U型管式换热器设计
U型管换热器设计说明书2
目录U型管换热器的特点 (1)结构设计 (2)1 管箱设计 (2)2 封头设计 (4)3 管板设计 (4)4 拉杆和定距管的确定 (6)5旁路挡板设计 (8)6 容器法兰的设计 (8)7 选取支座 (8)强度校核 (9)8 管箱筒体计算 (9)1计算条件： (9)2厚度及重量计算 (9)3压力试验时应力校核 (10)4压力及应力计算 (10)9壳程圆筒计算 (10)1计算条件 (10)2厚度及重量计算 (11)3压力实验时应力校核 (11)4压力及应力计算 (11)10开孔补强计算 (12)1计算条件 (12)2开孔补强计算 (13)3设计条件 (13)4开孔补强计算 (1414)5固定管板计算 (14)结束语 (15)参考文献 (16)U型管换热器的特点U型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定在同一管板上，这一换热器的优点是：管束可以自由伸缩，不会因为管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，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，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。
缺点：管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分部管不紧凑，所以管字数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换热。
此外，为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部分必须用壁较厚的管子。
这就影响了其适用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介质易结垢而管程介质不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的场合。
本次课程设计的内容是U型管换热器，属管壳式（列管式）换热器，其设计分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。
其中以结构设计最为重要,U型管式换热器只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。
其缺点是管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少。
对于列管式换热器，一般要根据换热流体的腐蚀性及其它特性来选择结构与材料，根据材料的加工性能，流体的压力和温度。
U型管换热器毕业设计说明书
机械制造工艺学学号：毕业设计说明书U型管换热器设计U tube heat exchanger design学院机电工程学院专业化工设备与机械班级学生指导教师（职称）完成时间年月日至年月日广东石油化工学院专科毕业设计诚信承诺保证书本人郑重承诺：《U型管换热器设计》毕业设计的内容真实、可靠，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所完成。
毕业设计中引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处，如果存在弄虚作假、抄袭、剽窃的情况，本人愿承担全部责任。
学生签名：年月日毕业设计任务书院（系）：专业班级：学生：学号：一、毕业论文课题 U形管换热器设计二、毕业论文工作自年月日起至年月日止三、毕业论文进行地点本校、实习地四、毕业论文的内容要求 1.毕业设计说明书 2.零号图纸1.5张基础数据：序号项目名称壳程管程单位1设计压力1817MPa2工作压力17.115.6MPa3设计温度400454℃4工作温度373415℃5操作介质混氢油反应产物—6焊接街头系数11—7腐蚀裕量33mm8水压试验压力24.6424.31MPa9入口温度134370℃10出口温度316210℃主要内容：1.结构设计参照相关手册、标准等确定换热器的结构。
包括总体结构尺寸的确定、折流板、接管、法兰、支座及拉杆的选择。
2.强度计算通过此部分计算，确定换热器的强度尺寸。
包括筒体、封头、管板的强度计算。
要求：1.毕业设计说明书2.零号图纸1.5张设计进度计划：第1~5周——查阅资料、现场调研、确定设计方案、工艺计算、确定工艺尺寸；第6~13周——结构设计、强度计算、绘图；第14~15周——撰写论文、打印论文、准备答辩。
主要参考资料：[1]毛希谰. 换热器设计[M]. 上海：上海科学技术出版社，1998[2]姚玉英. 化工原理[M].天津：天津大学出版社，1999[3]夏青德. 化工设备设计[M].北京：化学工业出版社，2000[4]GB150-1998，钢制压力容器[S].中国标准出版社出版.2000[5]GB151-1999，管壳式换热器[S].中国标准出版社.1998.指导教师接受论文任务开始执行日期 2014 年 3 月17 日学生签名摘要换热器是许多工业部门广泛应用的工艺设备。
U型管式换热器的设计论文
摘要换热器是重要的化工单元操作设备之一。
其中管壳式换热器在化工生产中应用最为广泛。
根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式和釜式再沸器五类。
近年来，尽管受到其它新型换热器的挑战，但管壳式换热器仍占主导地位。
本文主要讨论U型管式换热器的设计。
U型管式换热器是将换热管弯成U型，管子两端固定在同一块管板上。
由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。
因U型管式换热器仅有一块管板，结构较简单，而且管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗困难，管内介质必须清洁且不易结垢。
U型管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。
它具有结构简单紧凑、密封性能好、金属耗量小、造价低、热补偿性能好及承压能力强。
本文第一部分对设计方案进行论证，第二部分对U型管式换热器进行工艺设计计算，主要是传热系数、传热面积、压强降的计算。
第三部分是结构设计、强度计算及其校核。
本次设计采用Auto CAD软件绘制工程图。
图纸符合机械制图国家标准，结构合理。
设计计算结果比较准确，与实际运行设备参数基本相符。
关键词：换热器；传热系数；U型管；工艺设计AbstractHeat exchanger is one of the most important chemical unit operation equipments, among which shell and tube heat exchanger is used most widely in chemical engineering production. According to the structure characteristic of the shell and tube exchanger, heat exchanger can be divided into fixed tube-sheet, floating head-style, U-tube, the function and kettle-reboiler. Recently, although it has been challenged by other new type exchangers, the shell and tube heat exchanger still take unirreplacable role.This thesis is mainly about the design of U-tube exchanger. U-tube exchanger is made by exchanger which is bent into U-shaped, and both end of the tubes fix in the same piece of board. Exchanger can be stretched out and drawn back freely, so shell and tube have no pressure on the temperature difference. It is easy to clean the outside of the shell because the structure of the U-tube is simple with only one tube, and the tube can be pulled out from the shell. But the inside of the tube is difficult to clean for we have to keep the media clean and hard to be dirty. U-tube exchanger is usually used in the circumstance under high temperature and high voltage, especially when the difference in temperature of metal wall between shell and tube is apparent. It also has the feature that simple and compact structure, well sealed, low consumption of the mental, low price,heat and pressure compensation for good performance and strong pressure capacity.The first part of this thesis is to give the demonstration to the design. The second part is to compute the U-tube exchanger from the perspective of process design, mainly including the calculation of heat transfer coefficient, heat transfer area and pressure drop. The third part consists of the structure design, strength calculation and checking. This design makes full use of the Auto CAD to draw the engineering plat. The blueprint is correspond to the mechanical drawing of the national standards, which has reasonable structure. The result of the design calculation is basically correct and tally with the practical parameters of the operation of equipment.Key Word: Heat exchanger；Heat transfer coefficient；U-tube,；Process design.目录1绪论 (1)1.1换热器的概述 (1)1.2管壳式换热器的分类及其特点 (1)1.3U型管式换热器的结构及优点 (2)1.4机械设计的基本要求与内容 (3)1.5换热器发展趋势 (3)2设计方案的论证及选择 (5)2.1工艺简介 (5)2.2操作条件 (5)2.3设计方案的论证及选择 (5)3工艺设计计算 (9)3.1换热面积的计算 (9)3.1.1计算热负荷和流量 (9)3.1.2计算两流体的平均温度差 (10)3.1.3换热面积的计算 (10)3.2核算压强降 (13)3.2.1管程压强降 (13)3.2.2壳程压强降 (13)3.3核算总传热系数 (15)4机械设计计算 (18)4.1换热器壳体壁厚的计算 (18)4.1.1壳体壁厚的设计计算 (18)4.1.2管箱壁厚的设计计算 (19)4.2封头的计算 (20)4.3管箱接管壁厚计算 (23)4.3.1接管名义壁厚计算 (23)4.3.2接管有效壁厚 (24)4.3.3接管最小壁厚 (24)4.4壳程接管壁厚计算 (24)4.4.1接管名义壁厚 (24)4.4.2接管有效壁厚 (25)4.4.3接管最小壁厚 (25)4.5管子拉脱力计算 (26)4.5.1在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力 (26)4.5.2在温差作用下，管子每平方米胀接周边所产生的力 (26)4.6容器法兰的设计与校核 (27)4.6.1壳体法兰的选择 (27)4.6.2法兰强度的校核 (28)4.6.3法兰应力校核 (32)4.7螺栓设计 (32)4.7.1垫片的选用 (32)4.7.2螺栓的设计 (34)4.8开孔补强 (35)4.8.1补强结构 (35)4.8.2补强计算 (36)4.9管板设计 (37)4.9.1符号说明 (37)4.9.2设计计算和校核 (39)4.10支座设计 (40)4.10.1鞍座的设计计算 (40)4.10.2鞍座内力分析 (42)4.10.3圆筒应力计算与校核 (44)4.11爆破片的设计 (49)4.11.1爆破片的类型 (49)4.11.2爆破片的设计计算 (50)5结构设计 (52)5.1折流板设计 (52)5.1.1折流板结构设计 (52)5.1.2折流板缺口高度 (52)5.1.3折流板间距 (52)5.2拉杆的设计 (53)5.3防冲板的设计 (55)5.4挡管的设计 (55)5.5工艺接管设计 (55)5.6容器法兰的结构尺寸设计 (56)5.7焊接结构 (56)5.7.1焊接要求 (56)5.7.2主要焊接区结构 (57)6加工制造要求 (59)6.1制造技术要求 (59)6.2加工制造 (60)6.2.1容器筒体部分的制造 (60)6.2.2滚圆工艺 (60)6.2.3设备的组对装配 (61)6.2.4组对的基本工序及工具 (62)6.2.5换热器内部管件组对 (63)参考文献 (64)致谢 (65)附录 (66)1绪论1.1换热器的概述换热器是实现两种或两种以上温度不同的流体相互换热的设备。
u型管式换热器简图
u型管式换热器简图U形管换热器的机械设计摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，通过这种设备使物料能达到指定的温度以满足工艺的要求。
换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，已经得到越来越广泛的应用。
本设计为U形管换热器的机械设计，在设计过程中，严格按照GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》及换热器设计手册等标准进行设计和计算。
综合考虑各种因素，结构设计合理、经济，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；换热器的材料、主要结构尺寸选择恰当，满足强度、刚度、稳定性及水压试验等校核要求。
根据设计压力确定的壁厚，使换热器有足够的腐蚀裕度，从而使设计结果达到最优化组合。
同时设计中阐述了换热设备的分类、用途、发展趋势以及对各部分结构的制造工艺过程等。
在本次设计过程中已完成了设计说明书、一张总装配图和三张零件图的绘制，还对一篇外文进行了翻译等工作。
换热器，U形管，结构设计，校核AbstractHeat exchanger is the equipment that transfers a part of heat from the hot fluid to the cold. It is the kind of equipment that can make materials achieve the specified temperature to meet the technological requirements. Heat exchange is the universal equipment for the chemical, petroleum, power, food and other industrial sectors, which occupies an important position. And it has been applied more and more.The main content of the design is the U-shaped tube exchanger. In the design process, the designer depends on strict accordance with GB150-1998, GB151-1999, Mechanical Design Handbook for design and calculation .Various factors taken into account, the structural design is reasonable and economic, while it satisfies the requirements of the manufacture, maintenance, assembling, transportation and so on. The heat exchanger materials and the size of main structures have been chosen properly to meet the strength, stiffness, stability, hydrostatic testing and other verification requirements.According to the design pressure of the wall thickness, there is enough sufficient corrosion allowance so that the design results achieve optimum combination. Also, the contents have expressed the classification, use, development trends and a part of the structure of the manufacturing process for the heat exchanger. In this design process, the designer has completed the design specifications, a general assembly and three spare parts drawings, and completed a foreign language translation.Keywords: Heat exchanger, U-shaped tube,structural design, verification.。
U型管换热器设计说明书
流体流量进口温度出口温度压力煤油10tℎ⁄180℃40℃1MPa 水?tℎ⁄20℃40℃0.5MPa 一．热力计算1.换热量计算Q=m1∙C p1∙(T1−T2)=100003600∙2100∙(180−40)=817.32KJ/s 2.冷却剂用量计算m2=QC P2∙(t1−t2)=817.32∙1000 4183∙(40−20)=9.77KJ/s由于水的压力较之煤油较大，黏度较之煤油也较大，所以选择水为壳程，煤油为管程。
3.换热面积估算∆t1=|T1−t2|=140℃∆t2=|T2−t1|=20℃∆t m′=∆t1−∆t2ln∆t1∆t2=140−20ln14020=61.67∆t m′——按纯逆流时计算的对数平均温差∆t m=ε∆t∙∆t m′ε∆t——温差矫正系数ε∆t=φ（R.P）R=热流体的温降冷流体的温升=T1−T2t1−t2=180−4040−20=7P=冷流体温升两流体的初始温差=t2−t1T1−t1=40−2080−20=0.16查图d o−−换热管外径,mL=38.1320∙4∙π∙0.019=7.98m考虑到常用管为9m管，为生产加工方便，选用单程管长8m又考虑到单程管长8m会使得换热器较长，在选取换热器壳体内径时，尽量选取较大的，以保证安全，因此换热器内部空间较大，故选用较为宽松的正方形排布。
换热管材料由于管程压力大于0.6MPa,不允许使用焊接钢管，故选择无缝冷拔钢管。
按照GB—151管壳式换热器1999选取常用管心距p i= 25mm；分程隔板两侧管心距p s=38mm按下图作正方形排列选择布管限定圆直径D L=D i−0.5d o=400−10=390mm由布管限定圆从《GB151—1999》管壳式换热器中选定工程直径DN=400mm的卷制圆筒，查得碳素钢，低合金钢圆筒最小厚度不得小于8mm，高合金钢圆筒最小厚度不得小于3.5mm圆筒厚度计算：选用壳体材料为现在工业生产中压力容器的常用材料Q345R，为一种低合金钢。
可拆卸管束式U型管换热器介绍
可拆卸管束式U型管换热器介绍在U型管换热器内，换热管是互相嵌套的，每一根换热管的形状都严格按U型系列弯曲，所有换热管连接到同一个管板，如图7所示。
每根管子可以相对于外壳自由移动，以及彼此之间的自由移动。
所以设计的理想是当管程、壳程流体间存在较大的温度差时使用。
这种灵活性使U型管换热器应用广泛，能适用于易受热变慢或间歇性的换热反应。
与其他可移动式换热器相比，壳的内壁以及管外壁易清洗。
然而，与直管式换热器相比，虽能清洗换热管内部，但没有实际办法进入U型管内各部位，因此，管内壁清洗需要用化学方法。
图7 U型管换热器设计作为经验法则，非污染液体应由走管程，而污染性流体走壳程。
这种廉价方便的换热器允许排放多束换热管。
但是由于U型管换热器的管程流体流动方向不可能是单一的，所以真正的逆流是不可能的。
通用的设计标准是美国换热器设计标准和欧洲联盟规定的标准，典型的应用包括油冷却、化学冷凝和蒸汽加热。
1.1特殊设计对于蒸汽流量和压力都较大的情况，管壳式换热器必须采用特殊设计。
特殊设计也可以用于当温度与通道有着密切关系时，这意味着热流体出口温度超过了冷却液。
以下是几个例子; 美国标准的K型壳体，允许再沸器适当的液体脱离接触，美国标准的J型壳体，能容纳高压蒸汽壳程分流; 美国标准的双向通道F型壳外文资料中文译文体，可用于温度存在交叉（下文）的情况下使用;美国标准的D型封头的设计往往应用于高压管程的情况。
虽然这些特殊设计的换热器可能解决一些问题，但投入成本往往比按标准设计的换热器高。
美国换热器设计标准包括BKU，BJM BFM和DED。
特殊设计的换热器，往往是作为再沸器、蒸汽炉、蒸汽冷凝器和给水加热器等使用。
1.2管壳式换热器固定管板式换热器和U型管壳式换热器管都是管壳式交换器，管壳式交换器是最常见的类型。
这种类型通常用作蒸汽冷凝器、液-液热交换器、再沸器和气体冷却器。
标准的固定管板式换热器是最常见的壳管式换热器，直径范围在2到8 in之间。
u型管换热器设计说明书(1)
圆整为 24mm
（4）.管板直径
根据容器法兰相关参数需要，取管板直径 D=473mm
考虑到金属的热膨胀尺寸，可由微小负偏差，但不允许有正偏
差。
（5）.管板连接设计
由之前热力计算部分以确定布管方式选用正方形排布，布管限定
t 189 MPa
焊接接头系数取 0.85
8
0.5 400
0.623mm
2 189 0.85 0.5 0.5
又封头厚度因与筒体厚度相同以减少焊接所产生的应力，最终取封
头厚度为 8mm
2. 管箱短节设计：
管箱深
（1）管箱短节厚度设计：
度 300mm
管箱短节厚度与筒体厚度相同， 8mm
11
由 NB/T47020—47027-2012 查得长颈对焊法兰如下图所示： 其中：
D=565m m
L=26mm 螺栓 M24 C=26mm
（2）由上述数据可得 （3）预紧状态下的法兰力矩按下式计算：
12
（4）由机械设计手册查得 M20 的小径为 由此可得实际使用的螺栓总面积
（5）操作状态的法兰力矩计算： 作用于法兰内径截面上内压引起的轴向力 由下式计算：
，允许正偏差为，负偏差为 0，
即管孔为
（4） 折流板的固定
拉杆直
折流板的固定一般采用拉杆与定距管等原件与管板固定，其固 径
定形式由一下几种：
12mm
a. 采用全焊接法，拉杆一段插入管板并与管板固定，
拉杆长
每块折流板与拉杆焊接固定。
度
b. 拉杆一段用螺纹拧入管板，每块折流板之间用定距
8000mm
U型管式换热器
绪论
能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发及转换利用已成为各国的重要课题，而换热器是能源利用过程中不可缺少的设备，几乎一切工业领域都要使用，化工、冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。近几年由于新技术发展和新能源开发利用，各种类型的换热器越来越受到工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。
The design for the two types of pressure vessels, design temperature and pressure are very high, so high design requirements. The heat exchanger adopts a pipe shell, stainless steel tube manufacturing. In the design of the structure design of the heat exchanger, intensity and components selection and process design.
对同一种型式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结垢亦不相同。在工程设计中，出尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。
U型管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器便宜，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内介质必须清洁及不易结垢的物料。U型管的弯管部分曲率不通，管子长度不一。管子因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。
U型管式换热器的设计
筒体材料为16MnR 查GB 150-1998 ???
?
取
2.3.2 管箱封头设计
材料：16MnR
封头材料为16MnR 查GB 150-1998
?
厚度附加量C=C1+C2=2.0+0=2.0mm
取封头名义厚度与壳体名义厚度相等取
选择标准椭圆形封头，根据JB/T4736-2002,选以内径为基准，类型代号为EHA，型式参数关系为：Di/2(H-h)=2。标准椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组 成。直边段的作用是避免封头和圆筒的连接焊缝处出现经向曲率半径突变，以改善焊缝的受力状况。
??逆流的另一优点是可以节约冷却或加热剂的用量,因为并流时t总是低于T,而逆流是,t却可以高于T,所以逆流冷却时,冷却剂的升温(T1-T2)可比并流的大一些,单位时间内传过的热量相同时,冷却剂用量就可以少些.同理,逆流加热时,加热剂本身温降(T1-T2)可比并流时大一些,也就是说,加热剂的用量少些.
℃ 焊接
系数 腐蚀裕量
mm 换热面积
m2 容器
类型 管程 1.7 300 0.85 2 110 Ⅱ 壳程 2.0 400 0.85 2 型号说明
2.1.2 换热管的选型
换热面积A=110m2 ?参照JB/T4714—92 选择换热器基本参数
U型管换热器设计说明书
形式如下图：
（2）管板计算 按照 GB151——1999 管壳式换热器中 a 型连接方式管板的计算步骤进行下
列计算。 a)根据布管尺寸计算
在布管区围，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换 热管支撑的面积， 对于正方形排布
煤油在管中的流速为 0.8~1，取管程流体流速
常用换热管为
与
选用外径
管程流体体积流量可由煤油的要求流量的出：
n=20 N=4
换热管。
L=8m
取管数 由换热面积确定管程数和管长： 由于是 U 型管换热器，由 GB151-1999 管壳式换热器查得有 2，4 两种管程可 选。 初选管程为 4
考虑到常用管为 9m 管，为生产加工方便，选用单程管长 8m 又考虑到单程管长 8m 会使得换热器较长，在选取换热器壳体径时，尽量选取 较大的，以保证安全，因此换热器部空间较大，故选用较为宽松的正方形排 布。 换热管材料 由于管程压力大于 0.6MPa,不允许使用焊接钢管，故选择无缝冷拔钢管。
折流板间 距 200mm
计算压力
圆筒径由选定的圆筒公称直径得 设计温度下的圆筒材料的许用应力由选定的材料 Q345R 从 GB150.2 中查得
焊接接头系数
由于壳程流体为水，不会产生较严重的腐蚀，选取腐蚀 yu 量 又由于 Q345R 在公称直径为 400mm 是可选取得最小厚度为 8mm，则选择圆 筒厚度为 8mm 折流板间距： 折流板间距一般不小于圆筒径的五分之一且不小于 50mm；因此取折流板间 距为 200mm 核算传热系数： 由 GB151—1999 管壳式换热器得到包括污垢在的，以换热管外表面积为基准 的总传热系数 K 的计算公式:
U型管式换热器设计资料讲解
U型管式换热器设计资料讲解U型管式换热器的主要结构由一组管子组成，这些管子通过两个平行的管板连接起来。
流体通过U型管道进入换热器，在管内流动，从而完成热量的交换。
通常情况下，一个流体贯穿着所有的U型管，而另一个流体贯穿着所有的U型管的一半，从而实现热量的传递。
以下是U型管式换热器设计资料的几个关键方面。
首先，需要确定换热器的工作流体和换热方式。
在选择工作流体时，需要考虑其性质和工艺要求。
同时，还需要确定是采用直接换热还是间接换热的方式。
直接换热指的是两种流体直接接触并交换热量，而间接换热指的是两种流体通过壁面进行热传导。
其次，需要进行换热器的热力学计算。
这包括冷热流体的流量、温度、压力等参数的确定。
通过对流体的物性进行热力学分析，可以计算出所需的热负荷和换热面积。
然后，需要进行换热器的结构设计。
这包括换热管道、壳体、管板等部件的选择和尺寸的确定。
对于U型管式换热器来说，关键是确定U型管的曲线形状和管道的布置方式。
这涉及到流体的流动和阻力，需要通过试验和计算得到最佳的设计。
此外，还需要进行材料选择和防腐措施的设计。
换热器的材料应具有良好的耐腐蚀性能，能够适应工作流体的特性。
针对工作流体的酸碱性、含盐量等情况，可以选择合适的材料进行防腐。
同时，还需要考虑操作温度、压力等因素对材料的影响。
最后，进行换热器的热力学和流体力学计算。
这包括壳程和管程的压降计算、流体的速度分布和流动状态的分析等。
通过这些分析可以得到换热器的性能参数，例如传热系数、换热效率等。
综上所述，U型管式换热器的设计资料包括流体选择、热力学计算、结构设计、材料选择和防腐措施设计、热力学和流体力学计算等。
通过合理的设计，可以实现热量的高效传递和流体的有效控制，提高换热器的性能和使用寿命。
U型管式换热器设计
U型管式换热器设计摘要本文介绍了U型管换热器的整体结构设计计算。
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，管子可以自由伸缩，无热应力，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。
本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。
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，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。
关键词：U型管换热器，结构，强度，设计计算U-TUBE HEAT EXCHANGER DESIGNABSTRACTThis paper introduces the U-tube heat exchanger design and calculation. U-tube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same tube, and tubes could telescopic freely, non-thermal stress, thermal performance and compensation; use of double-tube 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 simple structure cost less. The main structure of U-tube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, anti-short-circuit structure, support and other shell-tube accessories.This time I designed a second category pressure vessel, 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 design.KEYWOEDS: U-tube heat exchanger, frame, intensity, design and calculation目录中文摘要.................................... 错误！未定义书签。
氢气冷却器设计(U型管换热器)辽宁工业大学毕业设计(课程设计)师兄宋超 提供最全面说明书
摘要换热器是目前许多工业部门广泛应用的通用工艺设备，广泛应用于化工，石油化工和石油行业。
本次设计的换热器采用U型管式换热器，管程介质为氢气，工作压力0.7MPa，进口温度为150℃，出口温度为42℃；壳程介质为水，工作压力为1.0MPa，进口温度为32℃，出口温度为42℃；主体材质：管束为不锈钢、筒体为0Cr18Ni12Mo2Ti；主要内容包括三部分：第一部分对换热器的选型进行了论述，第二部分则阐述了换热器的设计计算，第三部分对加工制造及要求和总体经济分析作了简单说明。
设计的主要有工艺设计、强度设计计算、零件结构形式的选择及换热器的检验和验收等。
其中工艺设计包括：估算传热面积、确定工艺结构尺寸、核算压降和传热系数等；强度设计计算包括：壁厚、壳体上开孔补强、管箱开孔补强面积、管板、壳体法兰的计算；零件结构形式的选择包括：折流版、拉杆、定距管、隔程挡板、接管、防冲板与导流筒、排气排液管和鞍座等。
关键词：换热器；工艺设计计算；强度设计计算；管程；壳程；AbstractThe heat exchanger is widely used in many industrial sectors common process equipment, widely used in chemical, petrochemical and oil industry. industry.U tube heat exchanger is designed in the topic. The hydrogen is flowed in the U tube. the pressure is 0.7MPa, the intake temperature is 150 ℃, the outlet temperature is 42 ℃; the shell regulation walks water, the pressure is 1.0MPa, the intake temperature is 32 ℃, the outlet temperature is 42 ℃. main material: tubes are used by stainless steel ,the body of cylinder are used by 0Cr18Ni12Mo2Ti . Main contents include three parts: The first part has carried on the elaboration to the heat interchanger shaping, the second part is in detail narrated and has analyzed the interchanger design calculation, the third part give the simple explanation to the request of manufacture and the economic analysis.The main design including process design, calculations of strength design , selection and structure in the form of heat exchanger parts inspection and acceptance . Which process design including: estimating the heat transfer area , determine the process structure, size, pressure drop and heat transfer coefficient calculation; strength design calculations include:wall thickness, opening reinforcement on the housing tube box opening reinforcement area , the management board , the housing law Portland calculations ; parts structure options include : baffle version , rod , fixed pitch pipe , baffle every way , receivership, anti-red plate with draft tube , exhaust pipes and drain saddle and so on.Key words：heat exchanger；the design calculation of technolog；strength design calculation；shell side；tube side.目录第1章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 换热器的分类 (2)1.3 换热器的特点及其选择 (3)1.4 国内发展前景及技术进步 (5)第2章设计方案的选择 (7)2.1 工艺简介 (7)2.2 操作条件 (7)2.3 选择换热器的类型 (7)2.4 经济分析与评价 (8)2.5 物性的确定 (8)2.6 流程的安排 (9)第3章工艺设计计算 (10)3.1 估算传热面积 (10)3.1.1 计算热负荷 (10)3.1.2 计算冷却水的流量 (10)3.1.3 计算两流体的平均温度差 (11)3.1.4 初选传热面积 (12)3.2 工艺结构尺寸 (12)3.2.1 换热管及管内流速选择 (12)3.2.2 管程数与换热管数 (13)3.2.3 平均传热温差校正及壳程数 (14)3.2.4 换热管排列方式与管间距的确定 (14)3.2.5 换热器壳体内径的确定 (16)3.2.6 折流板 (16)3.2.7 接管 (17)3.3 换热器的核算 (18)3.3.1 壳程对流传热系数 (18)3.3.2 管程对流传热系数 (19)3.3.3 污垢热阻的选择 (20)3.3.4 传热系数的计算 (21)3.3.5 传热面积 (21)3.4 流动阻力及换热器内压降核算 (22)3.4.1 管程流动阻力 (22)3.4.2 壳程流动阻力 (23)3.4.3 总阻力 (24)第4章强度设计计算 (26)4.1 换热器的选材 (26)4.2 筒体的设计与校核 (28)4.2.1 操作条件 (28)4.2.2 筒体厚度的计算 (28)4.2.3 筒体最小壁厚校核 (30)4.2.4 筒体厚度的强度 (30)4.3 封头的设计与校核 (32)4.3.1 封头的形式及选择 (32)4.3.2 封头的壁厚 (33)4.3.3 封头水压试验及强度校核 (34)4.4 管箱结构设计 (36)4.4.1 管箱结构设计 (36)4.4.2 管箱壁厚设计 (37)4.4.3 隔板 (40)4.5 管板的设计及计算 (40)4.5.1 管板连接设计 (40)4.5.2 管板设计计算 (42)4.6 接管的设计 (46)4.6.1 接管的一般要求 (46)4.6.2 壳程流体进出口接管计算 (46)4.6.3 管程流体进出口接管计算 (47)4.6.4 接管高度确定 (47)4.6.5 接管位置尺寸 (47)4.7 开孔补强 (48)4.7.1 补强结构 (48)4.7.2 补强计算 (49)4.8 密封装置设计 (57)4.8.1 法兰的选取与校核 (57)4.8.2 垫片的设计与选取 (62)4.8.3 螺栓与螺母的选取 (64)4.9 鞍座的设计与校核 (67)4.9.1 标准鞍式支座选用要求及说明 (67)4.9.2 支反力计算及水压校核 (68)4.9.3 鞍座的型号及尺寸 (68)4.9.4 鞍座的位置 (70)第5章零部件结构尺寸设计 (71)5.1 折流板的设计 (71)5.1.1 折流板的类型 (71)5.1.2 折流板的结构尺寸 (71)5.2 拉杆与定距管 (72)5.3 防冲挡板 (73)5.4 换热管在壳体内的排布 (73)5.5 排气与排液管 (74)第6章加工制造要求 (75)6.1 钢材 (75)6.2 焊接结构 (75)6.2.1 焊接要求 (75)6.2.2 主要焊接区结构 (75)6.2.3 焊接方法的选择 (76)6.2.4 主要焊接缺陷分析 (76)6.2.5 无损探伤 (77)6.3 技术要求 (77)6.4 加工制造要求 (77)6.4.1 滚圆原理 (77)6.4.2 滚圆工艺 (78)6.4.3 边缘加工 (78)6.4.4 设备组队装配 (79)6.4.5 组队基本工序及工具 (80)第7章经济分析 (81)7.1 单元设备价格估算 (81)7.2 总投资估算 (81)参考文献 (83)致谢 (84)附录 (85)第1章绪论1.1概述化工生产中，绝大多数的工艺过程都有加热、冷却、汽化和冷凝的过程，这些过程总称为传热过程。
U型管换热器设计综合实训总结报告
目录第1章催化裂化工艺及流程图概述 (1)1.1催化裂化工艺 (1)1.1.1催化裂化的反应机理 (1)1.1.2催化裂化的工艺流程 (1)1.2分馏塔部分流程概述 (2)1.2.1油浆系统 (2)1.2.2回炼油系统 (2)1.2.3一中循环回流系统 (3)1.2.4二中段循环回流系统 (3)1.2.5轻柴油系统 (3)1.2.6粗汽油系统 (3)1.2.7顶循环回流系统 (3)第2章换热器的选用与工艺设计 (4)2.1换热器的概述 (4)2.1.1选择换热器的类型 (4)2.1.2流体流入空间的选择 (4)2.2确定物性数据 (5)2.3估算传热面积 (5)2.3.1热负荷 (5)2.3.2传热平均温度差 (6)2.3.3初算传热面积 (7)2.4工艺结构尺寸 (7)2.4.1选管子规格 (7)2.4.2确定总管数和管程数 (7)2.4.3确定管子在管板上的排列方式 (8)2.4.4计算壳体内径 (8)2.4.5画出排管图 (9)2.4.6计算实际传热面积及过程的总传热系数 (10)2.4.7折流板直径与数量及有关尺寸的确定 (10)2.4.8温度补偿圈的选用 (11)2.5换热器校核 (11)2.5.1管程压力降校核 (11)2.5.2壳程压强降 (12)2.5.3校核总传热系数 (13)第3章换热器的结构设计 (15)3.1筒体部分计算 (15)3.1.1筒体厚度的计算 (16)3.1.2壳体圆筒的液压试验及压力试验时应力校核 (16)3.2椭圆封头计算 (17)3.3法兰的选取 (17)3.4管板的选取 (18)3.4.1管板计算 (18)3.4.2几何物理系数计算 (19)3.4.3强度影响系数计算 (20)3.4.3.1旋转刚度 (20)3.4.3.2 法兰力矩 (20)3.4.3.3危险组合 (21)表3-2 危险组合 (21)3.5鞍式支座 (24)3.6接管 (24)第4章换热器的强度校核 (25)4.1计算容器重量载荷的支座反力 (26)4.1.1设备自重 (26)4.1.2充满介质时液体介质重量 (26)4.1.3作用于每个支座上的反力 (26)4.2筒体轴向应力验算 (26)4.2.1轴向弯矩计算 (26)4.2.1.1鞍座截面处的弯矩 (27)4.2.1.2跨中截面处弯矩 (27)4.2.2轴向应力的计算 (27)4.2.2.1跨中截面最高点的轴向应力 (27)4.2.2.2跨中截面最低点的轴向应力 (27)4.3鞍座处的切向剪应力校核 (28)4.4鞍座处筒体周向应力验算 (28)4.4.1鞍座板的应力计算 (28)4.4.1.1筒体最低的周向应力 (28)4.4.1.2鞍座边角处的周向应力 (28)4.4.2鞍座腹板的强度校核 (29)第5章设计结果汇总 (30)参考文献 (31)第1章 催化裂化工艺及流程图概述1.1催化裂化工艺催化裂化是石油二次加工的主要方法之一。
U型管式换热器设计
U型管式换热器设计
首先，U型管式换热器的结构设计要考虑到流体在管内的流动情况以及换热管的换热能力。
由于U型管式换热器采用U型管作为热交换管，其双管道设计可以使两种不同介质在管内同时进行换热。
因此，在设计U型管式换热器时要保证两种介质的流量分别在两个管道内均匀分布，并且流体之间不能相互混合。
为了实现这一目的，可以在管道内部加入隔板或者采用平行的管道。
其次，选择合适的换热管材料也是U型管式换热器设计中必不可少的一项工作。
换热管材料需要满足介质的特性以及工艺要求。
一般来说，常用的换热管材料包括不锈钢、碳钢、铜及铜合金等。
选择合适的换热管材料可以提高换热效率并且延长换热器的使用寿命。
另外，在U型管式换热器的热工计算中，需要考虑到换热面积、热载荷以及热媒等因素。
换热面积可以根据实际需要进行计算，一般使用单位面积的对流换热系数与换热器的换热面积进行乘积来计算总换热面积。
热载荷是指每小时热媒需要吸收或释放的热量，根据实际生产过程中的需求进行合理选取。
最后，根据热媒流体的特性确定热媒的出口温度和入口温度，进而计算出所需的冷却水量或者加热水量。
在设计U型管式换热器时还需要考虑到管壳两侧的介质流动阻力及换热媒体的温度降低。
为了降低介质流动阻力，可以合理设计进出口管道的位置，保证流体在管内的流动速度均匀，减小流动阻力。
同时，为了充分利用能量，减小换热媒体的温度降低，可以采用多级换热器或者增加管道长度来提高换热效果。
综上所述，U型管式换热器的设计需要综合考虑结构设计、换热管材料的选择以及热工计算等多个因素。
合理的设计可以提高换热效率，满足工业生产中的热交换需求。
u型管式换热器毕业设计
u型管式换热器毕业设计U型管式换热器毕业设计导言换热器是工业领域中常见的设备，用于将热能从一个介质传递到另一个介质。
U型管式换热器是一种常见的换热器类型，它具有结构简单、传热效率高等优点，因此在许多工业领域得到广泛应用。
本文将探讨U型管式换热器的毕业设计，包括设计原理、结构优化和性能评估等方面。
设计原理U型管式换热器的设计原理基于热传导和对流传热的基本原理。
换热器内部由一系列U型弯管组成，热源介质通过管道的一侧流过，而冷却介质则通过管道的另一侧流过。
热源介质在管道内释放热量，而冷却介质则吸收这些热量，实现热能的传递。
结构优化在U型管式换热器的毕业设计中，结构优化是一个重要的考虑因素。
优化设计可以提高换热器的传热效率、降低能耗和减小设备体积。
以下是一些常见的结构优化方法：1. 材料选择：选择具有良好导热性能和耐腐蚀性的材料，以确保换热器的长期稳定运行。
2. 管道布局：通过合理的管道布局，最大限度地增加管道的接触面积，提高传热效率。
3. 流体流动优化：通过优化流体的流动路径和速度分布，减小流体的阻力，提高传热效率。
4. 热交换面积增加：通过增加管道的长度或增加管道的数量，增加热交换面积，提高传热效率。
性能评估在U型管式换热器的毕业设计中，性能评估是必不可少的一步。
通过性能评估，可以验证设计的合理性，并对换热器的传热效率和能耗进行评估。
以下是一些常见的性能评估指标：1. 传热效率：传热效率是衡量换热器传热性能的重要指标。
传热效率越高，表示换热器能够更有效地传递热能。
2. 温度差：温度差是指热源介质和冷却介质之间的温度差异。
温度差越大，表示换热器能够更快速地传递热量。
3. 能耗：能耗是指在换热过程中消耗的能量。
通过降低能耗，可以提高换热器的能源利用效率。
结论U型管式换热器是一种常见且有效的换热器类型，在工业领域中得到广泛应用。
在毕业设计中，结构优化和性能评估是关键的考虑因素。
通过合理的结构优化和科学的性能评估，可以设计出高效、节能的U型管式换热器，满足工业生产中的换热需求。
u型管式换热器结构设计及温度控制
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高压U形管式换热器的设计
氢 气 为 易 爆 介 质 。 当铁 素 体 钢 制 压 力 容 器 的 设 计 温 度 ２２００℃且 与 氢 气 氛 相 接触 时 为氢 腐 蚀 环 境 。氢 腐蚀环境 中如 同时存在高温硫腐蚀 、高温 蠕变 、蠕变 与氢腐蚀 的倍增效应 、回火脆性等其 他 因素 时，还应考虑这些 因素对钢材高温力学性 能 的影 响 。
焊 接 规程 》 ，ＮＢ／Ｔ４７０１８．１～４７０１８．７—２０１１《承 压设 备用 焊接 材料 订货 技术 条件 》等 。
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作者简介 ：尤培兄 （１９７８一），女，江苏宝应人，本科学历， 工程 师。在 中国石化南京 工程 有限公司设备 室从事压力容器设计
工 作 。
第 ６期
尤培兄 高压Ｕ形管式换热器的设计
．ＪＪ．
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２高压 换 热器 材料 选择 及技 术要 求
２．１介质 特 性
由 于 换 热 器 壳 程 和 管 程 的 压 力 差 较 大 等 原 因 ，在 设 计 中遇 到 多项 超 标 准 的 内容 ，采 取 相 应 的 非标 设计 方 案 ，涉 及 设 计 标 准 规 范选 定 、材 料 选 择 、结 构 确 定 、设 计 计 算 、 制造 验 收 技 术 条 件 等 多方 面 的 内容 。换 热 器 主 要 由管 板 、简 体 、管 箱 及换 热管 束等 部件 组成 ，见 图１。
U型管换热器
换热器结构 换热器优缺点 换热器换热原理 换热器应用场合 换热器改进方法
U型管换热器
U形管换热器的结构
U 形管式换热器是管壳式换热器的 一种，属石油化工设备，由管箱、壳体 及管束等主要部件组成，因其换热管成 U形而得名。U 形管式换热器仅有一个 管板，管子两管板上，如图1。
列管式换热器的工作原理
高温烟气走管程从列管内流过，解析脱氧水走 壳程从列管之间穿过，通过列管管壁进行热交 换，产生的饱和蒸汽进入汽包。整个传热 是 通过金属壁来完成的，热阻高，传热系数低， 因而效率低，蒸汽产量不高。由于两种流体的 温差较大，所以列管管端角焊缝易开裂，造成 壳程、管程两种流体相 串，设备只好停车检 修。
间的温差而产生热应力，热补偿性能好； 管程为双管程，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，便于检修和清洗， 且结构简单，造价便宜。 缺点是管内清洗不便，管束中间部分的管子难以 更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中 心部分布管不紧凄，所以管子数不能太多，且管束中 心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换 热。
为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部 分需用壁较厚的管子。这就影响了它的 使用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大， 或壳程介质易结
U形管换热器的应用场合
换热器是实现传热过程的基本设备。而此设 备是比较典型的传热设备，它在工业中的应用 十分广泛。例如：在炼油厂中作为加热或冷却 用的换热器、蒸馏操作中蒸馏釜和冷凝器、化 工厂蒸发设备的加热室等。
U形管换热器的改进方法
U形管式换热器具有结构简单紧凑、密封性能 好、金属耗量小、造价低、热补偿性能好、承 压能力强等优点,适用于高温、高压等工况。U 形管式换热器的改进方法可以从材料、压力、 温度、壁温差、结垢情况、流体性质。