浮头式换热器强度和施工图设计陈晓慧

1、滤液一次换热器强度和施工图设计2015.11.22 2中国石油大学（北京）化工学院 3中国石油大学（北京）化工学院一、设计任务壳程管程工作介质名称溶剂滤液换热器公称直径900mm介质特性轻度易爆无毒非易爆换热面积201m2安全装置/换热管规格25x2.5最大操作压力3.5MPa0.8MPa换热管公称长度6000mm进/出口操作温度40/2520/30换热管排列方式转角正方形环境温度北京燕山北京燕山折流板间距290mm腐蚀速率0.1mm/a0.1mm/a折流板缺口位置上下排布程数14折流板缺口高度25%保温材料/设计寿命15年图1 条件图表1 设计条件表 设计任务：对四管程浮头式换热器进行常规设

2、计，要求所设计出的换热器能够将滤液加热到特定温度，滤液走管程，入口温度为20，出口温度需达到30。 4中国石油大学（北京）化工学院二、设计标准的确定 本设计中，设计委托方并未提出设计条件表之外的设计要求。对换热器进行常规设计，主要设计标准见表2。基本规程TSGR0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程基础标准GB150-2011压力容器产品标准GB151-1999管壳式换热器封头的选择GB/T25198-2011压力容器封头容器法兰的选择NB/T4702047027-2012压力容器法兰、垫片、紧固件接管法兰的选择HG/T2059220635-2009钢制管法兰、垫片、紧固件支座的选择

3、JB/T4712.14712.4-2007容器支座焊接规程NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定焊接工艺评定NB/T47015-2011压力容器焊接规程表2 换热器设计标准 5中国石油大学（北京）化工学院三、BES换热器设计参数的确定结构名称设计压力（MPa）设计温度()壳程3.8570管程0.8860圆筒壳体3.8570前管箱0.8860外头盖3.8570管板3.8570浮头盖分别计算70表3 BES换热器设计参数表设计压力：1.1倍最大操作压力；设计温度：分别取管程和壳程介质最高温度加30；介质性质：壳程为轻度易爆轻微腐蚀，管程为无毒非易爆轻微腐蚀。HG/T205980-2011

4、钢制化工容器设计基础规定GB151-1999管壳式换热器参考标准： 6中国石油大学（北京）化工学院四、BES换热器结构设计及强度计算 本部分主要完成了完成换热器壳体、管箱、外头盖、管板、管束、浮头盖以及其他紧固件和支承件的结构设计及强度计算。 名称结构简图强度计算结构设计壳体筒体厚度（压力试验）；接管开孔补强；外头盖外头盖侧法兰校验侧法兰校验壳体法兰与外头盖侧法兰选型和尺寸设计；法兰密封形型式设计；接管外伸高度设计前后管箱管箱短节及椭圆形封头厚度及压力试验强度校验；开孔补强；厚壁管校核管箱法兰与外头盖法兰结构与尺寸设计；厚壁管结构设计 7中国石油大学（北京）化工学院四、BES换热器结构设计及强

5、度计算管板确定布管区当量直径；确定管板设计压力；计算管板厚度；确定布管限定圆尺寸，完成布管；确定拉杆孔的位置，拉杆和定距管数量管束确定换热管稳定许用压应力，校核换热管轴向应力折流板数量；第一块折流板的位置；支持板结构设计和位置确定；换热管与管板的连接方式；滑道形式和尺寸的设计。浮头盖球冠形封头厚度的计算以及浮头法兰厚度的计算钩圈形式选择与尺寸设计 8中国石油大学（北京）化工学院四、BES换热器结构设计及强度计算球冠形封头球冠形封头 内压计算（管程） 外压作用（壳程） tit5=6p Rt0.88MPap i700mmR t189MPa=0.85MPa=3.2mm10.3mmC 21.5mmC

6、n=8mm假设名义厚度n计算有效厚度eoe0.125/AR按GB150-2011 图4-4B oe/BpR式（式（1 1）式（式（2 2）式（式（3 3） 当pps,且两者的值比较接近时，说明假设的名义厚度合适。外压作用下，球冠形封头的名义厚度为20mm，p=3.93MPa。 9中国石油大学（北京）化工学院四、BES换热器结构设计及强度计算换热器主要部件厚度计算结果换热器主要部件厚度计算结果部件名称厚度计算公式计算厚度名义厚度筒体前管箱短节外头盖短节前管箱椭圆封头外头盖椭圆封头管板厚度浮头法兰厚度（操作状态下）浮头法兰厚度（拧紧状态下） it2pDpd10.9mmn14mm it2pDp it

7、2pDpd2.47mmn14mmd12.13mmn16mm iht20.5KpDp iht20.5KpDph2.1mmnh14mmh12.1mmnh16mmtaCDP69.42mmn80mm2fppLJLfaaJn106mm 10中国石油大学（北京）化工学院四、BES换热器结构设计及强度计算 11中国石油大学（北京）化工学院 装配图绘制完毕后估算出容器的体积V=5.012m3，换热器管壳程的工作介质均为第二组介质，设计压力按较大的壳程设计压力，P=3.85MPa，根据TSGR0004固定式 压力容器确定容器为第类压力容器。四、BES换热器结构设计及强度计算 12中国石油大学（北京）化工学院五、

8、结论 本设计换热面积满足工艺要求，本设计换热面积满足工艺要求，相关部件的强度计算和应力校核均满相关部件的强度计算和应力校核均满足设计要求。最终完成了设计说明书足设计要求。最终完成了设计说明书1 1份，份，A1A1图纸图纸7.1257.125张（滤液一次换热器张（滤液一次换热器图纸目录图纸目录1 1张，装配图张，装配图1 1张，管箱部件张，管箱部件图图1 1张，管束部件图张，管束部件图1 1张，管板部件图张，管板部件图1 1张，外头盖部件图张，外头盖部件图1 1张，折流板等零部张，折流板等零部件图件图1 1张以及其它零部件图张以及其它零部件图1 1张）张） 13中国石油大学（北京）化工学院换-304装配图 14中国石油大学（北京）化工学院换-304管箱部件图 15中国石油大学（北京）化工学院换-304管束部件图 16中国石油大学（北