甲苯666冷凝器设计说明书

1、精选优质文档-倾情为你奉上目录专心-专注-专业摘要换热器是化工生产中重要的设备之一，它是一种冷热流体间传递热量的设备，其中管壳式换热器应用最为广泛。本换热器为单壳程、四管程的卧式固定管板式换热器，管程介质为甲苯，壳程介质为50%的乙二醇溶液。固定管板式换热器是由两端管板和壳体连接而成，因此它具有结构简单和造价低廉的优点。本次设计主要分为两个部分，一部分是热传递工艺计算，另一部分为强度计算。其中固定管板的设计较为复杂，也是至关重要的环节。而本设计中，管板的延长部分还兼做了法兰。为减少热应力。通常在固定管板式换热器中设置柔性原件来吸收热膨胀差。但本设计中对温差应力进行研究后，不必安装柔性原件来减少

2、热应力。换热器作为换热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。关键词：换热器；冷凝器；折流板；管板；法兰AbstractThe heat exchanger is one of the important chemical production equipment, it is the equipment of the transfer of heat between a hot and cold fluids, The shell and tube heat exchanger is most widely used.

3、 This design is a fixed tube sheet heat exchanger of one shell and four tubes, Toluene flow in tubes ang the 50% ethylene glycol solution flow in shell .Fixed tube sheet heat exchanger is connected by both ends of the tube plate and the shell is made so it has a simple structure and low cost advanta

4、ges. The design is divided into two parts, the process of heat transfer, the other part for strength calculation. Fixed tube sheet design is more complex, is also a vital link. The design of the extension tube sheet also cater to the flange. In order to reduce heat stress. Flexible originals usually

5、 set in the fixed tube sheet heat exchanger to absorb the thermal expansion difference. After calculated the thermal stress, it ist necessary to install flexible originals to reduce the thermal stress.The heat exchanger as a heat transfer device can be seen everywhere, very common in industry, espec

6、ially the very large amount of energy consumption areas, with the rapid development of energy-saving technologies, heat exchanger type of development is more and more.Keywords: heat exchanger; condenser; baffle; tube plate; flange绪论1.换热器的概述1.1换热设备的应用随着现代工业的迅速发展,以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时,也更加注

7、重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境,而且能大大节约投资成本。换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。据统计,在现代化学工业中所用换热器的投资大约占设备总投资的30 % ,在炼油厂中换热器占全部工艺设备的40 %左右,海水淡化工艺装置则几乎全部是由换热器组成的。上个世纪70年代初发生的世界性能源危机,有力地促进了传热强化技术的发展。因此，研究换热设备有着相当重要的意义。1.2.换热器种类换热器的种类很多，根据其热量传递的方法的不同，可以分为3种形式：间壁式、直接接触式和蓄热式。根据结构大致可以分为管式换热

8、器和板式换热器。板式换热器的单位体积的传热面积较大，并且设备紧凑，耗材少，传热系数大，热损失少，但能力较差，加工难度较大，成本较高。管式换热器的应用已有很悠久的历史，现在，它被当作一种传统的标准换热设备在很多工业部门中大量使用，尤其在石油、化工、能源设备等部门所使用的换热设备中，列管式换热器仍处于主导地位。虽然列管式换热器在传热效率、紧凑性和金属耗量等方面不及某些新型换热器，但它具有结构简单、坚固耐用、适应性强、制造材料广泛等独特的优点，因而在换热设备中仍处于主导地位。为了节能降耗,提高工业生产的经济效益,要求开发适用不同工业过程要求的高效能换热设备。因此,几十年来,高效换热器的开发与研究始终

9、是人们关注的课题,国内外先后推出了一系列新型高效换热器。如明显强化传热的新型换热器：HiTRAN绕丝花环换热器、纵流管束换热器、螺旋折流板换热器。很好的解决了偏流问题的换热器：空冷式涡轮冷凝器、packinox换热器。还有明显减弱了管束震动问题的折流杆式换热器以及还具有其他优越性的新型换热器等等。2.换热器发展现状2.1 换热器技术的发展趋势（1）用于整体装置设计的数据库技术传统的整体装置设计任务是由各个部门的工作小组分别对其中的某一项进行设计，并通过设计说明书相互联系来完成的，而最近发展起来用于整体装置设计的数据库技术，可以使这种繁重的任务变得简单起来。通过数据库系统,不同类型的设计应用软件

10、可以有机地形成一个整体，设计者只需通过数据库操作系统向应用软件中输入相关参数，便可得到更多的关于设计任务的数据，并且这些数据可以反馈到数据库中。随着CAD软件包和数据库技术的发展，用于整体装置设计的数据库技术必定会代替手工计算设计方法。（2） 计算流体力学(CFD)和模型化设计的应用在换热器的热流分析中，引入计算机技术,对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前,基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真,以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上，在换热器的模型设计和设计开发中，利用CFD的分析结果和相对应的模型实验数据

11、，使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计。（3）换热器强化传热技术的发展以采用强化传热元件和改进换热器结构为主的强化传热技术是一种能显著改善换热器传热性能的节能技术。根据传热物流条件的不同情况，壳程传热强化的研究必然与强化传热管的优化组合相联系，这是今后换热器强化传热技术发展的方向。与国外先进水平相比较，我国换热器产业最大的技术差距在于换热器产品的基础研究和原理研究，尤其是缺乏介质物性数据，对于流场、温度场、流动状态等工作原理研究不足。 2.2我国换热器的研究现状在换热器制造上，我国目前还以仿制为主，虽然在整体制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片压制方面与发达国家还有一定的差距。在

12、设计标准上，我国换热器设计标准和技术较为滞后。有些设计超出了我国换热器设计标准范围，使得我国换热器设计企业不得不按照美国TEMA标准设计。更为严重的是，我国在大型专业化换热器设计软件方面严重滞后。目前我国在换热器设计过程中还不能实现虚拟制造、仿真制造，缺乏自主知识产权的大型专业计算软件。由于在换热器的相关工艺计算、传热计算和振动模型的计算方面缺少大型专业化软件支持，使得我国对设计出来的换热器产品无法准确预计其使用效果，这使得我国企业在换热器产品招标过程中处于不利地位。3.研究的主要内容、研究路线甲苯冷凝器的设计，包括：（1）确定主要技术参数。（2）工艺计算。（3）材料的选择。（4）强度计算。（

13、5）绘制装配图和主要的零件图。第一章 甲苯冷凝器的工艺计算1.1确定物性数据 定性温度：对于低粘度的流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故管程甲苯的定性温度为T=壳层物料的定性温度为t=两流体温差为：，故选用固定管板式换热器。 可以根据定性温度，查取壳层和管层的相关数据。查取文献1，2等资料，结果如下所示： 管程甲苯在19下的相关物性数据：物料处理量 密度 定压比热容 热导率 黏度 (低粘度)50%乙二醇溶液在-15时的物性数据：密度 定压比热容 热导率 黏度 (高粘度)1.2估算传热面积1.2.1热流量 （1-1）由则乙二醇的流量为平均传热温差 按逆流计算， （1-2）1.2.2传热

14、面积查文献3表5-1，重有机物间的传热系数K在116349，故先假设K=330W/(),则估算的换热面积为 （1-3）1.3工艺结构尺寸1.3.1管径和管内流速选用的传热管（碳钢），取管内流速。1.3.2管程数和传热管数设所需单程管数为n，管内径为0.02m，从管子内部的体积流量 （1-4）解得n=39根。又由传热面积 （1-5）可以求得单程管长 ：m （1-6） 1.3.3管程数和传热管数国标（GB151）推荐的传热管长度为1.0m，1.5m,2.0m,2.5m,3.0m,4.5m, 6.0m,7.5m,9.0m,12m。本设计采用标准设计，使用传热管=6m，若选用6m长的管子，,故传热管总

15、根数 1.3.4平均传热温差校正及壳程数平均传热温差校正系数：R =P =按单壳层，4管程结构，查文献4图F-2得平均传热温差 由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故单壳程适宜。1.3.5传热管排列 采用组合排列法，即每程内均按正方形排列，取管心距 t=1.25（焊接法），则t=1.2525=31.25 mm一般的列管对应管心距为32，因此取管心距t=32mm。1.3.6壳体内径取管板利用率，则壳体内径为 （1-7）选择D=450mm1.3.7折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为：h=0.25450=112.5mm。折流板的的最小

16、间距不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm,取折流板间距B=0.2D,则 ，但考虑到壳程流体为高粘度流体，粘度较大，取板间距B=300mm。折流板数 N=-1=-1=14（块）1.3.8其他附件拉杆数量与直径选择标准选的取，本换热器壳体内径为450mm,其拉杆直径为，拉杆数量不得少于4.壳程入口处，应设置防冲挡板。表1-1 拉杆数量选用表拉杆直径dn，mm壳体公称直径d，mm<400400<700700<900900<13001300<15001500<18001800<20002000<23002300<2600拉杆数量104610

17、121618242832124481012141820241644668101212161.3.9接管壳程流体进出口接管：取壳程内液体流速为，故接管内径为 （1-8）圆整后可取管内径为200mm。管程流体进出口接管：取接管液体流速，故接管内径为 （1-9）圆整后取管内径为150mm1.4换热器核算 1.4.1管内表面传热系数管程流体流通截面积 （1-10）管程流体流速 （1-11）管内流体雷诺数 （1-12）普朗特数 （1-13）参考文献6， 可用下式计算： （1-14）管程给热系数 （1-15） 1.4.2壳程表面传热系数用Kern法计算， （1-16）当管子为正方形排列时，其当量直径 （1

18、-17）式中换热管中心距。壳程流通截面积 （1-18）壳程流体流速 ，在合理范围之内。雷诺数 普朗特数 乙二醇被加热，>1,可取为1.01粘度校正1.4.3传热系数 （1-19）管内壁的污垢热阻，取（液压流体，文献5）管外壁的污垢热阻，取（制冷剂液体） b 管壁厚度0.0025m 管材导热系数为47.27 管子平均直径1.4.4传热面积裕度计算传热面积该换热器的实际换热面积 该换热器的面积裕度为 ，尚能满足要求。 1.5换热器内流体的阻力1.5.1管程流体阻力忽略进出口压力降，用下式， （1-20）由Re=23056.9，参照文献6表1-1，取钢管绝对粗糙度，传热管相对粗糙度 0.1/2

19、0=0.005。查莫狄图得，流速 u=0.78m/s， 压降<0.05MPa,在允许范围内。1.5.2壳程阻力用埃索法进行计算，流体流经管束的阻力 流体流过折流板缺口的阻力 B=0.3m， D=0.45m总阻力 国标151规定值在0.01MPa0.1MPa，满足要求。1.6工艺计算结果一览表名称大小/尺寸规格单位管程壳程定性温度19-15物料处理量30000液体密度857.01085.61定压比热容1.643.064热导率0.1430.43液体粘度0.58716.53流通截面积0.0295流体流速0.780.97雷诺数23056.91274.09普朗特数6.73117.8给热系数1938

20、.28传热系数面积裕度5.5%压降0.044注：壳程与管程液体在此设计压力和温度下经查阅后都无相变。其他参数经核算后都在相关标准规定的范围之内。第二章 结构设计与强度计算在确定换热器的换热面积后，应进行换热器主体结构以及零部件的设计和强度计算，主要包括壳体和封头的厚度计算、材料的选择、管板厚度的计算、开孔补强计算，还有主要构件的设计（如管箱、壳体、折流板、拉杆等）和主要连接（包括管板与管箱的连接、管子与管板的连接、壳体与管板的连接等)。2.1筒体与管箱的设计2.1.1壳体与管箱厚度的确定 根据文献7，给定的流体的进出口温度为-1840，低温条件相比之下更为苛刻，选择设计温度为-18；设计压力为

21、：，由于是卧式换热器，忽略液柱静压力，则计算压力。表2-1 设计压力选取表表2-2 设计温度选取表2.1.2壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于低温压力容器，从使用条件及经济性考虑，选择16MnDR为壳体与管箱的材料。2.1.3 圆筒壳体和管箱壳体厚度的计算焊接方式：选为双面焊对接接头，100%无损探伤，故焊接系数；根据文献8,9规定可知对16MnDR钢板其厚度负偏，腐蚀余量按腐蚀情况计算，每年腐蚀按0.25mm/年计算，使用寿命为八年，则 。假设材料的厚度为616mm,其许用应力Mpa（正火,使用温度20），壳体计算厚度按下式计算为： （2-1）其中计算压力，则=0.42MPa圆筒内径

22、，=450mm则设计厚度，但对于低合金钢的容器，规定不包括腐蚀余量的最小厚度应不小于3mm，若加上2mm的腐蚀余量，名义厚度至少应取5mm。由钢材标准规格，名义厚度选为6mm。厚度满足要求，恰好在616mm之间，因此合适。2.1.4水压试验16MnDR屈服极限钢板有效厚度为 （2-2）其中圆筒或封头的试验压力，水压试验取1.25由于，所以水压试验满足强度要求。2.1.5封头厚度计算 此换热器为固定管板式换热器，设计为前后管箱相同，封头为椭圆形封头，这是因为椭圆形封头的应力分布比较均匀，且其深度较半球形封头小得多，易于冲压成型。此时选用标准椭圆形封头，故，且同上，则封头计算厚度为： （2-3）根

23、据换热器设计手册中有关容器壁厚的规定，16Mn材料在管箱内径为450mm时，应选用不低于8mm厚的钢板，因此，名义厚度；有效厚度为。 （2-4）所以水压试验满足强度要求。查文献10可得封头的型号参数如下：表2-3 封头的容积质量DN(mm)总深度H(mm)内表面积A()容积(m3)封头质量（）4501380.25480.015916.2表2-4 封头的型号参数封头材料碳素钢、普低钢、复合钢板不锈钢封头壁厚4810182039101820直边高度254050254050所以选取封头的直边高度为25mm。2.2管板与换热管2.2.1管板管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体等连接外，

24、还是换热器中的一个主要受压元件。对于管板的设计，除满足强度要求外，同时应合理考虑其结构设计。1）管板结构下图为固定式管板式换热器兼作法兰的管板，管板与法兰连接的密封面为凸面，分程隔板槽拐角处，倒角10×45°。碳钢、低合金钢和不锈钢制整体管板，碳钢、低合金钢管板的隔板槽宽度为12mm，不锈钢管板为11mm，槽深一般不小于4mm。考虑设计温度，选取16MnDR为管板材料。2）管板最小厚度管板最小厚度除满足计算要求外，当管板和管热管采用焊接时，应满足结构式就和制造的要求，且不小于12mm。3）管板尺寸管板尺寸如图4-2-3。根据文献4的规定，碳钢、低合金钢固定管板式换热器的管板

25、（16Mn锻件）在PN1MPa、DN=450的管板尺寸见表2-5。图2-1 管板尺寸图（用于壳程PN<1.0MPa)表2-5 DN=450管板尺寸表PsMPaPtMPaDD1D2D3D4D5CD2螺柱（栓）hfb规格数量0.60.656553050044748745012.518M16202838管板与换热管只能采用焊接的形式连接。2.2.2换热管1）管程分程换热器的换热面积较大而管子又不是很长时，就得排列较多的管子。为了提高流体在管内的流速，增大管内传热系数，就必须将管束分程，分程可采用不同的组合方法，但是每程中的管数应该大致相同，分程隔板应该尽量简单，密封长度应短。管程数一般有1、2

26、、4、6、8、10、12等七种。偶数管程的换热器无论对制造、检修或是操作都比较方便，所以使用最多。除单程外，奇数管程一般少用，程数不能分的太多，不然隔板要占去相当大的布管面积。本换热器为4管程。2）换热管的规格和尺寸偏差碳钢、低合金钢换热管的规格和尺寸偏差见表2-6。表2-6 碳钢、低合金钢的换热管的规格和尺寸偏差材料换热管标准管子规格，mm高精度、较高精度普通精度外径mm厚度mm外径偏差mm壁厚偏差mm外径偏差mm壁厚偏差mm碳钢、低合金钢GB/T8163GB9948143022.5±0.20+12%-10%±0.40+15%-10%>30502.53.5±

27、;0.30±0.45573.50.8%10%±1.0%+12%-10%选换热管为10号碳钢，L=4500mm； 表2-7 10号碳钢的许用应力钢号钢板标准厚度（mm)常温压强指标在下列温度（°C）下的许用应力（MPa）b(MPa)t(MPa)2010015010GB816310335205112112108GB994816335205112112108GB64791633520511211210817403351951121101043）换热管的排列（1）换热管的排列型式换热管的排列型式主要有以下四种。图2-2 换热管的排列型式等边三角形排列用的最为普遍，因为管子

28、间距都相等，所以在同一管板面积上可排列的管子数最多，便于管板的划线和钻孔。但管间不易清洗，TEMA标准规定，当壳程需要机械清洗时，不得采用三角形型式。在壳程需要进行机械清洗时，一般采用正方形排列，管间通道沿整个管束应该是连续的，而且要保证6mm的清洗通道。图2-2中（a）和（d）两种排列方式，在折流板间距相同的情况下，其流通截面要比（b）和（c)两种的小，有利于提高流速，因此更加合理些。此换热器即采用（c）正方形排列方式。（2）换热管中心距换热管中心距，最小应为管子外径的1.25倍，多管程的分程隔板处的换热管中心距，最小应为换热管中心距加隔板槽密封面的厚度，以保证管间小桥在胀接时有足够的强度。

29、在次采用焊接方法连接管板和管子时，管间距可以小些，但是要保证壳程清洗时，由6mm的清洗通道。当壳程用于蒸发过程时，为使气相更好地逸出，管间距可以大到1.4倍管外径。对于换热管外径为25mm的管子，换热管中心距取32mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距为44mm。（3）布管限定圆DL布管限定圆为管束最外层换热管中心圆直径，布管限定圆按表2-8、2-9、2-10确定。表2-8 布管限定圆换热器型式固定管板式、U型管式浮头式布管限定圆DLDi-2b3Di-(b1+b2+b)表2-9 b的值Dib<1000>310002600>4表2-10 bn、b1的值Dibnb1700103>

30、700135表中： bn为垫片厚度，按表2-10取值； b2=bn+1.5（mm）；b3为固定管板换热器或U型管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离，b3=0.25d且不小于8mm。 D 换热管外径，mm； Di 换热管筒体内直径，mm； DL布管限定圆直径，mm。 （a） （b）图2-3 布管示意图由之前的条件知b3=0.25d=0.25×25=6.25mm则DL=Di-2b3=450-2×6.25=437.5mm。除了考虑布管限定圆直径外，换热管与防冲板间的距离也需要考虑。通常，换热管外表面与邻近防冲板表面间的距离，最小为6mm。换热管中心线与防冲板板厚中心

31、线或上表面之间的距离，最大为换热管中心距的。（4）换热管排列原则换热管排列原则如下：换热管的排列应该使整个管束完全对称。在满足布管限定圆直径和换热管与防冲板的距离规定的范围内，应该全部布满换热管。拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。在靠近折流板缺边的位置处应布置拉杆，其间距小于或等于700mm。拉杆中心与折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距的（0.51.5）范围内。多管程的各程管数应尽量相等，其相对误差应控制在10%以内，最大不得超过20%。本设计中：总管数：156管程数：4平均每程管数：Ncp=39中心管数：管程分布如下图：图2-4 分程隔板示意图2.3进出口设计在换热器的壳体和管箱上一般

32、均装有接管或接口以及进出口管。在壳体和大多数管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，必要时还应设置溢流管。由）于在壳体、管箱壳体上开孔，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。2.3.1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。可按下式计算： 式中l接管外伸长度，mm； h接管法兰厚度，mm； hl接管法兰的螺母厚度，mm； 保温层厚度，mm。除按上式计算外，接管

33、外伸长度也可由表2-11的数据选取表2-11 PN<4.0MPa的接管外伸长度 DN050517576100101125126150151175176200150200200200200250250300200200200200200250250300管程进出口公称直径为150mm，根据文献11推荐使用的第一系列，可选接管的规格为的普通钢管，选取接管的外伸长度为200mm，接管的材料选为20号钢，在小于20 的许用应力为130MPa，(最低使用温度-20)。壳程进出口公称直径为200mm，可选接管的规格为。外伸长度为200mm。材料为20号钢。2.3.2接管与筒体、管箱壳体的连接1）结构

34、型式接管与壳体、管箱壳体（包括封头）连接的结构型式，采用插入式焊接结构。一般接管不得凸出于壳体的内表面。 2）开孔补强补强判别：根据文献5表8-1，允许不另行补强的最大接管外径是，本开孔外径为，因此需要另行考虑其补强。开孔直径：，取接管的厚度附加量管程接管：壳程接管：壳程开口直径211.0 <,满足等面积法开孔补强计算适用条件，故管程与壳程都可用等面积法进行开孔补强计算。开孔所需补强面积计算：管程接管有效厚度壳程接管有效厚度强度削弱系数 ， （2-5）开孔所需补强面积按下式计算： （2-6）其中：开口处的计算厚度，管程在管箱处开口，计算厚度为0.58mm。管程：壳程：有效补强范围有效宽度

35、B：管程：在两者之间去较大值，即壳程：在两者之间取较大值，即有效高度：管程：外侧有效高度为：取两者之间最小值，即内侧有效高度为： =0 (实际内伸长度)取两者之间最小值，即壳程:取两者之间最小值，即内侧有效高度为： =0 (实际内伸长度)取两者之间最小值，即有效补强面积壳体多余金属面积： 管程：管箱有效厚度：则多余的金属面积为： （2-7）壳程：筒体有效厚度：则多余的金属面积为：接管多余金属面积：接管计算厚度：管程： （2-8）接管多余金属面积： （2-9）壳程：接管多余金属面积：接管区焊缝面积（焊脚取为6mm）： 有效补强面积：管程：壳程：因此，壳程与管程开口都无需补强。2.3.3排气、排液

36、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，应该在其壳程和管程的最高、最低点，分别设置排气、排液接管。排气、排液接管的端部必须与壳体或管箱壳体内壁平齐，其结构如下图。排气口和排液口的尺寸一般不小于15mm。卧式换热器的排气、排液口多采用（a）结构，设置的位置分别在壳体、管箱壳体的上部和底部。在立式换热设备中，当公称压力PN<2.5MPa时，多采用（b）结构，而当公称压力PN>2.5MPa时，则选用（c）、（d）结构。即壳程排气、排液口采用在管板上开设不小于16mm的小孔，管端采用螺塞或焊上接管法兰。（c）结构通道易堵塞，螺塞易锈死，对于

37、不清洁、有腐蚀性的物料，不宜采用这种结构。换热器管间为蒸汽时，排气、排液孔可采用（e）结构。图2-5 换热器排液、排气接管结构2.3.4接管最小位置在换热器的设计中，为了使传热面积得以充分利用，壳程流体进、出口接管应尽量靠近两端管板，而管箱进、出口接管应尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱壳体长度，减轻设备重量。然而，为了保证设备的制造、安装，管口距管板或管箱法兰的距离也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。 1）壳程接管位置的最小距离图2-6 壳程接管位置壳程接管位置的最小尺寸，见图4-3-2，可按下式进行计算：带补强圈接管 mm （2-10）不带补强圈接管 mm （2-11） 以上两式中取C4S（S

38、为管箱壳体厚度，mm），且30mm。2）管箱接管尺寸的最小位置图2-7 管箱接管位置管箱接管位置的最小尺寸，见图2-7，可按下式进行计算：带补强圈接管 mm （2-12）不带补强圈接管 mm （2-13）以上两式中取C4S（S为管箱壳体厚度，mm），且30mm。以上四式中：b，hf管板厚度，mm； L1/L2壳程/管箱接管位置最小尺寸，mm； C补强圈外缘（无补强圈时，为管外壁）至管板（或法兰）与壳体连接焊缝之间的距离，mm； DH补强圈外圆直径，mm； dH接管外径，mm。取C=4S=24mm，取C=30mm。壳程接管不带补强圈，故壳程接管位置的最小尺寸为：，取L1=170mm。管箱接管不带

39、补强圈，故管箱接管位置的最小尺寸为：，取L2=140mm。2.4折流板或支持板折流板或支持板（以下简称折流板）的结构设计，主要根据工艺过程及要求来确定，设置折流板的主要目的是为了增加壳程流体的流速，提高壳程的传热膜系数，从而达到提高总传热系数的目的。同时，设置折流板对于卧式换热器的换热管具有一定得支撑作用。 2.4.1折流板型式折流板的型式由弓形折流板、圆盘-圆环形（也称盘-环形）折流板和矩形折流板。最常用的折流板是弓形折流板和圆盘-圆环形折流板。此换热器使用弓形折流板。其流体流动方式及结构型式见下图。图2-8 弓形折流板介质流动方式及结构形式图2.4.2折流板尺寸为方便选材，可选折流板的材料

40、选为16MnDR，由前可知，切去的圆缺高度为112.5mm折流板间距为300mm，数量为14块，查GB151-1999可知折流板的最小厚度为4mm，故此时可选其厚度为4mm。同时查GB151-1999表41可知折流板名义外直径为2.4.3折流板的布置1）折流板的布置 一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口接管，其余折流板按等距离布置，其尺寸可按下式计算：式中：L1壳程接管位置的最小尺寸，为170mm；B2防冲板长度，无防冲板时，可取B2=di。 则：, 取为220mm。2.4.4支持板当换热器不需要设置折流板，而换热管无支撑跨距超过规定时，则应设置支持板，用来支撑换热管，以防止换热管产

41、生过大的绕度。一般支持板都做成圆缺型较多。而本换热器设置了折流板，因此可以不使用支持板。2.4.5折流板质量计算单个折流板质量按下式进行计算： （2-14）式中：Q折流板质量，kg； Da折流板外圆直径，mm； Af折流板或支持板切去部分的弓形面积 d1管孔直径，mm； d2拉杆孔直径，mm； n1管孔数量； n2拉杆空数量； 折流板或支持板厚度，mm。得Q=4.32kg，总重为：2.5防冲与导流为了防止壳程物料进口处流体对换热管表面积的直接冲刷，应在壳程进口管处设置防冲板。而在立式换热器中，为了使气、液介质更均匀流入管间，防止流体对进口处的冲刷，并减少远离接管处的死区，提高传热效果，可考虑在

42、壳程进口处设置导流筒。由于壳程流体的，管程换热管流体的流速<3m/s，因此在本台换热器不需要设置防冲板。2.6拉杆与定距管2.6.1拉杆的结构和尺寸管束直径大于19mm的拉杆的结构型式和尺寸：图2-9 的拉杆的结构型式图2-10 拉杆的连接尺寸根据已知参数选取拉杆的参数如下表：表2-12 拉杆的参数拉杆的直径d拉杆螺纹公称直径dn abb拉杆的数量161620602.042.6.2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。2.6.3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

43、。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。2.7防短路结构在换热器壳程，由于管束边缘和分程部分都不能排满换热管，所以在这些部位形成旁路。为了防止壳程物料从这些旁路大量短路，降低换热效率，可在管束边缘的适当位置安装旁路挡板和在分程部位的适当地方安装假管或带定距管的拉杆来增大旁路的阻力，以迫使壳侧介质通过管束与换热管内流体进行换热。旁路挡板或假管是否需要、需要数量以及安装部位等，应根据使用条件和工艺计算来确定。一般应考虑以下因素：（1） 卧式、左右缺边者流换热器，壳程物料从旁路短路的可能性大，应根基需要考虑安心黄旁路挡板或假管。（2） 当壳程的传

44、热膜系数远小于管程的传热膜系数时，壳程传热膜系数其控制作用，此时安装旁路挡板或假管能显著提高总的传热系数。（3） 旁路面积与壳程流通面积之比愈大，旁路的泄露就愈大，安装盘路挡板或假管的效果也愈显著；在较小的壳体直径（DN400）中安装旁路挡板或假管比在较大的壳体直径中更加有效。（4） 旁路挡板或假管超过一定数量后。对提高传热系数的作用下降，而对压力降的影响较大。以上因素综合考虑，通过之前的计算和比较后，该换热器需要安装旁路挡板。安装在换热器中的旁路挡板应与折流板焊接牢固，如图2-11。1折流板 ；2旁路挡板图2-11 旁路挡板安装图 旁路挡板的厚度可取与折流板相同的厚度。旁路挡板的数量推荐如下

45、：公称直径DN500mm时，一对挡板；公称直径500<DN<1000mm时，两对挡板；公称直径DN1000mm时，三对挡板。本设计中的公称直径为450mm,采用一对旁路挡板。2.8膨胀节固定管板式换热器换热过程中，管束和壳体有一定得温差存在，而管板、管束与壳体之间是刚性地连接在一起的，当温差达到某一个温度值时，由于过大的温差应力往往会引起壳体的破坏或造成管束弯曲。当温差很大时，可以选用浮头式、U型管及填料函式换热器。但上述换热器的造价较高，若管间不需要清洗时，也可采用固定管板式换热器，但需要设置温差补偿装置，如膨胀节。2.8.1膨胀节形式膨胀节时装在固定管板式换热器壳体上的挠性构件

46、，依靠这种易变形的挠性构件，对管束与壳体间的变形差进行补偿，以此来消除壳体与管束间因温度而引起的温差应力。膨胀节的型式较多，通常有波形膨胀节、平板膨胀节、形膨胀节。在生产实际中，应用最多也最普遍的是波形膨胀节。图2-12 波形膨胀节波形膨胀节一般单层和多层两种型式。在波形膨胀节中，每一个波形的补偿能力与使用压力、波高、波长及材料等因素有关，如波高越低，耐压性能越好而补偿能力越差；波高越高，波距越大，则补偿量越大，但耐压性能越差。采用多层膨胀节的结构比单层膨胀节具有很多的优点，因多层膨胀节的壁薄且多层，故弹性大，灵敏度高，补偿能力强，承载能力及疲劳强度高，而且结构紧凑。表2-13 波形膨胀节规格

47、系列表膨胀节类型公称压力PN，MPa0.250.61.01.62.54.06.4公称直径DN，mmZX型膨胀节单层、多层25020001201200120800150350ZD型膨胀节单层1502001501200150350HF型膨胀节HZ型膨胀节2.8.2膨胀节计算1） 管子拉脱力计算在换热器中承受流体压力换热管壳壁的温差应力的联合作用，这两个力在管 子与管板的连接接头处产生了一个拉托力，使管子与管板由脱离的倾向。拉脱力是管子平均每平方米胀接周边所受到的力，单位为Pa。对于管子与管板是焊接连接的接头，实验表明，接头的强度高于管子本身金属的强度，拉脱力不足以引起接头的破坏。由于管子和管板采用

48、的是焊接连接，因此在这里我们不需要计算管子拉脱力。2）膨胀节设置计算必须设置膨胀节的条件：对于固定管板式换热器，用下式计算壳体和管子中的应力： （2-15）若满足下述条件之一者，必须设置膨胀节：式中F1是由壳体和管子之间的温差所产生的轴向力，N； （2-16）F2是由于壳程和管程压力作用于壳体上的轴向力，N； （2-17）其中是由于壳程和管程压力作用于管子上的轴向力，N； （2-18）At,As分别为管程和壳程的横截面积，mm2； （2-19）。其中：分别为管子和壳体材料的温度膨胀系数，；t0安装时的温度；tt,ts分别为操作状态下管壁温度和壳壁温度，oC，壳程壁温为：；管程壁温：。壳体和管子的材质都为碳素钢，其物性常数如下：查外压圆管、管子和球壳厚度计算图（屈服点大于207MPa的碳素钢）得：B=110MPa。st=163MPa，tt=112MPa，=1.0。2st=2×163×1.0M