換熱器

　　由中國石化集團上海工程有限公司組織編寫的《石油化工設備設計選用手冊》包括：《石化設備用鋼》、《承壓容器》、《儲存容器》、《有色金屬製容器》、《搪玻璃容器》、《工業爐》、《乾燥器》、《除塵器》、《反應器》、《塔器》、《換熱器》和《機泵選用》，共12個分冊。
　　本書為《換熱器》分冊，包括管殼式換熱器、空氣冷卻器、板式換熱器、螺旋板式換熱器、板翅式換熱器、熱管換熱器等類型，介紹了各種換熱器的功能、結構、工藝設計與選用等內容。
　　本書可供從事石化設備換熱器設計、研究、製造、使用的工程技術人員及研究人員參考使用，也可供高等院校相關專業的師生參考。

第1部分 管殼式換熱器
第1章 管殼式換熱器簡介3
1.1 概述3
1.2 管殼式換熱器的分類3
1.3 換熱器的選用4
1.4 管殼式換熱器的發展趨勢及近代研究成果5
1.4.1 管殼式換熱器的發展趨勢5
1.4.2 縱流殼程換熱器6
1.4.3 換熱網絡的研究進展6
1.4.4 換熱器相關技術發展動向7

第2章 管殼式換熱器的系列10
2.1 管殼式換熱器的類型10
2.1.1 固定管板式換熱器概述10
2.1.2 浮頭式換熱器概述11
2.1.3 U形管換熱器概述11
2.1.4 填料函式換熱器概述12
2.1.5 滑動管板換熱器概述12
2.1.6 雙管板換熱器概述12
2.1.7 薄管板換熱器概述14
2.1.8 立式熱虹吸式重沸器概述14
2.2 固定管板式換熱器（JB／T4715-92）15
2.2.1 固定管板式換熱器的形式15
2.2.2 固定管板式換熱器的參數系列16
2.3 浮頭式換熱器和冷凝器（JB／T4714-92）23
2.3.1 浮頭式換熱器和冷凝器的形式23
2.3.2 浮頭式換熱器和冷凝器的基本參數25
2.4 U形管式換熱器（JB／T4717-92）31
2.4.1 U形管式換熱器的形式31
2.4.2 U形管式換熱器的基本參數31
2.5 鋼製固定管板式薄管板列管換熱器（HG21503-92）34
2.5.1 薄管板列管換熱器的形式34
2.5.2 薄管板列管換熱器的基本參數35
2.6 立式熱虹吸式重沸器（JB／T4716-92）36
2.6.1 立式熱虹吸式重沸器的形式36
2.6.2 立式熱虹吸式重沸器的基本參數36

第3章 管殼式換熱器結構40
3.1 概述40
3.2 換熱管42
3.2.1 普通換熱管42
3.2.2 高效換熱管43
3.3 管束及分程46
3.3.1 管束支撐結構46
3.3.2 管束分程52
3.3.3 換熱管排列形式53
3.3.4 換熱管中心距53
3.4 管板54
3.5 管箱54
3.6 管板與相鄰零部件的連接55
3.6.1 殼體與管板的連接55
3.6.2 管箱與管板的連接56
3.6.3 管子與管板的連接58
3.7 其他結構60
3.7.1 膨脹節60
3.7.2 導流筒61
3.7.3 防沖板63
3.7.4 防短路結構64
3.7.5 拉桿與定距管64

第4章 管殼式換熱器工藝設計66
4.1 換熱器內阻力損失計算66
4.1.1 換熱器內阻力損失分析66
4.1.2 直管阻力損失66
4.1.3 換熱器管程阻力損失67
4.1.4 換熱器殼程阻力損失68
4.1.5 允許壓降的選取78
4.2 桿式支撐換熱器殼程阻力損失78
4.2.1 Phillips石油公司計算方法78
4.2.2 鄭州大學熱能工程研究中心計算方法79
4.2.3 華南理工大學計算方法80
4.2.4 華中科技大學計算方法81
4.3 傳熱過程的基本公式81
4.3.1 管殼式換熱器傳熱過程81
4.3.2 污垢熱阻82
4.4 對流換熱83
4.4.1 概述83
4.4.2 無相變對流換熱85
4.4.3 非牛頓型流體傳熱92
4.4.4 有相變傳熱95
4.5 換熱器殼程傳熱係數關聯式104
4.5.1 殼程無折流裝置104
4.5.2 折流板支撐換熱器殼程傳熱係數關聯式104
4.5.3 盤環形折流板支撐換熱器殼程傳熱係數關聯式105
4.5.4 桿式支撐換熱器殼程傳熱係數關聯式108
4.6 工藝條件的選擇111
4.7 換熱器工藝計算113
4.7.1 設計計算基本步驟113
4.7.2 相關計算與選擇115

第5章 管殼式換熱器元件強度計算120
5.1 管板強度計算120
5.1.1 管板強度設計標準及規範120
5.1.2 GB151中管板強度計算方法121
5.1.3 德國AD壓力容器規範124
5.2 膨脹節130
5.2.1 膨脹節設置130
5.2.2 基於ANSYS軟件的膨脹節強度模擬130
5.2.3 基於ANSYS軟件的U形波紋管膨脹節的工程優化設計131
5.3 基於ANSYS分析的換熱器零部件結構優化設計134
5.3.1 帶夾套新型換熱器結構特點134
5.3.2 H形結構應力計算135
5.3.3 H形換熱器結構優化設計138
5.3.4 結構疲勞強度分析141

第6章 管殼式換熱器流體誘導振動143
6.1 流體流動誘導振動基本機理143
6.1.1 漩渦脫落誘發振動143
6.1.2 紊流抖振145
6.1.3 流體彈性激振146
6.1.4 聲共鳴147
6.2 傳熱元件的固有頻率148
6.2.1 直管的固有頻率148
6.2.2 U形管的固有頻率151
6.2.3 固有頻率的有限元分析計算及應用154
6.3 系統的受力分析與破壞157
6.3.1 Thorngren破壞數157
6.3.2 振動破壞的受力分析及臨界流速158
6.3.3 振動疲勞破壞161
6.3.4 累積損傷理論162
6.3.5 振動磨損164
6.4 防振設計164
6.4.1 防振措施164
6.4.2 防振研究165

第7章 管殼式換熱器的結垢169
7.1 概況169
7.1.1 污垢對換熱器的影響169
7.1.2 污垢的分類173
7.1.3 污垢研究現狀175
7.2 污垢的形成過程與機制176
7.2.1 概述176
7.2.2 污垢的形成過程176
7.2.3 污垢的形成機制178
7.3 污垢的形成影響因素179
7.3.1 換熱器運行參數的影響179
7.3.2 換熱器結構參數的影響180
7.3.3 流體介質性質的影響181
7.3.4 其他181
7.4 防垢與除垢181

第8章 管殼式換熱器的一些研究專題185
8.1 縱流殼程換熱器流體流動和傳熱的數值模擬185
8.1.1 概述185
8.1.2 流體流動與傳熱數值模擬的數值實現186
8.1.3 流體流動與傳熱數值模擬的程序實現186
8.1.4 基於週期性單元流道計算模型的換熱器數值模擬188
8.1.5 基於週期性全截面計算模型的換熱器數值模擬191
8.2 管殼式換熱器新結構的研究與開發193
8.2.1 夾套式變截面導流筒折流桿換熱器193
8.2.2 新型高低溫管板193
8.2.3 夾持式異徑換熱管縱流殼程換熱器194
8.2.4 斜向流管殼式換熱器195
參考文獻196

第2部分 空氣冷卻器
第9章 空冷器的形式和結構203
9.1 分類203
9.2 空冷器的基本部件206
9.3 管束207
9.4 風機213
9.5 構架218
9.6 百葉窗219
9.7 空冷器的佈置221
9.8 空冷器的調節223

第10章 空冷器的工藝設計及計算227
10.1 空冷器的設計條件及基本參數227
10.2 熱負荷227
10.3 傳熱係數與阻力計算229
10.4 有效平均溫差245
10.5 換熱面積249
10.6 強制通風時的風機功率249
10.7 自然通風的風筒高度250
10.8 計算步驟和例題251
參考文獻260

第3部分 板式換熱器
第11章 板式換熱器的結構及適用範圍263
11.1 概述263
11.2 板式換熱器的整體結構264
11.3 板式換熱器的優缺點269
11.4 流程組合270

第12章 板式換熱器的分類及選用273
12.1 板式換熱器的類型273
12.2 板式換熱器板片的分類與選用274
12.3 密封墊及其材料的分類與選用278

第13章 板式換熱器的傳熱計算281
13.1 基本傳熱方程式281
13.2 壓降計算283
13.3 換熱計算的一般方法284

第14章 板式換熱器的應用289
14.1 工程設計的一般原則289
14.2 設計舉例290
參考文獻292

第4部分 螺旋板式換熱器
第15章 螺旋板式換熱器295
15.1 分類與形式295
15.2 結構設計300
15.3 傳熱工藝計算301
15.4 螺旋板式換熱器壓力降計算307
15.5 螺旋板式換熱器的設計307
15.6 螺旋板式換熱器的製造與檢驗315
15.7 應用實例316
參考文獻321

第5部分 板翅式換熱器
第16章 板翅式換熱器概述325
16.1 發展概況325
16.2 板翅式換熱器的特點326
16.3 板翅式換熱器的應用326

第17章 板翅式換熱器結構特點327
17.1 基本結構327
17.2 翅片的選擇與形式328
17.3 翅片特性參數329
17.4 整體結構330

第18章 板翅式換熱器設計計算333
18.1 傳熱設計333
18.2 給熱係數確定336
18.3 多股流傳熱338
18.4 阻力計算339
18.5 結構設計和強度計算341

第19章 板翅式換熱器的製造與檢驗342
19.1 板翅式換熱器的材料342
19.2 板翅式換熱器的製造工藝342
19.3 檢查與試驗344
19.4 板翅式換熱器的修補和絕熱344
19.5 換熱器的使用與存放345
參考文獻346

第6部分 熱管換熱器
第20章 熱管和熱管換熱器的設計349
20.1 熱管和熱管換熱器的原理和特性349
20.2 熱管和熱管換熱器的類型和結構351
20.3 熱管設計358
20.4 熱管換熱器熱力設計368
20.5 熱管和熱管換熱器的製造376
20.6 熱管和熱管換熱器的應用379
參考文獻387