1、 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
2、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 18 17 MPa 2 工作压力 17.1 15.6 MPa 3 设计温度 400 454 4 工作温度 373 415 5 操作介质 混氢油 反应产物 6 焊接街头系数 1 1 7 腐 蚀裕量 3 3 mm 8 水压试验压力 24.64 24.31 MPa 9 入口温度 134 370 10 出口温度 316 210 主要内容： 1. 结构设计 参照
3、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 15 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 613 周 结构设计、强度计算、绘图； 第 1415 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
4、 M.北京：化学工业出版社， 2000 4GB150-1998，钢制压力容器 S.中国标准出版社出版 .2000 5GB151-1999，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 I 摘要 换热器是许多工业部门广泛应用的工艺设备。设计中考虑操作条件及介质的特性，本设计采用 U 型管式换热器结构。该设备适用于温差不大，壳程流体清洁，不易结垢拆卸、清洗的场合。在设计过程中，依 照 GB151-1999钢制 U 型管式换热器对换热器依次进行工艺计算、结构设计（材料选型）、强度计算，最后完成专题讨论。其中在强度计
5、算中，根据温差具体的数值，对膨胀节的需要进行计算。本设计每层管子排列方式采用正三角形排列，这种方法在相同的管板面积上可排较多的管子，且管外表面传热系数大。但由于是双管程结构，所以在分程隔板两边采用矩形排列。最后经检测该台换热器是否满足介质换热的需要。 关键词：换热器； U 型管式；工艺设计；结构设计；强度计算 广东石油化工学院专科毕业设计： U 型管换热器设计 II ABSTRACT The heat exchanger is the techniques equipment widely used in many industrial departments. In the design i
6、t uses the fixed tube plate type of the heat interchanger structure,because of the operating condition and the medium characteristic. This equipment is suitable when the temperature difference is not big,the shell regulation fluid is clean,or the fraze,disassembling or cleaning for the heat exchange
7、r is not easy. In the process of the design,the technological design,the structural design(material shaping) and the strength calculation must according to the GB151-1999“Steel S ystemShell Type Heat interchanger“,finally it completes the seminar. In the strength calculation,it must be computed for
8、the require of the part of inflates according to the difference conc rete value ot the temperature.In the design the way of each pipe arrangement uses the equilateral triangle arrangement,this method may arrange many pipes in the same tube plate area,also the tube outside surface heat transfer coeff
9、icient is big. But becaus e the structure is two barrel regulation, it uses the rectangular arrangement at the both sides of the partition board. F inally it be difined that the heat interchanger whether satisfies the need of the medium heat transfer. Key words: heat exchanger； fixed tube plate； tec
10、hnological design; structural design； strength calculation 目录 III 目 录 摘要 . I ABSTRACT . II 前 言 . 1 第一章 绪论 . 2 1 1 换热器的应用及其发展 . 2 1 2 换热器的分类及其特点 . 5 1 3 U 型管式换热器 的设计 . 7 第二章 换热器的工艺计算 . 8 2 1 设计条件 . 8 2 2 确定物性数据 . 8 2 3 符号说明 . 8 2 4 流体走向的确定 . 9 2 5 估算传热面积，初选换热器的规格 . 9 2 6 换热管的排列和管心距 . 10 2 7 折流板 .11 2
11、. 8 接管 .11 2 9 压强降的核算 . 12 2 10 总传热系数的核算 . 13 第三章 换热器的结构设计 . 16 3. 1 筒体 . 16 3. 2 管箱材料 . 16 3. 3 管箱法兰 . 17 3. 4 接管材料 . 18 3. 5 接管法兰 . 19 3. 7 管板 . 20 3. 8 材料 . 21 3. 9 换热管 . 21 3. 10 拉杆 . 22 3.11 折流板的选取及布置 . 23 3. 12 封头 . 23 第四章 换热器的强度计算 . 25 4 1 筒体壁厚计算 . 25 4 2 管箱短节、封头厚度计算 . 26 4 3 膨胀节的设计 . 26 4 4
12、换热器受压元件强度计算及校核 . 28 4.5 换热器强度计算与校核 . 28 广东石油化工学院专科毕业设计： U 型管换热器设计 IV 4 6 鞍座校核 . 30 4 7 筒体校核 . 30 第五章 本设计采用的制造方法及工艺 . 33 参 考 文 献 . 35 前言 1 前 言 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，实现热量传递的设备，又称热交换器。 换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工
13、艺的需要。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的 主要设备之一。 换热器在化工行业中的应用是十分广泛的，各种化工生产工艺就都要用到它。在制冷工业中，以食品冷藏业常用的以氨为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置为例，经过压缩机压缩后的气态氨在冷凝器中被冷凝为液体；液化后的高压液态氨在膨胀机或节流阀中绝热膨胀，使温度下降到远低于周围环境的温度；这种低温氨流体在流经蒸发器时吸热蒸发而回复到原先进入压缩机时的氨气状态。然后，再重复新的循环。在其他各种制冷装置中，都存在冷凝器和蒸发器等换热器。 在火力发电厂中，装有空气预热器、燃油加热器、给反应产物加热器、整齐冷凝器等一系列的换
14、热器。其实，蒸汽锅炉本身也可以看作是一个大型复杂的换热器。燃料在炉膛中燃烧产生的热量，通过炉膛受热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤器加热工质，使工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。 广东石油化工学院专科毕业设计： U 型管换热器设计 2 第一章 绪论 1 1 换热器的应用及其发展 1.1.1 换热器的应用 1换热器在近代工业中的应用 在化工生产中，换热器是主要的工艺设备之一。例如，在氮肥生产中，氮气与氢气的混合气体要在 500 左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨，而氨与未反映的氮、氢气体的分离，则需要通过冷却与冷凝的办法以 液体的形式分离出来。这一生产过程中的加热、冷却与冷
15、凝就是通过换热器实现的。在酒精生产中，酒精精馏塔在操作时，原料液需预热，釜底液体需在再沸器中加热，塔顶产生的蒸汽需冷凝。这一生产过程中的预热、加热和冷凝也都是通过换热器实现的。换热器在化工行业中的应用是十分广泛的，各种化工生产工艺就都要用到它。 在制冷工业中，以食品冷藏业常用的以氨为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置为例，经过压缩机压缩后的气态氨在冷凝器中被冷凝为液体；液化后的高压液态氨在膨胀机或节流阀中绝热膨胀，使温度下降到远低于周围环境的温度；这种低温氨流体在流经 蒸发器时吸热蒸发而回复到原先进入压缩机时的氨气状态。然后，再重复新的循环。在其他各种制冷装置中，都存在冷凝器和蒸发器等换热器。 在火力发
16、电厂中，装有空气预热器、燃油加热器、给反应产物加热器、整齐冷凝器等一系列的换热器。其实，蒸汽锅炉本身也可以看作是一个大型复杂的换热器。燃料在炉膛中燃烧产生的热量，通过炉膛受热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤器加热工质，使工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。 在核电长中，蒸汽发生器是一项很重要的工艺设备。核燃料裂变所产生的大量的热量首先传给冷却剂，冷却剂在蒸 汽发生器中再将热量传给反应产物、使反应产物汽化成蒸汽，由蒸汽来转动汽轮发电机发电。此外，在核电厂系统中还装有各种加热器、蒸汽冷凝器等换热器。 在动力、化工、制冷等工业中，换热器不仅是不可缺少的工艺设备，而且在金属消耗和投资方面也占有较大的比例。在火力发电厂中，如果将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占电厂总投资的 70%左右。在一般石油
