U形管换热器毕业设计
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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形管换热器课程设计-- U形管换热器结构设计目录过程设备课程设计任务书 (4)前言 (5)摘要 (6)第一章绪论 (7)1.1 管壳式换热器的概述 (7)1.2 本毕业设计的目的 (7)1.3、设计的要求及内容 (8)1.4 、课程设计的步骤 (9)1.4.1设计的准备阶段 (9)1.4.2机械结构设计 (9)第二章换热器结构设计 (10)2.1换热管数的计算 (10)2.2 换热管排列方式,管间距的确定 (10)2.3 筒体结构设计 (11)2.4管箱及封头 (12)2.4.1管箱管箱分类 (12)2.4.2封头 (12)2.5 接管、接管法兰 (13)2.5.1接管 (13)2.5.2接管法兰的确定 (13)2.5.3管箱法兰和管箱侧壳体法兰 (14)2.6 管箱的最小内测深度 (14)2.7 分程隔板 (14)2.8 U形管 (15)2.8.1 U形管选择 (15)2.8.2 U形管弯管段的弯曲半径 (15)2.9 管板 (16)2.91分程隔板槽 (16)2.9.2管板 (16)2.9.3 布管定圆 (16)2.9.4管孔 (16)2.9.3拉杆孔 (17)2.10换热管与管板的连接 (17)2.11折流板和支撑板管孔 (18)2.12 U型管尾部支撑 (18)2.11拉杆 (19)2.12 折流板 (20)2.12.1折流板的主要几何参数 (20)2.12.2 折流板与壳体间隙 (20)2.12.3 折流板厚度 (20)2.12.4 折流板的管孔 (20)2.12.4 材料的选取 (21)2.13 滑道 (21)2.14防短路结构 (22)2.14.1旁路挡板 (22)2.14.2挡管 (22)2.14.3中间挡板 (23)2.15垫片设计 (23)2.16支座 (24)2.17 附件 (24)(1)起吊附件 (24)三、确定设计压力 (24)3.1筒体壁厚计算 (24)3.2筒体短节、封头厚度计算 (25)3.3管箱短节、封头厚度计算 (26)3.4管箱短节开孔补强的校核 (27)3.5壳体接管开孔补强校核 (28)参考文献 (29)过程设备课程设计任务书一、设计题目: U形管换热器结构设计二、设计任务及条件:被冷却流体热空气进气温度150℃出气温度40℃设计温度150℃设计压力 2.5Mpa冷却介质类型循环水OH2进口温度30℃出口温度40℃设计温度40℃设计压力 1.0Mpa90换热面积2m换热管规格及管束级别Φ19⨯2 长6m Ⅰ类程数 2 2标准规范GB150-1999;GB151-19991、根据两种介质的流量、进出口温度、操作压力等计算出换热器所需的传递热量2、根据介质性质选择合适的材料。
U形管换热器毕业设计
摘要
随着工业化的发展,各种换热器需求量越来越大,一种重要的换热器
是U形管换热器。
U形管换热器在很多行业占据着重要的地位,在石油、
化工、精细化学等领域,U形管换热器有着举足轻重的作用。
U形管换热
器比较性能,结构,使用寿命等方面拥有很多优点,因此成为现代换热器
的一种重要设备。
为了满足工业发展的要求,本文针对U形管换热器的工
作原理,作用,结构特点,性能特点,设计方法,制造过程,优化计算,
安装,检测,维修等方面,进行了详细的阐述和研究。
本文首先介绍了U形管换热器的工作原理、作用和结构特点。
然后介
绍了性能特点,主要包括换热效率、压力损失和外形尺寸等。
接下来分析
了U形管换热器的设计方法,以及U形管换热器的制造过程。
本文还介绍
了U形管换热器安装,检测,维修等细节要点,并且提出了一些优化建议,以提高U形管换热器的性能。
通过对U形管换热器的系统和全面的研究,本文旨在为U形管换热器
的发展提供理论支持和实际参考,以及为用户提供可靠的保障。
关键词:U形管换热器,工作原理,性能特点。
摘要本文依据国家相关规范、标准,严格遵循GB151-99和GB150-98,着重介绍了U型管式换热器的传热工艺的计算,及物料与结构因素对换热能力的影响和换热器的机械设计,包括工艺结构与机械结构设计和换热器受力元件如管板的受力计算和强度校核,以保证蒸汽过热器安全运行,其中,前者主要是确定有关部件的结构形式,结构尺寸和零件之间的连接,如封头、接管、管板、折流板等的结构形式和尺寸,管板与换热管、壳体、管箱的连接等。
还介绍了U 型管式换热器的制造、检验、安装和维修时应注意的事项。
关键词:蒸汽过热器传热计算结构设计强度校核AbstractThis thesis is based on relevant national, standards, and strictly follows the GB151-99 and GB150-98, emphatically introduces the calculation of heat technologic process of U-tube heat exchangers, the effect with the fluids and structure of heat exchanger, and design of kinds of mechanical structure, including structure of technologic process and mechanical structure and the loading conditions of objects of heat exchanger and strength check ,such as, tube sheet, aimed to make the heat exchangers work safely, the former is mostly related to component structural form and dimension, such as Vessel Head, nozzle, tube sheet, and baffle plate, and so on. And it also involves connection between tube sheet and accessories, shell and channel. Besides it also introduces some events to taking into account when manufacturing, inspecting, installing and maintaining.Key words: Steam superheater; Calculation of heat transfer; Design of structure; Strength check目录摘要.................................................................................................................................I Abstract ......................................................................................................................... II 第1章绪论 (1)1.1概述 (1)1.2换热器在工业中的应用 (1)1.3换热器研究现状及发展方向 (2)1.3.1研究现状 (2)1.3.2发展趋势 (3)1.4设计任务及思想 (4)1.4.1设计任务 (4)1.4.2设计思想 (4)第2章工艺计算及结构设计 (5)2.1确定物性参数 (5)2.2确定热流量 (7)2.2.1平均传热温差 (7)2.2.2热流量 (7)2.3工艺结构尺寸 (8)2.3.1管径和管内流速 (8)2.3.2管程数和传热管数 (8)2.3.3平均传热温差校正 (9)2.3.4传热管排列 (9)2.3.5筒体 (9)2.3.6折流板 (10)2.3.7其他附件 (11)2.3.8接管 (11)2.3.9鞍座设计 (12)2.4校核传热系数及换热面积 (12)2.4.1壳程表面传热系数 (12)2.4.2管内表面传热系数 (12)2.4.3污垢热阻和管壁热阻 (13)2.5换热器主要参数 (14)第3章结构及强度计算 (15)3.1 U型管换热器基本参数 (15)3.1.1原始数据 (15)3.1.2布管限定圆 (15)3.2壳体设计及检验 (15)3.2.1壳程筒体壁厚 (15)3.2.2筒体壁厚检验 (16)3.2.3壳程筒体封头厚度的计算 (17)3.2.4折流板设计及检验 (17)3.2.5验证U型管的尾部支撑 (17)3.3管箱设计 (18)3.3.1管箱短节设计 (18)3.3.2管箱短节壁厚检验 (18)3.3.3管箱封头设计 (19)3.3.4管箱法兰设计 (19)3.4管板设计计算 (20)3.5分程隔板的设计 (22)3.6拉杆与定距管的设计 (22)3.7开孔和开孔补强设计 (23)3.7.1壳程进出口接管补强计算 (23)3.7.2管箱短节进出口接管补强计算 (25)第4章安装使用及维修 (28)4.1安装 (28)4.2维护和检修 (29)4.3设备施工中常见错误的一些解决方案 (30)4.3.1设备施工中管口错误的解决方案 (30)4.3.2材料选择与代用 (30)4.3.3试压 (31)4.3.4容器加工 (31)结论 (32)参考文献 (33)致谢 (34)第1章绪论1.1概述蒸汽过热器是管壳式换热器的一种,是以煤为原料的合成氨氮肥装置中的主要设备。
U型管换热器毕业设计摘要换热器是热工学中最常用的装置,用于将热能从一种流体转移到另一种流体。
它是由加热器、贮热器以及分离器组成。
U型管换热器是一种常见的热交换装置,用于改变一个流体的温度,一般用于石油及其他液体的加热和冷却。
本文研究了U型管换热器的基本原理,如何设计和优化U型管换热器,并提出了几种改进设计方案,以增加热交换效率。
关键词:U型管换热器;换热器;热交换;设计1 Introduction2 Working principleU-tube heat exchangers are consists of two pipes connected to each other in the form of letter "U".The two pipes are connected at one end to the outlet of the heater and the other end is connected to the inlet of the cooler.The two pipes are filled with the same liquid medium,and the liquid flows through the two pipes in opposite directions.When the heated liquid flows through one pipe,the other side of the pipe absorbs the heat and the liquid temperature rises.When the cooled liquid flows through the other pipe,the other side of the pipe emits the heat and the liquid temperature decreases.The heat is transferred from one fluid to another through the pipes.3 Design and optimization3.1 Basic design3.2 Improving designThere are several ways to improve the design of U-tube heat exchangers,such as increasing the length of the tube,increasing the number of tubes,increasing the space between thetubes,arranging the pipes in a spiral shape,increasing the thermal conductivity of the material and coating the pipes with a highly thermal conductive material.All of these design improvements can help increase the efficiency of heat transfer.4 Conclusion。
U形管换热器设计方案
一、U形管换热器材料选择
U形管换热器通常由热交换管和对应的热交换器支撑体以及可选择的
配件组成,材料需要根据具体情况选择。
通常来说,U形管换热器的热交
换管选用碳钢、不锈钢、铜-铝复合材料、硅钢和双金属材料或者合计材
料等;U形管换热器的热交换器支撑体以及可选择的配件可以选用铸铁、
铸钢、不锈钢。
根据现场工况要求,本次设计采用不锈钢(SUS304L)作为U形管换
热器的热交换管,铸钢(GS-C25)作为热交换器支撑体及可选择的配件。
二、U形管换热器外型和尺寸设计
在U形管换热器设计中,除了必须考虑到材料和工艺的要求外,外型
和尺寸对于设计也是非常重要的。
本次设计的U形管换热器外型主要由热
交换器支撑体,管道等组成。
腔室的位置应考虑到流量的平衡性,管道的
外径大小需要考虑到工况条件,管道的数量要满足设计要求。
本次设计的U形管换热器的外形尺寸如下:热交换管外径为Φ22mm,热交换管壁厚为1.2mm,热交换管的数量为24根,U形管换热器总长度为1750mm,管距为50mm,热交换器支撑体的外形尺寸为1000x600x1750 mm。
毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目:U形管式换热器设计院系:化工装备学院专业班级:过程装备与控制工程学生姓名:指导教师:指导教师评阅意见1、选题的目的及意义1.1、选题的目的毕业设计的选题要按照所学专业培养目标确定,要围绕本专业、学科选择有一定理论与实用价值且具有运用课程知识、能力训练的题目。
本次设计的题目是U形管式换热器设计。
它属静设备中一种比较常见的管壳式换热器。
节约能源是当今世界的一种重要社会意识,是指尽可能的减少能源的消耗、增加能源利用率的一系列行为。
加强能源利用,采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施,从能源生产到消费的各个环节,降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费,有效、合理地利用能源。
目前,在我国石油化工产业换热器受到普遍的重视,而换热器的广泛应用,决定了换热器换热性能的改善设计理论的不断创新,对企业经济的收益和工业的飞速发展都具有一定的积极作用必将为节约能源和保护环境有显著的贡献。
1.2、选题的意义近年来,随着我国石化、钢铁等行业的快速发展,换热器的需求水平大幅上涨,但国内企业的供给能力有限,导致换热器行业呈现供不应求的市场状态,巨大的供给缺口需要进口来弥补。
未来,国内市场需求将呈现以下特点:对产品质量水平提出了更高的要求,如环保、节能型产品将是今后发展的重点;要求产品性价比提高;对产品的个性化、多样化的需求趋势强烈。
因此,作为过程装备与控制工程专业的毕业生,在今后的工作中接触最多的就应该是各种压力容器。
在化工厂的各种压力容器中,最常见的就是换热器。
因此,在毕业设计时,通过自己的努力设计出一台换热器,可以巩固以前学过的专业知识,更为将来到化工厂中的工作打下良好基础。
设计这样一台换热器,无论是对以往知识的总结,还是对将来的工作都有着很重要的意义。
2、国内外的现状和发展趋势国内方面,各研究机构和高等院校研究成果不断推陈出新,在强化传热元件方面华南理工大学相继开发出表面多孔管、波纹管、纵横管等;天津大学在流路分析法、振动方面研究成果显著;清华大学在板片传热方面有深入研究;西安大学在板翅式换热器研究方面已取得初步成果]1[。
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。
黄河科技学院毕业设计(说明书)第Ⅰ页U形管换热器设计摘要本次毕业设计的题目是U形管换热器设计,它的实用意义很大,因为U形管换热器在工业生产中应用很多。
它属于管壳式换热器,它的优点不少,其他换热器不能替代。
随着我国工业快速的发展,相关技术也有了突飞猛进的发展,总结出了很多设计经验,它涵盖了与之有关的所有标准与规定。
所以说对于U形管换热器的设计,并不是那么复杂,当进行结构设计和部件选型的时候可以查相关的国家标准来选定,若标准未能达到设计的要求,可以根据具体情况进行选定,但要注意进行精确的计算与准确的试验。
有关的它的强度的计算,液压试验也有系统的标准和规定,其试验结果不能超过规定值。
有关它的制造与安装工艺也比较成熟,这些都有利于它的设计。
关键词:U形管换热器,结构设计,强度计算,液压试验U-Tube Heat Exchanger DesignAuthor : Wu LeiTutor : Li HuiAbstractThe topic of this graduation design is u-tube heat exchanger design, its practical significance is very big, because the u-tube exchanger used in industrial production. It belongs to the tube and shell heat exchanger, and its advantages, cannot replace other heat exchanger.The u-tube heat exchanger structure is relatively not so complicated, design is relatively easy. In addition, with China’s rapid industrial development, related technologies also have the development by leaps and bounds, summarizes a lot of design experience it covers all the relevant standards and regulations. So for the design of u-tube heat exchanger, is not so complicated, when for structural design and selection of parts can be selected to check the relevant national standards, if standard failed to meet the design requirements, can be selected according to the specific situation, but must pay attention to the precise calculation and accurate test. About the calculation of its strength, hydraulic test also has a system of standards and regulations and the rest result cannot exceed the specified value. About its manufacturing and installation technology is more mature, these are conducive to its design.Key words:U-tube heat exchanger, The structure design, Strength calculation, The hydraulic pressure test目录1 绪论 (1)1.1 管壳式换热器的概述 (1)1.2 本次毕业设计的目的 (2)1.3 设计要求 (2)1.4 设计步骤 (2)1.4.1 准备阶段 (2)1.4.2 机械结构设计 (3)2 工艺计算 (4)2.1 传热工艺计算 (4)2.1.1 换热器设计的原始数据 (4)2.1.2 确定设计方案 (4)2.1.3 确定物性数据 (5)2.1.4 有效平均传热温差 (5)2.1.5 由换热面积估算热流量 (6)2.1.6 冷却水用量 (6)2.1.7 被冷却热空气用量 (6)2.1.8 结构工艺初设计 (6)2.1.9 传热系数核算 (7)2.1.10 压降校核 (11)2.2 换热器的结构设计 (14)2.2.1 换热管的设计 (14)2.2.2 壳体的设计 (15)2.2.3 管箱和封头 (15)2.2.4 接管和接管法兰 (17)2.2.5 管板的结构设计 (19)2.2.6 分程隔板 (20)2.2.7 布管定圆 (21)2.2.8 管孔 (21)2.2.9 换热管与管板的连接 (21)2.2.10 设备法兰 (22)2.2.11 拉杆 (23)2.2.12 折流板 (23)2.2.13 滑道 (24)2.2.14 防短路结构 (24)2.2.15 U形管尾部支撑 (25)2.2.16 支座 (26)3 强度设计 (27)3.1 筒体壁厚计算 (27)3.2 筒体短节、封头厚度计算 (27)3.3 管箱短节开孔补强的校核 (29)3.4 壳体接管开孔补强校核 (30)总结 (31)致谢 (32)参考文献 (33)1 绪 论1.1 U 形管换热器的概述管壳式换热器属于换热器的一类,其能够实现物料的热交换,它被用于工业生产中的时间较久。
新疆工程学院毕业设计(论文)2013届题目专业学生姓名学号小组成员指导教师蔡香丽、薛风完成日期新疆工程学院教务处印制新疆工程学院毕业论文(设计)任务班级专业姓名日期 2013.3.41、论文(设计)题目:2、论文(设计)要求:(1)学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量,最好是独立完成。
(2)选题有一定的理论意义与实践价值,必须与所学专业相关。
(3)主题明确,思路清晰。
(4)文献工作扎实,能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。
(5)格式规范,严格按系部制定的论文格式模板调整格式。
(6)所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。
3、论文(设计)日期:任务下达日期 2013.3.4完成日期 2013.4.104、指导教师签字:新疆工程学院毕业论文(设计)成绩评定报告毕业论文答辩及综合成绩U型管换热器设计学号:姓名:(新疆工程学院, 乌鲁木齐 830091)摘要:本设计着重就U型管换热器的设计,并简要论述了其加工制造过程,就已所给物性参数与生产量为基础,利用传热原理和传热技算所得换热器面积确定U型管换热器的基本形式。
依据GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》等标准对换热器各零部件结构与强度进行了设计,包括筒体、管箱管板以及进出口管等。
最后还介绍了U型管换热器检验、安装、维修的内容。
关键词:传热面积,传热系数,U型式换热器,管壳式换热器目录1绪论 (3)1.1课题背景 (3)1.2国内外发展概况 (3)1.3 设计目的与要求 (4)1.4 换热器简介 (4)1.4.1换热器概述 (4)1.4.2换热器的分类 (4)1.5 课题简介 (8)1.5.1 U型管式换热器 (9)1.5.2 换热器选型 (9)1.6工艺简述 (10)1.6.1 设计内容 (10)1.6.2介质流动空间的确定 (10)1.6.3介质流动方向的选择 (10)1.6.4管子排列方式的选择 (11)1.7传热计算步骤 (11)1.7.1传热量的计算 (11)(1)根据原始数据表1 与定性参数表2计算传热量 (11)1.7.2流体空间选择 (14)1.7.4型式的选取 (14)1.7.5 校核传热系数K (14)2 结构设计 (16)2.1 壳体、管箱壳体和封头设计 (16)2.1.1 壳体的设计 (16)2.1.2管箱壳体 (16)2.1.3 封头设计 (16)2.2 进出口设计 (17)2.2.2 接管直径的计算 (18)2.2.3 接管的外伸长度 (18)2.2.4 接管与筒体、管箱壳体的连接 (18)2.2.5 接管的最小位置 (18)2.3 管板与换热管 (20)2.3.1 管板 (20)2.3.2 换热管 (23)2.4 壳体与管板、管板与法兰及换热管的连接 (24)2.4.1 壳体与管板的连接 (24)2.4.3 换热器与管板的连接 (24)2.5 其他各部件结构 (25)2.5.1 折流板和支持板 (25)2.5.2 拉杆、定距管 (27)2.5.3 防冲板 (29)2.6 鞍座的设计 (30)3 强度设计 (31)3.2 钢材的选择 (31)3.3 壳体、封头、法兰及开口补强 (31)3.3.1 壳体的设计 (31)3.3.2 内压封头设计 (33)3.3.3 法兰设计 (34)3.3.4 开口补强 (40)3.4 管板 (43)3.4.1 垫片压紧力作用中心圆直径 (44)(1)垫片设计 (44)3.4.2 确定管板设计压力 (45)3.4.3 管板计算厚度δ和名义厚度nδ (45)3.4.4 换热管轴向应力 (45)3.4.5 换热器和管板连接拉脱力 (46)3.5 支座 (46)3.5.1 计算鞍座反力 (46)3.5.2 计算圆筒轴向弯矩 (47)3.5.3 计算圆筒轴向应力 (47)3.5.4 计算圆筒、封头切向应力 (49)3.5.5 计算圆筒周向应力 (50)3.5.6 计算鞍座有效断面平均应力 (50)4换热器的制造、检验、安装与维修 (51)4.1换热器的制造、检验与验收 (51)4.1.1筒体 (51)4.1.2 换热管 (51)4.1.3管板 (51)4.1.4 折流板、支持板 (52)4.1.5 管束的组装 (52)4.1.6换热器的组装 (52)4.1.7 压力试验 (52)4.2 换热器的安装与维护 (52)4.2.1安装 (52)4.2.3 维护 (53)结论 (54)致谢 (55)参考文献 (56)1绪论1.1课题背景随着世界性的能源危机波及到了装备制造业及石油化工这些耗材及耗能的大户,以及国家节能减排长期国策的确立,作为能量回收装备—热交换设备的提高传热效能及降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。
这些研究归纳为以下几个方面:(1)传热与流动研究:旨在提髙传热及压降计算的准确性,寻求提髙传热效率,降低压降的途径。
这方面研究主要涉及到:物性模拟研究、分析设计研究(如温度场、流动分布的模拟研究等)、传热及流动试验和工艺计算软件的开发等。
(2)换热设备大型化、新型热交换设备的开发及降低能耗、节水的研究。
(3)强化传热的研究:如强化传热管研究、板管的研究(如板壳式、板空冷等)。
(4)材料研究(相容性及经济性的结合)。
(5)抗腐蚀及控制结垢的研究(涉及使用寿命及保持传热效率)。
1.2国内外发展概况换热器是进行热交换操作的通用工艺设备,被广泛应用于各个工业部门,尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。
换热器分类方式多样,按照其工作原理可分为:直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类,其中间壁式换热器用量最大,据统计,这类换热器占总用量的99%。
间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类,其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期的操作过程中积累了丰富的经验,其设计资料比较齐全,在许多国家都有了系列化标准。
近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。
目前,我国已制定了列管式换热器的系列标准,但还有很多场合,所用列管式换热器是根据生产要求设计的非定型设备。
管壳式换热器的效率问题是设计的核心。
多年以来,国内外学者对列管式换热器的研究工作从来都没有间断过,目前研究的焦点主要集中在高温、高压和大型换热设备,如何优化它们的结构以提高其传热效果。
这方面的研究进展对于改善石油、化工、医药、食品等众多生产领域的生产工艺、节省能源消耗、降低生产成本、提高产品竞争能力,具有十分重要的意义。
1.3 设计目的与要求通过此次毕业设计,培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能,提高分析与解决实际问题的能力,使学生得到从事实际工作所必需的基本训练和进行科学研究工作的初步能力。
本次毕业设计通过U型管换热器强度设计和结构设计结合起来,掌握典型过程设备设计的一般程序,初步掌握科学研究的基本方法与科学论文的写作技巧与规范。
本设计要求我们熟悉过程设备设计的基本方法跟程序,熟悉相关的国家级行业标准,掌握设计方法跟程序,能独立完成课题所规定的内容。
本次毕业设计将通过把工艺设计和机械设计结合起来,进行完整的换热器设计,掌握化工设备设计的一般方法和步骤,熟悉和了解有关国家标准、行业标准以及相应的设计规范,培养综合运用所学理论知识去分析、解决实际问题的能力,使我们受到本专业工程师的系统训练。
1.4 换热器简介1.4.1换热器概述换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备,以实现不同温度流体间的热能传递,又称热交换器。
换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。
在换热器中,至少有两种温度不同的流体,一种流体温度较高,放出热量;另一种流体则温度较低,吸收热量。
在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热,但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。
在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,且它们是上述这些行业的通用设备,占有十分重要的地位。
随着我国工业的不断发展,对能源利用、开发和节约的要求不断提高,因而对换热器的要求也日益加强。
换热器的设计制造结构改进以及传热机理的研究十分活跃,一些新型高效换热器相继问世。
1.4.2换热器的分类换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。
随着节能技术的飞速发展,换热器的种类越来越多。
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器,结构型式也不同,换热器的具体分类如下:1、换热器按传热原理可分为:1)间壁式换热器间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动,通过壁面的导热和流体在壁表面对流,两种流体之间进行换热。
因此又称表面式换热器,这类换热器应用最广。
间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。
2)蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体,把热量从高温流体传递给低温流体,热介质先通过加热固体物质达到一定温度后,冷介质再通过固体物质被加热,使之达到热量传递的目的。
蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
3)流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器,是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器,热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环,在高温流体接受热量,在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。
以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器,多用于空气分离装置中。
如炼焦炉下方预热空气的蓄热室。
4)混合式换热器混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器,又称接触式换热器。
由于两流体混合换热后必须及时分离,这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。
例如,冷水塔、气体冷凝器等。
2、换热器按用途分为:1)冷却器冷却器是把流体冷却到必要的温度,但冷却流体没有发生相的变化。
2)加热器加热器是把流体加热到必要的温度,但加热流体没有发生相的变化。
3)预热器预热器预先加热流体,为工序操作提供标准的工艺参数。
4)过热器过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
5)蒸发器蒸发器用于加热流体,达到沸点以上温度,使其流体蒸发,一般有相的变化。
下面我们主要介绍列管式换热器。
1、列管式换热器分类列管式换热器是目前化工及酒精生产上应用最广的一种换热器。
它主要由壳体、管板、换热管、封头、折流挡板等组成。
列管式换热器又称为管壳式换热器,是最典型的间壁式换热器。
优点:单位体积设备所能提供的传热面积大,传热效果好,结构坚固,可选用的结构材料范围宽广,操作弹性大,大型装置中普遍采用。
结构:壳体、管束、管板、折流挡板和封头。