U形管换热器设计实例

形管换热器设计实例摘要：本文主要介绍U形管换热器及设计方法。关键词：U形管换热器；管板；壳体；管箱1、U形管换热器的概述换热器作为节能设备之一，在国民经济中起到非常重要的作用。本文主要介绍管壳式换热器中的 U形管换热器。形管换热器具有以下优缺点，优点：①同样直径情况下，换热面积最大；②管束可抽出来机械清洗；③壳体与管壁不受温差限制；④可在高温、高压下工作；⑤可用于壳程结垢比较严重的场合；⑥可用于管程易腐蚀场合。缺点：①在管子的U形处易冲蚀，应控制管内流速；②管程不适用结垢较重的场合；③单管程换热器不适用；④不适用于内导流筒，故死区较大。1.1U形管换热器设计目的和意义配套异丙醇塔排出异丙醇废液从管程流过，壳程通蒸汽加热物料，从而实现换热效果。1.2U形管换热器鞍座的设计已知条件如下：换热器内径Di=700mm；总长3900mm；地震烈度为7度，安装地为Ⅰ类场地。1.3材料选择：该换热器根据设计条件属于Ⅰ类压力容器；根据化工设备用材要求及客户要求，选用 S30408为换热器壳体及换热管材料。鞍座及地脚螺栓可选用普通碳素钢Q235B，其中鞍座垫板选用 S30408。2、主要零部件的厚度校核和选型2.1封头厚度校核及选型本换热器按 GB/T25198-2010选用椭圆形封头，由设计条件通过公式：及使用条件、 GB150中要求的最小封头厚度综合考虑厚度取δ=6mm，再由进行水压试验时的应力校核，校核合格，并要求最小成型厚度为δ=5.5mm。2.2筒体厚度校核由设计条件通过公式：及使用条件、GB151-1999第中要求的最小封头厚度，取δ=6mm，再由公式：进行水压试验时的应力校核，校核合格。2.3分程隔板厚度选取按GB151-1999中条，本换热器公称直径：DN=700mm，隔板取δ=8mm。由于隔板只受进出口压降影响，本换热器进出口压差较小，故不校核。2.4管箱及筒体压力容器法兰的选择管箱采用 B型封头管箱，管箱法兰通常选用长径法兰和平焊法兰，按设计条件中工作压力、 温度及介质特性，选用：法兰C-FM700-0.6NB/T47021-2012，材质为16Mn（环06Cr19Ni10）。2.5换热管数量及排列方式管间距的确定本换热器工艺要求换热面积为 90m?，换热管采用S30408不锈钢管，规格为φ19×2（因为该尺寸属于小径管，管径小，单位体积传热面积大，结构紧凑型） ，管束直段长2800mm，计算需275根换热管，管板开孔数为550个，换热管采用正三角形排列，按 GB151-1999第条换热管中心距取25mm，U型管束弯管段弯曲半径按GB151-1999第条Rmin=40mm。2.6拉杆形式及尺寸由于换热管外径为 19mm，故拉杆采用拉杆定距管结构，拉杆采用φ12

圆钢，两头加工

M12

螺纹，管板侧加工长度为15mm，折流板侧加工长度为

50mm；按

GB151-1999

第条表

44查的本换热器共需

8根拉杆。2.7折流板数量、尺寸及间距本换热器折流板采用水平单弓形， h=187.5mm，直径D=DN-4.5=695.5mm，因为壳程走蒸汽， 并在缺口朝上的折流板的最低处开通液口，共设置 6块折流板，间距为 450mm，换热管无支撑跨距 l=900mm，由GB151-1999第条表34查得折流板厚度为 δ=6mm；折流板上换热管孔直径由GB151-1999第条表35查得d=19.4mm，允许偏差+0.3/0mm；拉杆孔直径设为 13mm。2.8管板分程隔板槽1）槽深宜不小于4mm；2）分程隔板槽的宽度为：碳钢12mm，不锈钢11mm；3）分程隔板槽拐角处的倒角一般为45°倒角宽度b近似等于分程垫片的圆角半径 R。4）隔板槽密封面应与环形密封面齐平，或略低于环形密封面（控制在0.5mm以内）。管板1）管板孔直径，由GB151-1999第查表16得19.25mm允许偏差：+0.15/0mm。2）拉杆孔尺寸，由GB151-1999第查表43得dn=12mm，加工M12螺纹，螺纹深度l=18mm，l2>la=22mm。3）最大布管圆直径：Di-2b3=700-2×0.25×19=690.5mm。4）管板与壳体及管箱的连接采用将管板夹在壳体法兰和管箱法兰之间构成可拆式连接，可是壳程清洗方便。5）管板的厚度由公式计算并考虑隔板槽深度，管板名义厚度取 δ=45mm。6）换热管与管板连接方式有胀接、焊接、胀焊并用等型式，由于本换热器工作时振动较小且物料无间隙腐蚀，故本换热器采用强度焊，结构形式采用GB151-1999第条图34中（a）型，查表 33得换热管伸出长度 l1=1.5mm，坡口深度l3=2mm。2.9支座换热器的鞍式支座按 JB/T4712-2007选用，根据换热器总重选择标准鞍座：鞍座 BI700-F/S。鞍式支座的布置：两鞍座间距L=2500mm，高度为200mm，本换热器采用固定 F型和滑动S型鞍式支座各一个，靠近管箱侧的为固定鞍座，鞍座底板、筋板、腹板采用Q235B板材，鞍座垫板采用 S30408板材。参考文献：国家质检总局，《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004-2009，新华出版社， 2009国家质检总局，G