毕业设计（论文）-流量为200th双管程固定管板式换热器设计（全套图纸）

课题名称流量为200T/H双管程固定管板式换热器设计者宋雅诗图号GK312202011801设计参数管口表容器类别符号公称尺寸用途或名称参数名称壳程管程A450进油管工作压力MPA162B450出油管设计压力MPA16525C200热水出口工作温度2590D设计温度15095E20放气口介质油水F20放气口介质特性H200冷水进口推荐材料Q34520钢G20排液口腐蚀余量MM203M20排液口焊接接头系数085085程数12传热面积465465换热管推荐尺寸管子与管板连接方式强度焊接强度焊接设计参数壳程壳程介质为热油，由25加热到70；管程管程为水，入口温度为160，出口温度为90；流量为200T/H结构为固定管板式换热器内容摘要本设计为固定管板式换热器，由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成。其结构较紧凑，排管较多，在相同直径情况下面积较大制造较简单。本设计采用单壳程，双管程。管程工作压力2MPA，工作温度90摄氏度，介质为水。壳程工作压力16MPA，工作温度70摄氏度，介质为油。全套图纸，加153893706固定管板式换热器的设计包括管子的规格和排列方式、圆筒、封头、管板的材料选择及厚度设计，拆流板、防冲板的选择等。首先管子的选择是以清洗方面及合理使用管材为原则。管子在管板上的排列方式为三角形排列。因为三角形排列时，管板的强度高、流体短路机会少，且相同管程内可排列更多的管子。壳体厚度计算式是由圆筒薄膜应力准则推导出的。其最小壁厚应不小于封头内径的015。管板是管壳式换热器中最重要的部件之一，在选材时除力学性能外，还应考虑流体的腐蚀性的影响。在计算厚度时，要在满足强度要求的前提下，尽量减少管板的厚度。拆流板最常用的为圆缺型挡板，切去的弓形高度一般取外壳内径的2025。关键字换热器管板ABSTRACTCHANGEAHOTMACHINE,ISHOTPARTSOFCALORIESESOFTHEFLUIDDELIVERTOTHEEQUIPMENTSOFCOLDFLUID,ANDTHENCALLAHEATEXCHANGERCHANGINGTHEHOTMACHINEISTHEINGENERALUSEEQUIPMENTSOFCHEMICALENGINEERING,PETROLEUM,POWERANDFOODANDOTHERMANYINDUSTRIALSECTIONS,OCCUPYANIMPORTANTPOSITIONINTHEPRODUCTIONPRODUCEINTHECHEMICALENGINEERINGINCHANGEHOTMACHINEASHEATINGAPPARATUS,WATERCOOLER,CONGEALEDMACHINE,EVAPORATEAMACHINEANDAGAINFEIMACHINEETC,APPLYMOREEXTENSIVELYTHISDESIGNTOPICFLOATSATYPETOCHANGEFORTHE105TS/HVAPORWATERFORTHEDISCHARGEHOTMACHINE,FLOATATYPETOCHANGEHOTMACHINEOFACARRYTOTAKECAREOFPLANKANDHULLBODYFIX,BUTANOTHERONETHETUBEPLANKCARRYINGCANFLOATINTHEHULLFREEDOMINSIDETHEBODY,HULLBODYANDCONTROLFREETOINFLATION,PASTBETWODIFFERENCEINTEMPERATURESTHATLIEQUALITYMOREBIG,CONTROLTOPRODUCEADIFFERENCEINTEMPERATUREINRESPONSETOTHEDINTWITHOFHULLBODIESNOTFLOATAHEADTOCARRYTODESIGNCANDISMANTLESTRUCTURE,MAKINGTOCONTROLCANEASILYINSERTORDRAWOUTAHULLBODYCANALSODESIGNCANNOTDISMANTLEOFFIX,CLEANEDTOPROVIDECONVENIENCEFORCHECKLIKETHISBUTSHOULDCHANGEHOTMACHINESTRUCTUREMORECOMPLICATED,ANDFLOATTOCARRYASMALLCOVERCANNOTKNOWTOREVEALACIRCUMSTANCEWHILEOPERATING,CONSEQUENTLYNEEDTOSPECIALLYNOTICEITTOSEALCOMPLETELYWHILEINSTALLINGTHEFLOATINGTHEADVANTAGETHATATYPECHANGESAHOTMACHINECANDRAWOUTFORCONTROLINGANDCLEANATUBE,HULLDISTANCEBYCONVENIENCELIEAQUALITYDIFFERENCEINTEMPERATURETOBEFREEFROMRESTRICTIONCANUNDERTHEHEAT,HIGHPRESSUREWORK,THEGENERALTEMPERATUREISSMALLERTHANTOEQUAL450DEGREES,THEPRESSUREISSMALLERTHANTOEQUAL6,400,000,000,000PASCANUSEDFORKNOTTINGTHEDIRTMORESERIOUSSITUATIONCANUSEDFORTAKINGCAREOFADISTANCETOEASILYDECAYSITUATIONTHEWEAKNESSLEAKSFORBEINGSMALLTOFLOATINSIDEEASYOCCURRENCEMETALMATERIALCONSUMESTOHAVEGREATCAPACITY,THECOSTIS20INHEIGHTTHESTRUCTUREISCOMPLICATEDCOMPUTEINTHETRADITIONALCRAFTININCLUDETOTRANSMITHEATANAREACALCULATION,SPREADACALORIESCALCULATIONANDTRANSMITHEATCOEFFICIENTTOREALLYSETTLEANDCHANGEHOTPATHINSIDETHETUBEANDCHANGEHOTTUBEMODELNUMBEROFCHOICE,ANDTRANSMITHEATCOEFFICIENT,PRESSTODECLINEANDCHECKINGOFWALLCALCULATEETCPROBLEMINSTRENGTHCOMPUTEWINMAINDISCUSSIONOFISATUBEBODY,TUBEBOXANDHEAD,TAKECAREOFPLANKTHICKNESSCALCULATIONANDFOLDTOFLOWPLANK,METHODORCHIDANDMATASLICEANDCONNECTORAND,BOXOFFTHEDESIGNOFZEROPARTSESLIKEPLANK,ETCS,ALSONEEDTOCARRYONSOMESTRENGTHPITINTHESCHOOLHAVETOCONSIDERFLOATINGPATHDOOUTSIDEATUBEKNOTHOLEWHILEDESIGNINGITSOUTSIDEPATHSTURNTOSHOULDBESMALLERTHANPATHDIINSIDETHEHULLBODY,GENERALLYRECOMMENDFLOATMURALTHECLEFTINSIDEATUBEPLANKANDHULLBODYB135MMSLIKETHIS,AFTERBEINGTHEHOOKTURNOFFLOATINGATOTOREDOWN,CANIMMEDIATELYWILLCONTROLFROMTHEHULLBODYINSIDEDRAWOUTINORDERTOINCARRYONCHECKTOFIX,CLEANFLOATTHECRANIUMJUSTCANCARRYONASSEMBLEAFTERCONTROLINGTOPACKINTO,SOSHOULDCONSIDERPROMISINGTOFLOATNECESSARYSPACEFORCRANIUMTOASSEMBLEINTHEDESIGNTHISDESIGNISACCORDINGTOTHEGB151TUBEHULLTHETYPECHANGEHOTMACHINEANDTHEGB150THESTEELSYSTEMPRESSURECONTAINERDESIGNCHANGETHEHOTMACHINEISINEACHREALMOFWORK,AGRICULTURESHOULDCARRYVERYEXTENSIVELY,INTHEDAILYLIFETRANSMITHEATANEQUIPMENTSALSOEVERYWHEREITISTHUSCLEARTHAT,ISONEOFINDISPENSABLECRAFTEQUIPMENTSESKEYWORDCHANGEAHOTMACHINEFLOATTOTAKECAREOFPLANKTRANSMITHEATACALCULATIONTHESTRENGTHSCHOOLCHECKS目录第一章综述111引言112结构213类型314非金属材料换热器3141流道的选择3142操作强化415近期国内外开发研究的发展方向4第二章工艺计算说明书921原始数据922定性温度及物性参数923传热量与油流量1024有效平均温差1025管程换热系数1026结构的初步设计1127壳程换热系数计算1128传热系数计算1229管壁温度计算12第三章结构设计说明书1231换热管材料及规格的选择和根数的确定1232布管方式的选择1333筒体内径的确定1335封头形式的确定1436管箱短节壁厚计算1537容器法兰的选择15第四章管板尺寸的确定及强度计算1741筒的计算1742对于延长部分兼作法兰的管板的计算1843假定管板的厚度计算2144G2值的取得2445法兰厚度的计算2446法兰力矩的的危险组合25461只有壳程设计压力PS，而管程设计压力PT0，不计膨胀节变形差（即R0）。25462只有壳程设计压力，而管程设计压力PT0，并且计入膨胀变形差。26463只有管程设计压力PT，而壳程设计压力PS0，不计膨胀节变形差时28464只有管程设计压力PT，而壳程设计压力PS0，同时计入膨胀变形差时29465由管板计算厚度来确定管板的实际厚度3047是否安装膨胀节的判定3148折流板尺寸的确定3149各管孔接管及其法兰的选择31410设备法兰的选择33411拉杆和定距管的确定35412开孔补强计算36413筒体管箱耐压试验的应力校核计算38414支座的选择及应力校核394141支座的选择394142鞍座的应力校核40参考文献44致谢45沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章综述1第1章综述11引言换热器的发展已经有近百年的历史，被广泛应用在石油、化、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域。进入80年代以来，由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越来越引起关注。按照用途来分预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。按照制造热交换器的材料来分金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照温度状况来分温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。按照热流体与冷流体的流动方向来分顺流式、逆流式、错流式、混流式。按照传送热量的方法来分间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。目前在发达的工业国家热回收率已达96,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的3540。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约70。其余30为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备,其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化,换热器也趋于大型化,并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以CFDCOMPUTATIONALFLUIDDYNAMICS、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。换热器是是传热流体与冷流体设备，换热器，也被称为热交换器的一部分各类类型的热交换器作为一个过程中必不可少的设备，广泛应用于化工，制药，电力，冶金，交通，制冷，轻工等行业。这取决于如何生产工艺和生产规模，设计投资，能耗低，传热效率高的过程中，维护热交换器，旨在提高技术水平的容易具有十分重要的意义。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章综述2热交换器的分类由于制造工艺和科学水平，早期的热量只有一个简单的结构，并且一个小的传热面积，体积庞大和笨重，如蛇管式换热器的限制。随着制造工艺的发展，逐渐形成一个管壳式换热器，它不仅具有较大的单位体积的传热面积和传热效果也不错，很长一段时间，成为在工业生产中的热的典型变化。20世纪20年代出现板式换热器，并在食品工业中使用。与代管制成，结构紧凑，传热效果好，从而逐渐发展成为各种形式的板式换热器。30年代初，瑞典首次成螺旋板式换热器。那么英国的法律体系营造钎焊铜及铜合金由冷却飞机发动机的板翅式换热器制造。30年代后期，瑞典创造了纸浆厂第一壳式换热器。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的散热问题，人们的新材料开始关注到热交换器。12结构由壳体，换热管，管板，由折流板（挡板）和管箱和其它部件。多圆柱形壳体，与内部的管束，管束两端固定在管板上。在管道中流动的两个热和冷的热交换流体，被称为管流体在另一流管，称为壳侧流体。以提高传热系数管流体，安装于所述壳体通常是几个挡板。快门速度可以提高流体的外壳，迫使流体从束所需的多个横向，增强流体湍流程度。在管板管可设置在等边三角形或正方形。安排在一个更加紧凑，管外流体的湍流，传热系数高度等边三角形外管易于清洁，方便适用流体结垢方安排。以提高在管中的流体的速度，该管可以在分离器室的两端被提供时，整个管道被分成几组。仅通过该管，该束多次在来回，这就是所谓的多管的这种流体的一部分。同样地，为了增加外管的流率，所述纵向挡板可以安装在外壳中，从而迫使流体通过几种已知的多壳的容纳空间。多管壳，并且可以与多个应用程序中使用。通过管束每一次所谓的流体每一次由壳称为SHELL。图示为最简单的单壳单管式换热器，换热器简称为11。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章综述313类型因为流体，所述壳体和所述热交换管束的随之而来的温度的类型的内管和外管的温度是不同的。如果两个温度相差很大，就会有该热交换器内的显著热应力，从而导致管的弯曲，断裂，或从管板拉断。因此，当管束与壳体温固定管板换热器管的管板和壳体的两端成一体，结构简单，但只适用于冷热流体和壳式换热器温差小操作，无机械清洗时间。当外壳与压力之间的温度差不稍微高，弹性补偿环安装在壳体，以减少热应力上。式换热器管在管板的一端可以是自由浮动的，完全消除了热应力并且整个束可从壳体中移除，以促进机械清洁和保养。广泛使用式换热器，但结构较复杂，成本较高。U型管换热器管是每个弯曲成U形管两端分别固定于下两个领域相同的电路板，由舱壁成进出口商会内管的手段。这样的热交换器被完全消除应力，浮动磁头结构较简单，容易清洗管。14非金属材料换热器热的腐蚀性化学品生产流体，需要使用陶瓷，玻璃，聚四氟乙烯，石墨和管壳式换热器的其它非金属材料制成。这类换热器的性能差，仅对于低压力，振动，温度低的应用程序。141流道的选择热和冷的热交换流体，根据以下原则来选择通道不洁应该去易结垢流体管，因为管清洗更方便腐蚀性流体宜走管，使管束与壳体而腐蚀高流体压力管应该去，以避免在压力下的情况应的饱和蒸汽，蒸汽冷凝传热系数的壳由于流速是独立的，且易于冷凝液排出如果两种流体大的固定管板式换热器的选择，之间的温差应使流体的传热系数去大壳，以减少热应力。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章综述4142操作强化当壁传热的两侧系数相差很大时（换热器，诸如之间的液体和气体粘度小），应尽量减少对低热阻侧的传热系数。如果外热管的系数很小，雄性，可以使用（低翅片管），流体，以增加传热面积和紊流管的外侧，降低了热阻。如果将内管的传热系数小，可以设置捻铁，螺旋线圈和其它添加剂中的管，以提高内管的扰动，强化传热，当然，然后该流体的流动阻力也将增加。预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。3、过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。三、按换热器的结构分类可分为式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。15近期国内外开发研究的发展方向1非金属材料应用。非金属材料在一定的范围内具有金属材料不可比拟的优点。石墨材料具有优良的导电、导热性能,较高的化学稳定性和良好的机加工性,氟塑料具有特别优良的耐腐蚀性。氟塑料耐腐蚀性能极强,并且与金属材料相比还具有成本上的优势。复合材料如搪瓷玻璃具有优良的耐腐蚀性能、良好的耐磨性、电绝缘性以及表面光滑不易粘附物料等优点,已经用于制作换热产品。陶瓷材料因其优异的耐腐蚀性、耐高温性能而引起工业界的高度重视,已经在换热产品的制造中得到应用。2计算流体力学和模型化设计的应用。在换热器的热流分析中,引入计算机技术,对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直接模拟仿真,以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上,在换热器的模型设计和设计开发中,利用CFD的分析结果和相对应的模型实验数据,使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计。3加强实验和理论研究。采用先进的测量仪器来精确测量换热器的流场分布和温沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章综述5度场分布,并结合分析计算,进一步摸清不同结构的强化传热机理。采用数值模拟方法对换热器内流体流动和传热过程进行研究,预测各种结构对流场及传热过程的影响。4有源技术研究。如利用振动、电场方法强化传热的机理研究、试验研究,给出对比试验数据,提出理论计算模型。5强化结构组合研究。为达到管壳程同时强化的目的,强化结构组合研究将成为近期传热强化技术研究的发展方向。6气动喷涂7俄罗斯提出了一种先进方法，即气动喷涂法，来提高翅片化表面的性能。其实质是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷金属陶瓷混合物，从而得到各种不同性能的表面。通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为了评估翅片管换热器元件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂AC铝，并添加了24A白色电炉氧化铝。将试验所得数据加以整理，便可评估翅片底面的接触阻力。将研究的翅片的效率与计算数据进行比较，得出的结论是气动喷涂翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点，又对基部管子与表面翅片的过渡区进行了金相结构分析。8对过渡区试片的分析表明，连接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以，气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成，能促进粉末粒子向基体的渗透，这就说明了附着强度高，有物理接触和金属链形成。因而气动喷涂法不但可用于成型，还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上，也可用来对普通翅片的底面进行补充加固。可以预计，气动喷涂法在紧凑高效换热器的生产中，将会得到广泛应用。9螺旋折流10在管壳式换热器中，壳程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统Z字形流道，这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死角又能造成壳程结垢加剧，对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。其后果是，与活塞流相比，弓形折流板会降低净传热。优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求，故常为其他型式的换热器所取代如紧凑型板式换热器。对普通折流板几何形状的改进，是发展壳程的第一步。虽然引进了密封条沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章综述6和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能，但普通折流板设计的主要缺点依然存在。11为此，美国提出了一种新方案，即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性已为流体动力学研究和传热试验结果所证实，此设计已获得专利权。此种结构克服了普通折流板的主要缺点。螺旋折流板的设计原理很简单将圆截面的特制板安装在“拟螺旋折流系统”中，每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一，其倾角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接，与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠，如欲缩小支持管子的跨度，也可得到双螺旋设计。螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的灵活性，可针对不同操作条件，选取最佳的螺旋角；可分别情况选用重叠折流板或是双螺旋折流板结构。12麻花管13瑞典ALARES公司开发了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单，但有许多激动人心的进步，它获得了如下的技术经济效益改进了传热，减少了结垢，真正的逆流，降低了成本，无振动，节省了空间，无折流元件。14由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动，促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40，而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照ASME标准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。15螺旋管式16在管子上缠绕金属丝作为筋条翅片的螺旋管式换热器，一般都是采用焊接方法将金属丝固定在管子上。但这种方法对整个设备的质量有一系列的影响，因为钎焊法必将从换热中“扣除”很大一部分管子和金属丝的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎会造成机器和设备堵塞，随之提前报损。17螺旋板式18螺旋板式换热器沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章综述719传热元件由螺旋形板组成的换热器。20螺旋板式换热器是一种高效换热器设备，适用汽汽、汽液、液液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按结构形式可分为不可拆式（型）螺旋板式及可拆式（型、型）螺旋板式换热器21螺旋板式换热器结构及性能22本设备由两张卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介质，也能达到理想的换热效果。23在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。24I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。25II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。26III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。27单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定并联组合、串联组合、设备和通道间距相同。混合组合一个通道并联，一个通道串联。28变声速压29变声速增压热交换器即两相流喷射式热交换器，广泛适用于汽水换热的各个领域。由中国洛阳蓝海实业有限公司自主研发。它以蒸汽为动力，通过汽水压缩混合，使水温瞬时升高，利用压力激波技术达到无外力增压的效果，显著的节能和增压特点大大降低了用户使用成本，可取代传统的热交换器。30变声速增压热交换器是一种混合型汽水换热设备，蒸汽经过绝热膨胀技术处理以射流态引入混合腔与经过膜化处理的被加热水在蒸汽冲击力作用下均匀混合，形成具有一定计算容积比的汽水压缩混合物，当其瞬间压缩密度达到一定值时便形成了两相流体场现象。在场态的激化下，该混合物的声速值出现突破声障临界沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第一章综述8的过渡性转变，同时爆发大量压力激波，压力激波单向传导特性使瞬间达到设计温度的热水在不变截面管道中出现压力升高却不回流现象。变声速增压热交换技术是以两相流体场的有序激化强制完成瞬时换热无外力增压双效应。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章工艺计算说明书9第二章工艺计算说明书21原始数据管程水的进口温度T1160管程水的出口温度T190管程水的工作压力P12MPA壳程油的入口温度T225壳程油的出口温度T270壳程油的出口压力P216MPA壳程油的流量G1200000KG/H22定性温度及物性参数管程水定性温度T1125管程水密度查物性表得1945KG/M3管程水比热查物性表得CP1424KJ/（KG）管程水导热系数查物性表10685管程水粘度1027103PAS管程水布朗特数查物性表得PR14壳程油定性温度T2475壳程油比热查物性表得CP221KJ/（KG）壳程油密度查物性表得2800KG/M3壳程油导热系数查物性表得2013W/（M）壳程油粘度2091103PAS壳程油布朗特数查物性表得PR161沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章工艺计算说明书1023传热量与油流量取定换热效率098则设计传热量QG1CP1（T1T1）1000/3600200000424（9020）0981000/36001616107W由QG2CP2（T2T2）导出油流量G2得G266456KG/S24有效平均温差TM（T2T1）（T1T2）/（T2T1）/（T1T2）（7090）（9025）/（7090）/（9025）622参数P（T1T2）/（T1T2）（90145）/（20145）044参数R（T1T1）/（T2T2）（2090）/（90145）12727换热器按单壳程2管程设计则查得管壳式换热器原理与设计P21温差校正系数078有效平均温差08862248516NNTT25管程换热系数初选传热系数K0240（M2K）则初选传热面积为5369106/（24048516）4611M2T/F0选用2525的无缝钢管做换热管。则管子外径D025MM管子内径DI20MM管子长度L6000MM则需要换热管根数4611/（3140025（6LD143/FN00T0050003）988可取换热管根数为988根沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章工艺计算说明书11则管程流通面积998/23140022/40155M2/4D31N/A2IP1管程流速200000/（94501553600）0379M/S60G管程雷诺数9450379002/（027103）26530/RE1I1管程传热系数（化工原理P248）8672142900685/23PR/D023080418I1126结构的初步设计查GB1511999知管间距按125D0取管间距S0032M管束中心排管数；NC111134根NT98则壳体内径0032（341）400251156M0I4D1SD筒内径DI12M则长径比L/DI6/125合理折流板选择弓形折流板弓形折流板的弓高H（02045）DI0251203折流板间距BDI/312/304折流板数量NBL/B16/04114块27壳程换热系数计算壳程流通面积015205/3124/SD1DBF02壳程流速665/（8000105）0791/G2壳程质量流速80007916328W壳程当量直径DN/D0T20T2IE（12298800252）/（9880025）003壳程雷诺数800079003/9110520835E2/R切去弓形面积所占比例按H/DI03/12025沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章工艺计算说明书12传热因子L/DE6/003200得JS56管外壁温度假定值TW240壁温下水的粘度W62105PAS粘度修正系数（91/62）014105014W2/壳程传热系数JS013/0031611/310556643/3DEPR128传热系数计算查GB1999第138页可知油侧污垢热阻R20000172（M2/W）管程水污垢热阻R10000176（M2/W）由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计可以计算出总传热系数26/D1/DR1/KI0I02I则传热面积比为KI/K02626/240109（合理）29管壁温度计算管外壁热流密度计算2708106/（98831400256）58193W/M2LDN/QQ0T02管外壁温度5558193（1/6430000172）397R1QT22W2误差校核TW2TW23974003误差不大合适第三章结构设计说明书31换热管材料及规格的选择和根数的确定序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1换热管材料202换热管规格252560003传热面积AM2AQ/KTM465沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第二章工艺计算说明书134换热管根数N根NA/314DL988沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章结构设计说明书1432布管方式的选择序号项目符号单位数据来源和数据计算数值1转角正三角形GB1511999图112换热管中心距SMMGB1511999表12323隔板槽两侧相邻管中心距SNMMGB1511999表124433筒体内径的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1换热管中心距SMMGB1511999表12322换热管根数NT根NTA/314DL9883管束中心排管根数NC根NC11T344换热管外径D0MM255到壳体内壁最短距离B3MMB3025D06256布管限定圆直径D1MMDLDI2B3114357筒体内径DIMMDIS（NC1）4D11568实取筒体公称直径DMMJB/T473795120034筒体壁厚的确定沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章结构设计说明书15序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力PCMPAPC11P1652筒体内径DIMM见三812003筒体材料20R4设计温度下筒体材料的许用应力TMPAGB150981505焊接接头系数0856筒体设计厚度MMPCDI/（2TPC）787腐蚀裕量C2MM28负偏差C1MM09设计厚度DMMDC29810名义厚度NMMGB1511999项目5321435封头形式的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1封头内径DIMM12002计算压力PCMPAPC11P253焊接接头系数0854设计温度下许用压力TMPAGB1511999项目5321505标准椭圆封头计算厚度MMPCDI/（2T05PC）1186腐蚀裕量C2MM27负偏差C1MM08设计厚度DMMDC21389名义厚度NMMGB1511999项目5321410直边高度HMMJB/T47379540沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章结构设计说明书1636管箱短节壁厚计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力PCMPA1PC1652管箱内径DIMM12003管箱材料20R4设计温度下许用应力TMPAGB150981505管箱计算厚度MMPCDI/（2TPC）786焊接接头系数MM0857腐蚀裕量C2MM28负偏差C1MM09设计厚度DMMDC29810名义厚度NGB1511999项目5321437容器法兰的选择序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1法兰类型长颈对焊法兰JB/T47032000PN25MPA2法兰外径D0MMJB/T4703200013953螺栓中心圆直径D1MMJB/T4703200013404法兰公称直径DNMMJB/T4703200012005法兰材料16MNR6垫片类型JB/T47032000PN25MPA7垫片材料GB/T398519958垫片公称直径DNMMJB/T4704200012009垫片外径D0MMJB/T47042000127510垫片内径DMMJB/T470420001225沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第三章结构设计说明书1711法兰厚度MMJB/T470420008512垫片厚度1MMJB/T47042000313螺栓规格及数量248M27沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算18第四章管板尺寸的确定及强度计算本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即GB1511999项目57中，图18所示E型连接方式的管板。A、确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布管方式；以上项目的确定见项目一至七。41筒的计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1筒体内径DIMM12002筒体内径横截面积AMM2/4D2I11304003筒体厚度SMM144圆筒内壳壁金属截面积ASMM2SIS53367005管子金属总截面积NAMM2DNATT1563156换热管根数N9887换热管外径DMM258换热管壁厚TMM259换热管材料的弹性模量ETMPAGB1501998表F518200010换热管有效长度LMM598011沿一侧的排管数N3012布管区内未能被管支撑的面积ADMM2086SNAD1720013管板布管区面积ATMM2DT280200314管板布管区当量直径DTMMDT/T410107715换热管中心距SMMGB151199932沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算1916隔板槽两侧相邻管中心距SNMMG板布管内开孔后的面积A1MM2A1ATND2/480200218系数A1/A07119壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比QQETNA/ESAS27120壳程圆筒材料的弹性模量ESGB1501998表F519600021系数NA/A101922系数SS0406（1Q）/35423系数TT04（1）（06Q）/55424管板布管区当量直径与壳程圆筒内径比PTPTDT/DI08425管子受压失稳当量长度LCRMMGB1511999图3226设计温度下管子受屈服强度STMPAGB1501998表F219642对于延长部分兼作法兰的管板的计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1垫片接触宽度NMMGB1501998表91252垫片基本密度宽度BOMMBON/21253垫片比压力YMPAGB1501998表92114垫片系数M205垫片有效密封宽度BMMB2530B96垫片压紧力DGMMDGD02B1260沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算207预紧状态下需要的最小螺栓载荷WANWA314DGBY391372758操作状态下需要的最小螺栓载荷WPNWP078DG2PC628DGBMPC257813209常温下螺栓材料的许用应力BMPAGB1501998表F4272510预紧状态下需要的最小螺栓面积AAMM2AAWA/B14362511操作状态下需要的最小螺栓面积APMM2APWP/B1194610312需要螺栓总截面积AMMM2AMMAXAA，AP1194610313法兰螺栓的中心圆直径DBMM134014法兰中心至FC作用处的径向距离LGMMLG（DBDG）/240515基本法兰力矩MMNMMMMAMLGB10410816筒体厚度0MM14沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算2117法兰颈部大端有效厚度1MM1175024518螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交的径向距离LAMMLA（DBDI）/2145519螺栓中心处至FT作用位置处的径向距离LTMMLTLALG1/2527520螺栓中心距FD作用处的径向距离LDMMLD（DBDI）/27021作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力FDNFD0785DI2PC2113848沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算2222流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差FTNFTFFDF2719998PC078D2G99660615099623操作状态下需要的最小垫片压力FGNFG628DGBMPC266133463223法兰操作力矩MPNMMMPFDLDFTLTFGLG19110843假定管板的厚度计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算231布管区当量直径与壳程圆筒内径之比TTDT/DI0842系数CCGB1511999P31表22027963管板材料16MNR4设计温度下管板材料许用应力RTMPAGB1501998（P15）1385管板刚度削弱系数GB1511999046壳程设计压力PSMPA1877管程设计压力PTMPA228管板设计压力PDMPAMAXPTPT，PT，PS229管板厚度082DG/PDCC108910换热管加强系数KK1318DI/1452沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算2411管板周边不布管区的无量纲参数KKK（1T）23212换热管材料弹性模量ETMPAGB1501998表F518610313管束模数KTMPAKTETNA/（LDI）40495614壳体法兰材料弹性模量EFMPAGB1501998表F519610315壳体圆筒材料弹性模量ESGB1501998表F519610316壳体法兰宽度BFMMBF（DFDI）/238517系数GB1511999图2600005518壳体法兰与圆筒的选装刚度KFMPA12）（S3EIF2BIEF150519旋转刚度无量纲参数KFKFKF/（4KT）00031沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算2544G2值的取得序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1管板第一矩系数M1GB1511999图270642系数M1/（KKF）15203系数G2GB1511999图315845法兰厚度的计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1管箱法兰材料的弹性模量EFMPAGB1501998表F51861032管箱法兰厚度FMMJB/T4702200010893系数GB1511999图260000554管箱圆筒与法兰的旋转刚度参数KFMPA”）（H3EDIF2BIEF18535系数G3GB1511999图30371046系数KF/（KFG3）08867管板边缘力矩的变化系数MM1/（KF/KF）03778法兰力矩变化系数MFMFKFM/KF0000139管板第二弯矩系数M2GB1511999图28（A）180沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算2646法兰力矩的的危险组合461只有壳程设计压力PS，而管程设计压力PT0，不计膨胀节变形差（即R0）。序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1当量压力组合PCMPAPCPS1872系数SS0406（1Q）/0753543有效压力组合PAMPAPASPSRET3944基本法兰力矩系数MMMM4MM/DI3PA00035管程压力下的法兰力矩系数MPMP4MP/（DI3PA）00056法兰力矩折减系数M1M1M1/2K（QG3）00087管板边缘力矩系数MMMMMM100068管板边缘剪切系数VVM009129管板总弯矩系数MM（M1VM2）/（1V）07410系数G1G1MAXGLE，GLI016311壳体法兰力矩系数MWSMWSMMMFM10002712管板径向应力系数RR21QV4000513管板的径向应力RMPARRPA（/）（DI/）2424615TR14管板布管区周边外径向的应力系数RR3（1V）M/4K（QG2）000515管板布管区周边外径向的应力RMPARRPA（/）（DI/）21K/MK2（1414M）/2M72515TR16管板布管区周边剪切应力系数PP（1V）/4（QG2）0032沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算2717管板布管区周边的剪切应力PMPAPPPA（/）（DT/）207705TR18法兰的外径与内径之比KKD0/DI11619系数YGB1501998表95131520壳体法兰应力FMPAF/4YMWSPA（DI/F）2946815TR21换热管的轴向应力TMPATPC1PA2GQV1254CR22壳程圆筒的轴向应力CMPACA/ASPA21759823一根换热管管壁金属的横界面积AMM2ANA/N176624换热管与管板连接的拉托应力QMPAQTA/DL4715TR462只有壳程设计压力，而管程设计压力PT0，并且计入膨胀变形差。序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1壳程圆筒材料线膨胀系数AS1/GB150199811621062换热管材料线膨胀系数AT1/GB150199810881063换热管与壳程圆筒的膨胀变形差RRAT（TTT0）AS（TST0）92741064沿长度平均的壳程圆筒金属温度TS工艺给定905沿长度平均的换热管金属温度TT工艺给定1806制造环境温T020沈阳化工大学科亚学院学士学位论文综述28度沈阳化工大学科亚学院学士学位论文第四章管板尺寸的确定及强度计算297当量压力组合PCMPAPCPSPT11878有效压力组合PAMPAPASPSTRET3949基本法兰力矩系数MMMM4MM/（DI3PA）000310管程压力下的法兰力矩系数MPMP4MP/（DI3PA）000511管板边缘力矩系数MMMMMM1000612管板边缘剪切系数VVM0091213管程总弯矩系数MM（M1VM2）/（1V）07414系数G1G1MAXGLE，GLE016315壳体法兰力矩系数MWSMWSMMMFM1000316管板径向应力系数R（R）（1V）G1/4（QG2）000517管板的径向应力RMPAR（R）PA（/）（DI/）242463TR18管板布管区周边外径向的应力系数R（R）3（1V）M/4K（QG2