1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1.课题背景

本课题研究的对象为BEM型历史甲醇再沸器，即为管壳式换热器的一种设计类型，因此针对此课题的设计，我从管壳换热器入手，进而了解到换热器的结构，以及类型，并对此做出了概要综述，以及计算和设计。

管壳式换热器又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型[1]。

再沸器（也称重沸器）顾名思义是使液体再一次汽化。它的结构与冷凝器差不多，不过一种是用来降温，而再沸器是用来升温气化的。

再沸器多与分馏塔合用：再沸器是一个能够交换热量，同时有汽化空间的一种特殊换热器。在再沸器中的物料液位和分馏塔液位在同一高度。从塔底线提供液相进入到再沸器中。通常在再沸器中有25-30%的液相被汽化。被汽化的两相流被送回到分馏塔中，返回塔中的气相组分向上通过塔盘，而液相组分掉回到塔底。

物料在重沸器受热膨胀甚至汽化，密度变小，从而离开汽化空间，顺利返回到塔里，返回塔中的气液两相，气相向上通过塔盘，而液相会掉落到塔底。由于静压差的作用，塔底将会不断补充被蒸发掉的那部分液位。

再沸器的发展趋势

目前国内外再沸器的选用原则是:工程上对再沸器的基本要求是操作稳定,调节方便，结构简单，加工制造容易，安装检修方便，使用周期长，运转安全可靠，同时也考虑其占地面积和安装空间高度要合适[2-4]。

2.管壳式换热器的研究进展

2.1基本介绍及内容

换热器是化工、石油、动力、钢铁、食品、发电及其他许多工业部门的通用设备，在工业生产中占有重要的地位，尤其是化工生产中，换热器关系到生产的正常运行和操作费用。换热器的种类繁多，但管壳式换热器设备在化工生产中人占据主要地位，尤其是在高温或有腐蚀性介质作业中更能显出优势。关起哦啊式换热器是有一些直径较小的圆管加上管板组成管束，外套一个外壳二构成，其结构坚固，适应性强，选材广，易于制造，成本低，但是，在流动面积相等的条件下，远行通道的面积最小，而且罐子之间不能紧密排列。故管壳式换热器的共同缺点是结构不经凑，单位换热器的容器所提供的传热面小，传热系数不高，金属消耗量大，因而，换热器的强化传热系数技术的研究越来越重要了。

随着工业的发展，陆续出现了不少高效紧凑的管壳式换热器并逐渐趋于完善，这些换热器基本可以分为两类：一类是在管壳式换热器的基础上加以改进；另一类则根本上摆脱圆管而采用很多板状换热表面.管壳式换热器基础上改进的板式换热器，有结构经凑，材料消耗低，传热系数大等优点，但不能承受高温高压[5-8]。

2.2理论研究进展

管壳式换热器又称为列管式换热器，是以封闭在壳体 中管束的壁面作为传热面 的间壁式换热器。结构一般由壳体、传热管束，管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。目前，国内外工业生产中所用的换热设备中，管壳式换热器仍占主导地位、以下是几种常见的管壳式换热器[9-12].横纹管换热器，螺旋槽管换热器，螺旋扁管换热器，螺旋扭曲管换热器，波纹管换热器，内翅片管换热器等等.

管壳式换热器的设计包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计等, 而工艺设计一般是指传热 (或热力 )设计和压降 (或流动 )设计[22 23]

Colburn2Donohue法:管壳式换热器壳侧的传热和流动过程比较复杂, 因此, 壳侧的传热和压降设计计算令人关注, 一般设计原理的建立即指壳侧传热和压降计算方法的确定。1933年 Colburn首先提出了以理想管排数据为基础的壳侧传热系数计算关联式。而对于带有折流板的管壳式换热器, 由于漏流和旁流的存在, 设计时采用 Sieder2Tate关联式计算则更为方便[24 25]。

Kem 法：Kern法在 Colburn2Donohue法的基础上作了)些改进。它的主要特点是将设计作为一个整体来处理, 即除传热外, 同时还考虑壳程2管程流动、温度分布、污垢及结构等问题。Kern对这一设计方法进行了总结, H ewitt等增加了新的内容, 是目前管壳式换热器的重要设计参考书[26 27]。

Bell2Delaware法: 为了进一步改进管壳式换热器壳程的工艺设计, Bell以 1963年 Colburn等完成的 Delaware研究计划成果为基础, 提出了 Bell2Delaware法, 它的特点是利用大量验数据, 引入各流路的校正系数, 是一种精确度较高的半理论方法。该法考虑了传热、流动与结构综合效应, 但是其传热关联式中的系数与指数由实验数据

回归而得, 适用范围受到限制[28 29]。

流路分析法：为了克服 Bell2Delaware法的局限性, 美国传热研究公司 (H eat Transfer Research Inc. , HTRI)利用Tinker的流动模型和 Delaware大学的实验数据, 并引用自己的研究成果, 提出了具有独创性的流路分析法。天津大学也于 1979年提出了计算壳侧压降的流路分析法, 该法应用计算机进行计算。 1984年W ills和 Johnson对流路分析法进行了简化, 可以方便地进行手算。该法所依赖的各种流路阻力系数仍属于经验公式 .

3.管壳式换热器的腐蚀[13-15]

管壳式换热器因其结构坚固、操作弹性大、材料范围广、适应性强等自身独特的优点，在许多炼油化工装置上得到广泛的应用，并且取得了比较好的使用效果，目前仍是各聚乙烯生产装中的主要换热设备，在聚乙烯生产装置使用过程中最常见的故障便是因某种因素导致换热管及焊接接头的腐蚀。

3.1影响换热器热管腐蚀的主要因素有：

环境因素:它是指环境介质的组分、浓度、温度、压力、酸碱度、导电性等物理、化学及电化学性能，这些参数与腐蚀过程息息相关，因此，在进行换热器腐蚀失效分析时，首先必须弄清产生腐蚀的环境介质条件。

材质因素：腐蚀过程是环境介质在金属材料表面或界面上发生的化学或电化学反应过程，因此金属材料是腐蚀过程一个重要组成部分。

设备的结构设计及加工制造因素：在设备的结构设计上应尽量避免应力集中，遗留残余液体等不合理现象，在设备选材上应考虑材料与环境的一致性等。

操作因素：在运行过程中由于物料变化或者操作不当而引起的超温、超负荷运行都有可能引起局部腐蚀破坏；同时由于设备保养不良、维修不及时等原因也会导致设备生产腐蚀破坏而破费。

4.管壳式换热器腐蚀的防治措施

4.1 焊接结构的合理设计：注意结构涉及的合理性，避免断续焊、单面焊、搭接焊、未焊透等引起的缝隙，难以避免的缝隙应加以密封。点焊和缝隙焊接头也极易产生缝隙腐蚀，应尽量不用。

表一 工艺参数表

表二 各焊道焊接方法表

4.2 结构材料及焊接材料的合理选择：结构材料的抗蚀性在一般的腐蚀手册中均可查到，但焊接接头的抗蚀性则需要通过试验加以确定。用于腐蚀条件下的焊接材料尚无系统的资料可供参考，要特别注意焊接材料与结构材料(母材)的理化学性能、力学性能特别蚀抗腐蚀性能的合理匹配，以满足给定腐蚀体系的要求。

4.3 必要时对结构进行阴极保护：将结构接在直流电源的负极，使之处于阴极极化状态而受到保护，称为外加电流阴极保护法。而在结构上接一电位较负的金属作为阳极，以达到阴极极化目的，则称为牺牲阳极保护法。大型结构进行外加电流保护时，应根据不同部位的实际电位分别确定所需的电流密度，并应注意控制保护电位使之处于安全范围内，以免过大的负电位引起氢脆。

5.管壳式换热器的腐蚀防护措施

5.1 合理选材：首先考虑材料抗介质腐蚀的能力，正确选用板片材料。适用的板材有不锈钢、钛材、耐腐蚀耐热镍基合金、耐热镍烙铁合金等。最常用的板片材料是 1Cr8Ni9、0Cr17Ni12Mo2SMO254、双相钢、Ti 材以及镍基合金 Hastelloy 等。在聚乙烯生产装置之中建议使用 316L、Ni 材更为合适一些。

5.2 表面钝化处理：不锈钢板片进行表面钝化处理，使氧化膜表面生成一层坚固密实而又非常薄的膜，因而获得了良好的耐蚀性能。在管壳式换热器中，采用转化膜技术，使换热管及焊接接头耐 Cl－腐蚀的能力显著提高，使点蚀诱导期延长、点蚀失重下降，大大地延缓了不锈钢钢板片的腐蚀开裂时间。

5.3 设计和制造中的防腐：在设计时，选择正确合理的焊接接头和设备结构。设计换热管的防冲板和折流板时，应采用对换热管冲刷小的结构。所有断面要圆弧过渡。对容易形成高应力的部位通过改进结构、提高补偿能力加以解决。

5.4 操作运行中的防腐控制：在操作上，严格控制升、降温速度；管板式换热器的过滤问题[16-21]。

6.结语

21世纪是能源短缺的世纪，传热技术的发展引人注目。为了适应节省资源和能源时代的要求，必须研制出成本低，效能高的换热器，要求俄提供在小温差条件下也能取得较大热流密度的高效传热面。今后，换热器的研究发展方向应该是以小的温差，尽量少的传热面积来传输同样多热量的高效换热器。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一．课题研究的内容

本课题研究对象是：bem型立式甲醇再沸器。

根据设计参数进行热力计算，阻力计算。