【導讀】本文介紹了U型管換熱器的整體結構設計計算。U型管換熱器僅有一個管板，管。用雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好，承壓能力強，管束可從殼體內抽出，便于檢修和清洗，且結構簡單，造價便宜。U型管式換熱器的主要結構包括管箱、筒。本次設計為二類壓力容器，設計溫度和設計壓力都較高，因而設計要求高。器采用雙管程，不銹鋼換熱管制造。以及零部件的選型和工藝設計。

　　

【正文】 B/T471292 鞍式支座的選擇重型 BI 型焊制鞍式支座（表 7） 當 DN=1200mm 取鞍式支座的相關尺寸如下： 序號 項目 符號 單位 數值 1 公稱直徑 DN mm 1200 2 允許載荷 Q KN 562 3 鞍座高度 h mm 200 4 底板 mm 880 mm 170 mm 12 5 腹板 mm 10 6 筋板 mm 200 mm 140 mm 180 mm 10 7 墊板 弧長 mm 1410 29 mm 270 mm 8 e mm 40 8 螺栓間距 mm 720 9 帶墊板鞍座質量 M Kg 80 10 包角 ? 120 11 型號 BI 重型 F,S各一 、鞍座的應力校核 （ 1） 原始數據表 序號 項目 符號 單位 數值 1 設計壓力 MPa 2 設計溫度 t 186。C 180 3 物料密度 4 筒體內徑 mm 1200 5 筒體長度 L m 6530 6 公稱厚度 mm 12 7 厚度附加量 C mm 2 8 鞍座型號 BI 9 鞍座中心線離封頭切線的距離 H mm 300 10 鞍座腹寬 B mm 170 30 11 腹板厚度 mm 10 12 鞍座包角 ? 120 13 容器與封頭 的材料 16MnR 14 容器與封頭的許用應力 MPa 170 15 鞍座材料 16MnR 16 鞍座材料許 用應力 MPa 170 17 容器自重 m kg 11526 18 物料重量 Kg 7368 19 總重量 M kg 18894 （ 2） 校核計算 序號 項目 符號 單位 數據來源及計算公式 數值 1 支座反力 F N 2 系數 C1 3 系數 C2 4 系數 C3 5 筒體在支座跨中截面處的彎矩 M1 Nmm 錯誤 !未找到引用源。 6 筒的支座截 面的彎矩 M2 Nmm 7 跨中截面處的軸向應力（最高點） MPa 31 8 跨中截面處的軸向應力（最低點） MPa 9 系數 A 10 系數 B MPa GB1501998 圖 63 148 11 軸向許用壓 縮應力 MPa B=148 MPa 148 12 比較 錯誤 !未找到引用源。 =128 MPa 驗算合格 筒體和封頭中的切向剪應力 13 系數 《過程裝備設計》表 52 14 切向剪應力 max? =iei RHLALR FK 34 23 ? ??? 15 橢圓形封頭的形狀系數 K 標準橢圓形封頭 K= 16 封頭內壓引 起應力 126 17 比較 錯誤 !未找到引用源。 ,錯誤 !未找到引用源。 驗算合格 筒體的周向應力 18 鞍座截面筒體最低 處的周向應力 錯誤 !未找到引用源。 19 系數 K5 《過程裝備設計》表 53 20 筒體有效寬度 mm 21 鞍座邊角處筒體的 周向應力 MPa 22 系數 K6 《過程裝備設計》表 53 23 比較 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 ,錯誤 !未找到引用源。 驗算合格 鞍座腹板應力 24 系數 K’ 《過程裝備設計》表 55 32 25 鞍座承受水平分力 Fs N SF = K′ F 26 鞍座計算高度 mm 取實際高度 200 27 取 錯誤 !未找到引用源。 和 錯誤 !未找到引用源。 中較小者為 錯誤 !未找到引用源。 即 錯誤 !未找到引用源 。 =100 28 鞍座有效斷面平均應力 MPa 29 比較 錯誤 !未找到引用源。 驗算合格 第三部分、換熱器的制造、檢驗、安裝與維修 換熱器的制造、檢驗與驗收 換熱器的制造、檢驗與驗收，應遵守 GB1511999 和 GB1501998 的有關規(guī)定。 筒體 a 圓筒內直徑允許偏差：用板材卷制時，內直徑允許偏差可通過外圓周長加以控制，其外圓周長允許上偏差為 10mm，下偏差為 0。 b 圓筒同一斷面上，最大直徑與最小直徑之差為 e≤ %DN， DN=% 1100= c 圓筒直線度偏差為 L/1000，且當 L≤ 6000mm 時，其值不大于 。 L=6000mm 所以直 線度允許偏差 。進行檢查時，應通過中心線和垂直面即沿圓周 0176。、 90176。、180176。、 270176。四個部位測量。 d 殼體內壁凡有礙管束順利裝入或抽出的焊縫均應磨至與母材表面齊平。 e 插入式接管不應伸出管箱、殼體和頭蓋的內表面。 33 換熱管 a 換熱管管端外表面應除銹，用于焊接時，管端清理長度應不小于管外徑，且不小于25mm。 b 管端坡口應采用機械方法加工，焊前應清洗干凈。 管板 a 管板由低合金鋼鍛件 16MnR 制成，加工前表面不平度不得大于 2mm，如超過此值，應先進行校平，然后進行加工 。 b 拼接管板的對接接頭應進行 100%射線或超聲檢測，按 JB473094 進行表面檢測，檢測結果不低于Ⅲ級，或超聲檢測中的Ⅰ級為合格。 c 換熱管與管板的連接：二者采用焊接的形式連接，連接部位的換熱管和管板孔表面，應清理干凈，不得有毛刺、鐵屑、銹斑、油污等。焊渣及凸出于換熱器內壁的焊瘤均應清除。 d 管板與換熱管焊接時，管孔表面粗糙度 Ra 值≤ 25181。m。 折流板、支持板 a 折流板、支持板的管孔直徑及允許誤差按 GB1511999 中 的規(guī)定為： ，但允許超差 的管孔數不得超過 4%。 b 折流板、支持板外圓表面粗糙度 Ra值不得大于 25181。m，外圓面兩側的尖角應倒鈍。還應取出折流板、支持板上的任何毛刺。 管束的組裝 a 拉桿上的螺母應擰緊，以免在裝入或抽出管束時，因折流板竄動而損傷換熱管。 b 穿管時不應強行敲打，換熱管表面不應出現凹癟或劃傷。 c 除換熱管與管板間以焊接連接外，其他任何零件均不準與換熱管相焊。 d 管箱應在補焊后作消除應力的熱處理，設備法蘭應在熱處理后加工。 e 換熱器的密封面應予以保護，不得因磕碰劃傷 、電弧損傷、焊瘤、飛濺等二損壞密封面。 34 換熱器的組裝 a 換熱器零、部件在組裝前應認真檢查和清掃，不應留有焊疤、焊接飛濺物、浮銹及其他雜物等。 b 吊裝管束時，應防止管束變形和損傷換熱管。 c 螺栓的緊固至少應分三遍進行，每遍的起點應相互錯開 120176。角。 壓力試驗 壓力試驗的方法及要求應符合 GB1501998《鋼制壓力容器》第十章 的規(guī)定。 U型管換熱氣的壓力試驗的順序：先用試驗壓環(huán)進行殼程試驗，同時檢查接頭，水壓試驗壓力 1Mpa（表壓）在進行殼程試驗，合格后，再以 （ 表壓）進行氣密性試驗。 換熱器的安裝與維護 安裝 ：根據該換熱器的結構形式，在換熱器的兩端留有足夠的空間來滿足拆裝、維修的需要。 ：必須使換熱器不發(fā)生下沉。在活動支座的一端應予埋滑板。 （ 1）活動支座的地腳螺栓應裝有兩個緊鎖的螺母，螺母與底板間應留有 1～ 3mm的間隙。 （ 2）地腳螺栓兩側均有墊鐵。設備找平后，斜墊鐵，可與設備支座底板焊牢，但不得與下面的平墊鐵或滑板焊死。 （ 3） 墊鐵的安裝不應妨礙換熱器的熱膨脹。 維護 換熱器不得在超過銘牌規(guī)定的 條件下進行。要經常對管殼程介質的溫度和壓降進行監(jiān)督，分析換熱器的泄漏和結構情況。在壓降增大和傳熱系數降低超過一定數值時，應根據介質和換熱器的結構，選擇有效的方法進行清洗。應經常監(jiān)視管束的振動情況。 35 結束語 這次設計是在大學完成四年全部課程的基礎上，通過實習對 10 104 廠的實地考察，參觀了一系列的換熱設備，查閱了相關資料的基礎上進行的。是一次理論與實踐相結合的綜合性訓練。兩個多星期以來，我們在指導教師的熱心指導下，經過個人的努力，順利完成了本次設計任務。 本次設計大致分四個步驟，首先進 行的是工藝部分的計算，確定出換熱面積、換熱管數、管長、管程及殼程流體的流速、換熱器筒體的內徑等：然后就開始換熱器的結構設計，通過已知條件及工藝計算部分的結果選定 U型管換熱器，其中涉及到了一系列零部件的設計和選擇，這步工作需要參照 GB151， GB150 等國家標準進行設計；接著進行各零部件的強度校核，用以保證各零部件的強度和剛度，這也是設計的難點和重點。這三步工作完成以后，最后就是繪圖和論文的編排與打印。 設計是一個從無到有的過程，其中有很多因素都必須考慮到，因此需要一定的耐心和細心才能夠完得成。 在這次的課程 設計過程中，使我學到了很多知識，把以前的理論知識聯(lián)系到實際當中，但是，由于時間和自己掌握的知識有限，在設計的過程中難免有錯誤，衷心希望老師指正。 36 參考文獻 [1] GB 1501998 《鋼制壓力容器》 [2] GB 1511999 《鋼制管殼式換熱器》 [3] JB/T 473795 《橢圓形封頭》 .北京：機械工業(yè)出版社， 1996 [4] JB/T 471792 《 U型管式換熱器型式與基本參數》 [5] JB/T 4737 《橢圓形封頭》 .北京：機械工業(yè)出版社， 1996 [6] GB 132962020 《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》 [7] HG 20592～ 2063597 .鋼制管法蘭、墊片、緊固件 [8] 錢頌德主編 .《換熱器設計手冊》 .北京：化學工業(yè)出版， [9] 化工部設備設計技術中心站 毛希瀾 .《化工設備設計全書（換熱器設計）》 [10]國家質量技術監(jiān)督局 .壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程 .北京：中國勞動社會保障出版社， 1999 [11]蘭州石油機械研究所 .換熱器 .北京：烴加工出版社， 1998 [12]JB/T 470992 《鋼制壓力容器焊接規(guī)程 》 [13]《化工設備設計全書》編輯委員會編，化工設備設計全書 —— 換熱器，化學工業(yè)出版社， 2020 年 5月第一版