液化天然气装备设计技术:通用换热器卷

第1章 绪论

1.1 LNG气化器 / 001

1.2 天然气用板翅式换热器 / 002

1.3 天然气用螺旋折流板式换热器 / 003

1.4 天然气用干式空冷器 / 004

1.5 天然气用板式换热器 / 004

1.6 天然气用浮头式换热器 / 005

1.7 天然气用螺旋板式换热器 / 006

1.8 天然气用U形管式换热器 / 006

1.9 天然气用板壳式换热器 / 007

1.10 LNG用燃烧式气化器 / 008

1.11 天然气用缠绕管式换热器 / 008

1.12 天然气用表面蒸发空冷器 / 008

参考文献 / 009

第2章 LNG气化器的设计计算

2.1 LNG气化器设计目的与意义 / 011

2.2 气化器初步设计 / 012

2.2.1 结构设计 / 012

2.2.2 换热管的总换热量 / 013

2.2.3 空气的物性参数 / 013

2.2.4 对流换热系数 / 014

2.2.5 判断设置肋片是否合理 / 014

2.2.6 肋片数的确定 / 014

2.2.7 换热管的换热能力计算 / 014

2.2.8 所需换热管总长 / 014

2.2.9 管子布置 / 014

2.3 液化天然气传热分析 / 015

2.3.1 液化天然气的传热特性 / 015

2.3.2 LNG气化机理分析 / 015

2.3.3 LNG气化特点分析 / 016

2.3.4 两相流与对流沸腾换热分析 / 016

2.3.5 流动沸腾换热 / 018

2.3.6 管外空气侧对流传热分析 / 019

2.4 天然气热物性计算 / 021

2.4.1 气样组成 / 021

2.4.2 泡点和露点的计算 / 021

2.4.3 混合物热物性计算的方法 / 022

2.4.4 气态天然气热物性计算 / 024

2.5 气化器换热计算 / 026

2.5.1 空温式气化器的参数确定与计算 / 026

2.5.2 换热模拟的简化假设 / 026

2.6 考虑结霜情况下气化器的换热计算 / 033

2.6.1 霜层热阻的计算 / 033

2.6.2 翅片管外表面与空气的换热 / 035

2.6.3 翅片管内表面与工质的换热 / 036

2.6.4 结霜工况下LNG空温式气化器整体换热分析 / 037

参考文献 / 042

第3章 板翅式换热器的设计计算

3.1 板翅式换热器的设计概述 / 043

3.1.1 板翅式换热器的发展概况 / 043

3.1.2 板翅式换热器的设计目的及意义 / 044

3.1.3 板翅式换热器的应用 / 044

3.1.4 板翅式换热器的优点 / 045

3.1.5 板翅式换热器的缺点 / 045

3.2 板翅式换热器的结构与传热机理 / 045

3.2.1 翅片的作用与形式 / 046

3.2.2 整体结构 / 047

3.3 板翅式换热器设计计算 / 048

3.3.1 已知参数和其他参数 / 048

3.3.2 热负荷及制冷剂流量计算 / 048

3.3.3 翅片选择与尺寸计算 / 049

3.3.4 流体通道数的排列与计算 / 051

3.3.5 准则数Re、St的计算以及j和f因子的确定 / 051

3.3.6 给热系数α的计算 / 052

3.3.7 翅片效率和表面效率 / 052

3.3.8 对数温差的计算 / 057

3.3.9 传热系数的计算 / 057

3.3.10 传热面积和换热器有效长度的确定 / 058

3.4 板翅式换热器的结构与流体流动阻力 / 059

3.4.1 结构设计 / 059

3.4.2 流体流动阻力的计算 / 059

3.5 板翅式换热器的强度计算 / 061

3.5.1 强度计算方法 / 061

3.5.2 具体强度计算 / 063

3.5.3 换热器板束尺寸计算 / 064

参考文献 / 064

第4章 螺旋折流板式换热器的设计计算

4.1 概述 / 065

4.2 主要技术参数 / 067

4.2.1 选择换热器的类型 / 067

4.2.2 流速及物性参数的确定 / 067

4.2.3 计算总传热系数 / 068

4.2.4 传热管排列和壳体内径的确定 / 069

4.2.5 传热系数的确定 / 070

4.2.6 传热面积的计算 / 071

4.2.7 螺旋折流板的设计计算 / 072

4.2.8 接管的设计计算 / 073

4.2.9 热量核算 / 074

4.2.10 换热器内流体的流动阻力 / 076

4.3 螺旋折流板式换热器的结构设计 / 077

4.3.1 筒体的计算 / 077

4.3.2 封头和管箱的计算 / 078

4.3.3 进出口接管的设计 / 079

4.3.4 接管法兰选择 / 082

4.3.5 接管与筒体、管箱壳体的连接 / 082

4.3.6 接管（或接口）的一般要求 / 083

4.3.7 管板的选择 / 083

4.3.8 换热管 / 084

4.3.9 换热管与管板的连接 / 085

4.3.10 螺旋折流板 / 086

4.3.11 拉杆 / 087

4.3.12 支座 / 088

4.4 螺旋折流板式换热器的强度计算 / 089

4.4.1 设计条件 / 089

4.4.2 结构尺寸参数 / 089

4.4.3 壳体上开孔补强计算 / 090

4.4.4 受压元件材料及数据 / 092

4.4.5 封头、筒体校核计算 / 092

4.4.6 管板计算 / 093

4.4.7 管板的校核 / 095

4.4.8 校核支座 / 097

4.5 换热器的腐蚀、制造与检验 / 097

4.5.1 换热器的腐蚀 / 097

4.5.2 换热器的制造与检验 / 097

参考文献 / 099

第5章 空气冷却器的设计计算

5.1 概述 / 101

5.1.1 换热器背景 / 101

5.1.2 翅片管换热器概述 / 101

5.1.3 空气冷却器的构造和工作原理 / 101

5.1.4 空气冷却器的分类 / 103

5.1.5 空冷与水冷的比较 / 103

5.2 设计依据的标准及主要设计参数 / 104

5.2.1 设计依据的标准 / 104

5.2.2 主要设计参数 / 105

5.2.3 总体设计应考虑的事项 / 105

5.2.4 空冷器的方案计算 / 107

5.2.5 空冷器的选型设计 / 110

5.2.6 空冷器的详细工艺计算 / 113

5.2.7 翅片膜传热系数的计算 / 114

5.2.8 管壁温度的计算和管内膜传热系数的校正 / 116

5.2.9 各项热阻的计算和选取及总传热系数计算 / 116

5.2.10 传热温差和传热面积计算 / 117

5.3 空冷器工艺计算 / 118

5.3.1 管内阻力计算和管外空气阻力计算 / 118

5.3.2 风机功率的计算 / 120

5.3.3 风机的过冬计算和风机的噪声估算 / 121

5.4 空冷器主要部件设计及强度计算 / 122

5.4.1 管箱设计条件 / 122

5.4.2 管箱筒体厚度的计算 / 123

5.4.3 螺栓的选用 / 124

5.4.4 管板厚度计算和法兰厚度的选取 / 125

5.4.5 翅片管与管板的连接 / 126

5.5 参数选型 / 127

5.5.1 翅片管的选取 / 127

5.5.2 配管 / 127

5.5.3 其他附件 / 128

5.5.4 设计结果汇总 / 129

参考文献 / 129

第6章 板式换热器的设计计算

6.1 概述 / 132

6.1.1 板式换热器发展简史 / 132

6.1.2 我国设计制造应用情况 / 132

6.1.3 国外著名厂家及其产品 / 133

6.2 板式换热器的基本构造 / 137

6.2.1 板式换热器的工作原理 / 137

6.2.2 板式换热器的类型 / 138

6.2.3 板式换热器的结构 / 139

6.2.4 板式换热器的流程及附件 / 140

6.3 板式换热器热力计算方法及程序 / 141

6.3.1 计算类型、方法及工程设计一般原则 / 141

6.3.2 计算的类型及方法 / 141

6.3.3 工程设计、计算的一般原则 / 144

6.4 板式换热器的设计计算 / 145

6.4.1 设计条件 / 145

6.4.2 确定物性数据 / 146

6.4.3 板式换热器的设计计算过程 / 147

6.5 板式换热器的优缺点及其应用 / 149

6.5.1 板式换热器的优点 / 149

6.5.2 板式换热器的缺点 / 150

6.5.3 板式换热器的结构技术特点 / 150

6.5.4 板式换热器的应用 / 151

6.6 板式换热器的设计注意问题及优化方向 / 151

6.6.1 板式换热器选型时应注意的问题 / 151

6.6.2 板式换热器的优化设计方向 / 152

6.6.3 板式换热器安装要点 / 154

参考文献 / 154

第7章 浮头式换热器的设计计算

7.1 概述 / 155

7.1.1 浮头式换热器简介 / 155

7.1.2 浮头式换热器优缺点 / 155

7.2 浮头式换热器工艺计算 / 156

7.2.1 原始数据 / 156

7.2.2 定性温度和物性参数计算 / 156

7.2.3 温差计算 / 157

7.2.4 传热量计算 / 157

7.2.5 总传热系数的计算 / 158

7.2.6 计算总传热面积 / 161

7.2.7 换热管数及管长的确定 / 161

7.2.8 换热管排列方式 / 162

7.2.9 压力降的计算 / 163

7.2.10 换热器壁温计算 / 165

7.3 换热器结构设计与强度计算 / 166

7.3.1 壳体与管箱厚度的确定 / 166

7.3.2 换热管的设计计算 / 167

7.3.3 管板设计计算 / 168

7.3.4 折流板的设计计算 / 170

7.3.5 拉杆与定距管的设计计算 / 171

7.3.6 防冲板的选取 / 172

7.3.7 保温层的设计计算 / 172

7.3.8 法兰与垫片的设计计算 / 172

7.3.9 钩圈式浮头的设计计算 / 173

7.3.10 分程隔板的设计计算 / 175

7.3.11 接管的*小位置 / 175

7.4 强度设计 / 175

7.4.1 筒体计算 / 175

7.4.2 前端管箱筒体计算 / 176

7.4.3 前端管箱封头计算 / 176

7.4.4 后端管箱侧封头计算 / 177

7.5 换热器的腐蚀、制造与检验 / 177

7.5.1 换热器的腐蚀 / 177

7.5.2 换热器的制造与检验 / 178

参考文献 / 180

第8章 螺旋板式换热器的设计计算

8.1 概述 / 182

8.1.1 螺旋板换热器的发展概况 / 182

8.1.2 螺旋板换热器的优缺点 / 183

8.2 传热工艺计算 / 184

8.2.1 设计参数及任务 / 184

8.2.2 确定设计方案 / 184

8.2.3 传热量的计算 / 185

8.2.4 螺旋通道与当量直径的计算 / 186

8.2.5 雷诺数Re和普朗特数Pr / 187

8.2.6 给热系数α的计算 / 188

8.2.7 总传热系数K / 190

8.2.8 对数平均温差Δtm / 190

8.2.9 螺旋板换热器传热面积F / 191

8.2.10 螺旋板的有效换热长度LY / 191

8.3 几何设计 / 191

8.3.1 螺旋板有效圈数NY / 191

8.3.2 螺旋板圈数NB / 192

8.3.3 螺旋体长轴外径D0 / 192

8.4 流体压力降 / 192

8.4.1 **种计算压力降的方法 / 193

8.4.2 第二种计算压力降的方法 / 193

8.4.3 第三种计算压力降的方法 / 194

8.4.4 确定压力降 / 195

8.5 螺旋板的强度与刚度 / 195

8.5.1 螺旋板的强度 / 196

8.5.2 螺旋板的挠度 / 197

8.6 螺旋板换热器的结构设计 / 198

8.6.1 密封结构 / 198

8.6.2 定距柱尺寸 / 198

8.6.3 换热器外壳 / 199

8.6.4 压力试验 / 199

8.6.5 中心隔板尺寸 / 200

8.6.6 接管 / 201

8.6.7 法兰 / 202

8.6.8 鞍座支座选取及安装位置 / 203

8.6.9 半圆端板 / 203

8.7 螺旋板换热器的稳定性及强度校核 / 204

8.7.1 设备校核 / 204

8.7.2 筒体校核 / 204

8.7.3 壳体接管开孔补强的校核 / 205

8.8 螺旋板式换热器的制造简介 / 206

8.8.1 螺旋板式换热器制造质量的控制 / 206

8.8.2 制造工艺程序 / 206

参考文献 / 207

第9章 U形管式换热器的设计计算

9.1 列管式换热器概述 / 208

9.2 传热工艺计算 / 209

9.2.1 原始数据 / 209

9.2.2 定性温度及物性参数 / 209

9.2.3 传热量与循环水量 / 210

9.2.4 有效平均温差 / 210

9.2.5 管程换热系数计算 / 210

9.2.6 校核流速 / 211

9.2.7 工艺结构尺寸 / 212

9.2.8 壳程换热系数的计算 / 212

9.2.9 总换热系数计算 / 213

9.2.10 折流板 / 214

9.2.11 管壁温度校核计算 / 215

9.2.12 管程压力降校核 / 216

9.2.13 壳程压力降校核 / 216

9.3 结构设计 / 217

9.3.1 壁厚的确定 / 217

9.3.2 管箱圆筒短节设计 / 218

9.3.3 壳体圆筒设计 / 218

9.3.4 封头设计 / 219

9.3.5 换热管设计 / 222

9.3.6 管板设计 / 224

9.3.7 管箱结构设计 / 229

9.4 换热器其他各部件结构 / 230

9.4.1 进出口接管设计 / 230

9.4.2 管板法兰设计 / 237

9.4.3 拉杆与定距管 / 243

9.4.4 防冲与导流 / 244

9.4.5 双壳程结构 / 245

9.4.6 防短路结构 / 245

9.4.7 鞍座 / 246

参考文献 / 247

第10章 板壳式换热器的设计计算

10.1 换热器简介 / 248

10.1.1 换热器概述 / 248

10.1.2 板壳式换热器介绍 / 249

10.2 工艺计算 / 251

10.2.1 设计条件 / 252

10.2.2 换热器板束结构设计 / 252

10.2.3 传热的有关计算 / 254

10.2.4 压力降的计算 / 258

10.2.5 换热器壁温的计算 / 259

10.2.6 接管直径的计算 / 260

10.2.7 换热器的初步选型 / 261

10.3 换热器结构设计与强度计算 / 261

10.3.1 壳体、管箱的设计 / 261

10.3.2 封板的设计 / 266

10.3.3 进出口的设计 / 267

10.3.4 膨胀节的设计 / 274

10.3.5 支持板和拉杆 / 279

10.3.6 防冲与导流的设计 / 280

10.3.7 保温层的设计 / 281

10.3.8 保温层的设计 / 282

10.3.9 支座的设计 / 283

参考文献 / 285

第11章 燃烧式气化器的设计计算

11.1 气化器的介绍 / 287

11.1.1 气化器分类 / 287

11.1.2 LNG的物性 / 288

11.1.3 SCV简介 / 289

11.2 SCV设计实例参数 / 289

11.2.1 换热管结构选择 / 289

11.2.2 设计参数 / 289

11.3 SCV计算过程 / 290

11.3.1 实际换热面积Ac / 290

11.3.2 管内流体对流传热系数αi / 291

11.3.3 管外流体对流传热系数α0 / 293

11.3.4 气相、液相传热系数 / 294

11.3.5 气相、液相有效平均温差 / 295

11.3.6 气相、液相理论换热面积 / 296

11.3.7 气相、液相管内压降 / 297

11.3.8 总传热系数 / 297

11.4 扩散燃烧器的设计计算步骤 / 298

11.4.1 计算火孔出口速度 / 298

11.4.2 计算火孔总面积 / 299

11.4.3 盘管和夹套 / 299

11.4.4 烟气盘管设计计算 / 299

11.4.5 燃烧器头部燃气分配管截面积 / 301

11.4.6 燃烧器前燃气所需压力 / 301

11.4.7 节流面积 / 301

11.5 校核计算 / 302

11.5.1 法兰受力分析 / 302

11.5.2 管箱法兰与壳体法兰的受力分析 / 302

11.5.3 操作工况法兰受力分析 / 303

11.5.4 螺栓载荷 / 304

11.5.5 设计参数 / 304

11.5.6 垫片参数 / 304

11.5.7 许用应力与弹性模量 / 305

11.5.8 校核 / 305

11.5.9 法兰力矩 / 306

11.5.10 法兰设计力矩 / 306

11.5.11 管道强度校核 / 307

11.5.12 换热管校核计算 / 308

参考文献 / 310

第12章 缠绕管式换热器的设计计算

12.1 绪论 / 311

12.1.1 研究背景 / 311

12.1.2 国内外研究动态 / 311

12.1.3 在该领域目前存在的问题 / 312

12.2 缠绕管换热器的设计计算 / 313

12.2.1 已知设计参数及有关计算 / 313

12.2.2 缠绕管计算 / 315

12.2.3 结构设计 / 322

12.2.4 强度计算 / 325

参考文献 / 340

第13章 蒸发式冷凝器的设计计算

13.1 概述 / 343

13.1.1 蒸发式冷凝器 / 343

13.1.2 蒸发式冷凝器的优缺点 / 344

13.2 蒸发式冷凝器的设计计算 / 345

13.2.1 设计条件 / 345

13.2.2 物性参数 / 346

13.2.3 估算换热面积 / 347

13.2.4 管程换热系数计算 / 347

13.2.5 结构的初步设计 / 348

13.2.6 壳程换热系数计算 / 348

13.2.7 传热系数计算 / 348

13.2.8 管壁温度校核计算 / 349

13.2.9 管程压降校核计算 / 349

13.2.10 选型设计 / 350

13.3 强度计算 / 354

13.3.1 可卸盖板管箱的计算 / 354

13.3.2 管箱强度校核 / 355

13.3.3 螺栓计算 / 358

13.4 喷淋装置的设计计算 / 359

13.4.1 喷嘴的选择 / 359

13.4.2 喷管的选择与计算 / 360

13.4.3 水泵的选择与计算 / 361

参考文献 / 361

致谢