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1、 摘要 本次毕业设计使我认真的认识到了自己在本专业应学习的主要内容以及短板，换热器的设计工作主要有换热器综述，换热器的工艺计算以及结构强度计算。其中换热器工艺计算中需要根据初始数据计算其处理量以及工艺参数，换热器的结构强度计算主要集中在折流板，筒体以及开口上。 换热器是化学工艺生产中重要的设备之一，它是一种冷热流体间的传递热量的设备，他们的使用条件和要求差别很大，如容量，温度，压力和工作介质的性质等，涉及的种类很多，因此换热器的结构形式也多种多样。U形管换热器仅有一个管板，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，而且结构简单，造价便宜。U形管换热器主要结构包括筒体，封头，换热管，接管，折流板，防冲
2、板，导流筒，防短路结构，支座和管壳层的其他设备等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因此设计要求就很高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计及零部件的选型和工艺设计。关键词： U形管换热器； 结构； 强度； 设计计算 Abstract Heat is one of the important chemical processes in production equipment, which is an apparatus for transferring heat between the hot and cold fluids, th
3、eir conditions and requirements vary widely, such as the nature of capacity, temperature, pressure and working medium, etc. involving many different types, so the formal structure of the heat exchange are also diverse. U-tube heat exchange is only one tube sheet bundle can be withdrawn from the hous
4、ing for easy maintenance and cleaning, simple cut structure, cheap cost. U-tube heat exchange comprises a main structure of the cylinder, head, heat transfer tubes, receivership, baffles, anti-red plate, draft tube, short-circuit proof structure, the shell bearings and other equipment tube and so on
5、.The design for the second category pressure vessel, design temperature and design pressure are high, so the design requirements is high. Double tube heat exchange, heat transfer tubes of stainless steel manufacturing. Design mainly for the design, selection and process design and strength design of
6、 heat exchange components.KEYWOEDS:U-tube heat exchange; frame;intensity; design and calculation目 录 第一章 换热器综述 1 引言 1 1.1 管式换热器 1 1.1.1 U型换热器 2 1.1.2填料式换热器 2 1.1.3 套管式换热器 3 1.1.4 管壳式换热器3 1.1.5 螺旋槽管换热器 4 1.1.6 横纹管换热器 4 1.1.7 螺旋扁管换热器 4 1.1.8 螺旋扭曲管换热器 5 1.1.9 波纹管换热器 5 1.2 板式换热器 6 1.2.1.可拆式板式换热器 6 1.2.2
7、焊接式板式换热器 6 1.2.3 板壳式换热器 6 1.2.4 螺旋板式换热器 6 1.2.5 板翅式换热器 7 1.3 国内外开发研究的发展方向 7 1.3.1 非金属材料应用 7 1.3.2 计算流体力学和模型化设计在换热器中的应用 7 1.3.3 加强实验和理论研究 8 结语 8 参考文献 8 第二章 换热器传热工艺计算 9 2.1 起始数据 9 2.2 定性温度及确定其物性参数 9 2.3 热量守恒与油流量的计算 10 2.4 有效平均温度的公式计算 10 2.5 管程换热系数的计算 10 2.6 结构的初步设计 11 2.7 壳程换热系数计算 12 2.8 传热系数计算 13 2.9
8、 管壁温度计算 13 2.10 壳程压力降计算 13 2.11 管程压力降计算 14 第三章 换热器强度计算 16 3.1 换热管材料及规格选择和根数的确定 16 3.2 管子的排列方式 16 3.3 筒体内径的确定 17 3.4 筒体厚壁的确定 17 3.5 液压试验 18 3.6 壳程标准椭圆形封头厚度的计算 18 3.7 管程标准椭圆形封头厚度的计算 19 3.8 容器法兰的选择 20 3.8.1 接管法兰的选择 21 3.9 管板的设计 22 3.10 管相短节壁厚的计算 24 3.11 拉杆和定距管的确定 25 3.12 折流板的选择 26 3.12.1 选型 26 3.12.2 折
9、流板尺寸 26 3.12.3 换热管无支撑跨距或折流板间距 26 3.12.4 折流板厚度 26 3.12.5 折流板直径 26 3.12.6 折流板管孔直径 26 3.13 防冲板尺寸的确定 27 3.14 接管及开孔补强 27 3.14.1 管箱接管开孔补强计算 27 3.14.2 壳体接管开孔补强计算 29 3.15 分程隔板厚度选取 30 第四章 支座的设计及选择 31 4.1 支座的选择 31 参考文献 36 致谢 37沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器综述 第一章 换热器综述引言 在现代工业快速发展的今天，在以能源为中心的环境以级生态等问题日益加剧。世界各国都在在不断
10、寻找新能源的目标，也更加密切地注重了节能新途径的研发。加强传热技术的应用不仅能在节约能源、保护环境做出贡献，而且能大大的节约投资的基本成本。换热器因为在化工，石油，在今天动力和原子能等工业部门的广泛应用的同时，故换热器的换热强化传热技术从1987年以来备受到研究人员的模切重视，各种换热器研究成果正在不断涌现。 随着科学和生产技术的不断发展的今天，各种各样的换热器层出不穷，难以对其进行具体的、统一的划分。即便是如此，换热器仍然可以按它们的某些共同特征来加以区分，具体如下：按照用途来分。预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。按照制造热交换器的材料来分。金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的
11、等。1按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热的流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变；按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式；按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大种类类；其中间壁的式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广；间壁式换热器可根据传热的面的结构不同可分为管式和板面式。管式换热器也可以以管子表面作为传热面，包括套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换
12、热器、板壳式换热器和伞板换热器等1。1.1 管式换热器 管式换热器主要分为套管式换热器和管壳式换热器，螺旋槽管换热器，横纹管换热器，螺旋扁管换热器，螺旋扭曲管换热器， 波纹管换热器2。如图1： 图1 固定管板式换热器1.1.1 U型换热器U型管换热器为管壳式换热器的一种。换壳式换热器大致分为固定管板式、釜式浮头式、U型管式、滑动管板式、填料函式及套管式等几种。根据介质的种类、压力、温度、污垢和其他条件，管板与壳体的连接的各种结构型式特点，传热管的形状与传热条件，造价，维修检查方便等情况来选择设计制造各种管壳式换热器。U型管式换热器与其他管壳式换热器的区别主要是管子呈U型。如图2： 图2 U型管
13、换热器1.1.2填料式换热器 对于一些腐蚀非常严重，温差比较大而且经常更换的冷却器，采用填料函式换热器比采用U型管式换热器或者浮头式换热器优越的多。它是拥有浮头式换热器的优点，又克服固定式换热器的缺点，结构比浮头式简单，制造方便，易于检修清洗。如图3： 图3 填料式换热器1.1.3 套管式换热器 套管式换热器是将不同直径的两根管子套成的同心套管作为元件、然后把多个元件加以连接而成的一种换热器，工作时两种流体以纯顺流或纯逆流方式流动。套管式换热器的优点是：结构简单，适用于高温、高压流体，特别是小容量流体的传热。另外，只要做成内管可以抽出的套管，就可清除污垢，所以它也使用于易生污垢的流体2。他的主
14、要缺点是流动阻力大；金属消耗量多；管间接头较多，易发生泄露；并且体积大，占地面积广，所以多用于传热面积较小的换热器。1.1.4 管壳式换热器 管壳式换热器又可以称为列管式换热器，以封闭壳体中得管束的壁面传热作为传热面的间壁式换热器，结构一般是由壳体，传热的管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成的3。目前，国内外工业化工生产中所用的换热设备中应用广泛，管壳式换热器人样占有主导地位，虽然它在换热效率上、换热器结构紧凑性上和材料金属材料消耗等方面,不如其它新型的换热起换热设备，但它具有结构坚固的化热器，操作弹性大，适应能力性强，可靠性高，选材范围广泛，处理流体能力大，能承受换热器高温高压等的特点，所以在工程中仍得到了广泛英勇。以下边是几种常见的管壳式强化换热器。如下图： 图4 管壳式换热器1.1.5 螺旋槽管换热器 螺旋槽管是一种管壁上具有外凸和内凹的异形管，流体流出管壁时在管壁附近诱发螺旋流动。层流层的减薄，与此同时壁表面起伏强化了流体湍流，加快了由壁面
