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JS224 流量 260 th 卧式 蒸汽 冷凝器 设计

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沈阳化工大学科亚学院毕业论文文献综述换热器文献综述姓名：王威 班级：过控1201 指导教师：金丹1.1 前言换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。用于在两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、固体粒子间或者热接触具有不同温度的同一种流体间的热量传递。在化工厂中换热器设备的投资大约占总投资的10%-20%；在炼油厂中约占总投资的35%-40%。近二十年来换热器设备在能量储存转化回收以及新能源利用和污染治理中得到了广泛的应用。首先我设计的流量为260t/h卧式蒸汽冷凝器，该冷凝器适用范围广，在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。我在设计过程中进行了工艺计算根据任务书了解了原始数据，选取换热效率从而计算了传热器与水蒸气流量、传热量与水蒸气的计算、有效平均温差计算、管程换热系数计算、结构的初步计算、管程换热系数计算、总传热系数计算、管壁温度计算和壳程压力降计算。其中，选取传热系数做了很多的计算获得了正确的系数根据换热管数量的公式得到了390根换热管、长径比4.5符合适用范围，为以后的强度计算打下了基础。2.1 管壳式换热器结构管壳式换热器又叫做列管式换热器。它封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。 管壳式换热器结构，由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列 管壳式换热器则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。3.1 管壳式换热器的发展在工业生产中，为了实现物料之间热量传递过程的一种设备，统称 为换热器。它是化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备。对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要。通常在化工厂的建设中，换热器约占总投资的 10-20%。在石油炼厂中，换热器约占全部工艺设备投资的 85-40%。在化工生产中，为了工艺流程的需要，往往进行着各种不同的换热过程：如加热、冷却、蒸发和冷凝等。换热器就是用来进行这些热传递过程的设备，通过这种设备，以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺上的需要。由于使用的条件不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。另外，在化工生产中，有时换热器 作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一个工艺设备中的组成部分。其他如回收排放出去的高温气体中的废热所用的废热锅炉，有时在生产中也是不可缺少的。总之，换热器在化工生产中的应用是十 分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。 换热器发展历史简要回二十世纪 20 年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出 一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新材料料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。此外，自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展 热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。节能和环保已经成为当今世界的两大主题。4.1管壳式换热器的分类由于管内外流体的温度不同，因之换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型： 4.1.1固定管板式 固定管板式换热器 管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器是液液、液汽进行热交换的理想设备。它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比列管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90%以上。板式换热器（Plate Type Heat Exchanger），本成套设备由板式换热器、平衡槽、离心式卫生泵、热水装置（包括蒸汽管路、热水喷入器）、支架以及仪表箱等组成。用于牛奶或其它热敏感性液体之杀菌冷却。欲处理的物料先进入平衡槽，经离心式卫生泵送入换热器、经过预热、杀菌、保温、冷却各段，凡未达到杀菌温度的物料，由仪表控制气动回流阀换向、再回到平衡槽重新处理。物料杀菌温度由仪表控制箱进行自动控制和连续记录，以便对杀菌过程进行监视和检查。此设备适用于对牛奶预杀菌、巴式杀菌。板式换热器的型式主要有框架式（可拆卸式）和钎焊式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。是冷热俩流体被一层固体壁面（管和板）隔开，不相混合， 通过间壁进行热交换.夹套换热器：在容器外壁安装夹套制成，结构简单；但其容器壁面限制，传热系数也不高。为提高传热系数.使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器，当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其他增加湍流的措施，以提高夹套一侧的给热系数。为补充传热不足，也可在釜内安装蛇管。它广泛用于反应过程的加热和冷却。夹套式换热武器主要用于反应过程的加热或冷却，是在容器外壁安装夹套制成。 4.1.2 浮头式两端的管板，一端不与壳体相连，可自由沿管长 方向浮动。当壳体与管束因温度不同而引起热膨 胀时，管束连同浮头可在壳体内沿轴向自由伸缩，可完全消除热应力。特点：结构较为复杂，成本高，消除了温差应力，是应用较多的一种结构形式。 4.1.3 U型管式把每根管子都弯成U形，两端固定在同一管板上，每根管子可自由伸缩，来解决热补偿问题。特点：结构较简单，管程不易清洗，常为洁净流体，可适用高压气体的换热。5.1换热器发展前景近几年来,随着高温热管技术研究的不断成熟和深入,高温热管换热器的应用领域逐渐扩大,目前已广泛应用于工业、民用和国防等各个领域。在冶金、化学、陶瓷、建材及轻工等工业生产中,常需要500以上的清洁空气以满足助燃、干燥和供氧等需要,采用高温热管空气加热器可以轻易地达到这一要求,并且从根本上解决常规空气加热器所无法解决的传热难题。高温热管技术在喷雾干燥中的应用取得成功,并已收到了令人满意的实际效果。根据现场测试的上。高温预热煤气(或助燃气),使冶金工厂大量的低热值高炉煤气(其热值约为4187J)资源在加热炉上的利用成为可能。回收利用六大耗能工业(冶金、化工、炼油、玻璃、水泥及陶瓷)的高温余热,使这些领域的能源利用率达到一个新的水平。换热器肋片换热的研究应该注重基础性的理论研究创新，寻求建立能支撑肋片设计选型的系统化的理论，同时要结合实验研究，寻求实际应用中最节能的肋片参数值。换热器制造商和设计人员对于换热器肋片外型、布置仍然没有可靠的理论依据，传统的肋片布置方式在换热效率上不如换热管表面设置的针状或圆台状肋，而对于针状肋片在换热管表面的最佳换热的散布规律仍然还不明晰，理论研究非常薄弱；对替代传统的平板和环状肋片的高效换热肋片研究甚少。新型换热管的形状研究过少，目前的研究仅局限于传统的圆形或矩形换热管上，对更高效的换热管型的探索研究比较缺乏。对换热管排数和排列方式对换热器整体换热性能的影响研究的理论体系还没形成，目前对于此方面的研究多以实验研究为主，然后从实验中提取经验公式，关于管排数的纯理论的换热理论还没有得到建立。作为衡量换热器性能时的换热效率，已不能作为换热器设计选型的标准，换热效率高并不意味着制造成本的节省以及换热效果最佳化；传热因子和摩擦因子是比较合适的衡量换热器整体性能的指标，但是需要综合考虑此两种因素后建立换热器最优化换热的统一理论，单一的考虑换热因子或者摩擦因子的大小对于衡量换热器换热性能没有任何意义。6.1国外最新换热器焊接式板式换热器：用焊接的方式代替橡胶密封圈，随着时代的进步出现了全焊式和半焊式的换热器，它们在旧型号的基础上消除了垫片的限制。由德国跟日本联合开发的BAVARIA，操作压力可从真空到6MPa，操作温度200-900，单台换热器面积为3-200。可用于气-气、气-液、液-液的换热和蒸汽的冷凝。1.4.2、Pack inox换热器：是一种所有部件都焊接的无密封垫圈的板式换热器。由压力容器外壳和传热板束组成。特点：传热效率高。两侧流体有较高的膜传热系数比一般的管式高2-3倍。流速分布均匀。没有死角是纯逆流换热。重量轻，结构紧凑，占地少。压力降低，无振动。壳体上有人孔，清洗方便。降低了制造成本，减少了企业投资。国外推出新型换热器有：ABB公司的螺旋折流板换热器、Hamon Lum mus公司的SRCTM空冷式冷凝器、NTIW列管式换热器、英国CalGain公司的丝状花内查物交换器、日本的Hy brid混合式换热器、俄罗斯的变形翅片换热器、喷涂翅片管冷凝器、非钎焊金属丝缠绕翅片管换热器、美国公司的Kenics换热器、带纽带插入物的湍流增强式换热器和麻花扁管换热器。日本生产的世界单台最大处理能力为5，000m/h的UX-100型板式换热器、法国公司成产的6900mm*1525mm*1300mm（长宽高）换热面为1500/m的板翅式换热器。以上介绍的各式换热器的设计思想各有新颖之处，结构上具有特色。有的在于强化管内传热，有的在壳程强化传热，有的改进了管箱的设计。参考文献1邓颂九.提高管壳式换热器传热性能的途径,化学工程,1992.20(2)30-362鱼津博久,小州敬雄,热交换器的进步和期待,化学装置日2005.3(3)44-483RajivMukherjee.Effectively design shell-and tube heatexchangers.CEP.94(2):21-374Rajiv Mukherjee.Bwoaden your heat exchanger design skills.CEP.2005,40(3):35-475时铭显.石油化工装备研究的进展.石油炼制与化工,1997,(1):1-56.2004(2)29-347. .1996,(1)46-488O .1996,(4):63646沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文题 目： 流量为260t/h卧式蒸汽冷凝器 专 业： 过程装备与控制工程 班 级： 1201 学生姓名： 王威 指导教师： 金丹 论文提交日期 2016 年 5 月23 日论文答辩日期 2016 年 6 月6 日毕业设计（论文）任务书过程装备与控制工程 专业 过控1201 班学生：王威 毕业设计（论文）题目：流量为260t/h卧式蒸汽冷凝器 毕业设计（论文）内容：设计计算书一份； 设计说明书一份； 绘制施工图折合A1号图4张。毕业设计（论文）专题部分： 固定管板式换热器 起止时间：2016年3月1日2016年5月27日指导教师： 王威 签字 2016 年 3 月 1 日摘要换热器又被叫热量交换器，是一种把热流体的热量传递给冷流体的设备，并且实现化工生产过程中热量的交换和传递不可缺少的设备，在工厂中具有重要的意义。换热器可以是一种单独的设备，例如加热器、冷却器和凝汽器等等；也可是工艺设备的组成部分，比如石化、煤炭工业中的余热回收装置等等。换热器是两种温度不同的物料在一个设备内相互交换热量，最终达到将物料冷却，或者将冷物料加热为目的的设备。本换热器是蒸汽冷凝器在成产中是非常常见的设备，该换热器有耐高压的优点、价格低廉、清洗方便不宜结垢的优点。已知条件为：设计压力为管程，壳程，工作温度管程，壳程，设计温度管程，壳程，管程介质为的水，壳程介质为的水蒸气。依据给定条件所得传热面积为。考虑到介质特性等因素，采用252.54500的（材料）的无缝钢管，本设计采用390根换热管可满足换热量。设定拉杆数量为6根，计算得到筒体直径为。完成了压降计算、强度计算、开孔补强、管箱短节壁厚计算等。在强度设计中，依据进行筒体、封头强度设计及校核，依据流量进行入口接管、出口接管等管口直径的选择，依据等面积补强法进行开口补强计算。本设计选择管板延长兼做法兰，依据中的弹性支撑假设对管板进行设计和校核，管板与换热管的连接方式为焊接，拉杆与管板为螺纹连接结构。同时，进行了卧式容器鞍座校核。本设计充分的利用材料，适用比较多的场合。390根换热管更加体现了换热的效率。在同样的换热器中此换热器十分的廉价、安全。所以该换热器在工厂中占有重要位置。关键字: 固定管板; 换热器; 不同物料; 热交换 ；补强AbstractHeat exchanger called heat exchanger again, it is a kind of the thermal fluid heat transfer to cold fluid equipment, and realize the heat exchange and transmission in the process of chemical production indispensable equipment, has the vital significance in the factory. Heat exchanger can be a single device, such as a heater, cooler and steam condenser, etc. But also part of the process equipment, such as waste heat recovery unit in petrochemical industry, coal industry, and so on. Temperature heat exchanger are two different materials in a heat exchanging equipment, eventually achieve the material cooling, or heating equipment for the purpose of cold material. This heat exchanger is steam condenser is very common in into during equipment, the heat exchanger has the advantages of resistance to high pressure, low cost, convenient cleaning is unfavorable and scale advantages.Known condition is: the design pressure for tube side and shell side, working temperature tube side and shell side, the design temperature tube side and shell side, the medium as the water passes, shell side medium is water vapor. Based on the heat transfer area of the given conditions. Considering the characteristic of medium etc factors, using (material) seamless steel tube, this design USES the root heat exchange tube can meet the change of heat. Set rod of 6 root number, calculate the cylinder diameter. Completed the pressure drop calculation, strength calculation, opening reinforcement, short tube box section wall thickness calculation, etc. In strength design, strength design basis for cylinder, head and checking, according to the inlet connection of traffic and exports over the selection of nozzle diameter, opening reinforcement method on the basis of equal area reinforcement calculation. The design of flange, tubesheet extended and do according to the hypothesis of elastic support for tube plate design and checking, tube plate and the heat exchange tube connections for welding, rod and tube plate to the threaded connection structure. At the same time, for the horizontal vessel saddle checking.This design make full use of material, is more occasions. 608 more embodies the heat exchange tube, so the heat exchange efficiency. At the same heat exchanger in the heat exchanger is very cheap and safe. So the heat exchanger occupies an important position in the factory.Key words: Fixed tube sheet； Heat exchanger； Different materials； reinforcing 目 录第一章换热器传热工艺计算 11.1原始数据 11.2定性温度及确定其物性参数 11.3传热量与水蒸气流量计算 21.4有效平均温差计算 31.5管程换热系数计算 41.6 结构的初步设计 51.7壳程换热系数计算 61.8 总传热系数计算 71.9 管壁温度计算 81.10 管程压力降计算 81.11 壳程压力降计算 9第二章固定管板式换热器结构设计计算 122.1 换热管材料及规格的选择和根数的确定 122.2 布管方式的选择 122.3 筒体内径的确定 132.4 筒体壁厚的确定 132.5 筒体水压试验 142.6 封头厚度的确定 142.7 管箱短节壁厚计算 152.8 管箱水压试验 162.9 管箱法兰的选择 162.10 管板尺寸的确定及强度计算 172.11 是否安装膨胀节的判定 302.12 防冲板尺寸的确定 302.13 折流板尺寸的确定 312.14 各管孔接管及其法兰的选择 322.15 开孔补强计算 372.16 支座的选择及应力校核 402.16.1 支座选择 402.16.2 鞍座的应力校核 40参考文献 45致谢 46沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 换热器传热工艺计算第一章 换热器传热工艺计算1.1原始数据管程水的进口温度=20管程水的出口温度=85管程水的工作压力=2.2MPa管程水的流量=260000kg/h壳程水蒸气的入口温度=164.97壳程水蒸气的出口温度=80壳程水蒸气的工作压力=0.7MPa1.2定性温度及确定其物性参数管程水的定性温度管程水密度查物性表得管程水比热查物性表得管程水导热系数查物性表得=0.6557w/(m)管程水黏度=5.22910-4pas管程水普朗特数查物性表得Pr1=2.96壳程水蒸气定性温度壳程水蒸气冷凝点：冷却段：冷凝段：壳程水蒸汽密度查物性表得：冷却段：=943.4kg/m冷凝段: =4.122kg/m壳程水蒸汽比热查物性表得：冷却段：=4.258KJ/(kg)冷凝段：=2.583KJ/(kg)壳程水蒸汽导热系数查物性表得：冷却段：2=0.688w/(m)冷凝段：=0.0313w/(m)壳程水蒸汽粘度：冷却段：冷凝段：壳程水蒸汽普朗特数查物性表得：冷却段：冷凝段：1.3传热量与水蒸气流量计算取定换热效率=0.98则设计传热量:Q0=G1Cp1()1000/3600 =2600004.178(85-20)1000/3600 =1.9613107w由导出水蒸气气流量G2，r为时的汽化潜热r=2763.5J/kg水蒸气流量：=6.4kg/s冷却段传热量：冷凝段传热量:设冷凝段和冷却段分界处的温度为根据热量衡算:1.4有效平均温差计算逆流冷却段平均温差:逆流冷凝段平均温差:参数： 参数： 换热器按单壳程2管程设计则查图2-6(a)，得:温差校正系数 =0.84有效平均温差： 冷凝段：参数：参数：换热器按单壳程2管程设计则查图2-6(a)，得:温差校正系数 =0.89 有效平均温差:=0.89138.5=123.3初选冷却段传热系数:1.5管程换热系数计算初选冷凝段传热系数:则初选冷却段传热面积为:选用252.5的无缝钢管做换热管则: 管子外径d0=25mm管子内径di=20mm管子长度L=4500mm则需要换热管根数: 可取换热管根数为390根.管程流通面积：管程流速:管程雷诺数:管程冷却段的定性温度:管程冷却段传热系数:管程冷凝段的定性温度:管程冷凝段传热系数:1.6 结构的初步设计查GB151-1999 知管间距按1.25d0取管间距:s=0.032 m管束中心排管数：根，取29根则壳体内径:圆整为:Di=1m则长径比; 合理弓形折流板的弓高: h=0.2Di=0.2*1=0.2m 折流板间距: 折流板数量: 1.7壳程换热系数计算 壳程流通面积:壳程流速:冷却段:冷凝段: 壳程当量直径: 冷凝段管外壁温度假定值:膜温：膜温下液膜的粘度:188.3膜温下液膜的密度:917.3膜温下液膜的导热系数：正三角形排列冷凝负荷:=壳程冷凝段雷诺数:壳程冷凝段传热系数:冷却段管外壁温假定值:冷却段雷诺数：壁温下水粘度:粘度修正系数；壳程传热因子查图2-12得:冷却段壳程换热系数:1.8 总传热系数计算查GB-1999 第138 页可知水蒸汽的侧污垢热阻:管程水选用地下水，污垢热阻为:由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计冷却段总传热系数: 传热面积比为: （合理）冷凝段总传热系数:传热面积比为: (合理)1.9 管壁温度计算设定冷凝段的长度:=2.0424m冷却段的长度: 冷却段管外壁热流密度计算:冷却段管外壁温度: 误差不大冷凝段管外壁热流密度计算:冷凝段管外壁温度:1.10 管程压力降计算管程水的流速:管程雷诺准数:管程摩擦系数:压降结垢校正系数:沿程压降:管程数: 管程回弯次数:回弯压降:取管程出入口接管内径: 管程出入口速:局部压降:管程总压降:管程允许压降: 即压降符合要求。1.11 壳程压力降计算壳程当量直径:壳程流通面积:壳程流速: 冷却段: 冷凝段:壳程雷诺数: 壳程冷却段雷诺数: 壳程冷凝段雷诺数:查表壳程摩擦系数: 冷却段: 冷凝段:壳程粘度修正系数: 冷却段: 冷凝段: 管束周边压降:冷却段管束周边压降:冷凝段管束周边压降:导流板压降: （无导流板）查表取壳程压降结垢系数:冷却段： 冷凝段： 取壳程进口接管内径: 壳程出口接管内径: 壳程出口流速:壳程进口流速:局部压降:冷却段：冷凝段：壳程总压降:冷却段壳程总压降:冷凝段壳程总压降: 壳程允许压降: 即压降符合要求 即压降符合要求46沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 固定管板式换热器结构设计计算第二章 固定管板式换热器结构设计计算2.1 换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#202换热管规格3传热面积A214.64换热管数Nt根6085拉杆直径dnmmGB151-1999管壳式换热器表43166拉杆数量根GB151-1999管壳式换热器表4462.2 布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正三角形GB151-1999 图112换热管中心距SmmGB151-1999 表12323隔板槽两侧相邻 管中心距SnmmGB151-1999 表12442.3 筒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SmmGB151-1999 表12322换热管根数Nt根6083管束中心排管根数Nc根294换热管外径d0mm255到壳体内壁最短距离b3mm86筒体内径Dimm9967实取筒体公称直径DimmJB/T4737-9510008布管限定圆直径Dlmm9802.4 筒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0.772筒体内径见三-810003筒体材料20R4设计温度下筒体材料的许用应力GB150-1998表4-1 钢板许用应力1235焊接接头系数0.856筒体计算厚度3.77腐蚀裕量28负偏差09设计厚度5.710名义厚度GB151-1999 项目5.3.2 表8811有效厚度612设计厚度下圆筒应力64.613校核14设计温度下圆筒的最大许用工作压力1.252.5 筒体水压试验序号项目符号单位根据来源及计算公式数值1实验压力1.042圆筒薄膜应力87.23校核=187.4Mpa 合格2.6 封头厚度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10002计算压力2.423焊接接头系数0.854封头材料Q3455设计温度下许用压力GB151-1999 项目5.3.2表4-11706标准椭圆封头计算厚度8.417腐蚀裕量18负偏差09设计厚度9.4110名义厚度GB151-1999 项目5.3.21011实取名义厚度1012有效厚度913曲面高度JB/T4737-95续表114直边高度JB/T4737-95续表115内表面积AJB/T4737-95续表116容积VJB/T4737-95续表117质量mJB/T4737-95续表12.7 管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2.422管箱内径10003管箱材料Q3454设计温度下许用应力GB150-19981705焊接接头系数0.856管箱计算厚度8.447腐蚀裕量18负偏差09设计厚度9.4410名义厚度GB151-1999 项目5.3.21011实取名义厚度1012有效厚度913设计厚度下圆筒应力135.6514校核=144.5Mpa 合格15设计温度下圆筒的最大许用工作压力2.582.8 管箱水压试验序号项目符号单位根据来源及计算公式数值1实验压力3.232圆筒薄膜应力181.063校核=263.9Mpa 合格2.9 管箱法兰的选择序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1法兰类型长颈对焊法兰JB/T4703-2000PN=2.5MPa2法兰外径JB/T4703-200011953螺栓中心圆直径JB/T4703-200011404法兰公称直径JB/T4703-200010005法兰材料16MnR6垫片类型JB/T4704-2000PN=2.5MPa7垫片材料石棉橡胶板片GB/T3985-19958垫片公称直径JB/T4704-200010009垫片外径JB/T4704-2000108710垫片内径JB/T4704-2000103711法兰厚度JB/T4704-20006812垫片厚度JB/T4704-2000313螺栓规格及数量M27236(对接筒体最小厚度14mm）2.10 管板尺寸的确定及强度计算本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即GB151-1999 项目5.7 中，图18 所示e 型连接方式的管板，材料为Q235的锻件。A.确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布管方式；以上项目的确定见项目一至九。B.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mm10002筒体内径横截面积A7850003筒体厚度mm84圆筒内壳壁金属截面积25320.965换热管壁厚mm2.56换热管根数n6087换热管外径dmm258管子金属总截面积1073889换热管材料的弹性模量GB150-1998 表F518600010沿一侧的排管数2911换热管中心距mmGB151-19993212隔板槽两侧相邻管中心距mmGB151-19994413布管区内未能被管支撑的面积14072.814管板布管区面积531954.715管板布管区当量直径mm823.216管板布管内开孔后的面积48670017系数0.6218壳程圆筒材料的弹性模量GB150-1998 表F518600019壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比4.2420系数0.2221系数5.4722系数7.9223管板不管区当量直径与壳程圆筒内径比0.823224管子受压失稳当量长度mmGB151-1999 图3260025设计温度下管子受屈服强度GB150-1998 表F219626管子回转半径imm8.00427系数136.828管子稳定许用应力71.1529校核合格C.对于延长部分兼作法兰的管板，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NmmGB150-1998 表9-1252垫片基本密度宽度mm12.53垫片比压力yGB150-1998 表9-2114垫片系数m2.05垫片有效密封宽度bmm96垫片压紧力作用中心圆直径mm10697预紧状态下需要的最小螺栓载荷N332309.348操作状态下需要的最小螺栓载荷N2463335.39常温下螺栓材料的许用应力GB150-1998 表F4选用材料为40MnB63510预紧状态下需要的最小螺栓面积523.311操作状态下需要的最小螺栓面积3879.312需要螺栓总截面积3879.313法兰螺栓的中心圆直径mm114014法兰中心至作用处的径向距离mm35.515预紧状态的法兰力矩n16筒体厚度mm817法兰颈部大端有效厚度mm1418螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交的径向距离mm5619螺栓中心距作用出的径向距离mm7020螺栓中心处至 作用位置处的径向距离mm52.7521作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力N189970022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N27000023操作状态下需要的最小垫片压力N29200024法兰操作力矩157590000D、假定管板的计算厚度为，然后按结构要求确定壳体法兰厚度序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1假定管板计算厚度mm502壳体法兰厚度mm503管板材料弹性模量GB150-1998表 F51860004换热管材料的弹性模量GB150-1998表 F51860005管板刚度削弱系数GB151-19990.46换热管有效长度mm28967管板强度削弱系数GB151-19990.48管子金属总截面积1073889换热管加强系数6.010管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比0.823211管板周边布管区的无量纲参数1.0612管束模数6897.213壳体法兰材料弹性模量GB150-1998 表F518600014壳体法兰材料弹性模量GB150-1998 表F518600015壳体法兰宽度mm97.516系数GB151-1999 图260.0002217壳体法兰与圆筒的旋转刚度参数6.16418旋转刚度无量纲参数0.000702E.由GB151-1999 P51 图27 按照K和查，并计算值，由图29 按照K 和查值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GB151-1999 图270.132系数30.93系数GB151-1999 图294.21F、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1960002管箱圆筒材料的弹性模量GB150-1998 表F51960003管箱法兰厚度mmJB/T4702-2000684系数GB151-1999 图260.00335管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数61.26换热管束与圆筒刚度比4.2417系数GB151-1999 图308法兰力矩折减系数0.1449管板边缘力矩的变化系数4.0110法兰力矩变化系数0.40411管板第二弯矩系数GB151-1999 图28（a）2.78G、按课程设计压力而管程设计压力膨胀变形差，法兰力矩的的危险组合（GB151-1999 项目5.7.3.2 分别讨论）a、只有壳程设计压力，而管程设计压力不计膨胀节变形差（即)序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1有效压力组合4.2122基本法兰力矩系数0.04263系数0.001284管板边缘力矩系数0.047735管板边缘剪切系数1.476管板总弯矩系数2.067系数0.4128系数1.0889系数1.08810管板径向应力系数0.07211管板布管区周边外径向的应力系数0.07512管板布管区边剪切应力系数0.07313壳体法兰力矩系数0.0042614管板的径向应力188.0215管板布管区周边外径向的应力58.116管板布管区周边剪切应力9.5317法兰的外径与内径之比K1.19518系数YGB150-1998 表9-51119壳体法兰应力38.4220换热管的轴向应力15.5821壳程圆筒的轴向应力8.7322一根换热管管壁金属的横截面积176.62523换热管与管板连接的拉托应力17.54b、只有壳程设计压力序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1壳程圆筒材料线膨胀系数GB150-19982换热管材料线膨系数GB150-19983沿长度均的换热管金属温度GB151-1999附录 F132.74沿长度平均的换热管金属温度GB151-1999附录 F97.185制造环境温度206换热管与壳程圆筒的膨胀变化差7有效压力组合-14.88基本法兰力矩系数-0.01219管板边缘力矩系数-0.0069710管板边缘剪切系数-0.215411管板总弯矩系数-0.597512系数0.285213管板径向应力系数0.0066214管板布管区周边外径向的应力系数-0.0069315管板布管区周边剪切应力系数0.0232116壳体法兰力矩系数-0.0022617管板的径向应力-60.718管板布管区周边外径向的应力53.5719管板布管区周边剪切应力-33.4920壳体法兰应力71.6321换热管的轴向应力63.522壳程圆筒的轴向应力1.3723换热管管板连接拉托应力71.44序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1有效压力组合-17.4242基本法兰力矩系数-0.018583系数0.001284管板边缘力矩系数-0.018585管板边缘剪切系数-0.57416管板总弯矩系数-3.447系数-0.6888系数1.6629系数1.66210管板径向应力系数0.020911管板布管区周边外径向的应力系数-0.021612管板布管区边剪切应力系数0.012613壳体法兰力矩系数0.00414管板的径向应力225.7815管板布管区周边外径向的应力206.1516管板布管区周边剪切应力-11.6717法兰的外径与内径之比K1.19518系数YGB150-1998 表9-51119壳体法兰应力149.2520换热管的轴向应力50.0721壳程圆筒的轴向应力16.8822一根换热管管壁金属的面积176.62523换热管与管板连接的拉托应力56.3d、只有管程设计压力序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1壳程圆筒材料线膨胀系数GB150-19982换热管材料线膨系数GB150-19983沿长度均的换热管金属温度GB151-1999附录 F132.74沿长度平均的换热管金属温度GB151-1999附录 F97.185制造环境温度206换热管与壳程圆筒的膨胀变化差7有效压力组合-36.408基本法兰力矩系数-0.00899管板边缘力矩系数-0.008910管板边缘剪切系数-0.27511管板总弯矩系数-0.87512系数0.45113管板径向应力系数0.0096714管板布管区周边外径向的应力系数-0.0093815管板布管区周边剪切应力系数0.0214516壳体法兰力矩系数-0.0025617管板的径向应力-218.218管板布管区周边外径向的应力161.8219管板布管区周边剪切应力-24.5220壳体法兰应力199.621换热管的轴向应力93.0622壳程圆筒的轴向应力60.0223换热管管板连接拉托应力104.68H、由管板计算厚度来确定管板的实际厚度：序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1管板计算厚度mm502壳程腐蚀裕量mm23管程腐蚀裕量mm14管板的实际厚度mm54考虑圆整2.11 是否安装膨胀节的判定由十.G.a、b、c、d 计算结果可以看出：四组危险组合工况下，换热管与管板的连接拉托力均没超过设计许用应力，并且各项应力均没超过设计许用应力。所以，不需要安装膨胀节。2.12 防冲板尺寸的确定根据GB151-1999管壳式换热器项目5.11.4 确定防冲板的长为500mm,宽为427mm,厚度为8mm，防冲板外表面到圆筒内壁的距离为100mm。2.13 折流板尺寸的确定1.根据GB151-1999管壳式换热器图39（c）选择单弓形折流板，且由于换热介质为气液共存，折流板缺口应垂直左右布置，并在折流板最低处开通液口。2.换热管无支撑跨距或折流板间距由GB151-1999 表42 知，当换热管为外径25 的钢管时，换热管的最大无支撑跨距为L=1850mm,且折流板最小间距一般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=300mm.3.折流板管孔有GB151-1999 表36 查得管孔直径为25.4mm,允许偏差其主要尺寸如下表：序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1折流板的厚度mmGB151-1999 项目5.9.2-2162折流板的直径mmGB151-1999 表419943折流板直径的允许偏差mmGB151-19994折流板的材料mmQ235-A5折流板的缺口高度mmGB151-1999 P73图206折流板的缺口弦高mmGB151-1999P71 图2044、 拉杆的选择序号项目符号单位数据来源数值1拉杆直径dmmGB151-1999 表43162拉杆数量GB151-1999 表4463拉杆长度L1mm4拉杆螺纹中心直径L2mmmmGB151-1999 表4516mmGB151-1999 表4520mmGB151-1999 表45bmmGB151-1999 表452.02.14 各管孔接管及其法兰的选择接管a、b选择相同型号法兰，设水的流速 1.69m/s根据公式取d=250mm设计压力为2.09MPa由钢制法兰、垫片、紧固件选择板式平焊法兰，公称压力为2.5MPa.。相关尺寸如下：a、 b 进出水口接管法兰的选择：序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接管公称通径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-52502接管外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-52733法兰外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-54254螺栓中心圆直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-53705螺栓孔直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5306螺栓孔数量个HG/T20592-2009 表8.2.1-5127螺栓HG/T20592-2009 表8.2.1-5M278法兰厚度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5359法兰内径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-527610坡口宽度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51011法兰理论重量kgHG/T20592-2009 表D-41212法兰密封面形式HG/T20592-2009 表3.2.1RF13法兰密封面尺寸mmHG/T20592-2009 表3.2.5-12mmHG/T20592-2009 表3.2.5-1335c、蒸汽入口接管法兰的选择，设水蒸汽的流速,则根据公式，取 d=300mm 设计压力为0.88MPa。由钢制法兰、垫片、紧固件选择板式平焊法兰，公称压力为1MPa。相关尺寸如下:序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接管公称通径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-53002接管外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-53253法兰外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-54854螺栓中心圆直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-54305螺栓孔直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5306螺栓孔数量个HG/T20592-2009 表8.2.1-5167螺纹HG/T20592-2009 表8.2.1-5M278法兰厚度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5389法兰内径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-532810法兰理论重量kgHG/T20592-2009 表D-42011法兰密封面形式HG/T20592-2009 表3.2.1RF12法兰密封面尺寸mmHG/T20592-2009 表3.2.5-12mmHG/T20592-2009 表3.2.5-1370f.冷凝水出口接管法兰的选择设水蒸汽全部冷凝成水,且设出口速度u=1m/s,则取 d=100mm, 设计压力为0.88MPa。由钢制法兰、垫片、紧固件选择板式平焊法兰，公称压力为1MPa。相关尺寸如下：序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接管公称通径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51002接管外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51083法兰外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-52204螺栓中心圆直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51805螺栓孔直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5186螺栓孔数量个HG/T20592-2009 表8.2.1-587螺纹HG/T20592-2009 表8.2.1-5M168法兰厚度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5229法兰内径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-511010法兰理论重量kgHG/T20592-2009 表D-44.511法兰密封面形式HG/T20592-2009 表3.2.1RF12法兰密封面尺寸mmHG/T20592-2009 表3.2.5-12mmHG/T20592-2009 表3.2.5-1158d、安全阀口、g、放净口接管法兰的选择序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接管公称通径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5502接管外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5573法兰外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51654螺栓中心圆直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51255螺栓孔直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5186螺栓孔数量个HG/T20592-2009 表8.2.1-547螺纹HG/T20592-2009 表8.2.1-5M168法兰厚度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5199法兰内径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-55910法兰理论重量kgHG/T20592-2009 表D-42.511法兰密封面形式HG/T20592-2009 表3.2.1RF12法兰密封面尺寸mmHG/T20592-2009 表3.2.5-12mmHG/T20592-2009 表3.2.5-1102e、排气孔接管法兰的选择序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接管公称通径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5252接管外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5323法兰外径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51154螺栓中心圆直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5855螺栓孔直径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5146螺栓孔数量个HG/T20592-2009 表8.2.1-547螺纹HG/T20592-2009 表8.2.1-5M128法兰厚度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5169 法兰内径mmHG/T20592-2009 表8.2.1-53310法兰理论重量kgHG/T20592-2009 表D-41.011法兰密封面形式HG/T20592-2009 表3.2.1RF12法兰密封面尺寸mmHG/T20592-2009 表3.2.5-12mmHG/T20592-2009 表3.2.5-1682.15 开孔补强计算(1) a、b 孔DN=250mm（GB150-1998 项目8.1）序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接管壁厚102接管外径2733接管内径2534开孔直径2555壳体开孔处的计算厚度6.196接管名义厚度107接管有效厚度98设计温度下接管材料的许用应力GB150-19981639设计温度下壳体材料的许用应力GB150-199817010强度削弱系数0.95911圆筒开孔所需补强面积A158312补强有效宽度51013接管外侧有效补强高度50.514接管内侧有效补强高度015壳体有效厚度减去计算厚度之外的多面积460.216接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积713.8517接管计算厚度1.6318焊缝金属截面积GB150-19983619补强面积1210.05a、b 孔需要补强圈采用补强圈补强根据公称内径 DN=250，选取补强圈参照 JB/T4736 取补强圈外径D =480mm，内径d =277mm,B=504mm,补强圈在有效范围内。补强圈厚度为=1.84mm虑钢板负偏差并圆整取补强圈厚度为4mm，为了便于制造，材料补强圈的名义厚度取封头厚度即9mm。（2）C孔DN=250序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1接管壁厚102接管外径2733接管内径2534开孔直径2555壳体开孔处的计算厚度3.596接管名义厚度107接管有效厚度98设计温度下接管材料的许用应力GB150-19981239设计温度下壳体材料的许用应力GB150-199812310强度削弱系数1.011圆筒开孔所需补强面积A915.4512补强有效宽度51013接管外侧有效补强高度50.514接管内侧