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型管式换热器设计毕业设计说明书
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。
图4-6
接管位置
图4-7
偏心载荷简化图
图4-8
设备质心计算简化图
图4-9
支座
图4-10
耳式支座安装尺寸
图4-11
载荷近似计算简图
插
表
插
表
表2-1
钢板许用应力
表2-2
钢管许用应力
表2-3
锻件许用应力
表3-1
EHA椭圆形封头型式参数
表3-2
EHA椭圆形封头质量
表3-3
低铬钼钢弹性模量
表4-1
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 methanationⅡtype heat exchanger design.
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。
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
电子版U型管换热器说明书
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 =壳程水蒸气的出口温度 =95℃ 壳程水蒸气的工作压力 = 管程冷却水的进口温度 =38oC 管程冷却水的出口温度 =97oC 管程冷却水的工作压力= 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(38+97)/2=64管程冷水密度查物性表得=981 Kg/ 管程冷水比热查物性表得=Kg oC 管程冷水导热系数查物性表得=m ℃ 管程冷水黏度=⨯ˉ6 Pa s管程冷水普朗特数查物性表得Pr 2=壳程水蒸气定性温度 =+=2/)("'111t t t （+95）=150 壳程水蒸气密度查物性表得 =壳程水蒸汽比热查物性表得 =壳程水蒸气导热系数查物性表得=m 壳程水蒸气黏度 =⨯510-s壳程水蒸气的普朗特数查物性表Pr 1=3. 传热量与冷水流量取定换热效率为η= 查表得 r=310⨯ 则设计传热量:3600/1000)('"22220⨯⨯⨯⨯=-ηt t C G Q p120000 (97-38) 1000/36008060108（W ） 则加热水流量：η⨯+=-)](/['"21101t t C r Q G p =s4. 有效平均温差)]/()ln[(/)]()[('2"1"2'1'2"1"2'1t t t t t t t t t n -----=∆=参数p ：=--=)/()('2'1'2"2t t t t P参数R ：=--=)/()('22"1'1"t t t t R换热器按单壳程两管程设计 则查书图 2-6 a 得： 温差校正系数：Φ = 有效平均温差：=∆⨯Φ=∆n m t t 605. 管程换热系数计算参考表2——7初选传热系数：)m /(100020K W K ⨯=则初选传热面积为：=∆⨯=)/(000m t K Q F 2m选用 不锈钢的无缝钢管作换热管。
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。
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 processis 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。
U型管换热器设计说明书讲解
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。
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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吉林化工学院《过程设备设计》课程设计换热器设计-U型管式专业：过程装备与控制工程姓名：黄少华学号：05420338指导教师：张志文2008年12月15～25日摘要本文扼要介绍了U型管换热器的特点及在工业中的应用和发展前景，详细的阐述了U型管式换热器的结构及强度设计计算及制造、检修和维护。
参照GB151-1999及换热器设计手册，综合考虑各种因素，结构设计需要选择适用合理、经济的结构形式，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；而强度计算的内容包括换热器的材料，确定主要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，根据设计压力确定壁厚，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。
设计结果满足用户要求，安全性与经济性及环保要求均合格。
关键词：换热器、U型管式、结构设计、强度设计目录摘要 ................................................................. - 0 -第一章绪论. (1)第二章 U型管换热器的特点 (1)第三章结构设计 (1)3.1 管箱设计 (1)3.3 封头设计 (3)3.4 管板设计 (3)3.5 拉杆和定距管的确定 (4)3.7 旁路挡板设计 (5)3.8 容器法兰的设计 (5)3.9 选取支座 (6)第四章强度校核 (6)4.1 管箱筒体计算 (6)4.1.1计算条件： (6)4.1.2厚度及重量计算 (6)4.1.3压力试验时应力校核 (7)4.1.4压力及应力计算 (7)4.2 壳程圆筒计算 (7)4.2.1计算条件 (7)4.2.2厚度及重量计算 (7)4.2.3压力实验时应力校核 (8)4.2.4压力及应力计算 (8)4.3 开孔补强计算 (8)4.3.1计算条件 (8)4.3.2开孔补强计算 (9)4.3.3设计条件 (9)4.3.4开孔补强计算 (10)4.4管板和法兰的强度计算 (10)4.5仅有壳程压力P作用下的危险组合工况 (12)s4.6仅有管程压力P作用下的危险组合工况()0=s P (13)t第五章换热器的制造、检验、安装与维修 (14)5.1 换热器的制造、检验与验收 (14)5.1.1筒体 (14)5.1.2 换热管 (15)5.1.3管板 (15)5.1.4 折流板、支持板 (15)5.1.5 管束的组装 (15)5.1.6换热器的组装 (15)5.1.7 压力试验 (15)5.2 换热器的安装与维护 (15)5.2.1安装 (16)5.2.3 维护 (16)结束语 .................................................. 错误！未定义书签。
参考文献. (16)第一章绪论在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度高，放热；另一种流体温度低，吸热。
在工程实践中有时也会有两种以上流体参加换热的换热器，但其基本原理与前一致。
化工、石油、动力、食品等行业中广泛使用各种换热器，它们是上述这些行业的通用设备，占有十分重要的地位。
随着工业的迅速发展，能源消耗量不断增加，能源紧张已成为一个世界性问题。
为缓和能源紧张的状况，世界各国竞相采取节能措施，大力发展节能技术，已成为当前工业生产和人民生活中一个重要课题。
换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显着地提高设备的热效率。
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。
换热器管程与壳程的温度差，换热器的热负荷，检修清洗的要求等因素决定采用哪一类的列管式换热器。
由于我们水平和能力有限，设计时间仓促，存在不妥之处在所难免，恳请老师给予批评指正。
第二章 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。
第三章结构设计3.1 管箱设计3.1.1管箱短节a 材料：由于管程走循环水，对管箱来说，要求不高，腐蚀性极低，所以选其材料为20R板材。
b 加工：采用20R 钢板卷制，使用氩弧打底的单向焊焊接。
c 尺寸：根据GB151-1999表8中低合金钢圆筒的最小厚度规定公称直径DN=1000～1500mm 时，U 型管换热器筒体最小厚度为12mm ，即n δ=12mm 根据GB151-89规定，短节长度L ≥300mm ，取L=500mm 所以短节尺寸DN=1300，n δ=12mm L=500mm 。
3.1.2分程隔板a 材料 ：选用Q235-A 板材，许用应力[]Mpa C 11360=︒σ。
b 尺寸：根据GB151-1999表6中碳素钢及低合金钢分成隔板最小厚度规定：当DN=600～1200mm 时，mm 12min ≥δ最小厚度为4.5mm ,取n δ=12mm 。
分程隔板长度L '同管箱深度。
c 为了使换热器在停车时将水排净，要在分程隔板上开设一个6φ的排净孔或三角口。
d 隔板应连续焊在管箱壁上。
3.1.3管箱深度a 根据图2—1得管箱深度L=866mm 。
b 根据钢制U 型管换热器结构手册P165得换热器的管箱最小长度mm S h E N d L p cp i g 3651232513007525414.34212min =++⨯⨯=++⨯⨯≥π 其中 i d ——换热管内径。
cp N ——各相邻的管程间分程处物料流通的最小宽度。
根据钢制U 型管换热器结构手册P167表4-37选取E=1300mm 。
h i ——封头内曲面高度mm 。
S p ——封头厚度。
c 管箱最大长度根据钢制U 型管换热器结构手册P169中图4—38管箱最大长度mm L g 465max =≤m in g L ≤m ax g L g L ，根据钢制U 型管换热器结构手册P168：在设计中如果管箱长度不能满足≤m in g L ≤g L m ax g L ，对最小长度m in g L 和m ax g L 的要求，则应满足最小长度m in g L =365mm 的要求来确定管箱长度，为此，取L=700mm 。
3.2 圆筒的设计a 材料：由于工作介质为丙烯，苯为易燃，中度危害的介质，以及容器的使用条件，总和经济性等选材为16MnR.b 加工与尺寸： 设计温度 T=265，设计压力 Pc=1.88Mpa,双面焊对接接头 0.85. 公称直径 DN=800mm,钢板负偏差C1=0,腐蚀裕量C2=3mm.由设计公式[]mm P D P c t i c 19.688.185.0144280088.12=-⨯⨯⨯=-=φσδ 取厚度为12mm 。
筒体长度l=5975mm.由于筒体的公称直径DN=800mm>400mm,所以采用板材卷制而成，查换热器设计手册表1-6-5得 筒体的总重量为 240x5975x0.001=1434kg.3.3 封头设计3.2.1 受内压封头计算：选取标准椭圆形封头，DN=800mm 材料：16MnR []Mpa C 17060=︒σ负偏差c 1=0.00mm 腐蚀余量c 2=3.00mm取mm n 12=δ 封头的总重 71.5kg. 3.2.2受外压封头计算：选取标准椭圆形封头，DN=800mm 材料16MnR []Mpa C 17060=︒σ 假设名义厚度mm n 12=δ 负偏差c 1=0.00mm 腐蚀余量c 2=3mm有效厚度e δ=12-0-3=9mm当量球壳外半径 mm D K R i o 7208009.01=⨯==809720==e i R δ 则0010.080125.0125.0===eiR A δ 查GB150-1998图6—3 E=2.0×10Mpa 5 [P]=Mpa P Mpa R E c e 88.161.2801020833.00833.02520=>=⨯⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛δ 故n δ=12mm 合适。
椭圆封头简图：（1）椭圆封头3.4 管板设计材料：选用16MnR,其许用应力[]Mpa C 17070=︒σ（1）管板和换热器的连接型式：要求管板和换热器的连接接头严密不漏，管壳程介质不能接触，且有很高的腐蚀危险，同时由于胀接是不连续的，管子和管孔间的间隙会成为腐蚀的起点，则管板和换热器采用焊接形式。
（2）管板最小厚度a 布管：管子的材料：选用材料16MnR 作为换热器。
本设计选取464根换热管，由GB151-1999中知管子的排列形式分为四种：三角形、转角三角形、正方形、转角正方形排列。
设计的U 型管换热器的换热管外径为25mm ，壳程需用机械清洗时不采用三角形排列，所以选择正方形旋转形排列形式。
由换热器手册表1-6-16得外径为25mm 的换热管，当用转置正方形排列时，其换热管分程板槽两侧相邻的管中心距应为32mmx32mm 正方形的对角线长，即Sn=45.255mm.b 管孔：由GB151-1999表17得换热管和管孔直径允许偏差为：换热管：25φ管孔 2.0040.25+ϕ。
c 换热器中心距及分程隔板槽两侧相邻管中心距①由于分程隔板厚度为14，为此我们取管板上的分程隔板槽深为4，宽为12mm 。
管板分程隔板槽示意图：（2）管板分程隔板槽d 布管限定圆根据表1-6-17布管限定圆32b D D i l -=有d b 25.03=且不小于10mm 得1025.62525.03<=⨯=b 所以取mm b 103=即mm D l 780102800=⨯-=其中：d ——管板的计算厚度mm3b ——U 型管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离Di ——换热器筒体内直径。