U型管式换热器的设计
摘要
本设计着重就PN2.0DN700 U型管式换热器的设计,并简要论述了其加工制造过程,就以所给物性参数与生产量为基础,利用传热原理和传热计算所得换热面积确定U型管式换热器的基本形式.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
前言
使热量从热流体传递到冷流体的设备称为换热设备，换热器是化学工业，石油工业及其它行业中广泛使用的热量交换设备。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资10-20%，在石油炼油厂中，换热器约占全部工艺设备投资的35-40%。石油、化工装置中的换热设备，应用得最为广泛的是管壳式换热器。
虽然现在出现大量结构紧凑高效的换热设备，例如：波纹板换热器、板翅式换热器、螺旋板换热器、散板换热器等，但在各行业的换热设备中，管壳式换热器仍占据着主导地位。因为许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、有腐蚀等特点，而管壳式换热器具有选材范围广(可为碳钢、低合金钢、高合金钢、铝材、铜材、钛材等)，换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，特别是能承受高温和高压等特点，所以管壳式换热器被广泛应用于化工、炼油、石油化工、制药、印染以及其它许多工业中，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等方面。
U型管换热器的结构特点是：只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子泄露损坏时，只有管束外围处的U形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只能堵死，而坏一根U形管相当于坏两根管，报废率较高。
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易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。设计换热器时，其基本的要求是：
第一，热量能有效的从一种流体传递的另外的一种流体，即传热效率高，单位传热面上能传递的热量多。在一定的热负荷下，也即每小时要求传递的热量一定时，传热效率（通常用传热系数表示）越高，需要的传热面积越小，当然这是在相同的温差作比较。
第二，换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，严密不漏。清洗检修方便，流体阻力小。
第三，要求价格便宜，维护容易，使用时间长。
U型管换热器简图
本次设计的目的：1，了解设计换热器所需要的工艺参数及传热计算，对换热器的设计有一个初步的准备。2，在设计的过程中，学会参照国标以及查阅相关的文献获得设计所需要的物性以及结构参数。3，通过计算机制图，更加熟练使用CAD绘图软件。4，从宏观上把握化工设备的生产过程，为以后的工作打下基础。
本次设计的换热器在编制说明书分了六部分：第一部分前言，主要是对U型管换热器的应用、优缺点作了论述。。第二部分简单了工艺计算，通过计算传热量，流体阻力来选型。第三部分就所选型式换热器作结构及强度计算。第四部分简要介绍了U型管式换热器的制造工艺。第五部分是关于U型管式换热器的检验、安装、维修和使用。第六部分是材料的的经济性讨论；第七部分个人小结以及致谢，是针对本次设计的总结和设计后的感想。最后是附录，参考文献。
第一章工艺简述
1.1设计内容
1.1.1换热器的选型
传热设备的类型很多，各种形式的都有它特定的应用范围，某一种场合下性能很好的换热器,如果换到另一种的场合中，则传热效果和性能都有很大的改变，因此，针对具体情况正确的选者换热器的类型。是很重要的很复杂的工作。
选型时。需要考虑的因素是多方面的，主要是：
流体的性质。
流量及热负荷。
操作的温度，压力及允许的压降范围。
对清洗。维护的要求。
设备的结构材料，尺寸及空间的限制。
价格。
1.1.2介质流动空间的确定
在换热器中，哪一种流体流经管程，哪一种流体流过壳程，可以考虑以下几点作为选择的一般原则：
①不洁净或者容易分解的结垢的物料应当流过容易清洗的一面，对于直管管束，上述的物料一般应该走管内，但当管束可以拆出清洗时，也可以走管外。
②需要提高流动速度用来增大对流传导系数的流体走管内，因为管内截面积通常都比管面的小，而且容易采用多管程以提高流体的速度。
③具有腐蚀性的物料走管内，这样可以用普通的材料制造壳体，仅仅管子，管板和封头要采用耐腐蚀性的材料。
④压力高的物料走管内，这样外壳可以不用承受高压。
⑤温度高的物料应该走管内用来减少热量的损失。
⑥蒸汽一般通入壳程，因为这样方便排出冷液。而且蒸汽比较清洁，其对于流体传热系数与流速关系小。
⑦粘度大的流体一般在壳程空间流动。
当上述个点不能同时满足时，或者互相矛盾时。根据具体的情况，抓住重要的方面作出适宜的选择。
1.1.3介质流动方向的选择
由公式Q=KA·△tm可以看出在热负荷Q总传热系数K一定的情况下。换热器的换热面积A 的大小与平均温度之差△tm成反比，即平均温度越大，则所需的传热面积越小，在两流体的进出口温度都确定的情况下选择合适的介质流动方式很重要的。
平均温度之差为流体在换热器的两端温度之差的对数平均植，一般流体流动有逆流和并流两种方式：
并流时：△tm并=
tm逆=
tm并<△tm逆
由A=Q/K△tm得：A并>A逆，
由比较可以看出,当两流体的进出口都已确定时,逆流的平均温差大于并流的平均温差.所以,单位传热量时,逆流所需的传热面积比并流所需的小.
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.
1.1.4管子排列方式的选择
换热管的材料及尺寸可参考有关标准选取,管径小,管内给热系数可以提高,在同样的壳径小,管径小可安排的传热面积大,使传热器紧,对于洁净的流体,对于单位体积设备的传热面积就能大些,对于不太洁净,粘度较大或易结垢的流体,管径应大一些便于清洗.
1.2传热计算步骤
1.2.1传热量的计算
根据原始数据表1 与定性参数表2计算传热量
表1-1 原始数据
壳程介质管程介质
进口温度℃
出口温度℃
流量( kg/h)
工作压力(Mpa)
表1-2 定性温度和物性参数
壳程介质管程介质
定性温度℃
密度ρ(kg/)
比热(℃)
导热系数
粘度(PaS)
普朗特数
则传热量：
1.2.2流体空间选择
设计方案
(1) 高温流体一般走管程，因为高温会降低材料的许用应力，高温流体走管程可节省保温层和减少壳体厚度，也可提高热利用率。
(2) 较脏和易结垢的流体应走管程，这样便于清洗和控制结垢
1.2.3有效平均温差
按逆流计算
1.2.4型式的选取
先假设传热系数
则传热面积：
按取
选型：根据《换热器设计手册》第三页BIU型，选
1.2.5 校核传热系数K
a. 管程石蜡的传热系数：
管内流速
雷诺数：
计算出
b.壳程原油传热系数：
当量直径：
流体流通截面积
流速
壳程雷诺数
计算出
污垢热阻由查取
管称石蜡的污垢热阻：
壳程原油的污垢热阻：
则传热系数由计算出
若×100%的值在10%以内，则K符合条件，否则返回上一步。
校核传热面积
若在10%20%之间，符合要求
第二章 结构及强度计算
2.1 U 型管换热器的选型 2.1.1原始数据 表2-1 名称 设计压力 MPa 设计温度 ℃ 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 筒体公称直径DN mm
换热管
根数 n 换热管外d mm 中心排
管数 管程流通面积 m2 传热面积
m2 管程数 N
700 129
25
19
0.411
119.4
2
表2-2
实际换热面积
2.1.2.1 U 型管弯管段的弯曲半径
换热管外d =25mm 查 GB 151-1999 最小弯曲半径
本设计取离分程隔板最近一排的换热管弯曲半径为50mm ，由分程隔板向上每一排布管的弯曲半径相等，详情参照装配图里面的补管图。 2.1.2.2 换热管的材料、排列方式及厚度
材料采用换热管标准 GB 9948 材料12CrMo =89MPa
查 GB 151-1999 换热管选用正方形排列，换热管中心距S=32mm SN 取50mm 换热管厚度选为2mm 2.1.2.3 布管限定圆
查GB 151-1999 布管限定圆直径 取
2.2壳体设计
2.2.1 壳程筒体壁厚计算
筒体材料为16MnR 查GB 150-1998
厚度附加量C=C1+C2=2.0+0=2.0mm
由GB151-1999，U 型管式低合金钢圆筒最小厚度不小于4.5mm ，取圆筒厚度.（其中：厚度负偏差C1=0；腐蚀裕度C2=2mm ）圆筒由钢板卷焊而成；焊缝型式：双面焊或相当于双面
焊的全焊透对接焊缝；无损探伤要求：20%无损探伤，=0.85。
检验：设计温度下圆筒的计算应力
满足条件
水压试验：
[σ]=163
满足条件
2.2.2 壳程筒体封头设计
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
2.3管箱设计
2.3.1管箱壁厚计算
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。
如图2-1所示：
图2 封头
表2-3
公称直径DN mm 总深度H
mm
内表面积A
m2
容积V
m3
厚度
mm
质量
kg
700 200 0.5861 0.545 10 46.1
2.3.3管箱法兰设计
长颈对焊法兰也壳体之间为对接焊缝，连接强度很好，且可以采用各种方法进行焊缝质量检查，加之有颈部支撑，使其具有较好的刚性，不易变形而发生泄露，本设计采用此种法兰。参考JB4703-2000采用带颈对焊法兰，凹凸面密封参数见下表
图3 管箱法兰
表2-4 DN 法兰 D D1 D2 D3 D4 H h a R d 700 8
6 0
8 1 5
7 7 6
7 6 6
7 6 3
5 0
1 2 0
3 5
2 1
1 8
1 6
2 6
1 2
2 7
螺柱采用M24，数量8个
管箱法兰垫片根据JB/T4704-2000选型
表2-5
公称压力 MPa 2.5 公称直径 mm D d 700
765
715
2.3.4管板计算
管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体连接外，还是换热器中的一个主要受压元件。它或者与筒体直接相焊（固定管板式换热器），或者被夹持在两法兰之间，起着管、壳程之间隔板和固定管板换热的双重作用。对管板的设计，除了满足强度要求外，同时应合理的考虑其结构设计。
管板与壳程圆筒、管箱圆筒之间可以有不同的连接方式，本U 型管换热器采用e 型：管板与壳程圆筒连为整体，其延长部分兼做法兰，与管箱用螺柱、垫片连接。 兼作法兰的固定管板与管箱法兰连接，多用于低压场合。而不兼作法兰的固定管板则直接与管箱筒体相焊接，多用于压力较高（4.0MPa ）的场合。
e 型连接方式管板 e 型连接方式管板的计算 材料选用16MnR
MPa MPa
壳程圆筒=10mm ，管箱圆筒=10mm ，换热管管长L=6m ， 中心排管数19 ，换热管外径d=25mm 正方形排列
根据布管尺寸计算Ad,At,Dt 和。
= c)
假设管板的计算厚度为=65mm 管箱法兰D=860mm 壳体DN=700mm = 厚度
d)
1）计算管板开孔前的抗弯刚度
2）计算壳程圆筒与凸缘的旋转刚度参数，MPa；的确定：由
由GB 151-1999 查图26 =0.001
3）计算管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数，MPa
的确定：
由GB 151-1999 查图26 =0.0008
4）计算管板边缘旋转刚度参数=53.9+30.0=83.9 5）计算旋转刚度无量纲参数
6）计算无量纲参数
e)
由=0.867
由GB 151-1999 查图19，图20，图21
Cc= 0.175 Ce= CM=0.083
f)
1)仅壳程设计压力Ps作用时
2）仅管程设计压力Pt作用时
g)
由和
由GB 151-1999 查图22
h）
计算基本法兰力矩Mm ，操作工况法兰力矩Mp 1)螺柱材料选用35CrMoA MPa MPa
管箱法兰垫片接触宽度N=765-715-1=49mm
垫片基本密封宽度b0=N/2=24.5mm
当b0>6.4mm时，b=
当b0>6.4mm时
计算Aa ，AP
Am取Aa ，AP之间的较大者则Am=AP=1150.3
i )
计算法兰预紧力矩Mfo
Ps 作用
Pt作用
（Ps-Pt ）作用
j )
计算法兰预紧力矩Mfo的在管板中心处，布管区周边处和边缘处的径向应力1 ）以壳程设计压力Ps 作用
2 ）以管程设计压力Pt作用
k ）
分别以不同工况计算法兰设计力矩和管板延长部分的法兰应力
1 ）以壳程设计压力Ps 作用
查GB 150-1998 Y=9.53
2 ）以壳程设计压力Pt作用
l )
应力校核
管板应力取压力较大的管程计算
仅壳程设计压力Ps作用时
满足要求
2）仅管程设计压力Pt作用时
满足要求
m )
换热管轴向应力
换热管材料采用换热管标准GB 9948 材料12CrMo =77MPa、
1 ）以壳程设计压力Ps 作用
2 ）以管程设计压力Pt作用
3）以壳程设计压力Ps 和管程设计压力Pt作用
满足要求
n ）
=38.5MPa
换热管与管板连接脱力取较大
38.5
满足条件
又查GB 151-1999
故管板的计算厚度=65mm 满足要求
2.4圆筒内部设计
2.4.1换热管与管板的连接
参照GB151-1999换热管与管板的连接采用强度焊
图3 强度焊
2.4.2折流板和支持板的形式
2.4.2.1折流板的选择
根据本U型管换热器构造，选用两类折流板。
参照GB151-1999折流板采用双弓形形式和三弓形形式两种
其中双弓形14块，三弓形7块，布置如下：
查GB 151-1999 DN=700，取换热管无支撑跨距l=500mm
且满足要求
折流板材料选用15CrMoR，此时折流板的最小厚度为5mm ，取折流板的厚度为6mm ，满足要求。
2.4.2.2换热管无支撑跨距l
验证U型管的尾部支撑：
根据GB151-1999 U型管换热器中，靠近弯管段起支撑作用的折流板，如下图，结构尺寸A+B+C之和应不大于表42（参照GB151-1999 5.9.5.3）中最大无支撑跨距，超过表中数值时，应在弯管部分加特殊支撑。
图3 U型管的尾部支撑
参照本设计U型管换热器装配图有：
A=562 B=50mm C= 490 mm
则A+B+C=1102<1850 满足条件
2.4.2.3折流板的管孔
2.4.3拉杆、定距管结构
Ⅱ级换热管折流板管孔尺寸几允许偏差为mm，管孔加工时，折流板上管孔加工后，两端必须倒角。折流板与壳体间隙,折流板名义外径为
2.4.
3.1拉杆的作用与布置
拉杆的作用是与定距管配合将换热器的管束上的折流板连接固定起来，防止窜动。拉杆的一端靠螺扣旋入管板中固定，它从数块折流板中间的拉杆孔中穿过，另一端用螺母固定在支持板上。拉杆结构见图7。为了使各块折流板间距符合设计要求，均匀受力，保证折流板与换热管垂直，就需要在一个管束中布置一定数量的拉杆。但拉杆又位于布管区内，一根拉杆就要占一跟换热管的位置。因此拉杆的布置既要合理，数量又不能太多。拉杆直径的选择与换热管外径有关，拉杆数量则视换热器的直径而定。
拉杆应尽量布置在管束的边缘，对于大直径的换热器，不布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于三个支承点。
拉杆的尺寸和数量：根据GB151-1999,应该布置6根拉杆。
拉杆孔直径：根据GB151-1999 d1=d+1.0=18mm;
尺寸要求见下表：拉杆的结构形式：参照GB151-1999，换热管外径25mm，大于19mm，采用拉杆定距管结构，l2 >La
参照GB151-1999 拉杆直径dn=16mm 数量取6根，拉杆尺寸见下表:
表2-6 拉杆的结构参数
拉杆直径d 拉杆螺纹公称直径dn La Lb b
16 16 20 60 2.0 图7 拉杆
2.4.
3.2定距管的设计
定距管的作用是将折流板之间的距离固定下来，并保持它与换热管垂直。当换热管外径大于等于19mm时，定距管外径与换热管相同。取25mm.
2.4.4管箱隔板的设计
管箱隔板一边与管箱封头进行配合，另一边与固定管板的槽面进行连接。他起着改变介质流向，缩小单程流通面积，延长流动距离，增加换热时间的作用。
根据GB151-1999,隔板厚度δ=10mm
若δ＞10mm,则密封面处应削边至10mm
2.4.5防冲板的设计
当管程采用轴向入口或换热管内平均流速超过3m/s时，要设置防冲板，以减少流体的不均匀和对换热管管端的冲蚀。防冲板的形式一般有工字形，矩形和圆形，现选用矩形防冲板，且挡板的边长应大于接管外径50mm，最小厚度，碳钢为4.5mm,不锈钢为3mm，本设计采用不锈钢，厚度取4mm，防冲板焊接在圆筒上。
2.4.6起吊附件
GB151-1999规定，质量大于30Kg的管箱盖易设置吊耳，本设计管箱质量大于30Kg，因此设置吊耳。
2.5开孔和开孔补强设计
表2-7 本设计所用接管的系列公称直径
DN 钢管
外径连接尺寸
法兰厚度法兰
高度
法兰
颈高
法兰理论
重量
法兰
外径
螺栓孔中
心圆直
径
螺纹
300 325 485 430 M27 34 92 18 31.9 250 273 425 370 M27 26 88 18 24.4 20 25 105 75 M12 16 40 6 1.05 25 32 115 85 M12 16 40 6 1.26
图8 有效补强范围示意图
1>对N1 ，N2进行等面积补强计算
接管计算厚度：
接管名义厚度取6mm
开孔直径
圆筒上开孔的限制，当其内径Di 1500mm时，开孔最大直径d 0.5 Di=350mm 且d520mm d=265mm 故满足条件
所需最小补强面积A
接管材料选用15CrMo
d－开孔直径，265mm δ－壳体开孔处的计算厚度，4.16mm
δet－接管的有效厚度，4mm 强度削弱系数
有效补强范围
取两者的较大值，即取Ｂ＝530mm
外侧高度取两者较小值
内侧高度取两者较小值
补强范围内补强金属面积Ae
A1－壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积
A2－接管的多余金属面积
接管处焊接面积（焊脚取6.0mm）
有效补强面积
A=1108.8mm2
Ae> A,则开孔后不需要另外补强
2）对N3 ，N4进行等面积补强计算
接管计算厚度：
接管名义厚度取6mm
开孔直径
圆筒上开孔的限制，当其内径Di 1500mm时，开孔最大直径d 0.5 Di=350mm 且d520mm
d=317mm 故满足条件
所需最小补强面积A
接管材料选用15CrMo
d－开孔直径，317mm δ－壳体开孔处的计算厚度，5.63mm
δet－接管的有效厚度，4mm 强度削弱系数
有效补强范围
取两者的较大值，即取Ｂ＝634mm
外侧高度取两者较小值
内侧高度取两者较小值
补强范围内补强金属面积Ae
A1－壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积
A2－接管的多余金属面积
接管处焊接面积（焊脚取6.0mm）
有效补强面积
A=1708.7mm2
Ae 故采用补强圈补强 补强圈设计 根据接管公称直径DN300选补强圈，参照JB/T4736取补强圈外径D2=550mm D1=D0+(12~16)=325+15=340mm 因B=618mm> D2=550mm补强圈在有效补强范围内。 补强圈厚度考虑钢材负偏差并圆整到标准，为了便于制造准备材料，取补强圈名义厚度为8mm 质量9.58kg 3）由GB150-1998规定，当在设计压力小于2.5MPa的壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且接管公称直径因其公称直径小于89mm时，只要接管满足下表，就可以不另行补强。 表2-8 接管公称外径mm 25 32 38 45 48 57 65 76 89 最小厚度 mm 3.5 4.0 5.0 6.0 本设计最大设计压力为2.0MPa<2.5MPa，装配图标注尺寸满足两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的两倍，且厚度取3.5mm，满足最小厚度要求。因此对于公称外径为20、25的接管，不作补强。 2.6裙座的设计 立式化工装备常采用裙座支承。裙座形式根据承受载荷情况不同，可分为圆筒形和圆锥形两类。本U型管换热器采用圆筒形，圆筒形裙座经济上合理，故应用广泛。 2.6.1裙座的结构 筒体 2-保温支撑圈 3-无保温时排气孔 4-裙座筒体5-人孔 6-螺栓座7-基础环 8-引出管通道 9-排液孔 裙座由裙座筒体、基础环、地脚螺栓座、人孔、排气孔、引出管通道、保温支承圈等组成。 2.6.2裙座与筒体的焊缝 裙座与塔底焊接于封头间的焊接头可分为对接及搭接。本设计采用对接，采用对接接头时，裙座筒体与塔体下封头外径相等，焊缝必须采用全熔透的连续焊，焊接结构及尺寸如下图。 2.6.3裙座的材料 裙座不直接与容器内介质接触，也不承受容器内介质的压力，因此不受压力容器用材的限制。本设计采用16MnR 裙座筒体不受压力作用，轴向组合拉伸应力总是小于轴向组合压缩应力。因此，只需校核危险截面的最大轴向压缩应力。 2.6.4裙座基础环 取Dob=700+200=900mm Dib=700-200=500 第三章 U型管式式换热器的制造工艺 3.1 U型管式换热器的制造 3.1.1、筒体 换热器筒体的圆度要求较高，必须保证壳体与折流板之间有合适的间隙。如太大就要影响换热效果，太小就要增加装配的难度。切割好的钢板应根据钢板厚度、操作压力高低选定破口形式进行边缘加工。用钢板卷制时，内直径允许偏差可通过外圆周长加以控制，其外周长允许上偏差10mm；下偏差为0。 3.1.2、封头和管箱 封头和管箱的厚度一般不小于壳体的厚度。分程隔板两侧全长均应焊接，并应具有全焊透的焊缝。由于焊接应力较大，故管箱和封头法兰等焊接后，须进行消除应力的热处理，最后进行机械加工。 3.1.3、换热管 直管一律采用整根管子而不允许有接缝。管子应该进行校直，管子两端须用磨管机清除氧化 皮、铁锈、及污垢等杂质直至露出金属光泽。除锈长度不小于两倍管板厚度。当管子与管板的连接采用胀接工艺时，管端硬度应低于管板硬度。同一根换热管的对接焊缝，直管不得超过一条；U型管不得超过二条；最短管长不应小于300mm；包括至少50mm直管段范围内不得有拼接焊缝。管端破口应采用机械方法加工，焊前应清洗干净。 U型管弯管段的圆度偏差，应不大于换热管名义外径的10%；但弯曲半径小于2.5倍换热管名义外径的U型管弯管段可按15%验收。为了保证顺利穿管，必须使折流板的管孔和管板的管孔中心保持在同一水平线上。 换热管组装要求两管板相互平行，允许误差不得大于1mm，两管板间长度误差为±2mm；管子与管板应垂直；拉感应牢靠固定；定距管两端面要整齐；穿管时管子头不能用铁器直接敲打。 3.1.4 设备组装 封头管箱与筒体组装时须注意法兰螺栓的紧固程序，尤其是高压大直径的换热器。 3.1.5折流板加工 由于折流板很薄，钻孔时钻头的推力使管板中心变形，故可将下料或圆整的折流板去掉毛刺并校平，重叠、压紧后沿周边点焊、然后一起钻孔。 为了保证顺利穿管，必须是折流板的管孔与管板中心在同一直线上，可以将管板当作钻模放在折流板上，压紧后进行引孔，即以管板危机出现在折流板上钻出和管板孔距一致的定位孔，然后取下管板，将折流板压紧，并换上合适的钻头。 3.2换热管管板的连接： 管子与管板的连接，在管壳式换热器换热的设计中，是一个比较重要的结构部分，它不仅加工工作量大，而且必须使每个连接处在设备的运行中，保证介质无泄漏且具有承受介质压力的能力。 对于管子与管板的连接结构型式，主要有以下几种：（1）、胀接；（2 ）、焊接、（3）、胀焊结合。这几种型式除本身结构固有的特点外，在加工中，与生产条件，操作技术都有一定的关系。但无论采用何种连接型式，都必须保证连接处能满足设计所需的密封性和具有足够的抗拉脱强度。 3.3管板的加工 管板：管板为碳钢锻件，应检查表面含碳量，使任意点的C<0.19%，或在管板上加两层低碳堆焊层来避免偏析的影响。 管孔加工：管孔加工必须满足下列要求： （1）、保证孔的位置及尺寸精度，如管孔不圆度、同心度及孔壁的光洁度 （2）、对大厚度的管板须保证孔与管板平面垂直。 （3）、组装状态下管板和折流板的同一位置的管孔和拉杆用孔的中心应在同一直线上。 加工步骤：管板下料—校平—平面外面及压紧面的车削—划线—钻孔— 刻槽—倒角 注意：为保证上下管孔的同心度，可将两块管板叠合起来一起钻孔。 折流板：由于折流板很薄，钻孔是钻头的推力将是管板中心变形，故可将下料或圆态的折流板去掉毛刺并校平，重叠，压紧沿周边点焊，然后一起钻孔。 下料：毛坯采用锻件16MnR 检验：检查管板表面含碳量。 管孔加工： 平面外圆及压紧面的车削 将两块管板重叠 划线 定位孔加工 钻孔 第四章换热器的检验、安装与维修 4.1安装 a)基础：基础必须满足以使换热器不发生下沉，而使管道把过大的变形传到换热器的接管上。 b)地脚螺栓：采用二次交管法连接。 c)基础质量的检查和验收： (1)基础工程的表面概况。 (2)基础的标高和平面位置是否符合设计要求。 (3)基础的形状和主要尺寸，及基础与留空是否符合设计要求。 (4)地脚螺栓的位置是否正确，螺纹情况是否良好，螺纹长度是否符合标准，螺帽和垫圈是否齐全。 (5)放置垫板的基础表面是否平整。 4.2维修 管壳式换热器的失效原因和形式：1. 法兰、垫片的泄漏；腐蚀引起的失效；4.介质流动诱导震动引起的管束失效；4.结垢引起的管束失效。官壳式换热器的管束的修理：1.堵管； 2.更换管束；4.更换换热管。经过修理的换热器，应把下列有关修理文件存入换热器技术档案中：1.换热器修理或更换的零部件竣工图；2.待用材料审批手续；4.所用材料、焊材的合格证； 4.换热器检修记录和全面检验、验收纪录。 4.2.1管壳式换热器的检修程序 换热器检修的主要任务是对管、壳程清洗，检查换热管胀口及其他连接处的严密性，对损坏的换热管和零部件进行修复和更换，以及更换法兰。 1检修顺序 固定管板式换热器检修顺序如下： 停气吹扫、准备工具拆管箱及法兰抽管束外观检查和无损检验、清扫。 准备垫片及试压胎具安装管束安装管箱，安装试压胎具及试压法兰向壳程注水，装配试压管线试压（A）检察管口及换热管拆管箱及法兰,安装管箱、法兰及盲板。 管箱接管法兰加盲板向管程注水，装配试压管线试压（B）检查管箱垫片及管束安装向壳程注水试压（C）检查壳体密封拆除盲板，填写检修卡。 其中：试压（A）：检查换热管是否破裂，胀口是否有渗漏。如换热管有破裂，卸压后可用3-5°的金属柱塞堵住，或更换换热管。同一管程内，堵死得换热管一般不应超过换热管总数的10%，如工艺计算容许，这一比例可以适当增加。如管口渗漏，卸压后可进行补胀或补焊，但补胀（焊）次数不超过三次，否则需要换热管。将缺陷处理后，重新施压，直至合格为止。 试压（B）：检查安装质量，主要检查垫片及管束。如发现有渗漏，应分析原因。 试压（C）：整体施压，检查法兰的安装质量。 2 用试压法检查 （1）固定管板式换热器的试压 初步检查试压法。此法比较简便，对于换热器渗漏很小伙检查换热器是否有渗漏，可用此法。其具体步骤如下： 打开管箱出入口上法兰，已下法兰口做试压进口，接通试压泵进水管向管程注水，水满后将上法兰盲死检查管箱处渗漏情况。 （2）试压用固定式压法。此法不用抽管束，而用一试压法兰把管板与壳体夹持密封，通过壳程加压，可检察管束是否渗漏。并可做到一次试压即可检查渗漏情况，不需反复拆卸斧头。如管束及壳体内进行清洗时，则应先抽出管束清扫后再进行试压。试压步骤如下： 拆卸管箱安装带有填料密封的试压胎具安装试压法兰在官箱侧与壳体大法兰夹持管板向壳程注水升压，检查两块管板处胀口有无渗漏及松动。 4.2.2 清洗 换热器在选型上兑换热面积的富裕量和泵的能力均有所考虑。但由于设备结垢造成的流通方向变化，流通截面改变，流体介质的流态物性改变，机械杂质含量的变化以及腐蚀的危害等，均会造成换热器管程的不同程度的堵赛，壳程死角区域的增加。尤其在壳程，由于流道骤变形成涡流，使得沉积物大量居疾并结垢。国内目前清洗换热器的方法主要有四种：a 人工清洗；b 机械清洗法；c 化学清洗；d 超高压水射流清洗。 第五章材料的经济性 换热设备是实现物料之间热量传递的设备。随着科学和生产技术的发展，各工业部门要求换热器的类型和结构与之相适应。流体的种类、流体的运动、设备的压力和温度等也都必须满足生产过程的要求。随着科学技术的进步与发展（如高压、高速、低温、超低温等），又促使了高强度、高效率的紧凑式换热器的发展。 一个好的换热设备设计，一般要满足下列要求： A在给定的工艺参数条件（流体的流量、温度）下，达到要求的传热量和流体出口的温度（即符合工艺条件），合理的实现所规定的工艺条件。 B 采用传热速率大、流体流动压力将小、传热面积小的换热设备，以取得最佳效益。 C 设备安全可靠； D 便于制造、安装、操作和维护。 对压力容器的设计既要保证安全可靠，有要尽量作到技术经济合理指标，使产品总成本最低。只有这样，产品才会在市场上有竞争力。 据统计，在石油炼制和化工装置中，换热器约占装置工艺设备总重量的40%,投资的20%左右（不包括空气冷却器）。换热器管箱和壳体的选材原则、钢材标准、热处理状态及许用应 力值均按GB150―钢制压力容器‖中有关章节的规定。 碳钢和低合金钢制管因开孔补强的需要，壁厚要比在相同条件下工作的容器要厚的多，这就造成了很大的卷制加工应力和焊接残余应力。另外，管箱上的进出口开孔又会在开孔时造成很的应力集中。为了消除这些在制造过程中的附加应力，规范要求应对管箱进行消除应力处理。 在本次设计过程中，通过从实习地所带来的工艺参数，计算的管箱厚度达不到10mm，按照常规来讲，管箱的厚度应是其计算厚度加厚度附加量在稍微圆整，管壁的厚度再加上厚度附加量，即可得到。虽说筒体的厚度越大，筒体寿命及强度增大，如此而来，设备的重量与造价相应增加。但一味追求造价成本，材料的性能就会大打折扣。设计过程中发现：筒体的厚度还与法兰有关，在选取长颈对焊法兰时，法兰还有对接筒体最小厚度的要求，本设计中，表面看来，我所设计的换热器的筒体壁厚要比10mm小些，但在后面的法兰选型时发现，初次确定的筒体厚度刚好满足设计条件下公差压力下的法兰的选择要求。故取10mm.在换热设备设计过程中，取材是一个相当重要的过程,要考虑材料的价格、性能以及材来源地。故换热器的管板，换热管以及筒体，小部件等根据不同的环境选择合理的材料。 致谢 在整个大学期间的一个极为重要的内容—毕业设计终于结束了。此时，我觉得自己对专业知识经历了一个巩固、落实、和知新的过程，基本完成了大学四年学习知识由量变到质变的过程，受益颇丰。 刚刚着手去做这个U型管换热器的设计时，很多常识都不太清楚，以至对于哪些设备属于 压力容器的这种初级的概念都很模糊。现在设计结束了，觉得当初有疑惑的那些问题是非常肤浅的，以至我觉得毕业答辩不会有老师提这种低级的问题。但在当初，这些简单的问题又必须搞清楚，举个例子吧，最初我用标准去查管箱法兰时，就拿本管制法兰的行业标准去查，结果找不到符合要求的法兰，因为管制法兰直径大于600mm的，种类并不齐全，现在觉得再也不会犯这种低级错误了。所以当时还是虚心请教了各位老师和同学，得到了耐心和细致的讲解，在此，尤其要感谢我们机械工程学院的胡家顺、徐建民、王庆均、蔡洪涛、刘丽芳、等老师的大力支持，还有省化机厂的工作人员，以及本专业王国强同学的鼎立帮助，最后、还要感谢机械工程学院资料管理处提供的种类齐全的国标。 参考文献 GB150—1998，《钢制压力容器》 GB151-1999 《管壳式换热器》 《压力容器安全技术监察规定》，1999 JB/T4700～4707—2000《压力容器法兰》 HG20592～20635—97《钢制管法兰、垫片、紧固件》 JB/T4736—2002《补强圈》 JB/T4746—2002《钢制压力容器用封头》 HG20580—1998《钢制化工容器设计基础规定》 HG20581—1998《钢制化工容器材料选用规定》 HG20583—1998《钢制化工容器结构设计规定》 HG20584—1998《钢制化工容器制造技术要求》 CDI30A20—86《化工设备设计文件编制规定》 TCED41002—2000《化工设备图样技术要求》 JB4726—94《压力容器用碳素钢和低合金钢锻件》 《化工工程制图》化学工业出版社 1992 《过程设备焊接》化学工业出版社 2003 冯兴奎主编 17）〈〈过程设备设计〉〉郑津洋董其伍桑芝富主编化学工业出版社 18）《化工设备结构图集》化学工业部设备技术中心站 19）压力容器工程师设计指南——GB150、GB151计算手册 李世玉桑如苞主编 20）《石油炼厂设备》中国石化出版社中国石化北京设计院编 附录：A文献摘要 1/15 【篇名】管壳式换热器传热性能的检测与校核计算 【作者】隋建华. 郑召梅. 【刊名】石油工业技术监督 2005年08期 【机构】山东广饶水利局. 胜利石油管理局技术检测中心广饶257300 . 东营257001. 【关键词】换热器. 传热系数. 校核. 【聚类检索】同类文献引用文献被引用文献 【摘要】随着节能节水意识的普遍深入,余热回收成为节能节水的一条重要途径,热电联供是回收余热的一种重要方法,在油田和地方也逐渐普及开来。在目前还没有换热器检测与评价标准的情况下,如何检测与评价换热器的换热性能是急需解决的问题。通过对管壳式换热器现场测试工作进行总结,提出了管壳式换热器的传热性能的热工检测方法与校核计算方法。 【光盘号】 SCTB0510 2/15 【篇名】换热器的强化传热【作者】张木全. 彭金典. 【刊名】广东轻工职业技术学院学报 2005年03期 【机构】广东轻工职业技术学院轻化工程系. 广东轻工职业技术学院轻化工程系广东广州 510300 . 【关键词】换热器. 强化传热. 传热系数. 强化技术. 【聚类检索】同类文献引用文献被引用文献 【摘要】说明换热器强化传热的意义,介绍了强化传热的途径,强化传热的分类、原理,评价强化传热方法的基本原则。 【光盘号】 SCTB0511 3/15 【篇名】换热器热工性能指标计算方法的探讨 【作者】郭瑞琪. 张传聚. 裘烈钧. 【刊名】煤气与热力 1999年02期 【机构】山东建筑工程学院. 山东工业大学. 【关键词】换热器. 热效率. 传热系数. 【聚类检索】同类文献引用文献被引用文献 【摘要】换热器在供热、空调、生活以及其它领域中大量应用，但在热工性能方面，如热效率、传热系数等方面，其计算方法如何正确表示，尚待进一步商榷。本文综合有关资料，对热效率的表示方式和传热系数的计算方法提出几点看法。 【光盘号】 SCTB9903 河南理工大学课程设计管壳式换热器设计 学院：机械与动力工程学院 专业：热能与动力工程专业 班级：11-02班 学号： 姓名： 指导老师： 小组成员： 目录 第一章设计任务书 (2) 第二章管壳式换热器简介 (3) 第三章设计方法及设计步骤 (5) 第四章工艺计算 (6) 4.1 物性参数的确定 (6) 4.2核算换热器传热面积 (7) 4.2.1传热量及平均温差 (7) 4.2.2估算传热面积 (9) 第五章管壳式换热器结构计算 (11) 5.1换热管计算及排布方式 (11) 5.2壳体内径的估算 (13) 5.3进出口连接管直径的计算 (14) 5.4折流板 (14) 第六章换热系数的计算 (20) 6.1管程换热系数 (20) 6.2 壳程换热系数 (20) 第七章需用传热面积 (23) 第八章流动阻力计算 (25) 8.1 管程阻力计算 (25) 8.2 壳程阻力计算 (26) 总结 (28) 第一章设计任务书 煤油冷却的管壳式换热器设计：设计用冷却水将煤油由140℃冷却冷却到40℃的管壳式换热器，其处理能力为10t/h，且允许压强降不大于100kPa。 设计任务及操作条件 1、设备形式：管壳式换热器 2、操作条件 （1）煤油：入口温度140℃，出口温度40℃ （2）冷却水介质：入口温度26℃，出口温度40℃ 第二章管壳式换热器简介 管壳式换热器是在石油化工行业中应用最广泛的换热器。纵然各种板式换热器的竞争力不断上升，管壳式换热器依然在换热器市场中占主导地位。目前各国为提高这类换热器性能进行的研究主要是强化传热，提高对苛刻的工艺条件和各类腐蚀介质适应性材料的开发以及向着高温、高压、大型化方向发展所作的结构改进。 强化传热的主要途径有提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差等方式，其中提高传热系数是强化传热的重点，主要是通过强化管程传热和壳程传热两个方面得以实现。目前，管壳式换热器强化传热方法主要有：采用改变传热元件本身的表面形状及表面处理方法，以获得粗糙的表面和扩展表面；用添加内物的方法以增加流体本身的绕流；将传热管表面制成多孔状，使气泡核心的数量大幅度增加，从而提高总传热系数并增加其抗污垢能力；改变管束支撑形式以获得良好的流动分布，充分利用传热面积。 管壳式热交换器（又称列管式热交换器）是在一个圆筒形壳体内设置许多平行管子（称这些平行的管子为管束），让两种流体分别从管内空间（或称管程）和管外空间（或称壳程）流过进行热量交换。 在传热面比较大的管壳式热交换器中，管子根数很多，从而壳体直径比较大，以致它的壳程流通截面大。这是如果流体的容积流量比较小，使得流速很低，因而换热系数不高。为了提高流体的流速，可在管外空间装设与管束平行的纵向隔板或与管束垂直的折流板，使管外流体在壳体内曲折流动多次。因装置纵向隔板而使流体来回流动的次数，称为程数，所以装了纵向隔板，就使热交换器的管外空间成为多程。而当装设折流板时，则不论流体往复交错流动多少次，其管外空间仍以单程对待。 管壳式热交换器的主要优点是结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，还能适应高温高压的要求。虽然它面临着各种新型热交换器的挑战，但由于它的高度可靠性和广泛的适应性，至今仍然居于优势地位。 由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两流体温度相差较大，换热器内将产生很大的热应力，导致管子弯曲、断裂或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50℃时，需采取适当补偿措施， 化工原理课程设计管壳式换热器汇总 公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08] 设计一台换热器 目录 化工原理课程设计任务书 设计概述 试算并初选换热器规格 1. 流体流动途径的确定 2. 物性参数及其选型 3. 计算热负荷及冷却水流量 4. 计算两流体的平均温度差 5. 初选换热器的规格 工艺计算 1. 核算总传热系数 2. 核算压强降 经验公式 设备及工艺流程图 设计结果一览表 设计评述 参考文献 化工原理课程设计任务书 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件： 1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。 3、允许压强降：不大于50kPa。 4、每年按300天计，每天24小时连续运行。 三、设备型式： 管壳式换热器 四、处理能力： 99000吨/年苯 五、设计要求： 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。 4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。 1.设计概述 热量传递的概念与意义 1.热量传递的概念 热量传递是指由于温度差引起的能量转移，简称传热。由热力学第二定律可知，在自然界中凡是有温差存在时，热就必然从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 2. 化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为 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 Abstract Heat 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 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125℃，出口温度40℃； （2）冷却介质循环水，入口温度25℃，出口温度45℃； （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： 7.15×10-4Pa.S;比热容为：2.22kJ/（kg. ℃）；导热系数为： 0.14W/（m. ℃） （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)Δtm 及查出温差校正系数ψ。若ψ< 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K0 ( , 并由总传 估) 热速率方程计算传热面积S'0 : S'0 =Q/K0 估Δtm ———凭经验选取的总传热系数,W /(m2·K) ; 式中Q———热负荷,W; K0 ( 估) Δtm ———平均温度差, ℃。 ④根根据计算出的S’0 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K0 ( 计) , 再由总传热速率方程式求出S0 ( 计) 。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S0留有的裕度10%～25% , 即[ ( S0 - S0 ( 计) ) /S0 ( 计) ] = ( 10% ～25% )。否则需重新估计一个K0 ( 估) , 重复以上计算。也可依所选用换热器具有的传热面积S0 , 通过总传热速率方程式求出K0 ( 选) , 然后比较K0 ( 选) /K0 ( 计) 之值是否在1 . 15～1 . 25 范围。 ⑥计算出管、壳程压力降, 验算是否满足要求。 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 DESIGN ABSTRACT This 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 化工原理 课 程 设 计 设计任务：换热器 班级：13级化学工程与工艺（3）班 姓名：魏苗苗 学号：1320103090 目录 化工原理课程设计任务书 (2) 设计概述 (3) 试算并初选换热器规格 (6) 1. 流体流动途径的确定 (6) 2. 物性参数及其选型 (6) 3. 计算热负荷及冷却水流量 (7) 4. 计算两流体的平均温度差 (7) 5. 初选换热器的规格 (7) 工艺计算 (10) 1. 核算总传热系数 (10) 2. 核算压强降 (13) 设计结果一览表 (16) 经验公式 (16) 设备及工艺流程图 (17) 设计评述 (17) 参考文献 (18) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件：1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度32.5℃。 3、允许压强降：不大于50kPa。 4、每年按300天计，每天24小时连续运行。 三、设备型式：管壳式换热器 四、处理能力：109000吨/年苯 五、设计要求： 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。 4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。 六、附表： 1.设计概述 1.1热量传递的概念与意义 1.1.1热量传递的概念 热量传Array递是指由于 温度差引起 的能量转移， 简称传热。由 热力学第二 定律可知，在 自然界中凡 是有温差存 在时，热就必 然从高温处 传递到低温 处，因此传热 管壳式换热器的工作原理及结构 随着科技高速发展的今天，换热器已广泛应用国内各个生产领域，换热器跟人们生活息息相关。换热器顾名思义就是用来热交换的机械设备。换热器是一种非常重要的换热设备，能够把热量从一种介质传递给另一种介质，在各种工业领域中有很广泛的应用。尤其在化工、能源、交通、机械、制冷、空调等领域应用更广泛。换热器能够充分利用工业的二次能源，并且能够实现余热回收和节能。换热器分为很多类型，管壳式换热器是很普遍的一种。管壳式换热器的传热强化技术主要包括管程和壳程的传热强化研究。本文对管壳式换热器的原理进行简单介绍。 一、管壳式换热器的工作原理 管壳式换热器由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。 工作原理和结构图 1 [固定管板式换热器]为固定管板式换热器的构造。A 流体从接管1流入壳体内，通过管间从接管2流出。B流体从接管3流入，通过管内从接管4流出。如果A流体的温度高于B流体，热量便通过管壁由A流体传递给B流体；反之，则通过管壁由B流体传递给A流体。壳体以内、管子和管箱以外的区域称为壳程，通过壳程的流体称为壳程流体（A流体）。管子和管箱以内的区域称为管程，通过管程的流体称为管程流体（B流体）。管壳式换热器主要由管箱、管板、管子、壳体和折流板等构成。通常壳体为圆筒形；管子为直管或U形管。为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/（m（℃）〕；用水冷却气体时，为10～280W/（m（℃）；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000W/（m （℃）。 二、管壳式换热器的形式与结构 管壳式换热器是把管子与管板连接，再用壳体固定。它的形式大致分为固 U型管换热器课程设计 说明书2 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 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 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125℃，出口温度40℃； （2）冷却介质循环水，入口温度25℃，出口温度45℃； （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：×;比热容为：（kg. ℃）；导热系数为： （m. ℃） （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)Δtm 及查出温差校正系数ψ?。若?ψ< 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K0 ( , 并由总传热 估) 速率方程计算传热面积S'0 : S'0 =Q/K0 估Δtm ———凭经验选取的总传热系数,W /(m2·K) ;式中Q———热负荷,W; K0 ( 估) Δtm ———平均温度差, ℃。 ④根根据计算出的S’0 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K0 ( 计) , 再由总传热速率方程式求出S0 ( 计) 。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S0留有的裕度10%～25% , 即[ ( S0 - S0 ( 计) ) /S0 ( 计) ] = ( 10% ～25% )。否则需重新估计一个K0 ( 估) , 重复以上计算。也可依所选用换热器具有的传热面积S0 , 通过总传热速率方程式求出K0 ( 选) , 然后比较K0 ( 选) /K0 ( 计) 之值是否在1 . 15～1 . 25 范围。 ⑥计算出管、壳程压力降, 验算是否满足要求。 目录 任务书 (2) 摘要 (4) 说明书正文 (5) 一、设计题目及原始数据 (5) 1.原始数据 (5) 2.设计题目 (5) 二、结构计算 (5) 三、传热计算 (7) 四、阻力计算 (8) 五、强度计算 (9) 1.冷却水水管 (9) 2.制冷剂进出口管径 (9) 3.管板 (10) 4支座 (10) 5.密封垫片 (10) 6.螺钉 (10) 6.1螺钉载荷 (10) 6.2螺钉面积 (10) 6.3螺钉的设计载荷 (10) 7.端盖 (11) 六、实习心得 (11) 七、参考文献 (12) 八、附图 广东工业大学课程设计任务书 题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班 姓 名 xx 学 号 xxxx 一、课程设计的内容 设计一台如题目名称所示的换热器。给定原始参数： 1. 换热器的换热量Q= 35 kw; 2. 给定制冷剂 R22 ; 3. 制冷剂温度 t k =40℃ 4. 冷却水的进出口温度 '0132t C =" 0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1）学生独立完成设计。 2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。(换热器的传热计算, 换热面积计 算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。 3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，使用计算机绘图。 4）说明书要求： 文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。 格式要求： （1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等；（6）参考文献。 三、课程设计应完成的工作 1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份； 2）绘制换热器的装配图1张，拆画关键部件零件图1～2张。 U型管式换热器设计 本文介绍了U管式换热器的整体结构设计计算。U型管式换热器仅有一个管板，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，结构比较简单、价格便宜，适用于管、壳壁温差较大或者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易结垢的高温、高压、腐蚀性强的物料。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比较高，因而设计要求较高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中要进行了换热器的结构设计，强度计以及零部件的选型和工艺设计。 关键词：U型管式换热器，结构，设计计算 This paper introduces the U tube exchanger of the whole structure design calculation.U type heat exchanger with a tube plate, both ends of which are fixed on the same tube plates, tubes can be freely telescopic, thermal stress, thermal compensation performance is good; tube with double tube pass, longer process, the flow velocity is higher, the heat transfer performance is good, strong bearing ability, simple structure, cheap price, applied to the tube, the larger temperature difference between the shell wall or shell pass medium easy scaling needs cleaning and not suitable for floating head type and fixed tube plate occasions, especially suitable for the tube away clean and not easy to scale the high temperature, high pressure, strong corrosive materials. U type heat exchanger main structure consists of a tube box, cylinder, head, tube, pipe, baffle plate, front panel and draft tube, short circuit protection structure, support and other accessories such as pipe shell. 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. Key words: U type heat exchanger, structure, design and calculation TEMA规格的管壳式换热器设计原则 ——摘引自《PERRY’S CHEMICAL ENGINEER’S HANDBOOK 1999》 设计中的一般考虑 流程的选择在选择一台换热器中两种流体的流程时，会采用某些通则。管程的流体的腐蚀性较强，或是较脏、压力较高。壳程则会是高粘度流体或某种气体。当管/壳程流体中的 某一种要用到合金结构时，“碳钢壳体+合金管侧部件”比之“接触壳程流体部件全用合金+碳钢管箱”的方案要较为节省费用。 清洗管子的内部较之清洗其外部要更为容易。 假如两侧流体中有表压超过2068KPa(300 Psig)的,较为节约的结构形式是将高压流体安排在管侧。 对于给定的压降，壳侧的传热系数较管侧的要高。 换热器的停运最通常的原因是结垢、腐蚀和磨蚀。 建造规则“压力容器建造规则，第一册”也就是《ASME锅炉及压力容器规范Section VIII , Division 1》, 用作换热器的建造规则时提供了最低标准。一般此标准的最新版每3年出版发行一次。期间的修改以附录形式每半年出一次。在美国和加拿大的很多地方，遵循ASME 规则上的要求是强制性的。最初这一系列规范并不是准备用于换热器制造的。但现在已包含了固定管板式换热器中管板与壳体间焊接接头的有关规定，并且还包含了一个非强制性的有关管子－管板接头的附件。目前ASME 正在开发用于换热器的其他规则。 列管式换热器制造商协会标准, 第6版., 1978 (通常引称为TEMA 标准*), 用在除套管式换热器而外的所有管壳式换热器的应用中，对ASME规则的补充和说明。TEMA “R级”设计就是“用于石油及相关加工应用的一般性苛刻要求。按本标准制造的设备，设计目的在于在此类应用时严苛的保养和维修条件下的安全性、持久性。”TEMA “C级”设计是“用于商用及通用加工用途的一般性适度要求。”而TEMA“B级”是“用于化学加工用途” *译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到1999年第8版 3种建造标准的机械设计要求都是一样的。各TEMA级别之间的差异很小，并已由Rubin 在Hydrocarbon Process., 59, 92 (June 1980) 上做了归列。 TEMA标准所讨论的主题是：命名原则、制造公差、检验、保证、管子、壳体、折流板和支撑板，浮头、垫片、管板、管箱、管嘴、法兰连接端及紧固件、材料规范以及抗结垢问题。 API Standard 660, 4th ed., 1982*，一般炼油用途的管壳式换热器是由美国炼油协会出版的，以补充TEMA标准和ASME规范。很多从事化学和石油加工的公司都有其自己的标准以对以上各种要求作出补充。关于规范、标准和个客户的规定之间的关系已由F. L. Rubin编辑结集，由ASME 在1979年出版了(参见佩里化学工程师手册第6章关于压力容器规则的讨论)。 *译者注：这已经不是最新版的，现在已经出到2001年第6版 换热器的设计压力和设计温度通常在确定时都在预计的工作条件上又给了一个安全裕量。一般设计压力比操作中的预计最高压力或关泵时的最高压力要高大约172KPa(25 Psi)；而设计温度则通常较最高工作温度高14°C (25°F)。 管束振动随着折流板换热器被设计用于流量和压降越来越高的场合，由管子振动带来的损 标准分享网 https://www.doczj.com/doc/be11374408.html, 免费下载 中南大学《化工原理》课程设计说明书 题目：煤油冷却器的设计 学院：化学化工学院 班级：化工0802 学号： 1505080802 姓名： ****** 指导教师：邱运仁 时间：2010年9月 目录 §一.任务书 (2) 1.1.题目 1.2.任务及操作条件 1.3.列管式换热器的选择与核算 §二.概述 (3) 2.1.换热器概述 2.2.固定管板式换热器 2.3.设计背景及设计要求 §三.热量设计 (5) 3.1.初选换热器的类型 3.2.管程安排（流动空间的选择）及流速确定 3.3.确定物性数据 3.4.计算总传热系数 3.5.计算传热面积 §四. 机械结构设计 (9) 4.1.管径和管内流速 4.2.管程数和传热管数 4.3.平均传热温差校正及壳程数 4.4.壳程内径及换热管选型汇总 4.4.折流板 4.6.接管 4.7.壁厚的确定、封头 4.8.管板 4.9.换热管 4.10.分程隔板 4.11拉杆 4.12.换热管与管板的连接 4.13.防冲板或导流筒的选择、鞍式支座的示意图(BI型) 4.14.膨胀节的设定讨论 §五.换热器核算 (21) 5.1.热量核算 5.2.压力降核算 §六.管束振动 (25) 6.1.换热器的振动 6.2.流体诱发换热器管束振动机理 6.3.换热器管束振动的计算 6.4.振动的防止与有效利用 §七. 设计结果表汇 (28) §八.参考文献 (29) §附：化工原理课程设计之心得体会 (30) §一.化工原理课程设计任务书 1.1.题目 煤油冷却器的设计 1.2.任务及操作条件 1.2.1处理能力：40t/h 煤油 1.2.2.设备形式：列管式换热器 1.2.3.操作条件 (1).煤油：入口温度160℃，出口温度60℃ (2).冷却介质：循环水，入口温度17℃，出口温度30℃ (3).允许压强降：管程不大于0.1MPa,壳程不大于40KPa (4).煤油定性温度下的物性数据ρ=825kg/m3，黏度7.15×10-4Pa.s，比热容2.2kJ/(kg.℃)，导热系数0.14W/(m.℃) 1.3.列管式换热器的选择与核算 1.3.1.传热计算 1.3. 2.管、壳程流体阻力计算 1.3.3.管板厚度计算 1.3.4.膨胀节计算 1.3.5.管束振动 1.3.6.管壳式换热器零部件结构 §二.概述 2.1.换热器概述 换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%～20%，在炼油厂约占总费用35%～40%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保、家电等也有着广泛的应用。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。 在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。 换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，如表2-1所示。 表2-1 传热器的结构分类 管壳式换热器课程设计 一、管壳式换热器的介绍 管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备，它的特点是结构坚固、可靠高、适应性广、易于制造、处理能力大、生产成本低、选用的材料范 围广、换热面的清洗比较方便、高温和高压下亦能应用。但从传热效率、结构的紧凑性以及位换热面积所需金属的消耗量等方面均不如一些新型 高效率紧凑式换热器。管壳式换热器结构组成：管子、封头、壳体、接管、 管板、折流板；如图1－1所示。根据它的结构特点，可分为固定管板式、 浮头式、U形管式、填料函和釜式重沸器五类。 二、换热器的设计 2.1设计参数 参数名称壳程管程 设计压力（MPa） 2.6 1.7 操作压力（MPa） 2.2 1.0/0.9（进口/出口） 设计温度（℃） 250 75 操作温度（℃） 220/175(进口、出口) 25/45(进口/出口) 流量（Kg/h） 40000 选定 物料（-）石脑油冷却水 程数（个） 1 2 腐蚀余度（mm） 3 - 2.2设计任务 1. 根据传热参数进行换热器的选型和校核 2.对换热器主要受压原件进行结构设计和强度校核，包括筒体、前端封头管箱、外头盖、封头、法兰、管板、支座等。 3.设计装配图和重要的零件图。 2.3热工设计 2.3.1基本参数计算 2.3.1.1估算传热面积 -=220-45=175 -=175-25=150 因为,所以采用对数平均温度差 算术平均温度差：= P= R= 查温差修正系数表得 因此平均有效温差为0.82 放热量 考虑换热器对外界环境的散热损失,则热流体放出的热量将大于冷流体吸收的热量，即： 取热损失系数,则冷流体吸收的热量： 由可的水流量： ==31372.8 这里初估K=340W/(),由稳态传热基本方程得传热面积： =16.55 2.3.1.2由及换热器系列标准，初选型号及主要结构参数 选取管径卧式固定管板式换热器，其参数见上表。从而查《换热器设计手 册》表1-2-7，即下表 公称直径管程数管子根数中心排管管程流通换热面积换热管长 换热管排列规格及排列形式： 换热管外径壁厚：d=50mm 排列形式：正三角形 管间距： =32mm 折流板间距： 2.1.1.3实际换热面积计算 实际换热面积按下式计算 2.2计算总传热系数，校核传热面积 总传热系数的计算 式中：——管外流体传热膜系数，W/(m2·K)； ——管内流体传热膜系数，W/(m2·K)； 课程设计 设计题目 U型管换热器设计 教学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 起止日期 目录 第一章确定设计方案 (3) 第二章确定物性数据 (3) 第三章总传热系数 (4) 3.1 热流量 (4) 3.2 平均传热温差 (4) 3.3 冷却水用量 (4) 3.4 总传热系数 (4) 3.4.1管程传热系数 (4) 3.4.2壳程传热系数 (4) 第四章传热面积 (5) 第五章工艺结构尺寸 (5) 5.1 管径和管内流速 (5) 5.2管程数和传热管数 (5) 5. 3 平均传热温差校正及壳程数 (6) 5.4 传热管排列和分程方法 (6) 5.5 壳体内径 (6) 5.6 折流板 (7) 5.7 接管 (7) 第六章换热核算 (7) 6.1 热量核算 (7) 6.1.1壳程对流传热系数 (7) 6.1.2管程对流传热系数 (7) 6.1.3总传热系数 (8) 6.1.4传热面积 (8) 6.2 换热器内流体阻力 (9) 6.2.1 管程流动阻力 (9) 6.2.2 壳程流动阻力 (10) 第七章筒体 (11) 第八章封头 (11) 第九章换热管校核 (12) 第十章管板 (12) 10.1 管板的厚度 (12) 10.2 管板法兰尺寸 (14) 第十一章进出口接管 (16) 11.1 接管尺寸 (16) 11.2 螺栓和螺柱 (17) 11.3 接管外伸长度 (18) 11.4 接管的最小位置 (19) 第十二章防冲板设计 (20) 第十三章折流板设计 (20) 第十四章拉杆设计 (22) 第十五章参考资料 (23) 第一章 确定设计方案 题目已限定选用U 型管换热器 壳程——柴油，可利用壳体对外的散热作用，增强冷却效果，清洗方便 管程——冷却水，压力高的流体宜走管程，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。且走管程流速高不易结垢，即使结垢也便于清洗 自定冷却水入口温度20℃，出口温度40℃，采用逆流 选用25 2.5φ?的碳钢管，试取管内流速U 1m /s = 第二章 确定物性数据 定性温度：可取流体进口温度的平均值 壳程柴油的定性温度为： 15040T 952+==℃ 管程水的定性温度为： ℃302 40 20t =+= 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。 油在95℃下的物性 : 密度 3m /kg 05.860=ρ 定压比热容 2.104/() po c kJ kg =?℃ 导热系数 0.12215/()o W m λ=?℃ 粘度 61075.50510o Pa s μ-=?? 水在35℃下的物性 : 密度 3=996 /i kg m ρ 定压比热容 4.183/()pi c kJ kg =?℃ 导热系数 0.6171/()i W m λ=?℃ 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 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： A=38.13 n=20 N=4 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 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 折流板间距 200mm管壳式换热器设计 课程设计
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