济生活生产中具有重要的作用。冷却器是换热器的一类，用以冷却流体。管壳式换热器是目前应用最广泛的一种换热设备。其突出的优点是：单位体积设备所能提供的传热面积较大，结构坚固，尤其适合在高温、高压、大型装置中应用。主要有固定管板式、浮头式、U形管式等结构形式[1]。

国内对于换热器的研究起步比较晚、经验比较少。对各型换热器的强化换热技术的研究主要集中在换热器各部件的参数优化以及内流体流态的变化[2]。近年由于制造技术、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[3]。杭州华东化工装备有限公司研制的新型高效螺旋折流板换热器——全封闭流道连续型无中心管螺旋折流板换热器在应用后传热效率较之前提高了79.8%[4]。此外从板式换热器改进而来的新型微板点波换热器，在压力损失、整体传热系数、可靠性和经济性方面有很大的提高[5]。在强化传热方面，主动技术（主要有机械方法、表面振动、流体振动、电磁场、引射、虹吸等技术）大多处于试验阶段；被动技术（主要有表面延伸、表面处理、粗糙表面、产生涡旋流、改变表面张力及流体添加剂等技术）的许多方法已经广泛应用到工业应用中。我国在被动技术研究上也取得了较大的成绩[6]。

国外在换热器研究方面侧重点各不相同。总的来说在换热器的处理表面、位移强化、漩涡流、表面张力、多孔结构、诱导流等方面都有比较深入的研究[1]。在研究方法上面，现在更多的是采用分析设计的方法。分析设计是近代发展的一门新兴学科，美国ANSYS软件技术一直处于国际领先技术，通过分析设计可以得到流体的流动分布场，也可以将温度场模拟出来，这无疑给流路分析法技术带来发展，同时也给常规强度计算带来更准确、更便捷的手段。在超常规强度计算中，可模拟出应力的分布图，使常规方法无法得到的计算结果能更方便、快捷、准确地得到，使换热器更加安全可靠。这一技术随着计算机应用的发展，将带来技术水平的飞跃。将会逐步取代强度试验，摆脱实验室繁重的劳动强度[12]。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

本课题研究的主要内容为：

1．工艺计算：裂解气流量276526kg/h，操作压力3.761Mpa，进口温度138.9℃，出口温度为70℃，冷却介质为循环水，循环水初始温度为32℃，流量为445200kg/h，操作压力为0.45Mpa。按此条件设计冷却器。

2．进行换热器的结构设计，进行各主要构件的强度计算。

3．编制设计计算说明书，字数20千字以上，外文资料翻译3千字以上，设计图纸绘图量6A1以上。

拟通过本课题，加强对换热器的了解，有更加深入的认识，并结合相关报道融入较为先进的设计理念，从而提高整体的换热效率。

三、研究步骤、方法及措施

1．通过参考文献书籍了解管壳式换热器的发展及现状以及近年的研究动态，进一步深入了解管壳式换热器设计方面的知识，以及换热器常见的腐蚀、结垢等问题

2．工艺计算：

(1) 根据流体种类、冷却介质流量、进出口温度等计算传递热量

(2) 选择换热器材料并根据介质特性等因素选择换热器类型

(3) 确定参与换热的两种流体的流向,

(4) 根据经验初选传热系数K,估算传热面积

(5) 根据传热面积，初步确定换热器的基本参数（管径、管程数、管子排列方式等）

(6) 进行传热系数的校核和阻力降的计算，确定换热器类型并进行机械设

计

3．机械设计

(1) 壳体和管箱壁厚的计算

(2) 管子与管板以及壳体与管板连接结构设计

(3) 管板厚度计算

(4) 折流板、支持板等零部件的结构设计

(5) 换热管与壳体在温差和流体压力联合作用下的应力计算并进行稳定 2

性校核

(6) 接管、接管法兰、容器法兰、支座等的选择及开孔补强设计

4．最后完成绘图任务并编写说明书

四、研究工作进度

1．第1—3周检索相关技术资料，熟悉毕业课题，完成外文资料翻译。

2．第4—7周完成初步方案设计，进行工艺计算和强度计算。

3．第8—11周完成换热器的总体结构设计，绘制设备总图。

4．第12—14周绘制换热器的零部件图。

5．第15—16周撰写设计说明书，并答辩。

五、主要参考文献

1 陆璐. 换热器的研究现状及发展. 产业与科技论坛, 2011, 10（2）: 49～50 2 汪波, 茅靳丰, 耿世彬等. 国内换热器的研究现状与展望. 制冷与空调, 2010, 24（5）: 61～65

3 张海龙. 管壳式换热器的研究与进展. 化工进展, 2006, 25（5）: 57～61 4 伍肇梅, 黄余分, 胡伟, 魏文建. 一种新型板式换热器. 制冷与空调,2011, 11（4）: 100～102

5 张兴刚. 管壳式换热器升级换代. 石油和化工设备, 2011（14）: 34

6 王丰华. 管壳式换热器强化传热技术进展. 硫酸工业, 2009（2）:13～17 7 解小銮. 管壳式换热器设计的几个问题. 石油和化工设备, 2011, 14（6）: 23～24

8 李其伦. 循环水冷却器泄漏的原因和查漏方法. 化工机械, 2010, 38（2）: 165～166

9 王海波, 张峥, 张一钧. 变换气／循环水冷却器失效分析. 石油化工设备, 2011, 40（4）: 95～96

10 孙兵. 蒸发式空气冷却机组中蒸发冷却器的设计. 机械工程师, 2011, 10

（3）: 58～60

11 王超. 冷凝冷却器腐蚀原因分析及防腐对策. 石化技术, 2009, 16（2）: 27～33

12 张文林等. 管壳式换热器设计和运行中存在的问题分析. 河北工业大学 3

成人教育学院学报, 2006, 21（4）: 22～24

13 S. Sun, M. Brandt, M. S. Dargusch. Machining Ti-6Al-4V alloy with cryogenic compressed air cooling. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2011(50): 933~942

14 Vishal S. Sharma, ManuDogra, N. M. Suri. Cooling techniques for improved productivity in turning. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2009(49): 435~453

15 A. Fouda, Z. Melikyan. A simplified model for analysis of heat and mass transfer in a direct evaporative cooler. Applied Thermal Engineering, 2011(31): 932~936

六、指导教师意见

指导教师签字：

年月日

七、系级教学单位审核意见：

审查结果： □ 通过 □ 完善后通过 □ 未通过

负责人签字：

年月日