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1. 研究目的与意义

换热器是常用的过程设备之一，如果要求的传热面较大，工程上常常采用重叠式换热器。本课题要求设计这样一台换热器，由两台结构相同的U形管换热器相叠加并用蒸汽对导热油进行加热，以达到工艺的要求。

要求学生能够用AutoCAD软件绘制相关设计图纸，并且按照相关标准规范对其进行工艺计算，结构及强度计算，并撰写设计计算及说明书。

通过该课题的训练，使学生掌握典型化工设备的设计过程以及相关标准规范，以适应将来可能从事的设计工作。

2. 国内外研究现状分析

随着经济的飞速发展，石油化工企业的生产规模、加工能力日趋壮大，对于设备制造技术的要求也越来越高，设备本体也向超大超厚方向发展。但是受到运输、起重设备等方面的限制，许多在制造车间无法完成的工作人需要在现场进行组焊。中国石油天然气第六建设公司闫军发表的《大厚壁接管现场焊接在重叠式换热器中 的应用》，分析了重叠式换热器接管在现场组焊中的技术难点，提出了相应的焊接对策及检测方法。通过本焊接工艺措施，成功的完成了施工任务，焊接一次合格率达到了100%，保证了工期与焊接质量，节约了成本。

在压力容器制造过程中，焊接变形可能使焊件或部件尺寸形状改变而无法组装，使整个结构丧失稳定而不能承受载荷，使产品质量降低，有时甚至导致产品报废。中石油第二建设公司马玲、董虎林、孙红文发表的《重叠式换热器壳体法兰焊接变形控制》，针对冷却器壳体两端法兰变形的问题，分析变形原因，提出校正法兰焊接变形的措施。

此外，由于重叠式换热器重大，工况又比较复杂，其下壳体和支座又可能发生失稳。因此，北京燕山石油化工股份有限公司设计院胡跃华发表的《大型重叠式换热器支座和壳体的校核与设计》，对大型重叠式换热器支座和壳体的受力情况进行了分析，并给出了校核和设计的方法。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

换热器是常用的过程设备之一，如果要求的传热面较大，工程上常常采用重叠式换热器。本课题要求设计这样一台换热器，由两台结构相同的u型管换热器相叠加并用蒸汽对导热油进行加热，以达到工艺的要求。

重叠式u形管换热器，该换热器包括第一和第二换热器，每一个换热器均为同一型号的u形管换热器；均设置有热蒸汽入口、热蒸汽出口、导热油入口、导热油出口，第一换热器上的导热油和热蒸汽出口分别为第二换热器上的导热油和热蒸汽的出口。重叠式换热器的优点，能够充分地将导热油的进行加热。

4. 研究创新点

重叠管壳式换热器在炼油厂和化工厂中是比较常见的安装形式。本设计做的是一个导热油的加热器，高温高压。由于管内流动的是热蒸汽，壳体走的是冷油，有较大的温差存在，管道不易结垢，且壳程走的是冷油，粘度大，震动较小，所以选择了U形管换热器。且U形管换热器可以自如伸缩，不需设置膨胀节。

由于冷油不易加热，因此换热路程一定要长，这样才能使导热油获得更多的热量。换句话说导热油的换热面积要足够的大，但是考虑到换热的体积是有限制的，不能过长。如果长度有限，想要增强传热，只好增加传热面积来强化换热。若选择增大换热器直径以增大换热面积时将会发现，此时传热系数降低，散失的热量也会加倍。因此，我们选择相同型号的U形管换热器进行重叠，以达到增强传热的效果。