某煤油冷却器设计说明书毕业论文.doc

目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1.换热器概述11.2 换热器的分类11.3固定管板式换热器的特点21.4设计要求21.5 设计的目的和意义31.6设计的方法和步骤31.7设计内容和要求31.7.1 设计内容31.7.2 设计要求3第二章 工艺计算42.1 设计任务和设计条件42.2 确定设计方案42.2.1 选择换热器的类型42.2.2 流程安排42.3 确定物性数据42.4 估算传热面积52.4.1 热流量52.4.2平均传热温差52.4.3传热面积52.4.4冷却水用量52.5 工艺结构尺寸52.5.1管径和管内流速52.5.2管程数和传热管数62.5.3平均传热温差校正及壳程数62.5.4传热管排列和分程方法62.5.5壳体内径72.5.6折流板72.5.7接管82.6 换热器核算82.6.1热流量核算82.6.2壁温计算102.6.3换热器内流体的流动阻力112.7换热器主要结构尺寸和计算结果13第三章 结构设计143.1筒体内径确定143.2管箱法兰的设计143.3管箱结构设计153.3.1前端管箱163.3.2后端管箱163.4管板结构设计163.5折流板结构设计173.6换热管183.7分程隔板183.8拉杆和定距管设计183.9接管设计193.9.1壳程接管位置193.9.2管箱接管位置193.9.3接管最小高度193.10 防冲板设计193.11 接管法兰选取203.12 垫片203.13 螺柱（螺栓）213.14 鞍座选用及安装位置确定213.14.1鞍座选用223.14.2鞍座的安装位置22第四章 强度校核244.1 筒体壁厚计算244.2 前端管箱短节和封头厚度的计算244.3 后端管箱短节和封头厚度的计算254.4 管箱短节开孔补强校核264.5 壳体接管开孔补强校核274.6 固定管板强度计算274.8 计算值汇总29第五章 制造安装与维修305.1 换热器的制造305.2 换热器的安装315.3 换热器的焊接315.4 试车325.5 维护32结论33参考文献34致谢35摘要固定管板式换热器是一种广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门的换热设备，特别是在化工机械领域有着重要的意义。本次设计主要是设计一个固定管板式换热器，讨论了固定管板式换热器的特性，以及在给定条件下固定管板式换热器的各种参数的设计和结构尺寸。设计的前半部分是工艺计算部分，主要是根据给定的设计压力及换热面积，进行换热器的选型，校核传热系数，计算出实际的换热面积，最后进行压力降的计算。设计的后半部分则是关于结构和强度的设计，主要是进行设备内各零部件（如接管、管板、法兰、筒体、封头、折流板、定距管、管箱等）的设计，包括材料的选择、具体尺寸确定、确定具体位置、厚度与强度的计算、开孔补强计算等，最后画出零部件图和装配图。关键词 固定管板式换热器 换热器 工艺设计 结构设计 校核 AbstractAs the heat transfer equipment, fixed tube-sheet heat exchanger is widely used in chemical, petroleum, power and nuclear, especially make the great significance in the chemical machinery.The design is to design a fixed tube plate heat exchanger, to discuss the characteristics of the fixed tube sheet heat exchanger, as well as the various parameters under the given conditions fixed tube sheet heat exchanger design and structure size. The first half of the design process is the process calculation, which included of the heat exchanger selection, checking heat transfer coefficient, calculating the actual heat transfer area, and calculating the pressure drop finally. All of the process calculation is under the condition of the given design pressure and heat exchanger area. The second half of the design process is the design on the structure and intensity, which included of the design on the inner components, such as receivership, tube sheets, flanges, cylinder, head, baffled, spacer tube, pipe boxes, etc. The design on the inner components include of choicing materials, determining the specific dimensions, determining the specific location, calculating the thickness and strength calculating the opening reinforcement, etc. Finally draw the parts and assembly drawings.Keywords: Fixed tube-sheet heat exchanger；Heat exchanger；Process design；Structural design；Checking第一章 绪论1.1.换热器概述换热器是化工、炼油工业中普遍应用的典型的工艺设备。在化工厂，换热器的费用约占总费用的10%20%。换热器在其他部门如动力、原子能、冶金、食品、交通、环保等也有着广泛的应用。因此，设计得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，即简称换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备。1.2 换热器的分类换热器的类型按传热方式的不同可分为：混合式、蓄热式和间壁式。其中间壁式换热器应用最广泛，其中管壳式换热器的分类见表1-11。表1-1 管壳式换热器的结构分类类型特点间璧式换热器管壳式列管式固定管板式刚性结构用于管壳温差较小的情况（一般50），管间不能清洗带膨胀节有一定的温度补偿能力，壳程只能承受低压力浮头式管内外均能承受高压，可用于高温高压场合U型管式管内外均能承受高压，管内清洗及检修困难填料函式外填料函管间容易泄露，不宜处理易挥发、易爆炸及压力较高的介质内填料函密封性能差，只能用于压差较小的场合釜式壳体上部有个蒸发空间用于再沸、蒸煮双套管式结构比较复杂，主要用于高温高压场合和固定床反应器中套管式能逆流操作，用于传热面积较小的冷却器、冷凝器或预热器螺旋管式沉浸式用于管内流体的冷却、冷凝或管外流体的加热喷淋式只用于管内流体的冷却或冷凝1.3固定管板式换热器的特点因设计需要选择固定管板式换热器，故单独介绍一下固定管板式换热器。固定管板式换热器的管端以焊接或胀接的方法固定在两块管板上，而管板则以焊接的方法与壳体相连。与其它型式的管壳式换热器相比，结构简单，当壳体直径相同时，可安排更多的管子，也便于分程，同时制造成本较低2。两端管板和壳体连结成一体，因此它具有结构简单造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较为洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。有具有补偿圈（或称膨胀节）的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束的热膨胀程度不同时，补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩），以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体温度差太大（不大于70）和壳侧流体压强过高（一般不高于600kPa）的场合；固定管板式换热器的结构见图1-13。图1-1 固定管板式换热器的示意图1.4设计要求 完善的换热器在设计和选型时应满足以下各项基本要求4：（1）合理地实现所规定的工艺条件：可以从：增大传热系数提高平均温差妥善布置传热面等三个方面具体着手。（2）在进行强度、刚度、温差应力以及疲劳寿命计算时，应遵循我国钢制石油化工压力容器设计规定和钢制管壳式换热器设计规定等有关规定与标准。根据需要可添置气液排放口，检查孔与敷设保温层。（3）经济合理评价换热器的最终指标是：在一定时间内（通常1年内的）固定费用（设备的购置费、安装费等）与操作费（动力费、清洗费、维修费）等的总和为最小。在设计或选型时，如果有几种换热器都能完成生产任务的需要，这一标准就尤为重要了。1.5 设计的目的和意义毕业设计是“过程装备与控制工程”专业学生重要的实践环节。通过设计把在“过程设备”及其它相关课程(机械制图、金属材料、化工原理等)中所学的理论知识在具体工作中综合地加以应用，达到了理论知识和实践密切结合的目的。其次，本专业的学生应具有较高的工程素质和较强的工程实践动手能力。在设计环节中，我们受到必备的基本工程技能系统训练，比如能够熟练地应用计算图表、手册、规范，能熟悉有关国家标准和部颁标准(如GB、HG等)等。1.6设计的方法和步骤本次设计主要是进行换热器的工艺计算，结构设计和强度校核，主要步骤有：（1）工艺计算；（2）估算传热面积；（3）工艺结构尺寸；（4）换热器热量核算；（5）结构设计；（6）确定筒体内径；（7）确定管箱结构；（8）确定管板结构；（9）选择鞍座结构；（10）强度校核；（11）给出制造安装的原则和要求。1.7设计内容和要求1.7.1 设计内容本设计要求一台煤油冷却器，具体的工艺参数如下：内容： 壳程 管程 物料处理量（kg/h） 25000 物料名称 煤油 水工作压力（MPa） 0.1 0. 1 工作温度（oC） 100/ 35 25/ 40 程数 1程 2程 使用寿命 10年管子排列方式 正三角形换热器样式 固定管板式1.7.2 设计要求本设计过程主要是对换热器进行工艺设计和结构设计，要求查找有关资料，给出合理的结构和工艺设计过程，画出装配图，并书写设计说明书。第二章 工艺计算2.1 设计任务和设计条件该生产过程的流程如图所示，反应器的煤油经与进料物流换热后，用循环冷却水将其从100进一步冷却至35之后，进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已知煤油的流量为25000/h，压力为0.1MPa ,循环冷却水的压力为0.1MPa ，循环水的入口温度为25，出口温度为40 ，试设计一台列管式煤油冷却器，完成该生产任务。2.2 确定设计方案2.2.1 选择换热器的类型两流体温的变化情况：热流体进口温度100 出口温度35；冷流体进口温度25，出口温度为40，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温度和壳体温度之差较大，因此初步确定选用固定管板式换热器。2.2.2 流程安排 由于循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的热流量下降，并且粘度大的流体应走壳程，因为壳程内的流体在折流挡板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达湍流状态。所以从总体考虑，应使循环水走管程，煤油走壳程5。2.3 确定物性数据 定性温度：对于一般油类和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。故壳程煤油的定性温度为 ：T= =67.5 管程流体的定性温度为：t=32.5 根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据。煤油在67.5下的有关物性数据如下（来自生产中的实测值）： 密度 =783.3kg/m3 定压比热容 =2.19kj/kg k 热导率 =0.129w/m k粘度 循环水在35 下的物性数据： 密度=994.6/m3定压比热容 =4.176kj/kg k 热导率 =0.62w/m k粘度 2.4 估算传热面积2.4.1 热流量 Q1=250002.19(10035)=3.56106kJ/h =988.54 kw （2-1）2.4.2平均传热温差 先按照纯逆流计算，得 =2.4.3传热面积 假设K=350W/(k)则估算的传热面积为 （2-2）2.4.4冷却水用量 m= （2-3）2.5 工艺结构尺寸2.5.1管径和管内流速 换热器的管束构成换热器的传热面，管束中的管子尺寸和形状都会对换热器的传热效果有很大的影响。管子直径小时，换热器中单位体积的传热面积可大些，设备较紧凑，单位传热面积的金属材料耗量少，传热系数也稍高，适用于介质清洁及压力较高的场合，但制造麻烦，不易清洗。管子直径大时，可用于介质粘性大或较污浊的情况，以便于减小流体阻力和清洗5。选用162较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速u1=1m/s。2.5.2管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=根 （2-4）按单程管计算，所需的传热管长度为 （2-5）按单程管设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用国标设计，现取传热管长L=9m，则该换热器的管程数为：传热管总根数 Nt=1402=280根。2.5.3平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数 按单壳程，二管程结构，查得：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，故取单壳程合适。2.5.4传热管排列和分程方法 管壳式换热器的管子在管板上的排列不单考虑设备的紧凑性，还需要考虑流体的性质、结构设计以及加工制造方面的情况。管子在管板上的标准排列形式有四种，即：正三角形、转角正三角形、正方形和转角正方形排列。具体排列方式见图2-15。 图2-1 管子的基本排列方式本设计采用转角正方形排列，这样使得布管比较紧凑，传热系数较高，传热效果好。便于管板划线及钻孔。 即每程内均按转角正方形排列。焊接形式，取管心距t=1.25d0，则t=1.2516=23.75=20隔板中心到离其最.近一排管中心距离：S=t/2+6=20/2+6=16；各程相邻管的管心距为32。管数的分成方法，每程各有传热管140根。2.5.5壳体内径 采用多管程结构，取管板利用率=0.8 ，则壳体内径为 （2-6）按卷制壳体的进级档，可取D=400mm2.5.6折流板 在管壳式换热器中，对流传热是其主要传热方式之一。为了提高换热器壳程内流体的流速，加强流体的湍流程度，延长流体流通的路径，往往在壳体内安装折流板，以增加壳程流体对流传热系数，改善传热效果。另外，折流板在本设备中主要具有支撑管束的作用，因此也可以叫做支撑板6。本设计采用弓形折流板，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=0.25400=100mm，故可取h=100mm；取折流板间距B=0.5D，则 B=0.5400=200mm，可取B为200mm。折流板数目NBNB= (块)2.5.7接管壳程流体进出口接管：取接管内煤油流速为u1=1.27m/s，则接管内径为mm （2-7）圆整后可取管内径为95mm。管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2=1.3m/s，则接管内径为mm圆整后去管内径为125mm。2.6 换热器核算2.6.1热流量核算壳程表面传热系数 当量直径 = （2-9）壳程流通截面积 (2-10) 壳程流体流速及其雷诺数分别为普朗特数：粘度校正 管内表面传热系数 （2-11）管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数污垢热阻和管壁热阻： 管内侧污垢热阻：Ri=0.0006 m2k/w 管外侧污垢热阻：Ri=0.00106 m2k/w管壁热阻按式，（b为管壁厚）计算碳钢在该条件下的热导率为50w/(mK)。所以传热系数： （2-12）传热面积裕度 （2-13）该换热器的实际传热面积为Ap （2-14）该换热器的面积裕度为 （2-15）传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。2.6.2壁温计算 由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15，出口温度为40计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是 （2-16）式中液体的平均温度和气体的平均温度分别计算为 0.440+0.615=25 (0.4100+0.635=61 50939.32w/k 1118.47w/k传热管的平均壁温壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=61。壳体壁温和传热管壁温之差为：。该温差不大，故不需要设温度补偿装置。由于换热器壳程压力不大，因此， 选用固定管板式换热器较为适宜。2.6.3换热器内流体的流动阻力管程流体阻力 （2-17） , （2-18）由Re=14379.76，传热管绝对粗糙度0.1，查莫狄图得，流速u=1.0m/s；,所以， 壳程阻力按式计算 , （2-19）, 流体流经管束的阻力 （2-20） F=0.5 流体流过折流板缺口的阻力；B=0.2m , D=0.4m （2-21）Pa总阻力为(+)1.151=56884.75Pa=56.88kPa故管程和壳程的流体阻力损失都满足要求。2.7换热器主要结构尺寸和计算结果 各主要结构和尺寸的计算结果见表2-1。表2-1 结构和尺寸的计算结果表参数管程壳程流率25000进/出口温度/25/40100/35压力/MPa0.10.1物性定性温度/32.567.5密度/（kg/m3）994.6783.3定压比热容/kJ/（kgk）4.1762.19粘度/（Pas）0.830.98热导率（W/mk） 0.620.129普朗特数5.1221.83设备结构参数形式固定管板式壳程数1壳体内径/400台数1管径/162管心距/24管长/9500管子排列管数目/根280折流板数/个46传热面积/133.64折流板间距/200管程数2材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）1.00.55表面传热系数/W/（k）50939.321118.47污垢热阻/（k/W）0.00060.00106阻力/ MPa0.0490.057热流量/KW988.54传热温差/K23.72传热系数/W/（K）353.86裕度/% 15%第三章 结构设计3.1筒体内径确定 由工艺设计给定筒体内径为400 mm ，考虑原取管板利用率=0.8，对小直径换热器偏大，且实际计算值为392.87mm，比较决定按筒体内径为400mm作排管图，认定取=400 mm是合适的。3.2管箱法兰的设计 压力容器法兰从整体看有三种形式：甲型平焊法兰；乙型平焊法兰；长颈对焊法兰。甲型平焊法兰就是一个截面基本为矩形的圆环，它直接与容器的筒体或封头焊接。这种法兰在上紧和工作时，均会作用给容器壁厚一定的附加弯矩，法兰自身的刚度也很小，所以适用于压力等级较低和筒体直径较小的范围内。乙型平焊法兰与甲型平焊法兰相比，增加了一个厚度大于筒体壁厚的短节。有了这个短节，既可增加整个法兰的刚度，又可使容器器壁避免承受附加弯矩。因此这种法兰适用于较大直径和较高压力的条件。长颈对焊法兰是用根部增厚的颈取代了乙型平焊法兰中的短节，从而有效的增大了法兰的整体刚度，由于去掉了焊缝，所以也消除了可能发生的焊接变形及可能存在的焊接残余应力。而且这种法兰克以轧制成专门供弯制法兰用的型钢，从而有利于降低法兰的成本。因此这种法兰适用范围最广8。依工艺条件：按管侧压力和壳侧压力中的较大值，设计温度和公称直径400mm，按JB/T 470020008标准选取甲型平焊凹凸面法兰；并确定各结构尺寸见表3-1，结构见图3-1。 表3-1 甲型平焊凹凸面法兰尺寸名称公称直径DNDD1D2D3D4d螺柱数量法兰质量/kg容器法兰4005154804504404373018M1620凹面凸面18.8419.66图3-1 甲型平焊法兰（凹凸密封面）3.3管箱结构设计 管箱的作用是把管道中来的流体均匀分布到各传热管中和把管内流体汇集在一起送出换热器。在多程换热器中，管箱还起着改变流体流向的作用。管箱侧或管箱顶部有介质流体的出、入口接管。管箱也有许多种结构形式，此设计采用的结构见图3-29。图 3-2 管箱结构简图3.3.1前端管箱选用B型封头管箱（见图3-3），因换热器直径较小，且为二管程，管箱的最小长度：（1）按流通面积计算： （3-1）（2）按相邻焊缝间距离计算： （3-2）管箱最小长度取两者中的较大值，取，管箱内分程隔板厚度取 10mm。 图3-3 管箱尺寸3.3.2后端管箱 后端管箱没有接管，其最小长度：（1）按流通面积计算为： （3-3）（2）按相邻焊缝间距离计算： （3-4）取管箱最小长度取两者中的较大值，取。3.4管板结构设计依据所选用的管箱法兰，管箱侧法兰的结构尺寸，确定固定端管板最大外径为D=515mm，固定管板最大布管圆直径：DL=Di-2b3=400-210=380mm。管孔直径为：；管板采用16Mn锻， 管板结构尺寸见表3-29，结构简图见图3-4。表3-2 管板尺寸DNDD1D2D3D4D5Cd2螺柱（栓）bfb质量/kg规格数量40051548045039743740012.518M1620283842 图3-4 管板结构简图3.5折流板结构设计常用折流板形式有弓形和圆盘-圆环两种，由于本次设计壳体直径较大，宜采用多弓形折流板，缺口高度一般取0.20.45倍的壳体内直径，本次设计取常用值0.25倍。对于卧式换热器，折流板缺口应水平放置，在缺口朝上的折流板最低处开设通液口9。折流板尺寸结构：外径D=DN-3.5=400-3.5=396.5mm, 厚度取10mm，圆缺尺寸在排管图上取。折流板与管板间距的最小尺寸（见图3-5）： （3-5）前端折流板距管板的距离至少为 272mm；结构调整为 300mm,。 后端折流板距管板的距离至少为300 mm 。实际折流板间距200 mm，计算折流板数目为44块。图3-5 折流板与管板间距3.6换热管换热管选用162，材料采用10号碳素钢 。选择正三角形排列，主要是考虑这种排列布管比较紧凑，传热系数较高，传热效果好，便于管板划线及钻孔。换热管的中心距S=16mm，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为32mm；同时，由于换热管管间需要进行机械清洗，故相邻两管间的净空距离（S-d）不宜小于6mm。根据设计压力、设计温度及操作状况选择换热管与管板的连接方式为强度焊。因为强度焊加工简单、焊接结构强度高，抗拉脱力强，在高温高压下也能保证连接处的密封性能和抗拉脱能力。换热管布置图见图3-6。3.7分程隔板由于是多管程换热器，故此处需要用到分程隔板。查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，取4mm，槽宽为12mm，且分程隔板的最小厚度为8mm，取厚度为10mm。3.8拉杆和定距管设计拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。若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。拉杆直径取 12， 数量取4根。定距管的规格同换热管，其长度同实际需要确定。本台换热器定距管的布置可以参照部件图。拉杆的尺寸9见表3-3，结构简图见图3-6。 表3-3 拉杆尺寸拉杆直径d mm拉杆螺纹公称直径dn /mmLa mmLb管板上拉杆孔深Ld mm121215=5018图3-6拉杆与定距管结构图3.9接管设计3.9.1壳程接管位置壳程接管位置9见图3-7，其最小尺寸为： （3-6）取l1=220mm。3.9.2管箱接管位置管箱接管位置见图3-8，其最小尺寸为： （3-7）取l2=200mm； 一般取且不小于50100mm，取C=60mm。3.9.3接管最小高度按下式计算： （3-8）按接管常见高度取为250mm。 图3-7 壳程接管位置 图3-8 管箱接管位置3.10 防冲板设计防冲板选矩形防冲板9，其与壳体内壁的高度为H1=（1/41/3）接管外径，取H1=30mm；防冲板边长L大于接管外径50mm，取为152mm；厚度取B=4.5mm；其结构见图3-9。图3-9 防冲板安装形式3.11 接管法兰选取 查HG/T 20592-199910和HG/T 20592-200911中表 PN0.6MPa，选取接管法兰为带颈平焊钢制管法兰，选取各管口公称直径，查得各法兰的尺寸。根据标准中规定，法兰的密封面均采用MFM（凹凸面密封）。将查得的各参数10整理见表3-4。 表3-4 接管法兰尺寸表名称管程进口管程出口壳程进口壳程出口公称直径DN/mm125125100100钢管外径法兰焊端外径A1/mm133133108108法兰外径D/mm240240210210螺栓孔中心圆直径K/mm200200170170螺栓孔直径L/mm18181818螺栓孔数量n（个）8844螺栓ThM16M16M16M16法兰厚度C/mm18181818法兰内径B1/mm135135110110法兰劲颈部过渡圆角半径R/mm6666颈根直径N/mm160160130130法兰高度/mm44444040法兰质量/kg5.265.264.064.063.12 垫片查HG/T 20592-199910和HG/T 20592-200911，根据设计压力，选取的法兰结构和尺寸，选择各管口的密封垫片，各垫片的尺寸见表3-5。表3-5 接管垫片尺寸表管口名称公称直径/mm内径D1/mm外径D2/mm管程进料口125141175管程出料口125141175壳程进料口100115149壳程出料口100115149容器法兰垫片400426473注：1：法兰垫片标准为GB 3985，代号为XB350。2：填充材料为石棉橡胶板。3：垫片厚度均为1.5mm。3.13 螺柱（螺栓）查HG/T 20592-200911，得螺柱的长度和平垫圈尺寸见表3-6。表3-6 螺栓及垫片尺寸表名称公称直径/mm螺柱长/mm质量/kg数量螺纹紧固件用平垫圈/ mm管程进口法兰125751408M161730管程出口法兰125751408M161730壳程进口法兰100751408M161730壳程出口法兰100751408M161730容器法兰螺柱400L0=70C=4r=6d=30m=1.8953.14 鞍座选用及安装位置确定 设备上的支座是支撑设备质量和固定设备位置用的一种不可缺少的部件，支座的结构形式和尺寸往往决定于设备的形式、载荷情况及构造材料。由于本次设计的换热器为卧式设备，所以本次设计选用鞍式支座。目前常用的鞍式支座标准为JB/T4712-200713。鞍式支座材料一般为Q235B，加强垫板的材料则应与筒体一致。3.14.1鞍座选用 按照JB/T4712-200713标准，选择鞍座的型号为：DN400、120包角BI重型带垫板鞍式支座；鞍座尺寸见表3-7。表3-7 鞍座尺寸表公称直径mmDN400腹板mm8垫板mm160628底板mm380筋板mm96螺栓间距mm2601208鞍座质量Kg138垫板mm弧长480每增加100mm高度增加的质量Kg33.14.2鞍座的安装位置鞍座的安装结构见图3-10和3-11；由于换热管束长度L3000mm，所以选取：LB=（0.50.7）L=0.69500=5700mm；并且。需满足壳程接管焊缝与支座焊缝间的距离要求，即：； （3-11）。式中：取，且。B为补强圈的外径，S为筒体壁厚。图3-10 鞍座安装位置图图3-11 鞍式支座结构图第四章 强度校核4.1 筒体壁厚计算 由工艺设计给定设计温度115 , 设计压力 0.11MPa , 选低合金结构钢板 Q345卷制，材料115时，616mm时的16许用应力为，取焊缝系数=1，腐蚀裕度C2=1mm，则：计算厚 (4-1)设计厚度 (4-2) 取C1=0.3名义厚度 ，由于最小厚度的限制，取；有效厚度 （4-3）水压试验压力 （4-4）所选材料的屈服应力 水压试验应力校核 （4-5）由于 （4-6）故水压强度满足要求。4.2 前端管箱短节和封头厚度的计算 由工艺设计给定设计参数为：设计温度47.5，设计压力0.11MPa,选用Q345钢板，材料许用应力=189MPa,屈服强度345 MPa，取焊缝系数0.85，腐蚀裕度 16。计算厚度 （4-7）设计厚度 （4-8）名义厚度 结合考虑开孔补强及结构需要取；有效厚度 （4-9）压力试验在这种情况下一定满足。管箱封头厚度与短节相同，取，封头尺寸17见表4-1，结构见图4-1。 表4-1 封头尺寸表公称直径DN（mm）曲面高度（mm）直边高度（mm）碳钢厚度（mm）内表面积 A 容积 V 质量mkg400100258020490011513.1图 4-1 标准椭圆形封头结构简图4.3 后端管箱短节和封头厚度的计算 后端管箱内径为，其余条件、参数同筒体。短节计算壁厚 （4-10）短节设计壁厚 （4-11）短节名义壁厚 有效厚度 （4-12）压力试验压力校核 （4-13），故水压强度满足要求。管箱封头也选用标准椭圆封头：封头计算壁厚 （4-14）封头名义壁厚 ，取名义壁厚与短节等厚，封头尺寸17见表4-2，封头结构见图4-2。 表4-2 封头尺寸表公称直径DN（mm）曲面高度（mm）直边高度（mm）碳钢厚度（mm）内表面积 A 容积 V 质量mkg40010025602049001159.7图 4-2 标准椭圆形封头结构简图4.4 管箱短节开孔补强校核 开孔补强采用等面积补强法18，由工艺设计给定的接管尺寸为1334，考 虑实际情况选20号热轧碳素钢管=130 MPa, 1334, =1。接管计算壁厚 (4-15)接管有效壁厚 (4-16)开孔直径 (4-17)接管有效补强宽度B=2d=2128.2=256.4mm (4-18)接管外侧有效补强高度 (4-19)需要补强面积 A=d S=128.20.137=17.56 (4-20)可以作为补强的面积为 (4-21) (4-22) (4-23)该接管补强的强度足够，不需要另设补强结构。4.5 壳体接管开孔补强校核 开孔补强采用等面积补强法18，由工艺设计给定的接管尺寸为95，在保证原接管流通面积不变的情况下选取20号热轧碳素钢管 1087，钢管许用应力。接管计算壁厚 （4-24）接管有效壁厚 （4-25）开孔直径 （4-26）接管有效补强宽度B=2d=298.1=196.2 （4-27）接管外侧有效补强高度 （4-28）需要补强面积 A=d S=98.10.116=11.38 （4-29） 可以作为补强的面积为 （4-30） (4-31) (4-32)故该开孔补强的强度足够，不需另行补强。4.6 固定管板强度计算 固定管板厚度设计采用BS法19。假定管板厚度 b=100总换热管数量 n=280一根管壁金属的横截面积为： (4-33)开孔强度削弱系数（双程） (4-34)两管板间换热管有效长度（除掉两管板厚）L 取9300；计算系数K： （4-35）故K=1.1；按管板简支考虑，依K值查图得G1=0.8，G2=0.86，G3=1.0筒体内径截面积 （4-36） 管板上管孔所占的总截面积： （4-37）系数 （4-38）系数 （4-39）系数 （4-40）系数 （4-41）筒体壳壁的横截面积: （4-42）壳程压力 ，管程压力 当量压差 （4-43）最大压差 （4-44）管板最大应力： （4-45）管子最大应力： （4-46） 或 （4-47）管板和管子的强度校核管板计算厚度满足强度要求。考虑管板双面腐蚀取C2=4mm，隔板槽深取 4mm，实际管板厚为108mm。4.8 计算值汇总各计算结果见表4-1。 表4-1 计算结果名称尺寸(mm)材料名称尺寸(mm)材料筒体壁厚后端短节厚后端封头厚管箱短节厚管箱封头厚管箱分程隔板厚6668810Q345Q345Q345Q345Q345Q345管程接管壳程接管固定管板厚13341024108202016Mn锻第五章 制造安装与维修5.1 换热器的制造5.1.1 筒体换热器筒体的圆度要求较高，必须保证壳体与折流板之间有合适的间隙。如太大就要影响换热效果，太小就要增加装配的难度。切割好的钢板应根据钢板厚度、操作压力高低选定破口形式进行边缘加工。用钢板卷制时，内直径允许偏差可通过外圆周长加以控制，其外周长允许上偏差10mm；下偏差为020。5.1.2 封头和管箱 封头和管箱的厚度一般不小于壳体的厚度。分程隔板两侧全长均应焊接，并应具有全焊透的焊缝。由于焊接应力较大，故管箱和封头法兰等焊接后，须进行消除应力的热处理，最后进行机械加工。5.1.3 换热管 直管一律采用整根管子而不允许有接缝。管子应该进行校直，管子两端须用磨管机清除氧化皮、铁锈、及污垢等杂质直至露出金属光泽。除锈长度不小于两倍管板厚度。当管子与管板的连接采用胀接工艺时，管端硬度应低于管板硬度。同一根换热管的对接焊缝，直管不得超过一条；U型管不得超过二条；最短管长不应小于300mm；包括至少50mm直管段范围内不得有拼接焊缝。管端破口应