电子版U型管换热器说明书

沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 1 第二部分 设计说明书第二部分 设计说明书 1 传热工艺计算 传热工艺计算 1 原始数据原始数据 壳程水蒸气的进口温度 205 1 壳程水蒸气的出口温度 95 壳程水蒸气的工作压力 0 75Mpa 管程冷却水的进口温度 38 C 管程冷却水的出口温度 97 C 管程冷却水的工作压力 1 6 MPa 管程冷却水的流量 120t h2G 2 定性温度及物性参数定性温度及物性参数 管程冷水定性温度 38 97 2 64 管程冷水密度查物性表得 981 Kg 管程冷水比热查物性表得 4 182KJ Kg C 管程冷水导热系数查物性表得 0 663w m 管程冷水黏度 444 4 10 Pa s 6 管程冷水普朗特数查物性表得 Pr2 3 41 壳程水蒸气定性温度 205 1 95 150 2 111ttt 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 2 壳程水蒸气密度查物性表得 2 584Kg 壳程水蒸汽比热查物性表得 2 3142 壳程水蒸气导热系数查物性表得 0 0263w m 壳程水蒸气黏度 1 39pa s 5 10 壳程水蒸气的普朗特数查物性表 Pr1 1 11 3 传热传热量与冷水流量量与冷水流量 取定换热效率为 0 98 查表得 r 2113 1 3 10 则设计传热量 3600 1000 22220 ttCGQp 120000 4 182 97 38 0 98 1000 3600 8060108 W 则加热水流量 3 89kg s 21101ttCrQGp 4 有效平均温差有效平均温差 79 84 ln 2 1 2 1 2 1 2 1tttttttttn 参数 p 0 353 2 1 2 2ttttP 参数 R 1 87 22 1 1 ttttR 换热器按单壳程两管程设计 则查书图 2 6 a 得 温差校正系数 0 87 有效平均温差 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 3 60 nmtt 5 管程管程换热换热系数系数计计算算 参考表 2 7 初选传热系数 m 1000 2 0KWK 则初选传热面积为 134 35 000mtKQF 2 m 选用 不锈钢的无缝钢管作换热管 则管子外径 d0 0 025m 管子内径 di 0 02m 管子长度 5m 则所需换热管根数 570 根 14 3 0 0LdFNt 可取换热管根数为 580 根 则管程流通面积为 0 046 44 14 3 2 2itdNa 2 m 管程流速为 0 74 3600 222 aG 管程雷诺数为 32671 1 2 111e R id 管程传热系数为 4834 2 08 0 112 100 015 01 3605idt 结构的初步设计 查 GB151 1999 知管间距按 1 25d 取 管间距为 s 0 032m 分程隔板槽两侧相邻管中心距 Sn 0 044m 管束中心排管数为 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 4 26 根 tcNN1 1 取 26 根 则壳体内径为 0 9m 04 1 dNsDci 故内径 Di 0 9m 则长径比为 3 33 合理 iDL 选择单弓形折流板 则弓形折流板的弓高为 0 18 iDh2 0 折流板间距为 0 3m 3 iDB 折流板数量为 9 块 1 BLNb 6 壳程壳程换热换热系数系数计计算算 壳程流通面积为 0 0591 1 01sdDBai 2 m 壳程流速为 7 18m s 11 1 1 3600 a G 壳程质量流速为 18 3m s 111 W 壳程当量直径为 0 033 0 2 0 2 dNdNDdttie 壳程雷诺数为 43433 1111e R ed 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 5 切去弓形面积所占比例按 0 3 查图 4 38b 得为 0 145 壳程换热因子查图 iDh 2 12 得120 js 管外壁温度假定值为 120 1wt 壁温下水的黏度为 0 186 黏度修正系数 0 7 14 0 112 壳程传热系数 7180 js de 3 1 1r 1 1P 7 传热传热系数系数计计算算 查 GB151 1999 第 138 页可知 管程水侧污垢热阻为 000088 0 2 r 壳程污垢热阻为 0 000176 管壁热阻 r 忽略 则总传热系数为 1300 则传热系数比为 1 3 所以假设合理 0 KKj 8 管壁温度管壁温度计计算算 管外壁热流密度计算为 59010W 14 3 001LdNQqt 2 m 外壁温度为 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 6 1 21211rqttw 误差校核 13 41 所以误差不大 合适 21wwtt 9 管程管程压压降降计计算算 管内壁温度 92 1 1 1 0 222r d d qtt i w 壁温下水的黏度为 30 8 2w SPa 5 10 黏度修正系数 1 05 14 0 2 2 2 w 查得管程摩擦系数为 0 032 2 管程数2 管内沿程压降为 2455 7 Pa 2 2 2 2 2 2 i t i d Nl P 回弯压降为 2148 7 Pa tbNP4 22 2 2 取进出口处质量流速为 1600kg 1nWsm 2 进出口管处压降为 1957 2 Pa 2 2 1 2 2 5 1 n n W P 管程污垢校正系数为 1 4 则管程压降为 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 7 8403 4 Pa 222 ndbiPPPP 管程允许压降 即管程压降符合要求 10 壳程壳程压压降降计计算算 壳程当量直径 de 0 042m 雷诺数 Re1 16656 查得壳程摩擦系数 图 3 2 管束压降 取进出口质量流速 进出口压降 取导流板阻力系数 导流板压降 壳程结垢修正系数 壳程压降 壳程允许压降 符合要求 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 8 2 强度计算 强度计算 2 1 换热换热管材料 管材料 规规格的格的选择选择及功能的确定及功能的确定 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1换热管外径d0mmGB151 199925 2管长Lmm同上3000 3传热面积 管壳式换热器原理与设计 134 34 4换热管根数个580 5拉杆个 GB151 1999表 43 44 6 6材料 GB150 1999 钢制压力容器 选 20 钢 2 2 管子的排列方式管子的排列方式 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 正三角形排 列 GB151 1999 2 换热管中心 距 SmmGB151 199932 3 隔板槽两侧 相邻管最小 中心距 mmGB151 199944 2 3 确定壳体直径确定壳体直径 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1 换热管中心 距 Smm GB151 1999 表 12 32 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 9 2换热管根数根580 3 分程隔板厚 度 mm GB151 1999 10 4 管束中心排 管数 根1 126 5筒体直径mm900 6 实取筒体直 径 mm900 2 4 筒体壁厚确定筒体壁厚确定 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1工作压力PMPa给定0 75 2材料 GB150 1999 16MnR 3 材料许用应 力 MPa GB150 1999 表 4 1 170 4 焊接接头系 数 0 85 5 壳程设计压 力 MPa0 8 6 筒体计算厚 度 mm2 5 7设计厚度mm4 5 8名义厚度mm 5 9 实取名义厚 度 mmGB151 19995 10负偏差mm0 11腐蚀裕量mm2 12有效厚度mm10 13 设计厚度下 圆筒的计算 应力 MPa121 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 10 14校核MPa 144 5 合格 15 设计温度下 圆筒的最大 允许工作压 力 MPa 0 96 2 5 液液压试验压试验 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1试验压力MPa0 9 2 圆筒薄膜应 力 MPa135 5 3 常温下材料 强度指标 MPa345 4校核0 9MPa0 9 263 93 合格 2 6 壳程壳程标标准准椭圆椭圆形封形封头头厚度的厚度的计计算算 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1设计压力MPa0 8 2工作压力PMPa给定0 75 3材料 GB150 1999 16MnR 4 材料许用 应力 MPa GB150 1999 表 4 1 170 5 焊接接头 系数 0 85 6 封头计算 厚度 mm2 5 7设计厚度mm4 5 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 11 8名义厚度mm 5 9 实取名义 厚度 mmGB151 19995 10负偏差mm0 11腐蚀裕量mm2 12有效厚度mm3 13 设计温度 下封头的 计算应力 MPa121 14校核MPa 144 5 合格 15 设计温度 下封头的 最大允许 工作压力 MPa 0 96 16公称直径mm筒体公称直径900 17曲面高度mmJB T4737 95300 18直边高度mmJB T4737 9540 2 7 管程管程标标准准椭圆椭圆形封形封头头厚度的厚度的计计算算 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1设计压力MPa1 2 2工作压力PMPa给定1 2 3材料 GB150 1999 16MnR 4 材料许用 应力 MPa GB150 1999 表 4 1 170 5 焊接接头 系数 0 85 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 12 6 封头计算 厚度 mm3 75 7设计厚度mm5 75 8名义厚度mm 7 9 实取名义 厚度 mmGB151 19997 10负偏差mm0 11腐蚀裕量mm2 12有效厚度mm5 13 设计温度 下封头的 计算应力 MPa109 14校核MPa 144 5 合格 15 设计温度 下封头的 最大允许 工作压力 MPa 1 6 16公称直径mm筒体公称直径900 17曲面高度mmJB T4737 95300 18直边高度mmJB T4737 9540 2 8 法法兰兰的的选择选择 2 8 1 设备法兰的选择设备法兰的选择 按其条件 DN 900mm 设计温度 97 设计压力 1 2MPa 由 压力容器法兰 长径对 焊法兰表 1 选择长径对焊法兰 连接面形式为突面 相关参数如下 单位 mm DD1D3D4HhRd 螺柱 规格 螺柱 数量 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 13 106010159661275521626115351227M2428 由JB T4704 2000 选择非金属软垫片 其相应尺寸如下 垫片外直径 D 965 垫片内直径 d 915 垫片厚度 2 8 2 接管法兰的选择接管法兰的选择 1 接管 a b 的公称直径相同设为 设进口流速为 3m s 则 120 mm 14 3 33600 42G d 取125mm 公称压力 1 6MPa 由选择带径对焊 Nd 法兰 法兰相关参数如下 DNA1DKLnThCNSH1RH 125140250210188M1128158412655 2 接管 c d 的公称直径相同设为 设进口流速为 2 5m s 则 26mm 14 35 23600 41G d 取32 公称压力 1 0MPa 由选择带径对焊法兰 Nd 法兰相关参数如下 DNA1DKLnThCNSH1RH 3242140100184M1618562 66842 2 9 管板的管板的设计设计 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 14 1 未被换热 管支撑面 积 13552 2 官板布管 区面积 36608 3 管板布管 区当量直 径 mm216 4 布管区当 量直径与 直径之比 0 23 5半径Rmm470 6 垫片基本 密封宽度 mm25 7 垫片接触 宽度 NmmJB T4704 2000 图 150 8 垫片有效 密封宽度 bmm12 62 9 垫片接触 外径 DmmJB T4700 4707 2000965 10 垫片压紧 力作用中 心圆直径 mm940 11系数 GB151 1999 管壳式换热器 0 258 12 管板削弱 系数 GB151 1999 管壳式换热器 0 4 13管板材料 GB150 1999 钢制压力容器 16MnR 14 设计温度 下管板材 料的许用 应力 MPa GB150 1999 钢制压力容器 表 4 1 125 15 壳程设计 压力 PSMPa已知0 8 16 管程设计 压力 PtMPa已知1 2 17 管板设计 压力 PdMPa1 2 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 15 18管板厚度mm60 63 19 壳程腐蚀 裕量 mm2 20 管程腐蚀 裕量 mm2 21 实取名义 厚度 mm GB151 1999 管壳式换热器 64 22 换热管轴 向应力 MPa1 2 3 2 22 3 33 0 088 23 换热管最 大轴向应 力 MPa已知3 33 24 单根换热 管金属的 横截面积 a176 625 25 换热管与 管板焊脚 高度 lmm GB151 1999 管壳式换热器 3 5 26 换热管与 管板连接 的拉脱力 qMPa2 14 27 许用拉脱 力 q MPa62 5 28校核合格 2 10 管箱短管箱短节节壁厚的确定壁厚的确定 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1工作压力PMPa给定0 8 2材料 GB150 199916MnR 3 材料许用应 力 MPa GB150 1999 表 4 1 170 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 16 4 焊接接头系 数 0 85 5 管程设计压 力 MPa1 2 6 管箱筒体计 算厚度 mm3 75 7设计厚度mm5 75 8名义厚度mm 10 9 实取名义厚 度 mmGB151 199910 10负偏差mm0 11腐蚀裕量mm2 12有效厚度mm5 13 设计厚度下 圆筒的计算 应力 MPa109 14校核MPa 144 5 合格 15 设计温度下 圆筒的最大 允许工作压 力 MPa 1 6 2 11 拉杆和定距管的确定拉杆和定距管的确定 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值 1拉杆直径mm GB151 1999表 43 16 2拉杆数量n根 GB151 1999表 44 6 3定距管规格 GB151 1999 4 拉杆在管板 端螺纹长度 mm GB151 1999表 45 20 5 拉杆在折流 板端螺纹长 mm GB151 1999表 45 60 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 17 度 6 拉杆上的倒 角高度 bmm GB151 1999表 45 2 2 12 折流板的折流板的选择选择 2 12 1 选型选型 根据 GB151 1999图 37 选择单弓形水平放置的折流板 2 12 2 折流板尺寸折流板尺寸 缺口弦高 h 值 一般取 0 2的圆筒内径 取 h 281 8mm 2 12 3 换热管无支撑跨距或折流板间距换热管无支撑跨距或折流板间距 由 GB151 1999表 42 知 换热管为 25 2 5 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内径的五分之一且 不小于 5mm 有传热计算得到 B 400mm 2 12 4 折流板厚度折流板厚度 由 GB151 1999表 34 知 DN 900 L 300取折流板最小厚度 6mm min 2 12 5 折流板直径折流板直径 由 GB151 1999表 41 查得折流板名义外直径为 DN 900mm 管 孔直径为 2 0 0 8 25 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 18 2 13 防冲板的防冲板的选择选择 1 由 GB151 1999查得防冲板外表面到圆筒内壁的距离应不小 于接管外径的四分之一 取 10mm 2 防冲板的直径或边长应大于接管外径 50mm 取为 80mm 3 防冲板的最小厚度取材料为不锈钢 3mm 实取 3mm min 具体尺寸见零件图所示 2 14 接管及开孔接管及开孔补强补强 由 GB150 1998表 8 1 知当满足下列所有条件是不另行补强 1 设计压力小于或等于 2 5MPa 2 两相邻开孔中心距应不小于两孔直径之和的两倍 3 接管公称直径小于或等于 89mm 4 接管最小壁厚满足表 8 1 要求 2 14 1 管箱接管开孔补强的计算管箱接管开孔补强的计算 由于接管 125mm 的公称直径大于 89mm 所以要补强 但由于设计的筒体或封头 厚度远大于理论厚度 所以要进行计算看是否需要补强 1 有效补强范围 a 有效宽度 B 250 b 有效高度 外侧高度 h1 25 c 有效高度 内侧高度 h2 0 2 补强面积 有效补强范围内可作为补强的截面积按 GB150 1998 8 10 计算 补强面积 mm2 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 19 壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 218 1 2 1reetefdBA 2 m 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 170 retrtetfChfhA 2 22212 2 m 焊缝金属表面积 而最小补强面积 484 1 2retfdA 2 m 484 A 则不需要补强圈 eAAA4 2 m 2 15 分程隔板厚度分程隔板厚度选选取取 根据 GB151 1999 分程隔板厚度选为 8mm 2 16 支座的支座的选择选择及及应应力校核力校核 2 16 1 支座的选择支座的选择 根据 钢制管法兰 垫片 紧固件 JB T4712 92 鞍式支座的选择重型 BI 型焊制 鞍式支座 表 7 当 DN 900mm 取鞍式支座的相关尺寸如下 序号项目符号单位数值 1 公称直径 DNmm900 2 允许载荷 QKN225 3 鞍座高度 hmm200 mm810 mm1504 底板 mm10 5 腹板 mm10 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 21 mm400 mm140 mm120 6 筋板 mm10 弧长 mm1060 mm200 mm6 7 垫板 emm36 8 螺栓间距 mm590 9 带垫板鞍座质量 M Kg40 10 包角 120 11 型号 BI 重型F S 各一 2 16 2 鞍座的应力校核 鞍座的应力校核 1 原始数据表 序号项目符号单位数值 1 设计压力 MPa1 2 2 设计温度 t C160 3 物料密度 998 2 4 筒体内径 mm900 5 筒体长度 Lm4752 沈阳化工学院U 形管式换热器毕业设计说明书 22 6 公称厚度 mm5 7 厚度附加量 Cmm2 8 鞍座型号 BI 9 鞍座中心线 离封头切线 的距离 Hmm1557 10 鞍座腹宽 Bmm170 11 腹板厚度 mm10