105平方冷凝器的选型及工艺计算毕业设计.doc

2.105m2冷凝器的选型及工艺设计 2.1冷凝器设计示列 已知一卧式固定管板式换热器的工艺条件如下：换热器工程直径为1000mm，换热管长度3000mm，换热面积105m2;壳程价质为二次蒸汽，轻微腐蚀，操作压力20kpa（绝压），工作温度60c0，；管程价质为冷却水，操作压力0.4mpa，工作度3238c0，双管程，换热管规格为f25mm2mm,换热管间距36mm，数量545根，材料0cr8ni9；蒸汽进口管f377mm8mm，冷凝水出口管f57mm，冷却水进，出口管均为f219mm6mm。2.2冷凝器结构设计材料选择。根据换热器的工作状况及价质特性，壳程选用0cr18ni9，管程选用q235b，管板选用0cr18ni9。换热管。换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热量的交换。选用较高等级换热管，管束为级管束。 换热管的选择排列方式：正三角形、正方形直列和错列排列。图2-1换热管排列方式 各种排列方式的优点： 正方形排列：易清洗，但给热效果差； 正方形错列：可提高给热系数； 等边三角形：排列紧凑，管外湍流程度高，给热系数大。 换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。强度胀接主要适用于设计压力小4.0mpa；设计温度300；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。管板。管板选用兼作法兰结构，管板密封面选用jb!t4701标准中的突面密封面。换热管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板两侧换热管中心距取44mm，实际排列548跟换热管。分成隔板与分程隔板槽。分成隔板厚度10mm，开设f6mm泪孔；分成隔板槽宽12mm，深度4mm；垫片材料为石棉橡胶板，厚度为3mm。换热管与管板的连接。换热管与管板的连接采用焊接结构，其中l1=2mm，l3=2mm。支持板。换热器的壳程为蒸汽冷凝，不需折流板，但考虑到到换热管的支撑，姑设置支持板。换热管无支撑最大跨距为1850mm,因此换热管至少需要3块儿支持板。本设计采用3块儿支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度为25%筒体内直径。拉杆与拉杆孔。选用8根f16mm拉杆，拉杆与管板采用用螺纹连接。拉杆两端螺纹为m16拉杆孔深度为24mm定距管及拉杆的选择 拉杆常用的结构型式有：a. 拉杆定距管结构，见图4-7-1（a）。此结构适用于换热管外径d19mm的管束且l2la（la按表4-5-5规定）b. 拉杆与折流板点焊结构，见图4-7-1（b）。此结构适用于换热管外径d14mm的管束且l1d；c. 当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。图2-1 拉杆结构型式这里我们选用拉杆定距管结构。 拉杆的尺寸拉杆的长度l按实际需要确定，拉杆的连接尺寸由图4-7-2和表4-7-1确定。图2-2 拉杆连接尺寸 拉杆的位置 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板不应少于3个支承点。 定距管尺寸 定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。对管程是不锈钢，壳程是碳钢或低合金钢的换热器，可选用与不锈钢换热管外径相同的碳钢管作定距管。定距管的长度，按实际需要确定。管箱。管箱法兰选用容器法兰，规格为“re 10000.6 jb!t47012000”。封头选用标准椭圆形封头，规格为“eha 10008 jb!t47462002”。管箱接管采用径向接管，前端管箱开设冷却水进，出口管，后端管箱上不开设3!4压力表接口，下部开设dn25排净口。前端管箱筒节长度500mm，后端管箱筒节长度260mm。支座。卧式换热器多采用鞍式支座，立式换热器可采用耳式支座，大型立式换热器也可采用裙座支座承。当采用耳式支座，公称直径dn800mm时，应至少安装2个支座，且对称布置；工程直径dn800mm时，应至少安装4个支座，均匀布置。当选用鞍式支座时，支座在换热器上的布置按下列原则确定（其中个参数代号如图5-15所示）图2-3 卧式换热器鞍座安装位置1.当l3000mm时，取lb=（0.40.6）l；2.当l3000mm时，取lb=（0.50.7）3.尽量使lc和l相近。换热器采用鞍式支座，型号为“bi 1000jb!t 4712.12007”，固定式和滑动式支：座各一个，固定式支座安装在靠近冷却水进口端，两支座距离为1700mm，支座螺栓孔中心矩管板密封面650mm。接管。换热器接管选用无缝钢板。蒸汽进口焊接连接，压力表口采用螺纹连接，其余为法兰连接，法兰标准为hg!t 205922009，法兰类型为板式平焊（pl），法兰密封面为头面（rf），法兰公称压力均为16bar。采用补偿圈结构进行开孔不强。3. 强度与稳定性计算3.1壳程圆筒厚度计算已知条件:筒体内径 工作压力工作温度 筒体长度 l=3000mm材料0cr18ni19设计参数：设计压力 设计温度通体计算长度l=3000mm 腐蚀裕量3.1.1筒体厚度圆筒承受外压，故需进行稳定性计算。圆筒名义厚度取值为表5-2规定的最小厚度6mm，取钢板厚度负偏差,则筒体有效厚度为 筒体外直径 由gb150表6-2查得，a=0.00017。查gb150图6-7，得e=1.91105mpa,a直落在曲线的直线段上，所以 圆筒稳定性满足要求。3.1.2管箱圆筒已知条件：筒体内径 工作压力 工作温度 材料q235b设计参数：设计压力p=0.45mpa 设计温度腐蚀裕量 焊接接头系数3.1.3管箱厚度 设计厚度 考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度。根据表5-1，管箱最小厚度应不小于为8mm。所以去管箱名义厚度为，有效厚度 3.1.4管箱封头已知条件：封头内经 工作压力工作温度材料q235b设计参数：设计压力 设计温度腐蚀裕量 焊接接头系数计算压力 封头计算厚度3.1.5管箱封头厚度 设计厚度 （mm)考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度。根据表5-1，管箱最小厚度应不小于为。所以取管箱名义厚度为，有效厚度 满足最小厚度要求3.2水压试验应力校核3.2.1 压力试验及其强度校核 容器制成以后（或检修后投入生产前），必须作压力试验或增加气密性试验，其目的在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。 对需要进行焊接后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力实验和气密性试验；对于分段交货的压力容器，可分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。压力实验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验，对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。液压试验： 液压试验一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪电或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水压进行液压试验后，应将水渍清除干净。当无法清除时，应该控制水中氯离子含量不超过25 mg/l。 试验温度：对碳钢、16mnr、15mnnbr和正火的15mnvr钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5；其他低合金钢制容器液压试验时，液体温度不得低于15。如果由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则需相应提高试验液体的温度。 试验方法：试验时容器顶部应设排气扣，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中应保持容器观察表面干燥；试验时压力应缓缓上升至设计压力无泄漏，再缓缓上升，达到规定的试验压力后，保压时间一般不少于30 min。然后将压力降至规定试验压力的80%，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验，直至合格。对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验；液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。本换热器的设计采用水压试验来检验强度应力的校核。3.2.2管程水压试验压力 取。由于壳程试验压力小于管程试验压力，故去壳程试验压力等于管程试验压力。3.2.3管程试验压时圆筒应力 试验应力满足要求。3.2.4壳程试验时圆筒应力 实验应力满足要求。3.3开孔补强3.3.1壳程筒体开孔补强已知条件：壳体材料0cr18ni9, 许用应力内径 名义厚度厚度负偏差 腐蚀裕量有效厚度 接管材料0cr18ni9许用应力 外径名义厚度 厚度负偏差腐蚀裕量 有效厚度 强度削弱开孔直径 有效补强宽度 外侧有效高度 内侧有效高度 根据外压圆筒稳定性计算方法，试算得到圆筒和接管的计算厚度分别为和。3.3.2开孔削弱所需的补强面积 （mm2)壳体多余金属面积 =(726-363)(5.4-5.15)=91(mm2)接管多余金属面积 =253.9（7-0.92）1.0=655（mm2)焊缝金属面积 （mm2)有效补强面积 （mm2)需要另加补强面积 （mm2)采用补强圈补强，选用标准补强圈，外径620mm，则补强圈计算厚度为 取补强圈名义厚度为6mm。管箱筒体开孔补强通过计算不需另加补强（此出计算略)。3.4管板计算3.4.1壳程圆筒设计压力 设计温度平均金属温度 装配温度材料名称0cr18ni9设计温度下的的许用应力 平均金属温度下的弹性模量平均金属温度下的热膨胀系数壳程圆筒内经 壳程圆筒名义厚度壳程圆筒有效厚度壳体法兰在设计温度下的弹性模量 壳程圆筒内直径横截面积 壳程圆筒金属横截面积 3.4.2管箱圆筒设计压力 设计温度材料q235b设计温度下弹性模量 管箱圆筒名义厚度（管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值）管箱圆筒有效厚度管箱法兰设计温度下弹性模量 3.4.3换热管材料名称0cr18ni9 管子平均温度设计温度下管子材料许用应力 设计温度下管子材料屈服应力 设计温度下管子材料弹性模量 平均金属温度下管子材料弹性模量 平均金属温度下管子材料热膨胀系数 管子外径 管子壁厚 管子根数n=548 换热管中心距 s=36mm一根管子金属横截面积 换热管长度 管子有效长度（两管板内测间距，假设管板厚度为31mm） l=2938mm管束模量 管子回转半径 管子受压失稳当量长度 系数比值管子稳定许用压应力 3.4.4管板材料名称0cr18ni9 设计温度设计温度下许用应力 设计温度下弹性模量 管板腐蚀裕量 假设管板厚度31mm管板计算厚度隔板糟面积（包括拉杆和假管区面积）mm2管板强度削弱系数管板刚度削弱系数管子加强系数 ，k=9.05管板和管子连接形式和尺寸焊接，焊接高度 焊接许用拉脱应力 3.5 法兰3.5.1管箱法兰材料名称q245r（正火）管箱法兰厚度 法兰外径基本法兰力矩 管程压力操作工况下法兰力矩 (法兰力矩的计算gb150第9章进行）法兰宽度 比值 系数（按，查gb1511999图25） 系数（按，查gb1511999图26） 旋转刚度 3.5.2壳体法兰材料名称0cr18ni9 壳体法兰法兰外径法兰宽度 比值 ，系数（按，查gb1511999图25） 系数（按，查表gb1511999图26） 旋转刚度 法兰外径与内经之比 旋转刚度量纲一参数 3.5.3系数计算管板第一 弯矩系数（按k，查gb1511999图27） 系数系数（按k，q或查gb1511999图29（a)或（b） 换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比 管板第二弯矩系数按k，q或查gb1511999图28（a）或（b) 系数 系数（k，q查图30） 法兰力矩折减系数 管板边缘力矩变化系数 法兰力矩变化系数 3.5.4管板参数管板开孔后面积 管板布管区面积 管板布管区当量直径 系数 系数 系数 系数 管板布管区当量直径与壳体内径之比 区量纲一宽度 3.6压力作用下的危险组合工况 3.6.1仅有壳程压力作用下的危险组合工况 表3-1仅有壳程压力作用下的危险组合工况（）不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差0.0-0.0004178当量压力组合-0.1-0.1有效压力组合-0.557-13基本法兰力矩系数-0.04628-0.001985管板边缘力矩数-0.04496-0.0006627管板边缘剪切力系数-3.089-0.04553管板总弯矩系数3.5820.01448系数仅用于时 0.4750.00192系数当时，按k和m查图31（b）当时，按k和m查图31（a）实线0.8410.1557系数0.8410.145管板径向应力系数-0.040640.003201管板布管区周边处径向应力系数-0.057370.000106管板布管区周边处切应力系数-0.048320.02208壳体法兰力矩系数-0.006706-0.0007334计算机许用计计算机许用应力管板径向应力55.11101.2管板布管区周边处径向应力34.1568.22管板布管区周边处径向应力1.52-16.19壳体法兰应力42.14107.4换热管轴向应力6.26949.14壳程圆筒轴向应力3.264-34.77换热管与管板连接拉脱应力 3.29625.83 3.6.2仅有管程压力作用下的危险组合工况 表3-2仅有管程压力作用下的危险组合工况（）不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差0.0-0.0004178当量压力组合 -0.519-0.519有效压力组合 -3.817-16.26操作情况下法兰力矩系数-0.007726-0.001813管板边缘力矩系数-o.007726-0.001813管板边缘剪切力系数-0.5308-0.1246管板总数弯矩系数 -2.518-0.2066系数仅用于时 0.33390.0274系数当时，按k和m查图31（b）当时，按k和m查图31（a）实线0.90990.2158系数0.90990.2158管板径向应力系数0.0098750.00437管板布管区周边处径向应力系数-0.00906-0.001387管板布管区周边处切应力系数0.010850.02025壳体法兰