固定管板式换热器课程设计

1、列管换热器工艺设计1、根据已知条件，确定换热管数目和管程数：选用25 2.5的换热管则换热管数目：n二人卩二 110: 737.5根Indo 2.5x3.14x0.019故n =738根管程数：对于固定板式换热器，可选单管程或双管程，为成本计，本设计采用单 管程。2、管子排列方式的选择（1）采用正三角形排列（2）选择强度焊接，由表1.1查的管心距t=25mm。表1.1常用管心距管外径/mm管心距/mm各程相邻管的管心距/mm19253825324432:4052384860（3）采用正三角形排列，当传热管数超过 127根，即正六边形的个数a6时， 最外层六边形和壳体间的弓形部分空间较大， 也应

2、该配置传热管。不同的a值时, 可排的管数目见表1.2。具体排列方式如图1,管子总数为779根。表1.2排管数目正六 角形 的数目a正三角形排列六角形对 角线上的 管数b六角形 内的管 数每个弓形部分的管数第一列第二列第三列弓形部 分的管 数管子总 数1377251919373737496161511919161312712771516931818781721742424191927153030110213112339774243912254698 :4851713275479266613142963110590721153172111 :6102823163381712711493117359

3、1913812610451837102714913811651939141115 12162130320411261161341981459214313871714722816162245151918 t158246176523471657191692641921图1.1折流板的管孔及换热管及拉杆分布3、壳程选择壳程的选择：简单起见，采用单壳程。4、壳体内径的确定换热器壳体内径与传热管数目、管心距和传热管的排列方式有关。壳体的内 径需要圆整成标准尺寸。以 400mm为基数，以100mm为进级档，必要时可以 50mm为进级档。对于单管程换热器，壳体内径公式 D =t(b-1) (23)d。mm。

4、式中，t为管心距，单位mm； do为传热管外径，单位对于正三角形排列b =1.1、n将n =779代入，得到b 30.7取 31，D =t(b -1)2.5d。=7 9.5结合换热管的排布图稍加圆整可选定D = 800mm列管换热器零部件的工艺机构设计1、折流板的设计（1）、折流板切口高度的确定 经验证明，20%的切口最为适宜：因此可取 h =0.2D =0.2 800 =160mm切口高度h确定后，还用考虑折流板制造中，可能产生的管控变形而影响换热管 的穿入，故应将该尺寸调整到使被切除管孔保留到小于1/2孔位。验证：h （t 3 2 ） =11.08不合适，调整为h = 165mm（2）、确

5、定折流板间距初步取 B =D5 =160mm圆整取B =200mm板数结合后边甲醇蒸汽进口管的位置，数目取 10块（3）、折流板的排列方式水平切口用得最普遍，这种排列可造成流体激烈扰动，增大传热系数，甲醇 流体也是清洁的，因此本设计采用水平缺口排列方式。（4）、折流板与壳体间隙的选择折流板与壳体的间隙依据制造安装条件，在保证顺利的装入前提下，越小越 好，以减小壳程中旁路损失。折流板的最小外圆直径和下偏差见表2.1表2.1折流板外径/mm公称直径DN300，600，900，1300,1700,2000折流板名义 外径DN2.5DN3.5DN4.5DN6DN8DN9折流板外径 允许偏差-0.5-0

6、.8-1.2根据上表可以选定折流板与壳体内径间的间隙为4.5mm2.2的（5）、折流板厚度的确定折流板厚度与壳体直径、换热管无支撑长度有关，其数值不得小于表规定表2.2折流板厚度壳体公称直径DN换热管无支撑长度300尹0600900 1200，200 1500厚度159-3254571010400-700456101012800-9005781012161000-150068101216161600-20001012162020选定折流板的厚度为5mm（6）、折流板的管孔确定根据表2.3可得，管孔的直径为19.8，允许直径偏差为c.3表2.3换热器折流板管孔尺寸及允许偏差/mm换热管外径d或无

7、支撑跨距1d 32或 1 W900n900且 d 兰 32折流板管孔直径d +0.8d +0.4管孔允许偏差+0.3 02、拉杆、定距管（1）、拉杆的结构形式的确定采用拉杆定距管的结构，拉杆一端用螺纹拧入管板，每两块折流板之间的间 距用定距管固定，每根拉杆上最后一块折流板与拉杆用两个螺母锁紧固定。拉杆的直径和数量可以（2）、拉杆直径和数量 按表2.4和表2.5选取。 在保证大于或等于表六所给定的拉杆总截面积的前提下, 变动，但其直径不的小于10mm,数量不少于4根。表2.4拉杆直径/mm换热管外径1014192532384557拉杆直径101212161616 11616表2.5拉杆数量拉杆直

8、径/mm公称直径DN/mm400700900130015001800700900130015001800401612121550181616206020l.5X51.5X45图2.1拉杆尺寸(4) 、拉杆的布置拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。拉杆位置占据换热管的位置，对于大 直径换热器，在布管区的中心部位或靠近折流板缺口处也应该布置适当数目的拉 杆。拉杆的布置图见图1。3、防冲板本可成设计的管称流体为甲醇蒸汽，其2 : 2230kg/(m.s2)故，不需防冲板4、接管(1)、接管的公称直径表2.7换热器设计工艺条件接管表符号公称尺寸，mm用途a200冷却水进口b200甲醇蒸汽进口c20放气口

9、d80甲醇物料出口e20排净口f200冷却水出口(2) 、接管的壁厚确定由公称直径可以查得相应的接管规格。选得对于DN200选取219 7 mm接管对于DN80选取89 4 mm接管对于DN20选取25 2mm接管(3) 、接管高度的确定接管伸出壳体外壁的长度，主要考虑法兰形式，焊接操作条件，螺栓拆卸, 有无保温层级保温层厚度等因素决定。一般最短应符合下式计算值：l - h hi F 丄15(mm)式中h为接管法兰厚度，hi为接管法兰的螺母厚度，为保温层厚度，I为接 管安装高度。常见接管高度为 150mm,200mm,250mm,300mm=选定的接管高度见表2.8表2.8接管高度公称直径/m

10、mDN 200DN80DN20接管高度/mm2001501505、固定管板结构尺寸(1)、管板结构、尺寸的确定固定管板选用笃定管板兼作法兰的形式，由确定的壳体内径，再依据确定的 设计压力来选择法兰(甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰)，然后根据法兰的相应结构尺寸确定管板的最大外径、密封面位置、宽度、螺栓直径、位 置、个数等，也可直接查课程设计指导书 P109表4-14固定板式换热器管板尺寸 得到有关尺寸。初步选定的尺寸如表2.9,具体的尺寸、结构参照管板零件图表2.9固定管板式换热器管板尺寸/mm公称 直径DNDDiD2D3D4D5D6D7bbicd螺栓 孔数nPN=0.6MPa8009

11、30890790798-800850325-102332(2)、管板孔直径和允许偏差表2.10换热管和管板孔直径允许偏差/mm换 热 管外径10141925允许偏差I级0.150.20II级0.200.40管 板管孔 直径I级P 10.20 d14.2519.2525.25II级10.3014.4019.4025.40允许 偏差I级+ 0.15II级+ 0.15十 0.20三列管式换热器机械结构设计1、传热管与管板的连接 选用强度焊接连接。制造加工方便，保证换热管与管板连接的密封性和抗拉脱强度的焊接，目前采 用较广泛。表3.1强度焊接结构尺寸/mm换热管规格104514219沢2252.532

12、汉338： 34宰357X3.5伸出长度10.5 4.51 40.51.5*52.5祂53他2、管板与壳体及管箱的连接图3-1管板与壳体及管箱的连接3、管箱（1）、管箱的结构形式采用B型（封头管箱）如图3-2所示，这种官箱用于单程或多程管箱，优点 是结构简单，便于制造。图3-2B型管箱（2）、管箱的结构尺寸确定最小长度的确定：（具体结构尺寸参见管箱图纸）这里仅按相邻焊缝间的距离计算 Lg min 一 L2 * L3 L4式中L2_B2 V （当接管无补强圈是，Ldl2 C）（ mm）L 4 二 h2 hi Sp（mm）C _ 4S,且- 50（ mm） 符号说明:C:接管补强圈外边缘至设备法兰

13、或管箱壳体连接焊缝间的距离，mmd1 ;接管内径，mmB :接管补强圈外径，mmh1 :封头内曲面高度，mm h2 :封头直边高度，mmL2 :接管位置尺寸，mmL3 :接管至壳体与封头连接焊缝间距离，mmL4 :封头高度，mmS:管箱壳体厚度，mmLgmin :管箱最小长度，mmSp :封头厚度，mm4 列管式换热器其他结构设计1、法兰选用（1 ）、设备法兰设备法兰分别有甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰。对于的法兰 标准分别为 JB4701、JB4702、JB4703。由于设计压力较低，可选用甲型平焊法兰。选用其中的凹凸面密封形式的法 兰。（具体的结构参数参见图纸）图4-1凹凸密封面

14、U表4-1甲型平焊法兰的结构参数（摘自 JB4701-2000）公称直轻nun怯兰片mm螺柱66d数量=MPaTO81573075074U7373618M1628800915880850飙8373618MIS32SOU1015980950940937401HM16361000113010!105510+510424023M2032HOO123011鮒1155H41113S40曲M2032ITO133012901255124112384423M20 j36（2）、接管法兰的选用 采用板式平焊钢制管法兰，尺寸见表 4-2表4-2板式平焊钢制管法兰 （摘自HG/T 20593-97） /mm公称 直

15、径DN管子直径A连接尺寸法兰 厚度C法兰外径D螺栓中心 圆直径K螺栓 孔直 径L螺栓 孔数 量n螺纹ThABPN0.6MPa2026.9259065114M10148088.98919015018P 4M1618200219.1219320280188M16222、垫片的选用常用的垫片有非金属软垫片、缠绕垫片、金属包垫片。对的标准分别为JB4704、JB4705、JB4706。采用非金属软垫片结构和尺寸分别见图 4-2和表4-3。图4-2非金属软垫片表4-3非金属软垫片结构尺寸（摘自 JB4704-2000）公幕理力0.350.61.01.6J2.54,0仑称直径DN. mmDdn4DD-d訐

16、JD3(*03娅354303/310VM/3543M/31O354365315350按r=1.00W/404353/394/4043M/360404轴4：?3654004W454403/410444/454404/4104544Q465415450卿4S3453/4604*34X501454枠乳504460515宓刖539503544/5545tW/510544/5545C.M/51O565515565515550按PN乂 1.005B9553594/604屈/60+554/560615心6155fi5朋；血&W/654604/610644/fi546W/610665ob665a 15*k*1

17、叱r500期W0460110呂和130a200工20n4550163S1O2755S035022175600165550)0071040024IS51?590TJQ4扣26195700 j170W350S304602tli5ado沏7201010対。幻03$5779t225S10450590403ff号5强度计算1、筒体壁厚计算由工艺设计给定设计温度70 C为设计压力Pc = 0.05MPa选低合金结构钢板 16MnR卷制，材料70 C时的许用应力刁“170MPa，取焊缝系数 =1，腐蚀 裕量C2 =1mm，贝U计算厚度 SPcDi0.05 8000.12mm2crt0 _pc 1x17010

18、.05对于低合金钢，为满足运输刚度要求取S=3mm设计厚度Sd = S C2 = 4mm名义厚度SSd C1 圆整二 4 0.25 0.75 二 5mm有效厚度 Se=Sd-C1-C2 =5 -0.25 -1 = 3.75mm水压试验压力Pt=1 .25p0.0625M P所选材料的屈服应力-3 4MI Pa水压试验应力校核6 二 pT(D S町二 0.0625(800 31Z5)二 6.698M P a2Se2 汇 3.750.9打心0.9 345 1 -310.5M P a所以-t ：0.9；二，水压试验满足强度要求气密试验压力 pt =1.15pc =0.0575MPa2、管箱短节和封头

19、厚度计算由工艺设计给定设计温度40 C为设计压力Pc = 0.45MPa选低合金结构钢板16MnR卷制，材料70 C时的许用应力汀=170MPa，取焊缝系数 =0.85，腐(1)、管箱短节厚度计算计算厚度pcDi2汀-pc0.45 8001 170 0.85 0.45= 1.25mm对于低合金钢，为满足运输刚度要求取 S=3mm设计厚度 Sd二S C2二4mm名义厚度 SSd C1 圆整二4 0.25 0.75 = 5mm有效厚度 Se = Sd C1 C2 = 5 0.25 1 = 3.75mm水压试验压力p1 . 2 5p0.5 6 2 5 M P所选材料的屈服应力3 4 Ml P a水压试验应力校核ct = pT(Di Se)= 0.5625(800 3.75)= 60.2 8 M Pa2Se2 汉 3.750g =0.9 345 1 =310.5MPa所以t ;:0.9，水压试验满足强度要求 气密试验压力pt =1.15pc =0.517MPa(2)、封头的厚度计算 封头采用标准封头封头厚度S二pcDi2汀-0.5pc0.458001 170 0.85 0.5 0.45:1.25mm对于低合