浅谈U形管式换热器设计

目录U型管换热器的特点 (1)结构设计 (2)1 管箱设计 (2)2 封头设计 (4)3 管板设计 (4)4 拉杆和定距管的确定 (6)5旁路挡板设计 (8)6 容器法兰的设计 (8)7 选取支座 (8)强度校核 (9)8 管箱筒体计算 (9)1计算条件： (9)2厚度及重量计算 (9)3压力试验时应力校核 (10)4压力及应力计算 (10)9壳程圆筒计算 (10)1计算条件 (10)2厚度及重量计算 (11)3压力实验时应力校核 (11)4压力及应力计算 (11)10开孔补强计算 (12)1计算条件 (12)2开孔补强计算 (13)3设计条件 (13)4开孔补强计算 (1414)5固定管板计算 (14)结束语 (15)参考文献 (16)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。

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。

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形管换热器的设计解读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 (26)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。

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。

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。

目录引言 (9)一文献综述 (10)1.1换热器在化工生产中的应用 (10)1.2换热器的分类及其特点 (10)1.3U形管式换热器 (12)1.4管壳式换热器的研究现状 (13)1.5本文设计的主要内容 (14)二计算说明书 (15)1.1原始数据 (15)1.2定性温度及物性参数 (15)1.3传热量与冷水流量 (16)1.4有效平均温差 (16)1.5管程换热系数计算 (17)1.6壳程换热系数计算 (18)1.7传热系数计算 (19)1.8管壁温度计算 (19)1.9管程压降计算 (20)1.1壳程压降计算 (21)2.1换热管材料、规格的选择及功能的确定 (21)2.2管子的排列方式 (22)2.3确定壳体直径 (22)2.4筒体壁厚确定 (23)2.5液压试验 (24)2.6壳程标准椭圆形封头厚度的计算 (24)2.7管程标准椭圆形封头厚度的计算 (25)2.8法兰的选择 (26)2.8.1 设备法兰的选择 (26)2.8.2 接管法兰的选择 (27)2.9管板的设计 (27)2.10管箱短节壁厚的确定 (29)2.11拉杆和定距管的确定 (30)2.12折流板的选择 (31)2.12.1选型 (31)2.12.2折流板尺寸 (31)2.12.3换热管无支撑跨距或折流板间距 (31)2.12.4 折流板厚度 (31)2.12.5 折流板直径 (31)2.13接管及开孔补强 (31)2.13.1 管箱接管开孔补强的计算 (32)2.14分程隔板厚度选取 (33)2.15支座的选择及应力校核 (34)2.15.1支座的选择 (34)2.15.2、鞍座的应力校核 (35)三英文文献........................................................................ 错误!未定义书签。

四英文翻译........................................................................ 错误!未定义书签。

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目录中文摘要.................................... 错误！未定义书签。

U型管换热器的设计摘要：U型管换热器由于具有结构简单，造价低，壳程可清洗，一个管板，管子可自由伸缩，无温差应力等特点，适用于管、壳壁温差较大的场合，尤其是管内介质清洁不易结垢的高温、高压、腐蚀性较强的场合。

在石油、化工行业应用广泛。

本文以实际工作中遇到的一个钛制换热器为例，谈谈U形管换热器的设计。

关键词：U形管换热器；材料；公称直径；设计压力；名义厚度1基本资料概述本换热器为某石化企业一台325mm的四管程的U形管换热器，换热管尺寸为φ19×2 ，L=6000，管心距25 mm，排列方式为正三角形，换热面积为21.3㎡。

其主要设计参数见表1，换热器简图及外形尺寸见图1。

表1 主要设计条件壳程管程设计压力MPa 0.6 0.35工作压力MPa 0.35 0.06设计温度℃56 188工作温度℃32~36 168~40物料名称循环冷却水重质物程数 1 4焊缝系数 1 0.9换热面积㎡～21.4（直段）2标准规范的选择2.1 《管壳式换热器》GB151-1999《管壳式换热器》GB151-1999标准适用的范围：《管壳式换热器》GB151-1999适用于固定管板式、浮头式、U型管式和填函式换热器。

适用的参数为：公称直径DN≤2600 mm；公称压力PN≤35 MPa；且工程直径（mm）和公称压力（MPa）的乘积不大于。

2.2HG20584-1998《钢制化工容器制造技术要求》2.3JB/T4745-2002《钛制焊接容器》图1换热器外形简图3 换热器的结构设计3.1壳程筒体的设计3.1.1壳程筒体材料的选择壳程介质为循环水，无毒、无腐蚀性，工艺推荐筒体材料为Q235B，但由于筒体为外径φ325的钢管，因此我们可以选择20(GB9948) ( 管材)作为筒体的材料。

3.1.2壳程筒体壁厚的计算计算厚度 =Pc 计算压力t设计温度Di 内径t设计温度许用应力焊接接头系数将设计参数代入上式中进行计算，计算厚度 =0.68mm，根据GB151中5.3.2的规定，换热器筒体最小壁厚为8mm，其中包含1mm的厚度附加量，因此本换热器的名义厚度n =8 mm。

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形管换热器的设计方法U型管换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、化学工程、电力等领域。

它通过在管程内流动的流体与在管程外流动的流体之间进行传热，实现两种介质之间的热量交换。

U型管换热器的设计方法需要考虑多个因素，包括传热效率、压降、清洁性以及材料的选择等。

下面将详细介绍U型管换热器的设计步骤。

1.确定传热条件：根据工艺流程和需要换热的介质，确定需要传输的热量负荷、流体的温度、压力等参数。

同时，还需要考虑流体的物性参数，如密度、比热容、粘度等。

2.选择U型管换热器的类型：根据传热条件和介质性质，选择合适的U型管换热器类型。

常见的类型有并联流动型、逆流型以及交叉流型。

3.确定管程和流程方式：确定U型管换热器的管程数目和流程方式。

在设计之前，需要考虑工艺流程和介质性质，选择合适的管程数目和流程方式。

管程数目多则传热效果好，但压降也会增加。

4.计算传热面积：根据传热负荷和传热系数，计算出所需的传热面积。

传热系数可以根据换热介质的性质和管束结构来估计。

5.估算初始尺寸：根据计算所得的传热面积，估算出初步的尺寸。

这个过程包括确定换热管束的内径和长度，以及估算出U型管的折弯半径。

6.选择材料：根据介质性质和操作条件，选择合适的材料。

常见的材料有碳钢、不锈钢、铜合金等。

选择材料时需要考虑腐蚀性、耐压性以及成本等因素。

7.进一步确定尺寸和结构：根据估算的尺寸和材料的选择，进行更进一步的确定。

包括计算管程的数量、估算管束的布置形式、确定支撑方式、估算壳程和管程的压降等。

8.进行热力计算和力学强度校核：根据已确定的尺寸和结构参数，进行热力计算和力学强度校核。

热力计算主要包括流体温度计算、传热系数计算以及传热管壁温度计算等。

力学强度校核主要包括管束的换热管强度计算和支撑结构的强度计算等。

9.进行性能和经济分析：根据热力计算和力学强度校核结果，进行性能和经济分析。

在性能分析中，评估换热器的传热效果和压降情况。

u型管式换热器毕业设计U型管式换热器毕业设计导言换热器是工业领域中常见的设备，用于将热能从一个介质传递到另一个介质。

U型管式换热器是一种常见的换热器类型，它具有结构简单、传热效率高等优点，因此在许多工业领域得到广泛应用。

本文将探讨U型管式换热器的毕业设计，包括设计原理、结构优化和性能评估等方面。

设计原理U型管式换热器的设计原理基于热传导和对流传热的基本原理。

换热器内部由一系列U型弯管组成，热源介质通过管道的一侧流过，而冷却介质则通过管道的另一侧流过。

热源介质在管道内释放热量，而冷却介质则吸收这些热量，实现热能的传递。

结构优化在U型管式换热器的毕业设计中，结构优化是一个重要的考虑因素。

优化设计可以提高换热器的传热效率、降低能耗和减小设备体积。

以下是一些常见的结构优化方法：1. 材料选择：选择具有良好导热性能和耐腐蚀性的材料，以确保换热器的长期稳定运行。

2. 管道布局：通过合理的管道布局，最大限度地增加管道的接触面积，提高传热效率。

3. 流体流动优化：通过优化流体的流动路径和速度分布，减小流体的阻力，提高传热效率。

4. 热交换面积增加：通过增加管道的长度或增加管道的数量，增加热交换面积，提高传热效率。

性能评估在U型管式换热器的毕业设计中，性能评估是必不可少的一步。

通过性能评估，可以验证设计的合理性，并对换热器的传热效率和能耗进行评估。

以下是一些常见的性能评估指标：1. 传热效率：传热效率是衡量换热器传热性能的重要指标。

传热效率越高，表示换热器能够更有效地传递热能。

2. 温度差：温度差是指热源介质和冷却介质之间的温度差异。

温度差越大，表示换热器能够更快速地传递热量。

3. 能耗：能耗是指在换热过程中消耗的能量。

通过降低能耗，可以提高换热器的能源利用效率。

结论U型管式换热器是一种常见且有效的换热器类型，在工业领域中得到广泛应用。

在毕业设计中，结构优化和性能评估是关键的考虑因素。

通过合理的结构优化和科学的性能评估，可以设计出高效、节能的U型管式换热器，满足工业生产中的换热需求。

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。

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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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。