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本次毕业设计的课题为“碱洗气水冷器的设计”。要求设计一台列管式换热器，使碱洗气通过换热器进行冷凝，冷却水则吸收热量，从而达到余热回收利用的目的。换热器的换热面积约为230平方米，由于冷、热介质温差小，两介质换热系数相差较大，换热系数大的介质走管程更加合理，所以设计碱洗气走管程，冷却水走壳程。换热器作为重要的单元设备之一，在化工、石油等行业中的应用相当广泛。与其他类型换热器相比，列管式换热器由于其适用性广、坚固耐用、密封性较好以及其结构简单、清洗方便等特点，是石油、化工等领域应用最普遍的一种换热器[1]。因此，如何最大限度地利用热能和回收热能、强化列管式换热器传热效率是本次课题的研究重点。10797
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2 课题研究的意义
当今世界，随着自然资源的不断消耗，节约能源已经成为一种重要的社会意识和责任。人们应当通过减少能源的消耗以及提高能源的回收利用，合理地利用能源。《中国人民共和国节约能源法》指出“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。”[2]
换热器是化工、石油、制药及能源等行业中应用相当广泛的单元设备之一。在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%- 45%。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%，其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备[3]。20世纪70年代初发生的世界性能源危机，有力地促进了传热强化技术的发展。为了节能降耗，提高工业生产的经济效益，要求开发适用不同工业过程的高效能换热设备。
几十年来，高效换热器的开发与研究始终是人们关注的课题，国内外先后推出了一系列新型高效换热器。当今换热器的发展以CFD(Computational Fluid Dynamics)、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系[4]。目前，在各种换热器节能技术中，强化传热技术是应用较广泛的一种技术。
3 国内外列管式换热器设计的研究进展与主要成果
3.1 换热器强化传热方面
目前，国内外提高换热器强化传热的途径主要有三种：提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差。研究主要集中在强化管程和壳程传热面方面。管程强化传热主要通过两种途径：改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。壳侧的传热强化研究包括管型与管间支撑物的研究[5] 。通过查阅相关文献，根据本课题的设计要求，综述国内外换热器设计进展及主要成果如下：
3.1.1 采用折流杆管束折流、支承方式
70年代初，美国为解决换热器管束振动开发了折流杆式换热器[6]。目前美国已直接应用强化传热管设计制造折流杆式换热器，如菲利普公司使用螺纹管作为换热管，不仅解决了振动问题，而且由于壳侧流动的改善使折流杆式换热器比传统的弓形折流板换热器传热系数提高30% 左右，管束的压降减少50%[7]。华南理工大学和大庆石油化工总厂共同开发的折流杆螺旋槽管再沸器已应用于在无相变及冷凝传热方面，其总传热系数比普通光管再沸器提高了112~117倍，抗振性能好。化工部化工机械研究院开发的折流杆式换热器替代了某化肥厂压缩机级间套管式冷却器，节省了占地面积。
折流杆式换热器能有效地减轻诱导振动，减少管束的磨损，延长设备使用寿命。同时，在同样换热负荷下，折流杆换热器的壳程阻力降比普通管壳式换热器减少30左右。因此，为有效减轻换热管束的振动，降低壳程阻力，提高换热效果，并适应新净化气水冷器气体处理量大幅增加工况，本水冷器的设计，应采用折流杆管束折流、支承方式取代折流板折流板折流、支承。依靠交叉垂直的圆钢折流杆和折流环板级焊而成的折流栅，对换热管束实施可靠的支承。为减少气体走短路，折流环外缘设有迷宫槽[8]。