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摘 要

热交换器是实现物料之间热量传递的一种节能设备，广泛应用于化工行业。本文以U型管式热交换器为研究对象，主要内容如下：

（1）阐述了热交换器的发展、分类和材料，了解热交换器的基本构造和基本原理。

（2）根据原始数据对热交换器进行设计，具体包括热交换器的工艺计算、结构设计和强度校核。

（3）热交换器的外部设计包括：筒体的设计、封头的设计、管箱和支座的设计。

（4）热交换器的零部件设计包括：换热管的尺寸、管板的厚度以及折流挡板的尺寸。

除了上述设计外，还包括容器法兰、管法兰、开孔与补强、接管处的零部件，其它附件的设计选型等。在完成所有结构设计、强度校核的基础上，并完成CAD施工图图纸的绘制，最终完成热交换器的设计工作。

关键词：U型管式热交换器 工艺计算 结构设计 强度校核

Design of Converter Primary Cooler

Abstract

Heat exchangers are energy-saving devices that achieve heat transfer between materials and are widely used in the chemical industry. In this paper, U-tube heat exchanger as the research object, the main contents are as follows:

(1) Describes the development of heat exchangers, classification and materials to understand the basic structure of heat exchangers and the basic principles.

(2) According to the original data on the heat exchanger design, including the heat exchanger process calculation, structural design and strength check.

(3) The external design of the heat exchanger includes: the design of the cylinder, the design of the head, the design of the tube box and the bearing.

(4) Heat exchanger parts design includes: the size of the heat transfer tube, the thickness of the tube plate and the size of the baffle.

In addition to the above design, but also includes container flange, pipe flange, hole and reinforcement, take over the parts, other accessories design selection. In the completion of all structural design, strength check on the basis of CAD drawings and drawings to complete the drawing, and ultimately complete the heat exchanger design work.

Key Word: U-tube heat exchanger; Process calculation; Structural design; Strength Check

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2本次设计任务 1

第二章 冷却器的工艺计算 2

2.1热工计算 2

2.1.1原始数据 2

2.1.2定性温度与物性参数 2

2.1.3物料与热量衡算 3

2.1.4有效平均温差 3

2.1.5初算传热面积 4

2.1.6换热器结构设计 4

2.1.7管程传热与压降 5

2.1.8壳程传热与压降 5

2.1.9总传热系数 6

2.1.10传热面积与壁温核算 7

2.2详细结构设计与强度设计 7

2.2.1 结构设计 8

2.2.2筒体 8

2.2.3封头 9

2.2.4管程接管补强计算 9

2.2.5壳程接管补强计算 10

2.2.6换热管 11

2.2.7折流板 11

2.2.8拉杆 11

2.2.9管板计算 11

2.2.10换热管与管板连接 13

第三章 冷却器的安装、使用、维修 15

3.1设备安装 15

3.2设备使用 15

3.3设备的维护和检修 15

第四章 经济评价 17

4.1单元设备价格估算 17

4.2设备成本节约 17

4.2.1 采用新的热交换器信息管理系统 17

4.2.2应用新材料 17

第五章 结语 18

参考文献 19

致谢 21

附录：SW6强度校核 22

第一章 绪论

1.1 研究背景

本次毕业设计的课题是设计变换气一级冷却器，冷却器是热交换器的一种，用以冷却流体。热交换器应用行业众多，在化工厂应用中必不可少[1]。一个合格的热交换器必须满足以下要求：

（1）满足工艺要求，传热效率高；

（2）安全稳定，抗破坏能力强，抗弹性变形能力强，耐腐蚀等；

（3）制造简单、维修方便；

（4）经济（能耗低、造价低）[2]。

随着国家对能源和环境的不断重视，热交换器在热量回收和综合利用中扮演着越来越重要的角色，大型化、高效率的热交换器是未来发展的趋势[3]。我国已实现大型热交换器的国产化，但是其中还存在着诸多问题。换热管材料的应用跟不上大型热交换器的发展，热交换器的可靠性受诸多因素影响较为严重，传热和流动的工艺设计技术还不够完善[4]。因此，我国热交换器技术的发展还需要进一步提高。

1.2 本次设计任务

在已知参数下，根据冷却器制造工艺特点及设备设计有关知识，进行热交换器的设计计算，完成热交换器设计，确定其结构尺寸大小，并编制制造工艺规定，完成强度计算。热交换器应严格按照GB150-2011《压力容器》、GB/T151-2014《热交换器》和TSG 21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》等国家标准进行设计，保证热交换器安全可靠[5-7]。

此次设计选用的是U型管式热交换器。其主体由管箱、壳体、管板、管束等零部件组成，并且只有一块管板，质量比其它热交换器较轻。在筒体直径相同的条件下其换热面积最大；管板与筒体是可拆连接，因此管束可抽出进行机械清洗；换热管与筒体间不受温差应力的影响[8-9]。

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