紧凑绕管式换热器的优化设计
螺旋缠绕管式换热器的设计要点
工艺与设备化 工 设 计 通 讯Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications·87·第44卷第7期2018年7月1 螺旋缠绕管式换热器应用分析从装置应用实际情况来说，在煤化工和其他领域中，以不同的结构形式，被广泛的应用。
以LNG 系列螺旋缠绕管式换热器为例，其类型主要如下：①一级制冷四股流缠绕管式换热器；②二级制冷三股流缠绕管式换热器；③三级制冷两股流缠绕管式换热器等。
此类换热器的应用涉及到多个过程，比如低温混合制冷剂、多股流回热换热过程等，设计计算复杂，缺少通用技术标准以及换热工艺设计计算法等，受到工艺流程或者物性参数等因素的影响，因此难以标准化。
2 螺旋缠绕管式换热器的基本结构常规的单股流螺旋缠绕管的基本结构如图1所示，它主要由1-管程壳体；2-管板；3-壳程筒体；4-螺旋管束组成。
它的螺旋管束是由数根外径φ8mm~φ12mm 的换热管根据一定角度正向反向缠绕而成。
1234图1 螺旋缠绕管换热器的基本结构3 螺旋缠绕管式换热器设计要点3.1 做好力学分析在机械设计中，为保证其使用性能，必须要做好力学分析，包括刚性力学分析和弹性力学分析，进而优化设计。
在进行分析的过程中，主要采用的计算方法包括雷诺数计算法以及普朗特数计算等。
基于力学原理，采用对数平均值法以及体积分率法等进行力学分析。
采用单元模型流场数值模拟分析法可确定其在物理参数，简化计算过程获得管束模型以及结构参数。
采用迭代计算法，结合运用数值模拟计算结果，利用计算机进行设计结果优化，进而保证计算的准确性。
3.2 立足于实际在进行螺旋缠绕管式换热器设计时，要考虑到后期加工制作和使用需求。
多数螺旋缠绕管式换热器的换热管和管板的连接采用强度焊的方法。
因为焊接的质量直接影响着换热器使用性能和寿命，所以在设计和制造环节，需要做好壳程部分的优化设计，通过压力试验或者渗漏试验等，检查接头的致密性以及强度。
应用遗传算法优化设计紧凑式换热器
应用遗传算法优化设计紧凑式换热器
崔永正;任禾盛;郝桂梅
【期刊名称】《动力工程学报》
【年(卷),期】2008(028)005
【摘要】应用遗传算法对锯齿型板翅式换热器的结构进行了优化设计.以预定的传热量、两侧压降、体积等设计要求为适应度函数,通过对设计变量构成的种群个体进行适应度评估以及选择、交叉、变异等遗传操作,得到符合设计约束的换热器最优结构参数(如翅高、翅长、间距,以及长、宽、高等).此外,对10次计算得到的设计参数进行了统计分析.结果表明:相关结构参数的不确定度很小,应用遗传算法可以快速方便地对紧凑式换热器的几何结构参数作出符合设计要求的选择.
【总页数】5页(P739-743)
【作者】崔永正;任禾盛;郝桂梅
【作者单位】上海理工大学,动力工程学院,上海,200093;上海理工大学,动力工程学院,上海,200093;上海理工大学,动力工程学院,上海,200093
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.基于遗传算法的管壳式换热器的优化设计 [J], 沈杨
2.紧凑型板壳式换热器导流结构优化设计 [J], 刘敏珊;孙爱芳;董其伍
3.应用遗传算法优化设计管壳式换热器 [J], 蒲星星;刘尚明;蒋洪德
4.应用遗传算法优化设计200 MW多头螺旋管式换热器 [J], 周云龙;董利利;李书芳
5.应用遗传算法优化设计板翅式换热器 [J], 张丽娜;杨春信;王安良
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绕管式换热器的布置及管道设计方案研究
绕管式换热器的布置及管道设计方案研究摘要：换热器设备在化工装置当中的应用是十分广泛的。
在整个工程当中，换热器的数量以及投入的资金都占据着非常大的比例。
并且在整个工程当中也占有着一个十分重要的地位。
绕管式换热器能够适应非常大的温度区间，并且是一种高效紧凑的换热器，能够承受住热量的冲击，并且这种换热器的自身也带有消除热应力的能力。
因此绕管式换热器具有节能环保的特点，近些年来绕管式换热器应用的越来越广泛。
关键词：绕管式；换热器，管道设计换热器可以在工业生产当中完成物料之间热量的传递。
换热器是一种通用的工艺设备，在许多领域当中都广泛应用，比方说化工，炼油和原子能等等。
换热器在化工以及炼油等工业产业当中的应用是非常重要的。
换热器在化工厂的建设投资比重当中，可以占到总投资的10%到20%。
在石油炼厂当中的占投资比例更是高，可以占到全部工艺设备投资的35%到40%。
绕管式换热器属于间壁式管式换热器。
这是从传热原理上进行区分的。
因为管式换热器具有耐高压的性能，而绕管式换热器也具有同样的性能。
不仅如此，绕管式换热器的结构比较紧凑，传热效率也比较高。
绕管式换热器的传热管是非常长的，可以达到50到60米，甚至有一些更长的可以达到150到160米。
这种换热器特别适合应用在低温下的气体分离装置当中，比方说空气分离装置，稀有气体分离装置等等。
一、绕管式换热器的特点和应用对于一些普通的换热器来说，绕管式换热器是有其独特的优势的，绕管式换热器的构成比较特殊。
传热器是按照螺旋的形式交替缠绕在芯筒和外筒之间的空间内的。
绕管式换热器是不存在流动死区的，并且这种换热器的应用范围比较广。
它能适用的温度区间也比较大。
面对热冲击的能力也是非常强的，可以利用自身的特点来消除热应力，紧凑度也比较高。
绕管式换热器和普通换热器还有一个最大的特点。
就是绕管式换热器可以设置多股管，这样一台换热器就可以满足多股流体的同时换热。
正是由于绕管式换热器的这样的特点，现在绕管式换热器在化工装置当中应用的越来越广泛，并且占有了非常重要的位置。
缠绕管式换热器介绍
降低成本
在满足性能要求的前提下，通过优化设计降 低制造成本和维护成本。
提高可靠性
通过优化设计，提高换热器的可靠性和使用 寿命。
计算流体动力学分析
流体动力学分析
利用计算流体动力学（CFD）技术，对流体的流动状态、传热过程和 流动阻力等进行模拟和分析。
缠绕管式换热器介绍
contents
目录
• 缠绕管式换热器概述 • 缠绕管式换热器的结构与材料 • 缠绕管式换热器的性能特点 • 缠绕管式换热器的设计与优化 • 缠绕管式换热器的安装与维护 • 缠绕管式换热器的发展趋势与展望
01
缠绕管式换热器概述
定义与特点
高效换热
由于管子采用螺旋缠绕方式，使 得冷热流体在管内外流动时能够 形成较大的温差，从而提高换热 效率。
优化流道设计
根据CFD分析结果，优化流道设计，改善流体流动状态，提高换热效 率。
性能预测
通过CFD分析，预测换热器的性能，为后续优化提供参考。
实验验证
将CFD分析结果与实验数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。
05
缠绕管式换热器的安装 与维护
安装注意事项
安装前应检查设备是 否完好无损，确保所 有部件符合要求。
定义
缠绕管式换热器是一种通过将管 子螺旋缠绕在芯棒上，再通过外 部固定圈进行固定的换热设备。
紧凑结构
由于管子紧密缠绕，使得换热器 体积较小，便于安装和维护。
耐高压
由于结构紧凑和管子较细，使得 换热器能够承受较高的压力。
适应性强
适用于各种不同的流体和温度条 件，可根据实际需求进行定制。
工作原理
01
冷热流体在管内外流动，通过 管壁进行热量交换。
管式换热器的优化设计
30613 305618 49613 1161912 1739317 17210
26717 202919 39712 347213 779312 16210
35516 272217 57111 489719 3284416 11910
Ds (m) 面积余量 ( %)
0160
0146
39
0151
0138
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pipe space and the pipe outer diameter , as optimization criterion. By taking the early investment and annual running charge as objective function for optimum seeking , and by means of computers , complicated calculation is avoided. The values obtained from the optimum calculation are compared with that from the conventional calculation , and the result shows that , by means of the optimum design , under the given restrains , the pipe heat exchanger can operate well with a reduction of over 25 % heat transfer area.
绕管式换热器的布置及管道设计
２．１ 吊装孔的设置
绕管式换热器在框架内布置时，利用设备支耳支撑于框架 内结构梁，固在布 置 绕 管 式 换 热 器 的 时 候，需 要 考 虑 吊 装 孔 的 设置，在确定吊装孔大小的时候不但要考虑绕管式换热器筒体 的直径，更需要考 虑 侧 面 支 耳 及 管 口 的 伸 出 长 度 尺 寸，保 证 绕 管式换热器的可施工性，能够顺利完成设备吊装。
在确定支撑高度 后，再 根 据 绕 管 式 换 热 器 管 口 所 在 标 高， 预留足够的配管 空 间，确 定 其 他 框 架 平 台 的 标 高，使 其 管 口 及 管道与框架平台不碰撞。
以某酸性气体脱除装置原料气冷却器（图 ３）的布置举例，
收稿日期：２０１９－０５－０６ 作者简介：庞鑫健，工程师，２００９年毕业于江苏工业学院，就业于中石化宁波工程有限公司，从事化工装置布置及管道设计工 作，重点在于煤化工及深冷领域的工程设计。
绕管式换热器常为多管口设置，且相应管道的配管还应尽 量做到分流均布，以 便 于 多 股 换 热 更 加 均 匀，固 其 配 管 所 需 要 的空间相对比较大，所以在布置的时候就要一并考虑配管空间 的预留。常见配管方式主要分为对中均布（图 ５）及逐级分流 （图 ６），其主要原则是管道设计过程中，使得多管口的分支管线 尽量满足走向相 似 或 阻 力 降 相 当，以 达 到 分 流 均 布 的 目 的，使 得换热效果更加均匀。
其次需要考虑绕管式换热器换热管检修的要求，绕管式换 热器在立式布置于框架内的时候，其框架上部不宜再布置其他 设备，给绕管式换热器顶部预留吊装空间，见图 ２。
图 １ 常见绕管式换热器形式
Байду номын сангаас
图 ２ 绕管式换热器的可施工性
２．２ 支撑层的布置
缠绕管式换热器介绍
冷热流体通过 缠绕管内壁进
行热交换
热量通过管壁 和缠绕的波纹
板传递
冷热流体在管 间流动，实现
热量交换
热量通过管壁 和波纹板传递 给管外的冷却 水或加热介质
高效传热：缠绕管式换 热器采用独特的管内管 外缠绕结构，有效增加 换热面积，提高传热效 率。
耐高温高压：材料选 择优良，能够承受高 温高压的工况，保证 设备长期稳定运行。
解决方案：检查密封件和连接处，及时修复泄漏问题。
解决方案：检查换热器内部是否有堵塞或结垢，及时清理并进行调整。
汇报人：XX
核能发电：用于冷却反应堆，提高发电效率 火电发电：用于冷却锅炉，提高发电效率 风电发电：用于冷却涡轮机，提高发电效率 太阳能发电：用于冷却吸热器，提高发电效率
制药行业：用于 药品生产和加工 过程中的加热、 冷却和蒸发等工 艺流程，提高生 产效率和产品质 量。
化工行业：用于 各种化学反应过 程中的热交换， 如聚合、裂解、 蒸馏等，同时能 够承受各种腐蚀 性介质。
利用效率
海水淡化：用 于大规模海水 淡化工厂的换
热
PART FOUR
传热效率：选择传 热效率高的换热器， 以满足工艺要求。
耐腐蚀性：根据工 艺介质的腐蚀性选 择耐腐蚀的材料。
机械强度：考虑换 热器的机械强度， 以确保其稳定性和 安全性。
经济性：在满足工 艺要求的前提下， 选择价格合理的换 热器。
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
外部壳体：提供稳定的支撑和 保护，防止外部环境对换热器 的干扰
缠绕管：由多个薄壁金属管 绕成，用于热量交换
紧凑热交换器优化设计
紧凑热交换器优化设计
余小章;俞勤芳
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】1994(026)004
【摘要】对各种传热表面的板翅式紧凑热交换器进行了优化设计计算，建立了通用优化程序系统。
此程序既适用于一般地面热交换器，也适用于飞机空调中的热交换器。
与传统的设计计算相比较，优化设计的效果很好。
热交换优化后，肋片的形状变得更加合理，芯体传热表面更加紧。
通过各种肋片的计算得出，条状肋片为板翅式肋片中的最佳者。
【总页数】6页(P489-494)
【作者】余小章;俞勤芳
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】V245.34
【相关文献】
1.小巧紧凑的热交换器——一种新型的、紧凑而耐用的热交换器解决了在恶劣的海洋环境中加热石油的问题
2.热交换器式热量表中热交换器的优化设计研究
3.紧凑热交换器的优化设计探究
4.高效紧凑式热交换器的计算机辅助设计——优化设计自动制图一体化
5.Holmak公司：高效紧凑壳管式热交换器
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管壳式换热器的优化设计
管壳式换热器的优化设计作者：宋航斌来源：《科学与财富》2016年第28期摘要：热交换器是进行热量交换的高效设备，在许多行业中都有广泛的应用，在实际应用中间壁式换热器的应用最为广泛。
管壳式换热器具有结构简单，使用寿命长，工作范围广，应用材料广泛等特点，管壳式换热器在石油化工行业等高温高压大型换热设备中应用比较广泛。
本论文对散热器进行整体优化设计。
关键词：管壳式换热器优化设计1.流体在热交换器内流动空间的选择在合理设计时必须选出壳程流体和管程流体，在选择时要遵循以下几项原则：（1）换热系数受到限制的那一侧必须采取有效地加强换热的措施，才会使传热面两侧的传热条件相接近。
（2）以节省原材料为原则尽量提高经济性，特别是贵重部件，以降低制造成本。
（3）结构要合理，以便进行清洗积垢，保证运行的可靠性。
（4）当热交换器处于高温时应尽量减小热损失。
（5）尽量减少壳体和管子之间的温差热应力，简化整体结构。
（6）工作条件需要高压时，应尽量使密封简单可靠。
（7）流体流动时，应保证便于流体的流入、分配和排出。
符合以上原则的管程流动流体的合理情况有：容积流量小的流体；不清洁、易结垢的流体；压力高的流体；有腐蚀性的流体；高温流体或是低温流体在装置中流动。
在壳程流动流体的合理情况有：容积流量大的流体；刚性结构热交换器换热系数大的流体；饱和蒸汽。
在实际的设计过程中以上原则之间总会存在一定的矛盾，在优化设计时要充分考虑到经济性、实用性和合理性。
2. 流体温度和终温的确定当流体流动方式和换热面积最终确定时，流体的终温可由平均温差法来确定计算。
实际运行时流体的温度对换热器的结构和运行有着重大影响，因此在设计时就要事先决定加工的方式。
对于多流程热交换器，应尽量避免出现温度交叉现象，否则将使平均温差下降。
合理的选择流体温度和换热终温应遵循以下原则：（1）热端温差不大于20℃（2）冷端温差不大于5℃（3）冷凝器中，冷流体初温必须高于热流体凝固点；对于含有不凝性气体的冷凝，冷流体的初温要低于被冷凝气体的露点以下5℃。
低温甲醇洗缠绕管式换热器的优化设计及应用
0. 44 富甲醇 - 50 /50
0. 6
0. 4
7. 1
7. 0
- 51. 4 /30. 8
- 30. 6 /32. 4
- 17. 1 / - 33. 8 - 16 / - 23. 3
0. 18 合成气
0. 1
5. 9
5. 7
富甲醇
富甲醇
- 70 /80
- 60 /5积减小 林德公司指出 ,原料气换热器 Ⅱ的管程 、壳程 介质互换后 ,换热器的换热面积由 3 491 m2减小至 2 624 m2 ,可能不能满足工艺要求 。 由于缠绕管式换热器的结构特殊 ,换热管内呈 螺旋状流动的强化作用 ,变换气由壳程改走管程 时 ,介质的流速有了显著的提高 ,换热系数得到增 加 ;缠绕管式换热器层与层之间换热管反向缠绕 , 这种特殊结构极大地改变了介质的流动状态 ,形成 强烈的湍流效果 ,壳程的流通面积通过层间距进行 较大幅度的调整 ;壳程的垫条等部件对介质的流动 不断扰动 。以上 3个方面的共同作用 ,使缠绕管式 换热器的传热性能得到显著提高 。通过设计单位 计算 ,换热器的管程 、壳程介质互换后的换热面积 是完全能够满足工艺要求的 。 换热器阻力降增加 换热器的管程 、壳程介质互换后 ,换热器的阻 力降发生变化 。高压的变换气走管程后 ,换热器的 管程阻力降增加 ,可能会影响 2台并联的原料气冷 却器 Ⅰ和原料气冷却器 Ⅱ的变换气气量分布 。通 过设计单位计算 ,换热器的管程及壳程的阻力降均 小于 30 kPa,均能满足工艺要求 。 换热器壳程的安全 换热器的管程 、壳程介质互换后 ,高压介质变 换气走管程 ,低压介质尾气走壳程 。为保证换热器 壳程的安全 ,需要在换热器的壳程或尾气出口管道 上设置安全阀 。
Ⅱ进行了优化设计 ,将缠绕管式换热器的管程 、壳 程介质进行了互换 ,即高压介质变换气走管程 ,低 压介质尾气走壳程 。管程 、壳程介质互换后 ,缠绕 管式换热器的壳体壁厚变薄 ,设备质量减轻 50% , 金属材料节省显著 ,设备投资大为减少 。原料气冷 却器 Ⅱ管程 、壳程介质互换后的变换气冷却工艺流 程见图 2。
缠绕式绕管铝制换热器换热器漏气的技术分析和改进
缠绕式绕管铝制换热器换热器漏气技术分析和改善张庆生（开封东京空分集团有限企业, 河南省开封市北关街8号 475001）摘要: 缠绕式绕管铝制换热器用一段时间后, 会出现漏气现象, 进而影响换热效率从制造和运行环境等方面对漏气原因了进行技术分析, 找到了杜绝漏气现象技术方案。
介绍技术方案具体实施。
关键词: 换热器; 缠绕式绕管铝制换热器; 泄漏; 换热效率; 技术方案Tie up a round type to round the tube aluminum system changes a hot machine to change the technical analysis and improvement thatthe hot machine leaks airZhang Qingsheng(Kaifeng Dongjing Air Separation Group Co., Ltd., 8# Beiguan Street, Kaifeng475001, Henan, P. R. China)Abstract:Tying up a round type to round the tube aluminum system to change a hot machine is after using a period of time appear to leak air a phenomenon, then influence change a hot efficiency to carry on a technical analysis towards leaking air reason from the manufacturing and movement environment etc., found out to eradicate completely the technique project of leaking air the phenomenon.Introduce the concrete implementation of technique project.Key words:Change a hot machine ; Tie up the round type rounds the tube aluminum system to change a hot machine; Leak; Change a hot efficiency; Technique project——————缠绕式绕管铝制换热器如图1所表示, 是一个新型高效节能铝制换热设备, 它同时处理多个介质、在小温差下需要传输较大热量且管内介质操作压力较高场所, 如制氧等低温过程中使用换热设备等, 它在设计上完全突破了传统管式换热器设计思绪, 从材料选择到结构形式与传统管壳式换热器相比都有大幅度改变, 多项技术创新使该换热器从外观到性能等各方面显著超越了传统管壳式换热器, 改变了传统换热器体积庞大, 外形粗糙, 效率低下问题, 是传统换热器更新换代产品。
螺旋缠绕管式换热器传热性能优化与计算程序开发
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圆形翅片换热管的优化设计
圆形翅片换热管的优化设计作者：白艳伟来源：《科技视界》 2014年第2期白艳伟（上海嘉德环境能源科技有限公司，辽宁沈阳 110000）【摘要】本文针对圆形翅片式换热管，以某厂网带炉氢气-水换热器为例，分别讨论其在设计过程中材质、翅片厚度、翅片间距和翅高等的选择，通过理论分析和计算，得到其最优解，以指导设计工作。
【关键词】翅片管；换热管材质；翅片效率；翅片高度；优化设计圆形翅片管换热器是紧凑式换热器(Compact Heat Exchanger)中最常用的一种，常用于换热管两侧流体对流换热系数相差较大（例如10倍以上）的情况下,单根翅片管形状。
某网带炉氢气-水换热器（以下简称“网带炉换热器”），管内工质为冷却水，管外（翅片侧）工质为氢气，两侧对流换热系数相差20倍以上，其换热管便是使用螺旋翅片管的形式。
一般在设计翅片管换热器时，其排列方式较易确定，多使用正三角形排列。
在设计换热管时，基管的尺寸也大多根据管内流体流量按标准选择，但对于换热管材质、翅片厚度和间隔、翅片高度等问题却难以确定，常让设计者无从选择。
本文分别针对这三个问题展开讨论，以获得其最优解，为翅片式换热管的设计提供依据。
1 换热管材质的选择1.1 基管材质的选择在管内外热阻不变的情况下，基管导热热阻越小越好，即其热导率越大越好。
一般铜管和不锈钢304管都是常用的换热管材质，由于铜的导热系数（300K时约为380Ｗ／ｍ·Ｋ）相较于不锈钢304（300K时约为18Ｗ／ｍ·Ｋ）高出20倍以上，因此在对换热性能要求较高的场合常采用铜管。
网带炉换热器原为德国进口设备，其基管材质便采用铜管。
但我国铜的储量并不高，很多依赖进口，采用铜管作为换热管材质会使得换热器的造价过高。
此外，铜的抗腐蚀性较差，某钢厂连退炉氮气-水换热器曾采用铜管，在停炉时铜管表面氧化，开炉时氮气将换热管表面铜绿吹入炉内，造成炉内钢板表面质量缺陷。
网带炉换热器由于在每次开炉之前均吹扫较长时间，目前尚未发生上述问题，但在对工件表面质量要求较高的热处理炉中，不宜使用铜管作为换热管。
绕管式换热器的设计
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１ 翰
６ 束 振 动 分 析 ， 定 防 止 管 束 振 动 的 措 ）管 确
的结 构参数 如表 ３和表 ４所示 。
表 ３ 管程 单股物流绕管式换热器 ｍｌ ｎ
图 １ 图 ２分别 为典 型单股 流和多 股流 绕 管 和
式换热器主体结构图。主要 由中心筒 、 绕管束 、 壳 体、 上下管板、 导流装置 、 防震装置和管箱组成。
图 ｌ 单ห้องสมุดไป่ตู้流绕管式换热器
ｌ 一下管箱 ； 下管板 ；一中心管 ；—换热管 ；一夹套； ２ 一 ３ ４ ５ ６ 一隔条 ； ７ 一外壳 ；一上管板 ；一上管箱 ８ ９
的发展情 况和设计特点进行叙述 。 关键词 低温 甲醇洗 绕管式 换热 器 ．
１ 概 述
目前 ， 经过国内科研 、 设计和制造单位许多年 的研究和开发 ， 已基本掌握 了绕管式换热器 的工
艺计 算 、 备设 计 和制造 ， 设 实现 了 国产化 。
２ 工 艺研 究
我国 ２ ０世纪 ７ 代末 引进 的大 化 肥装 置 中 ０年 采 用德 国林 德公 司低 温 甲醇 洗 工 艺单 元 中各 有 ６
验和计算建立 物流传热和流动模型 ， 为设备的设 计奠 定基 础 ， 通 过 工业 应 用 试 验 验 证 和 修 正 所 并
对现有装置进行技术改造实现增产的要求也与 Ｅ ｌ 剧增 ， 在此形势下完成绕管式换热器的国产化 、 系 列化具有重要的意义。
绕管式 换热 器 的 主要 优 点 ： 管 程 可 采 用 多 ①
高性能换热器设计与优化
高性能换热器设计与优化换热器是一种用于加热或冷却流体的设备，广泛应用于工业生产、能源系统和空调等领域。
高性能换热器的设计与优化是提高设备性能和效率的关键。
本文将探讨高性能换热器的设计原则、常见问题及其优化方法。
高性能换热器的设计考虑因素较多，其中包括换热效率、紧凑性、流动阻力、材料选择等。
首先，换热效率是衡量换热器性能的重要指标。
通过增加传热表面积和改善流体流动方式，可以提高换热效率。
例如，增加热交换管的数量和长度，采用增强换热片或管子的内部结构，都可以增加传热表面积，从而提高换热效率。
其次，紧凑性是换热器设计的另一个重要考虑因素。
在有限的空间内实现高效的换热是挑战性的。
为了实现紧凑性，可以采用一些设计手段，如采用多流通道、采用波纹管或薄膜技术、增加管子的内部通道，以增加流体流动的路径，从而提高换热效果。
流动阻力是流体在换热器内部运动过程中所遇到的阻力，也是影响换热器性能的重要因素之一。
在设计过程中需要平衡换热效率与流动阻力之间的关系。
如果流动阻力过大，会导致能源的浪费和系统压力的增加，从而影响设备性能。
为了降低流动阻力，可以采用一些优化措施，例如增加流道的宽度、设计合理的角度和弯曲半径，减小局部流动的阻力。
此外，材料的选择对于换热器的性能和耐久性也起着重要的作用。
常见的材料包括金属和非金属材料。
金属材料具有良好的导热性和机械强度，但在一些特殊工况下可能受到腐蚀和腐蚀疲劳的影响。
非金属材料具有耐腐蚀性和良好的绝缘性能，但其导热性和机械强度较差。
因此，在选择材料时需要综合考虑使用环境、工作压力和温度等因素。
在实际应用中，有一些常见的问题需要特别关注和优化。
首先，换热器内部的污垢和结垢可能会降低换热效率，增加流动阻力。
因此，定期清洗和维护换热器是必要的。
其次，换热器内部的冷凝水和冷却液可能会导致腐蚀和腐蚀疲劳。
因此，适当的防腐措施和材料选择是必要的。
为了进一步优化高性能换热器的设计，可以采用一些先进的技术和工具辅助设计。
螺纹锁紧环式加氢换热器的换热管束结构与优化设计
螺纹锁紧环式加氢换热器的换热管束结构与优化设计引言：换热器是一种常用的热交换设备，用于在不同介质之间传递热量。
螺纹锁紧环式加氢换热器是一种具有高效换热性能和可靠性的换热设备。
本文将讨论该换热器的换热管束结构，并提出其优化设计方法。
一、螺纹锁紧环式加氢换热器的换热管束结构1. 换热管束的构成螺纹锁紧环式加氢换热器的换热管束由一串管子组成，这些管子被固定在一个支架上，并与进出口管道相连。
每个管子都有一系列的螺纹，形成螺纹管束。
管束中的每个管子都充分接触，以优化热量传递。
2. 螺纹结构设计在螺纹锁紧环式加氢换热器中，螺纹结构的设计起着至关重要的作用。
合理的螺纹设计可以增加管子的表面积，提高热传导效率。
一般来说，螺纹的深度、间距和形状都会影响热量传递的效果。
3. 管束固定方式为了确保管束的稳定性和安全性，螺纹锁紧环式加氢换热器通常采用螺纹锁紧环来固定管束。
螺纹锁紧环可以有效地防止管束松动和位移，保证换热器的正常运行。
锁紧环的设计需要考虑到管束的尺寸和材料的选择。
二、螺纹锁紧环式加氢换热器的优化设计方法1. 管束材料在螺纹锁紧环式加氢换热器的优化设计中，选择合适的管束材料非常重要。
材料的选择应考虑到其耐腐蚀性、导热性和强度等因素。
常见的材料包括不锈钢、铜合金等。
2. 管束间距管束间距的选择对换热器的换热效率有着重要影响。
过小的管束间距可能导致管束堵塞和流动不畅，而过大的间距则会降低换热效果。
因此，需要根据具体的换热需求和流体参数来确定合适的间距。
3. 螺纹形状螺纹锁紧环式加氢换热器的螺纹形状应根据流体特性和换热要求进行设计。
一般来说，螺纹的形状可以是圆形、方形、三角形等。
通过合理设计螺纹的形状可以增加管子的有效换热面积，提高换热效率。
4. 锁紧环的设计为了确保管束的固定和安全，锁紧环的设计也需要考虑到多个因素。
合适的锁紧环尺寸、材料和结构可以增加管束的稳定性，并减少运行过程中的振动和松动现象，从而延长换热器的使用寿命。
紧凑式换热器的设计
第二章紧凑式换热器的设计、校核、性能分析板翅式和主表面型换热器由于具有体积小、重量轻、效率高等突出优点[24]，在工业上应用很广泛，它们的设计、校核、性能分析对工业的发展起着很重要的作用。
随着现代科学技术和生产的迅速发展，对产品设计质量和速度提出越来越高的要求，传统手工设计已无法适应发展的需要，运用面向对象的计算机辅助设计技术可以提高设计效率、缩短设计周期，可对产品进行精确的计算分析，采用先进的现代设计方法，获得最佳设计方案，提高设计质量，并有助于促进产品设计的标准化、系列化、加速产品的开发，提高市场竞争力。
§2.1 软件的系统结构随着计算机技术的发展，换热器的设计软件层出不穷，但传统的换热器设计软件一般只涉及换热器的某一两方面，或仅仅只能实现常规工况下的换热器设计，或包括设计和校核，或包含换热器的设计计算和绘图输出，或是换热器的设计和优化，这些软件虽说能实现换热器的某些功能，但内容都比较单一，不能满足人们对换热器的需求。
一个功能完善的换热器软件应包括换热器的设计、校核、性能分析、优化及参数化绘图。
换热器要应用于生产中，首先要对换热器进行设计，因此换热器的设计是换热器软件最主要也是最基本的功能。
其中，不仅要对设计常规工况下的换热器进行设计，也要对多工况下的换热器进行设计，因为在实际生产中，换热器的运行工况是变化的。
而且对于可选择的换热型面，不仅可以对标准型面进行设计，还应可以对通过实验获得性能的新型面进行设计，即将新型面能扩展到该软件中，扩展性是软件很重要的一个功能。
在实际生活中，有时人们不能通过实验获得某一新型面的换热及阻力性能，但人们又希望能够了解该型面的性能，因此通过软件对新型面进行性能预测是很必需的。
换热器设计好之后，能不能确实满足生产需求，需对换热器进行校核设计。
换热器的优化是换热器设计的一个很重要的方面，运用优化方法对某一目标进行优化，使所设计的换热器各参数达到最优，使之最适合该场合的应用。
煤化工大型缠绕管式换热器的设计与制造
173中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.06 （下）缠绕管换热器是一种高效紧凑的换热器，主要由壳体、换热管、中心筒、垫片和管板等组成，它不仅传热性能好，而且对变负荷的适应性强，以及运行特性可靠。
因此，在我国煤炭深加工、炼油、天然气等领域具有良好的应用前景。
1 缠绕管式换热器的发展过程1898年，林德公司开发了世界上第一台绕管式换热器，由两个同心圆管组成。
内管内充高压空气，管内充低压冷空气。
在结构不断改进的基础上，研制了蛇形管缠绕式换热器。
热交换器由内向外缠绕在中心管上，形成缠绕管式热交换器。
20世纪70年代，我国开始探索换热器管的国有化；80年代，开封空气集团开发了国内第一条盘绕式换热器管，并开展了工业化研究。
1996年，宁夏化肥厂开始了高压换热器的发展。
宁夏化肥厂甲醇洗工段4115E7，可生产一台换热器。
20世纪90年代，开封空分集团开发了世界上第一台多流换热器，高压缠绕管，已完成国家“95”科技攻关项目，实现了多流换热器、高压缠绕管的国产化。
2 缠绕管式换热器结构构成缠绕管换热器是在芯管与外管间按螺旋形状交替缠绕的一种换热管。
相邻两个螺旋换热管的螺旋方向相反，采用一定形状的定距件使之保持一定距离。
缠绕管可采用单缠绕或两组或两组以上的焊管组合而成，管内可采用单通道缠绕式换热器，管内可采用几种不同的介质。
通过各介质的传热管组装在各自的管板上，形成多通道缠绕管式换热器。
此外，缠绕管换热器还适用于多种介质同时处理、小温差大传热、管内介质工作压力高的场合，如用于制氧等低温过程的换热器。
3 缠绕管式换热器优点（1）结构紧凑，单位体积传热面积多，占地面积小，易于实现大规模。
（2）传热系数高。
相邻两个换热管的缠绕方向相反，改变了流体的流动状态，在换热管壳程中引起强烈的湍流。
由于换热器管内螺旋流的增强，管程传热膜系数也得到了提高。
此外，垫片等部件不断干扰壳程的流动，这些因素的综合作用可以显著提高缠绕管换热器的传热性能。
列管式换热器课程设计(含有CAD格式流程图和换热器图)
检查并调整图纸中的线条、颜色、字体等细节，确保图纸清晰易读， 符合规范要求。
关键节点参数设置与调整
设备参数设置
根据换热器、泵等设备的性能参 数，设置相应的CAD图纸中的属 性，如设备尺寸、处理能力、扬 程等。
管道参数调整
根据工艺流程需求和管道设计规 范，调整管道的直径、壁厚、材 质等参数，确保管道系统的安全 性和经济性。
阀门与控制点设置
在关键位置设置阀门以控制物料 流动，并根据控制需求设置相应 的控制点，如温度传感器、压力 传感器等。
流程图在课程设计中的作用
明确工艺流程
通过流程图可以清晰地展示物料在换热器中的流动过程， 帮助学生理解工艺流程和设备的相互关系。
指导设备布局与管道设计
流程图可以作为设备布局和管道设计的依据，有助于优化 设备布局和减少管道长度，提高系统的效率。
方式和换热器图纸中的局部结构。
建议措施
03
加强CAD制图技能的训练，提高图纸的准确性和规范
性。
经验教训分享与未来展望
经验教训
在课程设计过程中，应注重团队协作，合理分配任务，及时沟通交流，确保设计进度和 质量。
未来展望
随着CAD技术的不断发展，应积极探索新的设计理念和方法，提高课程设计的创新性 和实用性。同时，鼓励学生参与实际工程项目，将理论知识与实践相结合，提升综合素
流程图绘制步骤及规范
确定流程图的类型和范围
根据课程设计需求，明确要绘制的流程图类型（如工艺流程图、控制 流程图等）和所涵盖的范围。
绘制主要设备和管道
使用CAD软件中的绘图工具，按照比例和规范要求，绘制出换热器、 泵、阀门等主要设备以及连接它们的管道。
添加流向箭头和标注
使换热器更加紧凑的方法
使换热器更加紧凑的方法说实话使换热器更加紧凑这事，我一开始也是瞎摸索。
我试过把换热器的管道弄得细一点。
你想啊，就像家里的水管，如果很粗，它占的地方就大，要是细细的呢，同样的长度，它是不是就不那么占空间了。
但是这里面也有问题啊，管道细了，流体在里面流动的阻力就变大了。
我当时没考虑这个，就直接换了细管道，结果发现流体流得特别慢，整个换热器的效率都降低了，这可不行，这算是个失败的经验吧。
后来我就想啊，那能不能把管道弯折得更密集一些呢。
就好比我们把一根绳子盘起来，原本长长的绳子可以盘成小小的一团。
我就小心翼翼地在换热器里重新布局管道，让它们尽可能地弯曲、紧凑，不过要保证每段管道之间不能挨得太近，不然热量传递可能不均匀，还容易出问题。
这次虽然紧凑了一些，但是要注意不要弄出锐角弯，因为在锐角弯的地方流体容易形成漩涡，这也不太好，会影响整体的流动情况。
还有啊，我发现选择合适的换热板也很重要。
有那么些换热板是专门设计成比较小巧而且换热效率高的。
我到处找资料，对比不同的换热板，就跟挑东西一样，挑了好多家供应商的样本，仔细看说明。
那些板子的材质啊、形状设计啊、表面纹理等都有讲究。
比如说，有的板子表面有特殊的纹理，就像小锯齿一样，这能够增加热交换的面积，而且还不怎么额外占用空间。
另外呢，我考虑过模块式的设计。
就好像搭积木一样，把一个个小型的换热模块组合起来。
这样的好处是哪里出问题了就可以换哪个模块，而且可以很灵活地根据需要调整紧凑程度。
不过这种方式对接口处的密封要求比较高，如果密封不好，流体泄漏了，那就糟糕了。
所以我在处理接口的时候特别小心，先用合适的密封材料，再反复检查。
我还想到过用多层结构。
这就像我们盖楼盖好几层一样。
在换热器里设置多层的换热单元，上下叠加，可以大大提高空间利用率。
但这也要考虑每层之间的距离，不能太近了影响流体流动，也不能太远了浪费空间。
这一点我还在摸索当中，不太确定最理想化的距离是多少，不过我觉得应该根据具体的流体性质啊、流量啊这些因素来调整。
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致谢
• 匆匆忙忙终于完成了毕业设计，在这里不得不感谢我的良师益 友田野老师，对于没写过科技论文的我来说，写论文的第一感 觉就是迷茫，是田老师给我指明了毕业设计的大方向，并在写 作方法和写作技巧上给了我很多非常有用的建议，这对我毕业 设计的完成起着至关重要的作用。
• 从青涩到成熟，重庆科技学院承载了我的最后的青春，说这里 是我第二家乡也毫不为过，由衷感谢重庆科技学院对我的培养， 让农村来的我见识了丰富多彩的世界，让我的未来多了更多可 能。
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3
1研究背景
优点
结构紧凑，单位体 积换热面积大。 100-170 m2 / m3 同时处理多股流体 换热
冷热端温差小，传 热效率高
自行补偿热膨胀效 应
绕管式 换热器缺点Biblioteka 传热计算复杂流动阻力大
壳程流体分布 均匀性差
对介质清洁度 高 制造成本高， 难度大
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4
1研1研究究背背景景
国内发展现状
• 贾金才用数值模拟方法研 究了绕管式换热器壳程几 何结构对换热的影响。
• 通过以上对比得出，换热器的各设计参数都 保持在比较理想的范围内，基本能符合生产 需求。这表明本设计的设计方法符合设计要 求，且能达到优化效果，为紧凑绕管式热交 换器的的研究提供了一种参考。
h
13
4研究结论与展望
• 在设计过程中存在着不小的困难，参考资 料的查找比较困难，尤其是介质物性参数 的查找，这也说明本设计存在着很大的研 究空间，比如可以把物性参数表融入到 Excel表格中，使输入已知的介质参数便能 利用表格计算出相关物性参数，这将大大 有利于绕管式换热器的设计。
项目
总传热系数
实际传热面积 管程压降 壳程压降
m2
Kpa
Kpa
设计值 对比值 偏差
526.3 526 0.05%
2380 2400 0.84%
150
29
133
35
11.6%
19%
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12
4研究结论与展望
• 管壳侧压降都与原设计值相比偏小，这可能 是因为计算压降时, 仅计算管侧在管内的压降, 壳侧仅计算管束有效高度的压降, 未考虑封头 管板等局部阻力, 因此造成压降计算偏小。
紧凑绕管式换热器的 优化设计
答辩人：侯东萍
学 号：2013444226
h 导 师：田野
1
目录
1、研究背景
2、研究目的及意义 3、研究方法及过程
4、研究结论与展望
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2
1研究背景
绕管式换热器：
在芯筒与外筒之间的空间 内将传热管按螺旋线形状交 替缠绕而成，相邻两层螺旋 状传热管的螺旋方向相反， 并采用一定形状的定距件使 之保持一定的间距。
h
6
3研究方法及过程
集总参数模型： 这类模型是最典型的热交换器的设计模
热
型，它们是在两股单相流的热平衡的基
力
础上建立起来的。
计
分布参数模型：这类模型是将换热器分成不同规格单元，
算
并将集合参数模型运用到它们中，和就
模
是最常见的形式。
型
流 的 演 化：流的演化是对每股流在一维空间上存在
着质量、动量、能量平衡的稳态模型， 这类模型通常被植入到专用软件中
h
9
3研究方法及过程
• 一般情况下，换热器的热力计算都比较复 杂，公式繁多，需要处理大量的数据，结 构设计也需要进行大量的计算，为优化设 计，简化计算，本文采用了Excel表格来辅 助计算，处理数据。
• Excel表格可建立函数关系式把各参数联系 起来，从而达到优化计算的效果
h
10
3研究方法及过程
计算流程：
创建Excel表格
输入原始数据
输入介质物性参数
输入需求项目名称
建立各项目和以上参数的函数关系式
调整关键设计数据
对比分析设计数据
得出合理h设计数据
11
4研究结论与展望
• 总传热系数和 压降是衡量换
热器优劣的重
要参数。本设 计参考Linde 公 司提供的绕管
式换热器的工
艺数据与本设
计的关键参数 进行对比分析
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5
2研究目的及意义
• 学习前人对绕管式换热器的研究可以发现， 前人的研究主要侧重于对换热器模型的构建、 结构的研究以及对换热器的传热效率的提高。
• 但是绕管式换热器的热力计算非常复杂，尤 其是牵扯到两相流问题的设计。而我国对换 热器热力计算优化计算的研究还很少，因此 对热力计算进行优化对我国绕管式换热器的 发展有着很大的促进作用，故本设计以优化 热力计算为目标。
h
7
3研究方法及过程
平均温差法
P1-P2法
ε-NTU法
集总
参数 模型
ψ-P法
P-NTU法
h
8
3研究方法及过程
• 由于任务书要求本设计管壳程介质均为天 然气，且进出口温度始终高于天然气的沸 点-162.49 ℃，则本设计介质为单相流传热 问题，故本设计选用集总参数模型，运用 平均温差法来进行热力计算。
• 李健伟等利用ANSYS对实 际绕管式换热器建立了管 板结构分析有限元模型。
• 尹接喜等提出了并管传热 模型
国外发展现状
• 在国外, 1898年德国林德公 司首次开发了绕管式换热 器。目前缠绕管式换热器 广泛应用于大型空气分离 装置的过冷器及液化器(液 体氧、液体氨装置),林德 公司在合成氨甲醇洗系统 中推出了缠绕管换热器系 列。
• 这里的一切都是这么美好，特别是优秀的老师们，特别感谢教 过我的每一位老师，还有辅导员李莎老师，是各位老师让我成 长到足以自立，是各位老师教我的知识和技能让我能够独立走 向社会，也是各位老师四年来的教导才使我有能力写这篇毕业 设计，谢谢您！
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