U型管式换热器设计毕业设计说明书
U形管换热器设计任务书
U型管换热器设计任务书
1、 设计题目：U型管换热器结构设计
2、 设计任务及条件：
表2-1冷却流体参数
被冷却流体水蒸气
进气温度180℃
出气温度130℃
设计温度180℃
设计压力 2.0Mpa
表2-2冷却介质参数
冷却介质类型自来水
进口温度常温 4℃
出口温度95℃
设计温度95℃
设计压力 1.0Mpa
以下为参考数据
换热面积 90
换热管规格及管束级别252 长6m Ⅰ类
程数22
标准规范GB150-1999；GB151-1999
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；。
U型管换热器毕业设计说明书
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型管换热器设计说明书
流体流量进口温度出口温度压力煤油10tℎ⁄180℃40℃1MPa 水?tℎ⁄20℃40℃0.5MPa 一．热力计算1.换热量计算Q=m1∙C p1∙(T1−T2)=100003600∙2100∙(180−40)=817.32KJ/s 2.冷却剂用量计算m2=QC P2∙(t1−t2)=817.32∙1000 4183∙(40−20)=9.77KJ/s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∆t1=|T1−t2|=140℃∆t2=|T2−t1|=20℃∆t m′=∆t1−∆t2ln∆t1∆t2=140−20ln14020=61.67∆t m′——按纯逆流时计算的对数平均温差∆t m=ε∆t∙∆t m′ε∆t——温差矫正系数ε∆t=φ（R.P）R=热流体的温降冷流体的温升=T1−T2t1−t2=180−4040−20=7P=冷流体温升两流体的初始温差=t2−t1T1−t1=40−2080−20=0.16查图d o−−换热管外径,mL=38.1320∙4∙π∙0.019=7.98m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p i= 25mm；分程隔板两侧管心距p s=38mm按下图作正方形排列选择布管限定圆直径D L=D i−0.5d o=400−10=390mm由布管限定圆从《GB151—1999》管壳式换热器中选定工程直径DN=400mm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。
U型管式换热器
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。
U型管换热器设计说明书68459
精品
.
查得定性温度下流体的粘度为 壁温下流体的粘度 1004
查得壳程流体的普朗克数 查得水的导热系数
管内流体给热系数 ：
查得煤油的导热系数 查得煤油的密度 管内流体的流速 煤油的粘度 煤油的比热 换热管的内径
在总传热系数计算公式中， 可看作 管外流体的污垢热阻 管内流体的污垢热阻 用外表面表示的管壁热阻
，允许正偏差为
0.3，负偏差为 0，即管孔为
（4） 折流板的固定 折流板的固定一般采用拉杆与定距管等原件与管 板固定，其固定形式由一下几种： a. 采用全焊接法，拉杆一段插入管板并与管板固 定，每块折流板与拉杆焊接固定。 b. 拉杆一段用螺纹拧入管板，每块折流板之间用 定距管固定，每一拉杆上最后一块折流板与拉 杆焊接 c. 螺纹与焊接相结合，拉杆一端用螺纹拧入管板， 然后将折流板焊接在拉杆上 d. 拉杆的一端用螺纹拧入管板，中间用定距管将 折流板固定，最后一快折流板用两螺母锁紧并 点焊固定。 这里选择 d.作为折流板固定的方法。
箱法兰连接。管板形式如下图：
折流板厚度 5mm
（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
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. 在布管区范围内，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，
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. 对于正方形排布
拉杆直径 12mm 拉杆长度 8000mm
从 GB150.2 查得 40Cr 在 40 下的许用应力:
取其中面积较大者 （3）螺栓设计载荷 螺栓设计载荷按下列规定确定： a. 预紧状态螺栓设计载荷按下式计算：
b. 操作状态螺栓设计载荷按下式计算：
精品
U型管式换热器的设计
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
换热器设计毕业设计
换热器设计毕业设计一、引言换热器是工业生产中重要的设备之一，主要用于将热流体的热量传递给冷流体。
换热器的设计需要考虑到传热效率、流动阻力、设备成本、材料选择等多个方面。
本文将介绍一种新型换热器的设计，该设计旨在提高传热效率，降低流动阻力，并优化设备成本。
二、换热器设计本文所设计的换热器采用板式结构，主要由板片、密封垫和夹紧螺栓组成。
板片之间通过密封垫密封，形成流体通道。
板片材质选择不锈钢，以提高设备的耐腐蚀性能和使用寿命。
夹紧螺栓用于固定板片，保持设备的密封性。
在板式换热器中，流体分为冷流体和热流体。
冷流体通过板片的冷流道，热流体通过板片的热流道。
由于板片之间的密封垫较薄，因此可以形成较小的通道，减小流动阻力。
同时，板片的波纹结构可以增加传热面积，提高传热效率。
三、设计优化为了进一步提高换热器的性能，本文提出以下优化措施：1、增加板片数量：增加板片数量可以增加传热面积，提高传热效率。
但同时也会增加设备的成本和重量。
因此，需要综合考虑传热效率、设备成本和重量等因素来确定板片数量。
2、优化流道结构：流道结构的优化可以减小流动阻力，提高传热效率。
可以通过改变流道形状、减小流道截面等方式来优化流道结构。
3、采用强化传热材料：采用强化传热材料可以增加传热效率，但需要考虑到材料的耐腐蚀性能和使用寿命等因素。
4、增加设备密封性：增加设备密封性可以防止流体泄漏，提高设备的使用安全性。
可以通过选用高质量的密封垫和夹紧螺栓等措施来增加设备密封性。
四、结论本文所设计的换热器采用板式结构，具有较高的传热效率和较低的流动阻力。
通过增加板片数量、优化流道结构、采用强化传热材料和增加设备密封性等措施，可以进一步提高换热器的性能。
该设计具有一定的实用价值和推广意义。
管壳式换热器结构设计在化工、石油和能源等领域中，管壳式换热器是一种广泛应用的高效换热设备。
本文将详细探讨管壳式换热器的结构设计，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容，旨在提高设备的传热效率和可靠性。
换热器的设计说明书
换热器的设计1.1换热器概述换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式根本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。
由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和构造。
换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有:①热负荷及流量大小；②流体的性质；③温度、压力及允许压降的围；④对清洗、维修的要求；⑤设备构造、材料、尺寸、重量；⑥价格、使用平安性和寿命；按照换热面积的形状和构造进展分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。
其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产本钱低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。
管型换热器主要有以下几种形式：〔1〕固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的构造型式，这种换热器的特点是构造简单，制造本钱低。
但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比拟清洁、不易结垢的。
对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。
〔2〕浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。
另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。
因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。
适用于冷热流体温差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
〔3〕U形管式换热器换：热效率高，传热面积大。
构造较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。
表1-1 换热器特点一览表在过程工业中，由于管壳式换热器具有制造容易，生产本钱低，选材围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多优点，管壳式换热器被使用最多。
工业中使用的换热器超过90%都是管壳式换热器，在工业过程热量传递中是应用最为广泛的一种换热器。
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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。
图4-6
接管位置
图4-7
偏心载荷简化图
图4-8
设备质心计算简化图
图4-9
支座
图4-10
耳式支座安装尺寸
图4-11
载荷近似计算简图
插
表
插
表
表2-1
钢板许用应力
表2-2
钢管许用应力
表2-3
锻件许用应力
表3-1
EHA椭圆形封头型式参数
表3-2
EHA椭圆形封头质量
表3-3
低铬钼钢弹性模量
表4-1
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 methanationⅡtype heat exchanger design.
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 TypeⅠand typeⅡmethanation methanation Heat exchanger connected to form a methanation type. Heat exchanger typeⅠmethanation 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℃.
Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger
图表清单
类别
标号
名称
插
图
图3-1
标准椭圆形封头
图3-2
换热管布管图
图3-3
换热管与管板的连接
图4-1
凹凸面法兰的密封面
图4-2
带颈对焊钢制管法兰
图4-3
钢制管法兰盖
图4-4
垫片尺寸
图4-5
分程隔板连接面