蒸汽冷凝器设计 化工原理与化工设计等专业毕业设计 毕业论文.pdf

本 科 毕 业 设 计 论 文 本 科 毕 业 设 计 论 文 学 院 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 2009 年 6 月 设计参数 壳程进 出口操作温度 120 80 设计温度 133 壳程工作压力 0 1Mpa 设计压力 0 2 Mpa 管程进 出口操作温度 32 42 设计温度 60 管程工作压力 0 4Mpa 设计压力 0 44 Mpa 壳程介质 水蒸汽 管程介质 循环水 结构要求 固定管板式换热器 换热面积 52 7 m2 管口表 符号 用途或名称 公称尺寸 mm 外径 Mm 壁厚 mm 伸出长度 mm A 蒸汽入口 150 159 7 208 B 水出口 80 95 6 158 C 冷却水入口 150 159 6 208 D 冷却水出口 150 159 6 208 E 壳程放嵌口 25 32 3 5 158 F 管程放嵌口 25 32 3 5 158 J 排净口 50 57 2 5 158 H 管程排净口 毕业设计 论文 中文摘要毕业设计 论文 中文摘要 蒸汽冷凝器设计蒸汽冷凝器设计 摘摘 要要 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 本设计是一种水冷蒸汽冷凝器 它也使用热管技术以提供在任何环境条件下不冻 结的诸蒸汽管并提供了一种控制非冷凝气体用的简单办法 蒸汽流经主冷凝器 使蒸汽和冷凝液同向向下流 传热表面积和风扇空气流设计得使所有的蒸汽不全 部冷凝而水蒸气则连续排出每排管 这股连续的水蒸气冲除着这些排管内的非冷 凝气体 过量的蒸汽流入下方集流管后又流入一使用了热管的二次冷凝器段 在 二次冷凝器段中 过量的蒸汽冷凝在诸热管的蒸发器侧外表面上 滞留在下方集 流管中的非冷凝气体通过一类似于传统的冷凝器的除气系统排走 下方集流管中 的冷凝液被收集后供在发电循环中再使用 关键词 换热器 传递 排管 毕业设计 论文 外文摘要毕业设计 论文 外文摘要 The design of steam condensers Abstract Heat exchanger is part of thermal fluid heat transfer fluid to the cooling equipment The design is a water cooled steam condenser which also uses heat pipe technology to provide in any environment will not be suspended under the conditions of the various steam pipe and provides a control of non condensed gas with a simple approach Steam flowing through the main condenser to the steam and condensate to the low down in the same direction Heat transfer surface area and fan air flow designed so that all not all the steam and water vapor condensation from the continuous tube in each row this row of red steam pipes in addition to these non condensed gas Excessive amount of steam flowing into the bottom set of a flow tube and then flows to the use of the heat pipe condenser of the second paragraph Condenser in the second paragraph the excess steam condensation in the heat pipe from the side of the external surface of the evaporator Stranded in the bottom of flow control set of non condensed gas through a condenser is similar to the traditional gas system in addition to drain away Set the bottom of the tube flow of condensate was collected in the power generation cycle for reuse Key words Heat exchanger Delivery Tube 目 录 1 绪论 1 2 管箱 1 3 换热器的机械设计 2 3 1 主筒体的设计计算 2 3 2 管程的设计计算 6 3 3 管板设计 7 3 4 法兰的设计 17 3 5 管程接管的设计及选择 20 3 6 开孔补强的设计 23 3 7 容器重量计算与支座选择 25 符号说明 32 结论 38 致谢 39 参考文献 40 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 1 页 共 46 页 1 绪论 蒸汽冷凝器这种冷凝常应用于多效蒸发器末效二次蒸汽的冷凝 保证 末效蒸发器的真空度 例 1 喷淋式冷凝器 冷水从上部喷嘴喷入 蒸汽 从侧面入口进入 蒸汽与冷水充分接触后被冷凝为水 同时沿管下流 部 分不凝汽体也可能被带出 例 2 充填式冷凝器 蒸汽从侧管进入后一上 面喷下的冷水相接触冷凝器里面装了满了瓷环填料 填料被水淋湿后 增 大了冷水与蒸汽的接触面积 蒸汽冷凝成水后沿下部管路流出 不凝气体 同上部管路被真空泵抽出 以保证冷凝器内一定的真空度 例 3 淋水板 或筛板冷凝器 目的是增大冷水与蒸汽的接触面积 混合式冷凝器具有结 构简单 传热效率高等优点 腐蚀性问题也比较容易解决 2 管箱 2 1 管箱设计 2 1 1 管箱短节 管箱短节及其开孔按 GB150 89 的有关要求设计 管箱短节的最小厚度不 得小于表 1 的规定 表 1 管箱短节厚度 材料 螺栓直径 mm 热处理状态 许用应力 Mpa 取下列最小值 M22 t S 2 7 碳素钢 M24 M48 热轧 正火 t S 2 5 t D 由下面计算所得的筒体壁厚的计算选择管箱短节的厚度为 8mm 2 1 2 分程隔板 1 分程隔板的最小厚度不得小于表 2 的规定 表 2 分程隔板槽的最小厚度 隔板最小厚度 公称直径 DN 碳素钢及低合金钢 高合金钢 600 8 6 600 1200 10 8 1200 14 10 现确定隔板的厚度为 mm8 2 分程隔板槽 1 槽深一般不小于 4mm 2 分程隔板槽的宽度为 碳钢 12mm 不锈钢 11mm 3 分程隔板槽拐角为 45 拐角宽度 b 为分程垫片的圆角半径 R 加 1 2mm 综上 确定槽深为mmd4 拐角为 45 拐角宽度mmb1028 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 2 页 共 46 页 3 换热器的机械设计 3 1 主筒体的设计计算 根据设计温度和设计压力初步选材为 Q235 B 钢 Q235 B 钢板适用于 容器设计压力 P 0 6Mpa 钢板的使用温度为 0 250 用于壳体时 钢板厚度不小于 12mm 不得用于液化石油气介质以及毒性程度为高度或极度危害介质的压力容器 筒体的厚度的确定 现暂定壳体的公称直径为 DN 600mm 壳体的壁厚计算 设计压力 0 2MPa 设计温度 133 焊缝系数为 0 85 计算压力 C P 0 2MPa 由 C t iC P DP 2 3 1 试验温度材料的许用应力 113MPa 设计温度材料的许用应力 113 t MPa 0 2 600 0 63 2 113 0 850 2 mm 表 3 碳素钢或低合金钢圆筒的最小厚度 公称直径 400 700 800 1000 1100 1500 1600 2000 浮头式 U 型管式8 10 12 14 固定管板式 6 8 10 12 现参考 换热器设计手册 暂选8 n mm 表中数据包括厚度附加量 压力试验时应力校核 液压试验 113 1 251 25 0 20 55 113 TCt PPMPa 3 2 所选材料的屈服应力235 s MPa 液压试验应力校核 0 9 2 Tie Ts e PD 3 3 根据 其他钢板的厚度负偏差值 取负偏差 C1 0 8mm 腐蚀裕量 C2 2mm 有效厚度 12 C C 5 2mm en 0 041256005 2 2 4004 2 5 2 T MPa 3 4 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 3 页 共 46 页 而0 90 9 235 0 85179 775 s MPa 3 5 ST 9 0 液压强度满足要求 查表重量为 349kg 压力及应力计算 最大允许工作压力 22 5 2 113 0 85 1 6506 6005 2 t e n ie PMPa D 3 6 设计温度下计算应力 0 26005 2 1 338996 05 22 45 2 t Ciet e PD MPa 3 7 满足应力要求 前端管箱筒体计算 设计压力 0 44Mpa 设计温度 60 管箱 Di 600mm 计算压力 C P 0 44Mpa 材料 Q235 B 试验温度材料许用应力 113MPa 设计温度材料许用应力 113 t MPa 计算厚度 0 44 600 1 38 2 113 0 850 44 2 Ci t C P D mm P 3 8 根据前面计算的筒体厚度 取名义厚度8 n mm 重量 39 58kg 压力试验时应力校核 113 1 251 25 0 440 55 113 TCt PPMPa 3 9 所选材料的屈服应力235 s MPa 液压试验应力校核 0 9 2 Tie Ts e PD 3 10 根据 其他钢板的厚度负偏差值 取负偏差 C1 0 8mm 腐蚀裕量 C2 2mm 有效厚度 12 C C 5 2mm en 0 041256005 2 2 4004 2 5 2 T MPa 3 11 0 90 9 235 0 85179 775 s MPa 3 12 ST 9 0 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 4 页 共 46 页 液压强度满足要求 压力及应力计算 最大允许工作压力 22 5 2 113 0 85 1 6506 6005 2 t e n ie PMPa D 3 13 设计温度下计算应力 0 446005 2 2 945796 05 22 45 2 t Ciet e PD MPa 3 14 筒体名义厚度满足应力要求 后端管箱筒体计算 设计压力 0 44Mpa 设计温度 60 管箱 Di 600mm 计算压力 C P 0 44Mpa 材料 Q235 B 试验温度材料许用应力 113MPa 设计温度材料许用应力 113 t MPa 计算厚度 0 44 600 1 38 2 113 0 850 44 2 Ci t C P D mm P 3 15 根据前面计算的筒体厚度 取名义厚度8 n mm 重量 23 99kg 压力试验时应力校核 113 1 251 25 0 440 55 113 TCt PPMPa 3 16 所选材料的屈服应力235 s MPa 液压试验应力校核 0 9 2 Tie Ts e PD 3 17 根据 其他钢板的厚度负偏差值 取负偏差 C1 0 8mm 腐蚀裕量 C2 2mm 有效厚度 12 C C 5 2mm en 0 041256005 2 2 4004 2 5 2 T MPa 3 18 而0 90 9 235 0 85179 775 s MPa 3 19 ST 9 0 液压强度满足要求 压力及应力计算 最大允许工作压力 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 5 页 共 46 页 22 5 2 113 0 85 1 6506 6005 2 t e n ie PMPa D 3 20 设计温度下计算应力 0 446005 2 2 945796 05 22 45 2 t Ciet e PD MPa 3 21 筒体名义厚度满足应力要求 前端管箱封头计算 选取封头为标准椭圆封头 图 1 标准椭圆封头 设计压力 0 44Mpa 设计温度 60 管箱 Di 600mm 同管箱筒体 计算压力 C P 0 44Mpa 材料 Q235 B 标准椭圆形封头的曲面深度 h1与封头公称直径之比为 1 4 直边高度按封头的壁厚选择 取负偏差 C1 0 8mm 腐蚀裕量 C2 2mm 重量 28 43kg 试验温度材料许用应力 113MPa 设计温度材料许用应力 113 t MPa 形状系数1 2 2 6 1 2 1 h D K i 计算厚度 0 44 600 1 38 2 113 0 850 5 0 44 20 5 Ci t C P D mm P 3 22 考虑 C1 C2同时考虑与管箱厚度一致取名义厚度8 n mm 有效厚度 12 C C 5 2mm en 最大允许工作压力 22 5 2 113 0 85 1 72115 0 51 5000 5 5 2 t e n ie PMPa KD 3 23 所以满足要求 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 6 页 共 46 页 后端管箱封头计算 选取封头为标准椭圆封头 图 2 标准椭圆封头 设计压力 0 44Mpa 设计温度 60 管箱 Di 600mm 同管箱筒体 计算压力 C P 0 44Mpa 材料 Q245R 标准椭圆形封头的曲面深度 h1与封头公称直径之比为 1 4 直边高度按封头的壁厚选择 取负偏差 C1 0 8mm 腐蚀裕量 C2 2mm 重量 24 47kg 试验温度材料许用应力 113MPa 设计温度材料许用应力 113 t MPa 形状系数1 2 2 6 1 2 1 h D K i 3 24 计算厚度 0 44 600 1 38 2 113 0 850 5 0 44 20 5 Ci t C P D mm P 3 25 考虑 C1 C2同时考虑与管箱厚度一致取名义厚度8 n mm 有效厚度 12 C C 5 2mm en 最大允许工作压力 22 5 2 113 0 85 1 72115 0 51 5000 5 5 2 t e n ie PMPa KD 3 26 所以满足要求 3 2 管程的设计计算 3 2 1 换热管的尺寸与材料的选择 1 管子直径的选择 换热管直径的确定要考虑管内介质的物性和管内流速 流量 采用小管径可 使单位体积的传热面积增大 结构紧凑 金属耗量减少 传热系数提高 但小管 径流体阻力大 不便清洗 易结垢堵塞 一般大直径管子用于大或污浊的流体 小直径管子用于教清洁的流体 综合上述各条件 暂选 25mm 2 5mm 的无缝钢 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 7 页 共 46 页 管 2 管子材料的选择 管子材料应根据设计压力 P 0 44MPa 设计温度 T 60 和介质的性质 来选择 在满足以上条件的前提下 尽量选择导热性好的材料 对于一般的介质 普通钢用的最广泛 特别是 10 20 号钢 综上现暂选 10 号无缝钢管 3 管子的长度 根据工艺计算和整个换热器的几何尺寸的布局来确定 管子越长换热器单位 材料消耗越低 但管子不能太长 太长对流体产生较大的阻力 维修清洗运输都 不方便 管子本身受力也不好 列管式换热器的长径比可在 4 25 范围内 换热 管的长度推荐采用 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 12 0m 综上选取换热管的长度为 L 3m 4 换热管根数的确定 参考 换热器设计手册 换热面积与换热管的根数的关系 20 006 Ad ln 3 27 A 52 7m 2 L 3000mm d 25mm 管板厚度假定为 42mm 52 7 230 20 006 100000025 30002 420 006 1000000 A n d l 3 2 2 管程 在管式换热器中 如根据工艺设计要求 需要加大换热面积时 可以采用增 加管长或者管数的方法 但介质在管束中的流速随着换热管数的增多而下降 结 果反而使流体的传热系数降低 故不能仅采用增加换热管数的方法来达到提高传 热系数的目的 为解决这个问题 使流体在管束中保持较大速度 可将管束分程 若干程数 使流体依次流过各程管子 以增加流体速度 提高传热系数 管程数有1 8程几种 从制造 安装 操作等角度考虑 偶数管程有更多的方 便之处 最常用的程数为2 4 6 从氨卧式冷凝器的结构和布置来分析 结合 管内的工艺 流程选定2管程单壳程的设计 3 3 管板设计 3 3 1 选材 选用材料 合金钢板 16Mn 管板用来固定换热管并起着分隔管程 壳程的作用 管板厚度应不小于下列三者之和 a 管板的计算厚度或规定的最小厚度 取大值 b 壳程腐蚀裕量或结构开槽深度 取大者 c 管程腐蚀裕量或分程隔板槽深度 取大者 3 3 2 计算步骤 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 8 页 共 46 页 确定管板设计压力 由于不能保证 s p和 t p在任何情况下都同时作用 故 0 44 d pMAX PsPdMPa 3 28 管板计算厚度 tr dG PD 454 0 3 29 DG 垫片压紧力作用中心圆的直径 mm 综合考虑水的工作压力和工作温度 垫片选突面密封面缠绕垫 材料具有适 当加固物的石棉 石棉橡胶板 以钢带与石棉板相间缠绕而成 钢带以点焊或定位圈加以固定 这种垫片弹 性好 能起到多道密封作用 可用于较高的温度和压力的场合 在温度和压力波 动情况下垫片仍能稳定工作 垫片参数 m 2 y 11 垫片尺寸 查手册取垫片外径 D2 639mm 内径 D1 603mm 厚度 T 3mm 垫片的宽度 21 639603 18 22 DD Nmm 3 30 垫片基本密封度 0 86 4 2 N bmmmm 3 31 当 b0 6 4mm 时 DG等于垫片接触的平均直径 垫片的有效密封宽度 0 b 2 53 b7 16mm 3 32 垫片压紧力作用中心圆直径 DG 垫片接触面外径 2b 639 2 7 16 614 68mm 垫片宽度校核 min 5044 110 13 0667 6 286 28 614 68 11 b b G A Nmm D y 3 33 min 16NmmN 所以满足要求 0 55 0 454 614 6826 72 0 4 150 mm 3 34 管板强度削弱系数 一般取 0 4 取管板圆整厚度 40mm 换热管轴向应力 换热管的轴向应力 一般情况下 应按下列三种工况分别计算换热管轴向应 力 只有壳程设计压力 Ps 管程设计压力 Pt 0 只有管程设计压力 Pt 壳程设计压力 Ps 0 壳程设计压力 Ps 和管程设计压力 Pt 同时作用 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 9 页 共 46 页 2 4 tstt d PPP a 3 35 a 一根换热管管壁金属的横截面积 2 mm 2 2 5 252 5 176 63 tt admm 3 36 1 壳程设计压力 Ps 0 2Mpa 管程设计压力 Pt 0 2 25 0 2003 168 4 176 63 t Mpa 3 37 查表 t t 换热管材料的使用应力 t t 112Mpa t t t 满足要求 2 只有管程设计压力 Pt 0 44Mpa 壳程设计压力 Ps 0 2 25 00 440 440 78 4 176 63 t Mpa 3 38 t t t 满足要求 3 壳程设计压力 Ps 和管程设计压力 Pt 同时作用 2 25 0 20 440 440 22 4 176 63 t Mpa 3 39 t t t 满足要求 4 换热管与管板连接拉脱力 l 换热管与管板胀接长度 0 797 176 63 0 0460 25 ta qMpa dll 3 40 最小胀接长度l应取下列三者的最小值 a 管板的名义厚度减去 3mm 即 40 3 37mm b 50mm c 两倍的换热管外径 即2 2550mm 且要满足焊脚高度 i l应不小于 1 4 倍的管壁厚度 取l 37mm q 换热管与管板连接许用拉脱力 采用胀接 管端不卷边 管孔不开槽 则 q 2Mpa q q满足要求 5 径向应力 22 0 440 4600 0 3090 30973 14 0 439 st i r PPD Mpa 3 41 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 10 页 共 46 页 3 3 3 布管 管子应在整个换热器截面上均匀而紧凑地分布 此外 还要考虑流体的性质 的结构设计以及制造等方面的问题 采用等边三角形排列可以在同样的管板面积 上排列最多的管数 故应用最为普遍 但管外不易清洗 常用于壳侧流体清洁 不易结垢或污垢可用化学方法处理去除的情况 本设计换热管的排列形式选取 正三角形排列 如下图 图 3 换热管的排列 参考 GB151 89 钢制管壳式换热器 换热管的排列原则 a 换热管的排列应使整个管束完全对称 b 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 c 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘 在靠近支撑板缺边位置处应布置拉 杆 其间距小于或等于 700mm 拉杆中心到支撑板缺边的距离应尽量控制在换热 管中心距的 0 5 1 5 3范围内 d 多管程的各程管数应尽量相等 其相对误差应控制在 10 以内 最大不超 过 20 3 3 4 管间距的确定 确定管间距既要考虑结构紧凑性 传热效率 又要考虑管板强度和清洗空间 及管子在管板固定的影响 管间距应大于或等于管子直径的 1 25 倍 且不少于 do 6mm 对于多程换热器 隔板两侧第一排间距可大一些 以满足隔板的密封和 管子固定的要求 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 11 页 共 46 页 图 4 分程隔板槽两侧相邻管中心距 参考 GB151 89 钢制管壳式换热器 如图 14 现取换热管中心距 S 32mm 分程隔板两侧相邻管间距 Sn 44mm 筒体内径可由下式检验 Di a b 1 2l 式中 a 换热管间距 由上知 a 32mm b 位 于 管 束 中 心 线 上 的 管 束 管 子 按 正 三 角 形 排 列 时 1 11 1 23017bn l 最外层管子的中心到壳壁边缘的距离 取 0 1 51 5 2537 5ld Di 32 17 1 2 1 5 25 587mm 取筒体内径 Di 600mm 检验所选筒体直径合格 3 3 5 布管限定圆 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 4 确定 表 4 换热器形式 固定管板式 U 型管式 浮头式 布管限定圆 L D 3 2bDD iL bbbDD iL 21 3 b U 形管换热器管束最外层换热管外表面至壳体内壁的最短距离 3 b 0 25d 且管子排列的最外层管壁与壳体内壁间的距离不得小于 10mm 3 b 0 25 25 6 25mm 10mm 取 3 b 15mm 6002 15570 L Dmm 3 3 6 壳程进出口处的布管 壳程进出口处的布管 应考虑壳体内壁与管束之间的流通面积和介质进出口 管处的流通面积相当 壳程和管束进 出口处流体流通面积应不小于进 出口接 管截面积 3 3 7 换热管与管板的连接选择 1 管子与管板的连接型式的选择 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 12 页 共 46 页 管子与管板的焊接 目前应用较为广泛 由于管孔不需要开槽 而且管孔的 粗糙度要求不高 管子端部不需要退火和磨光 因此加工制造简便 焊接强度高 抗拉脱力强 当焊接部分渗漏时 可以补焊 如需调换管子 可采用专用的刀具 拆卸焊接破漏管 反而比拆卸胀管方便 其中强度焊接足以保证换热管与管板密 封性及抗拉脱强度的焊接 管子与管板的强度焊接 它适用于管板与换热管的材 质为碳钢 低合金钢 不锈钢和在碳钢或低合金钢管板上堆焊不锈钢的各种压力 各种温度下使用的换热器 图 5 和表 5 为强度焊接结构型式及尺寸 1 L2 L12 30 45 图 5 强度焊接结构型式 表 5 强度焊接结构尺寸 换热管规格 外径 壁厚 10 1 5 14 219 2 25 2 5 32 338 3 45 3 57 3 5 换热管最小伸出长度 1 l 0 5 0 5 1 0 5 1 5 0 5 2 5 0 5 3 0 5 焊角高度 2 l 2 l应不小于 1 4 倍的管壁厚度 最小坡口深度 3 l 1 0 2 2 5 综合考虑 选择图的强度焊接结构 其换热管最小伸出长度 1 1 5lmm 2 2 5lmm 最小坡口高度 3 2lmm 2 焊接管孔的确定 级换热器的换热管和管孔直径允许偏差按表 6 选取 表 6 外径 10 14 19 25 32 38 45 57 换热管 允许偏 差 0 20 0 40 0 45 0 57 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 13 页 共 46 页 管孔直 径 10 30 14 4019 4025 4032 5038 5045 50 57 70 管板 允许偏 差 0 15 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 所以由上表可查得 管孔直径 25 40 允许偏差 0 20 3 3 8 折流板 a 折流板尺寸和布置 折流板一般应按等间距布置 管束两端的折流板应尽量靠近壳程进 出口接 管 折流板的最小间距不小于壳体内直径的 1 5 且不小于 50mm 其最大间距不 得超过下表规定 且相邻两块折流板间距不得大于壳体内直径 表 7 折流板和支持板最大间距 mm 换 热 管 外 直径 10 12 14 16 19 25 32 38 45 57 钢管 1100 130015001850 2200 2500 2750 3200最 大 跨 距 有色 金属 750 850 950 110013001600 1900 2200 2400 2800 最终确定 L 1850mm 选用弓形支持板 它结构简单 性能优良 在实际应用中最为常用 弓形支 持板切去弓形高度为壳体内直径 i D的 20 45 为了检修时能完全排除卧式换热器壳体内的剩余液体 折流板下部应开有小 缺口 其尺寸如图 图 6 弓形折流板在卧式换热器中的排列分为圆缺上下方向和圆缺左右方向两种 上下方向排列 可造成液体的剧烈扰动 增大传热膜系数 这种排列最为常用 其厚度见下表 表 8 折流板厚度 壳体直径 mm 400 400 700 700 900 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 14 页 共 46 页 支承板厚度 mm 5 6 8 选用厚度 6mm 折流板直径 c D取决于它与壳体之间间隙的大小 间隙过大时 流体由间隙 流过而根本不与换热器接触 间隙过小时又会引起制造和安装上的困难 折流板 直径 c D与壳体内径 i D间的间隙可依下表中数值选定 表 9 折流板直径与壳体内直径间的间隙 壳体直径 Di mm 315 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 间隙 mm 2 0 3 0 3 5 4 0 4 0 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 选用间隙 4 0mm 3 3 9 拉杆与定距管 折流板与支持板的固定是通过拉杆和定距管束来实现的 拉杆和定距管的连 接如下图 拉杆是一根两端皆有螺纹的长杆 一端插入管板 折流板就穿在拉杆 上 各板之间则用套在拉杆上的定距管束来保持板间距离 最后一块折流板可用 螺母拧在拉杆上予于紧固 当换热管外径小于或等于14mm 时 可将折流析与 拉杆点焊在一起而不用定距管 1 拉杆的结构型式 换热器设计手册 常用的拉杆型式有两种 a 拉杆定距管结构 适用于换热管外径大于或等于 19mm 的管束 b 拉杆与支撑板点焊结构 适用于换热管外径小于或等于 14mm 的管束 图 7 拉杆定距杆结构 定距管通常采用与换热管材料 直径相同的管子 现选择上述拉杆定距管结 构 选材 Q235 A 钢材 拉杆直径及数量可依表 10 表 11 选用 表 10 拉杆直径 换 热 管 外径 mm 10 14 19 25 32 38 45 57 拉 杆 直 10 12 12 16 16 16 16 16 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 15 页 共 46 页 径 mm 表 11 拉杆数量 公称直径 DN mm 拉杆直径 mm 400 400 700 700 900 900 1300 1300 1500 4 6 10 12 16 18 4 4 8 10 12 14 4 4 6 6 8 10 保证大于等或于上表所给定的拉杆总截面积的前提下 拉杆直径和数量可以 变动 但其直径不得小于 10mm 数量不小于 4 根 确定选用拉杆直径 16mm 拉杆数量 6 2 拉杆的尺寸 拉杆的尺寸按下表 12 和图 8 确定 图 8 拉杆尺寸 表 12 拉杆尺寸 拉杆直径 d 拉 杆 螺 纹 公 称直径 n d a L b L 10 10 13 40 12 12 15 50 16 16 20 60 综上所述 拉杆选择 a 拉杆定距管结构 拉杆直径选取为 16mm 拉杆数 量 6 根 拉杆尺寸 a L 20mm b L 60mm b 2 0 4 拉杆孔的确定 拉杆与管板焊接连接的拉杆孔结构见下图 9 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 16 页 共 46 页 图 9 拉杆孔结构 1 1dd mm 11 ld mm 式中 d 拉杆直径 mm 1 d 拉杆孔直径 mm 1 l 拉杆孔深度 mm 经计算 1 d 17mm 11 ld 17mm 5 拉杆的布置 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 靠近支撑板缺口处也应该布置适当数量的拉杆 任何支撑板应不少于 3 个支承 点 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘 在靠近支撑板缺边位置处应布置拉杆 其间距小于或等于 700mm 拉杆中心到支撑板缺边的距离应尽量控制在换热管中 心距的 0 5 1 5 3范围内 6 定距管的尺寸确定 定距管的尺寸 一般与所在换热器的换热管规格相同 对于管程是不锈钢 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作为定 距管 定距管的长度 按实际需要确定 所以综合所有因素考虑 先确定定距管的公称直径为25 2 5mm 长度 445lmm 7 壳程防冲板的确定 有腐蚀或有腐蚀的气体 蒸汽及汽液混合物 应设置防冲板 防冲板表面到圆筒内壁的距离 一般为接管外径的 11 43 防冲板的直径或边长 应大于接管外径 50mm 防冲板的最小厚度 碳钢为 4 55mm 不锈钢为 3mm 防冲板的固定形式为 A 防冲板的两侧焊在定距管或拉杆上 也可以同时焊在靠近管板的第一块折 流板上 B 防冲板焊接在圆筒上 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 17 页 共 46 页 C 用 U 形螺栓将防冲板固定在换热器管上 本设计采用 Q235 A 钢 厚度 6mm 3 4 法兰的设计 壳体600 i Dmm 设计压力 P 0 44MPa 设计温度 T 60C 筒体名义厚度8 n mm 材料 Q235 B 钢 腐蚀裕量 2 C 2mm 根据设计条件 选用平焊法兰结构形式 有效厚度826 e mm 600 6100300 ic Dt P 0 44Mpa 2Mpa 操作温度小于 370C 故可选用甲型平焊法兰进行设计 1 垫片设计 材料 垫片选突面密封面缠绕垫 材料具有适当加固物的石棉 石棉橡胶板 垫片参数 由 GB151 查得 y 11Mpa m 2 垫片尺寸 取垫片外径 2 639Dmm 内径 1 603Dmm 厚度 T 3mm 垫片宽度 21 639603 18 22 DD Nmm 3 42 2 螺栓设计 1 螺栓载荷 a 预紧状态时需要的最小载荷 5 3 14 614 68 7 16 111 52 10 aG WD b yN 3 43 b 操作时需要的最小载荷 2 2 4 G pG D P WD bmP 2 4 614 680 44 2 3 14 614 68 7 16 2 0 442 43 10 4 N 3 44 2 螺栓材料及许用应力 参照 GB150 89 选用螺栓材料 35 钢 其许用应力为 117 b Mpa 82 t b Mpa 1 螺栓面积 预紧时 5 2 1 52 10 1299 117 a b Wa Amm 3 45 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 18 页 共 46 页 操作时 4 2 2 43 10 296 34 82 pt b Wp Amm 3 46 需要的螺栓面积 m A取上述两者中的大值 2 1299 m Amm 4 螺栓配置 a 螺栓规格 参照 JB4701 甲型平焊法兰 职螺栓 M20 螺栓根径 1 d 17 294mm b 螺栓数量及总截面积 螺栓数量 2 1 4 4 92 m A n d 取 4 的倍数圆整为 24 个 螺栓总截面积 2 2 1 5337 4 b n d Amm 3 47 c 螺栓中心圆直径 根据 JB T4701 2000 取690 b Dmm 5 螺栓设计载荷 预紧状态 5 12995337 1170 38 10 22 mb b AA WN 3 48 操作状态 4 2 43 10 p WWN 3 法兰设计 1 法兰材料及许用应力 法兰材料选用 20 钢 板材 许用应力为 130 t Mpa 110 t f Mpa 2 法兰力矩 225 1 0 785 6000 441 24 10 4 i PD PN 3 49 22224 2 0 785 614 68600 0 440 62 10 4 Gi PDDPN 3 50 3 26 28 614 68 7 16 2 0 4424322 G PD bmpN 3 51 1 690600 45 22 bi DD lmm 3 52 13 2 453 824 22 ll lmm 3 53 3 690614 68 37 66 22 bG DD lmm 3 54 操作时法兰力矩 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 19 页 共 46 页 1 12 23 3 546 1 24 10450 62 102424322 37 666 51 10 p MPlPlPl 3 55 预紧时法兰力矩 5 3 0 38 1037 661431080 a MWlNmm 3 56 法兰设计力矩 6 6 51 10 110 14310801210913 130 p t f a t MNmm MNmm 3 57 取二者中的较大值 6 M 6 51 10 Nmm 3 形状系数 法兰外径 由 JB T4701 2000 得 D 730mm 730 1 217 600 i D K D 3 58 由 GB150 查得 Y 10 00 4 法兰厚度 6 10 00 6 51 10 28 89 130 600 t i f YM tmm D 3 59 取 t 30mm 2 剪应力校核 a 剪切面积 2 3 14 600 916956 i ADlmm 3 60 其中 剪切面计算高度l由 JB4701 确定 l 9mm b 剪应力 预紧状态下的剪应力 5 0 38 10 2 24 16956 a W Mpa A 3 61 操作状态下的剪应力 4 2 43 10 1 43 16956 p p W Mpa A 3 62 c 剪应力校核 2 240 80 8 11390 4 a a Mpa 3 63 1 430 80 8 9475 2 t p n MpaMpa 3 64 满足要求 6 法兰刚度要求 为满足法兰刚度要求 螺栓最大间距 6 2 0 5 B t Sd m 3 65 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 20 页 共 46 页 本设计中 3 14 690 90 28 24 b D Smm n 3 66 刚满足法兰刚度要求所需的最小法兰厚度 min 20 5 90 282 2030 5 29 33 66 B Sdm tmm 3 67 因 min tt 故本法兰设计厚度 t 30mm 3 5 管程接管的设计及选择 3 5 1 接管的结构形式 化工容器一般用途的接管 只是短管焊上法兰 而在圆柱形壳体上焊接管时 接管的末端往往焊入器壁里 遇到需要在壳体内放入和壳体直径近似相等的零件 时 如封头 隔板 档板 或者 设备有内衬层 或者接管的直径较大 相对于 设备直径而言 接口端必须做成弓鞍形 与壳体内壁齐平形的结构 由于不锈钢膨胀系数大 碳钢的 1 5 倍 而导热系数低 碳钢的 11 34 液体进料管 液体进料管往往是伸入容器内 以避免物料沿内壁流动 减少 物料对器壁的磨损和腐蚀 斜口的方向应使得泡沫不再溅到光壁上 直到保护性 作用 出料管 液体出口管应能使液体毫无困难地排出 本设备的出料管没有弯头 管线短 阻力小 有利于物料自然循环 也降低了设备高度 排液管 为排除容器内部沉淀的污物 或排空残液以便清理检修 必须设置 排液管 对成型底盖 通常都设在容器的最下部 1 管程接管密封 接管与法兰的连接及管法兰的紧密面型式 一般根据操作压力 温度 介质 的腐蚀性及度性情况 按有关标准选择材料 结构与紧密面型式 平焊法兰连接 刚性较差 只能在低压 直径不太大 温度不高的情况下使用 材料为碳钢时 使用温度300oc 材料为不锈钢时 使用温度450oc 所以选择板式平焊法兰 足可以达到密封 密封面的形式 应根据介质情况及气密性要求而定 如图 27 有三种形式 a 型为光滑面形式 b 型为槽面形式 c 凹凸面形式 其中凹凸面密封形式制造 安装较槽面方便 密封性能也好 因此设计中采用较多 此设计接管也全部采用 板式平焊法兰凹凸面密封 参照GB151 89 钢制管壳式换热器 接管设计的一般要求 1 接管与壳体内表面平齐 2 接管应尽量沿壳体的径向或轴向设置 3 接管与外部管线可 采用焊接连接 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 21 页 共 46 页 4 设计温度高于或等于300 必须采用整体法兰 5 必要时可设置温度计接口 压力表接口及液面计接口 6 对于不能利用接管 或接口 进行放气和排液的换热器 应在管程和壳程的 最高点设置放气口 最低点设置排液口 其最小公称直径为20mm 7 立式换热器可设置溢流口 3 5 2 接管选用尺寸 根据相关标准 选用各接管尺寸如表13所示 表 13 符号 用途或名称 公称尺寸 mm 外径 Mm 壁厚 mm 伸出长度 mm A 蒸汽入口 150 159 7 208 B 水出口 80 95 6 158 C 冷却水入口 150 159 6 208 D 冷却水出口 150 159 6 208 E 壳程放嵌口 25 32 3 5 158 F 管程放嵌口 25 32 3 5 158 J 排净口 50 57 2 5 158 H 管程排净口 3 5 3 法兰的作用 1 接管与法兰的连接及管法兰的紧密面形式 一般根据操作压力 温度 介质 的腐蚀性与毒性情况 按有关标准选择材料 结构与紧密面形式选用 对焊法兰有较好的刚性 可以在较高的压力和温度 350C 以上 下使用 直径 大小不受限制 但是 这种法兰的制造 需要锻造呀铸造设备 材料消耗 切削 加工量大 成本较高 2 接管长度 a 接管长度 接管伸出设备壳体的长度应按便于上紧螺栓和设备保温层厚度考虑 一般接管长 度推荐 表 14 接管长度 DN 不保温接管长度 保温接管长度 15 80 20 50 100 70 500 150 1 2h 注 为法兰厚度 h 为上紧螺母高度 c 为保温层厚度 位于靠近设备法兰的接管 应将接管伸到法兰外 使两个法兰不致相互影响 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 22 页 共 46 页 安装 b 低长管的加强 当管径50DNmm 时 装在有保温的设备或管径细长的接管 为了运输操作安 装可靠 必须进行加强 管法兰设计选用 材料 20 钢 公称压力25 0Mpa 工作温度 19C 300C 各接管法兰的尺寸和质量如表15所示 表 15 连接尺寸 法 兰 尺 寸 接 管 公称直 径 DN 钢管 外径 A1 法兰 外径 D 螺孔中心 圆直径 K 螺孔 直径 L 螺孔数 量 n 螺纹 Th 蒸汽入 口 A 150 159 300 250 26 8 M24 水出口 B 80 89 200 160 18 8 M16 冷却水 入口 C 150 159 285 240 22 8 M20 冷却水 出口 D 150 159 285 240 22 8 M20 壳程放 嵌口 E 25 32 115 85 14 4 M12 管程放 嵌口 F 25 32 115 85 14 4 M12 排净口 J 50 57 165 125 18 4 M16 管程排 净口 H 3 6 开孔补强的设计 1 材料许用应力 20 钢的许用应力 137 t Mpa 2 补强及补强方法判别 对壳体开孔满足下述全部要求时可不另行补强 GB750 a 设计压力小于或等于 2 5MPa b 两相邻开孔中心的间距 对曲面间距以弧长计算 应不小于两孔直径之 和的两倍 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 23 页 共 46 页 c 接管公称外径小于或等于 89mm d 接管最小壁厚满足下表要求 不另行补强的接管最小厚度 表 16 接 管 公 称直径 25 32 38454857 65 76 89 3 5 4 0 5 0 6 0 3 最大孔的开孔补强 1 补强及补强方法判别 a 补强判别 根据表 允许不另行补强的最大接管外径为89mm 本开孔外径等于 159mm 故需另行考虑其补强 b 补强计算方法判别 开孔直径2145 i ddCmm 2250 i dDmm 满足等面积法开孔补强计算的选用条件 2 开孔所需补强面积 a 圆筒计算厚度 0 44 600 1 1357 2 137 0 850 44 2 ci t c PD mm P 3 68 b 开孔所需补强面积 计算强度补强系数 r f 110 0 846 130 t n rr f 3 69 接管有效厚度为725 etnt Cmm 开孔所需补强面积计算 2 1 etr Adf 2 159 1 13572 1 1357 5 1 0 846 194 05mm 3 70 3 有效补强范围 a 有效宽度 B 22 159318Bdmm 3 71 221592 72 8189 nnt Bdmm 3 72 取两者中的较大值 故 B 318mm b 有效高度 外侧有效高度 1 h 1 1 159 733 700 nt hd hmm 实际外伸高度 3 73 淮海工学院二 九届本科毕业设计 论文 第 24 页 共 46 页 故 1 h 63 5mm 内侧有效高度 2 h 2 33 nt hdmm 3 74 2 0 h 实际内伸高度 取两者中的较小值 故取 2 0h 4 有效补强面积 a 圆筒多余金属面积 圆筒有效厚度 6 en C