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摘 要

本文主要介绍了分解槽冷却器的整体结构设计和计算，作为一种常见的U型管式换热器，这种换热器只有一块管板，多根U型管组成管束，管子可自由收缩并且能够拆下清洗；U型管换热器有着承压能力高、制造成本较低、结构比较简单等优点，应用广泛。U型管换热器主要结构包括管箱、筒体、法兰、U型管、管板、折流板等其他附件。本次设计采用双管程、单壳程的方式，主要进行结构设计、计算和强度校核等计算。

关键词：结构 计算 强度校核 U型管

Decomposition Tank Cooler

ABSTRACT

The main advantages of change of this paper mainly introduces the decomposing tank cooler overall structure design and calculation, as a common U type tube type heat exchanger, the heat transfer is only a piece of tube plate, and a plurality of U-shaped tube bundle, tube can be free shrinkage and can remove the cleaning; U type tube heat exchanger has a bearing capacity is high, the manufacturing cost is low, the structure is relatively simple, widely used in U tube heat exchanger structure comprises a tube box, cylinder body, flange, U type tube and tube plate, baffle plate, and other accessories. The design uses double tube pass and single shell, mainly for structural design, calculation and strength check calculation.

KEYWOEDS: U-tube heat exchanger, frame, intensity, design and

calculation

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章绪论 1

1.1引言 1

1.2换热器简介 1

1.3 强化传热技术 2

1.4 腐蚀与防护 2

第二章工艺核算 4

2.1管壳式换热器的结构与类型 4

2.2原始数据 6

2.3定性温度及物性参数 7

2.4传热量核算 7

2.5平均传热温差计算 8

2.6管子的排列方式 8

2.7折流板的计算 9

2.8管程传热系数计算 10

2.9壳程传热系数计算 10

2.10管程压降计算 11

2.11壳程压降计算 12

第三章 结构设计和选型 14

3.1结构设计 14

3.2 壁厚的确定 14

3.3封头设计 15

3.4管板设计 15

3.5法兰 16

3.6垫片 16

3.7拉杆和定距管 17

3.8鞍座的选择 18

第四章 结论 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 绪论

1.1 引言

能源是当今世界较为突出的问题，生活中各个地方都离不开能源。能源的开发利用是当今世界各个国家重点研究项目^[2]，而换热器作为一种高效节能设备，其在工业领域内必不可少。尤其在化工、制药、冶炼、航空、交通等其他领域内应用十分广泛。因此换热器的合理选型、设计、计算校核都具有较大意义。

1.2 换热器简介

换热器有较多类型的结构，但无论哪一种结构，换热效率高、结构紧凑、制作成本低、安装和维修方便仍然是衡量换热器性能的标准^[3]。管壳式换热器是工业中最为常见的一种，也是应用最为广泛的一种。根据壳体结构和管束的不同，管壳式换热器依照管束和结构不同能够分为固定管板式、浮头式、填料函式、U型管式和薄管板式换热器^[4]。本次设计以U型管式换热器为对象，进行计算校核。

固定管板式换热器主要是用两端管板和壳体相连接的结构，其中管束多，且管板薄、造价低、紧凑简单^[5。缺点是管束或管间清洗困难，壳程和管程因温度差而存在温差应力。一般适用于壳程不易结垢，管程需清洗，且温差不大的工作状态^[6]。

浮头式换热器一端在壳体内自由活动，另一端与壳体相连。浮头端设计为可拆卸结构，能够使设备的维修和清洗更加方便^[7]。浮头式换热器因为对于金属材料的需求太大，结构相对其他换热器比较复杂，壳体与管束间隙较大，影响传热效果^[8]，因此适用于温差较大、易结垢、腐蚀性较弱的工作状态。

使用填料函密封壳体和浮头之间的空隙的换热器是填料函式换热器^[9]，其中的管束能够自由伸长。对于温度差别较大且时常更换管束的换热器比较适用。缺点就是填料函密封性能较差，不适合高温高压环境 ^[10]，在壳程易挥发、易燃易爆的物质也不适合^[11][12]。

U型管换热器管子的两端固定在同一管板上，因此管程与壳程的温度差应力是不存在的。因为结构简单，所以换热管能够从壳体中取出来，便于清洗管外。缺点在于清洗需要专门的工具^[13][14]，管束内部的管子大部分不能维修和更换；管板上管子排列少，结构不紧凑；管束中各弯管曲率不同，物料分布不均匀；管束会产生震动。U型管换热器管束一般采用三角形排列，管程为偶数^[15][16]。

1.3 强化传热技术研究

换热器在工业上起着至关重要的作用，换热效率越高，则相对生产成本越小，能源利用率越高^[17]，因此换热技术的强化一直以来都是工程师们致力研究的对象^[18]。

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