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1、U型管式换热器的设计目录1中文摘要2英文摘要21.绪论21.1课题的目的及意义21.2工作任务分析21.3国内现状及发展趋势21.4国外现状及发展趋势42.主要设计参数53.热力计算54. 热力核算和压降校核64.1热力核算64.2换热器内压降核算75.结构设计85.1管箱及壳体85.2厚度计算及校核95.3管箱厚度计算95.4后端管箱厚度计算105.5膨胀节选取105.6垫片选取115.7开孔补强的校核115.7.1管箱开孔补强115.7.3外头盖开孔补强125.8换热管125.9分程隔板形式选定125.10传热管与管板连接125.11管板与管箱连接125.12法兰和垫片选型135.13管板
2、强度计算135.14管板与壳体的连接165.15接管175.15.1筒体，接管，管箱壳体之间的连接175.15.2排气和排液管175.15.3接管的外伸长度175.16折流板的设计175.17拉杆和定距杆175.18防冲板185.19保温层185.20浮头盖计算185.21支座选取205.22钩圈20中文摘要：本文介绍了 U 型管换热器换热计算，管板，管箱，支座等结构设计。U 型管换热器仅有一个管板，管子 两端均固定于同一管板上，结构比较简易，U型管子的特点是可以自由伸缩，无热应力，而且热补偿性能好；管程采用双 管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于 检修
3、和清洗，且结构简单，造价便宜。U 型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封 头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件 等。关键词：U型管式换热器，结构设计，换热计算，管板，管箱，支座设计。ABSTRACT We introduces how the Utube heat exchanger ,and how to design and calculation. Utube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same tub
4、e, and tubes could telescopic freely, nonthermal stress, thermal performance and compensation use of doubletube process, the process is longer, higher speed, better heat transfer performance, pressure capacity, and control can be extracted from the shell with easy maintenance and cleaning, and simpl
5、e structure cost less. The main structure of Utube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, antishortcircuit structure, support and other shelltube accessories.This time I designed a second category pressure vessel,
6、which has high design temperature and high design pressure. Thus the design demands are strict. It has dual heat exchanger tube, stainless steel heat exchanger manufacturers. I mainly carried out the design of heat exchanger structural design, strength of design and parts selection and process desig
7、n.KEYWOEDS: Utube heat exchanger, frame, intensity, design andcalculation1.绪论1.1课题的目的及意义 当今世界处于正在走向节能减排的世界，谁能在环保上作出相应贡献，谁就可以更符合这个设计的要求，换热器的目的就是可以达到节能减排的目的，换热器包括，固定管板式换热器，浮头式换热器，U型管式换热器，它们都属于列管式换热器，U型管式换热器也是列管使换热器的一种，它结构简单，使用方便您环保，是节能环保的首选，本文的目的在于对U型管式换热器的研究，达到对换热器的研究和对节能减排作出贡献，为能源的节约和环境的保护有显著的贡献。 通过
8、本次换热器的设计，我们有机会能够正确系统地认识换热器，了解换热器的详细设计过程，掌握换热器设计的一般方法。这可以锻炼我们运用所学知识解决设计时的实际问题的能力。学会如何查阅和熟练德使用参考文献，可以为我们今后的工作积累宝贵经验。1.2工作任务分析换热器设计，基础设计为：水，走管程，17000/h，进口温度30，出口温度40；甲醇走壳程，进口温度为52，出口温度为,40；设计压力为1.6Mpa。根据设计任务，第一步要搜集原始资料，如水的物理化学性质，包括水的密度、比热、导热系数、粘度、柏朗特系数等。第二步就是进行工艺及传热计算，包括管程换热计算及阻力计算，壳程的换热计算，校核传热系数和传热面积。
9、第三步是进行结构设计，要选定管子确定排列方式。进行壳体、折流板、拉杆、进出口管、浮头、补强圈、接管法兰、基座等的设计。第四步就是对管板、筒体、封头、支座等主要元件的强度校核。1.3国内现状及发展趋势通过对国内换热器市场的调查研究发现，在近年以来，在我国石化、钢铁等行业的快速发展的情况下，我国换热器的需求水平正在剧烈上涨，但是国内企业换热器的供给能力又十分有限，这种情况了导致换热器行业呈现出供不应求的市场状态，我们需要通过巨大的进口来弥补市场出现的短缺情况。换热器它是一种高效紧凑的换热设备，换热器的应用几乎在所有的工业领域都有涉及，并且它的类型、使用范围和结构都在不断地发展着。U型管式换热器的结
10、构简单使用方便，环保节能，它的特点越来越得到人们的认可和接受。随着我国经济的不断发展，换热器技术也在飞速发展着，特别是大型的工业制冷装置和空调用制冷装置都得到了非常明显的发展，所以U型管式换热器的应用市场是非常广大的。在最近的几十年，换热器技术虽然一直在进步之中，但发展得比较缓慢，综合传热系数始终在60左右，没有明显的进步。而且在理论上也没有研究出发展的明确方向，因此换热器技术的进步不快。主要表现在以下几个方面。1、换热器单位体积的换热面积小，紧凑性很差。2、传热系数也不大，效率低下。3、可靠性差。4、生产周期长，成本高，消耗大。5、组装、维护、检修都很困难，而且效率较低。无论是换热器的研发人
11、员，还是换热器的用户，都非常希望换热器性能能够变得更好。在目前换热器性能的优化主要是以下几个方面：继续优化和提高换热器的热效率，不断改善换热器结构的紧凑性，让生产制造变得标准化、系列化和专门化。管壳式换热器的最佳状态是是：两侧流体的压力损失P值低；紧凑度a值高；成本和价格都比较低；综合传热系数K值高；性能优良并且使用寿命长；容易制造和方便操作。中国U型管式换热器在中国已经有一定的应用，也在换热器方面不断的突破前进，去寻找更多的发展前景，开创性地指出了“新型管壳式换热器产业”及替代品产业这个新的概念，在这一些基础上，从四个方面即“科技创新”、“环境友好”、“以人为本”和“面向未来”上准确地说明了
12、“新型管壳式换热器产业”及替代产品的本质意义。“新型管壳式换热器产业”及替代品的评价体系和量化指标体系，从一个不一样的角度对中国管壳式换热器产业发展进行了预测，在这个基础上，对中国管壳式换热器产业发展进行了全面的研究。换热器的发展前景：在所有的换热器种类中，管壳式换热器是一个数目众多而且种类复杂的产品，由于国防工业技术在不断向前发展，换热器操作条件变得越来越苛刻，耐磨损、耐腐蚀、高强度材料是目前最需要研制出来的。在最近一些年，我国一直在研究不锈钢铜合金复合材料、铝镁合金及碳化硅等非金属材料，并且取得了较大的发展，其中钛材的发展最快。钛这种材料对海水、氯碱、醋酸等的抗腐蚀能力都很强，如果再强化钛
13、材的传热效果，那么钛将会是一种非常好的只在换热器的材料。对于材料的喷涂，我们可以从国外引进生产线。铝镁合金也具有较高的抗腐蚀性和导热性，并且价格比也比钛材便宜，我们也应将注意力放在它们身上。最近一些年我国在节能增效等方面取得了较大的进步，在改进换热器性能，提高传热效率，减少单位传热面积的压降，提高装置热强度等方面的研究也有了一些成绩。换热器的大量使用大大的提高了能源的利用率，这使得企业的效益得到了很大的提高。未来，我国国内市场的需求表现出以下特点：更高的产品质量的要求，今后发展的重点将在节能环保上；要求产品性价比提高。当今就是一个环保的世界，我们需要采取相应的措施去应对当前的环保问题，如果能在
14、很多方面使用换热器，是的确可以解决很多环保问题的，希望大家可以关注换热器的发展。去尽量使用换热器，换热器包括列管式换热器，U型管式换热器，固定管板式换热器，浮头式换热器，U型管式换热器式列管式换热器的一种，这个U型管式换热器更加简单方便，易于使用环保节能。2主要设计参数 管程 壳程流体名称 水 甲醇液总流量 17000kg/h 400000kg/h工作温度进/出 30/40 50/42最大工作压力 1.5mpa 1.mpa定性温度：管程Tm=（30+40）2=35 壳程tm=(50+42）2=46物性数据：水，密度为993.95 比热 为4174 黏度为725.1 导热系数为 62.6 甲醇密度为791.4 比热 为2500 黏度为590.4 导热系数：20.73热力计算1）管程换热计算 计算热负荷=（20000417110）3600=2.319100002）平均传热温（t1-t2)/ln(t1/t2) =(50-40)-(42-30)ln(50-40 )/ (42-30 ）
