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课题介绍在工业生产中，凡用来实现冷热流体热量交换的设备，统称为换热器。它在化工、炼油、原子能、建筑、机械、交通等许多技术领域中均有广泛的应用[1]。如化工生产中的加热器、冷却器，蒸发器、冷凝器、再沸器等；又如热力发电厂中的空气预热器、蒸汽过热器、凝汽器和冷水塔等，为了满足不同生产条件的需要，各工业部门采用多种多样的换热器。8281
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换热器主要类型分：间壁式（套管式、壳管式、交叉流换热器、板式、螺旋板式）、混合式、蓄热式[2]。
随着换热器广泛应用于各行业，诞生了许多新型的换热器，这使得换热器相关技术也得到不断提高，传热理论不断完善，换热器研究、设计、技术、制造等技术不断发展。 目前各国为提高换热器性能进行的研究主要是强化传热。强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方式，其中提高传热系数是强化传热的重点，主要是通过强化管程传热和壳程传热两个方面得以实现。
2课题研究意义
近年来，随着石油化工技术的迅猛发展和金属材料价格的不断上涨，对换热器的热传导与技术经济性能都提出了新的要求。目前国内换热器普遍存在着传热效率低和易出现泄漏等问题。据有关文献介绍，U型管换热器制造过程中，出现U型管煨弯变扁、变薄、开裂，管板与U型管胀接不牢固等质量问题[3]。有三分之一的换热设备其换热系数K值均在116W/（m2•K）以下，K值大于350 W/（m2•K）的不到五分之一，换热设备换热效率与发达国家相比，相差甚远。
换热器相关技术的发展主要表现在以下几发面：防腐技术，大型化与小型化并重，强化技术，抗振技术，防结垢技术，制造技术，研究手段。随着工业中经济效益与社会环境保护的要求，制造水平的不断提高，新能源的逐渐开发，研究手段的日益发展，各种新思路的与新结构的涌现，换热器将朝着更高效、经济、环保的方向发展。由于其自身的特点，冷却器若设计不合理，在使用过程中会增加投资和运行费用，因此很有必要进行优化设计，从而达到经济节能的目的。
本课题主要研究对二甲苯冷却器设计，设计内容主要包括：1. 材料选择，零部件设计选用；2. 强度、稳定性设计；3. 结构设计；4. 控制系统设计。
设计原始条件及数据：对二甲苯冷却器设计条件：壳程：介质：对二甲苯；温度190℃；压力0.8MPa。管程：介质：水；温度65℃；压力0.6MPa。总面积14m2。
5.1 冷却器的选型
换热器的使用场合、使用目的、换热介质物性等因素的不同，决定了其结构型式。固定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低，每根换热管可以单独清洗和更换，而由于壳程清洗困难和适应热膨胀能力差，适用于换热介质清洁，壳程压力不高，换热介质温差不大的场合。浮头式换热器由于管束的热膨胀不受壳体的约束，而且可拆卸抽出管束，检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便，因此浮头式换热器应用最广泛。U形管换热器具有良好的密封性能，并具有检修、清洗方便的特点。对于换热器换热介质工作压力高，管、壳程介质密封要求严的场合，为确保换热器管、壳程的的密封，换热器管束的设计一般采用U形管结构的换热器[8]。
5.2 冷却器的传热计算
要根据换热器的工艺条件初步确定传热系数，以便初步确定换热器的传热面积和结构尺寸。在初步确定换热器结构尺寸的基础上，对换热器的管程换热系数和壳程换热系数进行传热计算；最后进行核算，其中包括壳、管程压力降的核算，管束壁面温度的核算等。经过不断地调整换热器的结构尺寸，直至满足设计要求。