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液化天然气装备设计技术 通用换热器卷电子书

在LNG工业领域,大力发展LNG产业,提高天然气能源在消费中的比例是调整我国能源结构的重要途径,LNG既是天然气远洋运输的主要方法,也是天然气调峰的重要手段。随着国内众多LNG工厂的相继投产及沿海LNG收终端的建设,我国LNG工业了高速发展时期,与之相关连的LNG通用换热器装备技术也得到相应快速发展。本书涉及液化天然气(LNG)、化工机械、制冷及低温工程领域内通用换热装备12类,是目前液化天然气(LNG)及天然气领域内可通用互换的换热设备。这12类换热器属换热设备领域内通用的具有有一定技术设计难道的换热装备系列化产品研发项目,主要应用于液化天然气(LNG)、天然气、煤化工、石油化工、低温制冷、空间低温制冷等多个领域,也可用于大型LNG液化系统、低温甲醇洗、低温液氮洗等重工艺系统中的主要换热设备。

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作       者:张周卫、苏斯君、张梓洲、田源 著

出  版  社:化学工业出版社

出版时间:2018-07-01

字       数:19.4万

所属分类: 科技 > 工业技术 > 重工业

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本书主要讲述液化天然气(LNG)及天然气领域内12类通用换热装备的设计计算方法。主要涵盖不同类型换热器的换热工艺计算过程及结构设计过程,包括LNG气化器、板翅式换热器、螺旋折流板式换热器、空气冷却器、板式换热器、浮头式换热器、螺旋板式换热器、U形管式换热器、板壳式换热器、燃烧式气化器、缠绕管式换热器、蒸发式冷凝器12个类别,内含低温换热基础研究与产品设计计算过程。涉及产品可应用于液化天然气、天然气、石油化工、煤化工、空气液化与分离、制冷及低温工程等领域。本书不仅可供从事天然气、液化天然气、化工机械、制冷及低温工程、石油化工、动力工程及工程热物理领域内的研究人员、设计人员、工程技术人员参考,还可供高等学校化工机械、能源化工、石油化工、低温与制冷工程、动力工程等专业的师生参考。<br/>【推荐语】<br/>在LNG工业领域,大力发展LNG产业,提高天然气能源在消费中的比例是调整我国能源结构的重要途径,LNG既是天然气远洋运输的主要方法,也是天然气调峰的重要手段。随着国内众多LNG工厂的相继投产及沿海LNG收终端的建设,我国LNG工业了高速发展时期,与之相关连的LNG通用换热器装备技术也得到相应快速发展。本书涉及液化天然气(LNG)、化工机械、制冷及低温工程领域内通用换热装备12类,是目前液化天然气(LNG)及天然气领域内可通用互换的换热设备。这12类换热器属换热设备领域内通用的具有有一定技术设计难道的换热装备系列化产品研发项目,主要应用于液化天然气(LNG)、天然气、煤化工、石油化工、低温制冷、空间低温制冷等多个领域,也可用于大型LNG液化系统、低温甲醇洗、低温液氮洗等重工艺系统中的主要换热设备。<br/>【作者】<br/>张周卫,兰州交通大学,教授,男,国家“万人计划”领军人才,国家 级创新创业人才,国家科技专家库专家,环境科学博士后,动力工程及工程热物理博士,毕业于西安交通大学能源与动力工程学院制冷及低温工程系,高级工程师,教授,主要从事空间低温制冷技术、压缩机械、真空低温设备、LNG过程控制装备、多股流缠绕管式换热装备、螺旋压缩膨胀制冷机等研究,涉及系统耦合传热及传热数值模拟计算,低温节流减压装置、低温系统换热装备、低温冷屏蔽系统、高超声速飞行器空间低温制冷机理研究等;先后参与北京航空航天大学863系统项目子项目“天然气涡旋压缩机”、清华大学航天航空学院973系统子项目“空间气流组织测试模拟环境室”、总装备部“空间低温红外辐射冷屏蔽系统研究”、真空低温国防重实验室“空间低温流体流动特性实验研究”、国家重实验室“空间低温流体自密封加注系统研究”等,先后参与国家 级项目20多项,主持国家自然基金及国家创新基金等6项、甘肃省创新基金4项、甘肃省自然基金等项目4项,与企业合作4项等;主持申报发明专利46项,发表论文30多篇,出版学术专著3部等;带领创新创业团队获得省级二等以上奖励54人次,厅级以上奖励80多人次,2013年选江苏省启东市“东疆英才扶持计划”,2014年选“国家创新人才推计划”,2016年选国家“特殊人才支持计划”。<br/>
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前言

第1章 绪 论

1.1LNG气化器

1.2天然气用板翅式换热器

1.3天然气用螺旋折流板式换热器

1.4天然气用干式空冷器

1.5天然气用板式换热器

1.6天然气用浮头式换热器

1.7天然气用螺旋板式换热器

1.8天然气用U形管式换热器

1.9天然气用板壳式换热器

1.10LNG用燃烧式气化器

1.11天然气用缠绕管式换热器

1.12天然气用表面蒸发空冷器

参考文献

第2章 LNG气化器的设计计算

2.1LNG气化器设计目的与意义

2.2气化器初步设计

2.2.1结构设计

2.2.2换热管的总换热量

2.2.3空气的物性参数

2.2.4对流换热系数

2.2.5判断设置肋片是否合理

2.2.6肋片数的确定

2.2.7换热管的换热能力计算

2.2.8所需换热管总长

2.2.9管子布置

2.3液化天然气传热分析

2.3.1液化天然气的传热特性

2.3.2LNG气化机理分析

2.3.3LNG气化特点分析

2.3.4两相流与对流沸腾换热分析

2.3.5流动沸腾换热

2.3.6管外空气侧对流传热分析

2.4天然气热物性计算

2.4.1气样组成

2.4.2泡点和露点的计算

2.4.3混合物热物性计算的方法

2.4.4气态天然气热物性计算

2.5气化器换热计算

2.5.1空温式气化器的参数确定与计算

2.5.2换热模拟的简化假设

2.6考虑结霜情况下气化器的换热计算

2.6.1霜层热阻的计算

2.6.2翅片管外表面与空气的换热

2.6.3翅片管内表面与工质的换热

2.6.4结霜工况下LNG空温式气化器整体换热分析

参考文献

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

3.1.1板翅式换热器的发展概况

3.1.2板翅式换热器的设计目的及意义

3.1.3板翅式换热器的应用

3.1.4板翅式换热器的优点

3.1.5板翅式换热器的缺点

3.2板翅式换热器的结构与传热机理

3.2.1翅片的作用与形式

3.2.2整体结构

3.3板翅式换热器设计计算

3.3.1已知参数和其他参数

3.3.2热负荷及制冷剂流量计算

3.3.3翅片选择与尺寸计算

3.3.4流体通道数的排列与计算

3.3.5准则数Re、St的计算以及j和f因子的确定

3.3.6给热系数α的计算

3.3.7翅片效率和表面效率

3.3.8对数温差的计算

3.3.9传热系数的计算

3.3.10传热面积和换热器有效长度的确定

3.4板翅式换热器的结构与流体流动阻力

3.4.1结构设计

3.4.2流体流动阻力的计算

3.5板翅式换热器的强度计算

3.5.1强度计算方法

3.5.2具体强度计算

3.5.3换热器板束尺寸计算

参考文献

第4章 螺旋折流板式换热器的设计计算

4.1概述

4.2主要技术参数

4.2.1选择换热器的类型

4.2.2流速及物性参数的确定

4.2.3计算总传热系数

4.2.4传热管排列和壳体内径的确定

4.2.5传热系数的确定

4.2.6传热面积的计算

4.2.7螺旋折流板的设计计算

4.2.8接管的设计计算

4.2.9热量核算

4.2.10换热器内流体的流动阻力

4.3螺旋折流板式换热器的结构设计

4.3.1筒体的计算

4.3.2封头和管箱的计算

4.3.3进出口接管的设计

4.3.4接管法兰选择

4.3.5接管与筒体、管箱壳体的连接

4.3.6接管(或接口)的一般要求

4.3.7管板的选择

4.3.8换热管

4.3.9换热管与管板的连接

4.3.10螺旋折流板

4.3.11拉杆

4.3.12支座

4.4螺旋折流板式换热器的强度计算

4.4.1设计条件

4.4.2结构尺寸参数

4.4.3壳体上开孔补强计算

4.4.4受压元件材料及数据

4.4.5封头、筒体校核计算

4.4.6管板计算

4.4.7管板的校核

4.4.8校核支座

4.5换热器的腐蚀、制造与检验

4.5.1换热器的腐蚀

4.5.2换热器的制造与检验

参考文献

第5章 空气冷却器的设计计算

5.1概述

5.1.1换热器背景

5.1.2翅片管换热器概述

5.1.3空气冷却器的构造和工作原理

5.1.4空气冷却器的分类

5.1.5空冷与水冷的比较

5.2设计依据的标准及主要设计参数

5.2.1设计依据的标准

5.2.2主要设计参数

5.2.3总体设计应考虑的事项

5.2.4空冷器的方案计算

5.2.5空冷器的选型设计

5.2.6空冷器的详细工艺计算

5.2.7翅片膜传热系数的计算

5.2.8管壁温度的计算和管内膜传热系数的校正

5.2.9各项热阻的计算和选取及总传热系数计算

5.2.10传热温差和传热面积计算

5.3空冷器工艺计算

5.3.1管内阻力计算和管外空气阻力计算

5.3.2风机功率的计算

5.3.3风机的过冬计算和风机的噪声估算

5.4空冷器主要部件设计及强度计算

5.4.1管箱设计条件

5.4.2管箱筒体厚度的计算

5.4.3螺栓的选用

5.4.4管板厚度计算和法兰厚度的选取

5.4.5翅片管与管板的连接

5.5参数选型

5.5.1翅片管的选取

5.5.2配管

5.5.3其他附件

5.5.4设计结果汇总

参考文献

第6章 板式换热器的设计计算

6.1概述

6.1.1板式换热器发展简史

6.1.2我国设计制造应用情况

6.1.3国外著名厂家及其产品

6.2板式换热器的基本构造

6.2.1板式换热器的工作原理

6.2.2板式换热器的类型

6.2.3板式换热器的结构

6.2.4板式换热器的流程及附件

6.3板式换热器热力计算方法及程序

6.3.1计算类型、方法及工程设计一般原则

6.3.2计算的类型及方法

6.3.3工程设计、计算的一般原则

6.4板式换热器的设计计算

6.4.1设计条件

6.4.2确定物性数据

6.4.3板式换热器的设计计算过程

6.5板式换热器的优缺点及其应用

6.5.1板式换热器的优点

6.5.2板式换热器的缺点

6.5.3板式换热器的结构技术特点

6.5.4板式换热器的应用

6.6板式换热器的设计注意问题及优化方向

6.6.1板式换热器选型时应注意的问题

6.6.2板式换热器的优化设计方向

6.6.3板式换热器安装要点

参考文献

第7章 浮头式换热器的设计计算

7.1概述

7.1.1浮头式换热器简介

7.1.2浮头式换热器优缺点

7.2浮头式换热器工艺计算

7.2.1原始数据

7.2.2定性温度和物性参数计算

7.2.3温差计算

7.2.4传热量计算

7.2.5总传热系数的计算

7.2.6计算总传热面积

7.2.7换热管数及管长的确定

7.2.8换热管排列方式

7.2.9压力降的计算

7.2.10换热器壁温计算

7.3换热器结构设计与强度计算

7.3.1壳体与管箱厚度的确定

7.3.2换热管的设计计算

7.3.3管板设计计算

7.3.4折流板的设计计算

7.3.5拉杆与定距管的设计计算

7.3.6防冲板的选取

7.3.7保温层的设计计算

7.3.8法兰与垫片的设计计算

7.3.9钩圈式浮头的设计计算

7.3.10分程隔板的设计计算

7.3.11接管的最小位置

7.4强度设计

7.4.1筒体计算

7.4.2前端管箱筒体计算

7.4.3前端管箱封头计算

7.4.4后端管箱侧封头计算

7.5换热器的腐蚀、制造与检验

7.5.1换热器的腐蚀

7.5.2换热器的制造与检验

参考文献

第8章 螺旋板式换热器的设计计算

8.1概述

8.1.1螺旋板换热器的发展概况

8.1.2螺旋板换热器的优缺点

8.2传热工艺计算

8.2.1设计参数及任务

8.2.2确定设计方案

8.2.3传热量的计算

8.2.4螺旋通道与当量直径的计算

8.2.5雷诺数Re和普朗特数Pr

8.2.6给热系数α的计算

8.2.7总传热系数K

8.2.8对数平均温差Dt m

8.2.9螺旋板换热器传热面积F

8.2.10螺旋板的有效换热长度L Y

8.3几何设计

8.3.1螺旋板有效圈数N Y

8.3.2螺旋板圈数N B

8.3.3螺旋体长轴外径D 0

8.4流体压力降

8.4.1第一种计算压力降的方法

8.4.2第二种计算压力降的方法

8.4.3第三种计算压力降的方法

8.4.4确定压力降

8.5螺旋板的强度与刚度

8.5.1螺旋板的强度

8.5.2螺旋板的挠度

8.6螺旋板换热器的结构设计

8.6.1密封结构

8.6.2定距柱尺寸

8.6.3换热器外壳

8.6.4压力试验

8.6.5中心隔板尺寸

8.6.6接管

8.6.7法兰

8.6.8鞍座支座选取及安装位置

8.6.9半圆端板

8.7螺旋板换热器的稳定性及强度校核

8.7.2筒体校核

8.7.3壳体接管开孔补强的校核

8.8螺旋板式换热器的制造简介

8.8.1螺旋板式换热器制造质量的控制

8.8.2制造工艺程序

参考文献

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

9.2传热工艺计算

9.2.1原始数据

9.2.2定性温度及物性参数

9.2.3传热量与循环水量

9.2.4有效平均温差

9.2.5管程换热系数计算

9.2.6校核流速

9.2.7工艺结构尺寸

9.2.8壳程换热系数的计算

9.2.9总换热系数计算

9.2.10折流板

9.2.11管壁温度校核计算

9.2.12管程压力降校核

9.2.13壳程压力降校核

9.3结构设计

9.3.1壁厚的确定

9.3.2管箱圆筒短节设计

9.3.3壳体圆筒设计

9.3.4封头设计

9.3.5换热管设计

9.3.6管板设计

9.3.7管箱结构设计

9.4换热器其他各部件结构

9.4.1进出口接管设计

9.4.2管板法兰设计

9.4.3拉杆与定距管

9.4.4防冲与导流

9.4.5双壳程结构

9.4.6防短路结构

9.4.7鞍座

参考文献

第10章 板壳式换热器的设计计算

10.1换热器简介

10.1.1换热器概述

10.1.2板壳式换热器介绍

10.2工艺计算

10.2.1设计条件

10.2.2换热器板束结构设计

10.2.3传热的有关计算

10.2.4压力降的计算

10.2.5换热器壁温的计算

10.2.6接管直径的计算

10.2.7换热器的初步选型

10.3换热器结构设计与强度计算

10.3.1壳体、管箱的设计

10.3.2封板的设计

10.3.3进出口的设计

10.3.4膨胀节的设计

10.3.5支持板和拉杆

10.3.6防冲与导流的设计

10.3.7保温层的设计

10.3.8保温层的设计

10.3.9支座的设计

参考文献

第11章 燃烧式气化器的设计计算

11.1气化器的介绍

11.1.1气化器分类

11.1.2LNG的物性

11.1.3SCV简介

11.2SCV设计实例参数

11.2.1换热管结构选择

11.2.2设计参数

11.3SCV计算过程

11.3.1实际换热面积A c

11.3.2管内流体对流传热系数a i

11.3.3管外流体对流传热系数a 0

11.3.4气相、液相传热系数

11.3.5气相、液相有效平均温差

11.3.6气相、液相理论换热面积

11.3.7气相、液相管内压降

11.3.8总传热系数

11.4扩散燃烧器的设计计算步骤

11.4.1计算火孔出口速度

11.4.2计算火孔总面积

11.4.3盘管和夹套

11.4.4烟气盘管设计计算

11.4.6燃烧器前燃气所需压力

11.4.7节流面积

11.5校核计算

11.5.1法兰受力分析

11.5.2管箱法兰与壳体法兰的受力分析

11.5.3操作工况法兰受力分析

11.5.4螺栓载荷

11.5.5设计参数

11.5.6垫片参数

11.5.7许用应力与弹性模量

11.5.8校核

11.5.9法兰力矩

11.5.10法兰设计力矩

11.5.11管道强度校核

11.5.12换热管校核计算

参考文献

第12章 缠绕管式换热器的设计计算

12.1绪论

12.1.1研究背景

12.1.2国内外研究动态

12.1.3在该领域目前存在的问题

12.2缠绕管换热器的设计计算

12.2.1已知设计参数及有关计算

12.2.2缠绕管计算

12.2.3结构设计

12.2.4强度计算

参考文献

第13章 蒸发式冷凝器的设计计算

13.1概述

13.1.1蒸发式冷凝器

13.1.2蒸发式冷凝器的优缺点

13.2蒸发式冷凝器的设计计算

13.2.1设计条件

13.2.2物性参数

13.2.3估算换热面积

13.2.4管程换热系数计算

13.2.5结构的初步设计

13.2.6壳程换热系数计算

13.2.7传热系数计算

13.2.8管壁温度校核计算

13.2.9管程压降校核计算

13.2.10选型设计

13.3强度计算

13.3.1可卸盖板管箱的计算

13.3.2管箱强度校核

13.3.3螺栓计算

13.4喷淋装置的设计计算

13.4.1喷嘴的选择

13.4.2喷管的选择与计算

13.4.3水泵的选择与计算

参考文献

致谢

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