u型管换热器强度设计

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1、淮海工学院二〇一〇届本科毕业设计（论文）第41页共42页1绪论1.1课题背景随着世界性的能源危机波及到了装备制造业及石油化工这些耗材及耗能的大户，以及国家节能减排长期国策的确立，作为能量回收装备—热交换设备的提高传热效能及降低能耗的研究被提高到了很重要的地位。这些研究归纳为以下几个方面：（1）传热与流动研究：旨在提髙传热及压降计算的准确性，寻求提髙传热效率，降低压降的途径。这方面研究主要涉及到：物性模拟研究、分析设计研究（如温度场、流动分布的模拟研究等）、传热及流动试验和工艺计算软件的开发等。（2）换热设备大型化、新型热交换设备的开发及降低

2、能耗、节水的研究。（3）强化传热的研究：如强化传热管研究、板管的研究（如板壳式、板空冷等）。（4）材料研究（相容性及经济性的结合）。（5）抗腐蚀及控制结垢的研究（涉及使用寿命及保持传热效率）。1.2国内外发展概况换热器是进行热交换操作的通用工艺设备，被广泛应用于各个工业部门，尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。换热器分类方式多样，按照其工作原理可分为：直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类，其中间壁式换热器用量最大，据统计，这类换热器占总用量的99%。间壁式换热器又可分为管壳式和板壳式换热器两类，其中管壳式换热器以其高度的可靠性

3、和广泛的适应性，在长期的操作过程中积累了丰富的经验，其设计资料比较齐全，在许多国家都有了系列化标准。近年来尽管管壳式换热器也受到了新型换热器的挑战,但由于管壳式热交换器具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点,管壳式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。目前，我国已制定了列管式换热器的系列标准，但还有很多场合，所用列管式换热器是根据生产要求设计的非定型设备。管壳式换热器的效率问题是设计的核心。多年以来，国内外学者对列管式换热器的研究工作从来都没有间断过，目前研究的焦

4、点主要集中在高温、高压和大型换热设备，如何优化它们的结构以提高其传热效果。这方面的研究进展对于改善石油、化工、医药、食品等众多生产领域的生产工艺、节省能源消耗、降低生产成本、提高产品竞争能力，具有十分重要的意义。淮海工学院二〇一〇届本科毕业设计（论文）第41页共42页1.3设计目的与要求通过此次毕业设计，培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，使学生得到从事实际工作所必需的基本训练和进行科学研究工作的初步能力。本次毕业设计通过U型管换热器强度设计和结构设计结合起来，掌握典型过程设备设计的一般程序，初

5、步掌握科学研究的基本方法与科学论文的写作技巧与规范。本设计要求我们熟悉过程设备设计的基本方法跟程序，熟悉相关的国家级行业标准，掌握设计方法跟程序，能独立完成课题所规定的内容。本次毕业设计将通过把工艺设计和机械设计结合起来，进行完整的换热器设计，掌握化工设备设计的一般方法和步骤，熟悉和了解有关国家标准、行业标准以及相应的设计规范，培养综合运用所学理论知识去分析、解决实际问题的能力，使我们受到本专业工程师的系统训练。1.4课题简介换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备，故又称热交换器。它是化工、炼油、动力和原子能及许多工业部门广

6、泛应用的一种通用设备，是保证工艺流程和条件，利用二次能源实现余热回收和节约能源的主要设备。在化工厂换热器约占总投资的10-20%；由于工艺流程不同，生产中往往进行着加热、冷却、蒸发或冷凝等过程。通过换热器热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺需求。1.4.1U型管式换热器换热设备有多种多样的形式，每种结构形式的换热设备都有其本身的结构特点和工作特性，有些结构形式，在某中情况下使用是好的，但是，在另外的情况下，却不太适合，或就根本不能使用。根据管壳式换热器的结构特点，可分为固定管板式、浮头式、U型管式和填料函式四类。U型管式管式

7、换热器的典型结构如图1-1所示，U形管式换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上。此类换热器的特点是管束可以自由伸缩，不会因管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性能好；管程为双管程，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。缺点是管内清洗不便，管束中间部分的管子难以更换，又因最内层管子弯曲半径不能太小，在管板中心部分布管不紧凑，所以管子数不能太多，且管束中心部分存在间隙，使壳程流体易于短路而影响壳程换热。此外，为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部分需用壁较厚的管子。这就影响了它的

8、使用场合，仅宜用于管壳壁温相差较大，或壳程介质易结垢而管程介质清洁及不易结垢，高温、高压、腐蚀性强的情形。淮海工学院二〇一〇届本科毕业设计（论文）第41页共42页图1-1U型管换