U型管换热器设计说明书

1、化工设备机械基础课程设计热交换器设计-U型管专业领域：名称：学号：指导教师：2008年12月15日至25日摘要信息本文简要介绍了u形管换热器的特点及其在工业中的应用和发展前景，详细介绍了u形管换热器的结构和强度设计计算与制造、维护和维护。应参考GB151-1999和热交换器设计指南，在满足制造、维护、装配、运输和维修等要求的同时，选择合理、经济高效的结构。强度计算可以满足换热器的材料、主要结构尺寸确定、强度、刚度和稳定性等要求，根据设计压力确定壁厚，确保换热器的腐蚀容限足够，从而使设计结果达到最佳组合。设计结果满足用户要求、安全性和经济性以及环境要求。关键字：换热器、u形管、结构设计、强度设计

2、列表摘要-I-第一章简介1第二章u形管换热器特性2第三章结构设计33.1管状盒设计33.3头设计43.4管板设计53.5拉杆和固定距离管的测定73.7旁路挡板设计83.8容器法兰设计83.9选择支撑9第四章强度校核94.1管桶计算94.1.1计算条件：94.1.2厚度和重量计算94.1.3压力测试期间的应力检查104.1.4压力和应力计算104.2薄壳圆柱计算104.2.1计算条件104.2.2厚度和重量计算114.2.3压力实验期间的应力检查114.2.4压力和应力计算114.3孔加固计算114.3.1计算条件114.3.2洞口钢筋计算124.3.3设计准则124.3.4洞口钢筋计算134.

3、4管板和法兰强度计算134.5壳体压力下危险组合条件15万4.6管道压力下危险组合条件17第五章换热器的制造、检查、安装和维护185.1换热器的制造、检查和验收185.1.1桶185.1.2换热器185.1.3管板185.1.4挡板，支撑板185.1.5管束组装185.1.6换热器组装195.1.7压力测试195.2换热器的安装和维护195.2.1安装195.2.3维护19结论20参考文献21第一章简介在不同温度的流体之间传递热量的装置称为热交换器。换热器中必须有两种或两种以上温度不同的流体，一种流体温度高，放出热量。另一种流体温度低，吸收热量。在工程实践中，有两种或多种流体参与换热器，但基本

4、原理与以前相同。化学、石油、电力、食品等行业广泛使用的各种换热器作为这些行业的共同设备，占有非常重要的地位。随着工业的快速发展，能源消费的增加，能源紧张已成为全球性问题。为了缓解能源短缺事态，世界各国竞相采取节能措施，积极发展节能技术，成为当前产业生产和人民生活中的重要课题。换热器在节能技术改造中起着重要作用，表现在两个方面。第一，在生产过程中使用大量换热器，提高这些换热器的效率，可以减少能耗。相反，如果使用换热器回收工业余热，可以大大提高设备的热效率。此过程设计了u形管换热器，该换热器包括热设计、流设计、结构设计和强度设计。其中结构设计是最重要的。u形管换热器只有一个管片，管片至少两个阶段，

5、管束可以提取和清洗，管片可以自由膨胀。缺点是管道内壁清洁困难，管道更换困难，管道板上排列的管少。对于管换热器，通常基于传热流体的腐蚀性和其他特性选择结构和材料，基于材料的处理性能、流体压力和温度。换热器的管壳侧温度差异、换热器的热负荷、维护和清洁要求等决定了采用哪种类型的管换热器。由于我们的水平和能力有限，设计时间可能有仓促错误的地方，恳请老师批评和纠正。第二章u形管换热器的特性u形管换热器的优点是只有一个管板，管两端固定在同一个管板上，管束可以自由扩展，并且由于壳体之间的温度差异，热应力和热补偿性能良好。管道工艺是双管路线，工艺长，流速高，传热性能好。压力能力强。管束从外壳内部提取，易于维护

6、和清洗，结构简单，成本低。缺点：管内清洗不方便，管束中间部分的管更换困难，最内层的管弯曲半径不能太小，管板中心部分的管尺寸不小，管数不能太多，管束中心部分的间隙容易使壳侧流体短路，影响壳侧传热。此外，直管部分必须由壁厚的管组成，以弥补弯头后面管壁的薄部分。这仅适用于壳壁温度差异大或壳侧介质容易结垢，管侧介质不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的情况。第三章结构设计3.1管箱设计3.1.1管箱短节a材料：由于管道的循环水，因此对于管盒，要求不高，腐蚀性很低，因此选择该材料作为20R板。b加工：20R钢板卷，单向焊接用氩弧焊。c大小：根据GB151-1999表8中低合金钢圆柱的最小厚度，公称直径dn=1

7、000 1500的u形管换热器圆柱的最小厚度为12。也就是说，=12对于短节长度L300，L=500，根据GB151-89，短节大小DN=1400，=12mm L=500。3.1.2分区a材料：Q235-B板材选择，许用应力。b大小：GB151-1999表6中碳钢和低合金钢分割成隔板的最小厚度规定(dn=600 1200的最小厚度为4.5，选择=12)。分割分区长度l等于管道盒深度。c停车时，换热器在分割隔板上打开网孔或三角端口，以清洁沟渠。d隔板必须连续焊接在管箱壁上。3.1.3管箱深度a根据图2-1管道盒深度L=880。b钢u形管换热器结构手册P165下换热器最小管长其中换热器直径。相邻管

8、道之间路径上物料流通的最小宽度。根据钢u形管换热器结构手册P167表4-37，选择E=1400。H头部内表面高度。S头部厚度。c管盒最大长度根据钢u-管换热器结构手册P169中的图4-38管盒最大长度，如果设计符合钢u-管换热器结构手册P168:最小长度和要求，则最小长度=368要求确定管盒长度。为此，请使用L=700。3.2气缸设计a材料：工作介质是丙烯，因此苯是易燃、中度有害介质，容器的使用条件、总经济等材料选择为16MnR。b加工和尺寸：设计温度T=260，设计压力Pc=1.90Mpa，双面焊接对接接头0.85。公称直径DN=1000mm，钢板负偏差C1=0，腐蚀裕度C2=3mm。设计公

9、式厚度为12mm。筒管长度l=6125mm。热交换器设计指南表格1-6-5筒总重量为240x6125x0.001=1470kg，因为筒管的标称直径DN=800mm400mm，所以它由座辊组成。3.3磁头设计3.2.1内部压力头计算：选择标准椭圆形头部DN=1000材质：16MnR负偏差c=0.00腐蚀残差c=3.00磁头的总重量为71.5公斤。3.2.2外部压力头计算：选取标准椭圆标头。DN=1000材料16MnR假定公称厚度的负偏差c=0.00腐蚀残差c=3有效厚度=12-0-3=9等效球形薄壳外径邮报茶gb 150-1998图6-3e=2.510P=因此，=12是有效的。椭圆头图：(1)椭

10、圆头3.4管板设计材料：选取允许的应力16MnR(1)管板与换热器的连接样式：管板与换热器的连接接头牢固，不泄漏，管壳与管介质不接触，腐蚀风险高，而膨胀不连续，因此管与管孔之间的间隙可能成为腐蚀的起点，则管板与换热器使用焊接形式。(2)管板的最小厚度a管：管材料：选取材料16MnR做为热交换器。在此设计中，选取了758个热交换管，这是GB151-1999已知的管阵列形式：三角形、转角三角形、正方形和转角正方形阵列。u形管换热器的外径为25，外壳头在需要机械清洗时不排列成三角形，因此选择方形旋转形式的排列。在热交换器手册表1-6-16中，外径为25mm的热交换器管排列为旋转矩形时，热交换器分割板

11、槽两侧相邻的管中心应为32mmx32mm正方形对角线长度Sn=45.255mm。b管孔：GB151-1999表格17允许的热交换粗细管孔直径偏差为热交换管：管孔。c换热器中心距离和分割隔板槽两侧的相邻管中心距离分割分区厚度为14，所以我们取管板分割分区插槽深度为4，宽度为12。管板分割分区槽示意图：(2)管板分割分区槽d管限制圆根据表1-6-17，有管道限制圆且不小于10也就是说其中：d管板的计算厚度U管换热器管束最外面的换热管外表面到外壳内壁的最短距离Di换热器管直径。路由限定元图：(3)管道限制饼图E.管板计算管板计算厚度：其中：d管板的计算厚度垫片压缩力中心圆直径根据锅炉压力容器法规，管

12、板设计压力取两个值中的较大值管板强度折减系数设计温度下管板材料的许用应力也就是说据(7-556):管板厚度应小于以下三个总和1)管板的计算厚度2)壳体腐蚀裕度或结构槽深度3)管道腐蚀裕度或分割分区槽深度前面知道：1)管板的计算厚度2)壳体腐蚀裕度，槽深，使管板厚度：进口3.5拉杆和固定距离管道的确定a拉杆拉杆的结构：适合于换热器外径大于或等于19mm的管束的杠杆固定管结构。下图显示了拉杆固定距离管道结构。(4)拉杆固定距离管道结构拉杆的直径和数量在GB151-1999表43中，选择杠杆直径d=16mm，如果筒体直径为1000，则选择杠杆数n=6。尺寸如下图所示。(5)杠杆大小图拉杆部署杠杆应尽

13、可能均匀地放置在管束的边缘外，以减少光流体冲击引起的振动，防止管束损坏。b固定距离管道固定距离管使用与换热器切线间距和挡板间距相等的段卡在杠杆上，一端固定在管板上。另一端用螺母拧紧国政，固定挡板，防止移动。大小：与热交换器大小相同，例如零件图ZB0604-2材料选取20。3.6挡板设计挡板的结构设计主要取决于工艺和要求，其设置的主要目的是增加管间流速，提高传热效果。挡板的主要形式：弓、圆盘-圆、圆形缺失等，本设计采用圆形单部落挡板。材料：使用Q235-B薄板制作挡板，以保持材料清洁，允许的应力：挡板大小：挡板空白位置大小：切断部分的高度通常为挡板间距：最小板间距：获得外壳内径或50中的较大值。

14、这个设计需要50。最大板间距：挡板最大间距应保持换热器的非支撑长度。用作配电板时，其值必须大于外壳内径。这个设计采用1900。挡板厚度：挡板厚度与外壳直径换热器的支撑长度有关。这个设计需要16。3.7旁路挡板设计a旁路挡板数：7P600已知：公称直径dn=700至1000时，使用两对挡板。B材料：选取Q235-B图纸c大小和安装表格：调查数据7P600知道旁路挡板的厚度通常与挡板板的厚度相同，旁路挡板卡在挡板槽中，与挡板板焊接在一起。3.8容器法兰设计a凸缘的类型：取决于此设计中使用的媒体、设计压力、设计温度和标称直径。凸缘的结构为对接熔接凸缘，凸缘的密封表面类型为凸纹面，材料选取16MnR。

15、允许的压力。b选择凸缘：管凸缘：Hg 5001至5028-58设备法兰：JB 1157-1164-82管凸缘：Hg 5001至5028-58管盒中的设备法兰：此设计选择JB1158-82 a平整焊接法兰3.9选择支座水平换热器分别采用固定和滑动鞍座支撑，根据鞍座支撑标准，是固定水平容器的支撑形式。我们选择了大小分别为16MnR的b1300-s和BI1300-F的支架，如下所示：材料为Q235-A.F，垫材料为16mnr。插图是b型马鞍支撑。(6)马鞍支撑第四章强度校核4.1管筒计算4.1.1计算条件：压力计算：设计温度：t=260.0c内径：材质：16MnR板材测试温度许用应力设计温度许用应力测试温度屈服点钢板的负偏差腐蚀裕度熔接接合系数4.1.