换热器布管计算

1、布管(1)换热管的排列方式为转角正方形排列，如下图所示(d)转用正方形排列(2)换热管中心距所选换热管d=25mm，换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径,查国标得换热管中心距S=32mm布管限定圆布管限定圆直径Dl=Dl2b3nL布管限定圆直径D圆筒内直径,mm；b3=0.25d=0.25x25=6.25mm（一般情况下不小于8mm）.二取b?=8.5Dl=Dl2b3=5002X8.5=483mm具体布管图如附图U型管换热器的设计与校核1由工艺设计给定壳体公称直径为500mm,壳程的最高工作压力为1.2MPa,管程最高工作压力为1.5MPa,壳程液体进口温度为70C,出口温度为110C；

2、管程液体进口温度180C,出口温度125C；管长为6000mm,4管程单壳程的换热器。原油的黏度大，因此壳程走原油，管程走被冷却的柴油。2筒体壁厚设计由工艺设计给定设计温度为150C,选用低合金钢Q345R。查GB1502011可知：150c时Q345R的许用应力5】50=189MPa,厚度暂取316mm,焊接采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系数4=0.85,钢板的厚度负偏差按GB/T7092006查3B类钢板得钢板负偏差为&=0.3，腐蚀裕量C2=3mm,设计压力为最大工作压力的1.051.1倍，由工艺设计给定壳程的最高工作压力为1.2MPa(绝)；表压=绝压一当地大气压=1.2

3、Mpa-101.3kpa=1.1Mpa.Pc=(1.051.1)x1.1=1.2Mpa计算壁厚t=(PcDi/2S-Pc)+C1+C2=5.175mm由于管壳式换热器在工作过程中除承受内压外还受到温差应力、支座反力和自重等载荷的作用，因此壳体壁厚应比计算值大，对碳素钢和低合金钢应满足GB1511999的最小厚度要求，查得U型管式换热器的壁厚应不小于8mm,圆整后取钢板名义厚度tn=8mm3封头厚度计算为满足强度要求，封头取与筒体相同的Q345R。查GB1502011可知：Q345R在150c时的许用应力5150=189MPa,厚度暂取316mm,焊接系数采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系数

4、4=0.85,钢板负偏差为C1=0.3,腐蚀裕量C2=3mm。封头为标准椭圆形封头，计算厚度：t=.fPcDi标准椭圆形封头K=12'1,-0.5PC.t=1X1.2X500/(2X189X0.85-0.5X1.2)+C1+C2=5.17mm与筒体壁厚的设计厚度近似，为加工方便封头壁厚取tn=8mm4管箱短节圆筒、封头厚度计算由工艺设计给定设计温度为200C,表压=绝压一当地大气压=1.5Mpa-101.3kpa=1.4Mpa设计压力Pc=(1.051.1)x1.4=1.5Mpa为满足强度和加工要求，管箱短节封头取与筒体相同的材料Q345R。根据GB1502011可知：200c时Q34

5、5R的许用应力b严=183MPa,厚度暂取316mm,焊接系数采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系数*=0.85,钢板负偏差为C1=0.3,腐蚀裕量C2=3mm。计算短节圆筒壁厚:PcDi1.550021830.85-1.5750309.6=2.42mmTn=t+C1+C2=2.42+0.3+3=5.72mm根据GB1511999规定碳素钢和低合金钢的最小厚度应不小于8mm,圆整后取8mm封头为标准椭圆形封头，计算厚度：t=产标准椭圆形封头K=12"叩-0.5艮1.550021830.85-0.51.5750310352.42mm与筒体壁厚的设计厚度近似，为加工方便封头壁厚取8mm

6、强度校核如SW6所示5换热管材料、规格及功能的确定由于管板选用的是与筒体一样的材料16Mn（锻件），钢板的硬度攵00HB故换热管应选取比管板材料硬度低的材料，所以选用10号碳素钢并且热阻较小0.00006m2KW，左右6拉杆的确定查GB1511999,换热管外径为25mm>19mm,采用拉杆定距管结构，如图所示查GB1511999（表4345）得换热管外径为25mm时，拉杆直径d=16mm,材料为不锈钢，4根；拉杆螺纹公称直径dn=16mm,La=20mm,Lb>60mm,b=2.0mm拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。7容器法兰的选择a）管箱法兰的选择已知DN=500mm,Pn=

7、1.5Mpa,介质温度<200C,所以选用甲型平焊法兰（平面法兰），查得法兰型号为JB/T47012000。压紧面形式为全平面密封，材料为16MnR。由于腐蚀裕量为3mm,故加厚短节为2mm。查JB/T47012000得法兰连接尺寸：DN=500mm,D=630mm,D1=590mm,D2=555mm,D3=545mm,D4=542mm,s=44mm,d=23mm。配套螺柱为M20X28个，查JB/T47072000选用等长双头螺柱（A型）d=d2=20mm,L°=50mm,C=2.5mm,r=6mm,b）壳体法兰的选择DN=500mm,Pn=1.2Mpa,介质温度200C,所

8、以选用甲型平焊法兰（平面法兰），材料为16MnR,压紧面形式为全平面密封查JB/T47012000得法兰连接尺寸：DN=500mm,D=630mm,D1=590mm,D2=555mm,D3=545mm,D4=542mm,s=44mm,d=23mm。配套螺柱为M20X28个，材料为40MnB查JB/T47072000选用等长双头螺柱（A型）d=d2=20mm,L0=50mm,C=2.5mm,r=6mm,L=?c）接管法兰的选择根据HG205921997Dn=125Pn=1.5选用板式平焊法兰（标准号为HG20593）,全平面密封,连接尺寸：D=250,K=210,L=18x8（M16）。8垫片的

9、选择一般情况下垫片材料为非金属软垫片（GB3985石棉橡胶板）垫片500-1.6JB/T47042000查得垫片尺寸D=544mm,d=504mm,8=3mm法兰垫片接触面外径D4=542mm垫片接触面宽度N=(542-504)+2=19mm基本密封宽度，查GB1502011表71,b0=N/2=9.5mm管箱垫片选用缠绕垫片标号为JB/T4719-1992如图所示为四管程管箱垫片钢带为OCrl9Ni9垫片外径垫片内径内定位加强环内径查JB/T4719-1992得D=554,d=522,d1=5189管板设计换热器公称直径Dn为500mm,即Dj=500mm；由于管板不兼作法兰，所以管板与管箱

10、圆筒、壳程圆筒之间的连接方式为a型（管板通过垫片与壳体法兰和官箱法兰连接）5换热管规格为©25mmx2.5mm,Lo=6000mm,换热管实际排管换热管实际排管根数60;换热管排列方式为斜正方形，管心距为32mm;换热管与管板的连接方式：先焊后强度胀接；管板分程隔板梢深4mm,管箱法兰采用JB/T47012000,查GB150.22011得圆筒材料:Q345RJ50=189MPar-200=183MPa管板材料：16Mn锻件b200=150MPab】50=167MPa换热管材料：10号钢fe20=108MPa计算Dg,人，At,Dt,R,Cc垫片压紧力作用中心圆直径Dgbo圭6.4m

11、m时b=2.53'bo=2.53父V9.5=7.8mmDg-542-27.8-526.4mm,沿隔板一侧的排官数n=10和8根隔板槽两侧相邻中心距Sn=322mm在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积对于正方形排列A=n'SSnS=(108)3232.2-32=7635mm2222管板布管区面积A=2nS2A=2603227635=130515mm2一根换热管管壁金属的横截面积a查GB151-1999附录J表J1得a=176.71mm2g化曰士c4A4130515官板布官区的当重直径Dt=J=J=407.8mmt二3.14管板布管区的当量直径与壳

12、程圆筒内径之比4=2(a型连接2R=Dg)2RDt407.81t0.7751、=1.29032R526.4t系数Cc,对于a型连接方式，Kf=0,按*t查GB1511999图19得：Cc=0.266确定管板设计压力不能彳证Ps与pt在任何情况下都同时作用，并两侧均为正压时，取两者中的大者pd=max(ps,pt尸max(1.5,1.2)=1.5MPa管板厚度计算、.=0.82Dg.CcPdt=0.82526.41.50.266=35.2mm；20.4150管板设计厚度6d=35.2+6+4+0.8=46mm(力口上腐蚀裕量6mm和分程隔板槽厚度4mm)管板名义厚度、n=46mmD=542mmG

13、B151-1999中用于一般场合，管板最小厚度要求应符合：do宅25时，6min>0.75do=18.75mm符合。10接管油的经济流速范围为0.51.0ms-1(1)接管的选型各接管直径由流速及其流量，按如下公式进行计算d;仪二4ms,二u二u管程流体进出口接管：流速取0.8ms-1,/4msI4乂23000八d1=J=103.6mm.二：u-3.1494836000.8查HG20592-1997可知，选用管程接管公称通径为Dn=125mm,钢管外径为Do=133mm,接管材料为20号钢，查GB9948设计温度下的许用应力5子°°=131MPa,负偏差为0.8mm,

14、1壳程流体进出口接管：流速取0.75msd2=97.83mm4ms_414817二：u一；3.1473036000.75查HG20592-1997可知，选用壳程接管公称通径为Dn=100mm,钢管外径为Do=108mm接管材料为20号钢，查GB9948设计温度下的许用应力L产=140MPa,负偏差为0.8mm11折流板折流板按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口接管。折流板缺口水平上下布置，为防止液体中有气体进入壳体，在缺口朝下的折流板最高处开通气口，如图所示折流板间距为150mm,圆缺口高度h=1/3Do+5mm=172mm,且125mm钢管的最大无支撑跨距为1850mm,所以折流板的最小厚度为12mm,公称直径Dn=500折流板的名义外直径=5004.5=495.5mm。查国标151-1999（表35）得折流板管孔直径=换热管外径+0.7=25