工大过控加热器换热器毕业设计.doc

摘 要 换热器是化工生产过程中的重要设备，它能够实现介质之间热量交换。广泛应 用于石油、化工、制药、食品、轻工、机械等领域。U 型管式换热器是换热器的一 种，它只有一个管板，结构简单，密封面少，且 U 形换热管可自由伸缩，不会产生 温差应力，因此可用于高温高压的场合。一般高压、高温、有腐蚀介质走管程，这 样可以减少高压空间，并能减少热量损失，节约材料，降低成本。 虽然现在出现大量结构紧凑高效的换热设备，例如：波纹板换热器、板翅式换热 器、螺旋板换热器、散板换热器等，但在各行业的换热设备中，管壳式换热器仍占 据着主导地位。因为许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、有腐蚀等特点，而 管壳式换热器具有选材范围广(可为碳钢、低合金钢、高合金钢、铝材、铜材、钛材 等)，换热表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，特别是能承受高温和高压等特 点，所以管壳式换热器被广泛应用于化工、炼油、石油化工、制药、印染以及其它 许多工业中，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等方面。 1 Abstract Heat exchanger is important in the process of chemical production equipment, which can be achieved between the heat exchange media. Widely used in petroleum, chemical, pharmaceutical, food, light industry, machinery and other fields. U-tube heat exchanger is a heat exchanger, it has only one tube plate, simple structure, less sealing surface, and the U-shaped tubes are free to stretch, no thermal stress, it can be used for high temperature and pressure of the occasion . General high-pressure, high temperature, corrosive media, take control process, thus reducing the pressure of space, and can reduce heat loss and saving materials and reduce costs. Keywords: Heat exchanger;Methanation heat exchanger 目 录 符号说明符号说明3 引言引言8 第一章第一章 换热器件简介换热器件简介9 1.1 U 型管换热器简介.9 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定10 2.1 设计参数的确定10 2.2 换热器主要零部件结构形式的确定12 第三章第三章 强度计算强度计算13 3.1 壁厚的设计13 3.2 封头设计14 3.2.1 筒体封头设计14 3.2.2 管箱封头设计16 3.3 压力试验17 3.3.1 压力试验条件确定17 3.3.2 水压试验时强度校核17 3.4 换热管设计18 3.4.1 换热管选取18 3.4.2 布管形式18 3.4.3 布管限定圆19 3.4.4 U 形管长度选取19 3.5.5 换热管与管板的连接20 3.5 管板设计20 第四章第四章 换热器其他各部件设计换热器其他各部件设计25 4.1 进出口接管设计25 4.1.1 接管外伸长度25 4.1.2 接管与筒体，管箱连接形式25 4.1.3 接管位置25 1 4.2 接管开口补强设计计算26 4.3 法兰设计33 4.4 拉杆，定距管设计40 4.5 折流板，支撑板设计41 4.6 防冲板设计42 4.7 分程隔板设计42 4.8 纵向隔板设计42 4.9 支座选取43 参考文献参考文献50 谢谢 辞辞51 2 符号说明符号说明 一根换热管管壁金属的截面积，； a 2 mm 在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支撑的 d A 面积，；例如双管程管板，对于三角形排列： 2 mm (0.866 ) dn An S SS 管板布管区面积，； t A 2 mm 三角形排列 2 1.732 td AnSA 开孔削弱所需要的补强截面积，； A 2 mm 补强有效宽度，； Bmm 钢板负偏差，； 1 C mm 腐蚀裕量，； 2 C mm 厚度附加量，； Cmm 系数，按查参考文献4(GB151-1999)图 19； c C1/ ft K 和 系数，按查参考文献4(GB151-1999)图 20； e C1/ ft K 和 系数，按查参考文献4(GB151-1999)图 21； M C1/ ft K 和 开孔直径，圆形孔取接管内直径加两倍厚度附加量，椭圆形或长圆形孔取所 d 考虑平面上的尺寸（弦长，包括厚度附加量)，； mm 管板开孔前的抗弯刚度， DN mm: 3 2 12(1) p E D 容器外径； 0 D 壳程圆筒和管箱圆筒内直径，； i D mm 管板布管区当量直径，； t D mm 3 4/ tt DA 换热管外径，； d mm 下述对于 b 型连接方式，指管箱圆筒材料的弹性模量，； h E a MP 管板材料的弹性模量，； p E a MP 下述对于 b 型连接方式，指壳程圆筒材料的弹性模量，； s E a MP 风压高度变化系数，按设备质心高度取 i f 对于 B 类地面粗糙度 设备质心所在高度，m101520 风压高度变化系数 i f 1.001.141.25 强度削弱系数，等于设计温度下接管材料与壳体材料许用应力之比值，当该 r f 比值大于 1.0 时，取； 1 r f 重力加速度，取； g 2 9.8/gm s 偏心载荷，N； e G 容器总高度，mm； 0 H 水平力作用点至底板高度，mm； h 接管外侧有效补强高度，； 1 h mm 接管内侧有效补强高度，； 2 h mm 不均匀系数，安装 3 个支座时，k=1；安装 3 个以上支座时，取 k=0.83； k 管板边缘旋转刚度参数，； f K a MP fff KKK 壳程圆筒与法兰的旋转刚度参数，； f K a MP 4 3 22 1 12 fff fs ifi E b KE DbD 管箱圆筒与法兰（或凸缘）的旋转刚度参数，； f K a MP 3 22 1 12 fff fh ifi E b KE DbD 旋转刚度无量纲参数； f K 2 8 it ff D D KK D 质心距容器底端距离； L 换热管与管板胀接长度或焊脚高度，按参考文献4(GB151-1999)5.8.2.3 或 l 5.8.3.2 规定，； mm 设备总质量，kg； 0 m 沿隔板槽一侧的排管根数。 n U 形管根数，管板开孔数为; n2n 计算压力，； c P a MP 水平风载荷， w P 6 000 1.210 wi Pf q D H 水平力，取的大值，N。 P 0.25 wew PPP和 水平地震力，N； e P 0e Pam g 管板设计压力，； d P a MP 壳程设计压力，； s P a MP 管程设计压力，； t P a MP 支座实际承受的载荷，kN； Q 换热管与管板连接的力，； q a MP 许用拉脱力，按参考文献4(GB151-1999)5.7.5 规定，； q a MP 5 10m 高度处的基本风压，此处按呼和浩特市区； 0 q 2 /N mm 2 0 500/qN mm 半径，； Rmm 对于 a 型连接方式，； /2 G RD 对于其他连接方式， /2 i RD 换热管中心距，； Smm 换热管中心距，； S mm 隔板槽两侧相邻管中心距，； n S mm 管板强度削弱系数，一般可取； 0.4 管板材料泊松比，取； 0.3 布管区当量直径与直径之比； t t D 2R 应力，； a MP 压力作用下，分别为管板中心处，布管区周边处，边缘处的径向应力， 0, t r rR R ； a MP 换热管轴向应力，； t a MP 设计温度下，管板材料的许用应力，； t r a MP 设计温度下，换热管材料的许用应力，； t t a MP 设计温度下壳体材料的许用应力，； t a MP 设计温度下接管材料的许用应力，； t n a MP 系数，查参考文献4(GB151-1999)图 26； / sifi DD按和 系数，查参考文献4(GB151-1999)图 26； / hifi DD按和 焊接接头系数。 偏心距，mm； e S 6 计算厚度，； mm 管箱圆筒厚度，； h mm 壳程圆筒厚度，； s mm 壳体开孔处的有效厚度，； e , en C mm 有效厚度，； et , etnt Cmm 名义厚度，； n mm 接管名义厚度，； nt mm 接管计算厚度，； t mm 换热管壁厚，； t mm 7 引言 毕业设计是我们在校期间的一次重要教学环节，通过毕业设计可以让我们对大 学四年所学的知识有更深的理解。过程装备与控制工程涵盖石油、化工、食品、制 药、机械、轻工等多个领域。它的发展将直接促进国民经济的发展。 工业生产中，利用一些设备，来进行热量交换，这类设备统称为换热器。换热 器是化工、制药、石油、动力、食品等许多工业部门的通用设备，在生产中占有重 要的地位。换热器的应用广泛，日常生活中供暖系统、发动机的泠却系统和动力装 置的冷凝系统都用到换热器。换热器的较多，按其结构分类主要分为管式换热器和 板式换热器两种。 由于经济、科技的不断发展，节能减排被人们重视。换热器的研究设计也就变 得越来越重要。随着装置的大型化，对换热面积的需求也变大。但设备的大型化将 会使成本大大增加，因此紧凑型的换热器就比较受欢迎；同时提高传热系数也是换 热器研究的一个重要方向。换热器的研究发展对其他领域的依赖也是比较大的，传 热理论研究的不断完善，制造技术的发展，材料科学技术的不断进步，都将促进换 热器的发展。 本次设计的甲烷化换热器采用 U 型管式换热器，属于管式换热器。换热器是化 工、石油中的重要热工设备, 对换热器进行科学的计算,合理的结构设计, 是换热器 性能及安全的重要保证。在保证安全的前提下，应尽可能降低成本，换热器的结构 设计就变得尤为重要, 因此在换热器的设计中, 只有经过对换热器结构参数的不断调 整, 反复计算, 才能使换热器的性能更高, 设计更加合理。 8 第一章 换热器件简介 工业生产中，利用一些设备，来进行热量交换，这类设备统称为换热器。换热 器化工生产必不可少的单元设备，广泛的应用于化工、石油、轻工、机械、冶金、 动力、制药等领域。据统计，在现代石油化工企业中，换热器投资约占装置建设总 投资的 30%；在合成氨厂中，换热器约占全部设备总台数的 40%。由此可见，换热 器对整个企业的建设投资及经济效益有着着重的影响。 1.1 U 型管换热器简介 U 型管换热器是一种典型的管壳式换热器，其管子弯成 U 形，管子的两端固定 在同一管板上，因此每根管子可以自由伸缩，壳体和管壁不受温差限制，不会产生 温差应力，且换热管流程较长，流速较高，管侧传热性能好，承压能力强。U 型管 换热器仅有一块管板，所以结构简单，造价比其他换热器便宜。U 型管换热器可用 于高温、高压、有腐蚀性工况。一般高温、高压、有腐蚀性介质走管内，这样可以 减少高压空间，降低成本。 U 型管换热器的结构特点是：只有一块管板，管束由多根 U 形管组成，管的两 端固定在同一块管板上。由于受弯管曲率半径的限制，其换热管排布较少，管束最 内层管间距较大，管板的利用率较低，壳程流体易形成短路，对传热不利。当管子 泄露损坏时，只有管束外围处的 U 形管才便于更换，内层换热管坏了不能更换，只 能堵死，而坏一根 U 形管相当于坏两根管，报废率较高。 U 型管式换热器结构比较简单，价格便宜，承压能力强，适用于管、壳壁温差 较大或壳程介质结垢需要清洗，又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适 用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。设计换热器时，其基 本的要求是： 第一，热量能有效的从一种流体传递的另外的一种流体，即传热效率高，单位 传热面上能传递的热量多。在一定的热负荷下，也即每小时要求传递的热量一定时， 传热效率（通常用传热系数表示）越高，需要的传热面积越小，当然这是在相同的 温差作比较。 9 第二，换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安全可靠，严密不漏。 清洗检修方便，流体阻力小。 第三，要求价格便宜，维护容易，使用时间长。 U 型管换热器简图 本次设计的目的：1，了解设计换热器所需要的工艺参数及传热计算，对换热 器的设计有一个初步的准备。2，在设计的过程中，学会参照国标以及查阅相关的文 献获得设计所需要的物性以及结构参数。3，通过计算机制图，更加熟练使用 CAD 绘图软件。4，从宏观上把握化工设备的生产过程，为以后的工作打下基础。 本次设计主要根据 GB150钢制压力容器及 GB151管壳式换热器对设备 的主要受压元件进行了设计及强度计算，又结合 HG/T20615钢制管法兰 、JB/T 4712容器支座等其它压力容器相关标准，对其它各部件进行设计，最终完成了 加热器换热器的设计。 关键词：U 型管换热器； 10 第二章 设计方案的确定 2.1 设计参数的确定 指标壳程管程 工作压力 a MP 1.750.28 工作温度104/106148/141 工作介质碳氢化合物水蒸气 换热面积304 依据介质温度、压力以及含氢、碳特点，在选材、加工制造方面，首先考虑抗 氢腐蚀。Q345R 是中温抗氢钢板，常用于设计温度不超高 550的压力容器。筒体、 管箱、封头材料选择 Q345R。换热管、进出口接管材料选择 20 号钢，管板材料选 择 Q345R 钢。 由参考文献1(GB150-1998)表 4-1，表 4-3，表 4-5 查钢板、钢管、锻件许用应 力如下。 表 2-1 钢板许用应力 常温强度指标 在下列温度（） 下许用应力， a MP 钢号 钢板标 准 使用状态 厚度 mm b a MP s a MP 20 100150 616 : 510345189189189 3660490315181181173 11 表 2-2 钢管许用应力 常温强度指标 在下列温度（） 下许用应力， a MP 钢号 钢管标 准 厚度 mm b a MP s a MP 100150 20GB 8163 8 410245147140 由1(GB150-1998)10.8.2.1 规定，容器及受压元件当钢材为厚度的 16 s mm Q345R 时，对其 A 类和 B 类焊接接头，进行百分之百射线或超声检测。焊接接头系 数按1(GB150-1998)3.7 双面焊对接接头和相当于双面焊的全焊透对接接头 100%无 损检测 。 1.00 2.2 换热器主要零部件结构形式的确定 由于氢气易燃易爆，不允许有泄漏，且管程、壳程走的均为气体，不易结垢， 换热管不需经常清洗，所以管板与筒体及管箱宜采用焊接。 管程工作温度 148，换热管与管板不宜采用胀接形式，所以采用焊接形式。 12 第三章 强度计算 3.1 壁厚设计 筒体壁厚的计算筒体壁厚的计算 工作压力：P=1.75MPa 计算压力等于设计压力加上液柱静压力，当元件所承受液柱静压力小于 5%的设计压 力时，此时的液柱静压力可以忽略不计 设计压力 P=（11.2）P=1.752.12MPa = 静压力 p MpaMpagh106 . 0 %5012. 011808 . 91000 计算压力=2.12MPa c p 选取焊接接头形式采用双面焊透的焊接接头 100%无损检测 焊接接头系数 =1.0 设计温度下筒体的计算厚度，公式使用范围 t c p4 . 0 = t c p4 . 0Mpaxx 2 . 7311834 . 0 mm xx x P DP c t ic 9 . 6 12 . 2 11832 118012 . 2 2 当2000mm =40mm 0 h 容积 V= 3 0 23 242 . 0 027 . 0 215 . 0 785 . 0 1309 . 0 mhDP ii 标准椭圆封头曲面深度与封头公称直径之比为 1:4 =295mm 1 h 1 h 总深度 H= mhh32025295 01 封头质量 3 0 2 10 7 . 2451. 8xxhDDG ppipi mm xxx x P DP c t ic 93 . 6 12. 25 . 011832 118012 . 2 5 . 02 当D2=680mm 补强圈在有效补强范围内 补强圈厚度 mm DD A 12 . 5 430680 656.2560 12 4 C=2mm 所以可取筒体厚度为 10mm mn 筒体下部补强计算方法判别筒体下部补强计算方法判别 mmdi30916325 开孔直径 mmxcdd i 313223092 接管的补强有效厚度 mmc ntet 628 开孔所需补强面积计算 2 07.2337)765 . 0 1 (64 . 723134 . 7)1 (2mmxxxfdA ret 有效补强范围 有效宽度 B 取下列两式中大者 mmxdB62631322 1 mmxxdB mt 8 . 3434 . 728231322 2 mmB626 外侧有效高度取下列两式中小者 mmxdh nt 508313 1 接管外伸高度 mmh200 “ 1 故 mmxdh nt 508313 1 28 内侧有效高度取下列两式中小者 mmxdh t 508313 2 2 h 接管实际内伸高度 故 2 0h 有效补强面积 筒体多余金属面积 2 1 11.186)765 . 0 1)(4 . 78(62)4 . 78(313626 12)( mmx fdBA reete 接管多余金属面积 接管计算厚度 mm xx x P DP c t n ic t 54 . 2 12 . 2 11832 30912 . 2 2 2 2212 69.2640765. 0)54 . 2 6(502 22 mmxx fChfhA retreet 接管区焊缝面积 焊脚取6.0mm 2 3 1 26.0 6.036.0 2 Amm 有效补强面积 2 321 8 . 4863669.26411.186mmAAAAe 需另行补强 AAe 开孔需另行补强所增加的补强金属截面积 A4 e AAA 4 2 04.584mmA 2 4 51.1765mmA 根据 JB/T 4736-2022 表 1 补强圈尺寸系列 补强圈外径 D2内径 D1（D1=d0+4) 29 550mm329mm B=626mmD2=550mm 补强圈在有效补强范围内 补强圈厚度 mm DD A 95 . 7 329550 51.1765 12 4 C=2mm 所以可取筒体厚度为 10mm mn 管层上部补强计算管层上部补强计算 补强计算方法判别 mmdi30916325 开孔直径 mmxcdd i 313223092 壳体的计算厚度 07 . 1 接管的补强有效厚度 mmc ntet 628 开孔所需补强面积计算 2 92.337)765 . 0 1 (607 . 1 231307. 1)1 (2mmxxxfdA ret 有效补强范围 有效宽度 B 取下列两式中大者 mmxdB62631322 1 mmxxdB mt 14.33107 . 1 28231322 2 mmB626 外侧有效高度取下列两式中小者 mmxdh nt 508313 1 接管外伸高度 mmh200 “ 1 故 mmxdh nt 508313 1 内侧有效高度取下列两式中小者 30 mmxdh t 508313 2 2 h 接管实际内伸高度 故 2 0h 有效补强面积 管箱多余金属面积 mmc ne 224 2 1 26.168)765 . 0 1)(07 . 1 8(62)4 . 78(313626 12)( mmx fdBA reete 接管多余金属面积 接管计算厚度 mm xx x P DP c t n ic t 37 . 0 308 . 0 11832 309308 . 0 2 2 2212 7 .4300765 . 0 )37 . 0 6(502 22 mmxx fChfhA retreet 接管区焊缝面积 焊脚取6.0mm 2 3 1 26.0 6.036.0 2 Amm 有效补强面积 2 321 96.63436 7 . 430168326mmAAAAe 不需另行补强 AAe 管层下部补强计算管层下部补强计算 补强计算方法判别 开孔直径 mmxcdd i 104221002 壳体的计算厚度 07 . 1 接管的补强有效厚度 31 mmc ntet 224 开孔所需补强面积计算 2 27.111)765. 01 (207 . 1 210407. 1)1 (2mmxxxfdA ret 有效补强范围 有效宽度 B 取下列两式中大者 mmxdB20810422 1 mmxxdB mt 14.11407 . 1 24210422 2 mmB208 外侧有效高度取下列两式中小者 mmxdh nt 4 .204104 1 接管外伸高度 mmh200 “ 1 故 mmxdh nt 4 . 204104 1 内侧有效高度取下列两式中小者 mmxdh t 4 . 204104 2 2 h 接管实际内伸高度 故 2 0h 有效补强面积 管箱多余金属面积 mmc ne 224 2 1 85.95)765 . 0 1)(07 . 1 2(22)07 . 1 2(104 12)( mmx fdBA reete 接管多余金属面积 接管计算厚度 mm xx x P DP c t n ic t 12 . 0 308 . 0 11832 100308 . 0 2 32 2 2212 68.580765. 0)12 . 0 2(4 .202 22 mmxx fChfhA retreet 接管区焊缝面积 焊脚取6.0mm 2 3 1 26.0 6.036.0 2 Amm 有效补强面积 2 321 53.1903668.5885.95mmAAAAe 不需另行补强 AAe 4.3 法兰设计法兰设计 (1)管法兰选取 接管法兰选取 由参考文献4(GB151-1999) 5.4.公称压力 PN=0.308mpa，工作温度 150钢号 C o 为 Q235B(GB3274)，使用公称压力 PN1.6mpa。工作温度范围 0350。管法兰 C o 材料一般采用短剑 PN=0.251.0mpa 的碳素钢，奥氏体不锈钢法兰克采用一级短剑。 表 4-10 钢制管法兰用材料 锻件 类别代号 材料牌号标准编号 带颈平焊法兰SOQ235BGB/T9116 根据文献压力容器设计手册表 3-2-2 管法兰类型，密封面形式和公称直径： PN=0.38，公称直径 DN 为 300mm，选带颈平焊全平面，公称通径适用于 DN10600mm 表 4-14 钢制管法兰尺寸 （mm） 公称 尺寸 钢管外 径（法 连接尺寸法 兰 33 DN 兰焊端 外径） A 法兰 外径 D 螺栓 孔中 心圆 直径 K 螺栓 孔直 径 L 螺 栓 Th 螺栓孔 数量 n（个） 厚 度 C 10010821017018M16418 30032544540022M201226 图 4-3 钢制管法兰 钢制管法兰盖（BL）尺寸 由参考文献9(HG/T20615-2009) 表 8.2.8-2 选取 Class300 钢制管法兰盖尺寸 4-15 Class300 钢制管法兰盖尺寸 （mm） 公称尺寸 DN 连接尺寸 DNNPS 法兰外径 D 螺栓孔中 心圆直径 K 螺栓孔直 径 L 螺栓孔 数量 n（个） 螺栓 Th 法兰 厚度 C 203/411582.6184M1614.3 查参考文献9(HG/T20615-2009)附录 E 得管法兰的近似质量 34 表 4-16 class300 法兰的近似质量 kg 公称尺寸 DN带颈对焊法兰 WN法兰盖 BL 201.361.36 30064.47 35093.52 500167.53 （2）选择管法兰垫片 由参考文献10(HG/T20635-2009)表 3.2.11 选用垫片形式 表 4-17 垫片型式选用表 垫片型式 公称压力 Class 公称尺寸 DN 最高使 用温度 密封面 型式 密封面 的表面 粗糙度 a Rm 法兰型 式 缠绕式垫片1502500: 151500: (A、B) HG/T 20613 凹面/凸 面 3.26.3:带颈平 焊法兰 由参考文献4(GB151-1999)附录 H 表 H1 选择垫片材料 表 4-18 垫片选用表 介质 法兰公称压 力 a MP 介质温度 oC 法兰密封面 型式 垫片名称 垫片材料或 牌号 氢气 2.5、4.0、6 .4 451600:凹凸面缠绕式垫片柔性石墨 由参考文献11(HG/T20631-2009)表 3.0.3 垫片的使用温度范围 表 4-19 垫片的使用温度范围 金属带材料填充材料 钢号标准名称参考标准 温度范围 oC 35 001910 304 ri CNL GB/T 3280柔性石墨带JB/T 7758.2 200650: 由参考文献11(HG/T20631-2009)表 3.0.1 选择垫片类型：带内环型；代号：B 图 4-4 垫片尺寸 由参考文献11(HG/T20631-2009)表 4.0.1-2 查垫片尺寸 表 4-20 垫片尺寸 mm 缠绕部分 B Class300Class1500 : (PN0PN260) : 公称尺寸 DN 内环内径 1 D 内径 2 D 外径 3 D 缠绕垫片 厚度 T 内环 厚度 t 2020.633.342.9 300303.2342.9381.0 350342.9374.7412.8 500495.3533.4584.2 3.22.0 (3)管法兰紧固件选取 由参考文献10(HG/T20635-2009)表 3.3.1 查螺栓/螺母的选用 表 4-21 螺栓/螺母的选用 螺栓/螺母紧固公称压力等使用温 36 型式标准规格材料 件强 度 级 度 oC 全螺纹螺柱 专用重型六 角螺母 HG/T 20634 M14M33 : 35 /35 ro ro C M C M 高 2500Class （PN420） 100 525 : 由参考文献12(HG/T20634-2009)表 5.0.6-1 选凹面/凸面时螺柱长度代号 ZM L 由参考文献12(HG/T20634-2009)表 5.0.6-6 选法兰配用螺柱长度和质量 表 4-22 螺柱长度和质量 螺柱 公称尺寸 DN 螺纹 数量 n（个） （） ZM L mm 质量 kg 20M16485136 300M30161951092 350M30202001120 500M33242251530 质量为每 1000 件的近似质量 紧固件用平垫圈 由参考文献12(HG/T20634-2009)附录 A 选用平垫圈 A 级（GB/T 97.2）300HV 图 4-5 平垫圈 表 4-23 紧固件用平垫圈尺寸 37 dM16M30M30 1 d 173134 2 d 305660 h345 容器法兰的选取 （1） 查 JB4700-2000 压力容器法兰可选固定端的壳体法兰和管箱法兰为长颈对焊 法兰，凹凸密封面，材料为锻件 Q345R，其具体尺寸如下：（单位为 mm） 38 表 3-5 DN1200 长颈对焊法兰尺寸 法兰螺柱 DN DD1D2D3D4 Hha a1 1 2 R d 规 格 数 量 对接筒体 最小厚度 1200 1395 1340 12981278 1275 86 170 35 2118 16 26 12 27 M27 2410 （2）此时查 JB4700-2000 压力容器法兰，根据设计温度可选择垫片型式为非金属 包垫片，材料为石棉橡胶板，其尺寸为： 表 3-6 壳体垫片尺寸 PN(Mpa) DN(mm) 外径 D(mm) 内径 d(mm) 垫片厚度 反包厚度 2.512001277122734 4.4 拉杆、定距管设计拉杆、定距管设计 拉杆与定距杆的结构适用于换热管外径大于或等于 19mm 的管束，L2La 拉杆的作用与布置 拉杆的作用是与定距管配合将换热器的管束上的折流板连接固定起来，防止窜 39 动。拉杆的一端靠螺扣旋入管板中固定，它从数块折流板中间的拉杆孔中穿过，另 一端用螺母固定在支持板上。拉杆结构见图 7。为了使各块折流板间距符合设计要 求，均匀受力，保证折流板与换热管垂直，就需要在一个管束中布置一定数量的拉 杆。但拉杆又位于布管区内，一根拉杆就要占一跟换热管的位置。因此拉杆的布置 既要合理，数量又不能太多。拉杆直径的选择与换热管外径有关，拉杆数量则视换 热器的直径而定。 拉杆应尽量布置在管束的边缘，对于大直径的换热器，不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三个支承点。 拉杆的尺寸和数量：根据 GB151-1999,应该布置 6 根拉杆。 拉杆孔直径：根据 GB151-1999 d1=d+1.0=18mm; 尺寸要求见下表：拉杆的结构形式：参照 GB151-1999，换热管外径大于 25mm 小于 57mm 时拉杆直径 d=16mm。 参照 GB151-1999 拉杆直径 dn=16mm 数量取 6 根，拉杆尺寸见下表: 表 2-6 拉杆的结构参数 拉杆直径 d拉杆螺纹公称直径 dnLaLbb 16 162060 2.0 40 图 7 拉杆 定距管的设计 定距管的作用是将折流板之间的距离固定下来，并保持它与换热管垂直。当换 热管外径大于等于 19mm 时，定距管外径与换热管相同。取 25mm. 4.5 折流板、支撑板设计折流板、支撑板设计 材料选择 Q245R 由参考文献4(GB151-1999)表 41 取折流板名义外径为 DN-20=1200-20=1180mm， 由参考文献4(GB151-1999)表 42 得换热管外径 25mm 钢管，最大允许无支撑跨 距为 1850mm， 取折流板间距为 mml1500 由参考文献4(GB151-1999)表 34 取折流板支撑板厚度为 20mm， 由 GB151 表 35 取折流板、支撑板管孔为 d+0.4=25.4mm 允许上偏差0.30，允 许下偏差 0。 41 4.6 防冲板设防冲板设计计 当管程采用轴向入口接管或换热管内流体流速超过 3m/s 时应设置防冲板，以 减少流体的不均匀分布和对换热管管端不均匀冲蚀。故管程不需要设置防冲板。 4.7 分程隔板分程隔板 材料选择 Q245R 参考文献4(GB151-1999) 表 6 规定公称直径 1200mm，分程隔板最小厚度 10mm，取隔板厚度 14mm。 密封面处按图削至 10mm 图 4-5 分程隔板连接面 分程隔板槽按参考文献4(GB151-1999) 5.6.6.2 设计 槽深取 8mm 分程隔板槽的宽度为 12mm 4.8 纵向隔板设计纵向隔板设计 材料选择 Q245R GB151 规定最小厚度 6mm，取纵向隔板厚度 14mm，长 4400mm 纵向隔板与管板连接方式采用角钢支撑 由参考文献13(GB/T706-2008)选择不等边角钢材料选择 Q245R 型号 4/2.5 规格为长 1 米 40254mmmmmm 纵向隔板与角钢采用 M12 螺栓连接 42 4.9 支座选取支座选取 （1）质量计算 取 2 /8 . 9smg 低合金钢密度 33 7.85 10/kg m 1.壳体质量： 壳体材料体积 3 92222 0 098 . 0 105200120025 . 0 )101200(25 . 0 4 1 4 1 m xxxLddV i 壳体质量： kgxVm 3 . 769098 . 0 7850 壳体容积根据压力容器设计手册公式计算 332 88. 51052002 . 12 . 114 . 3 25. 04/1mxxxxxLDV 壳 2.封头质量 查文献压力容器设计手册得，RHA 椭圆封头的数据如下表 公称直径 mm总深度 mm 容积 3 m 内表面积 2 m封头质量 kg 12003250.25451.6552128.3 3.管箱质量 筒体质量：筒体金属容积 3 92222 0 01674. 0 10885120025. 0)101200(25. 0 4 1 4 1 m xxxLddV i 管箱筒体质量: kgxVm409.13101674 . 0 7850 管箱容积： 332 003 . 1 108852 . 12 . 114. 325 . 0 4/1mxxxxxLDV 4.换热管质量 换热管体积： 3 92222 0 5348 . 0 1050560002025 . 0 )25(25 . 0 4 1 4 1 m xxxxnLddV i 43 换热管质量： kgxVm18.419853484 . 0 7850 5.接管质量 DN100=1.54x0.15=0.23kg DN300=12.5x0.2x3=7.5kg DN400=18.25x0.2x2=7.408kg 6.法兰质量 壳体法兰质量：长颈对焊法兰 M=292.1x2=584.2kg 接管法兰质量： kgxxmmmm15.93 5 . 2329 .13345. 423 400300100 7.管板质量 kg xxddm i 9 . 117 7850190. 125 . 0 )2 . 1 (25 . 0 4 1