广东石油化工学院专科毕业设计：U型管换热器设计
4．6鞍座校核 ........................................................................................... 30 4．7筒体校核 ........................................................................................... 30 第五章 本设计采用的制造方法及工艺 ............................................................ 33 参 考 文 献 ..................................................................................................... 35
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前言 前 言
换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，实现热量传递的设备，又称热交换器。
换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。换热器是很多工业部门广泛应用的一种常见设备，通过这种设备进行热量的传递，以满足生产工艺的需要。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。
换热器在化工行业中的应用是十分广泛的，各种化工生产工艺就都要用到它。在制冷工业中，以食品冷藏业常用的以氨为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置为例，经过压缩机压缩后的气态氨在冷凝器中被冷凝为液体；液化后的高压液态氨在膨胀机或节流阀中绝热膨胀，使温度下降到远低于周围环境的温度；这种低温氨流体在流经蒸发器时吸热蒸发而回复到原先进入压缩机时的氨气状态。然后，再重复新的循环。在其他各种制冷装置中，都存在冷凝器和蒸发器等换热器。
在火力发电厂中，装有空气预热器、燃油加热器、给反应产物加热器、整齐冷凝器等一系列的换热器。其实，蒸汽锅炉本身也可以看作是一个大型复杂的换热器。燃料在炉膛中燃烧产生的热量，通过炉膛受热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤器加热工质，使工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。
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广东石油化工学院专科毕业设计：U型管换热器设计
第一章 绪论
1．1 换热器的应用及其发展
1.1.1 换热器的应用
1．换热器在近代工业中的应用
在化工生产中，换热器是主要的工艺设备之一。例如，在氮肥生产中，氮气与氢气的混合气体要在500℃左右的高温才能在催化剂的作用下合成氨，而氨与未反映的氮、氢气体的分离，则需要通过冷却与冷凝的办法以液体的形式分离出来。这一生产过程中的加热、冷却与冷凝就是通过换热器实现的。在酒精生产中，酒精精馏塔在操作时，原料液需预热，釜底液体需在再沸器中加热，塔顶产生的蒸汽需冷凝。这一生产过程中的预热、加热和冷凝也都是通过换热器实现的。换热器在化工行业中的应用是十分广泛的，各种化工生产工艺就都要用到它。
在制冷工业中，以食品冷藏业常用的以氨为制冷剂的蒸汽压缩制冷装置为例，经过压缩机压缩后的气态氨在冷凝器中被冷凝为液体；液化后的高压液态氨在膨胀机或节流阀中绝热膨胀，使温度下降到远低于周围环境的温度；这种低温氨流体在流经蒸发器时吸热蒸发而回复到原先进入压缩机时的氨气状态。然后，再重复新的循环。在其他各种制冷装置中，都存在冷凝器和蒸发器等换热器。
在火力发电厂中，装有空气预热器、燃油加热器、给反应产物加热器、整齐冷凝器等一系列的换热器。其实，蒸汽锅炉本身也可以看作是一个大型复杂的换热器。燃料在炉膛中燃烧产生的热量，通过炉膛受热面、对流蒸发受热面、过热器及省煤器加热工质，使工质汽化、过热成为能输往蒸汽轮机的符合要求的过热蒸汽。
在核电长中，蒸汽发生器是一项很重要的工艺设备。核燃料裂变所产生的大量的热量首先传给冷却剂，冷却剂在蒸汽发生器中再将热量传给反应产物、使反应产物汽化成蒸汽，由蒸汽来转动汽轮发电机发电。此外，在核电厂系统中还装有各种加热器、蒸汽冷凝器等换热器。
在动力、化工、制冷等工业中，换热器不仅是不可缺少的工艺设备，而且在金属消耗和投资方面也占有较大的比例。在火力发电厂中，如果将锅炉也作为换热设备，则换热器的投资约占电厂总投资的70%左右。在一般石油
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第一章 绪论 化工企业中，换热器的投资约占总投资的30% ～40%。 2．换热器在节能降耗中的应用
换热器在节能技术改造中具有很重要的作用，表现在两个方面：一是在生产工艺流程中使用着大量的换热器，提高这些换热器的效率，显然可以减少能源的消耗；另一方面，用换热器来回收工业余热，可以显著地提高设备的热效率。
工业预热数量大，分布广，各国均已把余热回收列为节能工作的一个重要方面。研究表明，换热器是最有效的余热回收设备。以锻造加热炉为例，普通加热炉每公斤锻件的能耗为0.7公斤标准燃料，而装有换热器的加热炉每公斤锻件的能耗只有0.15公斤左右标准燃料。烧燃料的工业炉，约有60%～70%的热量由烟气带走，被浪费掉了。有段时期国内偏重于用余热锅炉来回收烟气余热，而较少采用换热器。余热锅炉的热回收率虽较高，但它无助于工业炉本身热效率的提高，因而无助于炉用高质燃料的节省。装设换热器利用烟气余热来预热工业炉的进风，可使工业炉本身的热效率得到提高，因而可以节省炉用高质燃料。用普通换热器将空气预热至300～400℃，一般可节约燃料15%～25%，用高温换热器时可以取得更好的效果，节约燃料可达40%以上。烧低热值染了的加热炉，将空气和煤气预热至300℃，可使升温速度提高1～2倍，可使产量提高20%～30%。对于烧油的炉子，预热工期有助于染有雾化质量的改善，使燃料得到充分的燃烧。换热气的后面再装预热锅炉，可使燃料热量的利用率达到80%～90%。由此可见，工业炉烟气的余热回收，应首先满足炉内需要以节省炉用高质燃料；然后早考虑外部需要，争取得到更大的经济效益。对于其他余热的回收，也应遵守以节约燃料为中心进行综合利用的原则。由于工业余热分布广、形式各种各样，故节能方案也各不相同，但在各种节能方案中，换热器几乎是不可缺少的。
1.1.2换热器的发展
1.换热设备的发展概况
换热器在工业中的应用，至少已有200余年的历史。200余年的换热器发展史，可大致划分为三个时期：20世纪以前为原始时期；20时间的前50年为初步发展时期；近30余年为迅速发展时期。
（1）原始时期
这个时期的换热器大都是由铸铁管组装而成的管式换热器，主要用于动
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力、化工、钢铁等工业部门。19实际50年代，考贝尔和西门子分别发明了炼铁炉和炼钢炉用的蓄热室。由于用蓄热室预热空气比用当时的金属换热器所能达到的温度高，因而逐渐取代了原始的铸铁管换热器，成为19世纪后50年中工业炉的主要换热设备。
（2）初步发展时期
20世纪初，换热器开始进入了一个新的发展时期─在科学理论指导下的初步发展时期。在20世纪的前50年中，换热器的发展发生了如下变化：
①管式换热器发展迅速
50年代初，U型管式、套管式、绕管式、蛇管式等各种管式换热器，其结构已近于比较完善的程度，许多国家都制订了系列标准。随着冶金工业的发展，钢、合金钢、铝、钢等均已成为管式换热器广泛采用的材料。为了提高换热器的效率，30年代已出现了肋片管式换热器。这一时期，管式换热器在所有的换热设备中占据着绝对优势。
②出现了多种板式结构换热器
由于“板式”传热表面的传热性能比“管式”优越，相继出现了板式、螺旋板式、板肋式、板壳式等以板片为基本构件的换热器。与管式换热器相比，这些板式结构换热器的突出优点是传热效率高、结构紧凑、质量小、，因此受到各工业部门的重视。
（3）迅速发展时期
进入50年代以后，科学技术和工业生产有了飞速发展，使换热器也进入了一个飞速发展时期。
①管式换热器的发展
随着强化传热技术的发展，各种型式的强化传热管相继出现。在U型管式换热器中，强化传热管已被广泛采用，在提高传热效率、提高紧凑性和降低材料消耗等方面均取得了显著效果。
通过选用新型材料和对关键受力部件的改进，操作温度和压力都有了明显的提高，目前U型管式换热器的最高操作温度可达1500℃（压力为8MPa）。
②板式结构换热器得到广泛应用
随着工艺和传热学的发展，板式结构换热器在设计和生产上遇到的问题逐步得到解决，近20年来发展很快，已在许多工业部门中得到广泛应用。在压力较低、温度不高、流量不很大的若干场合，各种板式结构换热器已逐步
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