U型管式换热器设计【毕业论文+CAD图纸通过答辩】
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s ve it it is It of is In “is is is to Its to An is a in to is to in A of is its a s is by B. of of R&D is of or of R&D is a of is of T to a be so be as In to a be to is of to it to of to in at is a of it of of is of is to to to in do a to to s a of of of to a of if be a is no of a be is to A to an be be or be of be is a a at It be if a be of of be to a of it is to in of by In is up to be It is is in of as be is a be to to if to be to is in to or to to is a a to or is to or to to is a be on 英文文献 翻译 学 生 姓 名： 学 院： 专业及班级 ： 学 号： 指导教师： 2011年 4月 25 日 机械工程英语 第 1课现代制造工程 也许你从来没有想过这个问题之前，但它是你周围的一切。它影响着你生活的一部分。是什么呢？在这种情况下， “它 ”是制造业。其实 “制造 ”是不是你周围的一切。而是人为制造的产品。现在看看你周围。名称有些事情你看到这些制造。椅子，笔记本电脑，蓝色牛仔裤，书籍，地板砖，黑板，灯泡，铅笔，眼镜，近周围的一切你是制造。 制造业是香港的重要的社会。这对于我们的经济。一个经济体是生产和销售的产品和服务体系。许多人工作在制造业。他们帮助生产的产品。他们用这些钱购买 他们赚的产品。人们购买的产品越多，越产品的生产。这让更多的人来工作。 制造业也是重要的另一种方式的经济。甲片的材料后，更是值得它被改变成一个有用的产品。这就是附加值。价值是增 加了生产过程。 二现代制造 一个制造业的资源需要三个基本类型：物质资源，人力资源，资本资源。 工业的七个关键要素是组织生产步骤：研究，开发，生产模具，生产计划与控制，质量控制，人事管理，制造，营销。 研发新产品，工艺或材料，旧技术的改进计划。 R D 是这么大，工业世界的重要组成部分，需要与不同的人才很多人。 生产工具是工业元素与这些工具有关。在 器和设备需要做出的产品。 生产计划与控制最重要的部分是路由，调度，调度，并规划布局。机械及设备，必须使生产安 排，可以进行顺利，没有浪费时间和精力。 质量控制可以被定义为那些活动，防止缺陷的文章。在尝试这种方式管理，以确保产品将可以接受的买家。 营销是让那些谁使他们对那些谁使用它们，有助于提供各种货物的权利给我们，在正确的方式和数额，时间及价格，产品的过程。 第 2课机械工程设计 机械工程设计是工程的主要部分，它涉 及的概念，设计，开发，改进和应用机器及各种机械设备。对于许多学生，机械工程设计是他们的第一个专业的工程课程之一。专业工程关注的是获得解决实际问题，工程师们能够设计出更好的解决实际问题。在机械工程设计中的大多数问题没有唯一正确的答案。因此，现代机械工程师能够产生显着更好的解决方案，以满足今天的需要。工程师必须使用现有的最佳科学信息的理解以及经验，良好的判断力。当考虑一个完整的机器，工程师都认为，要求和约束是相互关联的各个组成部分。现代工程师已越来越多地安全，生态，更广泛的考虑和整体有关 “生活质量 ”。 好的设 计需要尝试新的想法并愿意采取了一定的风险，因为他们知道如果新的观点并不工作中存在的方法可以恢复。因此，设计者必须要有耐心，因为没有时间和扩大的努力取得成功的保证。创建一个全新的设计，通常需要许多旧的和行之有效的方法，将重点放在一边。这并不容易，因为许多人抱着熟悉的想法，技巧和态度。设计工程师必须不断寻找方法来改进现有产品，必须决定哪些旧的，成熟的概念，应使用什么新的，未经试验的想法应该被纳入。 新的设计通常有 “错误 ”或之前，必须制定新设计出来的优良特性，可享有不可预见的问题。因此，有一个优越的产品的机会， 但只有在较高的风险。应该强调的是，如果设计不保证激进的新方法，这种方法不能申请的改变而而已。 在设计的开始阶段，创意应该允许繁荣没有大量的约束。尽管许多不切实际的想法可能发生时，通常很容易消除在设计的早期阶段，他们之前是由公司生产所需的细节。通过这种方式，创新的思想不是抑制。很多时候，一个以上的设计，开发，到那里他们可以相互比较点。这是完全可能的是，最终设计将接受使用心得在被拒绝的设计，没有太多的整体表现为一个现有的承诺。 另一项重要的一点，应该承认的是，设计工程师必须能够与其他人交流意见，如果他们要纳 入。传达给其他人设计的最后，在设计过程中的重要一步。毫无疑问，许多伟大的设计，发明和创新工程已失去了人类仅仅是因为创始人是无法或不愿解释他们的成就给其他人。演讲是一个销售的工作。这位工程师，当提出一个新的解决方案，行政，管理或监督人，正试图出售或向他们证明这个解决方案是一个更好的。除非这是可以做到成功，获得的时间和精力花在解决方案已经在很大程度上浪费了。 购买后包含有 咨询 I U 型管式换热器设计 摘要 本文介绍了 U 型管换热器的整体结构设计计算。 U 型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。 U 型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制 造。设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。 关键词： U 型管换热器，结构，强度，设计计算 购买后包含有 咨询 at of in of is be a It I of of 徽理工大学毕业论文 i 安徽理工大学毕业论文 徽理工大学毕业论文 录 中文摘要 . 错误 !未定义书签。 英文摘要 . 错误 !未定义书签。 绪论 . 1 1管壳式换热器的类型、结构与型号 . 3 热器的零部件名称 . 3 热器的主要组合部件 . 4 2换热器材料 选择 . 5 材原则 . 4 3换热器结构设计 . 6 厚的确定 . 6 箱圆筒短节设计 . 6 体圆筒设计 . 7 头设计 . 8 封头计算 . 9 箱封头计算 . 10 热管设计 . 11 热管的规格和尺寸偏差 . 12 形管的尺寸 . 13 子的排列型式 . 13 热管中心距 . 14 管限定圆 . 14 热管的排列原则 . 16 板设计 . 16 板连接设计 . 18 板设计计算 . 19 箱结构设计 . 22 箱的最小内侧深度 . 23 程隔板 . 23 4 换热器其他各部件结构 . 24 出口接管设计 . 24 管法兰设计 . 24 管外伸长度 . 26 安徽理工大学毕业论文 接管与筒体、管箱壳体的连接 . 26 接管开孔补强的设计计算 . 26 管最小位置 . 29 程接管位置的最小尺寸 . 31 箱接管位置的最小尺寸 . 31 管板法兰设计 . 32 片的设计 . 33 栓设计 . 34 兰设计 . 37 流板 . 38 流板尺寸 . 39 流板的布置 . 39 流板的固定 . 36 杆与定距管 . 38 杆的结构型式 . 39 杆的直径和数量 . 39 杆的尺寸 . 43 杆的布置 . 44 距管尺寸 . 44 冲与导流 . 44 冲板的形式 . 44 冲板的位置和尺寸 . 44 流筒 . 45 壳程结构 . 45 短路结构 . 44 路挡板的结构尺寸 . 46 管 . 46 间挡板 . 46 座 . 45 结论 . 46 参考文献 . 47 致谢 . 48 安徽理工大学毕业论文 2 绪论 能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发 及转换利用已成为各国的重要课题，而换热器是能源利用过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用，化工、冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。近几年由于新技术发展和新能源开发利用，各种类型的换热器越来越受到工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。 近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。 换热器分类方式多样 ,按照其工作原理可分为 :直接接触式换热器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类 ,间壁式换热器又可分为 列 管式和板壳式换热器两类 ,其中 列 管式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性 ,在长期的操作过程中积累了丰富的经验 ,其设计资料比较齐全 , 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。 近年来尽管 列 管式换热器也受到了新型换热器的挑战 ,但由于 它 具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点 ,列管式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器 ,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。 列管式换热器适用于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业的液和液 ,汽和汽 ,汽和液的对流传热 ,蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。 列管式换热器 是由一个圆筒形壳体及其内部的管束组成。管子两端固定在管板上，并将壳程和管程的流体分开。壳体 内设有 折流板，以引导流体的流动并支承管子。用拉杆和定距管将折流板与管子组装在一起。 列管式换热器共有三种 结构型式 :固定管板式、浮头式和 定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低，每根换热管可以单独清洗和更换，在结构尺寸相同的条件下，与浮头式和 热面 积最大。固定管板式换热器的壳程清洗困难 ， 适应热膨胀能力差，决定了固定管板式换热器适用于换热介质清洁，壳程压力不高，换热介质温差不大的场合。浮头式换热器由于管束的热膨胀不受壳体的约束，而且可拆卸抽出管束，检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便，因此，浮头式换热器应用最广泛，在油田储运集输系统中， 60% 70%的换热器为浮头式换热器。 形管式换热器是管壳式换热器的一种 ,它由管板、壳体、管束等零部件组成。在同样直径情况下 ,形管换热器的换热面积最大 ； 它结构简单、紧凑、密封性能高 , 检修、清洗方便、 在高温、高压下 金属耗量最小、造价最低 ;形管换热器只有一块管板 ,热补偿性能好、承压能力较强 ,适用于高温、高压工况下操作。 安徽理工大学毕业论文 3 1 管壳式换热器的类型、结构与型号 热器的零部件名称 表 号 名称 序号 名称 序号 名称 1 接管法兰 11 活动鞍座（部件） 21 纵向隔板 2 管箱法兰 12 22 接管 3 壳体法兰 13 挡管 23 内导流筒 4 防冲板 14 固定鞍座（部件） 24 圆筒 5 补强圈 15 滑到 25 管箱侧垫片 6 壳体（部件） 16 管箱垫片 26 凸形封头 7 折流板 17 管箱圆筒（短节） 27 双头螺柱或螺栓 8 拉杆 18 封头管箱（部件） 28 放气口 9 定距管 19 分层隔板 29 螺母 10 支持板 20 中间挡板 图 安徽理工大学毕业论文 4 热器的主要组合部件 换热器的主要组合部件有前段管箱、壳体和后端结构（包括管束）三部分。详细分类见图 图 主要部件的分类及代号 安徽理工大学毕业论文 5 2 换热器材料选择 在进行换热器设计时，对换热器各种零部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能 等的要求来选取。当然，最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。如在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切的关系。 材原则 换热器用钢的标准、冶炼方法、热处理状态、许用应力、无损检测标准及检测项目均按 的规定。 换热器的目的是为了传热，经常与腐 蚀性介质接触的换热表面积很大，为了保护金属部受腐蚀，最根本的方法是选择耐腐蚀的金属或非金属材料。 换热器主要部件 材料选择见表 零部件 材料 设计压力 设计温度 许用应力 t 标准 管箱封头 1523 封头 1573 体 1573 箱圆筒短节 1523 板 023 热管 023 B/程接管 1573 程接管 073 筒体法兰 1573 000 管程接管法兰 0 程接管法兰 1523 箱法 兰 1573 000 安徽理工大学毕业论文 6 3 换热器结构设计 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、比温差、结垢情况、流体的性质以及检修与清理等等来选择一些适合的结构型式。 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相同。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。 无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器便宜，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难， 所以管内介质必须清洁及不易结垢的物料。 U 形管的弯管部分曲率不通，管子长度不一。管子因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。 U 型管式换热器，使用在压力较高的情况下，在弯管段的壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。 壳程内可按工艺要求装置折流板、纵向隔板等，折流板由拉杆固定，以提高换热设备的传热效果。纵向隔板是一矩形平板，安装在平行于传热管方向（纵向隔板按工艺要求决定）以增加壳侧介质流速。 符号： 1材厚度负偏差 按相应钢材标准的规定选取； 2材的腐蚀裕量， C 度附加量（按 1第三章取）， 对多层包扎圆筒只考虑内筒的 热套圆筒只考虑内侧第一层套盒圆筒的 筒或球壳的内直径， 筒或球壳的外直径（ 2o i ) , 算压力（按 1第 3章） , 计压力， 程设计压力， 程设计压力， 筒或球壳的最大允许工作压力， 筒或球壳的计算厚度， e筒或球壳的有效厚度， n筒或球壳的名义厚度， t 计温度下圆筒或球壳的计算应力， t 计温度下圆筒或球壳材料的许用应力（按 1第 4章） , 验温度下材料的许用应力 （按 1第 4章） , 安徽理工大学毕业论文 7 接接头系数（按 1第 3章）；对热套圆筒取 = 1 厚的确定 壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。管壳式换热器的壳体通常由管材或板材卷制而成。压力容器的公称直径按 定，当直径 400 时，通常采用管材做壳体和管箱壳体。当直径 400 时 ，采用板材卷制壳体和管箱壳体。其直径系列应与封头、连接法兰的系列相匹配，以便于法兰、封头的选型。卷制圆筒的公称直径以 400为基数，一般情况下，当直径 1000时，直径相差 100 为一个系列，必要时也可采用 50 ；当直径 1000 时直径相差 200 为一个系列，若采用旋压封头，其直径系列的间隔可以取为 100。 圆筒的厚度按 章计算 ，但碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小于表 合金钢圆筒的最小厚度应不小于 表 称直径 400700 700 1000 1000 1500 1500 2000 2000 2600 浮头式， 8 10 12 14 16 固定式管板式 6 8 10 12 14 表 称直径 400500 500 700 700 1000 1000 1500 1500 2000 2000 2600 最小厚度 8 10 12 箱圆筒短节设计 管箱圆筒（短节）计算按 开孔补强计算按筒的最小厚度按表 计条件见表 表 件 材料 设计温度 设计压力 t 标准 1箱圆筒短节 1523 0 圆筒计算： 设计温度下圆筒的计算厚度按式（ 3算，公式的适用范围为 0 2 （ 3 安徽理工大学毕业论文 8 其中 8 . 0p M p a； 800iD 1 2 8 t M p a ； = 计算厚度： = 计厚度：2 2 5 . 7 6 d C m 1C 2 5 . 7 6 nd 圆整取 n= 26效厚度：21C 2 6 0 2 6 m 3算： 2 C i （ 3 得 8 . 0 8 0 0 2 6 1272 2 6t M p 3 1000 2600 4 800 b = 28 表 700 10 3 700 13 5 取30b= 5有2 1 . 5 3 0 1 . 5 3 1 . 5nb b m m 。 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 安徽理工大学毕业论文 16 表 换热器型式 固定管板式、 浮头式 布管限定圆直径 122iD b b b 得：32 8 0 0 2 8 7 8 4 b m m 。 除了考虑布管限定圆直径外，换热管与防冲板间的距离也许考虑。通常，换热管外表面与邻近防冲板表面间的距离，最小为 6热管中心线与防冲板板厚中心线或上表面之间的距离，最大为换热管中心距的 3 /2 。 热管的排列原则 换热管的排列应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间的距离规定的范围内，应全部布满换热管； 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘在靠近折流板缺边位置处应布置拉杆，其间距小于或等于 700杆中心至折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距地（ 3 范围内； 多管程的各管程数应尽量相等，其相对误差应控制在 10%以内，最大不得超过 20%。 板设计 符号规定： 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， 2例如双管程管板，对于三角形排列： 0 . 8 6 6 2 5n S S （ 3 n 形管根数，管板开孔数为 2n； n 隔板槽一侧的排管根数； S 热管中心距， 板槽两侧相邻管中心距， 板布管区面积，； 三角形排列 : 21 . 7 3 2n S A（ 3 a 根换热管管壁金属的横截面积，； 数，按 t，查图 192； 数，按 t，查图 202； 安徽理工大学毕业论文 17 数，按 t，查图 212； D 板开孔前的抗弯刚度， N 321 2 1 （ 3 片压紧力作用中心圆直径，按 1第 9章， 程圆筒和管箱圆筒内直径， 板布管区当量直径， 4 3 d 热管外径 , 板材料的弹性模量 , 板边缘旋转刚度参数， f f K ，对于 0程圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数， 箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数， 转刚度无量纲参数； 对于 0 l 热管与管板胀接长度或焊脚高度，按 规定， 板设计压力， 程设计压力， 程设计压力， q 热管与管板连接的拉脱力， q 用拉脱力，按 规定， R 径， 对 2 （ 3 S 热管中心距， 板计算厚度， h 箱圆筒厚度， s 程圆筒厚度， t热管壁厚 , 板强度削弱系数，一般可取 ； 板材料泊松比，取 ； t 管区当量直径 直径 2 安徽理工大学毕业论文 18 计温度下，管板材料的许用应力， 计温度下，换热管材料的许用应力， 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，还是换热器中的一个重要受压元件。对管板的设计除了要满足强度要求外，同时应合理的考虑其结构设计。管板得合理设计对于正确选用和节约材料、减少加工制造的困难、降低成本、确保使用安全都具有重要意义。 用可拆式连接，管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。其连接形式见图 图 板的最小厚度除满足 强度设计要求外，当管板和换热器采用焊接时，应满足结构设计和制造的要求，且不小于 12管板采用复合钢板，其复合层的厚度应不小于 3于有腐蚀要求的复层，还应保证距复层表面深度不小于 2 当管板与换热管采用胀接时，管板得最小厚度（不包括腐蚀裕度）应满足表 管板采用复合管板，其复层最小厚度应不小于 10应保证距复层表面深度不小于8 表 热管外径 d， 25 25 （ 6）垫片宽度校核 m i 6 6 1 8 0 5 2 8 . 4 86 . 2 8 6 . 2 8 8 7 0 1 7 9 . 3b ，垫片选择满足条件。 （ 7）螺栓设计载荷 a、预紧状态下螺栓设计载荷计算 2 （ 3 3 4 4 3 . 7 1 3 4 6 6 1 8 0 5 2 7 4 1 2 1 4 5 . 7 82 b、操作状态下螺栓设计载荷计算 6182404. 875 N （ 兰设计 （ 1）法兰力臂 取 01 . 5 1 . 5 2 6 3 9h m m，法兰颈部斜度为 1： 3，则有 1 39 12 2 ( 4 8 3 9 ) 8 0 0 9 7 4b A D m m 10 . 5 4 8 0 . 5 3 9 6 7 . 5 m m 9 7 4 8 7 0 5222m m 1 / 2 4 8 3 9 5 2 / 2 6 9 . 5T A L m m （ 2）法兰载荷 220 . 7 8 5 0 . 7 8 5 8 0 0 8 . 5 4 2 7 0 4 0 0D i p N G c F D p F 20 . 7 8 5 8 7 0 8 . 5 4 2 7 0 4 0 0 7 8 0 0 1 5 . 2 5 N 安徽理工大学毕业论文 38 （ 3）法兰力矩 a、预紧状态下的法兰力矩计算 N 2 1425431581a G L N m m （ b、操作状态下的法兰力矩计算 P D D T T G L F L F L（ 4 2 7 0 4 0 0 6 7 . 5 7 8 0 0 1 5 . 2 5 52 m m （ 4）法兰设计力矩 法兰设计力矩取以下大者： m m 取 m m（ 5）法兰形状常数 0 8 0 0 2 6 1 4 4 . 2 2 m m 1 1.1 5 3 9 9h 5 9 / 1 4 4 . 2 2 0 . 4 0 / 2 2 / 8 7 0 2 5 2 2 3 6 / 8 0 0 1 . 3 0 8i G G e D D L L D 10 3 9 / 2 6 1 . 5 查表 9,确定下列系数： T = Z = Y = U = 图 9，得： ，得： ，得： 0/ 0 . 8 8 4 / 1 4 4 . 2 2 0 . 0 0 6 1 3 h 2 2 31 0 0 4 4 . 2 2 2 6 2 0 6 4 1 0 3 . 6 h m 70有： 1 1 7 0 0 . 0 0 6 1 3 1 2 . 0 4 2 1f e 44 1 1 7 0 0 . 0 0 6 1 3 1 2 . 3 8 9 533f 39 / T = 3 31170 1 . 1 3 4 5 2 . 3 8 3 . 5 1 4 5 （ 6）法兰应力 a、轴向应力计算 5 1 4 5 3 b、径向应力计算 21 . 3 3 1D（ 21 . 3 3 1 7 0 0 . 0 0 6 1 3 1 5 1 4 5 1 7 0 401326800 Pa c、环向应力计算 22 1 1 8 5 1 0 4 . 8 81 7 0 8 0 0 （ 7）法兰应力校核 a、轴向应力计算 nm i n 1 . 5 2 . 5f ， 1 . 5 1 . 5 1 1 9 . 7 8 1 7 9 . 6 7 P 5 2 . 5 1 2 8 . 2 4 3 2 0 . 6 P 1 . 5 1 7 9 . 6 7 a 1 . 5b、径向应力计算 1 1 9 . 7 8 f MP c、环向应力计算 1 1 9 . 7 8 f MP d、组合应力 1 1 8 . 2 5 1 1 . 7 8 5 6 5 . 0 2 a 规定）； b）拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于 14ld； c）当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。 本次设计采用拉杆定距管结构。 图 拉杆的直径和数量 拉杆的直径和数量可以按表 432和表 442选取。 选取拉杆直径为 12 选取拉杆数量为 8根。 杆的尺寸 拉杆的长度按实际需要确定，拉杆的连接尺寸按图 图 拉杆直径 d 拉杆螺纹公称直径0 10 13 40 2 12 15 50 徽理工大学毕业论文 44 16 16 20 60 取拉杆螺纹公称直径为 12mm，5mm，0 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。 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做定距管。定距管的长度，按实际需要确定。本次设计选取 19 冲与导流 为防止壳程物料进口处，流体对换热管表面的直接冲刷，应在壳程进口管处设置防冲板。设置防冲板和导流筒的条件为： 当管程采用轴向人口接管或换热管内流体流速超过 3m /设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。 对有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及气液混合物，应设置防冲板。 对液体物料，当壳程进口处流体的 2 （ 为流体 密度， 3/kg m ； 为流体流速，/为下列数值时，应在壳程进口管处设置防冲板或导流筒。 a）非腐蚀、非磨蚀性的单相流体， 2 2230 m 2s ） 者， b) 其他液体，包括沸点下的液体， 2 740 m 2s ） 者。 当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时，应设置导流筒，以减小流体停滞区，增加换热管的有效换热长度。 冲板的形式 1) 防冲板的两侧焊在定距管或拉杆上，也可同时焊在靠近管板的第一块折流板上； 2）防冲板焊在圆筒上； 3）用 冲板的位置和尺寸 防冲板在壳体内的位置，应使防冲板周围与壳体内壁所形成的流通面积为壳程进口接 管截面积的 1 防冲板外表面到圆筒内壁的距离，应不小于接管外径的 1/4。取壳程防冲板到圆筒内壁的距离为 60 安徽理工大学毕业论文 45 防冲板的直径或边长，应大于接管外径 50防冲板的变长为 250 防冲板的最小厚度：碳钢为 锈钢为 3设计选用碳钢，厚度为 流筒 导流筒一般有内导流筒和外导流筒两种形势。 内导流筒：内导流筒是设置在壳体内部的一个圆筒形结构，在靠近管板的一端敞开，而另一端近似密封。在设计内导流筒时，导流筒外表面到壳体圆筒内壁的距离宜不小于接管外径的 1/3。导流筒端部到管板的距离，应使该处的流通面积不小于导流筒的外侧流通面积。 外导流筒：在设计外导流筒时，内衬圆筒内表面到外导流筒的内表面间距为： 接管外径 d 200距不小于 50 d 200距不小于 75 立式外导流筒换热器，应在内衬圆筒下端开泪孔。 本次设计采用内导流筒，导流筒外表面到壳体圆筒内壁的距离为 70 壳程结构 双壳程是用纵向隔板将壳程分为双程，纵向隔板的最小厚度为 6壳程压力降较大时，隔板应适当加厚。纵向隔板与管板的连接可用焊接 或可拆卸连接 。 纵向隔板回流端的改向通道面积应大于折流板的缺口面积。需要抽出管束的换热器，应在隔板的两侧与壳体的间隙处设 置密封结构，如图 4 图 4短路结构 在换热器壳程，由于管束边缘和分程部位都不能排满换热管，所以在这些部位形成旁路。为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徽理工大学毕业论文 46 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 路挡板或挡管是否需要、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、左右缺边折流板换热器，壳程物料从旁路短路的可能性较大，应根据需要考虑安装旁路挡板或假管。 （ 2）当壳程的传热膜系数大大小于管程的传热膜系数时，壳程传热膜系数起控制作用，此时安装旁路挡板或挡管能显著提高总的传热系数。 （ 3）旁路面积与壳程通流面积之比愈大，旁路的泄露就愈大，安装旁路挡板或假管的效果也愈显著；在较小的壳体直径（ 400）中安装挡板或挡管比在较大的壳体直径中更加有效。 （ 4）旁路挡板 或挡管超过一定数量后，对提高传热系数的作用下降，而对压力降的影响较大。 以上因素应综合考虑，通过计算和比较后，再确定旁路挡板或假管的安装问题。 路挡板的结构尺寸 安装在换热器中的旁路挡板应与折流板焊接牢固，旁路挡板的厚度可取与折流板相同的厚度 6路挡板的数量推荐如下： 公称直径 500对挡板； 500 1000对挡板； 1000少于三对挡板。本次设计采用两对挡板。 管 挡管为两端堵死的换热管，设置于分程隔板槽背面两管板之间，挡管与换 热管的规格相同，可与折流板点焊固定，也可用拉杆（带定距管或不带定距管）代替 。挡管的设置都是为了减少流动死区。 挡管应每隔 3不应设置在折流板缺口处。 挡管伸出第一块及最后一块折流板或支持板的长度应不大于 50 挡管应与任意一块折流板焊接固定。 间挡板 在 于受 而形成无阻力的流体通道。为了减少这种短路，使壳程介质能有效地换热，可在 间挡板可以与折流板点焊固定；也可 把最里面一排的 时加挡管以防止流体短路。 中间单板的数量推荐如下 : 安徽理工大学毕业论文 47 公称直径 500块挡板； 500 1000块挡板； 1000少于三块挡板。本次设计采用两块挡板。 座 鞍座分为固定式（代号 F）和滑动式（代号 S）两种安装形式。按照 4712 固定式鞍座 4712座 00 滑动式鞍座 4712座 00座尺寸如下： 公称 直径 800 允许载荷 Q： 220 鞍座质量（带垫板）： 35座高度 h： 200 螺栓间距： 30 膜板： 2=10 底板尺寸： 20 50 1=10板：弧长 =940 00 4=6 e=36 鞍座设置应尽可能靠近封头 ，即 A 应小于或等于0 /4需要时， 取两鞍座间距离为 4000 结论 通过被课题的学习与研究，基本完成了 获颇丰 ，虽然设计任务完满完成，但是设计中尚有需要改进和完善之处 。 成果：（ 1） 通过设计过程对过去学到的专业知识进行了系统的回顾和学习； 安徽理工大学毕业论文 48 （ 2） 较全面的了解和学习了 （ 3）学习了换热器设计中常用的规范和标准； （ 4）了解了焊接工艺常用的规范和技术要求 ； （ 5）懂得了独立研 究和思考问题的方法。 不足 : （ 1）对于管箱隔板的设计 研究还不够深入，设计部够精准； （ 2）接管的补强设计还需完善，以使结构更加美观和经济； （ 3）由于设计压力较高有些结构需要自行设计，设计经验少，研究不够深入设计的结构还需完善和完美。 此次设计已经结束，受益匪浅，设计规范中一些细节之处可参考的资料较少，在设计过程中遇到的一些难以解决的问题。苦于自身知识结构还不够完善，缺乏深度，希望在以后的工作中不断充实与完善自我知识。 参考文献 1 50钢制压力容器 2 51钢制管壳式换热器 安徽理工大学毕业论文 49 3 4737椭圆形封头 械工业出版社， 1996 4 I U 型管式换热器设计 摘要 本文介绍了 U 型管换热器的整体结构设计计算。 U 型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。 U 型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制 造。设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。 关键词： 构，强度，设计计算 at of in of is be a It I of of 徽理工大学毕业论文 2 目录 中文摘要 . 错误 !未定义书签。 英文摘要 . 错误 !未定义书签。 绪论 . 1 1 管壳式换热器的类型、结构与型号 . 错误 !未定义书签。 热器的零部件名称 . 错误 !未定义书签。 热器的主要组合部件 . 错误 !未定义书签。 2 换热器材料选择 . 错误 !未定义书签。 材原则 . 4 3 换热器结构设计 . 错误 !未定义书签。 厚的确定 . 6 箱圆筒短节设计 . 6 体圆筒设计 . 7 头设计 . 8 封头计算 . 9 箱封头计算 . 10 热管设计 . 11 热管的规格和尺寸偏差 . 错误 !未定义书签。 形管的尺寸 . 错误 !未定义书签。 子的排列型式 . 错误 !未定义书签。 热 管中心距 . 错误 !未定义书签。 管限定圆 . 错误 !未定义书签。 热管的排列原则 . 错误 !未定义书签。 板设计 . 错误 !未定义书签。 板连接设计 . 错误 !未定义书签。 板设计计算 . 19 箱结构设计 . 错误 !未定义书签。 箱的最小内侧深度 . 错误 !未定义书签。 程隔板 . 错误 !未定义书签。 4 换热器其他各部件结构 . 错误 !未定义书签。 出口接管设计 . 错误 !未定义书签。 管法兰设计 . 错误 !未定义书签。 管外伸长度 . 错误 !未定义书签。 安徽理工大学毕业论文 3 接管与筒体、管箱壳体 的连接 . 错误 !未定义书签。 接管开孔补强的设计计算 . 错误 !未定义书签。 管最小位置 . 29 程接管位置的最小尺寸 . 错误 !未定义书签。 箱接管位置的最小尺寸 . 错误 !未定义书签。 管板法兰设计 . 错误 !未定义书签。 片的设计 . 33 栓设计 . 34 兰设计 . 错误 !未定义书签。 流板 . 38 流板尺寸 . 39 流板的布置 . 39 流板的固定 . 36 杆与定距管 . 38 杆的结构型式 . 39 杆的直径和数量 . 39 杆的尺寸 . 错误 !未定义书签。 杆的布置 . 错误 !未定义书签。 距管尺寸 . 错误 !未定义书签。 冲与导流 . 错误 !未定义书签。 冲板的形式 . 错误 !未定义书签。 冲板的位置和尺寸 . 错误 !未定义书签。 流筒 . 错误 !未定义书签。 壳 程结构 . 错误 !未定义书签。 短路结构 . 44 路挡板的结构尺寸 . 错误 !未定义书签。 管 . 错误 !未定义书签。 间挡板 . 错误 !未定义书签。 座 . 45 结论 . 46 参考文献 . 47 致谢 . 48 I U 型管式换热器设计 摘要 本文介绍了 U 型管换热器的整体结构设计计算。 U 型管换热器仅有一个管板，管子两端均固定于同一管板上，管子可以自由伸缩，无热应力，热补偿性能好；管程采用双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好，承压能力强，管束可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。 U 型管式换热器的主要结构包括管箱、筒体、封头、换热管、接管、折流板、防冲板和导流筒、防短路结构、支座及管壳程的其他附件等。 本次设计为二类压力容器，设计温度和设计压力都较高，因而设计要求高。换热器采用双管程，不锈钢换热管制 造。设计中主要进行了换热器的结构设计，强度设计以及零部件的选型和工艺设计。 关键词： U 型管换热器，结构，强度，设计计算 at of in of is be a It I of of 徽理工大学毕业论文 i 目录 中文摘要 . 错误 !未定义书签。 英文摘要 . 错误 !未定义书签。 绪论 . 1 1管 壳式换热器的类型、结构与型号 . 2 热器的零部件名称 . 2 热器的主要组合部件 . 3 2换热器材料选择 . 4 材原则 . 4 3换热器结构设计 . 5 厚的确定 . 6 箱圆筒短节设计 . 6 体圆筒设计 . 7 头设计 . 8 封头计算 . 9 箱封头计算 . 10 热管设计 . 11 热管的规格和尺寸偏差 . 11 形管的尺寸 . 12 子的排列型式 . 12 热管 中心距 . 13 管限定圆 . 13 热管的排列原则 . 15 板设计 . 15 板连接设计 . 17 板设计计算 . 19 箱结构设计 . 21 箱的最小内侧深度 . 22 程隔板 . 22 4 换热器其他各部件结构 . 23 出口接管设计 . 23 管法兰设计 . 23 管外伸长度 . 25 安徽理工大学毕业论文 接管与筒体、管箱壳体的连接 . 25 接管开孔补强的设计计算 . 25 管最小位置 . 29 程接管位置的最小尺寸 . 30 箱接管位置的最小尺寸 . 30 管板法兰设计 . 31 片的设计 . 33 栓设计 . 34 兰设计 . 36 流板 . 38 流板尺寸 . 39 流板的布置 . 39 流板的固定 . 36 杆与定距管 . 38 杆的结构型式 . 39 杆的直径和数量 . 39 杆的尺寸 . 42 杆的布置 . 43 距管尺寸 . 43 冲与导流 . 43 冲板的形式 . 43 冲板的位置和尺寸 . 43 流筒 . 44 壳程结构 . 44 短路结构 . 44 路挡板的结构尺寸 . 45 管 . 45 间挡板 . 45 座 . 45 结论 . 46 参考文献 . 47 致谢 . 48 安徽理工大学毕业论文 1 绪论 能源是当前人类面临的重要问题之一，能源开发及转换利用已成为 各国的重要课题，而换热器是能源利用过程中必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用，化工、冶金、动力、交通、航空与航天等部门应用尤为广泛。近几年由于新技术发展和新能源开发利用，各种类型的换热器越来越受到工业界的重视，而换热器又是节能措施中较为关键的设备，因此，无论是从工业的发展，还是从能源的有效利用，换热器的合理设计、制造、选型和运行都具有非常重要的意义。 近年来随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益。 换热器分类方式多样 ,按照其工作原理可分为 :直接接触式换热 器、蓄能式换热器和间壁式换热器三大类 ,间壁式换热器又可分为 列 管式和板壳式换热器两类 ,其中 列 管式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性 ,在长期的操作过程中积累了丰富的经验 ,其设计资料比较齐全 , 随着经济的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。 近年来尽管 列 管式换热器也受到了新型换热器的挑战 ,但由于 它 具有结构简单、牢固、操作弹性大、应用材料广等优点 ,列管式换热器目前仍是化工、石油和石化行业中使用的主要类型换热器 ,尤其在高温、高压和大型换热设备中仍占有绝对优势。 列管式换热器适用 于化工、石油、医药、食品、轻工、冶金、焦化等行业的液和液 ,汽和汽 ,汽和液的对流传热 ,蒸汽冷凝和液体蒸发传热等换热冷凝流程。 列管式换热器 是由一个圆筒形壳体及其内部的管束组成。管子两端固定在管板上，并将壳程和管程的流体分开。壳体 内设有 折流板，以引导流体的流动并支承管子。用拉杆和定距管将折流板与管子组装在一起。 列管式换热器共有三种 结构型式 :固定管板式、浮头式和 定管板式换热器结构简单、紧凑、造价低，每根换热管可以单独清洗和更换，在结构尺寸相同的条件下，与浮头式和 热面积最大。固定管板 式换热器的壳程清洗困难 ， 适应热膨胀能力差，决定了固定管板式换热器适用于换热介质清洁，壳程压力不高，换热介质温差不大的场合。浮头式换热器由于管束的热膨胀不受壳体的约束，而且可拆卸抽出管束，检修更换换热管、清理管束和壳程污垢方便，因此，浮头式换热器应用最广泛，在油田储运集输系统中， 60% 70%的换热器为浮头式换热器。 形管式换热器是管壳式换热器的一种 ,它由管板、壳体、管束等零部件组成。在同样直径情况下 ,形管换热器的换热面积最大 ； 它结构简单、紧凑、密封性能高 , 检修、清洗方便、 在高温、高压下金属耗量最小、造 价最低 ;形管换热器只有一块管板 ,热补偿性能好、承压能力较强 ,适用于高温、高压工况下操作。 安徽理工大学毕业论文 2 1 管壳式换热器的类型、结构与型号 热器的零部件名称 表 号 名称 序号 名称 序号 名称 1 接管法兰 11 活动鞍座（部件） 21 纵向隔板 2 管箱法兰 12 22 接管 3 壳体法兰 13 挡管 23 内导流筒 4 防冲板 14 固定鞍座（部件） 24 圆筒 5 补强圈 15 滑到 25 管箱侧垫片 6 壳体（部件） 16 管箱垫片 26 凸形封头 7 折流板 17 管箱圆筒（短节） 27 双头螺柱或螺栓 8 拉杆 18 封头管箱（部件） 28 放气口 9 定距管 19 分层隔板 29 螺母 10 支持板 20 中间挡板 图 安徽理工大学毕业论文 3 热器的主要组合部件 换热器的主要组合部件有前段管箱、壳体和后端结构（包括管束）三部分。详细分类见图 图 主要部件的分类及代号 安徽理工大学毕业论文 4 2 换热器材料选择 在进行换热器设计时，对换热器各种零部件的材料，应根据设备的操作压力、操作温度、流体的腐蚀性能以及对材料的制造工艺性能等的要求来选取。 当然，最后还要考虑材料的经济合理性。一般为了满足设备的操作压力和操作温度，即从设备的强度或刚度的角度来考虑，是比较容易达到的，但对于材料的耐腐蚀性能，有时往往成为一个复杂的问题。如在这方面考虑不周，选材不妥，不仅会影响换热器的使用寿命，而且也大大提高设备的成本。至于材料的制造工艺性能，是与换热器的具体结构有着密切的关系。 材原则 换热器用钢的标准、冶炼方法、热处理状态、许用应力、无损检测标准及检测项目均按 的规定。 换热器的目的是为了传热，经常与腐蚀性介质接触的换 热表面积很大，为了保护金属部受腐蚀，最根本的方法是选择耐腐蚀的金属或非金属材料。 换热器主要部件 材料选择见表 零部件 材料 设计压力 设计温度 许用应力 t 标准 管箱封头 1523 封头 1573 体 1573 箱圆筒短节 1523 板 023 热管 023 B/程接管 1573 程接管 073 筒体法兰 1573 000 管程接管法兰 0 程接管法兰 1523 箱法兰 1573 000 安徽理工大学毕业论文 5 3 换热器结构设计 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、比温差、结垢情况、流体的性质以及检修与清理等等来选择一些适合的结构型式。 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相同。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。 无浮头，所以结构简单，造价比其它换热器便宜，管束可以从壳体内抽出，管外便于清洗，但管内清洗困难，所以管内介质必须 清洁及不易结垢的物料。 U 形管的弯管部分曲率不通，管子长度不一。管子因渗漏而堵死后，将造成传热面积的损失。 U 型管式换热器，使用在压力较高的情况下，在弯管段的壁厚要加厚，以弥补弯管后管壁的减薄。 壳程内可按工艺要求装置折流板、纵向隔板等，折流板由拉杆固定，以提高换热设备的传热效果。纵向隔板是一矩形平板，安装在平行于传热管方向（纵向隔板按工艺要求决定）以增加壳侧介质流速。 符号： 1材厚度负偏差 按相应钢材标准的规定选取； 2材的腐蚀裕量， C 度附加量（按 1第三章取）， 对多层包扎圆筒只考虑内筒的 热套圆筒只考虑内侧第一层套盒圆筒的 筒或球壳的内直径， 筒或球壳的外直径（ 2o i ) , 算压力（按 1第 3章） , 计压力， 程设计压力， 程设计压力， 筒或球壳的最大允许工作压力， 筒或球壳的计算厚度， e筒或球壳的有效厚度， n筒或球壳的名义厚度， t 计温度下圆筒或球壳的计算应力， t 计温度下圆筒或球壳材料的许用应力（按 1第 4章） , 验温度下材料的许用应力 （按 1第 4章） , 安徽理工大学毕业论文 6 接接头系数（按 1第 3章）；对热套圆筒取 = 1 厚的确定 壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。管壳式换热器的壳体通常由管材或板材卷制而成。压力容器的公称直径按 定，当直径 400 时，通常采用管材做壳体和管箱壳体。当直径 400 时，采用板材卷制壳 体和管箱壳体。其直径系列应与封头、连接法兰的系列相匹配，以便于法兰、封头的选型。卷制圆筒的公称直径以 400为基数，一般情况下，当直径 1000时，直径相差 100 为一个系列，必要时也可采用 50 ；当直径 1000 时直径相差 200 为一个系列，若采用旋压封头，其直径系列的间隔可以取为 100。 圆筒的厚度按 章计算 ，但碳素钢和低合金钢圆筒的最小厚度应不小于表 合金钢圆筒的最小厚度应不小于 表 称直径 400700 700 1000 1000 1500 1500 2000 2000 2600 浮头式， 8 10 12 14 16 固定式管板式 6 8 10 12 14 表 称直径 400500 500 700 700 1000 1000 1500 1500 2000 2000 2600 最小厚度 8 10 12 箱圆筒短节设计 管箱圆筒（短节）计算按 开孔补强计算按筒的最小厚度按表 计条件见表 表 件 材料 设计温度 设计压力 t 标准 1箱圆筒短节 1523 0 圆筒计算： 设计温度下圆筒的计算厚度按式（ 3算，公式的适用范围为 0 2 （ 3 安徽理工大学毕业论文 7 其中 8 . 0p M p a； 800iD 1 2 8 t M p a ； = 计算厚度： = 计厚度：2 2 5 . 7 6 d C m 1C 2 5 . 7 6 nd 圆整取 n= 26效厚度：21C 2 6 0 2 6 m 3算： 2 C i （ 3 得 8 . 0 8 0 0 2 6 1272 2 6t M p 3 1000 2600 4 800 b = 28 表 700 10 3 700 13 5 取30b= 5有2 1 . 5 3 0 1 . 5 3 1 . 5nb b m m 。 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 安徽理工大学毕业论文 15 表 换热器型式 固定管板式、 浮头式 布管限定圆直径 122iD b b b 得：32 8 0 0 2 8 7 8 4 b m m 。 除了考虑布管限定圆直径外，换热管与防冲板间的距离也许考虑。通常，换热管外表面与邻近防冲板表面间的距离，最小为 6热管中心线与防冲板板厚中心线或上表面之间的距离，最大为换热管中心距的 3 /2 。 热管的排列原则 换热管的排列应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间的距离规定的范围内，应全部布满换热管； 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘在靠近折流板缺边位置处应布置拉杆，其间距小于或等于 700杆中心至折 流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心距地（ 3 范围内； 多管程的各管程数应尽量相等，其相对误差应控制在 10%以内，最大不得超过 20%。 板设计 符号规定： 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， 2例如双管程管板，对于三角形排列： 0 . 8 6 6 2 5n S S （ 3 n 形管根数，管板开孔数为 2n； n 隔板槽一侧的排管根数； S 热管中心距， 板槽两侧相邻管中心距， 板布管 区面积，； 三角形排列 : 21 . 7 3 2n S A（ 3 a 根换热管管壁金属的横截面积，； 数，按 t，查图 192； 数，按 t，查图 202； 安徽理工大学毕业论文 16 数，按 t，查图 212； D 板开孔前的抗弯刚度， N 321 2 1 （ 3 片压紧力作用中心圆直径，按 1第 9章， 程圆筒和管箱圆筒内直径， 板布管区当量直径， 4 3 d 热管外径 , 板材料的弹性模量 , 板边缘旋转刚度参数， f f K ，对于 0程圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数， 箱圆筒与法兰（ 或凸缘）的旋转刚度参数， 转刚度无量纲参数； 对于 0 l 热管与管板胀接长度或焊脚高度，按 规定， 板设计压力， 程设计压力 ， 程设计压力， q 热管与管板连接的拉脱力， q 用拉脱力，按 规定， R 径， 对 2 （ 3 S 热管中心距， 板计算厚度， h 箱圆筒厚度， s 程圆筒厚度， t热管壁厚 , 板强度削弱系数，一般可取 ； 板材料泊松比，取 ； t 管区当量直径 直径 2 安徽理工大学毕业论文 17 计温度下，管板材料的许用应力， 计温度下，换热管材料的许用应力， 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，还是换热器中的一个重要受压元件。对管板的设计除了要满足强度要求外，同时应合理的考虑其结构设计。管板得合理设计对于正确选用和节约材料、减少加工制造的困难、降低成本、确保使用安全都具有重要意义。 用可拆式连接，管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。其连接形式见图 图 板的最小厚度除满足强度设计要求外， 当管板和换热器采用焊接时，应满足结构设计和制造的要求，且不小于 12管板采用复合钢板，其复合层的厚度应不小于 3于有腐蚀要求的复层，还应保证距复层表面深度不小于 2 当管板与换热管采用胀接时，管板得最小厚度（不包括腐蚀裕度）应满足表 管板采用复合管板，其复层最小厚度应不小于 10应保证距复层表面深度不小于8 表 热管外径 d， 25 25 （ 6）垫片宽度校核 m i 6 6 1 8 0 5 2 8 . 4 86 . 2 8 6 . 2 8 8 7 0 1 7 9 . 3b ，垫片选择满足条件。 （ 7）螺栓设计载荷 a、预紧状态下螺栓设计载荷计算 2 （ 3 3 4 4 3 . 7 1 3 4 6 6 1 8 0 5 2 7 4 1 2 1 4 5 . 7 82 b、操作状态下螺栓设计载荷计算 6182404. 875 N （ 兰设计 （ 1）法兰力臂 取 01 . 5 1 . 5 2 6 3 9h m m，法兰颈部斜度为 1： 3，则有 1 39 12 2 ( 4 8 3 9 ) 8 0 0 9 7 4b A D m m 10 . 5 4 8 0 . 5 3 9 6 7 . 5 m m 9 7 4 8 7 0 5222m m 1 / 2 4 8 3 9 5 2 / 2 6 9 . 5T A L m m （ 2）法兰载荷 220 . 7 8 5 0 . 7 8 5 8 0 0 8 . 5 4 2 7 0 4 0 0D i p N G c F D p F 20 . 7 8 5 8 7 0 8 . 5 4 2 7 0 4 0 0 7 8 0 0 1 5 . 2 5 N 安徽理工大学毕业论文 37 （ 3）法兰力矩 a、预紧状态下的法兰力矩计算 N 2 1425431581a G L N m m （ b、操作状态下的法兰力矩计算 P D D T T G L F L F L（ 4 2 7 0 4 0 0 6 7 . 5 7 8 0 0 1 5 . 2 5 52 m m （ 4）法兰设计力矩 法兰设计力矩取以下大者： m m 取 m m（ 5）法兰形状常数 0 8 0 0 2 6 1 4 4 . 2 2 m m 1 1.1 5 3 9 9h 5 9 / 1 4 4 . 2 2 0 . 4 0 / 2 2 / 8 7 0 2 5 2 2 3 6 / 8 0 0 1 . 3 0 8i G G e D D L L D 10 3 9 / 2 6 1 . 5 查表 9,确定下列系数： T = Z = Y = U = 图 9，得： ，得： ，得： 0/ 0 . 8 8 4 / 1 4 4 . 2 2 0 . 0 0 6 1 3 h 2 2 31 0 0 4 4 . 2 2 2 6 2 0 6 4 1 0 3 . 6 h m 70有： 1 1 7 0 0 . 0 0 6 1 3 1 2 . 0 4 2 1f e 44 1 1 7 0 0 . 0 0 6 1 3 1 2 . 3 8 9 533f 38 / T = 3 31170 1 . 1 3 4 5 2 . 3 8 3 . 5 1 4 5 （ 6）法兰应力 a、轴向应力计算 5 1 4 5 3 b、径向应力计算 21 . 3 3 1D（ 21 . 3 3 1 7 0 0 . 0 0 6 1 3 1 5 1 4 5 1 7 0 401326800 Pa c、环向应力计算 22 1 1 8 5 1 0 4 . 8 81 7 0 8 0 0 （ 7）法兰应力校核 a、轴向应力计算 nm i n 1 . 5 2 . 5f ， 1 . 5 1 . 5 1 1 9 . 7 8 1 7 9 . 6 7 P 5 2 . 5 1 2 8 . 2 4 3 2 0 . 6 P 1 . 5 1 7 9 . 6 7 a 1 . 5b、径向应力计算 1 1 9 . 7 8 f MP c、环向应力计算 1 1 9 . 7 8 f MP d、组合应力 1 1 8 . 2 5 1 1 . 7 8 5 6 5 . 0 2 a 规定）； b）拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于 14ld； c）当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。 本次设计采用拉杆定距管结构。 图 拉杆的直径和数量 拉杆的直径和数量可以按表 432和表 442选取。 选取拉杆直径为 12 选取拉杆数量为 8根。 杆的尺寸 拉杆的长度按实际需要确定，拉杆的连接尺寸按图 图 拉杆直径 d 拉杆螺纹公称直径0 10 13 40 2 12 15 50 徽理工大学毕业论文 43 16 16 20 60 取拉杆螺纹公称直径为 12mm，5mm，0 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。 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做定距管。定距管的长度，按实际需要确定。本次设计选取 19 冲与导流 为防止壳程物料进口处，流体对换热管表面的直接冲刷，应在壳程进口管处设置防冲板。设置防冲板和导流筒的条件为： 当管程采用轴向人口接管或换热管内流体流速超过 3m /设置防冲板，以减少流体的不均匀分布和对换热管端的冲蚀。 对有腐蚀或有磨蚀的气体、蒸汽及气液混合物，应
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