煤油冷却换热器的设计

PAGEPAGE2化工原理课程设计任务书学院：化学化工学院题目：煤油冷却器的设计专业班级：化工起止时间：10月8日至11月20日姓名：学号：指导老师：目录TOC\o"1-4"\h\z\u第1章课程设计任务基本情况与要求 31.1设计题目： 31.2任务及设计条件： 31.3设计要求及内容： 4第2章设计方案简介 42.1设计目的 42.2工艺流程示意图 52.3设备的结构特点 52.4运用该设备的理由 52.5设计方案的确定 52.5.1换热器的概念 52.5.2换热器的类型 62.5.3换热器设备的选择 62.5.4冷热流体通道的选择 62.5.5流体流速、流向的选择 72.5.6管子的规格和排列方法 72.5.7管程和壳程数的确定 82.5.8折流挡板： 82.5.9材料选用 8第3章列管式换热器的设计计算 83.1设计流程图 93.2传热设计主要公式 9第4章换热器设计 104.1 确定设计方案 104.1.1选择换热器的类型 104.1.2流动空间及流速的确定 114.2 确定物性参数 114.3 计算总传热系数 114.3.1热流量（忽略热损失） 114.3.2循环冷却水的用量（忽略热损失） 124.3.3平均传热温差： 124.3.4总传热系数K 124.3.5计算传热面积 134.4工艺结构尺寸 134.4.1管径与管内流速 134.4.2管程数与传热管数 144.4.3平均传热温差校正及壳程数 144.4.4传热管排列和分程方法 144.4.5壳体内径 154.4.6折流挡板 154.4.7接管 154.5换热器核算 164.5.1 热量核算 16（1）壳程对流传热系数对圆缺形折流挡板，可采用克恩公式 164.5.2管程对流传热系数 164.5.3传热系数 174.5.4传热面积 174.5.5壁温核算 174.6换热器内流体的流动阻力 184.6.1管程流体阻力 184.6.2壳程阻力 194.7换热器主要结构尺寸和计算结果表 20第5章列管式换热器机械设计 225.1列管式换热器零、部件的工艺结构设计 225.1.1分程隔板—可提高管内外流体的给热系数 225.1.2 折流板、支承板的作用及结构 225.1.3 拉杆、定距管 235.1.4 旁路挡板 235.1.5 接管 231）壳程接管位置的最小距离 232）管箱接管尺寸的最小位置 245.2列管式换热器机械结构设计 255.2.1传热管与管板的连接 255.2.2管板与管箱隔板的连接 255.3 其他结构设计 255.3.1 法兰的选用 255.3.2垫片 265.3.3支座 265.4设计计算 265.4.1筒体壁厚计算 265.4.2 封头 275.4.3 管子拉脱力的计算 285.4.4接管的计算 285.5压力实验及强度校核 29第7章致谢 33主要符号说明 34参考文献： 36第1章课程设计任务基本情况与要求1.1设计题目：煤油冷却器的设计1.2任务及设计条件：处理能力11300Kg/h煤油设备型式：列管式换热器操作条件：煤油由100℃冷却到45℃冷却介质：循环水—入口温度30℃，出口温度38℃允许压降：不大于100KPa煤油定性温度下的物性参数：每年按330天计，每天24小时连续工作1.3设计要求及内容：1、选择适宜的列管式换热器并进行核算2、要进行工艺计算3、要进行主体设备的设计（主要设备尺寸、衡算结果）4、编写设计任务书5、主要辅助设备选型6、绘制换热器总装配图第2章设计方案简介2.1设计目的课程设计是化工原理教学中综合性和实践性较强的教学环节，是理论联系实际的桥梁，是使学生体察工程实际问题复杂性的初次尝试。通过此次设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行独立思考，在规定的时间内完成指定的化工设计任务，从而得到化工设计主要程序和方法，培养学生分析和解决工程实际问题的能力。以及树立正确的设计思想，培养实事求是的工作作风。课程设计不同于通常的作业，在设计中需要学生自己作出决策，自己确定方案、选择流程、查取资料、进行过程和设备计算，并要对自己的选择作出论证和核算，经过反复的分析比较，择优选定最理想的方案和合理的设计。所以，课程设计是培养和提高独立工作能力的有益实践。2.2工艺流程示意图煤油煤油水煤油水2.3设备的结构特点该结构能够快速的降低物料的温度，工作时热流体走壳程，冷流体走管程，使接触面积大大增加，加快了传热速度。同时，对温差稍大时可在壳体的适当部位焊上补偿圈（或称膨胀节），通过补偿圈发生弹性变形（拉伸或压缩）来适应外壳和管束不同的膨胀程度。2.4运用该设备的理由此换热器的特点是壳体与管板直接焊接，结构简单，紧凑。在同样的壳体直径内，排管较多，管式换热器有易于制造，成本较低，处理能力好，换热表面清洗方便，可供选用的材料广阔，适应性强等优点。由于两板之间有管子相互支撑，管板得到加强，故在各种列管换热器中他的管板最薄，其造价也低，故广泛使用。2.5设计方案的确定2.5.1换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称换热器。换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。2.5.2换热器的类型换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、直接接触式和蓄热式。在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。列管式换热器是最典型的间壁式换热器，它有固定档板式、浮头式、型管式和填料函式等类型，其形式主要根据换热器管程与壳程流体的温度差来确定。列管式换热器结构简单，牢固，操作弹性大，应用材料广，至今人在所有换热器中占据主导地位。2.5.3换热器设备的选择根据给定的冷热流体的温度，以及列管式换热器（确定好了的）四种类型的特点—固定档板式：结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程必须是洁净不易结垢的物料,只能用在管壁温与壳体壁温之差低于60-70℃及壳程压力不超过0.7MPa的场合；U型管式：结构简单，质量轻，适用于温度和高压的场合。管程清洗困难，管程必须是洁净和不易结垢的物料；浮头式：结构复杂，造价高，便于检修和清洗，完全消除温差压力，应用普遍,能在较高的压力下工作，适用于壳体壁温与管壁温差较大或壳程流体易结垢的场合。我们初步确定选用固定挡板式换热器。2.5.4冷热流体通道的选择不洁净和易结垢的液体宜在管程，因管内清洗方便；腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀；压强高的流体宜走管内，以免壳体承受压力；饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较干净，给热系数与流速无关而且冷凝液容易排出；被冷却的流体宜走壳程，便于散热；流量小而黏度大的流体一般以壳程为宜；有毒的流体走管程，可减少泄露的机会。若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，宜将给热系数达到流体通入壳程，以减少热应力；根据以上原则，我们选择循环冷却水为管程流体，煤油为壳程流体。2.5.5流体流速、流向的选择增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。所以适宜的流速要通过经济衡算才能定出。此外，在选择流速时，还需考虑结构上的要求。例如，选择高的流速，使管子的数目减少，对一定的传热面积，不得不采用较长的管子或增加程数。管子太长不易清洗，且一般管长都有一定的标准；单程变为多程使平均温度差下降。这些也是选择流速时应予考虑的问题。在本次设计中，根据表查询换热器常用流速的范围，对于管程循环水其流速范围为1.0-2.0m/s，故可取u=1.3m/s。流向的选择：当冷热流体的进出口温度相同时，逆流操作的平均推动力大于并流，因而传递同样的热量，所需的传热面积较小。此外，对于一定的热流体进口温度T1，采用时，冷流体的最高极限出口温度为热流体的出口温度T2。反之，如采用逆流，冷流体的最高极限出口温度为热流体的进口温度T1。这样，如果换热的目的是回收热量，逆流操作回收的热量温位（即温度t2）可以较高，因而利用价值较大。显然在一般情况下，逆流操作总是优于并流，故煤油的冷却应采用逆流。2.5.6管子的规格和排列方法选择管径时，应尽可能使流速高些，但一般不应超过前面介绍的流速范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的列管式换热器系列标准中仅有φ25×2.5mm及φ19×2mm两种规格的管子。在这里，选择φ25×2.5mm管子。管长的选择是以清洗方便及合理使用管材为原则。长管不便于清洗，且易弯曲。我国生产的钢管长多为6m、9m,则合理的换热器管长应为1.5m，2m，3m，4.5m，6m和9m，其中以3m和6m更为普遍。此外，管长和壳径应相适应，一般取L/D为4～6(对直径小的换热器可大些)。在这次设计中，管长选择6m。管子在管板上的排列方法有等边三角形、正方形直列和正方形错列等，等边三角形排列的优点有:管板的强度高；流体走短路的机会少，且管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子。正方形直列排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但其对流传热系数较正三角排列时为低。正方形错列排列则介于上述两者之间，即对流传热系数(较直列排列的)可以适当地提高。在这里选择等边三角形排列。管子在管板上排列的间距(指相邻两根管子的中心距)称为管心距，随管子与管板的连接方法不同而异。通常，胀管法取t=(1.3～1.5)d，且相邻两管外壁间距不应小于6mm，即t≥(d+6)。焊接法取t=1.25d。

2.5.7管程和壳程数的确定当流体的流量较小或传热面积较大而需管数很多时，有时会使管内流速较低，因而对流传热系数较小。为了提高管内流速，可采用多管程。但是程数过多，导致管程流体阻力加大，增加动力费用；同时多程会使平均温度差下降；此外多程隔板使管板上可利用的面积减少，设计时应考虑这些问题。列管式换热器的系列标准中管程数有1、2、4和6程等四种。采用多程时，通常应使每程的管子数大致相等。根据计算，管程为4程，壳程为单程。2.5.8折流挡板：安装折流挡板的目的，是为了加大壳程流体的速度，使湍动程度加剧，以提高壳程对流传热系数。最常用的为圆缺形挡板，切去的弓形高度约为外壳内径的10～40％，一般取20～25％，过高或过低都不利于传热。两相邻挡板的距离(板间距)B为外壳内径D的(0.2～1)倍。

换热器壳体的内径应等于或稍大于(对浮头式换热器而言)管板的直径。初步设计时，可先分别选定两流体的流速，然后计算所需的管程和壳程的流通截面积，于系列标准中查出外壳的直径。

2.5.9材料选用列管换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前

常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。不锈钢和有色金属虽然抗腐蚀性能好，但价格高且较稀缺，应尽量少用。这里选用的材料为碳钢Q235-B。第3章列管式换热器的设计计算3.1设计流程图确定物性参数，热负荷，冷却剂用量及平均温差，确定换热器类型及流体流动空间确定物性参数，热负荷，冷却剂用量及平均温差，确定换热器类型及流体流动空间估计传热总数，计算传热面积初值计算选择传热管参数，并计算管程相应参数估计冷凝给热系数计算管内给热系数核算冷凝给热系数总传热系数核算折流板计算壳程压降和管侧压降计算，并与设计压力比较裕度系数校检确定换热器基本尺寸计算换热器其余零件计算值与假定值相差较大计算值与假定值相差较大压降大于设计压力裕度过大或过小压降小于设计压力裕度合适3.2传热设计主要公式热流量2-1平均传热温差2-2温差校正2-3传热面积2-4单程管子数2-5管子长度2-6总传热系数2-7管束中心线的管数2-8多管程列管式换热器管程压力降2-9壳程压力降2-10对流传热系数（壳程）（管程）2-11壳体内径2-12第4章换热器设计确定设计方案4.1.1选择换热器的类型冷、热两流体的温度、压力不高，温差不大，因此初步确定采用固定管板式换热器。4.1.2流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环冷却水走管程，煤油走壳程。选用的碳钢管，初定管内流速为1.3m/s。确定物性参数定性温度：对于一般液体等低黏度流体，可取流体进口温度的平均值。壳程煤油的定性温度为t=(30+38)/2=34℃管程流体循环冷却水定性温度的计算：T=(T1+T2)/2=(100+45)/2=72.5℃根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性参数数据。煤油在72.5℃下的有关物性数据：35℃的循环冷却水的物性参数的估算：t=30℃t=40℃μ=80.07×10-5Pa·sμ=65.6×10-5Pa·s则34℃时，ρ2=955.7-（955.7-992.2）×0.4=994.3Kg/m3同理可求得μ2=74.282×10-5Pa·s，cp，2=4.174KJ/(Kg·℃)，λ2=0.624W/(m·℃)计算总传热系数4.3.1热流量（忽略热损失）煤油的处理能力：因为m=11300Kg/h所以，每小时处理m=11300/3600=3.14Kg/s换热器热负荷的计算QT=ms1×cp1×(T1-T2)=3.14×2.22×(100-45)=383.39kw4.3.2循环冷却水的用量（忽略热损失）由热量衡算式:所以有即ms2×4.174×(38-30)=383.39可解得：ms2=11.48Kg/s4.3.3平均传热温差：按照纯逆流方式计算有:煤油100℃→45℃水38℃←30℃温差Δt1=100-38=62℃,Δt2=45-30=15℃纯逆流：所以对数平均温差4.3.4总传热系数K①管程传热系数雷偌数==34802＞4000因此可判断出冷却水在管程内做湍流。普朗特数==4.97由以上计算值可知Re＞10000,0.6＜Pr＜160,所以它满足Dittus-Boelter关联式冷却水的无相变对流传热系数的计算：应用关联式，计算管程冷却水传热膜系数：==②壳程传热系数假设壳程传热系数污垢热阻和管壁热阻管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻已知管壁厚度b=0.0025m,碳钢在该条件下的热导率为45W/(m·K)则总传热系数(以外表面积为基准)4.3.5计算传热面积考虑15％的面积裕度，4.4工艺结构尺寸4.4.1管径与管内流速选用的传热管（碳钢），初取管内流速为1.3m/s。4.4.2管程数与传热管数依据传热管内径和流速确定单程传热管数根，取28根。按单程管计算，所需的传热管长度为按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。若取传热管长L=6m，换热器管程数为NP=L/l=20.11/6≈4传热管总数N=4×28=112（根）4.4.3平均传热温差校正及壳程数按逆流计算的平均温差Δtm逆QUOTE应乘校正系数按单壳程，四管程结构查温差校正系数图表，可取φ，但R=6.875的点在图上难以读出，因而相应以1/R代替R，PR代替P查图知φ=0.96故有由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适。4.4.4传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距离,则隔板中心到离其最近一排管中心的距离按计算。因此Z=32/2+6=22mm则各程相邻管的管心距对于正三角形排列，横过管束中心线的管数可有式2-8估算：根4.4.5壳体内径采用多管程结构，壳体直径可按式2-12QUOTE估算。对于正三角形排列，2管程，取管板利用率,则壳程内径为按卷制壳体的进级挡，可取壳体内径D=450mm4.4.6折流挡板采用单弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳程内径后的25%,则切去的圆缺高度为h=0.25D=故取h=110mm.取折流板板间间距B=0.8D(0.2D<B<D)，则B=0.8×450=360mm可取B=360mm折流板数目QUOTE=QUOTE—1==16块4.4.7接管接管直径的确定（使接管内的流速为相应管程、壳程流速的1.2-1.4倍）：壳程流体进、出口接管：取接管内煤油的流速为1.5m/s.则接管内径为=QUOTE=0.0568m圆整后取管内径为50mm。管程流体进出口接管：取接管内流体流速u2=1.5m/s.u2QUOTE===0.099QUOTEm圆整后取管内径为100mm.4.5换热器核算热量核算（1）壳程对流传热系数对圆缺形折流挡板，可采用克恩公式由正三角形排列得当量直径换热器中心附近管排中流体流通截面积为==壳程流体流速==0.107m/s雷诺数Re==普朗特数Pr=黏度校正，现煤油被冷却，则小于1，故取所以4.5.2管程对流传热系数管程流体流通截面积：管程流体流速：==0.766m/s雷偌数==20506.6＞4000因此可判断出冷却水在管程内做湍流。普朗特数=4.97应用关联式，计算管程冷却水传热膜系数：==4.5.3传热系数4.5.4传热面积该换热器实际传热面积该换热器面积裕度％传热面积裕度合适，该换热器能够完成生产任务。4.5.5壁温核算由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15℃，出口温度为38℃计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是有其中所以壳壁温度可近似取壳程流体的平均温度，即T=64℃壳体壁温和传热管壁温之差为t=64-27.9=36.1℃该温差不是很大，故不需设温度补偿装置。4.6换热器内流体的流动阻力4.6.1管程流体阻力壳程数管程数管程结垢校正系数(近似取)单程直管阻力由Re=20506.6,传热管相对粗糙度0.01/2=0.0005，查莫迪图可得，流速,,所以每程回弯阻力：=所以管程流体阻力在允许范围之内。4.6.2壳程阻力埃索计算公式：h`fs=(h`f1+h`f2)fs其中对于液体fs=1.15，对于气体或可凝性蒸汽取fs=1流体流经管束的阻力式中：NB折流板数目NTC横过管束中心线的管子数，NTC=1.1（NT)0.5,NT为管子总数F管子排列形式对压降的校正系数，正三角排列F=0.5fo壳程流体摩擦系数其中F=0.5所以流体流经折流板缺口的阻力式中：B折流板间距，mD壳体直径，m其中B=0.36，D=0.45m所以总阻力壳程流体阻力在允许范围之内。管程流体和壳程流体总阻力：<100000Pa在允许范围之内。4.7换热器主要结构尺寸和计算结果表参数管程壳程循环水煤油流量/（kg/s）11.483.14进/出口温度(℃)30（38）100（45）压力/pa不大于100000不大于100000物性定性温度/℃3472.5密度/（kg/m3）994.3825定压比热容/[KJ/（Kg·℃）]4.1742.22粘度/Pa·S0.000742820.00071500热导率/[W/（m·℃）]0.6240.14普朗特数Pr4.9711.34设备结构参数型式固定管板式壳程数1壳内内径/mm450台数1管径/mmφ25×2.5管心距/mm32管长/mm6000管子排列正三角形管数目/根112折流板数/个16传热面积/m241.8折流板间距/mm360管程数4材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/（m/s）0.7660.107表面传热系数/()3836.5395污垢热阻/0.000520.00017197阻力/Pa19951.8631.56热流量/KW383.39传热温差/K31.8传热系数/271.32面积裕度6.61%第5章列管式换热器机械设计5.1列管式换热器零、部件的工艺结构设计5.1.1分程隔板—可提高管内外流体的给热系数常采用的是管程分程隔板，在管板上的分程隔板槽深度一般不少于4mm，槽宽为：12mm（对于碳钢），槽的倒角，倒角宽度为分程垫片圆角半径R加1-2mm。分程隔板最小厚度：由于DN=450mm,对于碳素钢，其值取8mm。折流板、支承板的作用及结构弓形折流板排列方式—其圆缺面水平装配折流板孔与壳体间隙—依据制造安装条件，越小越好，以减少壳程中旁路损失。但间隙太小，穿管困难，间隙太大折易于引起旁路泄漏。折流板管孔直径：按GB151规定：当为Ⅱ级换热器时，根据换热管外径为25mm，可取25.6mm(允许误差为0.4mm)。折流板厚度：与壳体直径、换管无支承长度有关。由此可取其最小厚度为5mm。折流板布置最小尺寸可按下式计算：∽100）（mm）折流板和支承板的外径：壳体直径为600mm，则查表可知：换热器折流板、支承板名义外径为596.55mm，冷凝器支承板名义外径为595mm。支承板厚度：根据壳体内径取其厚度为10mm。允许不支承的最大间距L取1800mm。拉杆、定距管拉杆是一根两端皆带有螺纹的长杆，拉杆定距管是列管式换热器常用结构，根据换热器壳体直径，拉杆直径选取16mm,数量为4根。定距管直径可用与热交换管相同直径的管子。旁路挡板由于DN=600mm，故取二对挡板。挡管应每隔3-4排换热器设置一根，但不应设置在折流挡板缺口处。接管接管外伸长度也叫接管伸出长度，是指接管法兰面到壳体（管箱壳体）外壁的长度。可按下式计算：式中l——接管外伸长度，mm；h——接管法兰厚度，mm；hl——接管法兰的螺母厚度，mm；δ——保温层厚度，mm。由于是冷却器，不需要设置保温层故δ=0mm。因此壳程接管外伸长度为200mm,管程接管外伸长度为200mm。接管最小位置：在换热器的设计中，为了使传热面积得以充分利用，壳程流体进、出口接管应尽量靠近两端管板，而管箱进、出口接管应尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱壳体长度，减轻设备重量。然而，为了保证设备的制造、安装，管口距管板或管箱法兰的距离也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。1）壳程接管位置的最小距离壳程接管位置的最小尺寸,可按下式进行计算：带补强圈接管mm不带补强圈接管mm以上两式中取C≥4S（S为管箱壳体厚度，mm），且≥30mm。2）管箱接管尺寸的最小位置管箱接管位置的最小尺寸，见图4-3-3，可按下式进行计算：带补强圈接管mm不带补强圈接管mm以上两式中取C≥4S（S为管箱壳体厚度，mm），且≥30mm。以上四式中b，hf——管板厚度，mm；L1/L2——壳程/管箱接管位置最小尺寸，mm；C——补强圈外缘（无补强圈时，为管外壁）至管板（或法兰）与壳体连接焊缝之间的距离，mm；DH——补强圈外圆直径，mm；dH——接管外径，mm。取C=4S=32mm。壳程接管不带补强圈，故壳程接管位置的最小尺寸为，取L1=120mm。管箱接管带补强圈，且补强圈外圆直径为DH=300mm，故管箱接管位置的最小尺寸为：，取L2=230mm。管板结构尺寸根据壳体内径尺寸，以及标准设计查阅（换热器设计手册）可得管板相关参数：参数名称参数值管板外径730管板厚度36螺栓孔直径23螺栓规格M24×80螺栓数量n/个24螺栓孔高度h/mm28管板螺栓孔间距l/mm690管板法兰直径730管板螺栓内侧边间距667管孔直径25.4管孔数/个210换热管外伸长度/mm5管板最小厚度取22mm。5.2列管式换热器机械结构设计5.2.1传热管与管板的连接管子与管板的连接方式有强度胀接、强度焊接与胀焊接混合结构。在这里选用强度焊接，其焊缝的剪切断面应不低于管子断面的1.25倍。5.2.2管板与管箱隔板的连接管板与管箱的连接多数是靠法兰连接。对于固定管板式换热器，其管程操作压力小于1.6MPa，故采用凹凸面密封形式，法兰形式为平焊法兰。5.2.3管箱管箱法兰通常采用长颈法兰和平焊法兰。其他结构设计法兰的选用形式：换热器常用的为平焊法兰及对焊法兰。密封面形式：平面、凹凸面和榫槽面。标准法兰的选用换热器常用的法兰分为设备法兰和管法兰。设备法兰标准：由于管内外压降较小，故选用JB4701甲型平焊法兰。换热器的接管法兰一般选用管法兰。根据HG20592-97初步选择DN=600mm的板式平焊法兰，则：对于管程：法兰的外径285mm，螺栓孔中心圆直径K=240mm，螺栓孔直径L=22mm，螺栓孔数量n=8，螺纹为M20，法兰内径D=161mm，法兰厚度C=24mm，坡口宽度b=10mm，密封面为凸形。对于壳程：法兰的外径210mm，螺栓孔中心圆直径K=170mm，螺栓孔直径L=18mm，螺栓孔数量n=4，螺纹为M16，法兰内径D=110mm，法兰厚度C=18mm，坡口宽度b=10mm，密封面为凸形。5.3.2垫片隔板槽宽度对于管程为碳钢取10mm，圆角尺寸R取8mm。法兰垫片宽度：对于管程PN=0.6MPa，壳体DN=600mm，取其宽度为14mm。垫片尺寸：对于换热器外径为25mm取其，。根据HG20606-97，选垫片几何尺寸如下：外径644mm，内径604mm，厚度2mm。5.3.3支座选用卧式支座，其尺寸按JB/T4712鞍式支座的BI型120度，焊制，双筋，带垫板，高度为200mm的尺寸选取。对于底板：L1为550mm，b1为150mm，厚度为10mm，筋板：L3为300mm，b3为120mm，厚度为8mm，垫板：弧长为710mm,b4为200mm，厚度为6mm，e为36mm，螺柱：M16，腹板：厚度为8mm。5.4设计计算5.4.1筒体壁厚计算壳体、管箱壳体和封头共同组成了管壳式换热器的外壳。管壳式换热器的壳体通常是由管材或板材卷制而成的。当直径小于400mm时，通常采用管材和管箱壳体。当直径不小于400mm时，采用板材卷制壳体和管箱壳体。其直径系列应与封头、连接法兰的系列匹配，以便于法兰和封头的选型。一般情况下，当直径小于1000mm时，直径相差100mm为一个系列；当直径大于1000mm时，直径相差200mm为一个系列，若采用旋压封头，其直径系列的间隔可取100mm。由之前的计算知，壳体和管箱壳体外径为600mm，选用Q235-B碳素钢板材制造壳体和管箱壳体，在100℃时，其许用应力为113MPa，下面确定其壁厚：取工作压力等于设计压力，对于管程取设计压力为1.0MPa，壳程取设计压力为0.6MPa,则，提高到管程设计压力计算，焊接接头系数取0.85计算壁厚设计厚度由于煤油的腐蚀强度低，取腐蚀裕量为1mm，则此时负偏差为0.5mm，则名义厚度而由表知可取壳体和管箱壳体壁厚为6mm，但是考虑到公称压力和材料的选择，选取壳体和管箱壳体厚度为10mm。封头选择标准椭圆形封头JB/T4737-95，椭圆形封头是由长短半轴分别由a，b的半椭圆和高度为ho的短圆筒（通称为直边）两部分构成的。直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受到边缘应力的作用。受内压的椭圆形封头的计算壁厚为：对于标准椭圆封头，k=1.0，则设计厚度取腐蚀裕量C=1mm；=+C=1.87+1=2.87mm名义厚度取钢板厚度负偏差C〈=0.25mm，根据GB150-1999的规定，C忽略不计。则=+C+=2.87+查封头的标准，取=4mm，=1.13mm有效厚度=+=1.87+1.13=3mm封头外径小于3mm因此根据上述计算，计算结果与假设一致，而且厚度满足要求。则取封头内径QUOTEmm，封头厚度=4mm。计算封头高度对于标准椭圆形封头，D=4h则h=D/4=600/4=150mm封头的强度校核允许工作压力由此可知，〉Pc。因此，最大允许工作压力满足要求。应力校核小于113MPa，故在允许应力范围内。综合工作压力和应力两个方面的校核结果，所选封头合格。选择封头直边高度h=40mm由表壳体和管箱壳体的尺寸结构应选择的封头为DN=600，为Q235-B，封头厚度为10mm，直边高度为40mm。管子拉脱力的计算对于正三角排列：则5.4.4接管的计算计算筒体上接管厚度初选厚度为4mm。接管内径D=100mm，取焊缝系数为0.85计算厚度计算厚度取腐蚀裕量C=1mm；=+C=1.88+1=2.88mm名义厚度取钢板厚度负偏差〈=0.25mm，根据GB150-1998的规定，C忽略不计。则=+C+=2.88+1+考虑接管最小厚度的问题，取=4mm，圆整值=2.9mm有效厚度=+=1.88+0.12=2mm接管内径根据上述计算，接管外径d=108mm的无缝钢管，其名义厚度为4mm，与假设一致。接管的高度取200mm5.5压力实验及强度校核液压实验压力液压实验下校核筒体应力σT==对于Q235-B，其，则大于112.87MPa,故液压试验合格。部分表格查询列举（均来自参考文献中[2]的表格）折流板直径与允许误差管子外径d01416192532384557管孔直径d14.616.619.625.832.838.845.858.0允许误差+0.4+0.45+0.5折流板的最大无支撑间距如表所示：换热管外径（mm）141619253238最大无支撑间距(mm)110013001500185022002500公称直径DN（mm）换热管无支撑跨距<300300~600600~900900~12001200~15001500折流板的最小厚度(mm)<40034581010400~700456101012700~900568101216900~15006810121616板或支持板外直径及允许偏差公称直径DN<400400~<500500~<900900~<13001300~<17001700~<20002000~<23002300~≤2600折流板名义直径DN-2.5DN-3.5DN-4.5DN-6DN-8DN-10DN-12DN-14折流板外直径允许偏差0-0.50-0.80-1.20-1.40-1.6拉杆的尺寸拉杆直径d拉杆螺纹公称直径dnLaLbb101013≥401.5121215≥502.0161620≥602.0拉杆直径选用表换热管外径d10≤d≤1414<d<2525≤d≤57拉杆直径dn101216拉杆数量选用表拉杆直径dn，mm壳体公称直径d，mm<400