流量为200th双管程固定管板式换热器设计

1、课题名称流量为200t/h双管程固定管板式换热器设计者宋雅诗图号GK3122020118-01设计参数管口表容器类别符号公称尺寸用途或名称参数名称壳程管程a450进油管工作压力MPa1.62b450出油管设计压力MPa1.652.5c200热水出口工作温度2590d设计温度15095e20放气口介质油水f20放气口介质特性h200冷水进口推荐材料Q34520钢g20排液口腐蚀余量mm20.3m20排液口焊接接头系数0.850.85程数12传热面积465465换热管推荐尺寸管子与管板连接方式强度焊接强度焊接设计参数： 壳程：壳程介质为热油，由25加热到70； 管程： 管程为水，入口温度为160，

2、出口温度为90；流量为200t/h 结构为固定管板式换热器内容摘要本设计为固定管板式换热器，由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成。其结构较紧凑，排管较多，在相同直径情况下面积较大制造较简单。本设计采用单壳程，双管程。管程工作压力2MPa，工作温度90摄氏度，介质为水。壳程工作压力1.6MPa，工作温度70摄氏度，介质为油。固定管板式换热器的设计包括：管子的规格和排列方式、圆筒、封头、管板的材料选择及厚度设计，拆流板、防冲板的选择等。首先管子的选择是以清洗方面及合理使用管材为原则。管子在管板上的排列方式为三角形排列。因为三角形排列时，管板的强度高、流体短路机会少，且相同管程内可排列更多的管子。壳

3、体厚度计算式是由圆筒薄膜应力准则推导出的。其最小壁厚应不小于封头内径的0.15%。管板是管壳式换热器中最重要的部件之一，在选材时除力学性能外，还应考虑流体的腐蚀性的影响。在计算厚度时，要在满足强度要求的前提下，尽量减少管板的厚度。拆流板最常用的为圆缺型挡板，切去的弓形高度一般取外壳内径的20%25%。关键字： 换热器 管板Abstract Change a hot machine, is hot parts of calorieses of the fluid deliver to the equipments of cold fluid, and then call a heat excha

4、nger.Changing the hot machine is the in general use equipments of chemical engineering, petroleum, power and food and other many industrial sections, occupy an important position in the production.Produce in the chemical engineering in change hot machine as heating apparatus, water cooler, congealed

5、 machine, evaporate a machine and again Fei machine etc., apply more extensively. This design topic floats a type to change for the 105 ts/h vapor-water for the discharge hot machine, float a type to change hot machine of a carry to take care of plank and hull body fix, but another one the tube plan

6、k carrying can float in the hull freedom inside the body, hull body and control free to inflation, past be two difference in temperatures that lie quality more big, control to produce a difference in temperature in response to the dint with of hull bodies not.Float a head to carry to design can dism

7、antle structure, making to control can easily insert or draw out a hull body.(Can also design can not dismantle of).Fix, cleaned to provide convenience for check like this.But should change hot machine structure more complicated, and float to carry a small cover can not know to reveal a circumstance

8、 while operating, consequently need to specially notice it to seal completely while installing.The floating the advantage that a type changes a hot machine can draw out for controling and clean a tube, hull distance by convenience;Lie a quality difference in temperature to be free from restriction;C

9、an under the heat, high pressure work, the general temperature is smaller than to equal 450 degrees, the pressure is smaller than to equal 6,400,000,000,000 Pas;Can used for knotting the dirt more serious situation;Can used for taking care of a distance to easily decay situation.The weakness leaks f

10、or being small to float inside easy occurrence;Metal material consumes to have great capacity, the cost is 20% in height;The structure is complicated.Compute in the traditional craft in include to transmit heat an area calculation, spread a calories calculation and transmit heat coefficient to reall

11、y settle and change hot path inside the tube and change hot tube model number of choice, and transmit heat coefficient, press to decline and checking of wall calculate etc. problem.In strength compute win main discussion of is a tube body, tube box and head, take care of plank thickness calculation

12、and fold to flow plank, method orchid and mat a slice and connector and, box off the design of zero partses like plank,etcs, also need to carry on some strength pit in the school.Have to consider floating path Do outside a tube knothole while designing.It's outside path's turn to should be s

13、maller than path Di inside the hull body, generally recommend float mural the cleft inside a tube plank and hull body b 1=35 mms.Like this, after being the hook turn of floating a to tore down, can immediately will control from the hull body inside draw out.In order to in carry on check to fix, clea

14、n.Float the cranium just can carry on assemble after controling to pack into, so should consider promising to float necessary space for cranium to assemble in the design.This design is according to the GB151 tube hull the type change hot machine and the GB150 the steel system pressure container desi

15、gn.Change the hot machine is in each realm of work, agriculture should carry very extensively, in the daily life transmit heat an equipments also everywhere it is thus clear that, is one of indispensable craft equipmentses.Key word:Change a hot machine;Float to take care of plank;Transmitheat a calc

16、ulation;The strength school checks 目 录第一章 综述 11.1 引言 11.2结构 21.3类型 31.4非金属材料换热器 3 1.4.1流道的选择 3 1.4.2操作强化 41.5近期国内外开发研究的发展方向 4第二章 工艺计算说明书 921原始数据 922定性温度及物性参数 923传热量与油流量1024有效平均温差1025管程换热系数1026结构的初步设计1127壳程换热系数计算1128传热系数计算1229管壁温度计算12第三章 结构设计说明书1231换热管材料及规格的选择和根数的确定1232布管方式的选择1333筒体内径的确定1335封头形式的确定14

17、36管箱短节壁厚计算1537容器法兰的选择15第四章 管板尺寸的确定及强度计算1741筒的计算1742对于延长部分兼作法兰的管板的计算1843假定管板的厚度计算2144 G2值的取得2445法兰厚度的计算2446法兰力矩的的危险组合25 461只有壳程设计压力Ps，而管程设计压力Pt=0，不计膨胀节变形差（即r=0）。25 4.6.2只有壳程设计压力，而管程设计压力Pt=0，并且计入膨胀变形差。26 4.6.3只有管程设计压力Pt，而壳程设计压力Ps=0，不计膨胀节变形差时：28 4.6.4只有管程设计压力Pt，而壳程设计压力Ps=0，同时计入膨胀变形差时29 4.6.5由管板计算厚度来确定管

18、板的实际厚度304.7是否安装膨胀节的判定314.8折流板尺寸的确定314.9各管孔接管及其法兰的选择314.10设备法兰的选择334.11拉杆和定距管的确定354.12开孔补强计算：364.13筒体管箱耐压试验的应力校核计算384.14支座的选择及应力校核39 4.14.1支座的选择39 4.14.2鞍座的应力校核40参 考 文 献44致谢45第1章 综述1.1 引言换热器的发展已经有近百年的历史，被广泛应用在石油、化 、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域。进入80 年代以来，由于制造技术、材料科学技术的不断进步和传热理论研究的不断完善，有关换热器的节能设计和应用越

19、来越引起关注。按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。按照制造热交换器的材料来分：金属的、陶瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。按照传送热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式等三大类。其中间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。目前在发达的工业国家热回收率已达96 % ,换热设备在石油炼厂中

20、约占全部工艺设备投资的35 %40 %。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势, 约70 %。其余30 %为各类高效紧凑式换热器、新型热管和蓄热器等设备, 其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化, 并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系。 换热器是是传热流体与冷流体设备，换热器，也被称为热交换器的一部分各类类型的热交换器作为一个过程中必不可少的设备，广泛应用于化工，制药，电力，

21、冶金，交通，制冷，轻工等行业。这取决于如何生产工艺和生产规模，设计投资，能耗低，传热效率高的过程中，维护热交换器，旨在提高技术水平的容易具有十分重要的意义。热交换器的分类 由于制造工艺和科学水平，早期的热量只有一个简单的结构，并且一个小的传热面积，体积庞大和笨重，如蛇管式换热器的限制。随着制造工艺的发展，逐渐形成一个管壳式换热器，它不仅具有较大的单位体积的传热面积和传热效果也不错，很长一段时间，成为在工业生产中的热的典型变化。 20世纪20年代出现板式换热器，并在食品工业中使用。与代管制成，结构紧凑，传热效果好，从而逐渐发展成为各种形式的板式换热器。 30年代初，瑞典首次成螺旋板式换热器。那么

22、英国的法律体系营造钎焊铜及铜合金由冷却飞机发动机的板翅式换热器制造。 30年代后期，瑞典创造了纸浆厂第一壳式换热器。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的散热问题，人们的新材料开始关注到热交换器。1.2结构1.3类型1.4非金属材料换热器流道的选择操作强化预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。 3、过热器过热器用于把流体（工艺气或蒸汽）加热到过热状态。4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。三、按换热器的结构分类可分为：式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。1.5近期国内外开发研究的发展方向1.非金属材料应用。非金属材料在一定的范

23、围内具有金属材料不可比拟的优点。石墨材料具有优良的导电、导热性能,较高的化学稳定性和良好的机加工性,氟塑料具有特别优良的耐腐蚀性。氟塑料耐腐蚀性能极强,并且与金属材料相比还具有成本上的优势。复合材料如搪瓷玻璃具有优良的耐腐蚀性能、良好的耐磨性、电绝缘性以及表面光滑不易粘附物料等优点,已经用于制作换热产品。陶瓷材料因其优异的耐腐蚀性、耐高温性能而引起工业界的高度重视,已经在换热产品的制造中得到应用。2.计算流体力学和模型化设计的应用。在换热器的热流分析中,引入计算机技术,对换热器中介质的复杂流动过程进行定量的模拟仿真。目前基于计算机技术的热流分析已经用于自然对流、剥离流、振动流和湍流热传导等的直

24、接模拟仿真,以及对辐射传热、多相流和稠液流的机理仿真模拟等方面。在此基础上,在换热器的模型设计和设计开发中,利用CFD的分析结果和相对应的模型实验数据,使用计算机对换热器进行更为精确和细致的设计。3.加强实验和理论研究。采用先进的测量仪器来精确测量换热器的流场分布和温度场分布,并结合分析计算,进一步摸清不同结构的强化传热机理。采用数值模拟方法对换热器内流体流动和传热过程进行研究,预测各种结构对流场及传热过程的影响。4.有源技术研究。如利用振动、电场方法强化传热的机理研究、试验研究,给出对比试验数据,提出理论计算模型。5.强化结构组合研究。为达到管壳程同时强化的目的,强化结构组合研究将成为近期传

25、热强化技术研究的发展方向。6.气动喷涂7.俄罗斯提出了一种先进方法，即气动喷涂法，来提高翅片化表面的性能。其实质是采用高速的冷的或稍微加温的含微粒的流体给翅片表面喷镀粉末粒子。用该方法不仅可喷涂金属还能喷涂合金和陶瓷(金属陶瓷混合物)，从而得到各种不同性能的表面。通常在实践中翅片底面的接触阻力是限制管子加装翅片的因素之一。为了评估翅片管换热器元件进行了试验研究。试验是采用在翅片表面喷涂ac铝，并添加了24a白色电炉氧化铝。将试验所得数据加以整理，便可评估翅片底面的接触阻力。将研究的翅片的效率与计算数据进行比较，得出的结论是：气动喷涂翅片的底面的接触阻力对效率无实质性影响。为了证实这一点，又对基

26、部(管子)与表面(翅片)的过渡区进行了金相结构分析。8.对过渡区试片的分析表明，连接边界的整个长度上无不严密性的微裂纹。所以，气动喷涂法促进表面与基本相互作用的分支边界的形成，能促进粉末粒子向基体的渗透，这就说明了附着强度高，有物理接触和金属链形成。因而气动喷涂法不但可用于成型，还可用来将按普通方法制造的翅片固定在换热器管子的表面上，也可用来对普通翅片的底面进行补充加固。可以预计，气动喷涂法在紧凑高效换热器的生产中，将会得到广泛应用。9.螺旋折流10.在管壳式换热器中，壳程通常是一个薄弱环节。通常普通的弓形折流板能造成曲折的流道系统(z字形流道)，这样会导致较大的死角和相对高的返混。而这些死角

27、又能造成壳程结垢加剧，对传热效率不利。返混也能使平均温差失真和缩小。其后果是，与活塞流相比，弓形折流板会降低净传热。优越弓形折流板管壳式换热器很难满足高热效率的要求，故常为其他型式的换热器所取代(如紧凑型板式换热器)。对普通折流板几何形状的改进，是发展壳程的第一步。虽然引进了密封条和附加诸如偏转折流板及采取其他措施来改进换热器的性能，但普通折流板设计的主要缺点依然存在。11.为此，美国提出了一种新方案，即建议采用螺旋状折流板。这种设计的先进性已为流体动力学研究和传热试验结果所证实，此设计已获得专利权。此种结构克服了普通折流板的主要缺点。螺旋折流板的设计原理很简单：将圆截面的特制板安装在“拟螺旋

28、折流系统”中，每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一，其倾角朝向换热器的轴线，即与换热器轴线保持一倾斜度。相邻折流板的周边相接，与外圆处成连续螺旋状。折流板的轴向重叠，如欲缩小支持管子的跨度，也可得到双螺旋设计。螺旋折流板结构可满足相对宽的工艺条件。此种设计具有很大的灵活性，可针对不同操作条件，选取最佳的螺旋角；可分别情况选用重叠折流板或是双螺旋折流板结构。12.麻花管13.瑞典alares公司开发了一种扁管换热器，通常称为麻花管换热器。美国休斯顿的布朗公司做了改进。螺旋扁管的制造过程包括了“压扁”与“热扭”两个工序。改进后的麻花管换热器同传统的管壳式换热器一样简单，但有许多激动人心的进步，

29、它获得了如下的技术经济效益：改进了传热，减少了结垢，真正的逆流，降低了成本，无振动，节省了空间，无折流元件。14.由于管子结构独特使管程与壳程同时处于螺旋运动，促进了湍流程度。该换热器总传热系数较常规换热器高40%，而压力降几乎相等。组装换热器时也可采用螺旋扁管与光管混合方式。该换热器严格按照asme标准制造。凡是用管壳式换热器和传统装置之处均可用此种换热器取代。它能获得普通管壳式换热器和板框式传热设备所获得的最佳值。估计在化工、石油化工行业中具有广阔的应用前景。15.螺旋管式16.在管子上缠绕金属丝作为筋条(翅片)的螺旋管式换热器，一般都是采用焊接方法将金属丝固定在管子上。但这种方法对整个设

30、备的质量有一系列的影响，因为钎焊法必将从换热中“扣除”很大一部分管子和金属丝的表面。更重要的是，由于焊料迅速老化和破碎会造成机器和设备堵塞，随之提前报损。17.螺旋板式18.螺旋板式换热器19.传热元件由螺旋形板组成的换热器。20.螺旋板式换热器是一种高效换热器设备，适用汽汽、汽液、液液，对液传热。它适用于化学、石油、溶剂、医药、食品、轻工、纺织、冶金、轧钢、焦化等行业。按 结构形式可分为 不可拆式（型）螺旋板式及可拆式（型、型）螺旋 板式换热器21.螺旋板式换热器结构及性能22.本设备由两张卷制而成，形成了两个均匀的螺旋通道，两种传热介质可进行全逆流流动，大大增强了换热效果，即使两种小温差介

31、质，也能达到理想的换热效果。23.在壳体上的接管采用切向结构，局部阻力小，由于螺旋通道的曲率是均匀的，液体在设备内流动没有大的转向，总的阻力小，因而可提高设计流速使之具备较高的传热能力。24.I型不可拆式螺旋板式换热器螺旋通道的端面采用焊接密封，因而具有较高的密封性。25.II型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其中一个通道可拆开清洗，特别适用有粘性、有沉淀液体的热交换。26.III型可拆式螺旋板换热器结构原理与不可拆式换热器基本相同，但其两个通道可拆开清洗，适用范围较广。27.单台设备不能满足使用要求时，可以多台组合使用，但组合时必须符合下列规定：并联组合、串联组合、设备

32、和通道间距相同。混合组合：一个通道并联，一个通道串联。28.变声速压29.变声速增压热交换器即两相流喷射式热交换器，广泛适用于汽水换热的各个领域。由中国洛阳蓝海实业有限公司自主研发。它以蒸汽为动力，通过汽水压缩混合，使水温瞬时升高，利用压力激波技术达到无外力增压的效果，显著的节能和增压特点大大降低了用户使用成本，可取代传统的热交换器。30.变声速增压热交换器是一种混合型汽水换热设备，蒸汽经过绝热膨胀技术处理以射流态引入混合腔与经过膜化处理的被加热水在蒸汽冲击力作用下均匀混合，形成具有一定计算容积比的汽水压缩混合物，当其瞬间压缩密度达到一定值时便形成了两相流体场现象。在场态的激化下，该混合物的声

33、速值出现突破声障临界的过渡性转变，同时爆发大量压力激波，压力激波单向传导特性使瞬间达到设计温度的热水在不变截面管道中出现压力升高却不回流现象。变声速增压热交换技术是以两相流体场的有序激化强制完成瞬时换热+无外力增压双效应。第二章 工艺计算说明书21原始数据 管程水的进口温度t1=160 管程水的出口温度t1=90 管程水的工作压力P1=2MPa 壳程油的入口温度t2=25 壳程油的出口温度t2=70 壳程油的出口压力P2=1.6MPa 壳程油的流量G1=200000kg/h22定性温度及物性参数 管程水定性温度t1=125 管程水密度查物性表得1=945kg/m3 管程水比热查物性表得Cp1=

34、4.24KJ/（Kg· ） 管程水导热系数查物性表1=0.685 管程水粘度1=0.27×10-3Pa·s 管程水布朗特数查物性表得Pr=1.4 壳程油定性温度t2=47.5 壳程油比热查物性表得Cp2=2.1KJ/（Kg· ） 壳程油密度查物性表得2=800 kg/m3 壳程油导热系数查物性表得2=0.13W/（m·） 壳程油粘度2=0.91×10-3Pa·s 壳程油布朗特数查物性表得Pr=16.1 23传热量与油流量 取定换热效率=0.98 则设计传热量Q= G1·Cp1·（t1- t1）×

35、1000/3600 =200000×4.24×（90-20）×0.98×1000/3600=1.616×107W 由 Q=G2Cp2（t2- t2）·导出油流量G2 得G2=66.456kg/s24有效平均温差 tm=（t2- t1）-（t1- t2）/（t2- t1）/（t1- t2） =（70-90）-（90-25）/（70-90）/（90-25）=62.2 参数：P=（t1-t2）/（ t1- t2）=（90-145）/（20-145）=0.44 参数：R=（t1- t1）/（t2- t2）=（20-90）/（90-145）=1

36、.2727 换热器按单壳程2管程设计则查得 管壳式换热器原理与设计P21 温差校正系数=0.78 有效平均温差：=0.88×62.2=48.51625管程换热系数 初选传热系数K0=240（m2·K） 则初选传热面积为：=5.369×106/（240×48.516）=461.1m2 选用25×2.5的无缝钢管做换热管。 则：管子外径d0=25mm 管子内径di=20mm 管子长度L=6000mm 则需要换热管根数：=461.1/（3.14×0.025×（6-0.05-0.003）=988 可取换热管根数为988根 则管程流通

37、面积：=998/2×3.14×0.022/4=0.155m2 管程流速：=200000/（945×0.155×3600）=0.379m/s 管程雷诺数：945×0.379×0.02/（0.27×10-3）=26530 管程传热系数（化工原理P248） 26结构的初步设计 查GB151-1999知管间距按1.25d0取 管间距s=0.032m 管束中心排管数；Nc=1.1=1.1=34根 则壳体内径：=0.032×（34-1）+4×0.025=1.156m 筒内径：Di=1.2m 则长径比：L/Di=6/1

38、.2=5合理 折流板选择弓形折流板： 弓形折流板的弓高：h=（0.2-0.45）Di=0.25 ×1.2=0.3 折流板间距：B=Di/3=1.2/3=0.4 折流板数量Nb=L/B-1=6/0.4-1=14块27壳程换热系数计算 壳程流通面积： 壳程流速：=66.5/（800×0.105）=0.791 壳程质量流速：=800×0.791=632.8 壳程当量直径： =（1.22-988 ×0.0252）/（988×0.025）=0.03 壳程雷诺数=800×0.79×0.03/91×10-5=20835 切去弓形

39、面积所占比例按h/Di=0.3/1.2=0.25 传热因子L/de=6/0.03=200 得Js=56 管外壁温度假定值：tw2=40 壁温下水的粘度：w=62×10-5Pa·s 粘度修正系数=（91/62）0.14=1.05 壳程传热系数 Js =0.13/0.03* 16.11/3*1.05*56=64328传热系数计算 查GB-1999第138页可知 油侧污垢热阻：r2=0.000172（m2· /W） 管程水污垢热阻：r1=0.000176（m2· /W） 由于管壁比较薄，所以管壁的热阻可以忽略不计 可以计算出总传热系数 则传热面积比为Ki/K0

40、=262.6/240=1.09（合理）29管壁温度计算 管外壁热流密度计算=27.08×106/（988×3.14×0.025×6）=58193W/m2· 管外壁温度：=55-58193（1/643+0.000172）=39.7 误差校核tw2-tw2=39.7-40=-0.3误差不大 合适第三章 结构设计说明书31换热管材料及规格的选择和根数的确定 序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1换热管材料20#2换热管规格25×2.5×60003传热面积Am2A=Q/Ktm4654换热管根数N根N=A/3.14dL98832布管

41、方式的选择序号项目符号单位数据来源和数据计算数值1转角正三角形GB151-1999图112换热管中心距SmmGB151-1999表12323隔板槽两侧相邻管中心距SnmmGB151-1999表124433筒体内径的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1换热管中心距SmmGB151-1999表12322换热管根数Nt根Nt=A/3.14dL9883管束中心排管根数Nc根Nc=1.1344换热管外径d0mm255到壳体内壁最短距离b3mmb3=0.25 d06.256布管限定圆直径d1mmdL=di-2B31143.57筒体内径dimmdi=s（Nc-1）+4d11568实取筒体公称直径Dm

42、mJB/T4737-95120034筒体壁厚的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力PcMPaPc=1.1P1.652筒体内径dimm见三-812003筒体材料20R4设计温度下筒体材料的许用应力tMPaGB150-981505焊接接头系数0.856筒体设计厚度mm=PcDi/（2t-Pc）7.87腐蚀裕量C2mm28负偏差C1mm09设计厚度dmmd=+ C29.810名义厚度nmmGB151-1999项目1435封头形式的确定序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1封头内径Dimm12002计算压力PcMPaPc=1.1P2.53焊接接头系数0.854设计温度下许用压力tMP

43、aGB151-1999项目1505标准椭圆封头计算厚度mm=PcDi/（2t-0.5Pc）11.86腐蚀裕量C2mm27负偏差C1mm08设计厚度dmmd=+C213.89名义厚度nmmGB151-1999项目1410直边高度hmmJB/T4737-954036管箱短节壁厚计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1计算压力PcMPa1.652管箱内径dimm12003管箱材料20R4设计温度下许用应力tMPaGB150-981505管箱计算厚度mm=Pcdi/（2t-Pc）7.86焊接接头系数mm0.857腐蚀裕量C2mm28负偏差C1mm09设计厚度dmmd=+ C29.810名义厚度nG

44、B151-1999项目1437容器法兰的选择序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1法兰类型长颈对焊法兰JB/T4703-2000PN=2.5MPa2法兰外径d0mmJB/T4703-200013953螺栓中心圆直径d1mmJB/T4703-200013404法兰公称直径dnmmJB/T4703-200012005法兰材料16MnR6垫片类型JB/T4703-2000PN=2.5MPa7垫片材料GB/T3985-19958垫片公称直径dnmmJB/T4704-200012009垫片外径D0mmJB/T4704-2000127510垫片内径DmmJB/T4704-2000122511法兰厚度mm

45、JB/T4704-20008512垫片厚度1mmJB/T4704-2000313螺栓规格及数量2×48×M27第四章 管板尺寸的确定及强度计算本设计为管板延长部分兼作法兰的形式，即GB151-1999项目5.7中，图18所示e型连接方式的管板。A、 确定壳程圆筒、管箱圆筒、管箱法兰、换热管等元件结构尺寸及管板的布管方式；以上项目的确定见项目一至七。41筒的计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值备注1筒体内径dimm12002筒体内径横截面积Amm211304003筒体厚度smm144圆筒内壳壁金属截面积Asmm253367.005管子金属总截面积namm21563156

46、换热管根数N9887换热管外径Dmm258换热管壁厚tmm2.59换热管材料的弹性模量EtMPaGB150-1998表F518200010换热管有效长度Lmm598011沿一侧的排管数n 3012布管区内未能被管支撑的面积Admm21720013管板布管区面积Atmm280200314管板布管区当量直径DtmmDt=1010.7715换热管中心距SmmGB151-19993216隔板槽两侧相邻管中心距SnmmGB151-19994417管板布管内开孔后的面积A1mm2A1= At -nd2/480200218系数=A1/A0.7119壳体不带膨胀节时换热管束与圆筒刚度比QQ=Et×n

47、a/EsAs2.7120壳程圆筒材料的弹性模量EsGB150-1998表F519600021系数=na/A10.1922系数ss=0.4+0.6（1+Q）/3.5423系数tt=0.4（1+）+（0.6+Q）/5.5424管板布管区当量直径与壳程圆筒内径比PtPt=Dt/Di0.8425管子受压失稳当量长度LcrmmGB151-1999图3226设计温度下管子受屈服强度stMPaGB150-1998表F219642对于延长部分兼作法兰的管板的计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1垫片接触宽度NMmGB150-1998表9-1252垫片基本密度宽度BoMmBo=N/212.53垫片比压力y

48、MPaGB150-1998表9-2114垫片系数m2.05垫片有效密封宽度bMmB=2.5396垫片压紧力dGMmdG= d0-2b12607预紧状态下需要的最小螺栓载荷WaNWa=3.14dG×b×y391372.758操作状态下需要的最小螺栓载荷WpNWp=0.78DG2×Pc+6.28DG×b×m×Pc2578132.09常温下螺栓材料的许用应力bMPaGB150-1998表F4272.510预紧状态下需要的最小螺栓面积Aamm2Aa=Wa/b1436.2511操作状态下需要的最小螺栓面积Apmm2Ap= Wp/b119461.

49、0312需要螺栓总截面积Ammm2Am=maxAa，Ap119461.0313法兰螺栓的中心圆直径dbMm134014法兰中心至Fc作用处的径向距离LGMmLG=（db-dG）/240.515基本法兰力矩MmNmmMm=Am×LG×b1.04×10816筒体厚度0Mm1417法兰颈部大端有效厚度1Mm1=1.75024.518螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交的径向距离LAMmLA=（db-di）/2-145.519螺栓中心处至FT作用位置处的径向距离LTMmLT= (LA+ LG+1)/252.7520螺栓中心距FD作用处的径向距离LDMmLD=（db-di）/27

50、021作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力FDNFD=0.785di2×Pc211384822流体压力引起的总轴向力与作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力差FTNFT=F-FDF=2719998.996606150.99623操作状态下需要的最小垫片压力FGNFG=6.28DG×b×m×Pc266133.463223法兰操作力矩MpNmmMp=FD×LD+FT×LT+FG×LG1.91×10843假定管板的厚度计算序号项目符号单位数据来源和计算公式数值1布管区当量直径与壳程圆筒内径之比tt=Dt/Di0.842系数CcGB151-1999 (P31)表220.27963管板材料16MnR4设计温度下管板材料许用应力rtMPaGB150-1998（P15）1385管板刚度削弱系数GB151-19990.46壳程设计压力PsMPa1.877管程设计压力PtMPa2.28管板设计压力PdMPaMaxPt -Pt，Pt，Ps2.29管板厚度=0.82Dg 108.910换热管加强系数K