非标自锁式换热器毕业设计

1、工艺设计结构设计1.确定物性数据 2.确定总传热系数 3.工艺结构设计 4.流动阻力计算 1.壳体设计 2.管板设计 3.换热管设计 4.折流板设计 5.支持板设计 6.分程箱设计 7.内套筒设计 8.壳程隔板设计 9.接管设计10.支座设计强度校核Ansys分析1.圆筒 2.封头 3.管箱筒体 4.管箱法兰 5.平盖 6.管板 7.开孔及补强8.鞍座 换热器（换热器（heat exchangerheat exchanger） 是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸

2、发器和再沸器等，应用更加广泛。工艺设计管程物料是：反应产物（汽柴油）、H2、H2S ；入口温度为278 ，出口温度为171 ，工作压力为7.86MPa； 壳程物料是：混氢原料油；入口温度为87.7，出口温度为219.8，工作压力为8.60MPa。两流体温差：75.25mQKS t20230W/ mK 2m620.198 10 WQ 20.228mS 20.2moS 0.395m/siu 0.425m/sou 3270W/ mK 2994.1mQSK t1167994.117%994.1SSHS工艺结构设计19 2mm220.0912910.785 0.0150.3954siVnd u根1167

3、15.2m3.14 0.019 1291osSLd n鉴于换热管过长，故采用双管程结构，U型管形式，来设计换热器0.663P 0.878R 0.86t0.86 124106.64mt换热管采用正方形排列，管心距25mm筒体内径：1.05 2525820.71594mmD 弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25%切去圆缺高400mm，折流板间距520mm根据流速确定接管直径1110 182.61.5 2 27755.3PaiP 51205727271.15 20.34 10 PaoP 结构设计封头、壳程壳体、管箱壳体 、管箱法兰 四部分焊接连接2 citcPDP 管箱筒体涉及开孔问题，

4、故实际厚度必然大于50mm内径1690mm 管板是管壳式换热器的一个重要元件，它除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个重要受压元件。设计板厚为175mm管板直径1683mm布管限定圆直径1560mm序号序号数量数量R（mm）展开长度展开长度序号序号数量数量R（mm）展开长度展开长度156401562613573401656826165157041455365166473619015783155339016725461115159611653415168045611401594017514401688266116516018184946516961759190160971949490170

5、398592151617520475151711895924016254214554017196105926516333224356017275115929016411234159017354125731516490243561517432 折流挡板的主要作用是引导壳程流体反复的改变方向作错流流动，以加大壳程流体流速和湍流速度，致使壳程传热系数提高，另外折流挡板还起了支撑管子的作用，防止管束振动和弯曲。16mm 一般列管式换热器均设有折流板，管子比较细而长时应考虑设置一定数量的支持板，以便于安装和防止变形过大。22mm 分程箱的作用是将管程流体及壳程流体分隔开。（1）分程隔板 采用20mm的钢

6、板，长1605mm，宽798mm，在位于板中心位置开6mm的泪孔，插入管板长度为15mm。（2）支承板 采用60mm的钢板，长1604mm，板上螺栓23个，两螺栓孔间距70mm。（3）分程箱盖板 采用30mm的钢板，板下边缘间隔70mm开螺栓孔直径为18mm，上圆弧边缘间隔6开螺栓孔29个，直径18mm。内套筒的作用是锁紧管板，防止其发生滑动。采用34mm的钢板，总长1360mm，外径1677mm双壳程是用纵向隔板将壳程分为双程采用18mm的钢板，长7467mm，宽1595mm。 在换热器壳程，由于管束边缘和分程部位都不能排满换热管，所以在这些部位形成旁路。为防止壳程物料从这些旁路大量短路，降

7、低换热效率，可在管束边缘的适当位置安装旁路挡板和在分程部位的适当地方安装假管或带定距管的拉杆来增大旁路的阻力，以迫使壳侧介质通过管束与换热管内流体进行换热。16mm进出口接管均采用材料12Cr2Mo1壳程进出口的管内径354mm， 长度为298.5mm；管程进料口的管内径364mm， 长度为273.5mm；管程出料口的管径334mm， 长度为273.5mm。 卧式设备一般采用两个鞍座。这是因为基础水平高度有可能不一致，如果使用多个支座，将会造成支座反力分布不均匀，从而引起设备的局部应力增大，因此采用两个支座强度校核设计温度240，计算压力8.60Mpa，筒体材料选用12Cr2Mo1R许用应力为

8、170MPa，屈服强度310MPa。11.91MPaTP 208.7MPaT10MPawp0.90.9 310279MPaTs 150Mpa170Mpatt10MPawp壳程最高工作压力为8.19Mpa，满足压力要求。设计温度415，计算压力7.86Mpa，筒体材料选用12Cr2Mo1，许用应力为160MPa，屈服强度310MPa。11.74MPaTP 217MPaT8.7MPawp145MPat管箱平盖材料在设计温度下的弹性模量，186MPa3003297mmep有效厚度经计算可得挠度 0.97mm=2yY强度校核垫片的材料：S31603，厚度为20mm，可知垫片压紧力作用中心圆直径1923

9、mm 预紧状态下需要的最小垫片压紧力3.14 1923 20 60.77330400NaF 操作状态下需要的最小垫片预紧力6.28 1923 204.0 7.867593665.5NpF 螺栓的材料：25Cr2MoVA 数量40个 规格 中心圆直径2080mmM90 3 680 实际螺栓面积223.1440 90254340mm4bA螺栓实际间距163.28mm端部法兰材料12Cr2Mo1，内径1690mm，外径2270mm，端部法兰总高度550mm纵向截面的弯曲应力80MPa158MPam强度校核换热管最大轴向应力22.8MPat管板布管区面积21696250mmtA 1470mmtD 管板

10、布置区当量直径管板中心处 径向应力70MPar布管区周边处 径向应力81MPar边缘处 径向应力42MPar强度校核圆筒与接管中面直径1690472 31743mmD 50061.5438.5mmd 确定开孔参数0.3=1.8/1.2ete 267MPa2.2 170374MPa2tmepDSKn 2702.6 170442MPa2tepDSKn圆筒与接管设定初始厚度(0)50mme(0)60mmet经计算，可知设计满足要求强度校核设备自重012345678+68589kgmmmmmmmmm充水后总质量685892103689625kgbm 支座反力/ 2 9.8896252 9.844586

11、0.8NbFm 圆筒的弯矩鞍座间界面处的轴向弯矩鞍座平面内的轴向弯矩812.35 10 N mmM 821.69 10 N mmM 圆筒轴向应力 横截面最低点处取得最大4112.64MPa圆筒切向剪应力7.8MPa圆筒周向应力横截面的最低点取得最大59.07MPa 强度校核鞍座包角取120，钢制鞍座宽度 450mm，垫板宽度 550mm11min,min 250,825250mm33saHHR鞍座高度腹板水平拉应力93.98MPa地震引起的腹板与筋板组合截面应力6.35MPasa温差引起的腹板与筋板组合截面应力82.35MPasa地震引起的地脚螺栓应力倾覆力矩0 085.04 10 N mmE

12、vM 每个地脚螺栓的横截面积22122.64mmbtA 承受倾覆力矩的地脚螺栓个数4n 筒体轴线两侧的螺栓距离1550mml 地脚螺栓拉应力38.3MPabt鞍座ansys分析定义单元类型Main Menu-Preprocessor-Element Type-Add/Edit/Delete 在Element Type列表框中选择Solid-Brick 8node 45，即定义的单元类型，单元为三维的弹性材料，单击OK按钮后退出该对话框定义材料属性Main Menu-Preprocessor-Material Props-Material Models 在Define Material Mode

13、l Behavior对话框中选择Structural-Linear-Elastic-Isotropic各向同性材料。在对话框中输入材料的杨氏模量EX为2.09e5，材料的泊松比为0.3，单击OK按钮后便完成定义 定义完杨氏模量与泊松比后，双击Density命令，定义材料的密度，在弹出的对话框中输入7.85e-6，单击OK按钮完成设置，然后退出Define Material Model Behavior对话框，完成材料属性定义鞍座ansys分析 施加载荷：Main Menu-Solution-Defin Loads-Apply-Structural-Pressure -On Areas单击On Areas命令栏后，便可以选择需要加载的面进行加载，利用拾取对话框拾取面后，单击拾