U型管换热器设计说明书(2)

1、流体 流量 进口温度 出口温度 压力 煤油 10iA 18SFC 40DC IMPa. 水 ?tA 20&C 40T 。占 MPa 一热力计算 1换热量计算 Q = 817J2A7/ Q mi * (i 一骂) 10000 = 817.32 % = 9.77A7/S 2冷却剂用量计算 Q _ B17.32-1000 =4183 * (40- 20) =g力碎 由于水的压力较之煤油较大，黏度较之煤油也较大，所以选择水为壳程, 煤油为管程。 3换热面积估算 AS = |錯一热| = 140吃 At2 = T2 - tj= 20T Ati - it5 143 - 20 At-=-4rT = TvEF

2、 = 6167 訊贰 20 At_ _按純逆预对计聲的对第平均盪產 % =如昭 fit逼差解正乘裁 fAt = 4000 1ft0.7 X103 管内为湍流。 用公式：言二九沟一 2也（手）具驱觎口15 1/2XO.1S 旳（一近一） 得久二0.04 管内粘度校正因子取 1.05 16809 X 1= 心片二 0.04X 而工 X-X 1,05 = 17920 回弯阻力可由下式得到： p 该 A4 = 4- 2 L管程数 800 X 1= 码=4XX 4= 640V 进出口接管阻力： 管箱深度 300mm 分程隔板厚 度 8mm 煤油进出口 管径 70mm 水进出口管 径 100mm &警外谎

3、体谨遠f m G5 90S 叫二丁二莎二肌皿卞 aoaxo.913 込=1.5 X=3311,24 管程总阻力： APf = 17920+ 6+0ft + 3114 = 246311 Q.035MPa 管程压降符合要求 壳程压降计算： 碍“町侥）任广警 %竟程换薈潦速.m/j 臥売棒内紐m Dm證樓些量萱轻# m *癖丽甌血 lt壳覆岸擦因于 % = O.D51 0.4sBoaxo.gp 绥=0-816冥叩灯聞“ 2冥X一一 =35611UDO It i 蛊5 IBTli 次换热器采用标准椭圆形封头。 对于标准椭圆封头，K=1厚度计算公式为: pc设计压力，MPa Di圆筒内径,mm t 许用

4、应力， MPa 焊接接头系数 封头材料选用与圆筒材料相同的在压力容器中最常用的材料 其在使用温度下的许用应力可由过程设备设计附录 t 189MPa 0.623 mm 2 1890.850.5 0.5 最终取圭寸头 又封头厚度因与筒体厚度相同以减少焊接所产生的应力， 厚度为 8mm 2. 管箱短节设计： （1）管箱短节厚度设计： 8mm 管箱短节厚度与筒体厚度相同， （2）管箱的最小内侧深度： 由GB150 1998规定： a. 轴向开口的单程管箱， 开口中心处的最小深度应不小于接管内径 的1 3 b. 多管程管箱的内侧深度应保证两程之间的最小流通面积不小于 每程换热管流通面积的 1.3倍；当操

5、作允许时，也可等于每程换 热管的流通面积。 两程之间的最小流通面积是指管箱被平行于地面的平面所剖开 所形成的截面积；每程换热管流通面积是指同一管程内的换热管 管内截面所形成的面积之和。由于由计算所求得的管箱深度太 小，故根据各方面需要取300mm 3. 分程隔板： 由GB1511999管壳式换热器得，分程隔板的最小厚度不应小于 下表 因分程隔板两侧无明显压差，分程隔板可按上表选取。 分程隔板选材为 Q235,属碳素钢，故取分程隔板厚度为8mm 二接管管径设计： 1煤油进出口管径： 进出口管径可由公式： V液体的体积流量 u液体的流速 d煤油 D=565mm L=26mm 螺栓M24 C=26m

6、m 垫 屍=Allmtn iV = 456mnt 12 = 12inr?! H = 2水进出口管径: 三.容器法兰选取及校核 由NB/T 47020 2012选取长颈对焊法兰，密封面采用全平面密封，法 兰采用锻件，材料选用 20号钢。垫片选择石棉像胶板，厚度为 3mm, 片系数 m=3.50，比压力y=44.8MPa 1垫片设计计算 垫片压紧力： 由过程设备设计查得下列公式计算垫片压紧力： 爲=jt% by J_締我峦斤器烫的巔小墊片压薫力 N B墾片有域密封迓演 mm Dc一一垫片捱鬻力作用申心圈计算直径 mm, OG等于垫片接鱷的平対套胫 当密封基車宽師。 64nm瞅 耳等于墊片橫懸的外轻

7、减去lb y墾片压力比 由NB/T 47020 47027 2012查得垫片宽度 N=22mm，由此的垫片 封基本宽度bc = Hmm , 垫片有效密封宽度 b = 2.53-/b7= 2.53 XxK= 839mm,则 Dg = 454 2 x 839 = 43722mm = wx 437.22X 8.39X 418 = 5.2X 105iY 操作时需要的压紧力有操作密封比压引起，由于原始定义m时是取2 倍垫片有效接触面积上的压紧载荷等于操作压力的m倍，所以计算 时操作密封比压应为，则= 2nDGbmp 耳離粹款态兀 霓要的慝小壑片压黛力,N m墊片庚数 馬计奪压力亍MPa. = 2 XJT

8、X437.22X 839X3X0.6 = 48402 2螺栓设计计算： 螺栓材料选择40Cr。 (1) 螺栓载荷： 预紧状态下需要的最小螺栓载荷按下式计算： H； = 5.2xl05 操作状态下需要的最小螺栓载荷计算： 内压引起的轴向力按下式计算： F = OJ05Dgpc F = 0.7&5 x 437.22s x 0.5 = 75031iV 最小螺栓载何按下式计算： % = f + = 75031 + 48402= 123433 (2) 螺栓面积： 螺栓面积按下列规定确定 a.预紧状态下需要的最小螺栓面积按下式计算： ,% H_ _左邂不螺栓材料的详用应力 从GB150.2查得40Cr在室

9、温下的许用应力： ab = 196（1 5.2X 10s严, Aa 二站石=2653wi?n 操作状态下所需的最小螺栓面积按下式计算： W A 上鱼 卯MJ 0：_设计遍建卞轄栓材料的详再应力 从GB150.2查得40Cr在40花下的许用应力： = 186s 123433+ ap = -86 = 取其中面积较大者Am = 26S3rnm3 （3）螺栓设计载何 螺栓设计载何按下列规疋确疋： a. 预紧状态螺栓设计载荷按下式计算： M7 卫H1 + 埠 / 1 诩=2 叭 b. 操作状态螺栓设计载荷按下式计算： W = 14； Am爲要的螺栓总胚积,mm- 血一一突际極用的螺栓总面狽, 由所需螺栓

10、直径和个数： 垫片 T 将其带入上式- MX30 城大】 由NB/T47020 47027-2012查得长颈对焊法兰如下图所示: 公称直径M = 400mm 其中: 螺孔中心圆直径场=500mm 密封圆外径禺=455肮拭 由NB/T 47020 470272012查得所用螺栓为 M20 螺栓符合要求。 3法兰选用与校核 1）法兰的相关标注如下图 孚亟=1环T 7 此处需要确定直径与个数其中之一的数值，由筒体外径查 NB/T 47020 47027 2012得螺栓使用个数为 20 = 540mm w i- A ! G , ；兰厚度5 = 34mm 迭兰高度H = ?5mm 颈高h = 25mm

11、；去兰颈民=22mm 颈占n = 12mm 嶋孔直径d=23mm 过渡圆角R = 12mm (2) 由上述数据可得 厶打初価?！ EZ Ld = At += 3 9 ram & + %十耳 4 = 49皿皿 (3) 预紧状态下的法兰力矩按下式计算： + Ah , r %=20山 缶_需要的舞栓总逼殺 生一卖标儀用的螺栓意面按, (4) 由机械设计手册查得 M20的小径为17.29mm 由此可得实际使用的螺栓总面积 九=17.293 x 0.2SXZ x20= 46?5mma 2653+4695 ikfa=xlCx 斗8 = 3貝 (5) 操作状态的法兰力矩计算： 作用于法兰内径截面上内压引起的

12、轴向力為由下式计算： 昭=0JB5pc 氏=0.7S5 X 400- X15 = 62BOO 内压引起的总轴向力 F与内经截面上的轴向力之差按下式计算： 管板厚度 24mm 管板直径 473mm = F- Fn = 70502 - 62800 = 7702N 法兰力矩按下式计算： Afjj = S 焉LgFg + Lf Fj- Afp = 39x 62800 + 43 x 4.5 賈 10s +49 x 7702 = 2.4 x 10rJV (6) 法兰材料选取 管法兰一般选用锻件或铸件，不推荐钢板制造因此选用16Mn (7) 法兰设计力矩 法兰设计力矩按下式计算并去最大值 没计蟲Jg F法兰

13、衣料的脊用应力 MPa 冉一一窒爲下法兰材料的许用应力,MPa 由过程设备设计查得Id：亠150MPa 可=178M?a JkfQ = 3A x 107iV - mm =2AxlQTN7nm 则陆:一；UH仁 (8) 法兰应力 a)轴向应力按下式计算： _ M 叼=屈 T 為 折流板厚度 5mm 磨兰砂少舲奴磁mm 卷兰颈融大漏有盘库茨、mm = 8mm. 51 = 22mm = 34mni -二 2.75 5 拉杆直径 由于遍噫姒，以盹代替诲 12mm 拉杆长度 % = 6 + 5O =400 + 8 = 40 S 8000mm h. = 25mm: h 25 二帀4 由 GB150.3-2

14、011 查得二打.95 T, U可由参数 K从GB150.3-2011查得 K法兰外径与内经的比值 忆=黒=1：5 $400 拉杆螺纹公 称直径12mm 爲=15mm 则 T=1.78 f=0.118U=7.28Z=3.43Y=6.63: 一八， e = = 0.017 Lb = SOrnrre j 28 J = X 57 X 82 = 61761mjit3 34x9.017 + 1221 L78 + 61761= 10& 0.11SX3AX 10T 毎=x4D0=母55MM b) 径向应力按下式计算： 1.335 + 1甌 叫-吗S (1.33 X 34x0.017 + 1) X 3.4 X

15、 107 % = 并曲=诃毗测旳 c) 环向应力按下式计算： YM 6.63 X 3.4 X107 升=jna343 X 120i29 = 6SJ5MPa 34a X 408 (9)应力校核 a)轴向应力 ffjf min(ll5ffjJ2J5ffi) LScj = 15X150 = 225AfP a 2.5 = 2 5 x 180 = 4丸MPtz = 19.5 SMAi 15a 轴向应力校核合格 b) 径向应力 % Mf 乐=12029Af-Pfl 径向应力合格 c) 环向应力 吟码 眄=6535MPa i 0； 环向应力合格 d) 组合应力 1955+ 65.35r 二 42.45 百回

16、； 组合应力合格 4管板设计计算 （1）管板形式选择： 管板形式选择a型：管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。 管板形式如下图： a田 （2）管板计算 按照GB151 1999管壳式换热器中 a型连接方式管板的计算步骤进 行下列计算。 a）根据布管尺寸计算秋饨护卜 在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而 未能被换热管支撑的面积，汕唧： 对于正方形排布扎-.：匚I.】；、 衬_沿鷄棍艳一側的捋管根费 S换料管中心距 mm 齢一一廳辕權两侧旃邻警車心鉅,mm Ad = 6 x 2S x (38-25) = 1950mm3 Af-管板布管區亜积,mm2 正方形排布： 4 = 2nS3 A

17、d Ac = 2 x 40 jc 252 +1950 = S19&0mm: 必管播帚管这巻星直羟,mm 二 257.18)?u?t2 b）计算：，以二如哈查图或查表得到 肌一一那警琵肖量直血匕与直径2RN比 Pt = 1 c）管板材料选择 管板材料选择压力容器中常用的 d）管板计算厚度 查得绻：八曲 Q345B 03x 0.5 6 = 082 x42382xj 077185=154 e）换热管轴向应力 矶矗一阳盂 Pt a一根换热管管星金属的機截面积， d铀轿离mm a = nC0.0192 一 9.01S2) = 0.00EM3 兀 X 0.019 % h4-Ai + tJ + lS I一

18、一揍管外蚌拴痕 h揍管塗兰庫庶 mm X_搂管養莹螺母淳護亦 壳程迸出口法兰h、= 14,8mm 管程jS出口法兰h、= 14,8mm 5一一保羸S服尢需殛g mm 得 丁 _,Z-.-.- 一 一 综合考虑安装等方面的问题最终选定煤油与水进出口管的伸出长度均为 100mm 8开孔补强 由过程设备设计得在厚度大于6mm，接管外径小于89mm则可以 不用补强。因此，管箱部分不用补强。只需计算圆筒部分的补强面积 （1）对受内压的圆筒，所需的补强面积： A = d 占一-耳） A_开晁港弱務需的补强窗积,州沖 d_ _ ffK 理 圆捲扎9于接管內直轻加2侶敘塩匮mm 藍一 _壳悴幵口处的计算厚mm

19、 叽_按簣密該洋殛 mm fr_鞍潸睥爲歎 等于谴计温屢卞播賢戦料与壳韓 輔料详用应力之比 由于壳体材料与接管材料相同，；s川 A = 100 X0.623= 62.3?n?ii2 （2）有效补强范围 有效宽度B按下式计算：（取较大值） M S = 2d vW = d + 2frt + 25m ft = 2d = 2 x 116 = 232?HTn B = d += 116 + 2x82x8 = i48?WT 故:二 Cm 内外侧有效高度按下式计算：（取较小值） 嗣柱nt 116 X B = 30.469TO7T 则二- 内侧高度Jtj 、按管实隊内紳鬲滾 则届=30.46m7R (3)补强范围内补强金属面积 百总分为以下几部分 A,壳韓有皴厚预减去计算萍屢之餐曲雾余面软. =琦仇-町-込他-5)(1 -爲 At = (1+6-116)(8-0.632)-2 X 0(8-0.632)(1-19) = 236?nm2 A2槎管音毅當亂滅去计算卑预之弄的事余更积,mm 血=2/h (陰-関耳+ 2為概Cfr = 2 5( 30.46x(8- 0.632) + 2 X 30.46x