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摘要

本文介绍了U型管冷却器的整体结构设计计算。U型管冷却器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。U型管式冷却器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。

换热器的设计工作主要有换热器综述，换热器的工艺计算以及结构强度计算。其中换热器工艺计算中需要根据初始数据计算其处理量以及工艺参数，换热器的结构强度计算主要集中在折流板，筒体以及开口上。

 

换热器是化学工艺生产中重要的设备之一，它是一种冷热流体间的传递热量的设备，他们的使用条件和要求差别很大，如容量，温度，压力和工作介质的性质等，涉及的种类很多，因此换热器的结构形式也多种多样。U形管换热器仅有一个管板，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，而且结构简单，造价便宜。U形管换热器主要结构包括筒体，封头，换热管，接管，折流板，防冲板，导流筒，防短路结构，支座和管壳层的其他设备等。

本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。冷却器采用双管程，不锈钢换热管制造。设计中主要进行了冷却器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。

 

关键词： U型管冷却器； 结构； 强度； 设计计算

 

 

目 录

 

第一章 绪论 1

第二章 换热器传热工艺计算 3

2.1起始数据 3

2.2定性温度及确定其物性参数 3

2.3热量守恒与油流量的计算 3

2.4有效平均温度的公式计算 4

2.5管程换热系数的计算 4

2.6 结构的初步设计 5

2.7壳程换热系数计算 5

2.8 传热系数计算 6

2.9 管壁温度计算 7

2.10 壳程压力降计算 7

2.11 管程压力降计算 8

第三章 管壳式冷却器的类型、结构与型号 9

3.1 主要设计参数 9

3.2 冷却器的零部件名称 9

3.3 冷却器的主要组合部件 10

第四章 冷却器材料选择 11

4.1 选材原则 11

第五章 冷却器结构设计 12

5.1 壁厚的确定 12

5.2 管箱圆筒短节设计 13

5.3 壳体圆筒设计 14

5.4 封头设计[1～3] 15

  5.4.1 后封头计算 16

  5.4.2 管箱封头计算 17

5.5 换热管设计 18

  5.5.1 换热管的规格和尺寸偏差 18

  5.5.2 U形管的尺寸 19

  5.5.3 管子的几种排列方式 19

  5.5.4 布管限定圆 20

5.6 管板设计 21

5.7 管箱结构设计 22

  5.7.1 管箱的最小内侧深度 22

  5.7.2 分程隔板 22

第六章 冷却器其他各部件结构 24

6.1 进出口接管设计 24

  6.1.1 接管法兰设计 24

  6.1.2 接管外伸长度 26

  6.1.3 接管开孔补强的设计计算 26

  6.1.4 接管最小位置 30

  6.1.5 壳程接管位置的最小尺寸 30

  6.1.6 管箱接管位置的最小尺寸 30

6.2 管板法兰设计 31

  6.2.1 垫片的设计 31

  6.2.2 螺栓设 32

  6.2.3 法兰设计 34

6.3 折流板 37

  6.3.1 折流板尺寸 37

  6.3.2 折流板的布置 38

6.4 拉杆与定距管 39

  6.4.1 拉杆的结构型式 39

  6.4.2 拉杆的直径和数量 39

  6.4.3 拉杆的尺寸 39

  6.4.4 拉杆的布置 40

6.5 防冲与导流 40

  6.5.1 防冲板的形式 40

  6.5.2 防冲板的位置和尺寸 41

  6.5.3 导流筒 41

6.6 双壳程结构 41

6.7 防短路结构 42

  6.7.1 旁路挡板的结构尺寸 42

  6.7.2 挡管 42

  6.7.3 中间挡板 42

6.8 鞍座 43

结论 44

参考文献 45

致谢 46