【某火电机组U形管卧式高压加热器结构设计计算2800字】

某火电机组U形管卧式高压加热器结构设计计算目录TOC\o"1-3"\h\u18188某火电机组U形管卧式高压加热器结构设计计算 1267921.1U形管式换热器的主要部件 1313741.2U形管式换热器材料选择 239291.3U形管式换热器结构设计 295861.3.1筒体设计 225331.3.2封头设计 5152981.3.3换热管设计 6200281.3.4管板设计 834731.3.5接管法兰设计 9241841.4小结 101.1U形管式换热器的主要部件U形管卧式高压加热器主要由壳体、管系和水室三大部件构成，主要结构包括筒体、封头、换热管、接管、折流板等结构，主要零部件见表4-1。表4-1主要零部件名称序号名称序号名称序号名称1接管法兰9定距管17管箱圆筒（短节）2管箱法兰10支持板18封头管箱（部件）3壳体法兰11活动鞍座（部件）19分层隔板4防冲板12U形换热管20双头螺柱或螺栓5补强圈13挡管21螺母6壳体（部件）14固定鞍座（部件）22接管7折流板15滑道23放气口8拉杆16管箱垫片24圆筒1.2U形管式换热器材料选择换热器常常与腐蚀性介质接触，因此通常选择耐腐蚀的材料，按GB150-1998第四章及其附录A的规定，换热器主要部件材料选择见表4-2。表4-2主要部件材料选择零部件材料设计温度℃许用应力t标准后封头P355GH280219EN10028筒体P355GH280219EN10028管箱圆筒短节15CrMoR400118GB6654管板20MnMo（Ⅳ）400150JB4726换热管SA-556Gr.C2400138AMSE壳程接管2040074JB4726管程接管2030086JB4726疏水进、出口20MnMo（Ⅱ）300177JB4726给水进、出口15NiCuMoNb5300365EN10216蒸汽进口15CrMo（Ⅱ）400110GB6654管箱封头P355GH400167EN10028人孔盖、人孔座20MnMo（Ⅳ）280175JB47261.3U形管式换热器结构设计1.3.1筒体设计管壳式换热器的外壳组成为：壳体、管箱壳体以及封头。（1）圆筒壁厚的确定根据GB9019-88规定压力容器的公称直径，当直径小于400mm时，一般用管材做壳体或者采用管箱壳体，直径不小于400mm时选用板材卷制壳体和管箱壳体。圆筒的厚度按GB150-1998第5章计算，最小厚度应不小于表4-3的规定。表4-3碳素钢圆筒最小厚度mm公称直径400～≤700＞700～≤1000＞1000～≤1500＞1500～≤2000＞2000～≤2600浮头式，U形管式810121416（2）管箱圆筒短节设计表4-4管箱圆筒设计条件部件材料设计温度℃设计压力/MPaMPa标准mmmm管箱圆筒短节15CrMoR4006.71181.0GB665400根据GB150-1998第五章的有关规定，设计温度下圆筒的计算厚度按式（4-1）计算，公式的适用范围为。（4-1）其中MPa；mm；MPa；=1.0带入上式得：计算厚度：mm；设计厚度：mm；名义厚度：mm，经圆整取mm；有效厚度：mm。设计温度下圆筒的计算应力按式（4-2）计算：（4-2）得MPa，可知：<满足强度要求，故取名义厚度mm合适。设计温度下圆筒的最大允许工作压力按式（4-3）计算：（4-3）得MPa，可知：>满足压力要求，故取名义厚度mm合适。（3）壳体圆筒设计表4-5壳体圆筒设计条件部件材料设计温度℃设计压力MPaMPa标准mmmm壳体圆筒P355GH2808.42191.0EN1002800设计温度下圆筒的计算厚度按式（4-1）计算，其中MPa；mm；MPa；=1.0带入式得：计算厚度：mm；设计厚度：mm；名义厚度：mm，经圆整取mm；有效厚度：mm。设计温度下圆筒的计算应力按式（4-2）计算得MPa，可知：<满足强度要求，故取名义厚度mm合适。设计温度下圆筒的最大允许工作压力按式（4-3）计算得MPa，可知：>满足压力要求，故取名义厚度mm合适。1.3.2封头设计表4-6封头设计条件部件材料设计温度℃设计压力MPaMPa标准mmmm后封头P355GH2806.72191.0EN1002800管箱封头P355GH4008.41671.0EN1002800（1）后封头计算本设计采用标准椭圆形封头，它由半个椭球面和短圆筒组成。为了避免圆筒和封头的连接焊接时出现径向曲率发生突变、提高焊接出的受力情况，可以采用直角段。为了使部件应力分布均匀将封头椭圆部分设计为曲率变化平缓且连续的，封头较小，更容易冲压成型。图1.1封头结构图标准椭圆形封头的计算厚度按式（4-4）计算：（4-4）其中MPa；mm；MPa；=1.0带入式得：计算厚度：mm；设计厚度：mm；名义厚度：mm，经圆整取mm；有效厚度：mm。故该标准椭圆形封头的名义厚度mm合适。椭圆形封头的最大允许工作压力按式（4-5）计算：（4-5）得MPa，可知：>满足压力要求，故取名义厚度mm合适。设计温度下封头的计算应力按式（4-6）计算：（4-6）得MPa，可知：<满足强度要求，故取名义厚度mm合适。表4-7后封头尺寸封头公称直径DNmm曲面高度h1mm直边高度h2mm容积Vm3质量mkg管箱封头2000200500.0992171.67（2）管箱封头计算半球形封头直接与管板焊接，因为半球形封头曲面可以容纳下人孔和进、出给水接管。半球形封头的计算厚度按式（4-7）计算：（4-7）虑腐蚀裕量以及多个开孔造成的应力集中，取封头厚度为mm，管箱封头结构图见附录B。1.3.3换热管设计（1）U形管尺寸图1.2U形管弯管段弯曲半径U形管选定材质为SA-556Gr.c2,长度设计为8.9m，直径15.88mm，厚度为2.53mm；U形管弯管段的弯曲半径R应不小于两倍的换热管外径，常用换热管的最小弯曲半径可按表4-8选取，取mm。表4-8U形管弯管段弯曲半径换热管外径mm10121416192022253032353845505557R20243032404045506065707690100110115U形管弯管段弯曲前的最小壁厚按式（4-8）计算：（4-8）mm，mm，mm，带入上式得mm，圆整取为3mm。换热管的中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，根据GB151-1999表12，取换热管中心距为S=22mm，分程隔板槽两侧相邻管中心距=35mm。（2）管子的排列型式换热管的排列主要有以下四种方式：（a）正三角形排列（b）正方形排列（c）转角正方形排列图1.3换热管排列方式本次设计采用正三角形排列。因为正三角形排列管子间距相等，在同一管板面积上可排列较多的管子数，而且便于管板的划线与钻孔。布管限定圆布管限定圆为管束最外层换热管中心圆直径。图1.4布管限定圆结构图查GB151-1999后，取=28mm，=36mm，=5mm，则有mm，mm。布管限定圆按式（4-9）确定：（4-9）得mm。1.3.4管板设计U型管换热器仅有一块管板，采用可拆式连接，管板通过垫片与壳体法兰和管箱法兰连接。图1.5管板连接形式图通常换热管与管板采用胀接、焊接或者是胀焊并用的连接结构形式，本次设计中采用焊接结构。表4-7换热管设计参数表换热管规格1×112×114×1.516×1.519×225×232×2.538×345×357×3.5换热管最小伸出长度0.50.51.01.01.51.52.02.52.53.01.51.52.02.02.52.53.03.53.51.0最小坡口深度1.01.01.02.02.02.02.52.52.52.5图1.6焊接形式图取=1.0mm，=2.0mm，=2.0mm。管板最小厚度不小于12mm。取管板厚度645mm。1.3.5接管法兰设计已知设计条件见表4-8。表4-8接管设计条件用途或名称规格连接面形式管程进出口PN40DN50BW壳程进出口PN1.0DN50BW根据HG20592-97选取接管程法兰的连接尺寸、结构参数见表4-9、表4-10。表4-9连接尺寸公称直径DN法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓孔数量n螺纹Th50165125184M16表4-10管程法兰结构参数公称直径DN钢管外径A1法兰厚度C法兰颈法兰高度HNSH1R5060.338752.98666环连接面法兰突台高度（按HG20592第8.0.2规定），取=11mm；螺母最大厚度（按HG20592～20635-97表A.0.1-3规定），=9mm；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。可按式（4-10）计算：≥C+E+m+15