换热器毕业设计说明书

1、内蒙古工业大学本科毕业设计说明书引 言本设计为溶剂冷却器设计。冷却器就是换热器，用以冷却流体。通常用水或空气为冷却剂以除去热量，是一种换热设备。换热设备是广泛用于化工、石油化工、动力、医药、冶金制冷、轻工等行业的一种通用设备，对国民经济有着十分重要的影响。出于不同的使用目的和工艺要求，换热器的型式很多，而且仍在不断的发展。当前，为了适应我国经济发展的需要，无论从有关工业本身的发展或从能源的开发、利用和节约来看，对换热器都提出了更高的要求。换热设备的种类繁多，可分为管式、板式和其他形式。在本设计中，溶剂冷却器是一台固定管板式换热器。换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同。其中常用结构为管壳

2、式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强，在各工业部门应用最为广泛。而固定管板式换热器集中了管壳式换热器的优点，应用相当广泛。固定管板式换热器主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和后端结构等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。管箱和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连，检修或清洗时便于拆卸。换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题。准确的热力设计和计算，还要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。本设计主要是进行结构设计，其中结构设

3、计主要包括两部分，即工艺尺寸的设计与各零部件结构的设计与计算。针对固定管板式换热器适应热膨胀能力差的缺点，设计中特别从三方面进行了膨胀节设置的判定。在本设计中，主要是对筒体、封头、管箱短节及各零部件进行结构的强度设计和刚度设计，通过进行校核来完成。由于第一次进行设计，在设计中存在一定的不足，请老师批评指正。图表清单项目图表号页数图清单图2-1 标准椭圆形封头图 2-2 常用拉杆的两种形式图 2-3拉杆结构图2-4 螺纹连接的拉杆孔图3-1 凹凸密封面的长颈对焊法兰图3-2 非金属软垫片图 3-3 压力容器用A型等长双头螺柱图3-4 六角螺母图3-5 管板与壳体连接形式图3-6 水平布置的单弓形

4、折流板图3-7 防冲板结构图4-1 整体带颈对焊（WN）法兰图4-2 耐油石棉橡胶板尺寸标注图4-3 手孔及手孔盖示意图图 4-4 凹凸面密封面结构示意图图6-1 鞍式支座示意图第12页第15页第16页第17页第22页第24页第25页第26页第26页第31页第32页第54页第55页第55页第56页第72页表清单表1-1表1-2表2-1表2-2表2-3表2-4表2-5表3-1第5页第5页第9页第13页第15页第15页第16页第23页表4-1表4-1 （续）表4-2表4-3表4-4表4-4（续）表4-5表5-1表6-1表6-1（续）第53页第54页第54页第55页第56页第56页第56页第59页第

5、72页第72页第一章 换热管的选取1.1 符号说明最外层换热管外壁到筒体内壁的距离，mm。一般取（11.5）。换热管外径，mm 换热器筒体内径，mm换热器换热面积，换热管长度，mm总换热管数目中心排管数换热管中心距，mm分程隔板两侧相邻换热管的中心距，mm换热管厚度，mm设计温度下换热管材料的许用应力，常温下换热管材料的许用应力，1.2 换热管的选取及相关计算 本设计的壳程物料是EA、,管程物料是IW。根据物料的性质，换热管的材料选用20钢。根据GB151-1999换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，常用的换热管中心距见表1-1表1-1 （mm）换热管外径101214161920222

6、5303235换热管中心距S1316192225262832384044分程隔板两侧相邻管中心距2830323538404244505256此处选取换热管型号为19×2mm，长度l=4500mm。给定换热面积=387.8；由2查的：=130；=130。设计时，为了保证换热面积足够，留有10的裕量。同时，换热管的排管形式选用正三角形排管。估算换热管数 （1-1）圆整为 =1589（跟），最终根据布管确定，换热管总数为1604根。估算中心排管数 （1-2）圆整为=44（根）1.3 换热管管孔的确定 由GB151-1999可知管束（适用于碳素钢、低合金钢换热管）管板管孔直径及允许偏差应符合

7、表1-2的规定：表1-2 （mm）所以，管孔直径为1.4 筒体直径的确定初步估算筒体直径2×（44-1）+2×（11.5）×19=11131132 mm （1-3）圆整为=1200 mm 因此，取筒体的内经为1200mm第二章 冷却器壁厚设计2.1 符号说明b倒角宽度，mm厚度附加量，mm。=+钢材厚度负偏差，mm钢材腐蚀裕量，mm筒体内径，mm拉杆直径，mm椭圆形封头内曲面高度，mm椭圆形封头直边高度，mm L拉杆的长度，mm管箱的内侧深度，mm拉杆孔螺纹长，mm拉杆与拉杆孔连接的螺纹长，mm拉杆与螺母连接的螺纹长，mm设计压力，工作压力，计算压力，壳体或封头水

8、压试验压力，分程垫片的圆角半径R封头计算厚度，mm封头名义厚度，mm封头有效厚度，mm分程隔板厚度，mm壳程设计温度，壳程工作温度，设计温度下壳体材料的许用应力，设计温度下壳体材料的许用应力，常温下封头材料的许用应力，设计温度下封头材料的许用应力，水压试验压力下壳体或封头的应力，圆筒或椭圆形封头材料在试验温度下的屈服点或0.2屈服强度，壳体计算厚度，mm壳体名义厚度，mm壳体有效厚度，mm焊接接头系数2.2 壳体壁厚的设计2.2.1 壳体材料的选取根据壳程工作介质EA、腐蚀性不强，工作压力不大，因此选用钢板卷制。2.2.2 壳体的设计参数工作压力=0.18计算压力=（1.051.1）=0.19

9、8设计压力=0.198工作温度=115设计温度=115=170；=170；=1；=1200 mm；=0mm；=2mm；=3452.2.3 壳程圆筒厚度的确定 mm （2-1）根据GB151-1999对于碳素钢和低合金钢制压力容器，不包括腐蚀裕量的最小厚度不小于3mm，对于高合金钢制压力容器，不小于2mm。因此，取=4mm名义厚度=+C=+=4+0+2=6mm根据GB151-1999对于碳素钢和低合金钢制压力容器的最小厚度不小于表2-1规定：表2-1公称直径40070070010001000150015002000浮头式、U形管式8101214固定式管板681012注：表中数据包括厚度附加量（按

10、1mm考虑）因此，取名义厚度=12 mm有效厚度=-C=-（+）=12-2=10mm2.2.4 壳程圆筒的水压试验校核水压试验=1.25=0.25 （2-2）应满足下列条件：0.90.9=0.9×235×1=211.5 =15.13 因此，水压试验校核合适。2.3 管箱圆筒的壁厚设计2.3.1 管箱圆筒材料的选取根据管程程工作介质IW腐蚀性不强，工作压力不大，因此选用钢板卷制。2.3.2 管箱圆筒的设计参数工作压力=0.5计算压力=（1.051.1）=0.55设计压力=0.55工作温度=60设计温度=115=170；=170；=1；=1200 mm；=0mm；=2mm；=3

11、452.3.3 管箱圆筒厚度的确定 mm根据GB151-1999对于碳素钢和低合金钢制压力容器，不包括腐蚀裕量的最小厚度不小于3mm，对于高合金钢制压力容器，不小于2mm。因此，取=4mm名义厚度=+C=+=4+0+2=6mm根据GB151-1999对于碳素钢和低合金钢制压力容器的最小厚度不小于表2-1规定：因此，去名义厚度=12mm有效厚度=-C=-（+）=12-2=10mm2.3.4 管箱圆筒的水压试验校核水压试验=1.25=0.69 应满足下列条件：0.90.9=0.9×235×1=211.5 =41.75 因此，水压试验校核合适。2.3.5 管箱的最小内侧深度 根据

12、GB151-1999中5.2.2中所述：(a)轴向开口的单管程管箱，开口中心处的最小深度应不小于按管内直径的1/3；(b)多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；当操作允许时，也可等于每程换热管的流通面积。 此处取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。即, 管箱的内侧深度,因此取=650mm。2.4 椭圆形封头的设计2.4.1 椭圆形封头材料和型式的选取根据管程程工作介质IW腐蚀性不强，工作压力不大，因此选用制的标准椭圆形封头。如下图2-1图2-1 标准椭圆形封头2.4.2 椭圆形封头的设计参数工作压力=0.5计

13、算压力=（1.051.1）=0.55设计压力=0.55工作温度=60设计温度=115=170；=170；=1；=1200 mm；=0mm；=2mm；=345；/2=2；=300mm；=50mm2.4.3 椭圆形封头厚度的确定 mm根据GB151-1999对于碳素钢和低合金钢制压力容器，不包括腐蚀裕量的最小厚度不小于3mm，对于高合金钢制压力容器，不小于2mm。因此，取=4mm名义厚度=+C=+=4+0+2=6mm取封头名义厚度与管箱筒体等厚，即=12mm则其有效厚度=-C=12-2=10mm 2.4.4 椭圆形封头水压试验校核水压试验=1.25=0.69 应满足下列条件：0.90.9=0.9&

14、#215;235×1=211.5 =41.57因此，水压试验校核合适。2.5 分程隔板的设计2.5.1 分程隔板厚度的确定根据GB151-1999分程隔板最小厚度应不小于表2-3的规定：表2-2 mm公称直径DN隔板最小厚度碳素钢及低合金钢高合金钢600866001200108120020001410200026001410因此，本设计中隔板厚度取=10mm2.5.2 分程隔板槽尺寸的确定根据GB151-1999可知分程隔板槽：（a）槽深不宜小于4mm；（b）分程隔板槽的宽度：碳钢12mm；不锈钢 11 mm ；（c）分程隔板槽拐角处的倒角一般为45°，倒角宽度b近似等于分

15、程垫片的圆角半径R。2.6 拉杆和定距管的选取2.6.1 拉杆的结构形式及拉杆的选取根据GB151-1999可知常用拉杆的形式有两种，见图2-2,（a）拉杆定距管结构，适用于换热管外径大于或等于19mm的管束，>,(按表2-规定）；（b）拉杆与折流板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于14mm的管束，>d；（c）当管板较薄时，也可采用其他的连接结构；图 2-2 常用拉杆的两种形式由GB151-1999 拉杆的直径和数量可以按表2-4和表2-5选用表2-3表2-4在保证大于或等于表44所给定的拉杆总截面积的前提下，拉杆直径和数量可以变动,但其直径不得小于lOmm，数量不少于4根。因此

16、，选取拉杆直径为：=12mm 拉杆数：=10同时，选用拉杆于管板采用螺纹连接的形式，材料为16MnR。2.6.2 拉杆尺寸拉杆的连接尺寸按图2-3和表2-6确定。图 2-3 拉杆结构表 2-5 （mm）拉杆的长度L按需要确定。2.6.3 拉杆孔的确定拉杆与管板螺纹连接的拉杆螺纹结构见图2-4,螺纹深度按式确定：即图2-4 螺纹连接的拉杆孔第三章 管板计算3.1 符号说明壳程圆筒内直径横截面积，预紧状态下，需要的最小螺栓总截面积，以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最小直径计算，取小者，实际使用的螺栓总截面积，以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最小直径计算，取小者，需要的螺栓总截面积，取与之大值，操作状态

17、下，需要的螺栓总截面积，以螺纹小径计算或以无螺纹部分的最小直径计算，取小者管板开孔后面积，圆筒壳壁金属横截面积，管板布管区面积，一根换热管金属截面积面积，垫片有效密封宽度,mm壳体法兰或管箱法兰的宽度，mm垫片基本密封宽度,mm N- 垫片接触宽度，mm螺栓中心圆直径,mm；垫片压紧力作用中心圆直径,mm；法兰内直径，mm；y比压力、m垫片系数预紧状态下需要的最小垫片压紧力，操作状态下需要的最小垫片压紧力，需要的最小垫片压紧力，螺栓最大间距，mm预紧状态下需要的最小螺栓载荷，操作状态下需要的最小螺栓载荷，螺栓的设计载荷，预紧状态下的法兰力矩，操作状态下的法兰力矩，法兰设计力矩取以下大值，法兰轴

18、向应力，径向应力，环向应力，平盖的计算厚度，圆筒线膨胀系数，管子线膨胀系数，圆筒材料的弹性模量，管子材料的弹性模量，圆筒和管子的膨胀形差管箱短节厚度，筒体壁厚，管子外径，管子壁厚，mm管子根数S管心距，mm管子金属总截面积，开孔面积，管子的有效长度，管束模数 系数管子回转半径，管子受压失稳当量长度，管子稳定许用压应力，MPa管板开孔后面积，管板布管（三角形布管）区面积，管板布管区当量直径，管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径比管板厚度，法兰外径，mm管箱法兰厚度，旋转刚度：法兰材料的弹性模量MPa旋转刚度无量纲参数 系数系数系数系数系数第一弯矩系数第二弯矩系数管板总弯矩系数有效压力组合，换热管束

19、与管板连接的拉脱力，环境温度，沿长度平均的壳程圆筒金属温度，壳体法兰厚度系数系数窄面法兰垫片压紧力，螺栓中心至作用位置的径向距离，螺栓中心至作用位置的径向距离，壳体不带波形膨胀节时，换热管束与圆筒刚度比许用拉脱应力，管板径向应力系数管板布管区周边处径向应力系数管板布管区周边剪切应力系数壳程圆筒轴向应力，MPa 壳体法兰应力，MPa管板径向应力，MPa管板布管区周边处的径向应力，MPa壳体法兰力矩系数管板边缘力矩系数系数基本法兰力矩，N基本法兰力矩系数管程压力操作工况下的法兰力矩，N管程压力操作工况下的法兰力矩系数管板边缘力矩变化系数法兰力矩变化系数3.2 管箱法兰的选取与计算3.2.1管箱法兰

20、的选取 对于本设计来说，最大工作压力为0.5，由化工设备设计手册（上、下卷）表5-35（法兰分类及参数表）选用公称压力PN1.0的JB/T 4703-2000长颈对焊法兰，由表5-39（长颈法兰适用材料及最大允许压力工作压力）选取材料为16Mn（锻件）。由于介质EA有一定的挥发性，所以其密封面选用凹凸面密封如图3-1所示。（a）凸法兰(b)凹法兰图3-1 凹凸密封面的长颈对焊法兰其中，由化工设备设计手册（上、下卷）长颈对焊法兰尺寸系列可知法兰参数如表3-1所示表3-1 （mm）公称直径1200法兰1360131512761256125356H125h3521181626R12d27螺柱规格M2

21、4螺柱个数36对接筒体最小厚度12同时，根据化工设备设计手册（上、下卷）中表5-36 （法兰、垫片、螺柱、螺母材料匹配）可查得：法兰材料为锻件JB 4726 16Mn；垫片材料为GB/T 539 耐油石棉橡胶板；螺柱材料为GB/T 3077 40Gr； 螺母材料为35钢。由GB150-1998中表4-5 （锻件许用应力）查的法兰的许用应力分别为：；3.2.2 垫片的选取由于本设计中设计温度为115，以及设计压力小于1MPa，而且，物料的性质稳定，因此初选用JB/T 4703-2000 长颈对焊法兰用非金属软垫片作为管箱法兰连接用垫片，其材料为耐油石棉橡胶板，由GB/T 539-2008耐油石棉

22、橡胶板中查得其厚度允许的偏差为±0.2mm。由化工设备设计手册（上、下卷）中表5-52（非金属软垫片系列尺寸JB/T 4704-2000）查得公称压力为PN1.0MPa,公称直径为DN1200mm的垫片尺寸为D=1255mm；d=1205mm；厚度为3mm。如图3-2所示：图3-2 非金属软垫片由GB150-1998中表9-1 压紧面形状选1a型，垫片基本密封宽度=N/2，由表9-2 选取垫片系数m=2；比压力y=11MPa。=25mm；=12.5mm。由于法兰为窄面法兰，对于窄面法兰：1、当>6.4 时 （3-1）2、垫片压紧力作用中心圆直径:当>6.4 时，等于垫片接

23、触外径减去2b，即=D-2b=1255-2×8.94=1237.12mm （3-2）3、垫片压紧力：a、预紧状态下需要的最小垫片压紧力： （3-3） b、操作状态下需要的最小垫片压紧力：（3-4）3.2.3 双头螺柱及螺母的选取1、螺柱的选取根据化工设备设计手册（上、下卷）中专用紧固件选取压力容器用等长双头螺柱A型如图3-3。对于此处，由法兰选取可知双头螺柱规格为M24，双头螺柱材料选取40（代号为R）JB/T 4704-2000。螺柱尺寸如下所示：=24 mm；=24 mm；=200 mm；=60 mm；C=3 mm；P=3。则螺柱的公称直径为：根据GB150-1998中表4-7（

24、续）查得螺柱的许用应力为：；图 3-3 压力容器用A型等长双头螺柱2、螺栓的布置（a）法兰径向尺寸、及螺栓间距的最小值按2中表9-3选取为：=34 mm；=26 mm；=56 mm。（b）螺栓最大间距不宜超过下式的计算值： （3-5）3、螺母的选取对于容器法兰连接用螺母，由3.2.1中螺母材料选用35号钢，由GB150-1998中表4-7（续）查得螺母材料的许用应力为：；由化工设备设计手册（上、下卷）中表4-23 （型六角螺母GB/T 6710-2000）查得其尺寸如下所示：D=24 mm；=33.3 mm；P =3 ；e=39.55 mm；m=21.5 mm；s=36 mm。其形状如图3-4

25、所示:图3-4 六角螺母3.2.4 管板与壳体连接形式的选取 由于壳程走的物料为EA，EA有一定的挥发性，因此管板与壳体连接采用焊接形式，并且采用延长部分兼作法兰的管板。如图3-5所示：图3-5 管板与壳体连接形式3.2.5 法兰力矩的计算1、螺栓载荷a、预紧状态下需要的最小螺栓载荷： （3-6）b、操作状态下需要的最小螺栓载荷： （3-7）2、螺栓面积a、预紧状态下需要的最小螺栓面积： （3-8）b、操作状态下需要的最小螺栓面积： （3-9）c、需要的螺栓面积取与之大值：=3936.97D、实际螺栓面积应不小于需要的螺栓面积： （3-10）比较和：>因此，合适。3、螺栓的设计载荷a、预

26、紧状态下螺栓的设计载荷： （3-11）b、操作状态下螺栓的设计载荷：=4、法兰力矩a、预紧状态下的法兰力矩： （3-12） 其中： （3-13）所以： b、操作状态下的法兰力矩： （3-14）其中：所以：5、法兰设计力矩：法兰设计力矩取以下大值：所以：6、法兰应力：a、轴向应力： （3-15）其中：根据=； 查2中图9-7得=1.55。；根据2中表9-6计算：根据；查2中图9-3得=0.88所以：则：根据，查2中表9-5可得=17.11；=8.05；=15.57。所以：=0.37则：所以：所以：=0.73+0.11=0.84所以： （3-16）b、径向应力： （3-17）c、环向应力： （3-

27、18）7、应力校核：a、轴向应力校核：应力校核条件：=1.5×149.1=223.65 合格b、径向应力校核：应力校核条件：=149.1 合格c、环向应力校核：应力校核条件：=149.1 合格d、组合应力校核：应力校核条件： 合格 合格3.2.6 折流板的选取以及分布根据GB151-1999中5.9.1，由于本设计中，壳程所走的物料为单相液体，因此，选用单弓形水平布置的折流板，如图3-6所示。图3-6 水平布置的单弓形折流板弓形折流板缺口高度应使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占圆简内直径的百分比来确定，单弓形折流板缺口见图3-6,缺口弦高h值，宜取0.

28、200.45倍的圆筒内直径,因此，此处取0.25倍的圆筒内直径，即折流板缺口弦高h=300mm。折流板最小间距一般不小于圆筒内直径的五分之一，且不小于50mm，特殊情况下也可取较小的间距。此处取折流板最小间距为1040mm。由1中表34查得折流板的最小厚度为12mm。由1表41查得折流板外直径及允许偏差为：。根据工艺进出口的设置，选取4块折流板，由1中规定靠近管板的两块折流板与管板的距离要适当减小，因此取其间距为690mm。3.2.7 防冲板的设计根据GB151-1999中5.11.4防冲板可知：防冲板外表面到圆筒内壁的距离，应不小于接管外径的1/4。防冲板的直径或边长，应大于接管外径50mm

29、,防冲板的最小厚度：碳钢为4.5mm，不锈钢为3mm,防冲板的固定形式为：（a）防冲板的两侧焊在定距管或拉杆上，也可同时焊在靠近管板的第一块折流板上；（b）防冲板焊在圆筒上。所以，在此设计中，取防冲板厚度为5mm，防冲板外表面到圆筒内壁的距离为50mm，由于接管的外径为377mm，因此取防冲板的边长为437mm，并且焊在靠近管板的第一块折流板上。其结构如图3-7所示：图3-7 防冲板结构3.3 平盖的计算 选用螺栓连接的平盖，其材料为16MnR，由GB150-1998中表4-1查得=170；=170。3.3.1 其本参数及其计算操作时： （3-19）预紧时： （3-20）平盖中心处的挠度设计温

30、度下平盖材料的弹性模量=2.03.3.2 平盖厚度的计算由于本设计中，管程数为2，所以在管箱中有分程隔板存在，因此，在计算平盖厚度时，应取下面式（一）、（二）、（三）中的最大值：操作时，式（一）： （3-21）预紧时式（二）： （3-22）式（三）： （3-23）因此，=71.80 mm 取腐蚀裕量为2，则其名义厚度为73.80mm，圆整为80mm，则其有效厚度为78mm。3.4波形膨胀设置的判定3.4.1 圆筒和管子的膨胀形差计算由化工容器及设备简明设计手册(第二版)中钢材平均线膨胀系数表查得：圆筒线膨胀系数管子线膨胀系数由化工容器及设备简明设计手册(第二版)中钢材弹性模量表查得圆筒材料的弹

31、性模量=2.0管子材料的弹性模量=1.9则，圆筒和管子的膨胀形差：3.4.2 应力评定1、判据1：对应1法，考虑4种工况的判据：；管子受压时：2、判据2：考虑管、壳程压力组合与温差同时作用工况的判据：；管子受压时：3、判据3：只考虑温差应力不考虑压力作用工况的判据：；管子受压时： 上述条件不满足时需要设置膨胀节。3.4.3 载荷计算1、由温差引起的轴向力： （3-24）由引起壳壁中温差应力为： （3-25）由引起管壁中温差应力为： （3-26）2、由介质压力引起的轴向力：壳程介质压力作用在管板上的轴向力： （3-27）管程介质压力作用在管板上的轴向力： （3-28）作用在管板上的合力： （3-

32、29）此力又作用于管壁和壳壁中，即P由管壁和壳壁共同承担，各自分担的力随刚度的大小而定。作用在壳壁上的轴向力为： （3-30）则壳壁中的轴向应力为： （3-31）作用在壳壁上的轴向力为： （3-32）则壳壁中的轴向应力为： （3-33）3、由温差与介质压力同时作用的组合力： （3-34） （3-35）对应于1中管板计算的4中工况管子和壳体轴向应力为：工况（1）：；其中：工况（2）：；其中：工况（3）：；其中：工况（4）：；其中：3.4.4 判断是否设置波形膨胀节1、判据1：对应1法，考虑4种工况的判据：；管子受压时：=510MPa；=390MPa；=31.7MPa； 2、判据2：考虑管、壳程压

33、 力组合与温差同时作用工况的判据：；管子受压时： 3、判据3：只考虑温差应力不考虑压力作用工况的判据：；管子受压时： 综上所述，由于判别条件均合格，因此在此设计中，筒体不需设置膨胀节。3.5 管板的计算3.5.1 设计管板厚度的相关数据1、壳体圆筒的相关数据：内径：=1200 mm；厚度：=12mm；内径面积：金属横截面积：2、管箱圆筒的厚度：3、管子的相关数据：管子外径：=19mm管子壁厚：=2mm管子根数：=1604根管心距：S=25mm在布管区范围内，对于双管程且管子排列形式为正三角形的管板，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：管子金属总截面积：开孔面积：管子的有效长

34、度：管子材料弹性模量：管束模数：管子回转半径：管子受压失稳当量长度：由3查得设计温度下管子的屈服点：=217 MPa系数：管子稳定许用压应力：对于当=171.9>时： （3-36）4、管板系数计算：管板开孔后面积： （3-37）管板布管（三角形布管）区面积： （3-38）管板布管区当量直径： （3-39）系数：； （3-40） （3-41）管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径比： （3-42）法兰力矩：基本法兰力矩：管程压力作用下法兰的力矩：5、管板假定管板厚度：其中由1可取管子加强系数： （3-43）6、法兰法兰外径：=1360mm法兰宽度：管箱法兰厚度：根据；查1中图26可得“旋转刚度

35、： （3-44）其中：管箱材料弹性模量此处为长颈法兰材料的弹性模量=2.0所以：确定壳体法兰厚度：根据；查1中图26可得：旋转刚度： （3-45） 旋转刚度无量纲参数： （3-46） 壳体法兰应力参数：=15.57按、查1中图27得： （3-47）按、查1中图29得： （3-48）按、查1中图30得： （3-49） （3-50） （3-51） （3-52）按、查1中图28查得：3.5.2 四种危险组合工况的计算1、不计入膨胀差壳体压力作用下的危险组合壳体设计压力管程压力 （1）参数计算；=01系数，当m>0时，取与两者中的较大值；系数，仅用于m>0时，系数，当m>0时，按K和

36、m查1中图31(a）实线得：=0.2因此，=0.42 （3-53） （3-54） （3-55） （3-56）（2）管板应力 （3-57）1.5=1.5×170=255MPa1.5 合格 （3-58）1.5 合格 （3-59） 合格壳体法兰应力： （3-60）=1.5×149.1=223.65 合格管子应力： （3-61）由于>0，因此：判断条件为1.0 合格 壳程圆筒轴向应力： （3-62）所以： 合格拉脱应力： （3-63）其中： 合格2、计入膨胀差壳体压力作用下的危险组合壳体设计压力管程压力 （1）参数计算；系数，当m>0时，取与两者中的较大值；系数，仅用于

37、m>0时，系数，当m>0时，按K和m查1中图31(a）实线得：=0.15因此，=0.15（2）管板应力3=3×170=510MPa3 合格3 合格 合格壳体法兰应力：=3×149.1=447.3 合格管子应力：由于>0，因此：判断条件为 合格 壳程圆筒轴向应力：3所以：3 合格拉脱应力：其中： 合格3、不计入膨胀差管程压力作用下的危险组合壳体设计压力管程压力； （1）参数计算；=0=系数，当m<0时，取值；系数，当m<0时，按K和m查1中图31(b）实线得：=0.58因此，=0.58（2）管板应力1.5=1.5×170=255MPa1

38、.5 合格1.5 合格 合格壳体法兰应力：=1.5×149.1=223.65 合格管子应力：由于>0，因此：判断条件为 合格 壳程圆筒轴向应力：所以： 合格拉脱应力：其中： 合格4、计入膨胀差管程压力作用下的危险组合壳体设计压力管程压力； （1）参数计算；=系数，当m<0时，取值；系数，当m<0时，按K和m查1中图31(b）实线得：=0.2因此，=0.2（2）管板应力3=3×170=510MPa3 合格3 合格 合格壳体法兰应力：=3×149.1=447.3 合格管子应力：由于>0，因此：判断条件为 合格 壳程圆筒轴向应力：3所以：3 合格

39、拉脱应力：其中： 合格综合上述四种危险组合所得结论，管板厚度为80mm适合应力需求，因此管板后度假设成立，即为管板厚度。第四章 接管及接管法兰的选取4.1 接管的选取根据工艺要求，工艺进口a与出口b选取接管的类型一致，均为DN350的无缝钢管，材料为16Mn，其规格尺寸为：外径为377mm，厚度为：8mm，即，377×8mm。物料进口c与出口d选取接管的类型一致，均为DN300的无缝钢管，材料为16Mn，其规格尺寸为：外径为325mm，厚度为：7mm，即，325×7mm。排气口e与排污口f选取接管的类型一致，均为DN20的无缝钢管，材料为16Mn，其规格尺寸为：外径为25m

40、m，厚度为：3.5mm，即，25×3.5mm。同时，取接管外伸长度为150mm，内伸长度为0mm。4.2 接管法兰的选取根据工作压力，管程压力为=0.5MPa；壳程压力为=0.18MPa。因此选取管法兰时，公称压力为PN1.0MPa；由于介质EA有一定的挥发性，因此由5中表3-2-2 （管法兰类型、密封面形式和公称通径）选取整体带颈对焊（WN）法兰，其密封面形式及代号为：凹凸密封面，代号为MFM，如图4-1所示。1、 接管a和b的法兰的选取(参数摘自5中表3-2-12)如表4-1所示：表4-1：公称通径DN法兰外径D法兰高度H法兰厚度c法兰颈法兰质量NRS350mm505mm53mm

41、26mm402mm10mm8mm20.5kg300mm445mm46mm26mm342mm10mm7.1mm15.4kg20mm105mm22mm16mm40mm4mm2.3mm1.03kg表4-1 （续）颈的直边高度螺栓孔中心圆直径K螺栓孔径L螺栓数量n螺纹16mm460mm 22mm16M2016mm400mm22mm12M206mm75mm14mm4M12图4-1 整体带颈对焊（WN）法兰密封面尺寸如表4-2所示：表4-2：公称通径DNdXY20mm56mm4mm3mm50mm51mm300mm370mm4.5mm3.5mm363mm364mm350mm429mm5mm4mm421mm4

42、22mm4.3 接管法兰垫片的选取根据5中3-2-32（凹凸面法兰用MFM型垫片尺寸）查得：其各法兰用垫片尺寸如表4-3所示：表4-3：公称通径DN垫片内径垫片外径垫片厚度20mm27mm50mm1.5mm300mm325mm363mm1.5mm350mm377mm421mm3mm所选用垫片为耐油石棉橡胶板（GB539的NY400），其尺寸标注如图4-2所示：图4-2 耐油石棉橡胶板尺寸标注第五章 开孔补强5.1 符号说明开孔所需的补强面积，容器开孔处多余金属面积，接管多余金属面积，有效补强面积，有效宽度，厚度附加量，厚度负偏差，钢材腐蚀裕量，开孔直径，接管内径，接管外径，筒体内径，强度削弱系

43、数外侧有效高度，内侧有效高度，设计压力，MPa接管壁厚，管箱短节计算厚度，接管有效厚度，接管名义厚度，筒体的名义厚度，接管计算厚度，筒体计算厚度，接管材料在常温下的许用应力值，接管材料在设计温度下的许用应力值，筒体的名义厚度，5.2 筒体开孔的补强（物料进出口补强）5.2.1 补强开口及补强方法的判定根据2中的规定，当设计压力小于或等于2.5MPa的壳体上开孔，两相邻孔中心距大于两孔直径之和的两倍。且接管外径小于或等于89mm时，只要最小厚度满足表5-1要求就可不另行补强：表5-1 （mm）接管公称外径253238454857657689最小厚度3.54.05.06.0对于接管a和b，公称直径

44、为DN350mm，外径为377 mm，厚度为8mm。根据上述补强规定需要补强计算。根据2查得：材料为16Mn的接管的许用应力值为：；接管的其他参数为：=0mm；=2mm；则：接管厚度=8mm；则：=377-2×8=361mm。所以开孔直径 根据2中规定，当容器内径1500mm时，开孔的最大直径，且，由于且满足等面积补强计算的使用条件，故用等面积法进行补强计算。5.2.2 开孔所需补强面积a、筒体的计算厚度： 由第二章可知，筒体的计算厚度=0.67mm。b、开孔所需的补强面积： 强度削弱系数 （5-1） 接管的有效厚度为=8-2=6mm 开孔所需的补强面积为： （5-2）5.2.3 有

45、效补强范围a、有效宽度B： 取其大值故B=730mm。b、有效高度：（1）、外侧有效高度： 取其小值故=54.04mm。（2）、内侧有效高度： 取其小值 故=0mm。5.2.4 有效补强面积a、筒体多余金属面积： 筒体有效厚度筒体多余的金属面积： （5-3）b、接管多余金属面积：接管计算厚度 （5-4）接管多余的金属面积: （5-5）c、接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）： （5-6）d、有效补强面积： （5-7）由于>，因此，接管a和b开孔不需补强。5.3 对管箱短节开孔进行补强计算（冷却水进出口补强计算）5.3.1 补强开口及补强方法的判定 对于接管c和d，公称直径为DN300mm，

46、外径为325 mm，厚度为7mm。根据5.2.1中补强规定可知需要补强计算。根据2查得：材料为16Mn的接管的许用应力值为：；接管的其他参数为：=0mm；=2mm；则：接管厚度=7mm；则：=325-2×7=311mm。所以开孔直径根据2中规定，当容器内径1500mm时，开孔的最大直径，且，由于且满足等面积补强计算的使用条件，故用等面积法进行补强计算。5.3.2 开孔所需补强面积a、管箱的计算厚度： 由第二章可知，管箱的计算厚度=1.77mm。b、开孔所需的补强面积： 强度削弱系数 接管的有效厚度为=7-2=5mm 开孔所需的补强面积为：5.3.3 有效补强范围a、有效宽度B： 取其

47、大值故B=630mm。b、有效高度：（1）、外侧有效高度： 取其小值故=46.96mm。（2）、内侧有效高度： 取其小值 故=0mm。5.3.4 有效补强面积a、管箱筒体多余金属面积： 管箱筒体有效厚度管箱筒体多余的金属面积：b、接管多余金属面积：接管计算厚度接管多余的金属面积:c、接管区焊缝面积（焊脚取6.0mm）：d、有效补强面积：由于>，因此，接管a和b开孔不需补强。5.4 对排气口和排污口开孔的补强计算5.4.1 补强开口及补强方法的判定 对于接管e和f，公称直径为DN20mm，外径为25 mm，厚度为3.5mm。根据5.2.1中补强规定，由于接管厚度在范围内，因此不需要进行补强

48、计算。第六章 支座的选取6.1 符号说明 筒体质量，管箱短节的质量，椭圆形封头的质量，平盖封头的质量，接管法兰总质量，接管的总质量，换热管的总质量，拉杆和定距管的质量，管箱法兰和管板的总质量，手孔的质量，折流板质量， 防冲挡板和分程隔板的质量，水压试验时水的总质量， 管箱的总容积， 筒体容积为，换热器最大质量为，最大载荷为，6.2 换热器质量计算及支座的选取6.2.1 换热器的质量a、筒体质量：根据5中表2-1-12查得，1m高筒节钢板质量为359kg，因此筒体的质量为：b、管箱短节的质量：根据5中表2-1-12查得，1m高筒节钢板质量为359kg，因此筒体的质量为：c、椭圆形封头的质量：根据

49、3中13-2椭圆形封头和蝶形封头查得，椭圆形封头的质量为：d、平盖封头的质量：根据3可查得，平盖封头的质量为：=628kge、接管法兰及螺柱和螺母的总质量： =2×20.5+2×15.4+2×1.03+16×0.02+112×0.03+56×0.3+8×0.1=95.14kgf、接管的总质量： =2×73×0.15+2×62.54×0.15+2×1.63×0.15=41.15kgg、换热管的总质量： 换热管总长为L=4500+80×2=4660mm，换热管的总数是1604根。 所以换热管的总质量为：=4.66×1604×0.84=6278.7kgh、拉杆和定距管的质量： =2×2.5+8×3.4+12×0.86+6×0.56+6×1.73+4×1.44=62.02kg、管箱法兰和管板以及螺柱和螺母的总质量： 由3查得，钢的密度为0.0078