固定管板式换热器机械设计

1、三明学院课程设计固定管板式换热器机械设计指导教师：邹志明教授08 化工 200807611* #时间：2011/5/162011/5/23固定管板式换热器机械设计目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 固定管板式换热器机械设计-1 -刖曰-2 - HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 设计计算-3 - HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 1、 工艺条件-3 - HYPERLINK l bookmark28 o Current

2、Document 2、计算-3 -管子数n- 3-管间距的确定-3 -换热器壳体直径的确定-3 -换热器壳体壁厚的计算-4 -换热器封头选择-4 -容器法兰的选择-4 -管板尺寸的确定-5 -管子拉脱力计算-5 -计算是否安装膨胀节-6 -折流板设计-7 -(11 )开孔补强-8 - HYPERLINK l bookmark70 o Current Document (12 )支座-8 - HYPERLINK l bookmark77 o Current Document (13)管箱-8 -(14 )壳程接管-8 - HYPERLINK l bookmark81 o Current Docu

3、ment 参考文献-10 -前言换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一， 其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源的有效 利用与节约，对国民经济有着十分重要的影响。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。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

4、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。设计计算1、工艺条件组别C名称管程壳程物料名称循环水甲醇工作压力0.45MPa0.05MPa操作温度40 C70 C推荐钢材20,Q235 A, 16MnR壳体内径1000换热面积135 m 2管长何25 mm3m2、计算(1)管子数n选二H -二5的无缝钢管，材质20号钢，管长3m。因为135所以71 = 637 许艮)曲均L 3.14 X 0.0225 X 3采用正三角形排列，正三角形排列比

5、较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管 子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。而正方形排列，管外清洗方便，适用于 壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些。以上排列方式中最常用 的是正三角形错列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理 掉的场合。由表7-4查得层数为14,换热器内管子总根数为721，由表7-10，拉杆 数为10，所以实际管数711根。管间距的确定由表7-5，取管间距二=3,土颂一。换热器壳体直径的确定Di = a(b- 1) + 2do式中D：换热器内径，mm；:正六角形对角线上的管子数，查表7-4,取=客;最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取力=土。故

6、上=空、21-二=*mm圆整后取壳体内径上二rCM】-换热器壳体壁厚的计算材料选用20R钢，计算壁厚为式中 二计算压力，取-% = LL=:. = S.Z：F二耳=1000mm； = 0.80(单面焊局部无损检测)；kT = 133MPa(壳壁温度取7g;故0.5 X 10003 = 2.4(mm)2 X 133 X 0.80 - 0.5因为：= -，所以取；=-O腐蚀裕量 =1.2-：-：，查表4-9得=二二。圆整后取；.=商5二二。换热器封头选择左右封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T 4746-2002标准，封头为 D-MW , =5，曲面高度二二:,直边高度，如图2-1所示，材料 选

7、用20R钢。容器法兰的选择材料选用16MnR。根据JB/T 4701-2000标准，选用二门；：，二=6二-%的凹凸密封面甲型平焊法兰。法兰尺寸如图2-2所示。图2-2容器法兰图2-1换热器封头图2-3管板(7)管板尺寸的确定选用固定式换热器管板，(8)管子拉脱力计算并兼作法兰，材料选用20R,尺寸如图2-3所示。计算数据按表1选取。表1项目管子壳体操作压力/MPa0.450.05材质20钢20R线膨胀系数/(1/C)11.2 X 10-611.2 X 10-6弹性模量/MPa0.205 X 1060.205 X 106许用应力/ MPa130133尺寸/mm025 X 2.5 X 25000

8、1000 X 4.5管子根数711管间距/mm32管壳壁温差/CAt = 30管子与管板的连接方式普通胀接胀接长度/mm1 = 482.0许用拉脱力/ MPa 在操作压力下，管子每平方米胀接周边上所受到的力Pf* ndol其中= 0.866a2 -0.866 X 322 - X 252 = 396(mm0.45 X 396 =0.047MP& 3.14 X 25 X 48温差应力导致管子每平方米胀接周边上所受到的力其中Ae = r;D6n = n X 1004.5 X 4.5 = 14194(mm2) 4 = 必必(252 - 202) x 711 = 125580mm211.2 X ID-6

9、 X 0.205 X 106 X 301255801+ 14194Ut t r 匚匚 an=7.0 X (252 - 202)at = = 0.33MPa4 X 25 X 48由已知条件可知，七与心的作用方向相同，都使管子受压则管子的拉脱力:q=七二=0.377MPa q=2.0MPa因此，拉脱力在许用范围内。(9)计算是否安装膨胀节管、壳壁温差所产生的轴向力二：二=二.二=rssm =京-Q 13-(N)压力作用于壳上的轴向力-：Fs=+ajf!- uTi j*-其中Q = S (球-ndP2 + ndQ - 23t)2Pt=(10002 - 711 X 25勺 X 0.05 + 711 X

10、(25 - 2 X 2.5)2 X 0.45=0.122 x 106(N)0.122 X IO6 X 14194 =0.012 X 106(N)14194 + 125580压力作用于管子上的轴向力二:A3 +0.122 x IO6 x 125580=0.11 X 106(N)14194+ 1255800.879 x IO6 + 0.012 x 10s=62.8(MPa)125580-0.B79 X 106 + O.11 X 106=-6.1 (MPa)125580根据GB 151-1999管壳式换热器% = 62.8(MPa) 20t7 = 226(MPa)气=-6.1MPa 2|ffJ =

11、260(MPa)q q=2.0MPa条件成立，故本换热器不必安装膨胀节。(10)折流板设计折流板为弓形，33也=日耳=3 X 1000 = 750(tntn)折流板间距取600mm;由表7-7查得折流板最小厚度为6mm,由表7-9查得折流 板外径为995.5mm，材料为Q235-A钢，如图2-4所示。拉杆选用工，共10根，材料为Q235-A钢。开孔补强换热器壳体和封头上的接管处开孔需要补强，常用的结构是在开孔外面焊上一 块与容器壁材料和厚度都相同，即4.5mm厚的20R钢板。其补强结构如图2-5所示。支座采用鞍座，根据JB/T 4712-92，鞍座DN B I 1000-S，材料选用Q235-A。管箱由于壳层为甲醇，较清洁，可选结构为封头管箱，结构如图2-6所示。(14 )壳程接管壳层接管在入口处加以扩大，做成喇叭形，起缓冲效果，或者在换热器进口处 设置挡板。弓形处管子25.