U型管式换热器

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U型管式换热器的设计论文

摘要换热器是重要的化工单元操作设备之一。

其中管壳式换热器在化工生产中应用最为广泛。

根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式和釜式再沸器五类。

近年来，尽管受到其它新型换热器的挑战，但管壳式换热器仍占主导地位。

本文主要讨论U型管式换热器的设计。

U型管式换热器是将换热管弯成U型，管子两端固定在同一块管板上。

由于换热管可以自由伸缩，所以壳体与换热管无温差应力。

因U型管式换热器仅有一块管板，结构较简单，而且管束可从壳体内抽出，壳侧便于清洗，但管内清洗困难，管内介质必须清洁且不易结垢。

U型管式换热器一般用于高温高压情况下，尤其是壳体与换热管金属壁温差较大时。

它具有结构简单紧凑、密封性能好、金属耗量小、造价低、热补偿性能好及承压能力强。

本文第一部分对设计方案进行论证，第二部分对U型管式换热器进行工艺设计计算，主要是传热系数、传热面积、压强降的计算。

第三部分是结构设计、强度计算及其校核。

本次设计采用Auto CAD软件绘制工程图。

图纸符合机械制图国家标准，结构合理。

设计计算结果比较准确，与实际运行设备参数基本相符。

关键词：换热器；传热系数；U型管；工艺设计AbstractHeat exchanger is one of the most important chemical unit operation equipments, among which shell and tube heat exchanger is used most widely in chemical engineering production. According to the structure characteristic of the shell and tube exchanger, heat exchanger can be divided into fixed tube-sheet, floating head-style, U-tube, the function and kettle-reboiler. Recently, although it has been challenged by other new type exchangers, the shell and tube heat exchanger still take unirreplacable role.This thesis is mainly about the design of U-tube exchanger. U-tube exchanger is made by exchanger which is bent into U-shaped, and both end of the tubes fix in the same piece of board. Exchanger can be stretched out and drawn back freely, so shell and tube have no pressure on the temperature difference. It is easy to clean the outside of the shell because the structure of the U-tube is simple with only one tube, and the tube can be pulled out from the shell. But the inside of the tube is difficult to clean for we have to keep the media clean and hard to be dirty. U-tube exchanger is usually used in the circumstance under high temperature and high voltage, especially when the difference in temperature of metal wall between shell and tube is apparent. It also has the feature that simple and compact structure, well sealed, low consumption of the mental, low price,heat and pressure compensation for good performance and strong pressure capacity.The first part of this thesis is to give the demonstration to the design. The second part is to compute the U-tube exchanger from the perspective of process design, mainly including the calculation of heat transfer coefficient, heat transfer area and pressure drop. The third part consists of the structure design, strength calculation and checking. This design makes full use of the Auto CAD to draw the engineering plat. The blueprint is correspond to the mechanical drawing of the national standards, which has reasonable structure. The result of the design calculation is basically correct and tally with the practical parameters of the operation of equipment.Key Word: Heat exchanger；Heat transfer coefficient；U-tube,；Process design.目录1绪论 (1)1.1换热器的概述 (1)1.2管壳式换热器的分类及其特点 (1)1.3U型管式换热器的结构及优点 (2)1.4机械设计的基本要求与内容 (3)1.5换热器发展趋势 (3)2设计方案的论证及选择 (5)2.1工艺简介 (5)2.2操作条件 (5)2.3设计方案的论证及选择 (5)3工艺设计计算 (9)3.1换热面积的计算 (9)3.1.1计算热负荷和流量 (9)3.1.2计算两流体的平均温度差 (10)3.1.3换热面积的计算 (10)3.2核算压强降 (13)3.2.1管程压强降 (13)3.2.2壳程压强降 (13)3.3核算总传热系数 (15)4机械设计计算 (18)4.1换热器壳体壁厚的计算 (18)4.1.1壳体壁厚的设计计算 (18)4.1.2管箱壁厚的设计计算 (19)4.2封头的计算 (20)4.3管箱接管壁厚计算 (23)4.3.1接管名义壁厚计算 (23)4.3.2接管有效壁厚 (24)4.3.3接管最小壁厚 (24)4.4壳程接管壁厚计算 (24)4.4.1接管名义壁厚 (24)4.4.2接管有效壁厚 (25)4.4.3接管最小壁厚 (25)4.5管子拉脱力计算 (26)4.5.1在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力 (26)4.5.2在温差作用下，管子每平方米胀接周边所产生的力 (26)4.6容器法兰的设计与校核 (27)4.6.1壳体法兰的选择 (27)4.6.2法兰强度的校核 (28)4.6.3法兰应力校核 (32)4.7螺栓设计 (32)4.7.1垫片的选用 (32)4.7.2螺栓的设计 (34)4.8开孔补强 (35)4.8.1补强结构 (35)4.8.2补强计算 (36)4.9管板设计 (37)4.9.1符号说明 (37)4.9.2设计计算和校核 (39)4.10支座设计 (40)4.10.1鞍座的设计计算 (40)4.10.2鞍座内力分析 (42)4.10.3圆筒应力计算与校核 (44)4.11爆破片的设计 (49)4.11.1爆破片的类型 (49)4.11.2爆破片的设计计算 (50)5结构设计 (52)5.1折流板设计 (52)5.1.1折流板结构设计 (52)5.1.2折流板缺口高度 (52)5.1.3折流板间距 (52)5.2拉杆的设计 (53)5.3防冲板的设计 (55)5.4挡管的设计 (55)5.5工艺接管设计 (55)5.6容器法兰的结构尺寸设计 (56)5.7焊接结构 (56)5.7.1焊接要求 (56)5.7.2主要焊接区结构 (57)6加工制造要求 (59)6.1制造技术要求 (59)6.2加工制造 (60)6.2.1容器筒体部分的制造 (60)6.2.2滚圆工艺 (60)6.2.3设备的组对装配 (61)6.2.4组对的基本工序及工具 (62)6.2.5换热器内部管件组对 (63)参考文献 (64)致谢 (65)附录 (66)1绪论1.1换热器的概述换热器是实现两种或两种以上温度不同的流体相互换热的设备。

u型管式换热器简图

u型管式换热器简图U形管换热器的机械设计摘要换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，通过这种设备使物料能达到指定的温度以满足工艺的要求。

换热器是化工、石油、动力、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位，已经得到越来越广泛的应用。

本设计为U形管换热器的机械设计，在设计过程中，严格按照GB150-1998《钢制压力容器》和GB151-1999《管壳式换热器》及换热器设计手册等标准进行设计和计算。

综合考虑各种因素，结构设计合理、经济，同时满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；换热器的材料、主要结构尺寸选择恰当，满足强度、刚度、稳定性及水压试验等校核要求。

根据设计压力确定的壁厚，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。

同时设计中阐述了换热设备的分类、用途、发展趋势以及对各部分结构的制造工艺过程等。

在本次设计过程中已完成了设计说明书、一张总装配图和三张零件图的绘制，还对一篇外文进行了翻译等工作。

换热器，U形管，结构设计，校核AbstractHeat exchanger is the equipment that transfers a part of heat from the hot fluid to the cold. It is the kind of equipment that can make materials achieve the specified temperature to meet the technological requirements. Heat exchange is the universal equipment for the chemical, petroleum, power, food and other industrial sectors, which occupies an important position. And it has been applied more and more.The main content of the design is the U-shaped tube exchanger. In the design process, the designer depends on strict accordance with GB150-1998, GB151-1999, Mechanical Design Handbook for design and calculation .Various factors taken into account, the structural design is reasonable and economic, while it satisfies the requirements of the manufacture, maintenance, assembling, transportation and so on. The heat exchanger materials and the size of main structures have been chosen properly to meet the strength, stiffness, stability, hydrostatic testing and other verification requirements.According to the design pressure of the wall thickness, there is enough sufficient corrosion allowance so that the design results achieve optimum combination. Also, the contents have expressed the classification, use, development trends and a part of the structure of the manufacturing process for the heat exchanger. In this design process, the designer has completed the design specifications, a general assembly and three spare parts drawings, and completed a foreign language translation.Keywords: Heat exchanger, U-shaped tube,structural design, verification.。

U型管换热器与浮头式换热器优缺点比较

U型管换热器与浮头式换热器优缺点比较摘要:换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。

在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中,常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却,把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。

这些过程均和热量传递有着密切联系,因而均可以通过换热器来完成, 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。

关键词:浮头式换热器U型管换热器管板换热管随着经济的发展,各种不同型式和种类的换热器发展很快,新结构、新材料的换热器不断涌现。

为了适应发展的需要,我国对某些种类的换热器已经建立了标准,形成了系列。

完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求:(1) 合理地实现所规定的工艺条件;(2) 结构安全可靠;(3) 便于制造、安装、操作和维修;(4) 经济上合理。

浮头式换热器的一端管板与壳体固定,而另一端的管板可在壳体内自由浮动,壳体和管束对膨胀是自由的,故当两张介质的温差较大时,管束和壳体之间不产生温差应力。

浮头端设计成可拆结构,使管束能容易的插入或抽出壳体。

(也可设计成不可拆的)。

这样为检修、清洗提供了方便。

但该换热器结构较复杂,而且浮动端小盖在操作时无法知道泄露情况。

因此在安装时要特别注意其密封。

在设计时必须考虑浮头管板的外径Do。

该外径应小于壳体内径Di,一般推荐浮头管板与壳体内壁的间隙b1=3~5mm。

这样,当浮头出的钩圈拆除后,即可将管束从壳体内抽出。

以便于进行检修、清洗。

浮头盖在管束装入后才能进行装配,所以在设计中应考虑保证浮头盖在装配时的必要空间。

钩圈对保证浮头端的密封、防止介质间的串漏起着重要作用。

随着幞头式换热器的设计、制造技术的发展,以及长期以来使用经验的积累,钩圈的结构形式也得到了不段的改进和完善。

钩圈一般都为对开式结构,要求密封可靠,结构简单、紧凑、便于制造和拆装方便。

浮头式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性,在长期使用过程中积累了丰富的经验。

尽管近年来受到不断涌现的新型换热器的挑战,但反过来也不断促进了自身的发展。

u型管式换热器的结构特点

u型管式换热器的结构特点U型管式换热器是一种常用的换热设备，它具有一些独特的结构特点，使得它在热交换过程中表现出较高的效率和性能。

1. U型管式换热器的结构特点之一是采用了U型管束。

U型管束由两个平行的管道组成，它们以一定的间距连接在一起，形成一个U 形的结构。

这种结构使得流体可以在管道之间进行对流换热，充分利用了管道的表面积，提高了热交换效果。

2. 另一个结构特点是换热面积大。

U型管束的设计使得换热面积较大，有利于提高热交换效率。

相比于其他类型的换热器，U型管式换热器具有更大的表面积，可以更好地满足大流量、高温差等要求。

3. U型管式换热器还具有良好的可靠性。

由于U型管束是平行排列的，流体在管道之间的流动相对均匀，不易产生局部堵塞或积垢现象。

同时，U型管束的结构紧凑，不易受到外界环境的影响，更加稳定可靠。

4. 结构紧凑是U型管式换热器的另一个特点。

由于U型管束的设计，使得整个换热器的体积相对较小，占地面积较小。

这在空间有限的场合下非常有优势，可以降低设备的安装难度和成本。

5. U型管式换热器还具有较好的清洗性能。

由于U型管束的结构，可以方便地进行清洗和维护。

当管道内部出现污垢或结垢时，可以通过反冲洗或拆卸管束进行清理，保持换热器的正常运行。

6. 最后，U型管式换热器的结构特点还包括耐压性能好。

由于管道是平行排列的，内外压力均匀分布，不易产生应力集中，从而提高了整个换热器的耐压性能。

U型管式换热器具有U型管束、换热面积大、可靠性高、结构紧凑、清洗性能好和耐压性能好等结构特点。

这些特点使得U型管式换热器在工业生产和能源领域得到了广泛的应用，为热交换过程提供了高效、可靠的解决方案。

U型管式换热器及板式换热器介绍

1层流：当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流. 2湍流：当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，
还有混合,形成湍流。 3端温差:正流加工介质在进入换热器时的温度与返流的介质出换热器时的温度之差
板式换热器
板式换热器主要有前端盖，后端盖，内衬，板片，上导杆，下导杆，垫片，螺栓，底脚及支柱组成。
板式换热器工作原理
优点：板式换热器重量轻，而且占地面积很小基本无焊接，且框架可以全部解体，分离运输拆卸修理维护方便，板片可以清洗，密封垫更换方便，无经验的维修人员也可以在现场拆卸及回装板片
U型管式换热器及板式换热器介绍
U型管式换热管结构
U型管式换热器的主要结构包裹管箱，壳体，封头，传热管，接管，折流板，法兰，支架及浮头等
优点：换热性能好，热媒出口温度低，热能利用率高，节能效果好。
水力特性好，热媒和被加热水的流动阻力小，节能效果好。缺点：维修及清洁，蓝色箭头为介质流动方向。蒸汽自上而下流动，冷冻水自下而上流动。
管式换热器和板式换热器的区别
U型管式换热器管式换热器管内介质的流动状态为层流 1，故容易引起结垢
板式换热器
板式换热器内介质的流动状态为湍流2，故不容易引起结垢
管式换热器冷侧介质和热侧介质的流动板式换热器冷侧介质和热侧介质的流动
成90度，不能形成对流，故换热效率变形成180度，形成对流，故换热效率很
低
高
管式换热器的流动状态和两种介质的流板式换热器端温差很小，可以经济地做向决定了端温差3比较高，一般为8℃ 到1℃左右的端温差
管式换热器的结构决定了一旦确定了某一热交换量后，其管束数量和外壳及长度都已确定，故其热交换量无法再改变

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)

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
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型管式换热器的设计

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。
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

（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。

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Key words: U type heat exchanger, structure, design and calculation
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不可缺少的设备，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。近几年由于新技术发展和新能源开发利用，各种类型的换热器越来越受到工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。
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.
对同一种型式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结垢亦不相同。在工程设计中，出尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。
U型管式换热器仅有一块管板，且无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器便宜，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内介质必须清洁及不易结垢的物料。U型管的弯管部分曲率不通，管子长度不一。管子因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。
厚度附加量（按[]第三章取），㎜；对多层包扎圆筒只考虑内筒的C的值，对热套筒只考虑内侧第一层套盒圆筒的C值；
圆筒或球壳的内直径，㎜；
圆筒或球壳的外直径（），㎜；
计算压力（按[]第三章），；
设计压力，；
管程设计压力，；
壳程设计压力，；
圆筒或壳体的最大允许工作压力，；
圆筒或球壳的计算厚度，㎜；
U型管式换热器使用在压力较高的情况下，在弯管段的壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。
壳程内可按工艺要求装置折流板、纵向隔板等，折流板由拉杆固定，以提高换热设备的传热效果。纵向隔板是一矩形平板，安装在平行于传热管方向以增加壳侧介质流速。
符号：
钢材厚度负偏差㎜，应按相应的钢材标准的规定选取；
钢材的腐蚀裕量，㎜；
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.
近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。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，间壁式换热器又可分为列管式和板壳式换热器两类，其中列管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，随着经济的发展各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。
>700~≤1000
>1000~≤1500
>1500≤2000
>20010
12
14
16
固定式管板
6
8
10
12
14
注：表中数据包括厚度附加量 (按1㎜考虑)
公称直径
400~≤500
>500~≤700
>700~≤1000
>1000~≤1500
>1500≤2000
>2000~≤2600
圆筒或球壳的有效厚度，㎜；
圆筒或球壳的名义厚度，㎜；
设计温度下圆筒或球壳的计算应力，；
设计温度下圆筒或球壳材料的许用应力(按[]第4章)，；
试验温度下的圆筒材料的许用应力（按[]第4章），；
焊接接头系数（按[]第3章）；对热套圆筒；
3.1壁厚的确定
壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。管壳式换热器的壳体通常由管材或板材卷制而成。按管壳式热交换器设计手册GB151中第5章规定圆筒公称直径
最小厚度
3.5
4.5
6
8
10
12
3.2管箱圆短节设计
管箱圆筒（短节）计算按第5章的有关规定；其开孔补强计算按第8章有关规定。圆筒的最小厚度按表3.1.12的规定。设计条件见表3.1.3
圆筒计算：
设计温度下的计算厚度按式（3-2-1）计算，公式的适用范围为。
3-2-1
其中；；当厚度3~16㎜，焊接接头系数带入上式得：℃
3.3壳体圆筒设计
圆筒的厚度应按GB 150-1998第5章计算,但碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小于表3-1的规定，高合金钢圆筒的最小厚度应不小于表3-2的规定。设计条件见表3-4：
表3-4
部件材料设计温度
圆筒计算：
设计温度下圆筒的计算厚度按式（3-2-1）计算，
其中带入（3-2-1）得：
计算厚度：
a)卷制圆筒的公称直径以400㎜为基数，以100㎜为进级档；必要时，也可采用50㎜为进级档；
b)公称直径DN≤400㎜的圆筒，可用钢管制作。
圆筒的厚度按第5章计算，但碳素钢和低合金刚圆筒的最小厚度不小于表3.1.1的规定，高合金钢圆筒的最小厚度不应小于表3.1.2的规定。
公称直径
400 ~≤700
设计厚度：
名义厚度：经圆整取
有效厚度：
设计温度下圆筒的计算应力按式（3-2-2）计算：
得
满足强度要求，故取名义厚度合适
设计温度下圆筒的最大允许工作压力按式（3-2-3）计算:
满足压力要求，故取名义厚度合适。
3.4封头设计
压力容器封头的种类较多，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头和球冠形封头。采用什么样的封头要根据工艺条件的要求、制造的难易程度和材料的消耗等情况来决定。
近年来尽管列管式换热器也受到了新型换热器的挑战，但由于它具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点，列管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、高压和大型换热器设备中仍占有绝对优势。
列管式换热器适用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业的液和液，汽和汽，汽和液的对流传热，蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热器冷凝流程。列管式换热器是由一个圆筒形壳体及其内部的管束组成。管子两端固定在管板上并将壳程和管程的流体分开。壳体内设有折流板，以引导流体的流动并支承管子。用拉杆和定距管将折流板与管子组装在一起。列管式换热器共有三种结构型式：固定管板式\浮头式和U型管式。固定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低，每根换热管可以单独清洗和更换，在结构尺2寸相同的条件下，与浮头式和U型管式换热器相比换热面积大。固定管板式换热器的壳程清洗困难，适应膨胀能力差，决定了固定管板式换热器适用于换热介质清洁，壳程压力不高，换热介质温差不大的场合。浮头式换热器由于管束的热膨胀不受壳体的约束，而且可拆卸抽出管束，检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便，因此，浮头式换热器应用最广泛，在油田储运传输系统中，60%——70%的换热器为浮头式换热器。U形管式换热器是管壳式换热器的一种,它由管板、壳体、管束等零部件组成。在同样直径情况下，U形管式换热器的换热面积大；它结构简单、紧凑、密封性能高，检修、清洗方便、在高温、高压下金属耗量最小、造价最低；U形管式换热器只有一块管板，热补偿性能好、承压能力较强，适用于高温、高压工况下操作。