螺旋折流板式换热器的设计毕业设计

编号（）字号本科生毕业设计（论文）题目姓名学号班级二一二年六月螺旋折流板换热器的设计中国矿业大学本科生毕业设计学院化工学院专业过程装备与控制工程设计题目螺旋折流板换热器的设计专题基于起重机械虚拟仿真计算与分析的简单探索毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名日期指导教师签名日期使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名日期学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名日期年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名日期年月日导师签名日期年月日指导教师评阅书指导教师评价一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神优良中及格不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度优良中及格不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力优良中及格不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性优良中及格不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况优良中及格不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）优良中及格不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义优良中及格不及格2、论文的观念是否有新意设计是否有创意优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格建议成绩优良中及格不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师（签名）单位（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）优良中及格不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义优良中及格不及格2、论文的观念是否有新意设计是否有创意优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格建议成绩优良中及格不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师（签名）单位（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况优良中及格不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况优良中及格不及格3、学生答辩过程中的精神状态优良中及格不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范优良中及格不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）优良中及格不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义优良中及格不及格2、论文的观念是否有新意设计是否有创意优良中及格不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平优良中及格不及格评定成绩优良中及格不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）（签名）年月日教学系意见系主任（签名）年月日中国矿业大学毕业设计任务书学院化工学院专业年级过控2008学生姓名桂大强任务下达日期2011年12月20日毕业设计日期2012年2月1日至2012年6月15日毕业设计题目螺旋折流板式换热器的设计毕业设计专题题目基于起重机械虚拟仿真计算与分析的简单探索毕业设计主要内容和要求1毕业设计题目螺旋折流板式换热器的设计2主要设计参数设计一个满足工艺要求的螺旋折流板式换热器，具体的参数如下介质分别为丁二烯和水，工作压力分别为039MPA、045MPA，入口温度分别是399、34，出口温度分别是369、38，丁二烯的质量流量是17000KG/H。3毕业设计内容1设计依据分析2换热器工艺计算设计3换热器结构设计4换热器强度设计5设计总结4英文翻译与专题翻译相关的英文文献1篇，中文字数应不低于3000字。专题名称换热器在制冷机中的应用5图纸换热器的装配图、部件图及零件图合计不少于3张A0图。院长签字指导教师签字中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）成绩指导教师签字年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）成绩评阅教师签字年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况回答问题提出问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩答辩委员会主任签字年月日学院领导小组综合评定成绩学院领导小组负责人年月日摘要折流板是提高换热器工效的重要部件。传统换热器中最普遍应用的是弓形折流板，由于存在阻流与压降大、有流动滞死区、易结垢、传热的平均温差小、振动条件下易失效等缺陷，近年来逐渐被螺旋折流板所取代。理想的螺旋折流板应具有连续的螺旋曲面。由于加工困难，目前所采用的折流板，一般由若干个1/4的扇形平面板替代曲面相间连接，形成近似的螺旋面。在折流时，流体处于近似螺旋流动状态。相比于弓形折流板，在相同工况下，这样的折流板（被称为非连续型螺旋折流板）可减少压降45左右，而总传热系数可提高2030，在相同热负荷下，可大大减小换热器尺寸。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备，在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中有广泛的应用。本换热器是用于空气压缩机级间冷却，采用常温冷却水将压缩后的高温空气冷却到一定温度，本次设计采用固定管板式换热器。换热器的设计分为工艺设计和机械设计两个部分。在工艺设计部分，根据给定的设计参数假设传热系数，计算换热器的换热面积以及初步确定换热器型号、换热管、管程和壳程数、折流板间距和数目以及内径等工艺尺寸，然后进行热力核算和压力降核算，确定面积欲度和换热器压力降均在合理范围之内，否则，要重新设定传热系数，重复上述过程，直至通过核算。机械设计部分分为两步，第一步根据第一部分已设计出的工艺尺寸设计筒体、管箱、接管、折流板以及各部分之间的连接等结构和尺寸；第二步依据GB150、GB151的规定进行强度校核，其中主要包括对管板、壳体与换热管进行的强度校核，校核通过后根据所设计结构参数绘制图纸。通过复算与校核，使所设计的换热器能够满足生产工艺的要求。关键词螺旋折流板；换热器；工艺设计；机械设计；强度校核ABSTRACTTHEBAFFLEISTOIMPROVETHEERGONOMICSOFTHEHEATEXCHANGERCOMPONENTSCONVENTIONALHEATEXCHANGERISTHEMOSTCOMMONAPPLICATIONOFSEGMENTALBAFFLE,DEFECTSDUETOACHOKEANDPRESSUREDROP,FLOWHYSTERESISDEADBAND,EASYTOSCALE,HEATTRANSFER,THEAVERAGETEMPERATUREDIFFERENCEISSMALL,VIBRATIONCONDITIONSPRONETOFAILURE,INRECENTYEARSTOGRADUALLYSPIRALBAFFLEREPLACEDTHEIDEALHELICALBAFFLESHALLHAVEACONTINUOUSHELICALSURFACESCURRENTLYUSEDDUETOPROCESSINGDIFFICULTIES,BAFFLE,GENERALLYREPLACEDBYTHENUMBEROF1/4OFTHEFANSHAPEDFLATPLATESURFACEANDWHITECONNECTION,THEFORMATIONOFTHEHELICALSURFACEAPPROXIMATIONBAFFLE,THEFLUIDINTHEAPPROXIMATIONOFTHESPIRALFLOWOFSTATECOMPAREDTOTHESEGMENTALBAFFLE,INTHESAMECONDITION,THEBAFFLEKNOWNASNONCONTINUOUSHELICALBAFFLESCANREDUCETHEPRESSUREDROPOFABOUT45,WHILETHEOVERALLHEATTRANSFERCOEFFICIENTCANBEINCREASEDBY20TO30INTHESAMEHEATLOADCANBEGREATLYREDUCEDHEATEXCHANGERSIZEHEATEXCHANGERISANINDISPENSABLEEQUIPMENTTOTRANSMISSIONOFHEATEXCHANGEINTHEPROCESSOFCHEMICALPRODUCTION,WHICHISINAWIDERANGEOFAPPLICATIONSINPETROLEUM,CHEMICALINDUSTRY,LIGHTINDUSTRY,PHARMACEUTICALS,ENERGYANDOTHERINDUSTRIALPRODUCTIONTHISISAHEATEXCHANGERUSEDFORBENZENETOLUENESEPARATIONPROCESS,HEATSBENZENETOLUENEMIXTURESFROMROOMTEMPERATURETOTHEBUBBLEPOINTTEMPERATUREBYWATERVAPOR,SHELLANDTUBEEXCHANGERHASBEINGCHOSENDESIGNISDIVIDEDINTOTWOPARTS,PROCESSDESIGNPARTANDMECHANICALDESIGNPARTINPROCESSDESIGN,FIRSTOFALL,SUPPOSEAHEATTRANSFERCOEFFICIENTACCORDINGTOGIVENDESIGNPARAMETERSTHEN,ACCOUNTTHEHEATTRANSFERAREAANDDETERMINEVARIETYOFTECHNOLOGYSIZE,SUCHASMODELSOFHEATEXCHANGER,HEATEXCHANGETUBENUMBEROFTUBESIDEANDSHELLSIDE,SPACINGANDNUMBEROFTRAVERSEBAFFLESANDDIAMETERSIZE,ETCATLAST,MAKEHEATCHECKANDPRESSURECHECKONPROCESSDATA,MAKESURETHATAREADEGREEANDPRESSUREDROPAREBOTHINREASONABLELIMITSOTHERWISE,ITISNECESSARYTORESETTHEHEATTRANSFERCOEFFICIENT,REPEATTHEPROCESSUNTILTHEADOPTIONOFCHECKMECHANICALDESIGNPARTHASTWOSTEPSSTEPONEISSTRUCTURALDESIGN,DETERMINESTRUCTURALSIZESOFTHEHEATEXCHANGERBYPROCESSPARAMETERSSUCHASTHEMAINBODY,CHANNELBOX,ADAPTERTUBE,ANDTUBESHEET,ETCINSTEPTWO,ACCORDINGTOTHEDATADETERMINEDBYTHEABOVEMENTIONED,MAKESTRENGTHCHECKBYPRESCRIPTOFGB150ANDGB151,WHICHISINCLUDETUBEPLATE,SHELLANDTUBESAFTERTHESTRENGTHCHECKHASPASSED,BLUEPRINTCANBEDREWBYCOMPLEXOPERATORANDCHECK,THEHEATEXCHANGERDESIGNAREMEETINGTHEREQUIREMENTOFPRODUCTIONTECHNOLOGYKEYWORDSHELICALBAFFLESHEATEXCHANGERPROCESSDESIGNMECHANICALDESIGNSTRENGTHCHECK1绪论该设计为螺旋折流板式换热器的设计。该换热器也是属于列管式换热器中的一种。我们常见的列管式换热器的折流板是弓形的，而此设计的折流板则是螺旋式的，这就是本次设计的独特之处和难点所在。冷换设备在石油、化工行业中占有十分关键的地位。燕山石油化工公司炼油厂现在服役的换热器大多采用的还是国外早期的设计结构，换热效率低、阻力降大、容易结垢、停工检修频繁。特别是炼油厂第三套常减压蒸馏装置渣油冷却系统要求冷却效果高，原渣油冷却器L209/1、2、3为弓型折流板换热器，已不能满足安全生产的需要，因此该装置对L209/1管束进行了技术改造。原渣油冷却器采用弓型折流板换热器，其缺点为弓型折流板换热器的能耗大；弓型折流板壳程容易结垢，降低换热效率；弓型折流板换热器的运行周期一般为2年，致使检修、清洗频繁，装置操作费用增加。渣油冷却器L209/1技术改造后采用螺旋折流板列管换热器,有如下特点传热系数高；壳程介质不易沉积，不易结垢，一般可延长50使用周期，减少相应的检修、清洗费用；壳程介质呈连续平稳的螺旋型流动，适合所有介质；阻力降小，可以有效的降低压力损失，减少电耗；可节省大量检修改造费用。螺旋折流板列管换热器有很好的经济效益。总之，螺旋折流板列管换热器在实际生产中的应用是成功的，在炼油化工行业中大多可以采用，有很好的推广价值。11本课题的来源、目的、意义换热器是石油、化工、制冷、冶金及动力等工业生产过程的主要工艺设备之一，有资料表明在我国全部换热器产量中管壳式换热器约占80以上，管壳式换热器问世将近一百多年来，已经积累了大量的设计资料和操作运行数据，其结构特性、传热特性和流体动力特性的计算已经形成了一套比较完善的方法，继续依靠传统的化工工艺计算提高其传热效率，包括根据实验室试验研究和生产现场测量标定的数据反馈，对现有经验公式、设计模型以及数据图表等所进行的局部修正以及综合考虑各种影响因素在内的优化，其发展空间已经趋于饱和。因此近年来国内外对传统管壳式换热技术的改进，集中在开发研究新一代强化传热方法上，以更好地满足不同使用场合对管壳式换热器的性能要求。如在壳程采用折流杆、折流环以及螺旋折流板等支撑结构；在管程开发各种类型的翅片管、螺纹管等强化传热换热管和增加螺旋铁等内扰流结构。本文主要论述其中最有代表性的螺旋折流板换热器近年来的发展及推广应用概况。众所周知，在化工领域上，换热器的重要性不言而喻，其运行的成本之高也是有目共睹的，换热器不仅仅局限在换热的区域内，它的运行在整个化工行业都是影响巨大的。所以提高换热器的换热效率是化工行业所迫不及待的，这不仅仅会节约成本，而且会扩大产量，大大的提高化工产品的生产效率。螺旋折流板式换热器正是在不断追求进步的浪潮中推广出来的，如今已经获得了很广泛的应用，但是技术前进的脚步始终不会停留，每一天都在变革，如果要想走在技术的前列就不能忘本，毕竟技术的发展都是在原来的基础上发展过来的，因此本课题就是在我学习的最基本的弓形换热器的前提下给予更加深入的拓展。以此为基础，以便于以后可以创新。12螺旋折流板式换热器国内外研究综述涡旋或螺旋流动一直是强化传热的有效手段，从壳侧流体由纵向或蛇形横向流动方向改变为螺旋状流动的角度产生了螺旋折流板换热器的构想，但由于连续螺旋曲面的加工及安装难度很大，20世纪八、九十年代捷克科学家发明了非连续的1/4螺旋形折流板换热器，采用一系列1/4扇形折流平板来代替螺旋曲面。此项技术后被美国AB公司买断，后又转让给CB排列方式正三角形折流板形式螺旋折流板，扇形折流板，间距B098M壳体内径2600MM4螺旋折流板式换热器的结构设计在换热器的设计中，当完成了换热器的热力计算后，就可以进行换热器的结构设计。有时在热力设计计算中也以部分确定了结构尺寸，此时结构计算除应进一步确定那些尚未确定的尺寸外，还应对那些以确定的尺寸作某种校核。管壳式换热器的结构设计，必须考虑许多因素，如材料、压力、温度、壁温查、结垢情况、流体的性质以及检修与清理等来选择一些合适的结垢型式。对同一种型式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要。41筒体411筒体的公称直径管壳式换热器的壳体一般是用管材或者是板材卷制而成，如何选定要看选择换热器的直径的大小，通常情况下，公称直径DN400MM时，通常使用板材卷制而成。1、卷制圆筒的公称直径以400MM为基数，以100MM为进级档；2、公称直径DN2600MM的圆筒，可用板材卷制制作。结论初定筒体公称直径DN2600MM。412筒体的厚度筒体的厚度应按GB1501998第5章计算，但碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小于表2的规定，高合金钢圆筒的最小厚度应不小于表2规定。表41圆筒的最小厚度公称直径400700700100070010001000150015002000200026000浮头式、U形管式81012101416固定管板式6810121214结论筒体的最小厚度为14MM。（表中数据包括厚度附加量1MM）2C最终查的换热器设计手册钱颂文得到筒体的厚度为16MM。42封头与管箱421封头选型选择使用椭圆形封头，尺寸和厚度按照JB/T473795选取。图41椭圆形封头的尺寸和厚度表格由上图可以知道，其公称直径，曲面高度，直边高度260DNM1650HM，名义厚度，内表面积，容积，质量240HM16N2754A31V9653KG图42两种不同类型的椭圆形封头422封头厚度计算与校核封头选标准椭圆形封头、材料选MNR16查表41设计压力150GBPA70205PMPA计算厚度05264511782TPDIM设计厚度（）24DC2C为腐蚀余量负偏差取取103M1650381NDN8封头有效厚度27EM539DIM容器标准规定对标准椭圆封头其有效厚度不应小于，其他椭圆封头的有效DI150厚度不应小于。I30结论满足标准所规定的要求。又因为当直径为2600MM时，封头厚度不能低于16MM，所以取设计厚度。满16NM足校核要求。423管箱厚度计算查阅换热器设计手册钱颂文表163得图43直径为2600MM的管箱在不同公称压力下的厚度选择官箱的材料为因此取官箱的厚度为16MM16MNR43进出口接管的设计在换热器的壳体和官箱上一般均装有接管或接口以及进出管。在壳体和大多数官箱的底部装有排液管，上部设有排气管，壳侧也常设有安全阀接口以及其他诸如温度计、压力表、液位计和取样管接口。对于立式管壳式换热器，必要时还需设置溢流口。由于在壳体、管箱壳体上面开孔，必然会对壳体局部位置的强度造成削弱。因此，壳体、管箱壳体上的接管设置，除考虑其对传热和压降的影响外，还应考虑壳体的强度以及安装、外观等因素。图44换热器排液管、排气管431接管的尺寸以及选型管程流体进出口接管取接管内水流速，则接管内径为2/UMS，查GB173951998得可取外径1391706432SVDU273SIDM允许不另行补强的最大接管外径为89接管的壁厚计算（085）2SITCPD已知045,273,180,85TSSIPMPADMMPA45734M厚度负偏差10C腐蚀余量2M那么1204NSM由于外径的最小厚度大于6MM，所以在这里我取73SID8NSM查GB173951998无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差，可取接管外径为，对应的单位长度理论质量为5228KG/M壳程流体进出口接管由下表，取接管内丁二烯流速为，则接管内径为2/US11704365TVDMU由GB1501998知此此接管不需要另行补强，接管最小壁厚满足下表要求图45不同内径接管的最小壁厚由表可以选定接管公称外径为89MM，那么他的最小壁厚为6MM。接管的壁厚计算（取085）2TICPD已知039,273,180,85TTTIPMPADMMPA9714M厚度负偏差10C腐蚀余量2M那么1201NTM取接管外径，厚度89TD6NT查GB173951998无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差，可取接管外径为，对6M应的单位长度理论质量为1095KG/M。432接管补强圈设计由上面计算可以知道，仅仅在管程需要有补强。下面则是计算管程接管补强圈的设计（1）补强及补强方法判别补强判别根据过程设备设计表415，允许不另行补强的最大接管外径为。本开孔外径等于273MM，故需另行考虑其补强。89M补强计算方法判别开孔直径265429IDCM本凸形封头开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用/130ID条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。（2）开孔所需补强面积封头计算厚度由于在椭圆形封头中心区域开孔，所以封头计算厚度按下式确定109526045217825TKPDIM式中查过程设备设计表45109K开孔所需补强面积先计算强度削弱系数RF15062843TNRRF注接管使用10号钢开孔所需补强面积按下式计算221269405610284175ETRADFM（3）有效补强范围有效宽度B取大值2695382162837NTDM故B538MM有效高度外侧有效高度1H取小值12698450NTDMM实际外伸高度故46H内侧有效高度2取小值298460NTDMH实际内伸高度故2（4）有效补强面积封头多余金属面积封头多余金属面积1A121EETRABDF2538691405640516284M接管多余金属面积接管计算厚度045260512CITTNPDM接管多余金属面积按式计算A2122ETRETRHFHCF246805684036M接管区焊缝面积（焊脚取60MM）2312A有效补强面积21236436104EM所需另行补强面积4123175EAA即那么开孔后不需要另行补强433接管法兰选择法兰的结构形式和密封面形式，应根据使用介质、设计压力、公称直径等因素来确定。换热器的法兰一般采用标准法兰。1管程接管法兰根据GBT911522000表1系列选取，取为DN250PN16法兰外径D405MM螺栓孔中心圆直径K355MM螺栓孔径L23MM、螺栓数量N12、规格为M24密封圈D370MM、X368MM、Y364MM、145F23F法兰高度H78MM、厚度C28MM法兰颈N342MM、S71MM、R10MM17HM2壳程接管法兰根据GBT911522000表1系列选取，取为DN89PN16（系列I），参数如下法兰外径D200MM螺栓孔中心圆直径K160MM螺栓孔径L18MM、螺栓数量N8、规格为M16密封圈D132MM、X120MM、Y121MM、14F23F法兰高度H50MM、厚度C20MM法兰颈N110MM、S29MM、R6MM16HM3接管法兰垫片采用镀锌薄钢板包石棉橡胶板HG2060797，3MM。441接管外伸长度接管外伸长度也叫接管伸出长度，是指接管法兰面到壳体（管箱壳体）外壁的长度。查阅换热器设计手册钱颂文P142表166和表167可知丁二烯进出口接管外伸长度为250MM；冷却水进出口接管外伸长度为150MM；排气口,排液口接管外伸长度为150MM。434接管与筒体、管箱壳体的连接接管的结构设计应符合GB1501998第8章和附录7的有关规定。图46壳程接管位置1、圆筒壳体接管1）壳体接管位置的最小尺寸L1（如图46所示）无补强圈接管时换热器设计手册公式163CBDLH421取（为壳体厚度，MM）且30MMSCB为管板法兰厚度，MM为接管直径，MMHD计算得11044615022HDLBCM取200MM12、管箱接管图47管箱接管管箱接管位置的最小尺寸（换热器设计手册图163）2L有补强圈接管时换热器设计手册公式1652HFDLHCHD为接管直径，MMC补强圈外边缘（无不强圈时，为管外壁）至管板（或法兰）与壳体连接焊缝之间的距离。计算得220HFDLHCM可圆整取200MM435排液、排气管为提高传热效率，排除或回收工作残液（气）及凝液，凡不能借助其他接管排气或排液的换热器，应在其壳程和管程的最高、最低点，分别设置排气或排液接管。排气或排液接管端部必须与壳体或管箱壳体内壁平整。排气或排液接管的直径尺寸一般不小于15MM。如下图所示的为卧式换热器的排气（液）管。图48排液与排气管排气、排液口根据GBT173951998，选取接管2525。排气、排液管的接管法兰选取，如图49所示图49排气、排液管的接管法兰根据GB/T911512000对焊钢制管法兰的规定，其045MPA设计条件下排气、排液口相对应的法兰应选用PN06MPA对应的凸面钢制管法兰，法兰公称直径为25MM，法兰焊端钢管外径为A32MM，法兰外径为D115MM，螺栓孔中心圆直径为K85MM，螺栓孔径为L14MM，螺栓为，数量为4个，密封面直径为65MM，密封系3数为F2，法兰高度为H40MM，法兰厚度为C16MM，法兰颈为，S32，H6，R4，N46。（该法兰的适用压力为，3006006009009001200120015001500公称直径DN折流板管孔最小厚度4003458101040070045610101270090056810121616900150068101216161500200010121620202000260012141820224101折流板管孔钢换热管I级管束适用于碳素钢、低合金钢和不锈钢换热管折流板管孔直径及允许偏差应符合表48规定；表48折流板管孔直径及允许偏差换热管外径或无支撑跨距LD32或L900D32或L900管孔直径D07D04040允许偏差0结论折流板管孔直径257MM折流板外直径及允许偏差应符合换热器设计手册表1633中的规定。结论折流板直径2590MM4102最大无支撑跨距换热管在其材料允许使用温度范围内的最大无支撑跨距，应按表49定。表49换热管在其材料允许使用温度范围内的最大无支撑跨距换热管外径10121416192532384557钢管11001300150018502200250027503200最大无支撑跨距有色金属管7508509501100130016001900220024002800注1不同的换热管外直径的最大无支撑跨距值，可用内插法求得。2环向翅片清可用翅片根径作为换热管外直径，在表中查取最大无支撑跨距，然后再乘以假定去掉翅片的竹子与有翅片的管子单位长度重量比的四次方根即成正比的缩小。3本表列出的最大无支撑跨距不考虑流体诱导振动，否则应参照附录E的准则。411拉杆4111拉杆孔1）拉杆与管板焊接连接的杆孔结构拉杆与管板焊接连接的拉杆孔结构，拉杆孔深度L3等于拉杆孔直径D1拉杆孔直径按式01D式中拉杆直径，MM1拉杆孔直径，MM2）拉杆与管板螺纹连接的拉杆螺纹结构拉杆与管板螺纹连接的拉杆螺纹结构，螺纹深度按式NDL512式中螺孔深度，MM；拉杆螺孔公称直径，MM；ND结论拉杆直径为16MM，螺纹深度为20MM。4112拉杆的结构形式常用拉杆的形式有两种拉杆定距管结构，适用于换热管外径大于或等于19MM的管束，按表15规定；拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于14MM的管束；当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。ABDNNDBX45X45LL图418拉杆的连接尺寸拉杆的直径和数量可以按表410表411用。表410换热管的的直径换热管外径D10D1414D2525D57拉杆直径DN101216结论拉杆直径为16MM。表411杆的数量公称直径DN/MM拉杆直径DN/MM400400700700900900130013001500150018001800200020002300230026001046101216182428321244811214182024164466810121416在保证大于或等于表412所给定的拉杆总截面积的前提下，拉杆直径和数量可以变动，但其直径不得小于L0MM，数量不少于16根。结论拉杆数量为16个拉杆的连接尺寸按表412定。拉杆的长度按需要确定，本设计中拉杆的长度为8510MM。表412不同拉杆对应的螺纹拉杆直径D拉杆螺纹及公称直径DNL0LB1010134015121215402016162060304113拉杆的布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，任何折流板应不少于3个支承点。412支座生产中的各种容器都是通过支座面固定在某一位置上。虽然容器的结构和形状不一样，但他们的支座型式主要有三种立式容器支座、卧式容器支座和球形容器支座。支座型式的选用，要根据设备的重量、结构、承受的载荷及操作等要求来确定。本设计要求用到的是卧式容器支座，卧式容器支座可分为鞍座式、圈座式和支腿式三种支座。小型卧式容器设备用支腿式支座，圈座式很少使用，鞍座式支座应用较多。鞍座式支座由垫片（又叫加强板）、腹板（径向直立筋板）、肋板（轴向直立筋板）、底板构成。当器璧较厚时，支座的环向应力不大时，可不加垫板。其标准系列的直径范围为DN1594000MM。同一公称直径分轻、重型两种形式；根据底板螺栓孔形状又分成固定鞍座（圆形螺栓孔）和活动鞍座（长圆形螺栓孔）两种形式。每台设备只用两个鞍座，应采用固定与活动鞍座各一个。多于两个鞍座是不恰当的，因为鞍座水平高度的微小差异，会造成支座受力不均，从而引起器壁的不利应力。根据所选的支座所承受的载荷不超过支座的允许33载荷，选用鞍座式支座，其DN2600MM，JB/T471292。根据JB/T471212007，选择鞍式支座，选择BI型，其中筋板数为6，如下图所示图419鞍式支座结构及参数参数如下允许载荷Q1950KN、鞍座高度H250MM底板MM11180,3,8LMB腹板2筋板323395,68,0,14LBM垫板弧长440,2,0ME螺栓配置间距，螺孔，螺纹M20，孔长216LD40LM鞍座质量8KG每增加100MM高度增加的质量为47KG5螺旋折流板式换热器的强度计算51设计条件表51换热器设计条件管程壳程操作045039压力，MPA设计0505操作（进/出）34/38399/369温度，设计100100介质水（管程）丁二烯（壳程）腐蚀余量,MM22程数61焊接接头系数08508552结构尺寸参数A换热管换热器公称直径DN2600，即；260IDM换热管规格；25,9L换热管排管根数N4158；换热管为转角三角形排列，管心距S32MM；换热管与管板的连接形式胀接；壳程侧管板结构开槽深度3MM；管板分程隔板槽深4MM；B管箱法兰管箱法兰采用JB47022000，法兰WN260010MFM，可以得到法兰外直径；2760DM法兰螺柱孔中心圆直径；15法兰密封面尺寸；43管箱法兰厚度96螺栓数量；BN螺柱规格M24，如图51图51双螺栓结构查JB47071992，得,则螺柱有效承载面积。0360,28SBMD2591BAM53前端管箱开孔补强计算根据GB/T1501998表81，允许不另行补强的最大接管外径是89MM，本开孔外径为89MM，因此不需要另行考虑其补强。54壳体上开孔补强计算（1）补强及补强方法判别补强判别根据过程设备设计表415，允许不另行补强的最大接管外径为。本开孔外径等于273MM，故需另行考虑其补强。89M补强计算方法判别开孔直径265429IDCM本凸形封头开孔直径，满足等面积法开孔补强计算的适用/130ID条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。（2）开孔所需补强面积封头计算厚度由于在椭圆形封头中心区域开孔，所以封头计算厚度按下式确定10952604521785TKPDIM式中查过程设备设计表45109开孔所需补强面积先计算强度削弱系数RF15062843TNRRF注接管使用10号钢开孔所需补强面积按下式计算221269405610284175ETRADFM（4）有效补强范围有效宽度B取大值2695382162837NTDM故B538MM有效高度外侧有效高度1H取小值12698450NTDMM实际外伸高度故46H内侧有效高度2取小值298460NTDMH实际内伸高度故2（4）有效补强面积封头多余金属面积封头多余金属面积1A121EETRBDF253869405640516284M接管多余金属面积接管计算厚度045260512CITTNPDM接管多余金属面积按式计算A2122ETRETRHFHCF246805684036M接管区焊缝面积（焊脚取60MM）2312603AM有效补强面积2123463104EM所需另行补强面积41231075EAA即那么开孔后不需要另行补强55受压元件材料及数据（查GBL501998）1圆筒材料16MNR，钢板标准为GB6654查表41,200设计温度下许用应力2017MPA；200设计温度下屈服应力5S查表F5，200金属温度下弹性模量1860SEA；查表F6，200金属温度下平均线性膨胀系数62510/SM，100金属温度下平均线性膨胀系数613/S2换热管材料10号钢钢板标准为GB8163；查过程设备设计，表D21，200下许用应力201MPA；查GB1501998表F2，200设计温度下屈服应力S6；查表F5，200金属温度下弹性模量2018TEA；6597金属温度下弹性模量可用中值法659720102597/014/8TEMPA；查表F6，6597金属温度下平均线性膨胀系数50105697/01232/TM3管板、法兰材料16MN锻件JB4726查表45,200设计温度下许用应力20135MPA；200设计温度下屈服应力20S；100设计温度下许用应力1；100设计温度下屈服应力0245SPA；查表F5,200金属温度下弹性模量。100金属温度下弹性模量。4螺柱材料40CR,GB3077调质查表47，常温下许用应力MPAB21；100设计温度下许用应力076；100设计温度下屈服应力12SA；200计温度下许用应力2065P；200计温度下屈服应力8SMA；5垫片材料镀锌薄钢板包石棉橡胶板查表92、垫片系数753M；比压力MPAY4556换热管稳定许用压应力查GBL51一L999附录J表得换热管的回转半径MI048由图GBL51一L999中图32可知失当量长度为系数1221860345TRSEC940178CRLI,因为ILCR，故2213655TCRREMPAC20T1CRMPA故选用换热管合格。57封头、筒体校核计算表52封头、筒体校核计算表前端管箱封头计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力PC045MPA设计温度T10000C内径DI260000MM曲面高度HI65000MM材料16MNR正火板材设计温度许用应力T18900MPA试验温度许用应力18900MPA钢板负偏差C1000MM腐蚀裕量C2200MM焊接接头系数085厚度及重量计算形状系数21106IDKH计算厚度PCITC205306（K1）MM有效厚度ENC1C21400MM最小厚度MIN1600MM名义厚度N1600MM结论满足最小厚度要求重量96530KG压力计算最大允许工作压力PW205TEIKD17254MPA结论合格后端管箱封头计算计算单位计算条件椭圆封头简图计算压力PC045MPA设计温度T10000C内径DI260000MM曲面高度HI65000MM材料16MNR正火板材设计温度许用应力T18900MPA试验温度许用应力18900MPA钢板负偏差C1000MM腐蚀裕量C2200MM焊接接头系数085厚度及重量计算形状系数K162DHI10000计算厚度PCITC205306MM有效厚度ENC1C21400MM最小厚度MIN16MM名义厚度N1600MM结论满足最小厚度要求重量96530KG压力计算最大允许工作压力PW205TEIKD17254MPA结论合格壳程圆筒计算计算单位计算条件筒体简图计算压力PC039MPA设计温度T20000C内径DI260000MM材料16MNR正火板材试验温度许用应力18900MPA设计温度许用应力T18300MPA试验温度下屈服点S34500MPA钢板负偏差C1000MM腐蚀裕量C2200MM焊接接头系数085厚度及重量计算计算厚度PDCIT2326MM有效厚度ENC1C21400MM名义厚度N1600MM重量184665KG压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值PT125PT11000MPA压力试验允许通过的应力水平TT090S31050MPA试验压力下圆筒的应力TPDIE2428MPA校核条件TT校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力PW2ETID1666MPA设计温度下计算应力TCIE23641MPAT15555MPA校核条件TT结论合格58管板计算581管板设计计算条件数据壳程圆筒内直径横截面积2223146531IDAM沿隔板槽一侧的排管根数7CN隔板槽两侧相邻管中心距50S在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要而未能被换热管支承的面积28673208632540DCNAM管板开孔后的面积226621145531014N系数6127DA圆筒壳壁金属横截面积231462013478SISDM管板布管区面积2220868501453TDANSA一根换热管管壁金属的横截面积,查GB1511999得2716A换热管管壁金属的总横截面积为2415876340NAM系数1734602NAA管板布管区的当量直径437452183MTTD管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比2183096TTD管板延长部分形成的凸缘宽度72082FFIBM垫片压紧力下作用中心圆直径GD当MB460时，02531497BM762GD螺柱载荷预紧状态下需要的最小螺柱载荷6314274190571AGWBYN操作状态下需要的最小螺柱载荷2708564187415PGDBMPN预紧状态下需要的最小螺柱面积64250712ABWA操作状态下需要的最小螺栓面积75248091165PTBM需要的螺柱面积52MAX,0PA垫片压紧力的力臂287419BGDLM基本法兰力矩990580MGBMAN管程压力操作下的法兰力矩P螺栓中心至DF作用位置处的径向距离11280614932DBILM螺栓中心至GF作用位置处的径向距离95GL螺栓中心至T作用位置处的径向距离280627416524BIGLM作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力260785390DITFPN法兰垫片压紧力5626741518GTBM流体静压总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体静压轴向力之差2225078508560390TITFDPN法兰操作力矩65582071931029310647PGTMLFLNM系数,按IHD和IF查GB1511999图26式中，F为管箱法兰厚度；96H，96800373122FHIIDD、查GB1511999图26得5管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数33218602801586062347FFFHIIEBKEMPA壳体不带波形膨胀节时，换热管与壳程