机械5

摘要 本文介绍了U型管换热器整体的结构与强度设计计算。U型管换热器是将管子弯成U型，管子的两端均固定在同一个管板上。出于壳体和管子的分开，管束可以进行自由的伸缩，因此没有热应力，热的补偿功能好；管程采用的是双管程，流程比较较长，流速比较高，传热性能较好，承压的能力较强。管束可从壳体抽出，优点是方便检修和清洁，而且结构简单造价便宜。缺点是管内清洗困难，这就要求管内通过的流体必须是清洁不易产生污垢的物料[1]。 它的主要特点是在单位体积内传热的面积较大而且传热效果比较好。除此之外，它的结构简单，操作的弹性也大，所以在高温、高压的情况下以及在大型装备的应用上更多的使用管壳式换热器。而U型管式换热器一般用在高温高压状态下，尤其是高压下，这就要求在弯管段要加强壁厚来弥补弯管后管壁的减薄[1]。 这次设计的题目是“流量为100t/h U形管式换热器”，U型管式换热器是管壳式换热器里的一种，它的结构主要包括管板、壳体、管束管箱、封头、换热管、支座等零其他部件，重量相对比较轻。在这次的设计中由于设计的压力和温度都比较高，因此设计的要求比较高，在对换热器的设计中，主要对其结构、强度进行了设计以及对零部件的选型和工艺设计。换热器的材料选用恰当，主要结构的尺寸也进行了合理的选择，这些均能够满足换热器在强度、刚度、稳定性以及水压试验等校核方面的要求。本次U型管式换热器设计的壳程介质为油，管程介质为水。流量为100t/h，壳程的工作温度为190℃，管程的工作温度为70℃，壳程的设计温度为200℃，管程的设计温度为90℃。在其结构上安装有八块折流板，以增加流体的湍流速度。设计压力为管程2.0MPa，壳程1.5MPa。依据给定的条件，查看GB150-2011《钢制压力容器》，GB151-1999《管壳式换热器》以及换热器手册等标准，通过试算法获得总传热系数，所得传热面积为193.3m.考虑到介质特性，采用φ25×2.5×6000的20#的无缝钢管，本设计采用420根换热管可以满足换热量。接管法兰我选择了板式平焊法兰，并采用鞍式支座支撑。在本次设计过程中我已经完成了文献综述，设计说明书，一张总装配图和四张零件图的绘制。 换热器在工业、农业等许多的领域运用十分的广泛，当然在日常的生活中和现实中传热设备也随处可以见到，这是不可能缺少的工艺设备和单元之一。随着研究的不断深入，工业应用也取得了显着的成效。并且在许多化工单元操作的场合也作为一种十分重要的附属设备进行使用，所以在化工生产中换热器也占有着非常非常重要的地位。 目录 第一章换热器的结构类型与发展1 1.1换热器的概述1 1.2换热器的分类1 1.2.1换热器按传热方式分类1 1.2.2换热器按用途分类2 1.2.3换热器按其结构分类2 1.3换热器的结构介绍3 1.4换热器的主要组合部件4 1.5换热器的设计5 1.5.1估算传热面积初选换热器型号5 1.5.2计算管程和壳程压强降5 1.5.3核算总传热系数和传热面积5 1.6换热器的发展5 第二章U型管换热器传热工艺计算7 2.1原始数据7 2.2确定定性温度及物性数据7 2.2.1管程冷水的定性温度7 2.2.2壳程煤油的定性温度7 2.3煤油的传热量与冷水流量的计算8 2.4管程换热系数的计算9 2.5结构的初步设计9 2.6壳程换热系数计算10 2.7传热系数计算11 2.8管壁温度计算11 2.9管程压力降计算11 2.10壳程压力降计算13 第三章换热器强度计算与应力校核14 3.1换热管材料及规格选择和根数的确定14 3.2管子的排列方式14 3.3筒体内径的确定14 3.4筒体厚壁的确定15 3.5筒体的液压试验16 3.6壳程标准椭圆形封头厚度的计算16 3.7管程标准椭圆形封头厚度的计算17 3.8容器法兰的选择18 3.8.1设备法兰的选择18 3.8.2接管法兰的选择18 3.9管板的设计21 3.10管相短节壁厚的计算22 3.11拉杆和定距管的确定23 3.11.1拉杆的结构型式23 3.11.2拉杆的尺寸24 3.11.3定距管尺寸24 3.12折流板的选择25 3.12.1选型25 3.12.2折流板尺寸25 3.12.3换热管无支撑跨距或折流板间距25 3.12.4折流板厚度25 3.12.5折流板直径25 3.12.6折流板管孔直径25 3.13防冲板尺寸的确定26 3.14开孔补强计算26 3.15分程隔板厚度选取29 3.16支座的选择及应力校核29 3.16.1支座的选择29 3.16.2鞍座的应力校核30 参考文献34 致谢35