U型管换热器设计说明书
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形管换热器设计说明书
目录引言 (8)一文献综述................................. 错误！未定义书签。
1.1换热器在化工生产中的应用............... 错误！未定义书签。
1.2换热器的分类及其特点................... 错误！未定义书签。
1.3U形管式换热器......................... 错误！未定义书签。
1.4管壳式换热器的研究现状................. 错误！未定义书签。
1.5本文设计的主要内容..................... 错误！未定义书签。
二计算说明书............................... 错误！未定义书签。
1.1原始数据.............................. 错误！未定义书签。
1.2定性温度及物性参数.................... 错误！未定义书签。
1.3传热量与冷水流量...................... 错误！未定义书签。
1.4有效平均温差 ......................... 错误！未定义书签。
1.5管程换热系数计算...................... 错误！未定义书签。
1.6壳程换热系数计算...................... 错误！未定义书签。
1.7传热系数计算 .......................... 错误！未定义书签。
1.8管壁温度计算 .......................... 错误！未定义书签。
1.9管程压降计算 .......................... 错误！未定义书签。
1.1壳程压降计算.......................... 错误！未定义书签。
2.1换热管材料、规格的选择及功能的确定..... 错误！未定义书签。
2.2管子的排列方式........................ 错误！未定义书签。
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。
U型管式换热器毕业设计说明书
摘要换热器是化工生产过程中的重要设备，它能够实现介质之间热量交换。
广泛应用于石油、化工、制药、食品、轻工、机械等领域。
U型管式换热器是换热器的一种，它只有一个管板，结构简单，密封面少，且U形换热管可自由伸缩，不会产生温差应力，因此可用于高温高压的场合。
一般高压、高温、有腐蚀介质走管程，这样可以减少高压空间，并能减少热量损失，节约材料，降低成本。
甲烷化换热器，是合成氨生产中的重要设备之一, 它能将27℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至90℃。
甲烷化换热器一般选用U型管换热器，它由一台Ⅰ型甲烷化换热器与一台Ⅱ型甲烷化换热器连接组成。
其中Ⅰ型甲烷化换热器将27℃的H2N2混合气升温至150℃，同时将215℃的H2N2精制气降温至90℃；Ⅱ型甲烷化换热器能将150℃的H2N2混合气升温至274℃，同时将339℃的H2N2精制气降温至215℃。
本次设计主要根据GB150《钢制压力容器》及GB151《管壳式换热器》对设备的主要受压元件进行了设计及强度计算，又结合HG/T20615《钢制管法兰》、JB/T 4712《容器支座》等其它压力容器相关标准，对其它各部件进行设计，最终完成了Ⅱ型甲烷化换热器的设计。
关键词：换热器；甲烷化换热器AbstractHeat exchanger is important in the process of chemical production equipment, which can be achieved between the heat exchange media. Widely used in petroleum, chemical, pharmaceutical, food, light industry, machinery and other fields. U-tube heat exchanger is a heat exchanger, it has only one tube plate, simple structure, less sealing surface, and the U-shaped tubes are free to stretch, no thermal stress, it can be used for high temperature and pressure of the occasion . General high-pressure, high temperature, corrosive media, take control process, thus reducing the pressure of space, and can reduce heat loss and saving materials and reduce costs.Methanation heat exchanger, ammonia production is one of the important equipment, it will be 27 ℃of H2N2 mixture heated to 274 ℃, 339 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃. Methanation heat exchanger is generally used in U-tube heat exchanger, which consists of Type Ⅰand type Ⅱmethanation methanation Heat exchanger connected to form a methanation type. Heat exchanger type Ⅰmethanation of H2N2 to 27 ℃heating the mixture to 150 ℃, 215 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 90 ℃; Ⅱ-type heat exchanger can methanation 150 ℃, heating the mixture to the H2N2 274 ℃, 339 ℃while the H2N2 refined gas cooled to 215 ℃.This design mainly based on GB150 "steel pressure vessels"and GB151 "shell and tube heat exchangers, " the main pressure parts of the equipment was designed and strength calculation, but also with HG/T20615 "steel pipe flange", JB / T 4712 "containers bearing" pressure vessels and other relevant standards, the design of other components, he finally completed the methanation Ⅱtype heat exchanger design.Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger目录图表清单 (1)符号说明 (3)引言 (8)第一章换热器件简介 (9)1.1U型管换热器简介 (9)1.2甲烷化换热器简介 (9)1.2.1.Ⅱ型甲烷化换热器的作用 (9)1.2.2甲烷化换热器工作原理 (10)第二章设计方案的确定 (11)2.1设计参数的确定 (11)2.2换热器主要零部件结构形式的确定 (12)第三章强度计算 (13)3.1圆筒的设计 (13)3.2封头设计 (13)3.2.1下封头设计 (13)3.2.2管箱封头设计 (14)3.3管箱圆筒短节设计 (15)3.4压力试验 (15)3.4.1压力试验条件确定 (15)3.4.2水压试验时强度校核 (15)3.5换热管设计 (16)3.5.1换热管选取 (16)3.5.2布管形式 (16)3.5.3布管限定圆 (17)3.5.4 U形管长度选取 (18)3.5.5换热管与管板的连接 (18)3.6管板设计 (19)第四章换热器其他各部件设计 (23)4.1进出口接管设计 (23)4.1.1精制气入口接管 (23)4.1.2精制气出口接管 (25)4.1.3混合气入口接管 (26)4.1.4混合气出口接管 (26)4.1.5 管板排气口接管设计 (27)4.1.6加强管设计 (28)4.2接管开孔补强的设计计算 (28)4.2.1精制气进口处补强设计 (28)4.2.2精制气出口处补强设计 (31)4.2.3混合气入口处补强设计 (33)4.2.4混合气出口处补强设计 (36)4.2.5上排气口处补强设计 (38)4.2.6下排净口处补强设计 (40)4.3管法兰设计 (42)4.4折流板、支撑板设计 (48)4.5防冲板设计 (49)4.6分程隔板 (49)4.7纵向隔板设计 (49)4.8接管最小位置 (50)4.8.1壳程接管最小位置 (50)4.8.2管箱上接管最小位置 (50)4.9管箱的最小内测深度 (51)4.10管箱筒节长度确定 (51)4.11拉杆定距管 (51)4.12支座选取 (51)参考文献 (60)谢辞 ................................................................................................. 错误！未定义书签。
U形管换热器机械设计说明书
摘要使热量从热流体传递到冷流体的设备成为换热设备。
它是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。
在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%—20%；在炼油厂中，约占总投资的35%—40%。
在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺要求规定的指标,以满足工艺过程上的需要。
此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低位热能的有效装置。
在本设计中，我所设计的是U型管换热器。
U型管换热器的结构特点是，只有一块管板，管束由多根U型管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。
当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力。
U型管式换热器结构比较简单、价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。
特别适用于管内走清洁而不宜结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。
关键词：换热设备，U型管换热器，结构特点AbstractThe equipment that transfer heat from hot liquid to the cool one is called heat exchanger.It is a general equipment that widely used in chemical industry,oil refining,motive power,atomic energy,pharmacy,mechanism and many other department of industry.In chemical industry,the investment of heat exchanger is 10% to 20% percent of total investment;In oil refining factory,the one is 35% to 40%.In the industrial producing,transfer heat from higher temperature liquid to the lower one is the main function of the heat exchanger,it make the temperature of liquid reached the stipulate target of technological process,so that to satisfy the requirement in technological process.In addition,the heat exchanger is effective install that can retrieve surplus heat and waste heat.The structure characteristics of U-tube heat exchanger is what there is only one tube plate,the tube bundle is make up of many U-tube,both ends of the tube are fixed on the same tube plate,the tube can stretch out and draw back freely.When there is a temperature difference between the shell and the U-tube,there would not be thermal stress.The structure of the U-tube heat exchanger is simple,the price is cheap and the ability of bearing pressure is strong,it is adapt to the temperature difference between tube wall and shell wall is relative large or the medium of the shell are easy to scaling and unwell adopt float heat exchanger and fixed tube plate heat exchanger.especially adapt to the materiel and supplies in the tube is high temperature,high pressure and largecorrosive property.Keywords:heat exchanger,U-tube heat exchanger,structure characteristic目录1说明部分 (6)1.1 绪论......................................... 错误！未定义书签。
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型管换热器设计说明书
流体流量进口温度出口温度压力煤油水一．热力计算1.换热量计算2.冷却剂用量计算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.换热面积估算查图得ε∆t=0.85传热面积估算：取传热系数：K=450取安全系数0.1：4管径，管长，管数确定：由流量确定管数：煤油在管中的流速为0.8~1，取管程流体流速A=38.13n=20N=4常用换热管为与选用外径换热管。
管程流体体积流量可由煤油的要求流量的出：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；分程隔板两侧管心距按下图作正方形排列L=8m布管限定圆圆筒工程直径DN=400选择布管限定圆直径由布管限定圆从《GB151—1999》管壳式换热器中选定工程直径的卷制圆筒，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。
按《GB150.1~.4-2011压力容器》中圆筒厚度计算公式：计算压力圆筒内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中查得折流板间距200mm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内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内的，以换热管外表面积为基准的总传热系数K的计算公式:管外流体给热系数:查得定性温度下流体的粘度为壁温下流体的粘度1004查得壳程流体的普朗克数查得水的导热系数管内流体给热系数：查得煤油的导热系数查得煤油的密度K=483管内流体的流速煤油的粘度煤油的比热换热管的内径在总传热系数计算公式中，可看作管外流体的污垢热阻管内流体的污垢热阻用外表面表示的管壁热阻查GB151—1999管壳式换热器得换热管材料导热系数总传热系数：初选K值为450相对误差处于相对许可范围内壁温计算：假设换热面积裕度：换热面积裕度符合要求压降计算：(1)管程阻力计算：沿程阻力可按下式计算封头厚度mm8=δ短节厚度mm8=δ莫迪圆管摩擦系数：莫迪圆管系数可由管内流体雷诺数得到管内流体雷诺数：管内为湍流。
U型管换热器设计说明书68459
精品
.
查得定性温度下流体的粘度为 壁温下流体的粘度 1004
查得壳程流体的普朗克数 查得水的导热系数
管内流体给热系数 ：
查得煤油的导热系数 查得煤油的密度 管内流体的流速 煤油的粘度 煤油的比热 换热管的内径
在总传热系数计算公式中， 可看作 管外流体的污垢热阻 管内流体的污垢热阻 用外表面表示的管壁热阻
，允许正偏差为
0.3，负偏差为 0，即管孔为
（4） 折流板的固定 折流板的固定一般采用拉杆与定距管等原件与管 板固定，其固定形式由一下几种： a. 采用全焊接法，拉杆一段插入管板并与管板固 定，每块折流板与拉杆焊接固定。 b. 拉杆一段用螺纹拧入管板，每块折流板之间用 定距管固定，每一拉杆上最后一块折流板与拉 杆焊接 c. 螺纹与焊接相结合，拉杆一端用螺纹拧入管板， 然后将折流板焊接在拉杆上 d. 拉杆的一端用螺纹拧入管板，中间用定距管将 折流板固定，最后一快折流板用两螺母锁紧并 点焊固定。 这里选择 d.作为折流板固定的方法。
箱法兰连接。管板形式如下图：
折流板厚度 5mm
（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
精品
. 在布管区范围内，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，
精品
. 对于正方形排布
拉杆直径 12mm 拉杆长度 8000mm
从 GB150.2 查得 40Cr 在 40 下的许用应力:
取其中面积较大者 （3）螺栓设计载荷 螺栓设计载荷按下列规定确定： a. 预紧状态螺栓设计载荷按下式计算：
b. 操作状态螺栓设计载荷按下式计算：
精品
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。
电子版U型管换热器说明模板
第二部分、设计说明书1、传热工艺计算1. 原始数据壳程水蒸气的进口温度 错误！未找到引用源。
=205.1 错误！未找到引用源。
壳程水蒸气的出口温度 错误！未找到引用源。
=95℃ 壳程水蒸气的工作压力 错误！未找到引用源。
=0.75Mpa 管程冷却水的进口温度 错误！未找到引用源。
=38º C 管程冷却水的出口温度 错误！未找到引用源。
=97º C 管程冷却水的工作压力 错误！未找到引用源。
=1.6 MPa 管程冷却水的流量 2G =120t/h2. 定性温度及物性参数管程冷水定性温度错误！未找到引用源。
(38+97)/2=64 错误！未找到引用源。
管程冷水密度查物性表得错误！未找到引用源。
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管程冷水比热查物性表得错误！未找到引用源。
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ºC管程冷水导热系数查物性表得错误！未找到引用源。
=0.663w/m 错误！未找到引用源。
℃管程冷水黏度错误！未找到引用源。
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s 管程冷水普朗特数查物性表得Pr 2=3.41壳程水蒸气定性温度 =+=2/)("'111t t t （205.1+95）=150壳程水蒸气密度查物性表得 错误！未找到引用源。
=2.584Kg/错误！未找到引用源。
壳程水蒸汽比热查物性表得 错误！未找到引用源。
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壳程水蒸气导热系数查物性表得错误！未找到引用源。
=0.0263w/m 错误！未找到引用源。
壳程水蒸气黏度 错误！未找到引用源。
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s 壳程水蒸气的普朗特数查物性表Pr 1=1.113. 传热量与冷水流量取定换热效率为η=0.98 查表得 r=2113.1310⨯ 则设计传热量:3600/1000)('"22220⨯⨯⨯⨯=-ηt t C G Q p错误！未找到引用源。
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型管式换热器设计 说明书
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目录摘要 (1)绪论 (5)第一部分、换热器简介及选择 (7)1、换热器简介 (7)2、换热器材料选择 (7)2.1 选材原则 (8)3、换热器结构设计 (8)第二部分、设计说明书 (9)1、传热工艺计算 (9)1. 原始数据 (9)2. 定性温度及物性参数 (9)3. 传热量与冷水流量 (10)4. 有效平均温差 (10)5. 管程换热系数计算 (11)6. 壳程换热系数计算 (12)7.传热系数计算 (13)8.管壁温度计算 (14)9.管程压降计算 (14)10. 壳程压降计算 (15)2、强度计算 (16)2.1换热管材料、规格的选择及功能的确定 (16)2.2 管子的排列方式 (16)2.3 确定壳体直径 (17)2.4 筒体壁厚确定 (17)2.5 液压试验 (18)2.6 壳程标准椭圆形封头厚度的计算 (18)2.7 管程标准椭圆形封头厚度的计算 (19)2.8 法兰的选择 (21)2.9 管板的设计 (22)2.10 管箱短节壁厚的确定 (24)2.11拉杆和定距管的确定 (25)2.12 折流板的选择 (25)2.13防冲板的选择 (26)2.14 接管及开孔补强 (26)2.15 分程隔板厚度选取 (28)2.16支座的选择及应力校核 (29)第三部分、换热器的制造、检验、安装与维修 (33)1、换热器的制造、检验与验收 (33)3.1.1筒体 (33)3.1.2 换热管 (33)3.1.3管板 (34)3.1.4 折流板、支持板 (34)3.1.5 管束的组装 (34)3.1.6换热器的组装 (34)3.1.7 压力试验 (35)2、换热器的安装与维护 (35)3.2.1安装 (35)3.2.2维护 (35)结束语 (36)参考文献 (37)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必不可少的设备，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。
u型管式换热器结构设计及温度控制
u型管式换热器结构设计及温度控制下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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U型管换热器课程设计说明书
U型管换热器课程设计说明书设计题目U 型管换热器设计专业班级建环1001学生姓名xxxxx学号XXXXXX指导教师—XXXXX日期2013.5.4一、化工原理课程设计任务书(换热器的设计)(一)设计题目：煤油冷却器的设计(二)设计任务及操作条件：1. 处理能力：15万吨/年煤油2. 设备型式：列管式换热器3. 操作条件：(1)煤油入口温度125C，出口温度40C;(2)冷却介质循环水，入口温度25C，出口温度45C;(3)允许压强降不大于105Pa;(4)煤油定性温度下的物性数据：密度为825kg/m3;粘度为:7.15X 10-4Pa.S比热容为：2.22kJ/ (kg. C)；导热系数为:0.14W/ (m. C)(5)每年按330天计，每天24小时连续运行。
(三)设计项目1传热计算2管、壳程数的确定及管、壳程流体阻力计算3管板厚度计算4 U形膨胀节计算(浮头式换热器除外)5管壳式换热器零部件结构(四)绘制换热器装配图(A2图纸)二、换热器的选用换热器的选用（即选型）的过程大体如下，具体计算可参看列管式换热器设计中有关内容。
①根据设计任务要求计算换热器的热负荷Q。
②按所选定的流动方式，计算出平均温度差（推动力）△ tm及查出温差校正系数。
若< 0.8 ,应考虑采用多壳程结构的换热器或用多台换热器串联。
③依所处理流体介质的性质，凭经验初选一总传热系数K o （估）,并由总传热速率方程计算传热面积S'o :S O =Q/K o 估厶tm式中Q --------- 热负荷W； K o（估） -------- 凭经验选取的总传热系数W/（m2 -K）;△ tm -------- 平均温度差,C。
④根根据计算出的S'值,查有关换热器系列标准，确定型号规格并列出各结构主要基本参数。
⑤利用总传热系数关联式计算K o（计）,再由总传热速率方程式求出S o（计）o考虑到所用传热计算式的准确程度及其他未可预料的因素，应使得所选用换热器具有的传热面积9留有的裕度io%〜25% ,即［（S D - S o（计））/S o（计）］= （10%〜25% ）。
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流体流量进口温度出口温度压力煤油水一．热力计算1.换热量计算2.冷却剂用量计算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.换热面积估算查图得ε∆t=0.85传热面积估算：取传热系数：K=450取安全系数0.1：4管径，管长，管数确定：由流量确定管数：煤油在管中的流速为0.8~1，取管程流体流速A=38.13n=20N=4常用换热管为与选用外径换热管。
管程流体体积流量可由煤油的要求流量的出：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；分程隔板两侧管心距按下图作正方形排列L=8m布管限定圆圆筒工程直径DN=400选择布管限定圆直径由布管限定圆从《GB151—1999》管壳式换热器中选定工程直径的卷制圆筒，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。
按《GB150.1~.4-2011压力容器》中圆筒厚度计算公式：计算压力圆筒内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中查得折流板间距200mm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内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内的，以换热管外表面积为基准的总传热系数K的计算公式:管外流体给热系数:查得定性温度下流体的粘度为壁温下流体的粘度1004查得壳程流体的普朗克数查得水的导热系数管内流体给热系数：查得煤油的导热系数查得煤油的密度K=483管内流体的流速煤油的粘度煤油的比热换热管的内径在总传热系数计算公式中，可看作管外流体的污垢热阻管内流体的污垢热阻用外表面表示的管壁热阻查GB151—1999管壳式换热器得换热管材料导热系数总传热系数：初选K值为450相对误差处于相对许可范围内壁温计算：假设换热面积裕度：换热面积裕度符合要求压降计算：(1)管程阻力计算：沿程阻力可按下式计算封头厚度mm8=δ短节厚度mm8=δ莫迪圆管摩擦系数：莫迪圆管系数可由管内流体雷诺数得到管内流体雷诺数：管内为湍流。
用公式:得管内粘度校正因子取1.05回弯阻力可由下式得到：进出口接管阻力：管箱深度300mm分程隔板厚度mm8=δ煤油进出口管径70mm水进出口管径100mm管程总阻力:管程压降符合要求壳程压降计算：壳程压降符合要求机械设计一．管箱设计计算管箱有封头，管箱短节，法兰，分程隔板等零件组成。
1. 封头设计及厚度计算。
由于椭圆封头经线曲率变化平滑，应力分布均匀，且椭圆形封头较半球形封头深度小得多，易于冲压成形，是目前最常用的封头之一，故次换热器采用标准椭圆形封头。
对于标准椭圆封头，K=1厚度计算公式为：[]ctic p D p 5.02-⋅=φσδMPa p c —设计压力，— mm D i —圆筒内径，—[]MPa t —许用应力，—σφ——焊接接头系数封头材料选用与圆筒材料相同的在压力容器中最常用的材料Q345R 其在使用温度下的许用应力可由《过程设备设计》附录D 中查得[]MPa t 189=σ焊接接头系数取85.0=φmm 623.05.05.085.018924005.0=⨯-⨯⨯⨯=δ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mm 8=δ 2. 管箱短节设计：（1）管箱短节厚度设计：管箱短节厚度与筒体厚度相同，mm 8=δ （2）管箱的最小内侧深度：由GB150——1998规定： a. 轴向开口的单程管箱，开口中心处的最小深度应不小于接管内径的31b. 多管程管箱的内侧深度应保证两程之间的最小流通面积不小于每程换热管流通面积的1.3倍；当操作允许时，也可等于每程换热管的流通面积。
两程之间的最小流通面积是指管箱被平行于地面的平面所剖开所形成的截面积；每程换热管流通面积是指同一管程内的换热管管内截面所形成的面积之和。
由于由计算所求得的管箱深度太小，故根据各方面需要取300mm3. 分程隔板：由GB151——1999管壳式换热器得，分程隔板的最小厚度不应小于下表因分程隔板两侧无明显压差，分程隔板可按上表选取。
分程隔板选材为Q235，属碳素钢，故取分程隔板厚度为mm8=δ二．接管管径设计：1.煤油进出口管径：进出口管径可由公式：uVdπ4=V——液体的体积流量u——液体的流速md07.0100347.04=⨯⨯=π煤油2.水进出口管径：md1.091.00814.4水=⨯⨯=π三．容器法兰选取及校核由NB/T 47020——2012选取长颈对焊法兰，密封面采用全平面密封，法兰采用锻件，材料选用20号钢。
垫片选择石棉像胶板，厚度为3mm，垫片系数m=3.50，比压力y=44.8MPa1.垫片设计计算垫片压紧力：由《过程设备设计》查得下列公式计算垫片压紧力：由NB/T 47020—47027—2012查得垫片宽度N=22mm，由此的垫片密D=565mmL=26mm螺栓M24C=26mm封基本宽度，垫片有效密封宽度，则操作时需要的压紧力有操作密封比压引起，由于原始定义m时是取2倍垫片有效接触面积上的压紧载荷等于操作压力的m倍，所以计算时操作密封比压应为，则2.螺栓设计计算：螺栓材料选择40Cr。
（1）螺栓载荷：预紧状态下需要的最小螺栓载荷按下式计算：操作状态下需要的最小螺栓载荷计算：内压引起的轴向力按下式计算：最小螺栓载荷按下式计算：（2）螺栓面积：螺栓面积按下列规定确定a.预紧状态下需要的最小螺栓面积按下式计算：从GB150.2查得40Cr在室温下的许用应力:操作状态下所需的最小螺栓面积按下式计算：从GB150.2查得40Cr在40下的许用应力:取其中面积较大者（3）螺栓设计载荷螺栓设计载荷按下列规定确定：a.预紧状态螺栓设计载荷按下式计算：b.操作状态螺栓设计载荷按下式计算：由所需螺栓直径和个数：此处需要确定直径与个数其中之一的数值，由筒体外径查NB/T 47020—47027—2012得螺栓使用个数为20将其带入上式由NB/T 47020—47027—2012查得所用螺栓为M20螺栓符合要求。
3.法兰选用与校核（1）法兰的相关标注如下图由NB/T47020—47027-2012查得长颈对焊法兰如下图所示：其中：（2）由上述数据可得（3）预紧状态下的法兰力矩按下式计算：（4）由机械设计手册查得M20的小径为17.29mm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：内压引起的总轴向力F与内经截面上的轴向力之差按下式计算：法兰力矩按下式计算：（6）法兰材料选取管法兰一般选用锻件或铸件，不推荐钢板制造因此选用16Mn（7）法兰设计力矩法兰设计力矩按下式计算并去最大值由《过程设备设计》查得150MPa则（8）法兰应力a) 轴向应力按下式计算：管板厚度24mm管板直径473mm折流板厚度得2.75由于，以代替57由GB150.3-2011查得.95T，U可由参数K从GB150.3-2011查得K——法兰外径与内经的比值则T=1.78 f=0.118 U=7.28 Z=3.43 Y=6.635mm拉杆直径12mm拉杆长度8000mm拉杆螺纹公称直径12mmb)径向应力按下式计算：c)环向应力按下式计算：（9）应力校核a)轴向应力轴向应力校核合格b)径向应力径向应力合格c)环向应力环向应力合格d)组合应力组合应力合格4.管板设计计算（1）管板形式选择：管板形式选择a型：管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。
管板形式如下图：（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范围内，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，对于正方形排布正方形排布：b)计算，以查图或查表得到查得c)管板材料选择管板材料选择压力容器中常用的Q345B d)管板计算厚度e)换热管轴向应力（3）.管板名义厚度根据GB151——1999管壳式换热器，管板的名义厚度不小于下列三者之和：I．管板的计算厚度或最小厚度，取较大值II．壳程腐蚀裕量或结构开槽深度，取较大值III．管程腐蚀裕量或分程隔板槽深度，取较大值由于垫片宽度为3mm，则开槽取4mm。
壳程侧隔板槽深4mm，管程隔板槽深4mm。
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，布管限定圆直径，由GB151——1999管壳式换热器，查得对于换热管的管孔直径为，正偏差，负偏差为0，管孔直径为。
5.折流板设计计算：折流板的结构设计，是根据工艺过程及要求来确定，折流板的作用主要是为了增加管间流速，提高传热效果。
同时设计折流板对于卧式换热器的换热管有一定支撑作用，当换热管过长，而管子承受的压应力过大时，在满足换热器壳程允许压降的情况下，增加折流板的数量，减小折流板的间距，对缓解换热管的受力形况和防止流体流动诱发振动有一定作用。
（1）折流板缺口高度弓形折流板缺口高度使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。
缺口大小用切去的弓形弦高占圆筒内直径的百分比确定，单弓形折流板缺口见下图，缺口弦高h，宜取0.20~0.45倍的圆筒内直径。
取折流板缺口弦高h为0.25倍的圆筒内径，即（2）折流板厚度之前热力计算中已经确定折流板间距为200mm，查得内径400mm的圆筒折流板最小厚度为4mm，取折流板厚度为5mm（3）折流板管孔由GB151——1999管壳式换热器规定，管孔直径，允许正偏差为0.3，负偏差为0，即管孔为（4）折流板的固定折流板的固定一般采用拉杆与定距管等原件与管板固定，其固定形式由一下几种：a.采用全焊接法，拉杆一段插入管板并与管板固定，每块折流板与拉杆焊接固定。