换热器毕业设计总结例1

2换热器设计程序的开发

初始数据填写完毕后，在计算流体温度中勾选相应的待求数值。如本例缺少热流体出口温度，勾选“计算热出温度”，则相应的估算温度与校核温度对应位置出现所求得数值，同时计算获得换热器的热流量。图3所示为管壳式换热器工艺设计界面。初选传热系数为K=950W/(m2•K)，流体流动形式为管内热流体的逆流形式。换热管选取Φ25×2．5mm，长9m的碳钢管，管内流速为0．8m/s。

选定流体流动及换热管型式后，计算可获得平均传热温差、估算传热面积、单程管数及管程数。之后进行壳程结构设计，选定单壳程双管程的换热器结构后，可查表获得温差修正系数，同时选定管间距、管板利用率，折流板选取弓形折流板，圆缺高度为壳体内径的25%，其余结构参数可自行计算获得，结果如图3所示。图4所示为管壳式换热器热力校核界面。据选定换热管的结构参数，可计算获得管内对流传热系数;选取管子排列方式后，可计算获得传热当量直径，以及管外对流传热系数。

选取管内、外侧污垢热阻、以及管材的导热系数后，可计算获得总传热系数，并进行传热面积校核。图5所示为管壳式换热器压降校核界面。选取管程和壳程结垢校正系数，管子排列方式后，可计算获得管程总压降和壳程总压降。经校核，总压降均小于0．03MPa，满足设计要求。

换热器毕业设计总结例2

ABSTRACT：CAN bus is a field bus which is widely used in industrial control field because of its advantages in high reliability，strong anti-jamming and high real-time characteristic. This paper introduces a design of high-reliability intelligent CAN communication unit base on SJA1000. The intelligent CAN unit may work independently or with the supervisor computer by AT96 bus. It is easy for system’s expansion，optimization and amelioration. The unit completes the data transferring/receiving and the error diagnosing by the microprocessor，thus decreases the load factor of the supervisor computer. Experimental results show that the design of intelligent and high-reliability CAN communication unit is effective.

KEY WORDS：high-reliability；CAN bus；intelligent unit

0.引言

随着核动力装置仪控系统数字化水平的不断提高，仪控系统设备内部、设备之间以及设备与现场仪表之间信息交换都将采用网络通讯技术，因此网络的安全性、可靠性都对核动力仪控系统正常完成其设计功能具有非常重要的意义。CAN（Controller Area Network）总线，是一种可以有效支持分布式实时控制的串行通讯网络，由于其具有可靠性高、抗干扰能力强和实时性强的特点而在工业控制、汽车电子控制、船舶运输和航空航天领域得到了广泛的应用[1]。因此，CAN总线是适合反应堆仪控系统应用的一种总线协议，需要研制一种应用于核动力装置仪控系统中的高可靠CAN总线智能单元。

1.CAN总线简介

1.1 CAN总线特点

具有统一国际标准ISO11898定义的CAN（Co-ntroller Area Network）总线是全数字式现场控制设备互连总线，能有效支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络。与其它总线网络不同，在CAN总线通讯协议中废除了传统的站地址编码，而是支持基于数据的工作方式，因此CAN总线通讯面向的是数据而不是节点，加入或者撤销节点都不会影响通讯网络的正常工作[2]。其主要特点如下：

1）多主工作方式：网络上的任意节点均可在任意时刻主动向其它节点发送信息，而不分主从，通讯方式灵活；

2）实时性：采用短帧结构，传输时间短，受干扰概率低；网络上的节点信息可被分成不同的优先级，满足不同的实时要求，高优先级的数据最快可在134us内完成传输；

3）可靠性：采用非破坏性总线仲裁技术，多个节点同时向总线发送数据时，优先级较低的节点会主动退出发送，高优先级节点可不受影响的继续传输数据，大大节省了总线冲突仲裁时间。

1.2 CAN分层结构

CAN按照ISO/OSI标准模型划分为两层：数据链路层（包括逻辑链路控制子层LCC和媒体访问控制子层MAC）和物理层。CAN的分层结构如图1所示[2]。

逻辑链路控制子层（LCC）的功能是为数据传输和远程数据请求提供服务，确认由LCC子层接受的报文实际已被接受，并为恢复管理和通知超载提供信息。

媒体访问控制子层（MAC）是CAN协议的核心，其功能是传送规则，即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定。MAC子层也要确定当开始一次新的传送时，总线是否开放或者是否马上开始接受。

物理层的作用是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位的实际传输，同一网络的物理层对于所有的节点当然是相同的。尽管如此，在选择物理层方面还是很自由的。

2.CAN协议控制器SJA1000

SJA1000是一种独立CAN控制器，用于汽车和一般工业环境中的局域网络控制，具有BasicCAN和PeliCAN两种工作模式，其中PeliCAN支持CAN2.0B协议[3]。SJA1000用来完成CAN协议所规定的数据链路层和物理层的所有功能，是一种I/O基于内存编址的微控制器，微处理器通过访问外部存储器的方式来访问SJA1000内部控制寄存器和数据缓冲区。本设计采用PeliCAN模式，支持对每个CAN总线错误和具体控制位控制的仲裁丢失中断，支持只听模式和热插拔，可扩展验收滤波器，并且具有自收发功能。SJA1000内部接受FIFO可以存储高达21个报文，延长了最大中断服务时间，避免数据超载。

3.CAN总线智能单元设计

3.1 设计要求

3.3.2 双口RAM和AT96总线

微处理器通过双口RAM及AT96总线与主控制器进行数据交换，双口RAM作为微处理器和主控制器的共用扩展存储空间，其左、右端口通过数据/地址总线分别与微处理器和主控制器相连，微处理器和主控制器通过CPLD进行地址译码产生双口RAM左、右端口控制信号，从而实现双口RAM的读写操作。

由于微处理器与主控制器对双口RAM的读写速度无法完全匹配，因此存在以下两种情况：1）微处理器将CAN总线节点接收到的数据包写入RAM固定地址之后，该数据包还未被主控制器读取就被微处理器新接收到的数据包覆盖；2）主控制器将需要发送的数据包写入RAM固定地址之后，微处理器还未将该数据包读出就被主控制器用新数据包覆盖。

为避免上述数据包丢失的情况发生，CAN总线通讯单元AT96总线数据交换采用环形缓冲区的方式。双口RAM具有4k的地址空间，微处理器和主控制器通过双口RAM进行两个CAN总线节点数据包的交换以及控制信息的交换，因此将双口RAM的4k地址空间划分为四个部分，每个部分1k空间，即：CAN节点1数据发送区、CAN节点1数据接收区、CAN节点2数据发送区以及CAN节点2数据接收区。每个区域的前128地址空间作为控制信息交互区，主要作为CAN总线节点配置信息以及数据环形缓冲区控制信息的交互；每部分的其余空间作为数据环形缓冲区，可以最多存放81个标准格式的数据帧。

3.3.3 SJA1000和CAN节点

微处理器通过CAN协议控制器SJA1000进行CAN总线节点数据的接收和发送。SJA1000的复用地址/数据总线通过CPLD进行地址锁存之后与微处理器的非复用地址/数据总线相连，将其作为微处理器外部存储器映射的I/O器件。CPLD通过微处理器地址信号A12～A15进行判断产生SJA1000的片选信号，只有在对SJA1000内部寄存器进行操作时才激活相应的器件。当CAN总线节点接收/发送数据或者产生错误时，将产生中断信号，微处理器以最高优先级响应该中断并进行相应的中断判断和处理。

4.2 环境试验

环境试验是为了考核CAN总线智能单元在典型工作环境下是否能够正常工作。试验在环境试验箱内进行，分别进行了高温试验、低温试验和交变湿热试验。

在高温试验和低温试验中，分别以规定速率的温度变化将环境温度调整至设定温度（高温为60℃，低温为0℃），保温8小时后进行功能检测；在交变湿热试验中，进行以升温恒温、高温高湿、降温恒湿、常温高湿等四个阶段为一个周期共24小时的试验，并在每个阶段结束前进行功能测试，共循环两个周期，周期结束后待温湿度以规定速率恢复到室温条件并稳定后进行功能测试。

通过环境试验表明CAN总线智能单元高温、低温和交变湿热试验合格，满足使用环境的要求。

4.3 电磁兼容性试验

为验证CAN总线智能单元的电磁兼容性，将CAN总线智能单元应用于系统样机中进行了电磁兼容性试验，试验结果表明，CAN总线智能单元的设计满足电磁兼容性要求。

5.技术特点

综上所述，基于SJA1000的高可靠CAN总线智能单元具有以下技术特点：

1）智能单元在与主控制器协同工作时，微处理器承担了CAN总线数据发送、接收以及错误处理等工作，减轻了主控制器的任务负担，减小了主控制器软件的复杂程度，同时，微处理器和主控制器通过双口RAM进行数据交换以及微处理器访问SJA1000控制器，均采用外部存储器直接访问的方式，占用CPU时间少，有利于设备或系统的整体实时性和可靠性；

2）通过硬件电路设计如数字器件空置端口的处理、集成器件供电端去耦、以及数字地与模拟地的处理，提高CAN总线智能单元的电磁电容性能以及硬件抗干扰能力；

3）通过软件的处理例如软件看门狗、错误中断处理程序等，提高智能单元的软件抗干扰能力，降低节点自动关闭退出网络的风险；

4）智能单元内部两个微处理器之间设计有握手信号，因此智能单元内部四个CAN总线节点之间可以互为备用，也可作为冗余通道独立工作，工作方式比较灵活，同时也大大提高了系统总线通讯网络的安全性；

5）微处理器和主控制器之间的数据交换采用环形缓冲区的方式进行，大大降低了总线数据丢失的可能，同时在CAN总线数据ID设计中隐含校验设计，主控制器通过该编码保证数据包的完整正确接收。

6）通过软硬件设计实现了CAN总线智能单元的自诊断功能，能够及时诊断单元的硬件错误并进行相应处理，提高系统整体的可靠性。

6.结束语

本文设计的基于SJA1000的高可靠CAN总线智能单元易于扩展和改进，能够根据软件的设计完成不同的系统功能要求，各个CAN总线节点之间可以互为备用，也可作为冗余节点独立工作，该单元通过微处理器完成数据发送/接受、总线错误处理，降低了主控制器的信息处理负担以及CAN节点错误关闭的风险，并采用环形缓冲区的方式进行总线数据交换，有利于提高数据的实时性和可靠性。该高可靠CAN总线智能单元适用于对安全性、可靠性要求高的系统，本设计也为仪控系统平台的总线结构设计奠定了坚实的基础，为未来其它仪控系统网络设计提供了技术参考。

参考文献

[1]饶运涛，邹继军，郑勇芸. 现场总线CAN原理与应用技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2003

[2]杜尚丰，曹晓钟，徐津.CAN总线测控技术及其应用[M]. 北京：电子工业出版社，2006

[3]广州周立功有限公司. SJA1000独立CAN控制器[OL]. 2009.08

[4]潘琢金译. C8051F040/1/2/3/4/5/6/7混合信号ISP FLASH微控制器数据手册[OL]. 2004.12

[5]广州周立功有限公司. SJA1000应用指南[OL]. 2009.08

作者简介：

赵阳（1982―），男，2007年毕业于上海交通大学精密仪器及机械专业，硕士，工程师，主要从事反应堆热工测量、高可靠性网络等科研与工程工作。

换热器毕业设计总结例3

换热器是使热量从热介质传递到冷介质或使冷量从冷介质传递到热介质的关键设备，它在炼油、化工、热能动力等领域的装置设施中得到了广泛的应用。设备结垢作为一种普遍现象，它广泛存在于各种传热或制冷过程中，是许多换热设备运营单位经常遇到的难题。污垢沉积物热阻较高，大大降低了传热速率；而污垢的导热性差，是钢材的1/30～1/50，因而严重地影响了换热器的传热效率。此外污垢还会引起垢下腐蚀、流体阻力加大和有效容积减少等问题。据有关机构统计，仅仅美国每年由于换热器结垢而造成的经济损失就达80～100亿美元！因此换热器的污垢清洗问题急需得到解决。

1 清洗方案

国内某石化公司的例行检修每年一次，在每次检修过程中，大量的换热器需要拆解清洗除垢。其中该公司的减粘裂化装置换热器往往成为检修的重点之一。以往采取的检修方法为：拆除管线、解体设备，然后吊装、运输至检修地点，采用高温蒸汽和高压水枪对换热器进行冲洗，冲洗完成之后再运输至原位置安装就位，管线恢复。这种机械清洗方式工作难度大且易造成换热管束变形，降低了换热器的使用寿命，同时人员劳动强度高、检修周期过长、污染环境。因此，很有必要对换热器的检修清洗方式进行改进。

1.1 方案制定

经与对口高等院校研究机构签订合作协议，该石化公司引进并采用了一套化学清洗的试验性方案-利用油垢清洗剂先期对减粘裂化装置的多台管壳式原料油换热器进行在线化学清洗，根据清洗效果评价来确定是否在公司进一步推广。

为保证设备安全，使清洗剂对设备的损害最小化，该公司采取了分步走的原则：

（1）在第一年检修过程中，合作单位来现场调研、污垢取样；

（2）在试验室对污垢进行研究、分析，研究并优化清洗剂配方；

（3）进行清洗能力模拟试验；

（4）进行腐蚀性观测试验；

（5）经过评选，得出最佳的可接受的清洗剂配方。

经过一系列的试验对比，最后选定一种水基碱性清洗剂。相关清洗剂主要由表面活性剂、水基碱性组分和洗涤助剂组成。清洗剂配方主要包括：烷基酚聚氧乙烯醚、碳酸钠和清洗助剂等材料，按比例调配而成。主要清洗原理为：在清洗液循环加热条件下，水基碱性组分使粘结紧密的固体污垢破碎，悬浮分散于清洗液中，同时通过皂化作用将污垢溶解脱落； 表面活性剂具有润湿、渗透、乳化、分散等作用，它可以大大降低油水界面的表面张力，使油垢表面的附着力减弱以脱离基质，随之被乳化、分散后悬浮于清洗液中，随着清洗液的循环过滤，污垢被除去。 为了避免水的残留硬度对表面活性剂效果造成负面影响，选取一种金属离子螯合剂作为清洗助剂，以充分发挥表面活性剂的功效，增强清洗效果。1.2 方案实施

该减粘裂化装置共有原料油换热器20台，结垢情况非常严重，化学清洗试验在现场检修期间在线进行。主要清洗设备主要包括缓冲罐、循环泵、加热炉、管线系统等，清洗所需水量按清洗液流经设备及管线的容积计算为350 m3。先在原料油缓冲罐中注入软化水，再根据配方按比例称量配置清洗剂，投入原料油缓冲罐，投入过程中对液体进行搅拌。主要实施步骤如下：

（1）放空吹扫： 在一级原料油换热器位置接入蒸汽介质，对原料油换热器的管程和壳程系统进行连续吹扫放空，排空残存的原料油、热媒等介质；对相关管线系统进行连续蒸汽吹扫，直至达到检修条件。

（2）制作临时连通线：使原料油缓冲罐、拟清洗换热器、减粘油泵、加热炉、工艺管线等联成一个封闭系统，同时具备正反洗相互切换的条件；无关系统加盲板隔离或断开。

（3）注水：将原料油缓冲罐顶部放空阀临时拆除，从此处注入软化水，至3/ 4 液位后停止加水。

（4）水循环：启动减粘油泵，水循环开始。清洗介质从缓冲罐流出，经减粘油泵增压，再经多级原料油换热器后进入加热炉；加热炉加热后，经临时连通线进入换热器壳程，经封闭循环流程回到原料油缓冲罐，如此进行清洗循环。适时进行反洗流程切换，保证正、反洗流程均能打通。

（5）升温：水循环进行2小时后，加热炉点火，清洗介质开始升温。

（6）清洗剂加入： 当水温升至70 ℃时，加入清洗剂。

（7）正洗壳程、管程： 将清洗液温度控制在90-95℃ ，按预定循环流程清洗换热器壳程、管程。

（8） 反洗壳程： 壳程正洗连续进行12小时 后，切换进入反洗流程。

（9）废液排放： 排液时温度应控制在90 ℃ 左右，向废液罐中排液至原料油缓冲罐最低液位处，然后加热炉熄火，将清洗液全部排出，清洗液随污水系统输送至污水处理站进行处理。

（10）冲洗： 从原料油缓冲罐处加软化水，对系统进行反复循环冲洗。

（11）吹扫： 待系统冲洗完毕后，接入装置工业风进行吹扫干燥，吹扫系统所有设备和管线。

2 清洗效果

清洗结束后任选台换热器，将管束抽出检查。与清洗前外观对比，管束间及管内积存的严重污垢明显减少，多数部位污垢完全消失。装置重新开车后，现场进行运行数据采集；对比换热器清洗前后的现场数据，运用计算模型对总传热系数进行计算，得出清洗后相关换热器总传热系数为80.26 W/（ M2* K），比清洗前总传热系数提高了39.1%。 实践证明，该清洗方案取得了很好的效果。

3 结束语

在换热器污垢的化学清洗过程中，首先要弄清污垢的种类和成分，针对污垢成分确定清洗剂配方，再确定可行性的清洗方案。换热器设备在线化学清洗方案对解决换热器的结垢问题提供了一种有效可行的办法和途径，对提高换热设备的运行效率、改善使用条件、增加经济效益及其节能降耗具有重要的现实意义。

参考文献

[1] 张少峰，刘燕.换热设备防除垢技术[M].化学工业出版社，工业装备与信息工程出版中心，2003

[2] 李德福，刘洁.石油化工设备清洗技术[M].化学工业出版社，环境科学与工程出版中心，2003

换热器毕业设计总结例4

1 概述

大唐辽源热电厂于2001年10月建成投产，总装机容量为两台俄产100MW双抽供热机组，配套两台俄产E-420-13.7-560K型锅炉。两台GCM440-Ⅰ型高压除氧器系青岛电站辅机厂生产，两台型号分别为DCM350-

1型 和DCM130-1型低压热力除氧器为长春电力机械厂生产。2001年1月第一台机组发电至2004年10月除氧器余汽始终为对空直排。作为一个一贯重视节能工作的具有80多年厂龄的老厂，始终把节能环保和企业效益放到首位，2004年10月针对其中两台GCM440-Ⅰ型高压除氧器和一台DCM350-1型低压除氧器改造投运后效果良好，回收装置从未发生过故障。

2 改造前运行状况

改造前青岛电站辅机厂生产的两台440t/h热力除氧的除氧器，额定工作压力0.6MPa（表压），工作温度155℃，有效容积100m3，长春电力辅机厂生产的DCM350-1型有效容积为70mm3，高压除氧器（GCM440-Ⅰ型）除氧工艺流程为：从工业抽汽到除氧器的0.8MPa、250℃过热蒸汽与凝结水和除盐水进行接触加热除氧，使除氧水温度维持在158℃，低压除氧器（DCM350-1型）的除氧工艺流程为：厂用减温减压器至除氧器的0.3MPa、温度230℃过热蒸汽与凝结水和除盐水进行接触加热除氧，加热过程中，一部分加热形成的余汽、不凝结汽（气）体和氧气一同被排到室外，其温度高除为150℃；低除为100℃，无论是稳定工况和变工况运行均有水量和热能损失。

3 设计改造情况

为回收利用除氧余汽，在总结及吸取不同形式除氧器余汽冷却装置的经验和教训的基础上，自行设计制作了三台表面式热交换器。具体参数为：除盐水进水温度：30℃；出水温度：42℃；除氧排汽进入换热器温度：高除150℃，低除100℃；压力：高除0.47MPa，低除0.02MPa；排出换热器温度：55℃；换热面积：高除30m2/台；低除20m2。高除：换热管长度2000mm，换热管外径φ20*1，换热器壳体外径：530mm，低除：换热管长度2000mm，换热管外径φ20*1，换热器壳体外径426mm。均为立式布置。

4 换热器工作特点

本换热器设计工作流程相当于混合式换热器与表面式换热器的组合。当蒸汽进入换热器经换热器管束冷却后，凝结水自上而下的与连续进入换热器的蒸汽直接混合进行热交换，使排入换热器的蒸汽温度降低和部分凝结，凝结的水集到换热器下部集水室，未凝结的蒸汽进入换热器换热管内经表面换热，凝结成水后连续顺管壁下流与进入换热器的蒸汽连续进行混合换热，为保证蒸汽与换热器换热充分，换热下水室保证有一定的水封水位，封住蒸汽以免通过疏水管道直流至疏水箱。保证除氧余汽经冷凝后，进入锅炉低位水箱，经疏水泵送至除氧器进行除氧。

设计中在保证设备使用性以外，重点考虑安全性，保证在不影响除氧器安全运行的基础上进行设计，重新核算了除氧器安全门的排放量，同时，考虑余汽回收装置故障及检修中除氧器应能运行，不影响发电及供热，在换热器出入口加装了旁路系统。设计了防止管束泄漏时冷却水进入除氧器排汽管道引起管道振动的措施。改造后经水质指标和含氧量化验完全符合除盐水的要求。同时制定了运行操作规程，此技术改造一次性投资31300元。

5 竣工后的系统图（见图1）

■

6 改造后运行情况及效果

2004年9月系统改造完毕，10月投入运行，运行参数稳定，运行操作简单，控制方便，运行操作量小，经过二年半的运行实践证明，每年可节约资金：

稳定工况下两台高除：

一台高除余汽排量：1200kg

两台高除回收热量：

1200*2746.3*24*340*2=5.3784*1010kJ

折合标准煤：1835.16吨

入炉煤标煤单价358.00元（人民币）

两台高除年回收热量经济价值为人民币：656，988.00元。

年回收除盐水19584吨；水成本（购水加制水）4.9元/吨

两台高除回收水经济价值： 4.9*19584=95961.6元（人民币）

低除：

700*2746.3*24*340=1.56869*1010kJ

折合标准煤535.3吨

低除年回收热量经济价值：191637.4元（人民币）

低除年回收除盐水：5712吨

折合人民币：27988.8元

合计年创经济效益：972575.8元（人民币）

以上计算未考虑回收凝结水的热量价值，及非工况下效益核算。

参考文献：

换热器毕业设计总结例5

Abstract: the baffle stem heat exchanger is a kind of high efficient can heat exchanger, and traditional baffle plate heat exchanger, compared to heat transfer efficiency, process pressure reduction and shell anti-vibration effect is good, cleaning maintenance cycle is long, long service life, has the good economic benefit, is being gradually the promoted application, the market broad prospect of application. But its heat transfer enhancement effect to have certain restriction limits, best the strengthening effect is gas and water of heat transfer between. This paper baffle stem heat exchanger design, production process this, to better development and application baffle stem heat exchanger.

Keywords: baffle stem heat exchanger, design, basic structure, strengthen the heat transfer, manufacturing process

中图分类号： TM925.61 文献标识码： A 文章编号：

1 前言

我厂承接河池化工股份公司脱硫系统技术改造工程中的折流杆碱洗气水冷器设计、制作，该设备壳程设计压力2.1Mpa，设计温度100℃，介质为碱洗气；管程设计压力0.41Mpa，设计温度50℃，介质为水。折流杆换热器在国内的应用较少，由于其换热过程极其复杂多变，目前设计无任何标准、规范可遵循，也没有可供设计使用的计算公式和图表。我厂的设计是遵循对于不能用标准来确定结构尺寸的受压元件，按GB150《钢制压力容器》规定中的“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”。 参照用户原使用的旧设备，在设备使用成熟的结构基础上，通过查阅国内外有关设计制作资料，弄清了其强化传热原理，参照设计制作的，并进行了改进，换热管采用不锈钢螺旋槽管，换热效果更好。该设备已经在实际应用中得到了证实，性能指标达到使用要求，传热效果明显，运行状况良好，安全可靠。现就该设备设计、制作进行总结。设备结构如下图：

折流杆换热器结构简图

2 折流杆换热器的设计

2.1 折流杆换热器的基本结构

折流杆换热器实际上也是一种管壳式换热器，它的结构与普通管壳式换热器类同，只不过将折流板改为折流杆，因而取名折流杆换热器。折流杆换热器中的折流组合元件称作“折流栅”，折流栅由折流杆和圆环组成。一般折流杆都采用圆钢制作，折流圆环采用板式，环上开定位杆预留孔，其结构如右下图。折流杆换热器管束的固定是采用交错折流杆来实现的，靠相邻两个折流栅的折流杆相互垂直，保持一定的间距来保证换热管的牢固稳定，并起到主要的“管外”强化传热作用。普通管壳式换热器则采用折流板来固定管束和改善流体运动状态，从而达到强化传热的目的。

2.2折流杆换热器的强化传热及防振原理

折流杆换热器与普通的管壳式换热器相比，有较好的传热性能。通过壳程中相邻折流栅上的折流杆彼此交错的方式来固定管束和改善介质的流动状态，当流体介质通过折流杆和折流栅上圆环处，将会分别发生涡流流动和文丘里效应，使壳程流体介质获得良好的紊流状态，并能沿列管束延伸方向流动(即沿着管束平行流动)，壳程压降明显降低，实验数据表明，在同样换热负荷下，壳程降压可达到折流板式换热器的40％～60％。而且换热管内外介质分别沿管的轴向互相逆流，因而获得良好的传热性能。普通管壳式换热器采用折流板固定管束，其介质流动情况分主流区、顺流区及涡流区，流体在涡流区原地旋转或静止不动，称“传热死区”，在该区设备换热能力的25～30%没有得到充分发挥。折流杆换热器基本消除了普通管壳式换热器通常存在的“传热死区”，因而设备换热面积可提高25～30%，总传热效率约为折流板式换热器的2倍。

折流杆换热器由于交错折流杆对管束的牢固稳定作用，壳程允许有较高流速的介质流动，流速提高，就可改善壳程中经常出现的油污附着列管外表面和杂质沉积等对传热不利的现象，结垢率低，清洗维护周期可延长。壳程介质的流速是一个关键参数，流速过低，强化传热效果明显下降。本设备的使用工况，壳程介质为气体，流速为5～20（m/s），管程介质为水，流速为0.5～3（m/s），其壳程、管程的流速控制在一定范围内，传热效果较好。

普通管壳式换热器采用折流板固定管束，这种结构的管束，易发生振动破坏。据试验，这种破坏主要是折流板跨距过大和流体流速过高引起的，其振幅是折流杆换热器的十倍。折流板换热器为了减轻振动破坏，若采取减小折流板跨距，就会增加折流板块数，从而增加壳程阻力，增加能耗，增大传热死区，有效传热面积即减少。折流杆换热器管束固定是采用折流杆的横竖交错布置使每根换热管都被4根折流杆圆钢在上下左右4个方向夹持着，这样的方式能较好地减轻诱导振动，保证管束的牢固稳定；减少管束、管壁磨损和管子与管板联接处的应力及疲劳损坏，延长设备的正常使用寿命。

2.3 换热面积的确定

通过上述强化传热原理及设备在实际应用中的实践检验，折流杆换热器强化传热的综合性能是普通管壳式换热器的2倍，即在同样换热负荷下，换热面积减少50%～60%；经有关专业资料总结，如果采用不锈钢螺旋槽管，换热面积可比采用不锈钢光滑管的换热面积减少30%～40%。本设备设计改进后换热管采用不锈钢螺旋槽管。

因折流杆换热器换热过程极其复杂多变，折流杆换热器换热面积目前还没有完全适用的计算方法，原则上以实验结果和实际应用经验相结合的方法。通常采用完全套用法（即采用工况条件完全一致时所用的换热面积）、经验换算法（即按普通管壳式换热器的换热面的50%～60%计算）、套用实验数据法（即对某些特定的介质，采用经测定的总传热系数K，通过热负荷Q和平均温差Δtm计算换热面积F）。本设备因工况条件与原旧设备完全一致，因此采用完全套用法，即根据原使用设备的实际应用，按原设备的换热面积F=698 m2；由于设计经改进后换热管采用φ25×1.5不锈钢螺旋槽管，换热面积可减少30%，因此又结合经验换算法，确定本设备换热面积取原设备的换热面积的70%，即F=798 m2×70%=558 m2，换热面积减少240 m2，换热管根数比采用光滑管减少446根，材料成本降低，传热效果却更好。

2.4 主要受压元件管板厚度的确定

由于折流杆的固定作用好，管束的振动大为降低，因而管板厚度可采用较薄板。又根据GB150《钢制压力容器》1.4条规定，对于不能用本标准来确定结构尺寸的受压元件，允许采用“用可比的已投入使用的结构进行对比经验设计”，因此本设备管板厚度参照原设备的管板厚度定为δ60 mm。其余管程封头及管箱、壳程壳体厚度按设计压力、设计温度及选用材质进行强度计算；法兰按相应法兰的温度压力等级标准选取。

2.5 几何尺寸。

（1）、折流杆换热器的几何尺寸对其综合性能影响极大，换热管长度与管束直径比控制在8～12范围内，折流栅彼此间距控制在150 mm，获得的综合性能最佳。折流栅的圆环采用板式，厚度为δ12 mm，折流杆的直径一般为φ5～φ12 mm，折流杆长度根据折流栅圆环尺寸裁定。同一折流栅上的折流杆应互相平行焊接固定在折流栅上，要注意的是每相邻两折流栅上的折流杆应该是互相垂直的，才能起到固定管束和改善介质的流动状态，取得明显传热效果。

（2）、由于折流杆换热器的特殊结构，列管在管板上的布置均为正方形排列，本设备根据换热管外径为φ25 mm，管中心距为32 mm，选直径为φ6 mm的折流杆，即能稳定管束，且满足管中心距大于等于列管外径和折流杆直径之和。

（3）、如果换热器壳体与折流栅的环缝间隙过大，将影响换热管束的稳定，诱发振动而导致设备损坏；间隙过小则壳体不能顺利通过管束影响组装。折流栅圆环外径取小于壳程壳体内径10mm，与壳体间隙较合适，符合GB151-1999《管壳式换热器》的规定。

3制造工艺

由于折流杆换热器结构的特殊性，制作过程中的组装好坏关系到换热器的正常使用寿命，其组装特点是折流杆与折流环的组焊在穿换热管过程中进行，组装后所形成的管束结构以4个折流栅为一组来看，折流杆的横竖交错布置使每根换热管都被4根折流杆圆钢在上下左右4个方向夹持着，以这样的方式来起到防振的作用。组装包括3个关键步骤：①折流环和管板的定位；②折流栅的组装；③管束的组装。

3.1折流环和管板的定位

为了穿换热管时管板和折流环能固定不滚动，不影响组装，在组装前先用槽钢做一个简单定位架，将管板和折流环按设计距离垂直摆立在定位架上。定位架的长度和间距根据换热器的规格大小来定，定位架要平整，以便管板和折流环在定位架上放置后稳定且平整，有利于穿管和后面调两管板的不平度。

3.2折流栅和管束的组装 折流栅的折流环和折流杆不能先组装好，否则就同折流板式换热器一样了，甚至比折流板更难穿管，稍有一点偏差就会穿到旁边的孔上。折流栅的折流环和折流杆应在穿管过程中组装，而且同一折流栅上的折流杆应互相平行，相邻折流栅的折流杆横竖交错布置，符合这一组装要求，才能使这种换热器在使用过程中充分体现它的优点，而且既能使折流杆与管子的间距接近最小，起到夹持换热管达到防振作用，又能在穿管过程中省时省力。 3.3管束组装 将有拉杆孔的管板放在定位架上，将拉杆装进该管板上，再将定距管套在拉杆上，按图纸距离要求套一组定距管然后穿一块折流环，如此反复将定距管和折流环都安装好，用螺母拧紧拉杆和折流环。在定位架上将管板、拉杆、定距管和折流环都安装完毕后，开始穿最外圈换热管，在已穿好的外圈换热管间焊折流栅上的折流杆。从已经固定的管板这端起，在第1、2块折流环上焊接竖直垂直地面的折流杆，在折流栅同一横排上每隔两根换热管焊一根竖直折流杆，即第1、2块折流环的折流杆要错开一根换热管焊接固定，第3、4块折流环先不焊折流杆(留后面焊)，第5、6块折流栅与第1、2块组焊相同，第7、8块与第3、4块一样，暂时也不焊，依此类推，将全部折流栅组装好。垂直方向的折流杆焊接完毕后，在最底部的横排换热管上表面水平放一根折流杆，并且分别焊在第3、7、11、15、19、23、27、31折流环上。这些折流杆焊好后，开始穿其余的换热管。 换热管在管板上的布置是正方形排列的，穿管时要按一定的顺序，这样既不会使一些孔漏掉不穿，也不会漏焊折流杆。按竖起的管板，从下向上以一横排为一组穿换热管，穿完第1排后，在这些换热管上表面水平放一根折流杆分别焊在第4、8、12、16、20、24、28、32折流环上；再穿第2排换热管，而后在第2排换热管上表面水平放一根折流杆分别焊在第3、7、11、15、19、23、27、31折流环上；再穿第3排换热管，并在第3排换热管上表面水平放一根折流杆分别焊在第4、8、12、16、20、24、28、32折流环上；再穿第4排换热管，并在第4排换热管上表面水平放一根折流杆分别焊在第3、7、11、15、19、23、27、31折流环上。如此反复进行，直到最后一排管穿好和最后一根折流杆焊好。在组装过程中，换热管和折流栅都很直观，穿管自如。组装效果如右图示。 将组装好后的管束装入准备好的壳体内，再将换热管与另一端管板组对。换热管在两管板外伸出长度按GB151-1999或施工图中相应规定。调整两管板不平度，直到符合相应要求为止，将换热管与管板点固，壳体与管板找正后点固。将管束竖起，管板与换热管焊接采用强度焊加贴胀，焊接时注意不能在相邻列管连续施焊，应相隔5～6根列管按要求均匀施焊，以减少热应力，防止管板变形。

3.4制作要点

（1）、组装时应注意避免管板变形，控制两管板的间距尺寸误差小于5 mm；两管板不平度≮2 mm。

（2）、为保证管束能顺利套进壳体，折流栅圆环应平整、光洁，外圆应经机加工，并保证外径误差小于1 mm。

（3）、换热器壳体卷制时应严格控制圆筒不圆度小于10 mm，以便管束顺利穿过。

4 实际效果

折流杆换热器制造完毕后，焊缝经超声波及射线探伤检查，质量均达到设计要求；壳程、管程分别进行压力试验一次性通过，各项技术指标均达到技术要求，并通过特种设备监督检验部门的检验。该设备竣工投入使用至今运行状况良好，经回访用户反馈，各项性能满足使用要求，传热效果明显，安全稳定，无任何故障，因此该设备的设计制作是成功可取的。

5 结语

通过对折流杆换热器设计、制作过程中结构、传热原理、制作工艺的分析研究得出如下结论：折流杆式换热器较折流板式换热器的优点有总传热效率高、管束振动小、壳程压降低、结垢速率低、使用寿命长等众多优点。但由于折流杆换热器换热过程极其复杂多变，既涉及到动力学、还牵涉到热力学，目前设计无任何标准、规范可遵循，也没有可供设计使用的计算公式和图表。我厂的设计是以原设备使用的实验结果为基础，完全套用原设备的工艺参数、技术特性、结构、受压元件规格尺寸，并对换热管进行改进，综合实践经验而进行设计制作的，其综合优点，已经在实际应用中得到了证实，至今有几家化工厂使用反映良好，其先进性及良好的经济效益，具有很好的使用前景，值得进一步的研究开发，通过设计制造的不断改进和积累，形成可遵循的标准、规范，获得大范围的推广与应用。

参考文献：

[1]GB150-1998《钢制压力容器》

[2]GB151-1999《管壳式换热器》

换热器毕业设计总结例6

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）12-0064-03

一、概述

贵州赤天化纸业股份有限公司年产20万吨竹浆林纸一体化项目，其碱回收工艺中的碱炉（1500tds/d）以制浆废液黑液为燃料进行燃烧以消除黑液中的有机物，燃烧产物可还原成碱，在燃烧的同时又可产出蒸汽，可达到消除污染、节能、回收的综合效果，在纸浆生产过程中有着举足轻重的作用。

在碱炉运行过程中，为有效地清除受热面积灰，保证受热面传热效果良好，公司采用了传统的蒸汽吹灰器，并将所有吹灰器分为两组进行控制，每一组同一时间只能动作一支吹灰器。但是由于蒸汽吹灰器故障率相对较高，检修人员在处理故障吹灰器时，对吹灰器的检修调试又会对该吹灰器所在的控制组的控制造成影响，在不影响系统正常运行的情况下，原有的控制方式既不便于检修调试，也不利于控制，且在对吹模式下蒸汽使用量较大，影响蒸汽平衡，已不满足于我们的生产需要，因此需要对其控制进行优化。

二、原控制方式介绍

公司碱炉使用了共76支吹灰器，吹灰蒸汽采用4.1MPa蒸汽，单支吹灰器耗气量设计值为2.64t/h，吹灰控制系统选用组态王与西门子S7-400系统，在控制上则将76支吹灰器分为左侧和右侧两个控制组，每一组有38支吹灰器，控制模式则分为单吹和对吹两种。

（一）控制模式

单吹模式：其顺控方式以左侧1#吹灰器开始启动开始，当左侧1#吹灰器运行完毕后启动右侧1#吹灰器，右侧1#吹灰器运行完毕则顺序启动左侧2#吹灰器，以此类推直至整个程序结束。

对吹模式：其控制方式以左右侧1#吹灰器同时启动开始，运行完毕后则顺序启动左右侧2#吹灰器，以此类推直至整个程序结束。

（二）信号交换方式

与现场的信号交换使用的是总线信号：一个吹灰器组共用一个控制信号线、一个吹灰器运行信号线以及一个吹灰器过载信号线，每一组吹灰器使用四个总线信号进行控制。

（三）存在的问题

1．检修故障吹灰器时为了方便检修调试，必须将自动控制模式切换为就地控制模式，在此期间要想保持程序运行，就需要操作人员随时监控，不方便操作。

2．吹灰器组分得不够细，在生产中常常出现某些位置需要频繁除灰的情况，这个时候自动控制模式已经不能满足要求，往往需要操作人员切换到手动模式来对几支吹灰器进行操作，并随时进行监控，不方便生产操作。

3．单吹模式下相邻两支吹灰器运行间隔时间过长，除灰效率较低，对吹模式下蒸汽消耗量又偏大，会造成蒸汽量波动，不利于生产的稳定。

三、优化目标及方案

（一）优化需要达到的目标

1．利用现有系统和设备，完善原程序不符合生产情况的地方，做到检修与运行两不误。

2．细化吹灰器分组，控制过程中尽量脱离人工干预，减轻操作人员工作量。

3．提高除灰效率，降低吹灰用气的波动，保持生产稳定。

（二）优化方案

1．取消现场吹灰器远程/就地切换开关，改为由操作站切换，该切换操作可单独进行而不影响程序逻辑，需要对吹灰器进行就地操作时，只要在操作画面上进行切换即可，方便检修人员在处理故障吹灰器的同时又不影响自动控制序列的正常运行。

2．在吹灰主控程序模块中利用主控继电器指令与累加器指令实现步进控制。

3．细化每一侧组的吹灰器分组，每一侧组根据现场吹灰器位置再细分为6组，然后左右侧每一组作为一个控制组，这样就将原来的2个控制组细化为6个控制组，再在S7程序中增加每一组对应的DB块用以保存吹灰器控制字数据。原来只有两个控制分组分别为DB40和DB41，将之细化后新增4个DB模块DB42～DB45，每个DB模块中按执行顺序保存各组的控制器控制字，以第一控制组DB40为例，见表1：

表1中地址栏为DB40模块中的数据起始地址，其中以地址DBW0.0开始，保存左侧吹灰器控制指令，以地址DBW76.0开始，保存右侧吹灰器控制指令，保存的数据则为控制指令输出，按每一个控制组吹灰器的运行顺序，将控制字指令数据依次保存在各地址中，这样，当开始运行第一组吹灰器时，程序读取DB40模块中的数据，按地址依次获得控制指令。

4．建立序列选择模块，计算出序列号（1～6）所对应的DB模块编号（DB40～DB45），再使用地址直接指针指向该DB模块。

5．增加错吹模式，在S7程序中增加FB模块，原程序中，FB20为原有的单吹、对吹控制程序，新增一个FB21模块则为错吹程序，两个FB块互不影响，均可根据生产需要进行切换控制。

6．错吹模式中每一个控制组启动后从左侧第一支吹灰器开始运行，即从DB块中0.0地址读取当前控制字，并发出启动指令，吹灰枪开始运行。运行至开始回退时，通过延时器（该时间可根据生产情况来定）触发步进信号步进到DB块下一个地址（通常是地址76.0，见表1）读取控制字，发出启动指令，于是下一支吹灰器启动。在步进过程中，如果发现某支吹灰器被屏蔽，则跳过该地址和延时器，继续步进，如此循环步进，直到该组右侧最后一支吹灰器运行完毕，于是该控制组运行完毕，继续顺序运行下一个控制组程序。

四、改造过程中需要注意的问题

1．在原有控制模式基础上，新增错吹模式，其工作原理参照单吹模式进行修改，在当前运行的吹灰器还没有运行完毕的时候，下一支吹灰器则开始启动，其目的是提高除灰效率，同时降低用气波动。要达到该目标需要引入延时器，但是使用延时器时又需要考虑到在某支吹灰器在屏蔽与故障情况下如何跳过延时器顺利的步进到下一支吹灰器运行。

2．原控制程序仅分为2个控制组，S7中也只采用了两个DB模块对吹灰器的控制字进行保存和处理，如果要细化吹灰器的分组，必须再增加DB模块对分组数据进行保存，同时还要考虑按分组信号进行顺序控制时，程序如何按照操作人员给定的组序列顺序进行控制，采用何种选址方式达到目的。

3．原控制信号全部使用总线信号，因此每一支吹灰器的信号监控必须是每一组的总线信号与吹灰器的控制字相结合来进行判断，在修改程序时需要注意在吹灰器故障、屏蔽时步进器必须能够正确的工作。

五、结语

经过重组优化，投用后效果明显，除灰效率明显提高，碱炉烟道积灰堵塞的情况已大大改善，同时也方便了运行期间检修人员对故障吹灰器的检修调试，切换至错吹模式运行时，蒸汽管网压力波动情况也得到了改善。本次改造主要对控制方式进行了优化，由于采用的都是原有的系统和设备，没有产生额外成本，取得了比较满意的结果。

参考文献

换热器毕业设计总结例7

0.前言

公司接到石化公司的紧急通知，需要对300多台换热器进行维修、试压。为了保证换热器试压合格率及大检修效率，设计合理的试压工装，是高效、高质量完成换热器检修试压任务的必要条件。所以，设计人员根据现场情况对浮头式换热器试压工装重新设计，后期主要投用在直径为DN400至DN1500的浮头式换热器试压上。

1.制定设计阶段

公司接到任务后，及时组织设计人员了解、掌握公司目前所使用的试压工装的结构及适用范围，并对工装结构多次与相关技术干部进行交流、讨论，最总制定出试压工装设计方案。此方案中的工装结构比原有试压工装结构更简单、经济、使用更灵活，满足现场试压及公司内部检修试压需要。

2.设计阶段

2.1根据方案绘制初步工装图纸，并结合公司实际加工能力，在标准允许范围内最大限度地改进结构。

2.2该阶段分以下步骤进行：

（1）利用设计计算软件LANSYS.PV1.2及GB150中的相关计算式，根据设计条件，计算出所需要的法兰厚度、壳体厚度及长度、压盖厚度等数据。

（2）根据结果结合换热器标准GB151-1999《管壳式换热器》、NB/T47023-2012《长颈对焊法兰》等制定出各零件的具体尺寸。

2.3优化工装后部结构及密封处的结构，并绘制初步草图。

2.4设计人员与机加工分公司技术人员，对密封处结构加工图样的可行性进行讨论，最终确定优化后的结构图样。

2.5进行最终图纸绘制，给出技术要求及料表，完成换热器试压工装设计任务，具体两种新、旧试压工装图如下：

原来的试压工装图

JB4714-92《浮头式换热器和冷凝器型式与基本参数》

3.试压工装制造阶段

试压工装主要由设备法兰、壳体、密封结构、压盖、密封圈等组成；制造工序严格执行压力容器制保体系、容器制造工序；法兰、压盖等锻件严格按设计图纸加工。为保证试压工装使用时换热器芯子能够顺利装入或抽出壳体，壳体材料排版时外周长允许上偏差控制为10mm、下偏差控制为零、控制椭圆度≤0.5%DN并做到壳体内凡有碍管束顺利装入或抽出的焊缝磨至与母材表面齐平。

由于该工装芯子试压时的密封主要靠非标法兰、密封圈、压盖和与压盖连接的顶紧。密封圈的短节加工和压盖加工在制造过程中都得到了很好的控制；使最终制造出的试压工装符合图纸、满足使用要求。

4.进行实用性及经济性评价阶段

试压工装使用状况：每台试压工装，在组焊完毕后都具备了投入现场使用的条件。在大检修的繁忙工作阶段，从石化公司拆下的被检修换热器300多台，都是采用了新设计的试压工装，不管在效率上还是合格率上，在业主要求在规定时间内全部拆卸、试压合格后再安装到位的。

另外石化公司在大检修期间还新制造换热器芯子50台，这就对新设计的试压工装是否能够满足新换热器芯子试压的需要、是否会因结构不合理出现泄漏而影响检修进度等问题都在大检修中得到了实质性的考验。

5.使用效果

在大检修中设计的试压工装在正式投入使用过程中，设计的直径为DN400mm到DN1500mm试压工装全部投入使用 ，期间没有发现因结构不合理产生泄露现象，效率是原来的3～5倍（以前大检修需要24小时倒班拆除、试压）。

从经济性方面来说，试压工装结构简捷、紧凑，不浪费材料，除了必要的法兰用锻件外，其他材料均为可焊性较好便于采购的普通低合金钢；后端压盖设计采用了前后都与短节连接的双向结构（根据管板的厚薄两头可以倒过来用）提高了性价比。

大检修结束后获得了业主和使用单位的良好评价。

6.设计产品的综合性使用结论

本次试压工装的设计与往年的试压工装相比，有以下优点：

（1）壳体后端采用凹凸面法兰连接的结构部分，装抽换热器芯子比往年的试压工装方便，特别是在现场试压，只需把该试压结构的法兰和后端压盖带到现场可以对不同压力、同直径长度分别为为6米、4.5米、3米的芯子进行试压。

（2）后端压盖结构由于双面都带短节可适用于不同压力级别的换热器芯子的通用试压。

（3）由于此结构没有往年试压工装内部的凸背，不用拆卸试压工装、芯子从管箱侧法兰处直接装进去。节约了每次工装装卸时间。

（4）本次试压工装的制造成本比原来的试压工装的制造费有了明显的降低。■

【参考文献】

换热器毕业设计总结例8

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

上海·东盟商务大厦主体建设工程，坐落于昆明市呈贡新区吴家营行政商务区，毗邻昆明市政府新址。本工程由3栋楼组成，均为高层综合楼建筑附建地下室，总建筑面积18.656万㎡，地下室3层，地上裙楼4层、1#和2#创业楼25层、3#塔楼23层。高层塔楼采用全现浇钢筋混凝土框架核心筒结构，附楼为框架结构。

二、地源热泵概况

（一）基本概念

以岩土体、地下水或地表水为低温热源，由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成的供热空调系统。根据地热能交换系统形式的不同，地源热泵系统分为地埋管地源热泵系统、地下水地源热泵系统和地表水地源热泵系统。是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统。

本工程采用的是地埋管地源热泵系统，钻孔深度100m，是以蕴藏在浅层岩土体中的热能资源，经地热能交换系统调节能量并进行冷热转换后，集制冷、采暖、供生活热水及其他功能于一体的低碳节能、绿色环保的地源热泵中央空调系统。

图2-1地埋管地源热泵系统基本组成

（二）系统原理

1、地埋管冷热转换原理

地层15m以下，土壤一年四季均保持一个相对稳定的温度10℃~15℃，为我们的节能地源热泵系统提供了取之不尽的免费能量交换源。

冬季供热时，大地作为热泵机组的低温热源，通过封闭式双U型地埋盘管系统获取土壤中热量为室内供热，并供应热水。见图2-2.

夏季制冷时，将大地作为排热场所，把室内热量通过封闭式双U型地埋盘管系统排入大地，为室内提供冷量，余热被系统回收用作提供免费热水。土壤中通过水分的迁移把热量扩散出去。见图2-3.

图2-2冬季供热原理图 图2-3夏季制冷原理图

2、地源热泵主机工作原理

图2-4地源热泵主机工作原理

（三）系统优势

封闭双U型地下埋管系统与浅层地能交换过的冷媒通过地源热泵主机为建筑物提供冷暖热源、热水等服务。与传统的变频多联机空调、水冷机组加锅炉相比，地源热泵系统具有较多优势，具体见表2-1.

表2-1地源热泵系统优势比较表

（四）节省资源对比

地源热泵中央空调系统相比传统中央空调系统，无论在人力、物力、财力等方面都将大大节省资源。具体见表2-2.

表2-2资源节省对比表

三、施工方法

（一）施工工艺流程

地埋管地源热泵中央空调系统施工工艺流程见图3-1。

图3-1地源热泵中央空调系统安装施工工艺流程

（二）浅层地热能、水文地质工程勘察

地源热泵系统设计前，必须先进行场地浅层地热能资源、水文地质条件工程勘察，掌握场地岩土体的结构、热物性、温度和地下水文条件，并进行岩土热响应试验，得出基本参数，为系统建模设计提供依据。

（三）建模设计

地埋管换热器设计是否合理，决定这地源热泵系统的经济性和运行的可靠性，建立较为准确的地下传热模型是合理设计地埋管换热器的前提。

本工程利用岩土热响应试验进行地埋管换热器的设计，即把岩土综合热物性系数、岩土初始平均温度和空调冷热负荷输入专业软件，在夏季工况和冬季工况运行条件下进行动态耦合计算，通过控制地埋管换热器夏季期间出口最高温度和冬季运行期间进口最低温度，进行地埋管换热器的设计。

地埋管换热器设计、模拟采用专用软件。设计流程如下：

地下岩土热物性参数的检测建筑物冷热负荷计算热泵机组的选择确定地埋管换热系统换热量确定地埋管材质、管径、管长确定钻孔数量和孔深确定推算每延米孔深的换热量地埋管内流体流量确定循环泵确定。

通过建模设计，确定地埋管换热系统选型为“垂直地埋管+水平地埋管”的组合形式。其中，垂直地埋管选用双U型，即在每口竖井内安埋2组U型垂直地埋管；水平地埋管选用单层式，单沟多管布置。

（四）地埋管换热系统安装施工

地埋管换热系统安装施工是整个地源热泵系统的关键。现已形成成熟的施工工艺，下文中进行重点描述。

1 地埋管换热系统安装施工工艺流程

地埋管换热系统施工工艺流程见图3-2。

图3-2地埋管换热系统安装施工工艺流程

2 地埋管换热系统安装施工要点

1、材料准备

（1）地埋管，采用化学稳定性好、耐腐蚀、导热系数大、流动阻力小的聚乙烯PE管。每口井中放置一组双U形聚乙烯管（PE100），管径：32×3.0。水平横管亦为PE管，管材是PE100，管径规格为：40×3.7，50×4.6，63×5.8，450×33.1。管道承压规格：De63采用SDR13.6,PN1.25MPa型。

（2）细砂，主要用于竖井灌砂及水平沟铺设及回填。竖井填充的目的是固定U型管在井孔中的位置，填充材料要求有良好的热传导率、较高的渗水率，保持地埋管周围有较高的含湿量，提高热传导率，相对抵消了U型管内的静压力。填充材料选用细黄砂，要求砂中无石头及其他硬物。

（3）传热介质，选用水。昆明常年不会冻结，不需添加防冻剂。

2、工程钻孔

（1）钻孔直径150mm。

（2）钻孔部位如土质松软，易塌孔，采用膨润土等材料护壁或安装护壁套管，确保孔径达到要求。

（3）确保钻孔深度。钻孔深度以设计图纸规定为准，并做好记录，如果无法钻到设计深度，则重新选择钻孔位置。

（4）钻孔完毕后，应及时放管并填砂。

3、垂直地埋管施工

（1）地埋管材采用PE高密度聚乙烯材料，所有PE管都使用专用的热熔设备进行熔接。在施工前应对PE管道用水进行试压检漏，确保所用管材及所熔U型弯完好无损。

（2）重力下管时，要做好U型头的保护工作，防止在下管时对U型头的损坏。

（3）第一次检漏完毕后，将管内压力下降至0.4MPa 左右，带压插入钻好的井中，完成灌砂之后保压1小时，压力降不大于3%为合格。

（4）检漏完毕后，管内压力降至常压并封口。如果下一道工序周期较长，管内压力须保持0.2MPa~0.3MPa，能够及时的发现其他单位在该区域施工时对地埋管的破坏。

（5）垂直地埋管放好、灌砂之前，回填固定埋管，防止管子上浮。

（6）记录埋管前端刻度编号及尾端刻度编号，确保立管深度与孔井深相当。

（7）钻井结束，立埋管就位后，即开始灌砂。灌砂采用人工方法，边灌砂边浇水并分多次灌砂，确保整个孔隙灌实。

（8）井孔填满后，对U型地埋管充水观察流水是否通畅，然后加压检验，对所有U型管逐个检验，均可与集路环路连接。

4、水平地埋管施工

（1）根据图纸及具体的现场情况备料。管道连接同样需要专用热熔设备对管路进行熔接。

（2）立埋管施工完成后，根据设计要求开挖水平管沟，深度为基础大底板垫层下0.5m。

（3）安装水平地埋管，将水平循环集管与垂直地埋管连接，并从水平管沟内将循环集管引入分、集水器中。

（4）垂直或水平地埋管换热器与环路集管装配完成后，回填黄砂前须进行第二次水压试验。

（5）环路集管与机房分、集器连接完成后，回填黄砂前须进行第三次水压试验。

（6）整个系统安装完成后，对整个系统进行第四次水压试验。

5、水压试验

（1）竖直地埋管换热器插入钻孔前，做第一次水压试验,试验压力为1.6MPa，稳压15min,稳压后压力降不大于3%，且无漏现象为合格。将压力降低至0.6MPa，在有水带压状态下插入钻孔。

（2）竖直地埋管换热器与水平环路集管装配完成后，回填前进行第二次水压试验。第二次水压试验的试验压力力为0.6MPa,在试验压力下，稳压30min,稳压后压力降不大于3%，且无泄漏现象为合格。

（3）环路集管与供回水总管连接完成后，回填前应做第三次水压试验，试验压力为0.6MPa，在试验压力下稳压至少2小时，且无渗露为合格

（4）地埋管换热系统全部安装完毕，且冲洗，回填及排气全部完成后进行第四次水压试验，试验压力为0.6MPa，稳压12小时，且无渗漏为合格。

（5）水压试验用水泵缓慢升压，升压过程中随时观察与检查，确保不得有渗漏;（注：不得以气压试验代替水压试验。）

（6）回填过程的检验应与安装地埋管换热器同步进行。

6、回填

（1）系统试压合格后，才可进行回填黄砂和覆土。回填时，须将土块打碎，对每层回填土须进行夯实。

（2）回填土标准：PE管上、下各200mm厚度的细黄砂；标准以外用一般土回填。

7、系统清洗

系统试压合格后，须进行系统注水、清洗、排气。注水时，从回路的一端注水，另一端排气，切忌两端同时注水。

（五）建筑物内系统空调机房设备安装、调试

建筑物内系统空调机房设备安装、调试按照暖通相关规范即可。本文不进行详细描述。

四、小结

地源热泵中央空调系统以其优秀的节能和环保效果在美国、瑞士、德国等发达国家早已得到广泛应用，是成熟且高效的绿色可再生能源利用形式。而在中国地源热泵绿色节能中央空调系统的应用还处于起步阶段，作为建筑节能耗能大户的中央空调系统的节能技术应用拥有难以估量的广阔发展前景。本工程对于地埋管地源热泵的成功应用，无论对于地源热泵技术还是绿色、低碳理念的推广都具有重要意义。

换热器毕业设计总结例9

1、引言

如何准确地判断管束的泄漏点并加以封堵，从而避免生产过程中介质外泄及管程和壳程之间的介质相互贯通是确保浮头式换热器检修质量的重要环节。因此，试压工装的可靠性就成为浮头式换热器检修试压的关键[1]。

2、试压工装简介

经过多年的实践和摸索，我们设计并制作了一套浮头式换热器的试压工装。

如图,是浮头式换热器试压工装及试压工作原理图。

图中左侧为固定端。试压前，将假法兰与筒体法兰通过紧固螺栓1相连接，管板和筒体之间安装密封垫片，在紧固螺栓1的作用下完成了固定端壳程和外界的密封，管束端口暴露在外部可观察部位。

图中右侧为浮头端。试压工装主体和浮头端筒体法兰连接（同时安装密封垫片）后，和浮头端的管板间形成一个新的填料箱体。填料压盖和工装主体相连接，在紧固螺栓3的作用下填料被压缩，实现了浮头端壳程和管板间的密封，同时使浮头端管束端口暴露在外部可观察部位。

通过上述介绍可以看出，通过使用该试压工装，实现了浮头式换热器壳程与外界的密封，同时使管程的两端均暴露在外部可观察范围内。这正是解决试压问题的关键所在。

管程试压时，将壳程充满水并保持实验压力。当管束中的某根管腐蚀穿孔，或者两端焊接部位发生泄漏，水就从该管两端或相对应的焊接点溢出，从而对泄漏管束及部位可进行准确判断和堵漏。

管程试压完毕，将假法兰和试压工装主体拆下，安装管箱、浮头及大盖，然后进行壳程试压。

3、几点说明

(1)由于浮头式换热器的压力等级不同，筒体法兰螺栓孔的开设也不同，因此可在同一试压假法兰和试压工装主体法兰上开设不同压力等级的法兰孔，以提高工装的通用性[2-4]。

(2)在安装试假法兰和试压工装主体进行试压时，假法兰和试压工装主体的受力远小于原有管箱或浮头大盖的受力，因此连接螺栓的数量可相应减少（一般间隔1-2个螺栓孔）。

(3)由于所执行的标准不同，各换热器厂家所生产的浮头式换热器的浮头端管板伸出筒体长度不同。在设计试压工装主体时，其长度应尽可能兼顾同一直径规格的各标准类型的换热器，从而提高工装的通用性。对于管板伸出筒体长度较大的，可通过增加垫圈厚度来调整[5-6]。

(4)试压过程中，密切关注管束两端垫片和填料泄漏情况，微量渗漏不影响试压结果。如果出现密封垫或填料泄漏量比较大时，应及时处理以免实验压力不够影响试压结论。

4、对比与结论

(1)这套试压工装的安装和操作简单方便，试压结果准确无误，使原本复杂繁琐的浮头式换热器的试压简单化、程序化，较大幅度的降低了检修劳动强度。

(2)通用性强，同种直径规格不同标准的浮头式换热器只需要一套试压工装即可实现工装通用，避免了配置大量工装所带来的不便和浪费。

(3)本工装属独创。和兄弟单位以及各冷换设备生产厂家的试压工装比较，本工装处于较先进的技术水平。

5、结语

通过分析、总结该工装近几年的使用情况，实践证明本工装各项技术指标良好。它的应用不仅提高了检修效率，有效地降低了检修劳动强度，而且从根本上解决了浮头式换热器检修试压的难题。

参考文献

[1] SHS01009-2004,管壳式换热器维护检修规程[s].北京:中国石化出版社,2004.

[2] 史美中,王中铮.热交换器原理与设计[M].北京:东南大学出版社,1996.

[3] 钱颂文.换热器设计手册[M].北京:化工工业出版社,2003.

[4] 庄俊,徐通明,石寿椿.热管与热管换热器[M].上海:上海交通大学出版社,1987.

换热器毕业设计总结例10

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）40-0119-02

《华盛顿协议》是世界上最具影响力的国际本科工程学位互认协议，该协议是国际工程界对工科毕业生和工程师职业能力公认的权威要求[1]。2013年6月，中国成为该协议的第21个预备成员国，这必将对我国工程教育改革与发展产生深远影响。中国工程认证协会制订了与国际标准紧密对接的认证标准，并陆续在机械、计算机、化工与制药、电气信息等14个专业类开展了认证工作[2]。“传热学”既是能源动力类专业的技术基础课，也是与各工程领域关系密切相关的专业课程，它植根于工程实际，也必将服务于工程实际[3]。作为工程认证专业之一，江苏大学（以下简称“我校”）机械设计制造及自动化专业学生必须要学习“传热学”。传统的“传热学”课程体系及教学模式与工程认证的培养目的和教学需要还存在一定的差距。为了配合工程认证的标准，我校传热学课题组就工程认证的需求，针对机械专业班级的“传热学”教学，修订了教学大纲，并在实际的教学过程中紧扣工程认证的大背景做了一些工作。本文从“传热学”的课程特点出发，结合笔者在机械类班级课堂的教学实践和教学体会，对工程认证背景下“传热学”课程的教学改革进行了探讨和总结。

一、工程认证背景下机械类专业“传热学”教学中存在的主要问题

1.课时设置与课程特点、教学目标的矛盾。我校机械专业的“传热学”课程总学时仅为30学时，其中实验为4个学时，考试为2个学时，真正用于教学的只有24个学时。“传热学”是一门发展中的应用性极强的专业基础课程，首先热传递现象的理论分析又涉及到许多数学理论与方法，经验公式较多，难于理解和记忆;其次“传热学”分成导热、对流和辐射三部分内容，这三部分内容有各自相对独立的定律和解决方法，系统性较差，基本概念和公式繁多，重点分散，在短时间内学生学习有一定的困难[4]。而工程认证要求培养目标多样性，以传热学为例，其支撑的毕业要求指标点为：指标点1，具有解决机械工程问题所需的数学与传热问题及其应用能力;指标点2，能够将数学、传热学基本原理运用于机械工程问题的表述;指标点3，能够对于传热学模型的正确性进行论证并求解。

2.学生基础知识与“传热学”课程特点的矛盾。“传热学”是学习“工程热力学”、“流体力学”等专业基础课后学习的课程。而机械专业的学生却没有这方面的基础训练，上课时一些必备的基础知识的缺乏导致上课难以接受。比如热力学第一定律是推导导热微分方程的理论基础、伯努利方程在对流换热微分方程组的应用等，学生在学习这些方程时，不能深刻理解与工程实际问题之间的必然联系，造成学习动力不足，学习兴趣降低等问题。

3.课堂教学及实验教学与工程能力培养的矛盾。传统“传热学”教学以教师讲解、学生照本操作的模式进行，而工程认证核心理念是以学生为中心和目标。工程认证“传热学”教学方法的改进必须和工程实践环节如实验室操作、企业实践等相结合，其目的是训练学生的工程意识和思维，培养学生理论结合工程实际的能力。同时，使学生能够接触机械行业的生产实际并了解其前沿发展趋势。但现实情况是，我校和有关换热器的企业合作不多，另外我校的实验教学仪器多年来没有进行更新，有部分实验设备相对比较陈旧，实验室仪器设备明显不足。

二、教学改革的措施与方法

1.对照《工程教育认证标准》，全面修订“传热学”培养计划。此认证标准给高校带来的变化就是要以学生为本，不断为工程教育改革而持续改进。工程认证所要求的OBE教育模式，一是要求教师在教育活动之前对学生达到的发展水平有清晰的认识，要用精细的“教学大纲”控制教学开展;二是要选择与教学目标类型一致的教学方法[2]。因此，我校传热学课题组重新修订了培养计划和教学大纲，教学中注重讲解定理基本假设和应用范围;求解习题强调参数的获取及多种计算方法的比较;最后增加了部分与工程实际相关的课后习题。教学改革核心的问题是教学内容的改革。针对毕业后我校机械专业学生具备机械设计制造基础知识与应用能力，从事机械制造领域内的设计制造这一目标，在讲清“传热学”物理概念的基础上，简化或省略与今后工作联系不大的理论和公式的推导过程。如稳态导热中，不详细推导导热微分方程的普适形式，只要求学生能对实际导热问题建立微分方程即可。针对肋片导热问题，重点放在让学生熟练掌握工程上不同形状肋片效率的查法。在非稳态导热中，简化诺谟图的理论推导过程，重点放在如何应用诺谟图来求解内阻不可忽略的非稳态导热问题。在对流换热中，只介绍对流换热微分方程组的建立思路，重点讲述各种实验关联式的具体应用和使用条件。在辐射换热中，增加了火焰辐射的内容，强化了机械专业学生工作后有可能接触的加热炉、锻造炉等加工工艺中涉及的辐射换热问题。

2.优化整合，发挥课题组整体优势。我校能源与动力工程学院工程热物理系成立了传热学课题组，组员7人，以多年教授“传热学”的退休老教师为顾问和指导，由课程负责人具体负责“传热学”的教学组织、课程的建设与管理工作，充分调动所有课题组的教师参与课程建设和教材建设的积极性。明确责任，将“传热学”的教学任务分解并落实到个人。每隔1～2个月的时间，课题组的人员进行教学研讨，交流教学体会。同时向学院建议加大支持力度，提高“传热学”课程在考核、个人定级及津贴等方面的分量，形成良性循环的激励机制。

3.加强实验室建设，培养学生自我提升能力。经过传热学课题组的申请和建议，我校能源与动力工程学院在经费有限的情况下，购置了新的实验设备，修缮了一批传统的实验设备，目前传热学实验室具有足够的实验器材能够给学生提供自主动手的机会，以前平均7～8人一组的实验现在减少到每组2～3人，可以保证每个学生有机会进行实际动手操作，提高了实际动手能力。另外，笔者可以就机械专业学生在今后工作中可能涉及的实际问题进行正确引导。比如测量型砂导热系数问题，在实际的教学过程中，笔者注重引导学生自己去思考，修改并改善圆球法测量型砂导热系数的实验方案。当学生提出其他的实验方案后，及时进行评价和讲评，提高了学生处理工程实际问题的能力。

4.注重引导，拓宽校外实习基地。机械设计及其自动化作为实践能力很强的专业，其实践教学的作用在于引导学生进行正确的专业实践认知。我校能源与动力工程学院与驻镇的有关企业建立了良好的合作关系，如江苏唯益换热器有限公司、镇江天鸿新能源有限公司等。我们定期带学生过去参观和实习，重点了解这些企业的换热器和散热器等产品设计、生产和组装过程，培养学生思考与动手能力。经过我校和企业之间的积极合作，为机械等专业的学生提供实习机会，提高了学生的工程实践能力。

5.充分发挥网络多媒体教学的优势。多媒体教学能够增加课堂教学的信息量，容易激发学生的主动性和积极性。针对机械专业，我校传热学课题组首先收集整理了大量的工程图片和工程录像，将这些资料和课本上的相关内容进行链接，提高了学生的兴趣和多媒体教学的授课质量。其次，我校传热学课题组目前正在建立传热学教学网站，每位老师负责一项内容，进行传热学网上教学视频的录制，充分满足了学生个性化学习的需要。下一步我们将及时更新网上教学资源，建立传热学网上辅导答疑系统，采用课堂教学与网络教学并举的方式，进一步提高传热学的教学质量。

6.构造合理的“传热学”质量考核标准。实践教学的质量是反应学生“工程实践能力水平”的关键，而传统的“传热学”质量考核体系很难真实反映学生的工程实践能力。笔者设置机械专业“传热学”课程的总评成绩=平时考核成绩×10%+实验成绩×10%+期末考试成绩×80%。平时考核主要以课堂表现和作业为主，实验成绩以实验报告和学生具体的动手能力为准，期末考试的题型包括填空题、简答分析题和计算题等，其中考核三种传热方式基础知识型题目占60%，考核针对三种传热方式在工程应用基础问题综合分析与验证的能力题目占40%。提交总评成绩后，针对工程认证的标准，针对每个毕业要求指标点，分项求各指标点对应的平均分，计算“传热学”对各指标点的评价值，从而获得“传热学”课程的达成度评价报告。从近两年的“传热学”教学结果分析来看，基本上达到了工程认证对机械专业学生学习“传热学”的要求和目标。

本文分析了我校机械类专业“传热学”教学的不足和现状，提出了教学改革的措施。笔者认为要实现工程认证对学生的培养要求和目标，必须对“传热学”设置合适的学时，调整教学内容与学生的工程实践能力相匹配，注重培养学生分析问题和解决问题的能力[5]，重新选用合适的热工基础教材，科学施教，不断推动机械类专业“传热学”教学的改革和发展。

参考文献：

[1]晋浩天.工程教育认证对我们意味着什么？[N].光明日报，2013-11-27.

[2]胡文龙.工程专业认证背景下的高校教师教学发展[J].高等工程教育研究，2015，（1）：73-78.