论文总字数：15881字

摘 要

本次设计为高压U形管换热器的设计，由于是高压设备的设计所以需要考虑的因素也较多，管程的设计压力为10MPa，设计温度是-20/83℃，管内流动的介质是净化天热气，天然气的处理量为4T/H，壳程设计压力为1.2MPa，设计温度是-20/127℃，壳体内流动的介质是热水。通过热水给净化天然气升温来达到换热的效果。同时考虑到经济性和热补偿效果等因素，我们选择了U型管换热器进行设计。它的结构便于拆装，相对来说，清洗不算困难。对于卧式设备相比较，立式设备占地面积较小，所以选择立式的U形换热器。

本文首先介绍了U形管换热器的背景及研究现状，然后进行了工艺的计算，之后对结构选型以及材料的选择，最后对各部件使用了SW6进行强度校核。

关键词：U形换热器 高温高压 SW6

Abstract

This design is high-pressure U-tube heat exchanger of the design . Because it is the design of high-pressure equipment, many factors need to be considered. The design pressure of the tube side is 10MPa, the design temperature is - 20 / 83 ℃, the medium flowing in the tube is purified natural gas, the processing capacity of natural gas is 4T / h, the design pressure of the shell side is 1.2MPa, the design temperature is - 20 / 127 ℃, and the medium flowing in the shell is hot water. The effect of heat exchange is achieved by heating the purified natural gas with hot water. At the same time, considering the factors of economy and heat compensation effect, we choose U-tube heat exchanger for design. Its structure is easy to assemble and disassemble. Relatively speaking, cleaning is not difficult. Compared with horizontal equipment, vertical equipment occupies a smaller area, so vertical U-shaped heat exchanger is selected.

Firstly, the background and research status of U-tube heat exchanger are introduced, then the process calculation is carried out, then the structure selection and material selection are carried out, and finally the strength of each part is checked by using SW6.

Key words：U-tube heat exchanger.；high-pressure and high-temperature；SW6

目录

摘要 I

1.前言 1

1.1课体研究背景 1

1.2换热设备相关理论 1

1.3研究现状 1

2. 工艺计算 2

2.1热交换器选型 2

2.2计算 3

2.3传热量及流量计算 4

2.4热力计算 7

2.8压降核算 10

2.9温差校核 11

3.换热器结构设计 14

3.1温度及压力 14

3.2零件，部件材料选择 15

3.3圆筒壁厚的选择 15

3.4封头的确定 16

3.5 U形管的尺寸 17

3.6布管限定圆 17

3.8接管法兰设计 20

3.9管板法兰设计 21

3.10折流板的设计 21

3.11定距管和拉杆 22

3.13防短路结构的设计 25

4强度计算 26

4.1管箱短节的壁厚 26

4.2圆筒壁厚 27

4.3封头计算 28

4.3.1下封头计算 28

4.3.2上封头计算 29

4.4管板计算 30

4.5开孔补强 33

4.5.1壳程接管补强计算 33

4.5.2管程接管补强计算 33

4.6管板法兰的设计 35

4.6.1 设计垫片尺寸 35

4.6.2 螺栓设计 35

4.6.3 法兰的设计 37

5经济性评价 40

5.1材料成本 40

5.2税金 41

参考文献 42

第一章 前言

1.1课体研究背景

热交换设备广泛应用于许多工业相关的部门之中，在生产中起着举足轻重的作用。这些年来，热交换器的发展趋势程高效节能和规模化映射在产品和技术上，对于可持续发展的前景十分美好。它的投资成本一般占设备全部成本的2/5上下，因为它的作用很重要。其行为也关系到整个装置的正常运行和运行成本。换热器的布置，即有机流体在管内或管外的流动，严重影响了换热器的采购成本和损失，在很大程度上影响了系统的热经济性。

伴随着节能技术的发展壮大，热交换器可以应用的领域越来越多了，在这些行业中换热器的经济发展十分显著，唤醒了很多新的活力。因为这样，在对管壳式换热器的研究中起到很重要的意义。为了提高壳管换热器的传热效率，开展了大量的研究工作，改变换热器的换热管件和结构，实现传热强化。

1.2换热设备相关理论

U形管板换热器的结构较为简易，因为它只有一个管板，密封的面积少，操作性能极佳，生产成本低廉。比起其他的换热器更易于清洗壳程，因为可抽出管束。适用于非常多的场合中。不好的一点就是管子不容易清洗，管子内更换不起来，报废率高。U形管换热器适用于管壳壁温差大或壳侧介质易结垢的情况，但不易结垢，且温度高、压力大、腐蚀强。一般管内温度高、压力高、腐蚀性强，但高压空间缩小，密封容易解决，节约材料，减少热损失。

1.3研究现状

倪永良等人提出，对于大直径的U形管换热器，如果管以传统的管布置形式布置在管板上，最外面的U形管的弯曲半径非常大，这不仅使得最外面的U形管弯曲部分的无支撑跨度非常大，而且容易导致流体引起的管束振动问题，并且使得最外面的U形管和最里面的U形管的长度之间的差异非常大，这将影响换热器的整体换热性能。通过改变管板布管形式，在大直径U型管换热器的管板上采用扇形隔板布管形式，减小了U型管的最大弯曲半径，消除了U型管过大的最大弯曲半径带来的诸多不利因素，不仅避免了流体引起的管束振动，而且提高了换热管内物料分布的均匀性，改善了换热器的换热性能。

第二章 工艺计算

2.1热交换器选型

由于设备需要在高温高压的环境下进行工作，所以选择立式U形管换热器。如下图所示：

图2-1 换热器基本结构

2.2工艺有关计算

2.2.1 原始数据

表2-2 工艺参数

2.2.2壳程物性参数

表2-3 壳程热水物性参数

2.2.3管程介质物性参数

表2-4 管程介质净化天然气物性参数

2.3传热量及流量计算

管程质量流量

请支付后下载全文，论文总字数：15881字