换热器(再沸器冷凝器)专业课程毕业设计指导书.doc

过程装备与控制工程冷凝器，再沸器，蒸发器-换热器设备说明书参考 四、设计计算示例换热器的机械设计计算1、已知条件：名 称管程壳程物料名称软水变换气工作压力0.75Mpa0.7Mpa工作温度8050换热面积135m2推荐材质2016MnR2、计算步骤(1)管子数n 选2525的20号钢无缝钢管，管长3m。考虑到需安排拉杆6根，实际管数取为600根。(2)管子排列方式，管间距的确定采用正三角形排列，在管板上管子排列的间距a，与管子与管板的连接方法有关。取(3)换热器筒体直径的确定筒体内径可由下式计算：式中a换热器管间距，由上知a32mm； b一位于管束中心线上的管数，管子按正三角形排列时， 一最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取取筒体内径(4)换热器筒体及封头壁厚计算 取设计压力0.95MPa，焊缝系数，材料选用16MnR，取钢板厚度负偏差，腐蚀裕量，设计壁厚为：查GB1511998表32，取名义壁厚。由标准椭圆形封头计算公式可知标准椭圆形封头的厚度与筒体厚度基本相同，现取二者等厚。根据JBll5473标准，取上、下封头均为，直边高度40。材料选用16MnR考虑到管箱应有足够的空间来均匀输送流体，现取管箱筒节长875mm。(5)换热器水压试验及其壳体强度校核 水压试验压力：，为方便压力表读数，取。分别为水压试验时筒体和封头的壁内应力。所用16MnR板材在常温345MPa， 可见水压试验时筒体、封头壁内应力都小于，水压试验安全。(6)容器法兰的选用 根据JBll60一82标准，选用的榫槽密封面长颈对焊法兰。本换热器因采用管板兼作法兰，故选用两个榫面法兰(管板兼作槽面法兰)，材料选用16MnR。 (7)确定管板尺寸 选用固定式换热器管板，并兼作法兰。材料选用16MnR。因管板兼作槽面法兰，故其与法兰相配的密封面尺寸应按所选法兰的相应尺寸来确定。管板厚度的计算见GB15189钢制管壳式换热器表3-15，具体计算步骤如下：已知条件如下所示：管子壳体材质20钢16MnR线膨胀系数弹性模量E（Mpa） 尺寸管子数600根管间距32mm壳程圆筒内径面积 壳程圆筒金属横截面积 换热管金属总截面积管板开孔面积 假定管板厚度 换热管有效长度L=换热管总长-2-3=3000-2*60-3=2877mm换热管束模数 管子回转半径管子受压失稳当量长度，查阅GB151-98,P47图3-21，可知其与折流板间距有关，所以此处先设计折流板间距，查阅GB151-98中345页取折流板的间距为：300mm， 等间距布置则由图3-21， =600mm则系数 所以管子稳定许用压应力开孔后面积 管板布管区面积 (采用三角形排列) 管间距。查GB151-98 P18表3-7， 取=32mm隔板槽面积，此题中不分程 取所以 管板布管区当量直径：系数： 法兰力矩基本法兰力矩 其计算见GB1501998第九章螺栓载荷计算 预紧状态下：查阅压力容器法兰标准，此处选长颈对焊法兰（PN1.6,DN1000）,榫槽密封面则 m,y查 GB1501998表92 取y=15.2 ,m=2.25由表91 取垫片基本密封宽度因为 所以垫片有效密封宽度所以操作状态下： 螺栓面积计算：预紧状态下 螺栓材料取为，查GB1501998表47 操作状态下：需要螺柱面积： 取大值=4270实际用32个M24螺柱，其螺柱总面积所以符合要求螺柱设计载荷：1. 预紧状态：2. 操作状态: 法兰基本力矩： 螺柱中心圆直径 查法兰标准为 管程压力作用时法兰力矩计算 (GB150-1998 第96页)管板计算管子加强系数 所以K=4.73法兰计算：法兰宽度 管箱法兰厚度 查图3-15得：旋转刚度 法兰材料采用 取为 此处用长颈对焊法兰 所以壳体法兰厚度取为查图3-15得：旋转刚度 旋转刚度无量纲参数 =0.000795壳体法兰应力参数Y :查GB15098 P100表95查表得 Y=13.15按K, 查图316 得 按K, 查图318 得 按K,Q查图319 得 按K,Q查图317 得 壳程压力作用下的危险组合 壳程设计压力 =0.233 管程压力=0 不计膨胀差 计入膨胀差 16.49 Mpa 管板应力 0 0 壳体法兰应力 管子应力 0.87壳程圆筒轴向应力 拉脱应力 （见GB151-98 P56图3-23 ） 取 -0.559Mpa(8)管子拉脱力计算已知条件如下所示：管子壳体材质20钢16MnR线膨胀系数弹性模量E（Mpa） 尺寸管子数600根管间距32mm管壳壁温差管子与管板连接方式开槽胀接胀接长度在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力为：式中而温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力为式中则由已知条件可知，与的作用方向相同，都使管子受压。则合拉脱力：，q由GB151-89中表查得。因此，拉脱力在许用范围内。 (9)计算是否必须安装膨胀节 管、壳壁温差所产生的轴向力压力作用于壳体上的轴向力其中：则压力作用于管子上的轴向力则根据钢制管壳式换热器设计规定：条件成立。故本换热器不必设置膨胀节。（10）折流板设计 折流板为弓形，折流板间距取300。由GBl51一98钢制管壳式换热器的表3一l 9查得折流板最小厚度为8mm，由表321查得折流板外径为994mm，折流板开孔直径的大小可由表32查得为25.8+0.4。材料为Q235A。拉杆选用12，共6根。材料为Q235A。(11)开孔补强换热器壳休和封头上的接管处开孔需要补强时，常可按等面积补强方法来补强。其结构是在开孔外面焊上一块截面积相当的，与容器器壁材料和厚度都相同的即8mm厚的16MnR钢板。计算步骤见过程设备设计有关内容。(12)支座换热器常用卧式的鞍式支座予以支承，鞍座的应力计算及校核见过程设备设计有关内容。附表1附表2设计参数：序号12345678910换热器型式固定管板式换热器换热管尺寸252.5 长度3m换热面积(m2)25303540455055606570甲苯入口管径（mm）DN80DN100DN125甲苯出口管径（mm）DN80DN100DN125乙二醇入口管径（mm）DN80DN100DN125乙二醇出口管径（mm）DN80DN100DN125管程介质乙二醇壳程介质甲苯管程介质压力(Mpa)0.4壳程介质压力(Mpa)0.27管程介质操作温度()121.4104.4壳程介质操作温度()26.762.8序号1112131415161718换热管尺寸252.5 长度4.5m换热面积(m2)100110120130140150160170甲苯入口管径（mm）DN80DN100DN125甲苯出口管径（mm）D