换热器布管计算

布管布管 1 换热管的排列方式为转角正方形排列 如下图所示 2 换热管中心距 所选换热管 d 25mm 换热管中心距宜不小于 1 25 倍的换热管外 径 查国标得换热管中心距 S 32mm 3 布管限定圆 布管限定圆直径 DL Di 2b3 b3 0 25d 0 25 25 6 25mm 一般情况下不小于 8mm 取b3 8 5 DL Di 2b3 500 2 8 5 483mm 具体布管图如附图 U 型管换热器的设计与校核型管换热器的设计与校核 1 由工艺设计给定由工艺设计给定 壳体公称直径为 500mm 壳程的最高工作压力为 1 2MPa 管程最 高工作压力为 1 5MPa 壳程液体进口温度为 70 出口温度为 110 管程液体进口温度 180 出口温度 125 管长为 6000mm 4 管程单壳程的换热器 原油的黏度大 因此壳程 走原油 管程走被冷却的柴油 2 筒体壁厚设计筒体壁厚设计 由工艺设计给定设计温度为 150 选用低合金钢 Q345R 查 GB 150 一 2011 可知 150 时 Q345R 的许用应力 189MPa 厚 150 度暂取 3 16mm 焊接采用双面对接焊局部无损探伤检测 焊接系 数 0 85 钢板的厚度负偏差按 GB T 709 一 2006 查 3B 类钢板 得 钢板负偏差为 C1 0 3 腐蚀裕量 C2 3mm 设计压力为最大工作压力的 1 05 1 1 倍 由工艺设计给定壳程的 最高工作压力为 1 2MPa 绝 表压 绝压 当地大气压 1 2Mpa 101 3kpa 1 1Mpa Pc 1 05 1 1 1 1 1 2Mpa 计算壁厚 t PcDi 2 t Pc C1 C2 5 175mm 由于管壳式换热器在工作过程中除承受内压外还受到温差应力 支 座反力和自重等载荷的作用 因此壳体壁厚应比计算值大 对碳素 钢和低合金钢应满足 GB 151 一 1999 的最小厚度要求 查得 U 型管 式换热器的壁厚应不小于 8mm 圆整后取钢板名义厚度 tn 8mm 3 封头厚度计算封头厚度计算 为满足强度要求 封头取与筒体相同的 Q345R 查 GB 150 一 2011 可知 Q345R 在 150 时的许用应力 189MPa 厚度暂取 3 16mm 焊接系数采用双面对接焊局部 150 无损探伤检测 焊接系数 0 85 钢板负偏差为 C1 0 3 腐蚀裕量 C2 3mm 封头为标准椭圆形封头 计算厚度 标准椭圆形封头 K 1 c t ic P DKP t 5 0 2 t 1 1 2 500 2 189 0 85 0 5 1 2 C1 C2 5 17mm 与筒体壁厚的设计厚度近似 为加工方便封头壁厚取 tn 8mm 4 管箱短节圆筒 封头厚度计算管箱短节圆筒 封头厚度计算 由工艺设计给定设计温度为 200 表压 绝压 当地大气压 1 5Mpa 101 3kpa 1 4Mpa 设计压力 Pc 1 05 1 1 1 4 1 5Mpa 为满足强度和加工要求 管箱短节封头取与筒体相同的材料 Q345R 根据 GB 150 一 2011 可知 200 时 Q345R 的许用应力 183MPa 厚度暂取 3 16mm 焊接系数采用双面对接焊局部 200 无损探伤检测 焊接系数 0 85 钢板负偏差为 C1 0 3 腐蚀裕量 C2 3mm 计算短节圆筒壁厚 mm P DP t c 42 2 6 309 750 5 185 0 1832 5005 1 2 c 200 i Tn t C1 C2 2 42 0 3 3 5 72mm 根据 GB 151 一 1999 规定 碳素钢和低合金钢的最小厚度应不 小于 8mm 圆整后取 8mm 封头为标准椭圆形封头 计算厚度 标准椭圆形封头 K 1 c t ic P DKP t 5 0 2 与筒体壁厚的设计厚度近 mmt42 2 35 310 750 5 15 0 85 0 1832 5005 1 似 为加工方便封头壁厚取 8mm 强度校核如 SW6 所示 5 换热管材料 规格及功能的确定换热管材料 规格及功能的确定 由于管板选用的是与筒体一样的材料 16Mn 锻件 钢板的硬度 200HB 故换热管应选取比管板材料硬度低的材料 所以选用 10 号 碳素钢并且热阻较小 0 00006左右 12 WKm 6 拉杆的确定拉杆的确定 查GB 151 一 1999 换热管外径为 25mm 19mm 采用拉杆 定距管结构 如图所示 查 GB 151 一 1999 表 43 45 得 换热管外径为 25mm 时 拉杆直径 d 16mm 材料为不锈钢 4 根 拉杆螺纹公称直径dn 16mm La 20mm Lb 60mm b 2 0mm 拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘 7 容器法兰的选择容器法兰的选择 a 管箱法兰的选择 已知 DN 500mm PN 1 5 Mpa 介质温度 200 所以选用甲型 平焊法兰 平面法兰 查得法兰型号为 JB T 4701 一 2000 压紧面 形式为全平面密封 材料为 16MnR 由于腐蚀裕量为 3mm 故加厚 短节为 2mm 查 JB T 4701 一 2000 得法兰连接尺寸 DN 500mm D 630mm D1 590mm D2 555mm D3 545mm D4 542m m 44mm d 23mm 配套螺柱为 M20 28 个 查 JB T 4707 一 2000 选用等长双头螺柱 A 型 d d2 20mm L0 50mm C 2 5mm r 6mm b 壳体法兰的选择 DN 500mm PN 1 2 Mpa 介质温度 200 所以选用甲型平焊法 兰 平面法兰 材料为 16MnR 压紧面形式为全平面密封 查 JB T 4701 一 2000 得法兰连接尺寸 DN 500mm D 630mm D1 590mm D2 555mm D3 545mm D4 542m m 44mm d 23mm 配套螺柱为 M20 28 个 材料为 40MnB 查 JB T 4707 一 2000 选用 等长双头螺柱 A 型 d d2 20mm L0 50mm C 2 5mm r 6mm L c 接管法兰的选择 根据 HG20592 一 1997 DN 125 PN 1 5 选用板式平焊法兰 标准 号为 HG20593 全平面密封 连接尺寸 D 250 K 210 L 18 8 M16 8 垫片的选择垫片的选择 一般情况下垫片材料为非金属软垫片 GB3985 石棉橡胶板 垫片 500 1 6 JB T 4704 一 2000 查得垫片尺寸 D 544mm d 504mm 3mm 法兰垫片接触面外径 D4 542mm 垫片接触面宽度 N 542 504 2 19mm 基本密封宽度 查 GB150 一 2011 表 7 一 1 mm 5 92 Nbo 管箱垫片选用缠绕垫片标号为 JB T4719 1992 如图所示为四管程管箱垫片 钢带为 填料为石棉 查 JB T4719 1992 得 D 554 d 522 d1 518 9 管板设计管板设计 换热器公称直径 DN为 500mm 即 由于管板不兼作mmDi500 法兰 所以管板与管箱圆筒 壳程圆筒之间的连接方式为 a 型 管板 通过垫片与壳体法兰和官箱法兰连接 换热管规格为 25mm 2 5mm Lo 6000mm 换热管实际排 管 换热管实际排管根数 60 换热管排列方式为斜正方形 管心距为 32mm 换热管与管板的连接方式 先焊后强度胀接 管板分程隔板槽深 4mm 管箱法兰采用 JB T 4701 一 2000 查 GB150 2 一 2011 得 圆筒材料 Q345R 189MPa 183MPa 150 200 管板材料 16Mn 锻件 150MPa 167MPa 200 150 换热管材料 10 号钢 108MPa 200 计算 G D d A t A t D t c C 垫片压紧力作用中心圆直径 G D 6 4mm 时mm o b8 75 953 2 53 2 o bb mm 4 5268 72 542 G D 沿隔板一侧的排管数 10 和 8 根 n 隔板槽两侧相邻中心距 mm n S232 在布管区范围内 因设置隔板槽和拉杆结构的需要 而未能被换热管支承的面积 对于正方形排列 SSSnA nd 763532 23232810 2 mm 管板布管区面积 dt AnSA 2 2763532602 2 2 mm 一根换热管管壁金属的横截面积 a 查 GB151 一 1999 附录 J 表 J1 得 a 176 71 2 mm 管板布管区的当量直径mm 8 407 14 3 13051544 t t A D 管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比 a 型连接 2R R Dt t 2 G D 1 2903775 0 4 526 8 407 2 R Dt t t 1 系数 对于 a 型连接方式 按查 GB151 一 1999 图 19 得 0 266 c C0 f K t 1 c C 确定管板设计压力 不能保证与在任何情况下都同时作用 并两侧均为正压时 取两者中的大者 s p t p max max 1 5 1 2 1 5MPa d p s p t p 管板厚度计算 mm t dc G pC D 82 0 2 35 1504 0 266 05 1 4 52682 0 管板设计厚度35 2 6 4 0 8 46mm 加上腐蚀裕量 6mm 和分程隔板槽厚度 4mm d 管板名义厚度 46mm D 542mm n GB 151 一 1999 中用于一般场合 管板最小厚度要求应符合 时 25 o d 符合 mmdo75 1875 0 min 10 接管接管 油的经济流速范围为 0 5 1 0m s 1 1 接管的选型 各接管直径由流速及其流量 按如下公式进行计算 u m u V d ss 44 管程流体进出口接管 流速取 0 8m s 1 mm u d 6 103 8 0360094814 3 230004ms4 1 查 HG20592 1997 可知 选用管程接管公称通径为 Dn 125mm 钢管外径为 Do 133mm 接管材料为 20 号钢 查 GB9948 设计温度下的许用应力 131MPa 负偏差为 200 0 8mm 壳程流体进出口接管 流速取 0 75m s 1 mm u d s 83 97 75 0360073014 3 148174m4 2 查 HG20592 1997 可知 选用壳程接管公称通径为 Dn 100mm 钢管外径为 Do 108mm 接 管材料为 20 号钢 查 GB9948 设计温度下的许用应力 140MPa 负偏差为 150 0 8mm 11 折流板折流板 折流板按等间距布置 管束两端的折流板尽可能靠近壳程进 出口 接管 折流板缺口水平上下布置 为防止液体中有气体进入壳体 在缺口朝下的折流板最高处开通气口 如图所示 折流板间距为 150mm 圆缺口高度 h 1 3Do 5mm 172mm 且钢管的最大mm25 无支撑跨距为 1850mm 所以折流板的最小厚度为 12mm 公称直径 DN 500 折流板的名 义外直径 500 一 4 5 495 5mm 查国标 151 1999 表 35 得折流板管孔直径 换热管外径 0 7 25 7mm 12 U 形管的尾部支撑