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2.1国内情况
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。
[5]近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。
钛对海水、氯碱、醋酸等有较好的抗腐蚀能力，如再强化传热，效果将更好，目前一些制造单位已较好的掌握了钛材的加工制造技术。
对材料的喷涂，我国已从国外引进生产线。
铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意。
近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。
换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。
根据国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要，“十一五”期间我国经济增长将保持年均7.5％的速度。
而石化及钢铁作为支柱型产业，将继续保持快速发展的势头，预计201X年钢铁工业总产值将超过5000亿元，化工行业总产值将突破4000亿元。
这些行业的发展都将为换热器行业提供更加广阔的发展空间。
未来，国内市场需求将呈现以下特点：
对产品质量水平提出了更高的要求，如环保、节能型产品将是今后发展的重点；
要求产品性价比提高；
对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈；
逐渐注意品牌产品的选用；
大工程项目青睐大企业或企业集团产品。
据统计，在一般石油化工企业中，换热器的投资占全部投资的40﹪—50﹪；
在现代石油化工企业中约占30﹪—40﹪；
在热电厂中，如果把锅炉也作为换热设备，换热器的投资约占整个电厂总投资的70﹪；
在制冷机中，蒸发器的质量要占制冷机总质量的30﹪—40﹪，其动力消耗约占总值的20﹪—30﹪。
由此可见，换热器的合理设计和良好运行对企业节约资金、能源和空间都十分重要。
提高换热器传热性能并减小其体积，在能源日趋短缺的今天更是具有明显的经济效益和社会效益。
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2.2国外情况
对国外换热器市场的调查表明，管壳式换热器占64%。
虽然各种板式换热器的竞争力在上升，但管壳式换热器仍将占主导地位。
随着动力、石油化工工业的发展，其设备也继续向着高温、高压、大型化方向发展。
而换热器在结构方面也有不少新的发展。
螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国ABB公司提出的。
其基本原理为:
将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。
相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。
每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。
在气—水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少30%-40%的传热面积节省材料20%-30%。
相对于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混现象、卡门涡街从而提高有效传热温差防止流动诱导振动;
在相同流速时壳程流动压降小;
基本不存在震动与传热死区不易结垢。
对于低雷诺数下的传热螺旋折流板效果更为突出。
换热器广泛地应用在工农业各个领域，在炼油、化工装置中换热器占总设备量和设备投资的40%左右。
在换热器设备中，因管壳式换热器具有结构坚固、可靠性高、适应性大、材料范围广等优。
市场供需关系是影响市场变化的主要因素，在激烈地市场竞争中，企业及投资人能否全面准确地了解自己以及所处的环境，做出适时有效的市场决策是制胜的关键。
市场供需情况就是为了解行情、分析环境提供依据，是企业了解市场和把握发展方向的重要手段，是辅助企业决策的重要工具。
除了一些新材料新型换热设备外管壳式换热器需求量依然很大，因此近一步发展管壳式换热器将会前途远大。
[10][11][12][13]
3.课题的主要工作
本台设计的换热器是一台BEM700汽-水换热器，主要完成冷却水—水蒸气的热量交换，设计压力为管程1.0MPa，壳程压力为1.0MPa，管程冷却水进，出口温度分别为80oC和95oC，流量G2=201X0Kg/h。
壳程水蒸气进、出口温度分别为170oC和100oC，运用所学的知识，独立解决设计中碰到的以下问题：
（1）设计方案简介
对给定或选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要论述。
（2）根据原始数据进行工艺计算
物料衡算、热量衡算、工艺参数的选定、设备的结构设计和工艺尺寸的设计计算。
（3）主要受压元件强度计算
计算热交换器各部件尤其受压部件（如壳体）的应力大小，检查其强度是否在允许范围内。
在考虑强度时，应该尽量采用中国生产的标准材料和部件，按照国家压力容器安全技术规定进行计算或核算。
（4）计算机绘图及说明书的编写
利用AutoCAD软件绘制出固定管壳式换热器的装配图及各个零件图，并编写说明书。
4.完成课题所需的条件
U形管换热器、压力表、温度表、计算机、CAD软件，《钢制压力容器》、《钢制管壳式换热器》、《压力容器法兰》、《管壳是换热器》、《管壳是换热器原理与设计》等参考资料。
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5.课题的进度安排
第1-2周：
搜索文献资料，完成外文翻译
第3-4周：
完成开题报告
第5-6周：
查询各方面资料，熟悉课题，对课题形成直观的了解，实地考察搜集资料
第7-8周：
整理资料，对设计中可能用到的软件进行熟悉，查找相关专业资料
第9-10周：
初步设定设计方案，通过反复比较验证从中并选择最优方案
第11-12周：
初步进行设计，结合专业资料，反复论证设计的合理性，依据设计步骤绘制简图等
第13-14周：
论文初稿提交指导老师审阅
篇二：
换热器毕业设计开题报告
生毕业论文（设计）开题报告表
说明：
1、论文（设计）类型：
A—理论研究；
B—应用研究；
C—设计等；
2、论文（设计）来源：
指来源于科研项目、生产/社会实际、教师选题或其他（学生自拟）等；
3、各项栏目空格不够，可自行扩大。
篇三：
换热器开题报告正文
一、选题的依据及意义：
换热器的基建投资在一般化工、石化企业中约占设备总投资的20%，其中固定管板
式换热器约占换热器的70%。
固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳
的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。
当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。
特点：
结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物
料。
固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。
固定管板换热
器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热器的长度设置了若干块折流板。
这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。
固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳
程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。
壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。
当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。
本课题所设计的冷却器属于固定管板换热器，是针对给定的设计参数，按照相关规
定的要求，通过壁厚计算和强度校核等，设计固定管板式换热器产品。
熟悉压力容器设计的基本要求，掌握固定管板式换热器的常规设计方法，把所学的知识应用到实际的工程设计中区，为以后的工作和学习打下扎实的基础。
二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：
2.1换热器的概念及意义
在化工生产中为了实现物料之间能量传递过程在、需要一种传热设备。
这种设
备统称为换热器。
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。
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流体传递到温度较低的流体，以满足工艺上的需要。
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。
换热器在化工生产中，有时作为一个单独的化工设备，有时作为某一工艺设备的组成部分，因此换热器在化工生产中应用是十分广泛的，任何化工生产中，无论是国内还是国外，它在生产中都占有主导地位。
2.2管壳式换热器结构
由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。
壳体多为圆筒形，
内部装有管束，管束两端固定在管板上。
进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；
另一种在管外流动，称为壳程流体。
为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。
挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。
换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。
等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；
正方形排列的管壳式换热器则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。
流体每通过管束一次称为一个管程；
每通过壳体一次称为一个壳程。
图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。
为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。
这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。
同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。
多管程与多壳程可配合应用。
由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。
如果两温度
相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。
因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。
根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：
（1）固定管板式换热器管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于
冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。
当温度差稍大而壳程压
力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。
（2）浮头式换热器管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;
且整个管束
可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。
浮头式换热器的应用较广，但结构比较复
杂，造价较高。
（3）U型管换热器每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。
此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头
式简单，但管程不易清洗。
非金属材料换热器化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用陶瓷、玻璃、聚
四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。
其中以碳化硅为主要材质的陶瓷换热器具有以下特点：
陶瓷换热器的生产工艺与窑具的生产工艺基本相同，导热性与抗氧化性能是材料的主要应用性能。
它的原理是把陶瓷换热器放置在烟道出口较近，温度较高的地方，不需要掺冷风及高温保护，当窑炉温度1250-1450℃时，烟道出口的温度应是1000-1300℃，陶瓷换热器回收余热可达到450-750℃，将回收到的的热空气送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，可节约能源25%－45%，这样直接降低生产成本，增加经济效
益。
陶瓷换热器在金属换热器的使用局限下得到了很好的发展，因为它较好地解决了
耐腐蚀，耐高温等课题，成为了回收高温余热的最佳换热器。
经过多年生产实践，表明陶瓷换热器效果很好。
它的主要优点是：
导热性能好，高温强度高，抗氧化、抗热震性能好。
寿命长，维修量小，性能可靠稳定，操作简便。
是目前回收高温烟气余热的最佳装置。
目前，陶瓷换热器可以用于冶金、有色、耐材、化工、建材等行业主要热工窑炉，正在为世界的节能减排事业作出了巨大的贡献。
流道的选择：
进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：
①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；
②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；
③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；
④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；
⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳
程，以减小热应力。
操作强化：
当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。
如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。
如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。
1、主要控制参数
管壳式换热器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒参数等。
2、选用要点
1）、根据已知冷、热流体的流量，初、终温度及流体的比热容决定所需的换热面
积。
初步估计换热面积，一般先假定传热系数，确定换热器构造，再校核传热系数K值。
2）、选用换热器时应注意压力等级，使用温度，接口的连接条件。
在压力降，安装条件允许的前提下，管壳式换热器以选用直径小的加长型，有利于提高换热量。
3）、换热器的压力降不宜过大，一般控制在0.01～0.05MPa之间；
4）、流速大小应考虑流体黏度，黏度大的流速应小于0.5～1.0m/s；
一般流体管内的流速宜取0.4～1.0m/s；
易结垢的流体宜取0.8～1.2m/s。
5）、高温水进入换热器前宜设过滤器。
6）、热交换站中热交换器的单台处理和配置台数组合结果应满足热交换站的总供热负荷及调节的要求。
在满足用户热负荷调节要求的前提下，同一个供热系数中的换热器台数不宜少于2台，不宜多于5台。
2.3换热器的发展历史
二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。
以板式管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为各种形式。
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翘式换热器，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，人们对新型材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。
从此，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。
混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。
由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。
例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。
蓄热式换热器是利用冷、热流体交替经蓄热室中的蓄热体（填料）表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。
这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。
以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。
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。
间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。
管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等：
板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翘式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；
其他型式换热器是为满足某些特殊要求面设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。
换热器中流体的相对流向一般有顺流和逆流两种。
顺流时，入口处两流体的温差最大，并沿传热表面逐渐减小，至出口处温差为最小。
逆流时，沿传热表面两流体的温度分布较均匀。
在冷、热流体的进出口温度一定的条件下，当两种流体都无相变时，以逆流的平均温差最大顺流最小。
在完成同样传热量的条件下，采用逆流可使平均温差增大，换热器的传热面积减小；
若传热面积不变，采用逆流时可使加热或冷却流体的消耗量降低。
前者可节省设备费，
后者可节省操作费，故在设计或生产使用中应尽量采用逆流换热。
当冷、热流体两者或其中一种有物相变化（沸腾或冷凝）时，由于相变时只放出或吸收气化潜热，流体本身的温度并无变化，因此流体的进出口温度相等，这时两流体的温差就与流体的流向选择无关了。
除顺流和逆流这两种流向外，还有错流和折流等流向。
在传热过程中，降低间壁式换热器中的热阻，以提高传热系数是一个重要的问题。
热阻主要来源于间壁两侧粘滞于传热面上的流体薄层（称为边界层），和换热器使用中在壁两侧形成的污垢层，金属壁的热阻相对较小。
增加流体的流速和扰动性，可减薄边界层，降低热阻提高给热系数。
但增加流体流速会使能量消耗增加，故设计时应在减小热阻和降低能耗之间作合理的协调。
为了降低污垢的热阻，可设法延缓污垢的形成，并定期清洗传热面。
一般换热器都有金属材料制成，其中碳素钢和低合金钢大多用于制造中、低压换热器；
不锈钢除主要用于不同的耐腐蚀条件外，奥氏体不锈钢还可作为耐高、低温的材料；
铜、铝及其合金多用于制造低温换热器；
镍合金则用于高温条件下；
非金属材料除制作换热器等。
2.4国内外研究现状及发展趋势
2.4.1国内外的状况
近年来，我国在发展不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料等方面都有不同程度的进展，其中尤以钛材发展较快。
铝镁合金具有较高的抗腐蚀性和导热性，价格比钛材便宜，应予注意[5]。
据统计，在一般石油化工企业中，换热器的投资占全部投资的40﹪-50﹪；
在现代
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