U形管换热器课程设计

目录。过程设备课程设计任务书 3

前言 4摘要 5

第一章绪论 6

1.1 管壳式换热器的概述 6

1.2 本毕业设计的目的 6

1.3、设计的要求及内容 6

1.4 、课程设计的步骤 7

1.4.1设计的准备阶段 7

1.4.2机械结构设计 8

第二章换热器结构设计 8

2.1换热管数的计算 8

2.2 换热管排列方式，管间距的确定 9

2.3 筒体结构设计 10

2.4管箱及封头 10

2.4.1管箱管箱分类 10

2.4.2封头 11

2.5 接管、接管法兰 11

2.5.1接管 11

2.5.2接管法兰的确定 12

2.5.3管箱法兰和管箱侧壳体法兰 12

2.6 管箱的最小内测深度 12

2.7 分程隔板 13

2.8 u形管 13

2.8.1 u形管选择 13

2.8.2 u形管弯管段的弯曲半径 13

2.9 管板 14

2.91分程隔板槽 14

2.9.2管板 14

2.9.3 布管定圆 14

2.9.4管孔 15

2.9.3拉杆孔 15

2.10换热管与管板的连接 15

2.11折流板和支撑板管孔 16

2.12 u型管尾部支撑 17

2.11拉杆 17

2.12 折流板 18

2.12.1折流板的主要几何参数 18

2.12.2 折流板与壳体间隙 18

2.12.3 折流板厚度 18

2.12.4 折流板的管孔 19

2.12.4 材料的选取 19

2.13 滑道 19

2.14防短路结构 20

2.14.1旁路挡板 20

2.14.2挡管 20

2.14.3中间挡板 21

2.15垫片设计 21

2.16支座 22

2.17 附件 22

1)起吊附件 22

三、确定设计压力 22

3.1筒体壁厚计算 22

3.2筒体短节、封头厚度计算 23

3.3管箱短节、封头厚度计算 24

3.4管箱短节开孔补强的校核 25

3.5壳体接管开孔补强校核 26

参考文献 27

1、设计题目： u形管换热器结构设计。

2、设计任务及条件：

表2-1冷却流体参数。

表2-2冷却介质参数。

以下为参考数据。

三、设计内容：

1、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。

3、选择换热器的结构形式。

4、计算所需要的换热面积。

5、管字数的计算。

6、管子的排列方式，管间距的确定。

7、换热器壳体直径、壁厚的确定；

8、换热器封头的选择。

9、管板尺寸的确定。

10、管子拉脱力的计算。

11、计算是否安装膨胀节。

12、折流板，开孔补强和支座的设计。

3、设计成果：

1）设计说明书一份；

2）换热器装配图一张；

换热器是一种广泛使用的工艺设备，在炼油、化工、动力、钢铁、食品、发电及其他许多行业中是主要的工艺设备之一，在生产中占有重要的地位。尤其是化工生产中，换热器关系到生产的正常运行和操作费用。因此，换热器的研究倍受重视。

从换热器的设计、制造、结构改进到传热机理的试验研究一直都在进行。特别是七十年代初发生能源危机以来，各国都纷纷寻找新的能源及节约能源的途径，而换热器是节约能源的有效设备。在余热**、利用地热、太阳能等方面都离不开换热器。

因而各国都在致力于研究各种高性能换热器及换热元件，其中不少是国家直接下达的重点课题。

工业生产中所用换热器的种类很多，其中管壳式换热器是目前应用最为广泛的一种，因其操作弹性大，结构坚固，能在高温、高压条件下使用，而且可供选择的结构材料范围广，适用性较强等原因，故它在工业生产中占据着主导地位。据资料表明，所有换热设备中，管壳式占整个换热器投资的50%～70%。而u形管式换热器在管壳式换热器中又有如下特点：

管束可以自由伸缩，不会产生温差应力，结构简单，造价较低，管外容易清洗。因此，u形管式换热器的研究和设计对炼油和化工生产等行业具有重要的意义。

换热器为石油，化工、食品、原子能及其它化工部门所广泛使用的一种工艺设备。依据gb—150《钢制压力容器》和gb—151《管壳式换热器》的相关规定，对设计的u型管式换热器，进行了工艺方面的公称直径，管程壳程设计压力，公称换热面积，公称长度及换热管外径，管程和壳程的程数等的确定。再进一步结构设计确定设计的制造的材料，管子的排列形式，折流板数，支座，管板的尺寸，垫片宽度，管板外径与壳体内径间隙，法兰和的内外直径，拉杆和滑道，相关部件的连接，防短路结构等。

选择石棉橡胶垫为非金属软垫片(jb4705--92)。对换热器进行校核，试验，得出强度等符合设计要求。

关键词：u形管换热器；结构设计；强度计算。

（1）管壳式换热器是一种传统的、应用最广泛的热交换设备。由于它结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。gb151、jb1154、jb1168等国家和部标准中，比较详细地规定了管壳式换热器的标准形式、基本参数，以便各行业在工程设计中广泛应用。

（2）管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束管壳式换热器的核心，换热管作为导热元件，与折流板一起决定换热器的传热性能。管箱与壳体则决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。

（3）管壳式换热器属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道和称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。管程和壳程分别通过两种不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。

（4）换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，是在石油、化工、石油化工、冶金、电力、轻工、食品等行业普遍应用的一种工艺设备。它不仅可单独作为冷却器，加热器使用，而且还是一些化工单元操作的重要附属设备，因此在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的40%左右，占总投资的30%-45%。并且随着化学工业的迅速发展及能源**的提高，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能**带来了显著的经济效益。

因此对换热器的研究倍受重视，换热器设计的重要性也就不言而喻了，一些新型高效换热器也相继问世。

在大学毕业之际为了以后能系统地应用所学知识解决实际问题，我们有必要认真地做一份毕业答卷——毕业设计。，巩固和强化我们的基本理论和基本知识。培养学生独立分析问题解决问题的能力，树立正确的设计思想掌握设计的基本方法和步骤，为以后的工作中创造性的设计打下坚实的基础。

也培养学生查阅和综合应用资料、计算、识图、制图、编写设计说明书等基本的技能，完成一个工程技术人员在设计方面所必备的技能。

为了能够圆满的完成毕业设计的任务，我们在实际中要求：树立正确的设计思想。在实际中本着对设计认真负责的态度，从严从难要求自己，综合考虑经济性、实用性、安全可靠性，保证高质量的完成设计任务。

具有积极主动的学习态度和进取精神，强调独立思考，做好典型的设计，在整个过程中学会收集，整理，用运各种资料来正确使用标准和规范，使得设计有有章可循，有法可依，当设计与行业标准有矛盾时必须严格计算和验证，直到符合要求。要学到正确的设计方法就得统筹兼顾，抓住问题，处理好尺寸的圆整，一般圆整到标准规格尺寸，对于强度、刚度等计算应从设计的安全性出发向上圆整，同时也得兼顾到设备的经济性。圆整要适度。

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