105平方冷凝器的选型及工艺计算毕业设计

2105M2冷凝器的选型及工艺设计21冷凝器设计示列已知一卧式固定管板式换热器的工艺条件如下换热器工程直径为1000MM，换热管长度3000MM，换热面积105M2壳程价质为二次蒸汽，轻微腐蚀，操作压力20KPA（绝压），工作温度60C0，；管程价质为冷却水，操作压力04MPA，工作度3238C0，双管程，换热管规格为25MM2MM,换热管间距36MM，数量545根，材料0CR8NI9；蒸汽进口管377MM8MM，冷凝水出口管57MM，冷却水进，出口管均为219MM6MM。22冷凝器结构设计材料选择。根据换热器的工作状况及价质特性，壳程选用0CR18NI9，管程选用Q235B，管板选用0CR18NI9。换热管。换热管是换热器的元件之一，置于筒体之内，用于两介质之间热量的交换。选用较高等级换热管，管束为级管束。换热管的选择排列方式正三角形、正方形直列和错列排列。图21换热管排列方式各种排列方式的优点正方形排列易清洗，但给热效果差；正方形错列可提高给热系数；等边三角形排列紧凑，管外湍流程度高，给热系数大。换热管与管板的连接方式有强度焊、强度胀以及胀焊并用。强度胀接主要适用于设计压力小40MPA；设计温度300；操作中无剧烈振动、无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其它任何场合。胀焊并用主要用于密封性能要求较高；承受振动和疲劳载荷；有缝隙腐蚀；需采用复合管板等的场合。管板。管板选用兼作法兰结构，管板密封面选用JBT4701标准中的突面密封面。换热管在管板上的排列采用正三角形排列，分程隔板两侧换热管中心距取44MM，实际排列548跟换热管。分成隔板与分程隔板槽。分成隔板厚度10MM，开设6MM泪孔；分成隔板槽宽12MM，深度4MM；垫片材料为石棉橡胶板，厚度为3MM。换热管与管板的连接。换热管与管板的连接采用焊接结构，其中L12MM，L32MM。支持板。换热器的壳程为蒸汽冷凝，不需折流板，但考虑到到换热管的支撑，姑设置支持板。换热管无支撑最大跨距为1850MM,因此换热管至少需要3块儿支持板。本设计采用3块儿支持板，弓形缺口，垂直左右布置，缺口高度为25筒体内直径。拉杆与拉杆孔。选用8根16MM拉杆，拉杆与管板采用用螺纹连接。拉杆两端螺纹为M16拉杆孔深度为24MM定距管及拉杆的选择拉杆常用的结构型式有A拉杆定距管结构，见图471（A）。此结构适用于换热管外径D19MM的管束且L2LA（LA按表455规定）B拉杆与折流板点焊结构，见图471（B）。此结构适用于换热管外径D14MM的管束且L1D；C当管板较薄时，也可采用其他的连接结构。图21拉杆结构型式这里我们选用拉杆定距管结构。拉杆的尺寸拉杆的长度L按实际需要确定，拉杆的连接尺寸由图472和表471确定。图22拉杆连接尺寸拉杆的位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，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板不应少于3个支承点。定距管尺寸定距管的尺寸，一般与所在换热器的换热管规格相同。对管程是不锈钢，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管作定距管。定距管的长度，按实际需要确定。管箱。管箱法兰选用容器法兰，规格为“RE100006JBT47012000”。封头选用标准椭圆形封头，规格为“EHA10008JBT47462002”。管箱接管采用径向接管，前端管箱开设冷却水进，出口管，后端管箱上不开设34压力表接口，下部开设DN25排净口。前端管箱筒节长度500MM，后端管箱筒节长度260MM。支座。卧式换热器多采用鞍式支座，立式换热器可采用耳式支座，大型立式换热器也可采用裙座支座承。当采用耳式支座，公称直径DN800MM时，应至少安装2个支座，且对称布置；工程直径DN800MM时，应至少安装4个支座，均匀布置。当选用鞍式支座时，支座在换热器上的布置按下列原则确定（其中个参数代号如图515所示）图23卧式换热器鞍座安装位置1当L3000MM时，取LB（0406）L；2当L3000MM时，取LB（0507）3尽量使LC和L相近。换热器采用鞍式支座，型号为“BI1000JBT471212007”，固定式和滑动式支座各一个，固定式支座安装在靠近冷却水进口端，两支座距离为1700MM，支座螺栓孔中心矩管板密封面650MM。接管。换热器接管选用无缝钢板。蒸汽进口焊接连接，压力表口采用螺纹连接，其余为法兰连接，法兰标准为HGT205922009，法兰类型为板式平焊（PL），法兰密封面为头面（RF），法兰公称压力均为16BAR。采用补偿圈结构进行开孔不强。3强度与稳定性计算31壳程圆筒厚度计算已知条件筒体内径工作压力MDI10MPAP08工作温度筒体长度L3000MM06CT材料0CR18NI19设计参数设计压力设计温度MPAP1006CT通体计算长度L3000MM腐蚀裕量2PAREL205311筒体厚度圆筒承受外压，故需进行稳定性计算。圆筒名义厚度取值为表52规定的最小厚度6MM，取钢板厚度负偏差,则筒体有效厚度为MC60145E筒体外直径20D96,1870LE由GB150表62查得，A000017。查GB150图67，得E191105MPA,A直落在曲线的直线段上，所以MPAEAB652130719235PDPE460圆筒稳定性满足要求。312管箱圆筒已知条件筒体内径工作压力MDI10MPAP40工作温度材料Q235B382CT设计参数设计压力P045MPA设计温度038CT腐蚀裕量焊接接头系数MC125MPAREL35313管箱厚度设计厚度3524085132MPDTICCD考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度。N根据表51，管箱最小厚度应不小于为8MM。所以去管箱名义厚度为，MN8有效厚度26180MN314管箱封头已知条件封头内经工作压力MDI10MPAP40工作温度材料Q235B382CT设计参数设计压力设计温度MPAP450038CT腐蚀裕量焊接接头系数MC125计算压力CMPAT1封头计算厚度315管箱封头厚度352408513240502MPDTIC设计厚度（MM12CD考虑钢板厚度负偏差，可取筒体名义厚度。N4根据表51，管箱最小厚度应不小于为。所以取管箱名义厚度为，M8MN8有效厚度51015026180DIN满足最小厚度要求32水压试验应力校核321压力试验及其强度校核容器制成以后（或检修后投入生产前），必须作压力试验或增加气密性试验，其目的在于检验容器的宏观强度和有无渗漏现象，即考察容器的密封性，以确保设备的安全运行。对需要进行焊接后热处理的容器，应在全部焊接工作完成并经热处理之后，才能进行压力实验和气密性试验；对于分段交货的压力容器，可分段热处理，在安装工地组装焊接，并对焊接的环焊缝进行局部热处理之后，再进行压力试验。压力实验的种类、要求和试验压力值应在图样上注明。压力试验一般采用液压试验，对于不适合作液压试验的容器，例如容器内不允许有微量残留液体，或由于结构原因不能充满液体的容器，可采用气压试验。液压试验液压试验一般采用水，需要时也可采用不会导致发生危险的其他液体。试验时液体的温度应低于其闪电或沸点。奥氏体不锈钢制容器用水压进行液压试验后，应将水渍清除干净。当无法清除时，应该控制水中氯离子含量不超过25MG/L。试验温度对碳钢、16MNR、15MNNBR和正火的15MNVR钢制容器液压试验时，液体温度不得低于5；其他低合金钢制容器液压试验时，液体温度不得低于15。如果由于板厚等因素造成材料无塑性转变温度升高，则需相应提高试验液体的温度。试验方法试验时容器顶部应设排气扣，充液时应将容器内的空气排尽，试验过程中应保持容器观察表面干燥；试验时压力应缓缓上升至设计压力无泄漏，再缓缓上升，达到规定的试验压力后，保压时间一般不少于30MIN。然后将压力降至规定试验压力的80，并保持足够长的时间以对所有焊接接头和连接部位进行检查。如有渗漏，修补后重新试验，直至合格。对于夹套容器，先进行内筒液压试验，合格后再焊夹套，然后进行夹套内的液压试验；液压试验完毕后，应将液体排尽并用压缩空气将内部吹干。本换热器的设计采用水压试验来检验强度应力的校核。322管程水压试验压力562013425251MPAPTT取。由于壳程试验压力小于管程试验压力，故去壳程试验压力等MPAPT70于管程试验压力。323管程试验压时圆筒应力2546210572MPADPEIT89390RL试验应力满足要求。324壳程试验时圆筒应力06534210572MPADPEIT890RL实验应力满足要求。33开孔补强331壳程筒体开孔补强已知条件壳体材料0CR18NI9,许用应力MPAT137内径名义厚度MDI10MN6厚度负偏差腐蚀裕量C602C有效厚度接管材料0CR18NI9E45许用应力外径MPAT137MD370名义厚度厚度负偏差MNT8CT01腐蚀裕量02TCCTTT21有效厚度强度削弱ET7RF开孔直径3682370MDTNT有效补强宽度62MB外侧有效高度951HNT内侧有效高度02根据外压圆筒稳定性计算方法，试算得到圆筒和接管的计算厚度分别为和。M15T9332开孔削弱所需的补强面积（MM2935136501250RETFDA壳体多余金属面积1RETEFB7263635451591MM2接管多余金属面积RETRTEFCHFHA22212539（7092）10655（MM2焊缝金属面积（MM2363有效补强面积（MM2782591321AE需要另加补强面积（MM234E采用补强圈补强，选用标准补强圈，外径620MM，则补强圈20476TJB计算厚度为362015M取补强圈名义厚度为6MM。管箱筒体开孔补强通过计算不需另加补强（此出计算略。34管板计算341壳程圆筒设计压力设计温度MPAPS1006CTS平均金属温度装配温度6CTS015T材料名称0CR18NI9设计温度下的的许用应力PAT137平均金属温度下的弹性模量MES509平均金属温度下的热膨胀系数60CM壳程圆筒内经壳程圆筒名义厚度MDI10MS6壳程圆筒有效厚度MES45壳体法兰在设计温度下的弹性模量MPAEF51093壳程圆筒内直径横截面积22847MDAI壳程圆筒金属横截面积46SIS342管箱圆筒设计压力设计温度MPAT450038CTT材料Q235B设计温度下弹性模量PAEH51092管箱圆筒名义厚度（管箱为高颈法兰取法兰颈部大小端平均值）MH8管箱圆筒有效厚度MHE6管箱法兰设计温度下弹性模量MPAET51092343换热管材料名称0CR18NI9管子平均温度035CT设计温度下管子材料许用应力MPAT137设计温度下管子材料屈服应力RTEL8设计温度下管子材料弹性模量ET509平均金属温度下管子材料弹性模量PAT142平均金属温度下管子材料热膨胀系数605CMAT管子外径管子壁厚MD250T管子根数N548换热管中心距S36MM一根管子金属横截面积51420DATT换热管长度L30管子有效长度（两管板内测间距，假设管板厚度为31MM）L2938MM管束模量5236MPALDNEKITT管子回转半径MDIT162841202管子受压失稳当量长度LCR3系数7142TELRREC比值6ILCR管子稳定许用压应力ILCRMPACILRRCTELCR345212344管板材料名称0CR18NI9设计温度06CTP设计温度下许用应力MPATR512设计温度下弹性模量EP093管板腐蚀裕量假设管板厚度31MM02C管板计算厚度M6隔板糟面积（包括拉杆和假管区面积）MM210DA管板强度削弱系数管板刚度削弱系数404管子加强系数，K905LENADKPTI3182管板和管子连接形式和尺寸焊接，焊接高度ML53焊接许用拉脱应力MAPT56035法兰351管箱法兰材料名称Q245R（正火）管箱法兰厚度法兰外径MF48MDF130基本法兰力矩NM1037管程压力操作工况下法兰力矩MNP105237法兰力矩的计算GB150第9章进行）法兰宽度MDBIFF62比值0IH048IFD系数（按，查GB1511999图25）IHDIFC系数（按，查GB1511999图26）IHIF0137旋转刚度835213HIFFIFEDBK352壳体法兰材料名称0CR18NI9壳体法兰MF27法兰外径DF130法兰宽度BIFF652比值，054IS07IF系数（按，查GB1511999图25）IFIHD,0C系数（按，查表GB1511999图26）IFIH,51476旋转刚度351213HIFFIFEDBK法兰外径与内经之比1IF旋转刚度量纲一参数0264TFFK353系数计算管板第一弯矩系数（按K，查GB1511999图27）F1260M系数7168FM系数（按K，Q或查GB1511999图29（A或（B）13462G换热管束与不带膨胀节壳体刚度之比74STAENAQ管板第二弯矩系数按K，Q或查GB1511999图28（A）或（B4632M系数064211CM系数（K，Q查图30）133G法兰力矩折减系数490FFK管板边缘力矩变化系数05321FFM法兰力矩变化系数72310MKFF354管板参数管板开孔后面积106452521MDNA管板布管区面积980SDT管板布管区当量直径124DTT系数6570AL系数134LNA系数57QS系数4810640T管板布管区当量直径与壳体内径之比区量纲一宽度9761TKK36压力作用下的危险组合工况SP361仅有壳程压力作用下的危险组合工况SP表31仅有壳程压力作用下的危险组合工况（）S0TP不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差00TATST0000004178当量压力组合SCP0101AMP有效压力组合STAE055713基本法兰力矩系数AIMPDM340046280001985管板边缘力矩数100449600006627管板边缘剪切力系数3089004553管板总弯矩系数12M3582001448系数EG1仅用于时0KE310475000192系数I1当时，按K和M查图31（B）当时，按K和M查图31（A）实线0084101557系数1G,AX,1LIEI1008410145管板径向应力系数214GQR0040640003201管板布管区周边处径向应力系数00573700001061432GQKMR管板布管区周边处切应力系数2P004832002208壳体法兰力矩系数1MFMS000670600007334计算机许用计计算机许用应力管板径向应力2IARDP55112185TR10125376TRAMP管板布管区周边处径向应力221IRARMKP3415TR6822TRA管板布管区周边处径向应力IPAPD15275620TR16192185TRAMP壳体法兰应力24FIASFPMY421418TF1074376TFA换热管轴向应力ACTGQ21626937T452CR491441T352CRAP壳程圆筒轴向应力ASCPCA2326416T34779TAM换热管与管板连接拉脱应力LDQT0329658P25835203PAP362仅有管程压力作用下的危险组合工况SP表32仅有管程压力作用下的危险组合工况（）S0TP不计温差应力计温差应力换热管与壳程圆筒热膨胀变形差00TATST0000004178当量压力组合1TCP05190519AMP有效压力组合TTAE38171626操作情况下法兰力矩系数AIPPDM3400077260001813管板边缘力矩系数PO0077260001813管板边缘剪切力系数0530801246管板总数弯矩系数12M251802066系数EG1仅用于时0MKE310333900274系数I1当时，按K和M查图31（B）当时，按K和M查图31（A）实线00909902158系数1G,AX,1LIEI100909902158管板径向应力系数214GQR0009875000437管板布管区周边处径向应力系数00090600013871432GQKMR管板布管区周边处切应力系数214GQP001085002025壳体法兰力