流量為260t-h臥式蒸汽冷凝器的設計【過程裝備與控制工程類】【說明書+CAD】

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管殼式換熱器結構，由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形，內部裝有管束，管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數(shù)，通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度，迫使流體按規(guī)定路程多次橫向通過管束，增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊，管外流體湍動程度高，傳熱分系數(shù)大；正方形排列 管殼式換熱器則管外清洗方便，適用于易結垢的流體。流體每通過管束一次稱為一個管程；每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為最簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板，將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子，因而在管束中往返多次，這稱為多管程。同樣，為提高管外流速，也可在殼體內安裝縱向擋板，迫使流體多次通過殼體空間，稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。3.1 管殼式換熱器的發(fā)展在工業(yè)生產中，為了實現(xiàn)物料之間熱量傳遞過程的一種設備，統(tǒng)稱 為換熱器。它是化工、煉油、動力、原子能和其他許多工業(yè)部門廣泛應用的一種通用工藝設備。對于迅速發(fā)展的化工、煉油等工業(yè)生產來說，換熱器尤為重要。通常在化工廠的建設中，換熱器約占總投資的 10-20%。在石油煉廠中，換熱器約占全部工藝設備投資的 85-40%。在化工生產中，為了工藝流程的需要，往往進行著各種不同的換熱過程：如加熱、冷卻、蒸發(fā)和冷凝等。換熱器就是用來進行這些熱傳遞過程的設備，通過這種設備，以便使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，以滿足工藝上的需要。由于使用的條件不同，換熱設備又有各種各樣的形式和結構。另外，在化工生產中，有時換熱器 作為一個單獨的化工設備，有時則把它作為某一個工藝設備中的組成部分。其他如回收排放出去的高溫氣體中的廢熱所用的廢熱鍋爐，有時在生產中也是不可缺少的?？傊瑩Q熱器在化工生產中的應用是十 分廣泛的，任何化工生產工藝幾乎都離不開它。 換熱器發(fā)展歷史簡要回二十世紀 20 年代出現(xiàn)板式換熱器，并應用于食品工業(yè)。以板代管制成的換熱器，結構緊湊，傳熱效果好，因此陸續(xù)發(fā)展為多種形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板換熱器。接著英國用釬焊法制造出 一種由銅及其合金材料制成的板翅式換熱器，用于飛機發(fā)動機的散熱。30年代末，瑞典又制造出第一臺板殼式換熱器，用于紙漿工廠。在此期間，為了解決強腐蝕性介質的換熱問題，人們對新材料料制成的換熱器開始注意。60年代左右，由于空間技術和尖端科學的迅速發(fā)展，迫切需要各種高效能緊湊型的換熱器，再加上沖壓、釬焊和密封等技術的發(fā)展，換熱器制造工藝得到進一步完善，從而推動了緊湊型板面式換熱器的蓬勃發(fā)展和廣泛應用。此外，自60年代開始，為了適應高溫和高壓條件下的換熱和節(jié)能的需要，典型的管殼式換熱器也得到了進一步的發(fā)展。70年代中期，為了強化傳熱，在研究和發(fā)展 熱管的基礎上又創(chuàng)制出熱管式換熱器。換熱器按傳熱方式的不同可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。節(jié)能和環(huán)保已經成為當今世界的兩大主題。4.1管殼式換熱器的分類由于管內外流體的溫度不同，因之換熱器的殼體與管束的溫度也不同。如果兩溫度相差很大，換熱器內將產生很大熱應力，導致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過50時，需采取適當補償措施，以消除或減少熱應力。根據(jù)所采用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型： 4.1.1固定管板式 固定管板式換熱器 管束兩端的管板與殼體聯(lián)成一體，結構簡單,但只適用于冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應力。是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換。板式換熱器是液液、液汽進行熱交換的理想設備。它具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應用廣泛、使用壽命長等特點。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比列管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達90%以上。板式換熱器（Plate Type Heat Exchanger），本成套設備由板式換熱器、平衡槽、離心式衛(wèi)生泵、熱水裝置（包括蒸汽管路、熱水噴入器）、支架以及儀表箱等組成。用于牛奶或其它熱敏感性液體之殺菌冷卻。欲處理的物料先進入平衡槽，經離心式衛(wèi)生泵送入換熱器、經過預熱、殺菌、保溫、冷卻各段，凡未達到殺菌溫度的物料，由儀表控制氣動回流閥換向、再回到平衡槽重新處理。物料殺菌溫度由儀表控制箱進行自動控制和連續(xù)記錄，以便對殺菌過程進行監(jiān)視和檢查。此設備適用于對牛奶預殺菌、巴式殺菌。板式換熱器的型式主要有框架式（可拆卸式）和釬焊式兩大類，板片形式主要有人字形波紋板、水平平直波紋板和瘤形板片三種。是冷熱倆流體被一層固體壁面（管和板）隔開，不相混合， 通過間壁進行熱交換.夾套換熱器：在容器外壁安裝夾套制成，結構簡單；但其容器壁面限制，傳熱系數(shù)也不高。為提高傳熱系數(shù).使釜內液體受熱均勻，可在釜內安裝攪拌器，當夾套中通入冷卻水或無相變的加熱劑時，亦可在夾套中設置螺旋隔板或其他增加湍流的措施，以提高夾套一側的給熱系數(shù)。為補充傳熱不足，也可在釜內安裝蛇管。它廣泛用于反應過程的加熱和冷卻。夾套式換熱武器主要用于反應過程的加熱或冷卻，是在容器外壁安裝夾套制成。 4.1.2 浮頭式兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長 方向浮動。當殼體與管束因溫度不同而引起熱膨 脹時，管束連同浮頭可在殼體內沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應力。特點：結構較為復雜，成本高，消除了溫差應力，是應用較多的一種結構形式。 4.1.3 U型管式把每根管子都彎成U形，兩端固定在同一管板上，每根管子可自由伸縮，來解決熱補償問題。特點：結構較簡單，管程不易清洗，常為潔凈流體，可適用高壓氣體的換熱。5.1換熱器發(fā)展前景近幾年來,隨著高溫熱管技術研究的不斷成熟和深入,高溫熱管換熱器的應用領域逐漸擴大,目前已廣泛應用于工業(yè)、民用和國防等各個領域。在冶金、化學、陶瓷、建材及輕工等工業(yè)生產中,常需要500以上的清潔空氣以滿足助燃、干燥和供氧等需要,采用高溫熱管空氣加熱器可以輕易地達到這一要求,并且從根本上解決常規(guī)空氣加熱器所無法解決的傳熱難題。高溫熱管技術在噴霧干燥中的應用取得成功,并已收到了令人滿意的實際效果。根據(jù)現(xiàn)場測試的上。高溫預熱煤氣(或助燃氣),使冶金工廠大量的低熱值高爐煤氣(其熱值約為4187J)資源在加熱爐上的利用成為可能。回收利用六大耗能工業(yè)(冶金、化工、煉油、玻璃、水泥及陶瓷)的高溫余熱,使這些領域的能源利用率達到一個新的水平。換熱器肋片換熱的研究應該注重基礎性的理論研究創(chuàng)新，尋求建立能支撐肋片設計選型的系統(tǒng)化的理論，同時要結合實驗研究，尋求實際應用中最節(jié)能的肋片參數(shù)值。換熱器制造商和設計人員對于換熱器肋片外型、布置仍然沒有可靠的理論依據(jù)，傳統(tǒng)的肋片布置方式在換熱效率上不如換熱管表面設置的針狀或圓臺狀肋，而對于針狀肋片在換熱管表面的最佳換熱的散布規(guī)律仍然還不明晰，理論研究非常薄弱；對替代傳統(tǒng)的平板和環(huán)狀肋片的高效換熱肋片研究甚少。新型換熱管的形狀研究過少，目前的研究僅局限于傳統(tǒng)的圓形或矩形換熱管上，對更高效的換熱管型的探索研究比較缺乏。對換熱管排數(shù)和排列方式對換熱器整體換熱性能的影響研究的理論體系還沒形成，目前對于此方面的研究多以實驗研究為主，然后從實驗中提取經驗公式，關于管排數(shù)的純理論的換熱理論還沒有得到建立。作為衡量換熱器性能時的換熱效率，已不能作為換熱器設計選型的標準，換熱效率高并不意味著制造成本的節(jié)省以及換熱效果最佳化；傳熱因子和摩擦因子是比較合適的衡量換熱器整體性能的指標，但是需要綜合考慮此兩種因素后建立換熱器最優(yōu)化換熱的統(tǒng)一理論，單一的考慮換熱因子或者摩擦因子的大小對于衡量換熱器換熱性能沒有任何意義。6.1國外最新?lián)Q熱器焊接式板式換熱器：用焊接的方式代替橡膠密封圈，隨著時代的進步出現(xiàn)了全焊式和半焊式的換熱器，它們在舊型號的基礎上消除了墊片的限制。由德國跟日本聯(lián)合開發(fā)的BAVARIA，操作壓力可從真空到6MPa，操作溫度200-900，單臺換熱器面積為3-200?？捎糜跉?氣、氣-液、液-液的換熱和蒸汽的冷凝。1.4.2、Pack inox換熱器：是一種所有部件都焊接的無密封墊圈的板式換熱器。由壓力容器外殼和傳熱板束組成。特點：傳熱效率高。兩側流體有較高的膜傳熱系數(shù)比一般的管式高2-3倍。流速分布均勻。沒有死角是純逆流換熱。重量輕，結構緊湊，占地少。壓力降低，無振動。殼體上有人孔，清洗方便。降低了制造成本，減少了企業(yè)投資。國外推出新型換熱器有：ABB公司的螺旋折流板換熱器、Hamon Lum mus公司的SRCTM空冷式冷凝器、NTIW列管式換熱器、英國CalGain公司的絲狀花內查物交換器、日本的Hy brid混合式換熱器、俄羅斯的變形翅片換熱器、噴涂翅片管冷凝器、非釬焊金屬絲纏繞翅片管換熱器、美國公司的Kenics換熱器、帶紐帶插入物的湍流增強式換熱器和麻花扁管換熱器。日本生產的世界單臺最大處理能力為5，000m/h的UX-100型板式換熱器、法國公司成產的6900mm*1525mm*1300mm（長寬高）換熱面為1500/m的板翅式換熱器。以上介紹的各式換熱器的設計思想各有新穎之處，結構上具有特色。有的在于強化管內傳熱，有的在殼程強化傳熱，有的改進了管箱的設計。參考文獻1鄧頌九.提高管殼式換熱器傳熱性能的途徑,化學工程,1992.20(2)30-362魚津博久,小州敬雄,熱交換器的進步和期待,化學裝置日2005.3(3)44-483RajivMukherjee.Effectively design shell-and tube heatexchangers.CEP.94(2):21-374Rajiv Mukherjee.Bwoaden your heat exchanger design skills.CEP.2005,40(3):35-475時銘顯.石油化工裝備研究的進展.石油煉制與化工,1997,(1):1-56.2004(2)29-347. .1996,(1)46-488O .1996,(4):63646沈陽化工大學科亞學院本科畢業(yè)論文題 目： 流量為260t/h臥式蒸汽冷凝器 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 班 級： 1201 學生姓名： 王威 指導教師： 金丹 論文提交日期 2016 年 5 月23 日論文答辯日期 2016 年 6 月6 日畢業(yè)設計（論文）任務書過程裝備與控制工程 專業(yè) 過控1201 班學生：王威 畢業(yè)設計（論文）題目：流量為260t/h臥式蒸汽冷凝器 畢業(yè)設計（論文）內容：設計計算書一份； 設計說明書一份； 繪制施工圖折合A1號圖4張。畢業(yè)設計（論文）專題部分： 固定管板式換熱器 起止時間：2016年3月1日2016年5月27日指導教師： 王威 簽字 2016 年 3 月 1 日摘要換熱器又被叫熱量交換器，是一種把熱流體的熱量傳遞給冷流體的設備，并且實現(xiàn)化工生產過程中熱量的交換和傳遞不可缺少的設備，在工廠中具有重要的意義。換熱器可以是一種單獨的設備，例如加熱器、冷卻器和凝汽器等等；也可是工藝設備的組成部分，比如石化、煤炭工業(yè)中的余熱回收裝置等等。換熱器是兩種溫度不同的物料在一個設備內相互交換熱量，最終達到將物料冷卻，或者將冷物料加熱為目的的設備。本換熱器是蒸汽冷凝器在成產中是非常常見的設備，該換熱器有耐高壓的優(yōu)點、價格低廉、清洗方便不宜結垢的優(yōu)點。已知條件為：設計壓力為管程，殼程，工作溫度管程，殼程，設計溫度管程，殼程，管程介質為的水，殼程介質為的水蒸氣。依據(jù)給定條件所得傳熱面積為。考慮到介質特性等因素，采用252.54500的（材料）的無縫鋼管，本設計采用390根換熱管可滿足換熱量。設定拉桿數(shù)量為6根，計算得到筒體直徑為。完成了壓降計算、強度計算、開孔補強、管箱短節(jié)壁厚計算等。在強度設計中，依據(jù)進行筒體、封頭強度設計及校核，依據(jù)流量進行入口接管、出口接管等管口直徑的選擇，依據(jù)等面積補強法進行開口補強計算。本設計選擇管板延長兼做法蘭，依據(jù)中的彈性支撐假設對管板進行設計和校核，管板與換熱管的連接方式為焊接，拉桿與管板為螺紋連接結構。同時，進行了臥式容器鞍座校核。本設計充分的利用材料，適用比較多的場合。390根換熱管更加體現(xiàn)了換熱的效率。在同樣的換熱器中此換熱器十分的廉價、安全。所以該換熱器在工廠中占有重要位置。關鍵字: 固定管板; 換熱器; 不同物料; 熱交換 ；補強AbstractHeat exchanger called heat exchanger again, it is a kind of the thermal fluid heat transfer to cold fluid equipment, and realize the heat exchange and transmission in the process of chemical production indispensable equipment, has the vital significance in the factory. Heat exchanger can be a single device, such as a heater, cooler and steam condenser, etc. But also part of the process equipment, such as waste heat recovery unit in petrochemical industry, coal industry, and so on. Temperature heat exchanger are two different materials in a heat exchanging equipment, eventually achieve the material cooling, or heating equipment for the purpose of cold material. This heat exchanger is steam condenser is very common in into during equipment, the heat exchanger has the advantages of resistance to high pressure, low cost, convenient cleaning is unfavorable and scale advantages.Known condition is: the design pressure for tube side and shell side, working temperature tube side and shell side, the design temperature tube side and shell side, the medium as the water passes, shell side medium is water vapor. Based on the heat transfer area of the given conditions. Considering the characteristic of medium etc factors, using (material) seamless steel tube, this design USES the root heat exchange tube can meet the change of heat. Set rod of 6 root number, calculate the cylinder diameter. Completed the pressure drop calculation, strength calculation, opening reinforcement, short tube box section wall thickness calculation, etc. In strength design, strength design basis for cylinder, head and checking, according to the inlet connection of traffic and exports over the selection of nozzle diameter, opening reinforcement method on the basis of equal area reinforcement calculation. The design of flange, tubesheet extended and do according to the hypothesis of elastic support for tube plate design and checking, tube plate and the heat exchange tube connections for welding, rod and tube plate to the threaded connection structure. At the same time, for the horizontal vessel saddle checking.This design make full use of material, is more occasions. 608 more embodies the heat exchange tube, so the heat exchange efficiency. At the same heat exchanger in the heat exchanger is very cheap and safe. So the heat exchanger occupies an important position in the factory.Key words: Fixed tube sheet； Heat exchanger； Different materials； reinforcing 目 錄第一章?lián)Q熱器傳熱工藝計算 11.1原始數(shù)據(jù) 11.2定性溫度及確定其物性參數(shù) 11.3傳熱量與水蒸氣流量計算 21.4有效平均溫差計算 31.5管程換熱系數(shù)計算 41.6 結構的初步設計 51.7殼程換熱系數(shù)計算 61.8 總傳熱系數(shù)計算 71.9 管壁溫度計算 81.10 管程壓力降計算 81.11 殼程壓力降計算 9第二章固定管板式換熱器結構設計計算 122.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 122.2 布管方式的選擇 122.3 筒體內徑的確定 132.4 筒體壁厚的確定 132.5 筒體水壓試驗 142.6 封頭厚度的確定 142.7 管箱短節(jié)壁厚計算 152.8 管箱水壓試驗 162.9 管箱法蘭的選擇 162.10 管板尺寸的確定及強度計算 172.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定 302.12 防沖板尺寸的確定 302.13 折流板尺寸的確定 312.14 各管孔接管及其法蘭的選擇 322.15 開孔補強計算 372.16 支座的選擇及應力校核 402.16.1 支座選擇 402.16.2 鞍座的應力校核 40參考文獻 45致謝 46沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 換熱器傳熱工藝計算第一章 換熱器傳熱工藝計算1.1原始數(shù)據(jù)管程水的進口溫度=20管程水的出口溫度=85管程水的工作壓力=2.2MPa管程水的流量=260000kg/h殼程水蒸氣的入口溫度=164.97殼程水蒸氣的出口溫度=80殼程水蒸氣的工作壓力=0.7MPa1.2定性溫度及確定其物性參數(shù)管程水的定性溫度管程水密度查物性表得管程水比熱查物性表得管程水導熱系數(shù)查物性表得=0.6557w/(m)管程水黏度=5.22910-4pas管程水普朗特數(shù)查物性表得Pr1=2.96殼程水蒸氣定性溫度殼程水蒸氣冷凝點：冷卻段：冷凝段：殼程水蒸汽密度查物性表得：冷卻段：=943.4kg/m冷凝段: =4.122kg/m殼程水蒸汽比熱查物性表得：冷卻段：=4.258KJ/(kg)冷凝段：=2.583KJ/(kg)殼程水蒸汽導熱系數(shù)查物性表得：冷卻段：2=0.688w/(m)冷凝段：=0.0313w/(m)殼程水蒸汽粘度：冷卻段：冷凝段：殼程水蒸汽普朗特數(shù)查物性表得：冷卻段：冷凝段：1.3傳熱量與水蒸氣流量計算取定換熱效率=0.98則設計傳熱量:Q0=G1Cp1()1000/3600 =2600004.178(85-20)1000/3600 =1.9613107w由導出水蒸氣氣流量G2，r為時的汽化潛熱r=2763.5J/kg水蒸氣流量：=6.4kg/s冷卻段傳熱量：冷凝段傳熱量:設冷凝段和冷卻段分界處的溫度為根據(jù)熱量衡算:1.4有效平均溫差計算逆流冷卻段平均溫差:逆流冷凝段平均溫差:參數(shù)： 參數(shù)： 換熱器按單殼程2管程設計則查圖2-6(a)，得:溫差校正系數(shù) =0.84有效平均溫差： 冷凝段：參數(shù)：參數(shù)：換熱器按單殼程2管程設計則查圖2-6(a)，得:溫差校正系數(shù) =0.89 有效平均溫差:=0.89138.5=123.3初選冷卻段傳熱系數(shù):1.5管程換熱系數(shù)計算初選冷凝段傳熱系數(shù):則初選冷卻段傳熱面積為:選用252.5的無縫鋼管做換熱管則: 管子外徑d0=25mm管子內徑di=20mm管子長度L=4500mm則需要換熱管根數(shù): 可取換熱管根數(shù)為390根.管程流通面積：管程流速:管程雷諾數(shù):管程冷卻段的定性溫度:管程冷卻段傳熱系數(shù):管程冷凝段的定性溫度:管程冷凝段傳熱系數(shù):1.6 結構的初步設計查GB151-1999 知管間距按1.25d0取管間距:s=0.032 m管束中心排管數(shù)：根，取29根則殼體內徑:圓整為:Di=1m則長徑比; 合理弓形折流板的弓高: h=0.2Di=0.2*1=0.2m 折流板間距: 折流板數(shù)量: 1.7殼程換熱系數(shù)計算 殼程流通面積:殼程流速:冷卻段:冷凝段: 殼程當量直徑: 冷凝段管外壁溫度假定值:膜溫：膜溫下液膜的粘度:188.3膜溫下液膜的密度:917.3膜溫下液膜的導熱系數(shù)：正三角形排列冷凝負荷:=殼程冷凝段雷諾數(shù):殼程冷凝段傳熱系數(shù):冷卻段管外壁溫假定值:冷卻段雷諾數(shù)：壁溫下水粘度:粘度修正系數(shù)；殼程傳熱因子查圖2-12得:冷卻段殼程換熱系數(shù):1.8 總傳熱系數(shù)計算查GB-1999 第138 頁可知水蒸汽的側污垢熱阻:管程水選用地下水，污垢熱阻為:由于管壁比較薄，所以管壁的熱阻可以忽略不計冷卻段總傳熱系數(shù): 傳熱面積比為: （合理）冷凝段總傳熱系數(shù):傳熱面積比為: (合理)1.9 管壁溫度計算設定冷凝段的長度:=2.0424m冷卻段的長度: 冷卻段管外壁熱流密度計算:冷卻段管外壁溫度: 誤差不大冷凝段管外壁熱流密度計算:冷凝段管外壁溫度:1.10 管程壓力降計算管程水的流速:管程雷諾準數(shù):管程摩擦系數(shù):壓降結垢校正系數(shù):沿程壓降:管程數(shù): 管程回彎次數(shù):回彎壓降:取管程出入口接管內徑: 管程出入口速:局部壓降:管程總壓降:管程允許壓降: 即壓降符合要求。1.11 殼程壓力降計算殼程當量直徑:殼程流通面積:殼程流速: 冷卻段: 冷凝段:殼程雷諾數(shù): 殼程冷卻段雷諾數(shù): 殼程冷凝段雷諾數(shù):查表殼程摩擦系數(shù): 冷卻段: 冷凝段:殼程粘度修正系數(shù): 冷卻段: 冷凝段: 管束周邊壓降:冷卻段管束周邊壓降:冷凝段管束周邊壓降:導流板壓降: （無導流板）查表取殼程壓降結垢系數(shù):冷卻段： 冷凝段： 取殼程進口接管內徑: 殼程出口接管內徑: 殼程出口流速:殼程進口流速:局部壓降:冷卻段：冷凝段：殼程總壓降:冷卻段殼程總壓降:冷凝段殼程總壓降: 殼程允許壓降: 即壓降符合要求 即壓降符合要求46沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 固定管板式換熱器結構設計計算第二章 固定管板式換熱器結構設計計算2.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1換熱管材料#202換熱管規(guī)格3傳熱面積A214.64換熱管數(shù)Nt根6085拉桿直徑dnmmGB151-1999管殼式換熱器表43166拉桿數(shù)量根GB151-1999管殼式換熱器表4462.2 布管方式的選擇序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)計算數(shù)值1正三角形GB151-1999 圖112換熱管中心距SmmGB151-1999 表12323隔板槽兩側相鄰 管中心距SnmmGB151-1999 表12442.3 筒體內徑的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1換熱管中心距SmmGB151-1999 表12322換熱管根數(shù)Nt根6083管束中心排管根數(shù)Nc根294換熱管外徑d0mm255到殼體內壁最短距離b3mm86筒體內徑Dimm9967實取筒體公稱直徑DimmJB/T4737-9510008布管限定圓直徑Dlmm9802.4 筒體壁厚的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1計算壓力0.772筒體內徑見三-810003筒體材料20R4設計溫度下筒體材料的許用應力GB150-1998表4-1 鋼板許用應力1235焊接接頭系數(shù)0.856筒體計算厚度3.77腐蝕裕量28負偏差09設計厚度5.710名義厚度GB151-1999 項目5.3.2 表8811有效厚度612設計厚度下圓筒應力64.613校核14設計溫度下圓筒的最大許用工作壓力1.252.5 筒體水壓試驗序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1實驗壓力1.042圓筒薄膜應力87.23校核=187.4Mpa 合格2.6 封頭厚度的確定序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1封頭內徑10002計算壓力2.423焊接接頭系數(shù)0.854封頭材料Q3455設計溫度下許用壓力GB151-1999 項目5.3.2表4-11706標準橢圓封頭計算厚度8.417腐蝕裕量18負偏差09設計厚度9.4110名義厚度GB151-1999 項目5.3.21011實取名義厚度1012有效厚度913曲面高度JB/T4737-95續(xù)表114直邊高度JB/T4737-95續(xù)表115內表面積AJB/T4737-95續(xù)表116容積VJB/T4737-95續(xù)表117質量mJB/T4737-95續(xù)表12.7 管箱短節(jié)壁厚計算序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1計算壓力2.422管箱內徑10003管箱材料Q3454設計溫度下許用應力GB150-19981705焊接接頭系數(shù)0.856管箱計算厚度8.447腐蝕裕量18負偏差09設計厚度9.4410名義厚度GB151-1999 項目5.3.21011實取名義厚度1012有效厚度913設計厚度下圓筒應力135.6514校核=144.5Mpa 合格15設計溫度下圓筒的最大許用工作壓力2.582.8 管箱水壓試驗序號項目符號單位根據(jù)來源及計算公式數(shù)值1實驗壓力3.232圓筒薄膜應力181.063校核=263.9Mpa 合格2.9 管箱法蘭的選擇序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1法蘭類型長頸對焊法蘭JB/T4703-2000PN=2.5MPa2法蘭外徑JB/T4703-200011953螺栓中心圓直徑JB/T4703-200011404法蘭公稱直徑JB/T4703-200010005法蘭材料16MnR6墊片類型JB/T4704-2000PN=2.5MPa7墊片材料石棉橡膠板片GB/T3985-19958墊片公稱直徑JB/T4704-200010009墊片外徑JB/T4704-2000108710墊片內徑JB/T4704-2000103711法蘭厚度JB/T4704-20006812墊片厚度JB/T4704-2000313螺栓規(guī)格及數(shù)量M27236(對接筒體最小厚度14mm）2.10 管板尺寸的確定及強度計算本設計為管板延長部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999 項目5.7 中，圖18 所示e 型連接方式的管板，材料為Q235的鍛件。A.確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結構尺寸及管板的布管方式；以上項目的確定見項目一至九。B.計算序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1筒體內徑mm10002筒體內徑橫截面積A7850003筒體厚度mm84圓筒內殼壁金屬截面積25320.965換熱管壁厚mm2.56換熱管根數(shù)n6087換熱管外徑dmm258管子金屬總截面積1073889換熱管材料的彈性模量GB150-1998 表F518600010沿一側的排管數(shù)2911換熱管中心距mmGB151-19993212隔板槽兩側相鄰管中心距mmGB151-19994413布管區(qū)內未能被管支撐的面積14072.814管板布管區(qū)面積531954.715管板布管區(qū)當量直徑mm823.216管板布管內開孔后的面積48670017系數(shù)0.6218殼程圓筒材料的彈性模量GB150-1998 表F518600019殼體不帶膨脹節(jié)時換熱管束與圓筒剛度比4.2420系數(shù)0.2221系數(shù)5.4722系數(shù)7.9223管板不管區(qū)當量直徑與殼程圓筒內徑比0.823224管子受壓失穩(wěn)當量長度mmGB151-1999 圖3260025設計溫度下管子受屈服強度GB150-1998 表F219626管子回轉半徑imm8.00427系數(shù)136.828管子穩(wěn)定許用應力71.1529校核合格C.對于延長部分兼作法蘭的管板，計算序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1墊片接觸寬度NmmGB150-1998 表9-1252墊片基本密度寬度mm12.53墊片比壓力yGB150-1998 表9-2114墊片系數(shù)m2.05墊片有效密封寬度bmm96墊片壓緊力作用中心圓直徑mm10697預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷N332309.348操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷N2463335.39常溫下螺栓材料的許用應力GB150-1998 表F4選用材料為40MnB63510預緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積523.311操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積3879.312需要螺栓總截面積3879.313法蘭螺栓的中心圓直徑mm114014法蘭中心至作用處的徑向距離mm35.515預緊狀態(tài)的法蘭力矩n16筒體厚度mm817法蘭頸部大端有效厚度mm1418螺栓中心至法蘭頸部與法蘭背面交的徑向距離mm5619螺栓中心距作用出的徑向距離mm7020螺栓中心處至 作用位置處的徑向距離mm52.7521作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力N189970022流體壓力引起的總軸向力與作用于法蘭內徑截面上的流體壓力引起的軸向力差N27000023操作狀態(tài)下需要的最小墊片壓力N29200024法蘭操作力矩157590000D、假定管板的計算厚度為，然后按結構要求確定殼體法蘭厚度序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1假定管板計算厚度mm502殼體法蘭厚度mm503管板材料彈性模量GB150-1998表 F51860004換熱管材料的彈性模量GB150-1998表 F51860005管板剛度削弱系數(shù)GB151-19990.46換熱管有效長度mm28967管板強度削弱系數(shù)GB151-19990.48管子金屬總截面積1073889換熱管加強系數(shù)6.010管板布管區(qū)的當量直徑與殼程圓筒內徑之比0.823211管板周邊布管區(qū)的無量綱參數(shù)1.0612管束模數(shù)6897.213殼體法蘭材料彈性模量GB150-1998 表F518600014殼體法蘭材料彈性模量GB150-1998 表F518600015殼體法蘭寬度mm97.516系數(shù)GB151-1999 圖260.0002217殼體法蘭與圓筒的旋轉剛度參數(shù)6.16418旋轉剛度無量綱參數(shù)0.000702E.由GB151-1999 P51 圖27 按照K和查，并計算值，由圖29 按照K 和查值序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1管板第一矩系數(shù)GB151-1999 圖270.132系數(shù)30.93系數(shù)GB151-1999 圖294.21F、序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1管箱法蘭材料的彈性模量1960002管箱圓筒材料的彈性模量GB150-1998 表F51960003管箱法蘭厚度mmJB/T4702-2000684系數(shù)GB151-1999 圖260.00335管箱圓筒與法蘭的旋轉剛度參數(shù)61.26換熱管束與圓筒剛度比4.2417系數(shù)GB151-1999 圖308法蘭力矩折減系數(shù)0.1449管板邊緣力矩的變化系數(shù)4.0110法蘭力矩變化系數(shù)0.40411管板第二彎矩系數(shù)GB151-1999 圖28（a）2.78G、按課程設計壓力而管程設計壓力膨脹變形差，法蘭力矩的的危險組合（GB151-1999 項目5.7.3.2 分別討論）a、只有殼程設計壓力，而管程設計壓力不計膨脹節(jié)變形差（即)序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1有效壓力組合4.2122基本法蘭力矩系數(shù)0.04263系數(shù)0.001284管板邊緣力矩系數(shù)0.047735管板邊緣剪切系數(shù)1.476管板總彎矩系數(shù)2.067系數(shù)0.4128系數(shù)1.0889系數(shù)1.08810管板徑向應力系數(shù)0.07211管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)0.07512管板布管區(qū)邊剪切應力系數(shù)0.07313殼體法蘭力矩系數(shù)0.0042614管板的徑向應力188.0215管板布管區(qū)周邊外徑向的應力58.116管板布管區(qū)周邊剪切應力9.5317法蘭的外徑與內徑之比K1.19518系數(shù)YGB150-1998 表9-51119殼體法蘭應力38.4220換熱管的軸向應力15.5821殼程圓筒的軸向應力8.7322一根換熱管管壁金屬的橫截面積176.62523換熱管與管板連接的拉托應力17.54b、只有殼程設計壓力序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1殼程圓筒材料線膨脹系數(shù)GB150-19982換熱管材料線膨系數(shù)GB150-19983沿長度均的換熱管金屬溫度GB151-1999附錄 F132.74沿長度平均的換熱管金屬溫度GB151-1999附錄 F97.185制造環(huán)境溫度206換熱管與殼程圓筒的膨脹變化差7有效壓力組合-14.88基本法蘭力矩系數(shù)-0.01219管板邊緣力矩系數(shù)-0.0069710管板邊緣剪切系數(shù)-0.215411管板總彎矩系數(shù)-0.597512系數(shù)0.285213管板徑向應力系數(shù)0.0066214管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)-0.0069315管板布管區(qū)周邊剪切應力系數(shù)0.0232116殼體法蘭力矩系數(shù)-0.0022617管板的徑向應力-60.718管板布管區(qū)周邊外徑向的應力53.5719管板布管區(qū)周邊剪切應力-33.4920殼體法蘭應力71.6321換熱管的軸向應力63.522殼程圓筒的軸向應力1.3723換熱管管板連接拉托應力71.44序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1有效壓力組合-17.4242基本法蘭力矩系數(shù)-0.018583系數(shù)0.001284管板邊緣力矩系數(shù)-0.018585管板邊緣剪切系數(shù)-0.57416管板總彎矩系數(shù)-3.447系數(shù)-0.6888系數(shù)1.6629系數(shù)1.66210管板徑向應力系數(shù)0.020911管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)-0.021612管板布管區(qū)邊剪切應力系數(shù)0.012613殼體法蘭力矩系數(shù)0.00414管板的徑向應力225.7815管板布管區(qū)周邊外徑向的應力206.1516管板布管區(qū)周邊剪切應力-11.6717法蘭的外徑與內徑之比K1.19518系數(shù)YGB150-1998 表9-51119殼體法蘭應力149.2520換熱管的軸向應力50.0721殼程圓筒的軸向應力16.8822一根換熱管管壁金屬的面積176.62523換熱管與管板連接的拉托應力56.3d、只有管程設計壓力序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1殼程圓筒材料線膨脹系數(shù)GB150-19982換熱管材料線膨系數(shù)GB150-19983沿長度均的換熱管金屬溫度GB151-1999附錄 F132.74沿長度平均的換熱管金屬溫度GB151-1999附錄 F97.185制造環(huán)境溫度206換熱管與殼程圓筒的膨脹變化差7有效壓力組合-36.408基本法蘭力矩系數(shù)-0.00899管板邊緣力矩系數(shù)-0.008910管板邊緣剪切系數(shù)-0.27511管板總彎矩系數(shù)-0.87512系數(shù)0.45113管板徑向應力系數(shù)0.0096714管板布管區(qū)周邊外徑向的應力系數(shù)-0.0093815管板布管區(qū)周邊剪切應力系數(shù)0.0214516殼體法蘭力矩系數(shù)-0.0025617管板的徑向應力-218.218管板布管區(qū)周邊外徑向的應力161.8219管板布管區(qū)周邊剪切應力-24.5220殼體法蘭應力199.621換熱管的軸向應力93.0622殼程圓筒的軸向應力60.0223換熱管管板連接拉托應力104.68H、由管板計算厚度來確定管板的實際厚度：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值備注1管板計算厚度mm502殼程腐蝕裕量mm23管程腐蝕裕量mm14管板的實際厚度mm54考慮圓整2.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定由十.G.a、b、c、d 計算結果可以看出：四組危險組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒超過設計許用應力，并且各項應力均沒超過設計許用應力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。2.12 防沖板尺寸的確定根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器項目5.11.4 確定防沖板的長為500mm,寬為427mm,厚度為8mm，防沖板外表面到圓筒內壁的距離為100mm。2.13 折流板尺寸的確定1.根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器圖39（c）選擇單弓形折流板，且由于換熱介質為氣液共存，折流板缺口應垂直左右布置，并在折流板最低處開通液口。2.換熱管無支撐跨距或折流板間距由GB151-1999 表42 知，當換熱管為外徑25 的鋼管時，換熱管的最大無支撐跨距為L=1850mm,且折流板最小間距一般不小于圓筒內直徑的五分之一且不小于50mm,取折流板間距B=300mm.3.折流板管孔有GB151-1999 表36 查得管孔直徑為25.4mm,允許偏差其主要尺寸如下表：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1折流板的厚度mmGB151-1999 項目5.9.2-2162折流板的直徑mmGB151-1999 表419943折流板直徑的允許偏差mmGB151-19994折流板的材料mmQ235-A5折流板的缺口高度mmGB151-1999 P73圖206折流板的缺口弦高mmGB151-1999P71 圖2044、 拉桿的選擇序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源數(shù)值1拉桿直徑dmmGB151-1999 表43162拉桿數(shù)量GB151-1999 表4463拉桿長度L1mm4拉桿螺紋中心直徑L2mmmmGB151-1999 表4516mmGB151-1999 表4520mmGB151-1999 表45bmmGB151-1999 表452.02.14 各管孔接管及其法蘭的選擇接管a、b選擇相同型號法蘭，設水的流速 1.69m/s根據(jù)公式取d=250mm設計壓力為2.09MPa由鋼制法蘭、墊片、緊固件選擇板式平焊法蘭，公稱壓力為2.5MPa.。相關尺寸如下：a、 b 進出水口接管法蘭的選擇：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1接管公稱通徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-52502接管外徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-52733法蘭外徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-54254螺栓中心圓直徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-53705螺栓孔直徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5306螺栓孔數(shù)量個HG/T20592-2009 表8.2.1-5127螺栓HG/T20592-2009 表8.2.1-5M278法蘭厚度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5359法蘭內徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-527610坡口寬度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51011法蘭理論重量kgHG/T20592-2009 表D-41212法蘭密封面形式HG/T20592-2009 表3.2.1RF13法蘭密封面尺寸mmHG/T20592-2009 表3.2.5-12mmHG/T20592-2009 表3.2.5-1335c、蒸汽入口接管法蘭的選擇，設水蒸汽的流速,則根據(jù)公式，取 d=300mm 設計壓力為0.88MPa。由鋼制法蘭、墊片、緊固件選擇板式平焊法蘭，公稱壓力為1MPa。相關尺寸如下:序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1接管公稱通徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-53002接管外徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-53253法蘭外徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-54854螺栓中心圓直徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-54305螺栓孔直徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5306螺栓孔數(shù)量個HG/T20592-2009 表8.2.1-5167螺紋HG/T20592-2009 表8.2.1-5M278法蘭厚度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5389法蘭內徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-532810法蘭理論重量kgHG/T20592-2009 表D-42011法蘭密封面形式HG/T20592-2009 表3.2.1RF12法蘭密封面尺寸mmHG/T20592-2009 表3.2.5-12mmHG/T20592-2009 表3.2.5-1370f.冷凝水出口接管法蘭的選擇設水蒸汽全部冷凝成水,且設出口速度u=1m/s,則取 d=100mm, 設計壓力為0.88MPa。由鋼制法蘭、墊片、緊固件選擇板式平焊法蘭，公稱壓力為1MPa。相關尺寸如下：序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1接管公稱通徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51002接管外徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51083法蘭外徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-52204螺栓中心圓直徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51805螺栓孔直徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5186螺栓孔數(shù)量個HG/T20592-2009 表8.2.1-587螺紋HG/T20592-2009 表8.2.1-5M168法蘭厚度mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5229法蘭內徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-511010法蘭理論重量kgHG/T20592-2009 表D-44.511法蘭密封面形式HG/T20592-2009 表3.2.1RF12法蘭密封面尺寸mmHG/T20592-2009 表3.2.5-12mmHG/T20592-2009 表3.2.5-1158d、安全閥口、g、放凈口接管法蘭的選擇序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源和計算公式數(shù)值1接管公稱通徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5502接管外徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-5573法蘭外徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51654螺栓中心圓直徑mmHG/T20592-2009 表8.2.1-51255螺栓孔直徑mmHG/T