流量为170th双管程固定管板式换热器设计.doc
流量为170th双管程固定管板式换热器设计（全套含CAD图纸）
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课题名称 流量为 170t/设计者 何香颐 图号 计参数 管口表 容器类别 符号 公称尺寸 用途或名称 参数名称 壳程 管程 a 450 进油管 工作压力 .5 b 450 出油管 设计压力 .5 c 200 热水出口 工作温度 20 85 d 设计温度 10 e 20 放气口 介质 水 油 f 20 放气口 介质特性 h 200 冷水进口 推荐材料 0 钢 g 20 排液口 腐蚀余量 m 20 排液口 焊接接头 系数 程数 1 2 传热面积 465 465 换热管 推荐尺寸 管子与管板 连接方式 强度焊接 强度焊接 设计参数： 管程： 管程为油，入口温度为 130 ，出口温度为 90 壳程：壳程介质为热水，由 20 加热到 85 ；流量为 170t/h 结构为固定管板式换热器 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 要 在不同温度的流体间传递热能的装置成为热交换器，简称为换热器。换热器是化工 、交通、动力、石油、冶金国防等工业部门重要工艺设备之一。由于物料的性质、要求各不相同，换热器的种类很多，根据使用场合，使用目的有所不同。了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器很重要。按照热量交换的方式不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛，在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体的温度较高，放出热量；另一流体温度较低，吸收热量。换热器在动力、制冷、石油、食品、化工等等 行业中都有广泛的应用，而且他们是上述这些行业的通用设备，并有着十分重要的部位。固定管板式换热器是管壳式换热器的一种典型结构，也是目前应用最广泛的一种换热器。固定管板式化热器的优点为结构简单，成本低、选材广、适应性强、耐压性强、方便清洗、管子损坏时便于堵管或更换，在各工业部门应用最为广泛。这种换热器使用于壳侧介质清洁且不宜结垢，并能进行清洗管束，壳程两侧温差不大或者温差较大但壳侧压力不高的场合。换热设备在石油化工、炼油以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷凝、冷却、蒸发和废热回收等等方面。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 管式换热器分为 U 型管换热器和固定管板式换热器。 U 型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为 U 型，管子的两端固定在同一块板上，其管程至少为两程。 U 型管换热器的优点是：只有一块管板，结构简单，密封面少，运行可靠；管件清洗方便，管束可以抽出。缺点是管板利用率较低，管内清洗困难，管束内程管间距大，壳程易短路，内程管子坏了无法更换，所以报废率高。固定管板式换热器主要是由封头、管板、换热管、简体、管箱、法兰及折流板等组成，管班上两端分别固定着管束，简体和管板之间是刚性连接在一起，相互之间无相对移动，换热器结构简单、造价低、制造方便， 在相同直径的壳体内可排列安装较多的换热管，并且每个换热管都可单独进行管内清洗或更换，但是管外清洗比较困难。因此，固定管板式换热器更适用于不易结垢的壳程流体清洁，而冷热流体温差不太大的管程常用清洗的场合不太适用。 固定管板式换热器的设计包括：流体设计、结构设计、热力设计和强度设计。在本次设计中进行了对物料及热量衡算，并对换热器整体机构进行计算和对换热器的基本附件进行选择和设计，最后绘出非标零件图和装配图。其中课题设计以强度校核和结构设计为主要设计内容。热力计算是指根据使用单位提出的基本要求，合理选择运行参 数，并根据传热学的知识进行传热计算。 关键字： 换热器，固定管板，壳体，封头 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 n of a is of to of of to is of of to it is to of to in a of in of to in of in in at of a is is of in so on in a is a of of a is of as to or in of in of be be on of is or is of is in in it is 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 is is a of , at of on of at of a of is be is of is in i is t so is is of by on of in is no of be to or is of is t of a is of of of as is to of to of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 录 第一章工艺计算说明书 . 1 始数据 . 1 性温度及物性参数 . 1 热量与油流量 . 2 效平均温差计算 . 2 程换热系数计算 . 3 构的初步设计 . 3 程换热系数计算 . 4 热系数计算 . 5 外壁热流密度计算 . 5 第二章换热器零部件的工业结构设计 . 6 热管材料及规格的选择和根数的确定 . 6 管方式的选择 . 6 体内径的确定 . 6 体壁厚的确定 . 7 头形式的确定 . 7 箱短节壁厚计算 . 8 器法兰的选择 . 8 第三章 换热器的强度设计及校核 . 10 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 的计算 . 10 于延长部分兼作法兰的管板的计算 . 11 定管板厚度的计算 . 13 G 值的计算 . 15 兰厚度的计算 . 15 兰力矩的组合 . 16 有壳程设计压力 管程设计压力 ,不计膨胀节变形差（即 r=0） . 16 有壳程设计压力，而管程设计压力 ，并且计入膨胀变形差 . 17 有管程设计压力 壳程设计压力 ，不计膨胀节变形差 . 19 有管程设计压力 壳程设计压力 ，同时计入膨胀变形差 . 20 管板计算厚度来确定管板的实际厚度 . 21 否安装膨胀节的确定 . 21 流板尺寸的确定 . 21 管控接管及其法兰的确定 . 22 备法兰的选择 . 24 杆和定距管的确定 . 25 孔补强计算 N=目 . 26 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 体管箱耐压试验的应力校核的计算 . 28 座的选择及应力校核 . 29 座的选择 . 29 座的应力校核 . 29 参考文献 . 34 致谢 . 35 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算说明书 1 第一章 工艺 计算说明书 1 1 原始数据 管程油的进口温度 130 管程油的出口温度 90 管程油的工作压力 程水 的入口温度 20 壳程水的出口温度 85 壳程水的出口压力 程水的流量 70000kg/h 1 2 定性温度及物性参数 管程油定性温度 10 管程油密度查物性表得 1=759kg/程油比热查物性表得 ） 管程油导热系数查物性表 1=mk 管程油粘度 1=0s 管程油布朗特数查物性表得 程水定性温度 壳程水比热查物性表得 ） 壳程水密度查物性表得 2=程水导热系数查物性表得 2= mk） 壳程水粘度 2=0s 壳程水布朗特数查物性表得 第一章 工艺计算说明书 2 热量与油流量 取定换热效率 ： 设计传热量： Q= ）（2111 CG 70000 85 =710 W 由 ）（1111 G ，得 效平均温差计算 有效平均温度： ）（）（）（21212121（）（）（02= 参数 P： P=1211t 03130数 R： R=1122 305热器按单壳程双管程设计，查图表得： 温差校正系数： =阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 3 有效平均温差： = 程换热系数计算 查图表可得： 初选传热系数： 0K=600 W/m. 则初选传热面积为： F = = 选用 不锈钢的无缝钢管做换热管，则 管子外径： 0d=m 管子内径： m 管子长度： l =6 m 则 所需换热器根数： tN=l 00=803 可取换热管根数为： 804 根 则管程流通面积为： 1a = 222 it = = 管程流速： 1w =360011 1312 25 =m/s 管程雷诺数： 1111 = =程传热系： 1 =（ ）（ =2542 构的初步设计 查 管间距按 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 4 管间距： s=m 管束中心排管数：03 =32 根 则壳体内径：）（ 1N 4d=（ 32+4 m 取整为：.1 m 则长径比： 理 折流板选择弓形折流板 弓形折流板的弓高： h=m 折流板间距： B=3m 折流板数为： 5 块 程换热系数计算 壳程流通面积： 2f = ）（= ）（0 3 2 = 壳程流速为： 2 =222=36 0008 17 000 0 =m/s 壳程质量流量为： 2W = 22 = 壳程当量直径为： 02021 -D dN = 2 =m 壳程雷诺数： 2222 = =34017 切去弓形面积所占比例按 程传热因子： 得 125 管外壁温度假定值：10 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 工艺计算书说明书 5 壁温下水的粘度：w=3 粘度修正系数： 2 =（ = （ =程换热系数为： 2 =2312 P r = 50 3 1 =1040 热系数计算 查 知 壳程水污垢热阻： 2r =w/ 2m 管程油侧污垢热阻： 1r =w/ 2m 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可忽略不计 可以算出总传热系数：ik=ii 10012211=632 则传热面积比为：0600632 =合理 外壁热流密度计算 1q = 00N Q=602 12 500 000 =w/ 2m 管外壁温度：2wt=（2221 = 误差校核：22 误差不大，合适 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 6 第二章 换热器零部件的工业结构设计 热管材料及规格的选择和根数的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 换热管材料 20# 2 换热管规格 25000 3 传热 面积 A =Q/446 4 换热管根数 N 根 N=A/48 管方式的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和数据计算 数值 1 转角正三角形 11 2 换热管中心距 S 12 32 3 隔板槽两侧相邻管中心距 Sn 12 44 体内径的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公 式 数值 1 换热管中心距 S 12 32 2 换热管根数 （+4 实取筒体公称直径 D B/200 体壁厚的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 P 筒体内径 三 200 3 筒体材料 20R 4 设计温度下筒体材料的许用应力 t 50 5 焊接接头系数 筒体设计厚度 = ct D2 腐蚀裕量 C2 2 8 负偏差 C1 0 9 设计厚度 dmm d=+ 0 名义厚度 n4 头形式的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 封头内径 Di 1200 2 计算压力 P 焊接接头系 阳 化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 8 数 4 设计温度下许用压力 t 50 5 标 准椭圆封头计算厚度 = ct 10 6 腐蚀裕量 C2 2 7 负偏差 C1 0 8 设计厚度 dmm d=+2 9 名义厚度 n4 10 直边高度 h B/0 箱短节壁厚计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 计算压力 P 管箱内径 1200 3 管箱材料 20R 4 设计温度下许用应力 t 50 5 管箱计算厚度 = ct 211 6 焊接接头系数 腐蚀裕量 C2 2 8 负偏差 C1 0 9 设计厚度 dmm d=+ 3 10 名义厚度 n4 器法兰的选择 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 沈阳 化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 换热器零部件的工艺结构设计 9 1 法兰类型 长颈对焊法兰4703N= 法兰外径 d0 B/395 3 螺栓中心圆直径 d1 B/340 4 法兰公称直径 B/200 5 法兰材料 16 垫片类型 4703N= 垫片 材料 39858 垫片公称直径 B/200 9 垫片外径 D0 B/275 10 垫片内径 D B/225 11 法兰厚度 B/5 12 垫片厚度 1 B/ 13 螺栓规格及数量 248沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三 章 换热器的强度设计及校核 10 第三章 换热器的强度设计及校核 的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 备注 1 筒体内径 1200 2 筒体内径横截面积 A =42 949850 3 筒体厚度 s14 4 圆筒内壳壁金属截面积 ）（ 5 管子金属总截面积 （ tt 156315 6 换热管根数 N 948 7 换热管外径 D 25 8 换热管壁厚 t9 换热管材料的弹性模量 82000 10 换热管有效长度 L 5980 11 沿一侧的排管数 n 30 12 布管区内未能被管支撑的面积 （ n 17200 13 管板布管区面积 At t=14 管板布管区当量直径 mm 15 换热 管中心距 S 2 16 隔板槽两侧相邻 Sn 4 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 11 管中心距 17 管板布管内开孔后的面积 1A A = 4 2 802002 18 系数 =19 壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比 Q Q=E 20 壳程圆筒材料的弹性模量 96000 21 系数 =122 系数 ss= ）（ 23 系数 tt= ）（ 24 管板布管区当量直径与壳程圆筒内径比 Pt=25 管子受压失稳当量长度 32 26 设计温度下管子受屈服强度 96 于延长部分兼作法兰的管板的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 垫片接触宽度 N 95 2 垫片基本密度宽度 0B B= 垫片比压力 y 91 4 垫片系数 m 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 12 5 垫片有效密封宽度 b =B 9 6 垫片压紧力 d= 0260 7 预紧状态下需要的最小螺栓载荷 by 操作状态下需要的最小螺栓载荷 c+bm 常温下螺栓材料的许用应力 b 0 预紧状态下需要的最小螺栓面积 Aa a=b 1 操作状态下需要的最小螺栓面积 Ap p= b 2 需要螺栓总截面积 Am m=a， 3 法兰螺栓的中心圆直径 m 1340 14 法兰中心至 用处的径向距离 m m=Gb 08 16 筒体厚度 0 14 17 法兰颈部大端有效厚度 1 1=8 螺栓中心至法兰颈部与法兰m (1)/2 0 螺栓中心距 m 113848 22 流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差 = C=3 操作状态下需要的最小垫片压力 bm3 法兰操作力矩 p= D+ T+ G 08 定管板厚度的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 布管区当量直t t=i 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 14 径与壳程圆筒内径之比 2 系数 22 管板材料 16 4 设计温度下管板材料许 用应力 138 5 管板刚度削弱系数 壳程设计压力 管程设计压力 管板设计压力 管板厚度 = )/(* 0 换热管加强系数 K K= 1 管板周边不布管区的无量纲参数 k k=K（ 1 2 换热管材料弹性模量 86103 13 管束模数 t=Et L 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 15 14 壳体法兰材料弹性模量 96103 15 壳体圆筒材料弹性模量 96103 16 壳体法兰宽度 bf f=（ 26 8 壳体法兰与圆筒的选装刚度 121 Di （ 9 旋转刚度无量纲参数 （ 4 G 值的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 管板第一矩系数 27 系数 = K 系数 31 兰厚度的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源和计算公式 数值 1 管箱法兰材料的弹性模量 86103 2 管箱法兰厚度 f B/ 系数 26 阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 换热器的强度计算及校核 16 4 管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数 ”）”（ D
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