流量為135t-h臥式蒸汽冷凝器的設(shè)計(jì)【過程裝備與控制工程類】【說明書+CAD】
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沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院
本科畢業(yè)論文
題 目： 流量為135t/h臥式蒸汽冷凝器
專 業(yè)： 過程裝備與控制工程
班 級(jí)： 過控1201
學(xué)生姓名： 趙明
指導(dǎo)教師： 湯方麗
論文提交日期： 2016年6月1日
論文答辯日期： 2016年6月6日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
過程裝備與控制工程 專業(yè)
過控1201 班
學(xué)生：趙明
畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：流量為135t/h臥式蒸汽冷凝器
畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)計(jì)算書一份；
設(shè)計(jì)說明書一份；
繪制施工圖折合A0號(hào)圖1張，A1號(hào)3張
畢業(yè)設(shè)計(jì)專題部分：固定管板式換熱器
起止時(shí)間：2016.3.1~2016.5.23
指導(dǎo)教師： 湯方麗 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(shè)備，并且實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量的交換和傳遞不可缺少的設(shè)備，在工廠中具有重要的意義。換熱器可以是一種單獨(dú)的設(shè)備，例如加熱器、冷卻器和凝汽器等等。換熱器是兩種溫度不同的物料在一個(gè)設(shè)備內(nèi)相互交換熱量，最終達(dá)到將物料冷卻，或者將冷物料加熱為目的的設(shè)備。本換熱器是蒸汽冷凝器在成產(chǎn)中是非常常見的設(shè)備，該換熱器有耐高壓的優(yōu)點(diǎn)、價(jià)格低廉、清洗方便不宜結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)。
已知條件為：設(shè)計(jì)壓力為管程1.3Mpa，殼程0.9Mpa，工作溫度管程25℃，殼程164.97℃，設(shè)計(jì)溫度管程75℃，殼程85℃，管程介質(zhì)為1.3Mpa的水，殼程介質(zhì)為0.9Mpa的水蒸氣。依據(jù)給定條件所得傳熱面積為241.6m2。考慮到介質(zhì)特性等因素，采用Φ25×2.5×4500的#20（材料）的無縫鋼管，本設(shè)計(jì)采用根換熱管可滿足換熱量。設(shè)定拉桿數(shù)量為6根，計(jì)算得到筒體直徑為DN=1000mm。完成了壓降計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)、管箱短節(jié)壁厚計(jì)算等。在強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，依據(jù)GB150進(jìn)行筒體、封頭強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核，依據(jù)流量進(jìn)行入口接管、出口接管等管口直徑的選擇，依據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行開口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。本設(shè)計(jì)選擇管板延長(zhǎng)兼做法蘭，依據(jù)GB151中的彈性支撐假設(shè)對(duì)管板進(jìn)行設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。同時(shí)，進(jìn)行了臥式容器鞍座校核。
本設(shè)計(jì)充分的利用材料，適用比較多的場(chǎng)合。366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(jià)、安全。所以該換熱器在工廠中占有重要位置。
關(guān)鍵字: 固定管板; 換熱器; 不同物料; 熱交換；補(bǔ)強(qiáng)
Abstract
Heat 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. 366 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 換熱器傳熱工藝計(jì)算 1
1.1 原始數(shù)據(jù) 1
1.2 定性溫度及確定其物性參數(shù) 1
1.3 傳熱量與水蒸氣流量計(jì)算 2
1.4 有效平均溫差計(jì)算 3
1.5 管程換熱系數(shù)計(jì)算 4
1.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì) 5
1.7 殼程換熱系數(shù)計(jì)算 6
1.8 總傳熱系數(shù)計(jì)算 7
1.9 管壁溫度計(jì)算 8
1.10 管程壓力降計(jì)算 8
1.11 殼程壓力降計(jì)算 9
第二章 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 12
2.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 12
2.2 布管方式的選擇 12
2.3 筒體內(nèi)徑的確定 13
2.4 筒體壁厚的確定 13
2.5 筒體水壓試驗(yàn) 14
2.6 封頭厚度的確定 14
2.7 管箱短節(jié)壁厚計(jì)算 15
2.8 管箱水壓試驗(yàn) 16
2.9 管箱法蘭的選擇 16
2.10 固定管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算 17
2.11 是否安裝膨脹節(jié)的判定 30
2.12 防沖板尺寸的確定 31
2.13 折流板尺寸的確定 31
2.14 各管孔接管及其法蘭的選擇 32
2.15 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 37
2.16 支座的選擇及應(yīng)力校核 40
2.16.1 支座選擇 40
2.16.2 鞍座的應(yīng)力校核 40
參考文獻(xiàn) 45
致謝 46
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 換熱器傳熱工藝計(jì)算
第一章 換熱器傳熱工藝計(jì)算
1.1 原始數(shù)據(jù)
管程水的進(jìn)口溫度=25℃
管程水的出口溫度=75℃
管程水的工作壓力=1.3MPa
殼程水蒸氣的入口溫度=164.97℃
殼程水蒸氣的出口溫度=85℃
殼程水蒸氣的工作壓力=0.9MPa
殼程水蒸汽的流量=135000kg/h
1.2 定性溫度及確定其物性參數(shù)
由文獻(xiàn)[1]可知
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(dǎo)熱系數(shù)查物性表得=0.566w/(m·℃)
管程水黏度=5.6×10-6pa·s
管程水普朗特?cái)?shù)查物性表得Pr1=3.53
殼程水蒸氣定性溫度
殼程水蒸氣冷凝點(diǎn)：
冷卻段：
冷凝段：
殼程水蒸汽密度查物性表得：
冷卻段：=961.8kg/m3
冷凝段: =0.53kg/m3
殼程水蒸汽比熱查物性表得：
冷卻段：=2.823KJ/(kg·℃)
冷凝段：=1.903KJ/(kg·℃)
殼程水蒸汽導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得：
冷卻段：λ2=0.626w/(m·℃)
冷凝段：=0.0294w/(m·℃)
殼程水蒸汽粘度：
冷卻段：
冷凝段：
殼程水蒸汽普朗特?cái)?shù)查物性表得：
冷卻段：
冷凝段：
1.3 傳熱量與水蒸氣流量計(jì)算
由文獻(xiàn)[2]
取定換熱效率η=0.98
則設(shè)計(jì)傳熱量:
Q0=G1×Cp1×()×1000/3600 （1-1）
=135000×4.178×(75-25)×1000/3600
=7.834×106w
由導(dǎo)出水蒸氣氣流量G2，r為時(shí)的汽化潛熱
r=2442J/kg
由文獻(xiàn)[3]水蒸氣流量：
（1-2）
=34.02kg/s
冷卻段傳熱量：
（1-3）
冷凝段傳熱量:
（1-4）
設(shè)冷凝段和冷卻段分界處的溫度為
根據(jù)熱量衡算:
·η （1-5）
℃
1.4 有效平均溫差計(jì)算
逆流冷卻段平均溫差:
（1-6）
逆流冷凝段平均溫差:△
℃（1-7）
冷卻段：
參數(shù)：
參數(shù)：
由文獻(xiàn)[4]換熱器按單殼程2管程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)則查圖2-6(a)，得:
溫差校正系數(shù) ?=0.89
有效平均溫差:=?=0.89×120.2=106.98℃
初選冷卻段傳熱系數(shù):
1.5 管程換熱系數(shù)計(jì)算
由文獻(xiàn)[5]初選冷凝段傳熱系數(shù):
則初選冷卻段傳熱面積為:
（1-8）
選用?25×2.5的無縫鋼管做換熱管
則: 管子外徑d0=25mm
管子內(nèi)徑di=20mm
管子長(zhǎng)度L=4500mm
則需要換熱管根數(shù):
根 （1-9）
可取換熱管根數(shù)為366根.
管程流通面積：
管程流速:
（1-10）
管程雷諾數(shù):
管程冷卻段的定性溫度:
（1-11）
管程冷卻段傳熱系數(shù):
管程冷凝段的定性溫度:
（1-12）
管程冷凝段傳熱系數(shù):
1.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)
查GB151-1999 由文獻(xiàn)[6]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22根
則殼體內(nèi)徑:
圓整為:Di=1.1m
則長(zhǎng)徑比; 合理
折流板選擇弓形折流板:
弓形折流板的弓高: h=0.2Di=0.2*1.1=0.22m
折流板間距:
折流板數(shù)量:
1.7 殼程換熱系數(shù)計(jì)算
由文獻(xiàn)[7]殼程流通面積:
殼程流速:
冷卻段:
冷凝段:
殼程當(dāng)量直徑:
① 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(dǎo)熱系數(shù)：
正三角形排列
（1-13）
冷凝負(fù)荷:Г=
（1-14）
殼程冷凝段雷諾數(shù):
殼程冷凝段傳熱系數(shù):
（1-15）
②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(jì)算
查GB-1999 第138 頁可知
由文獻(xiàn)[8]可知
水蒸汽的側(cè)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(jì)
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) （1-16）
1.9 管壁溫度計(jì)算
設(shè)定冷凝段的長(zhǎng)度:=2.0424m
冷卻段的長(zhǎng)度:
冷卻段管外壁熱流密度計(jì)算:
冷卻段管外壁溫度:
誤差不大
冷凝段管外壁熱流密度計(jì)算:
冷凝段管外壁溫度:
（1-17）
1.10 管程壓力降計(jì)算
由文獻(xiàn)[9]可知
管程水的流速:
（1-18）
管程雷諾準(zhǔn)數(shù):
（1-19）
管程摩擦系數(shù):
（1-20）
壓降結(jié)垢校正系數(shù):
沿程壓降:
（1-21）
管程數(shù): 管程回彎次數(shù):1
回彎壓降:
取管程出入口接管內(nèi)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(jì)算
由文獻(xiàn)[10]可知
殼程當(dāng)量直徑:
（1-22）
殼程流通面積:
（1-23）
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):
（1-24）
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(dǎo)流板壓降: （無導(dǎo)流板）
由文獻(xiàn)[11]查表取殼程壓降結(jié)垢系數(shù):
冷卻段：
冷凝段：
取殼程進(jìn)口接管內(nèi)徑:
殼程出口接管內(nèi)徑:
殼程出口流速:
（1-25）
殼程進(jìn)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:
（1-26）
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
47
沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
第二章 固定管板式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源及計(jì)算公式
數(shù)值
1
換熱管材料
#20
2
換熱管規(guī)格
3
傳熱面積
A
㎡
214.6
4
換熱管數(shù)
Nt
根
366
5
拉桿直徑
dn
mm
GB151-1999《管殼
式換熱器》表43
16
6
拉桿數(shù)量
根
GB151-1999《管殼
式換熱器》表44
6
2.2 布管方式的選擇
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和數(shù)據(jù)計(jì)
算
數(shù)值
1
正三角形
GB151-1999 圖11
2
換熱管中心距
S
mm
GB151-1999 表12
32
3
隔板槽兩側(cè)相鄰 管中心距
Sn
mm
GB151-1999 表12
44
2.3 筒體內(nèi)徑的確定
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公
式
數(shù)值
1
換熱管中心
距
S
mm
文獻(xiàn)[12]
32
2
換熱管根數(shù)
Nt
根
366
3
管束中心排
管根數(shù)
Nc
根
22
4
換熱管外徑
d0
mm
25
5
到殼體內(nèi)壁
最短距離
b3
mm
8
6
筒體內(nèi)徑
Di
mm
996
7
實(shí)取筒體公
稱直徑
Di
mm
JB/T4737-95
1000
8
布管限定圓
直徑
Dl
mm
980
2.4 筒體壁厚的確定
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公
式
數(shù)值
1
計(jì)算壓力
0.77
2
筒體內(nèi)徑
見三-8
1000
3
筒體材料
20R
4
設(shè)計(jì)溫度下
筒體材料的
許用應(yīng)力
GB150-1998
表4-1 鋼板許用應(yīng)
力
123
5
焊接接頭系
數(shù)
0.85
6
筒體計(jì)算厚
度
3.7
7
腐蝕裕量
2
8
負(fù)偏差
0
9
設(shè)計(jì)厚度
5.7
10
名義厚度
GB151-1999 項(xiàng)目
5.3.2 表8
8
11
有效厚度
6
12
設(shè)計(jì)厚度下
圓筒應(yīng)力
64.6
13
校核
14
設(shè)計(jì)溫度下
圓筒的最大
許用工作壓
力
1.25
2.5 筒體水壓試驗(yàn)
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
根據(jù)來源及計(jì)算公式
數(shù)值
1
實(shí)驗(yàn)壓
力
1.04
2
圓筒薄
膜應(yīng)力
87.2
3
校核=187.4Mpa 合格
2.6 封頭厚度的確定
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公
式
數(shù)值
1
封頭內(nèi)徑
1000
2
計(jì)算壓力
2.42
3
焊接接頭系數(shù)
0.85
4
封頭材料
Q345
5
設(shè)計(jì)溫度下許
用壓力
GB151-1999 項(xiàng)目
5.3.2
表4-1
170
6
標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭
計(jì)算厚度
8.41
7
腐蝕裕量
1
8
負(fù)偏差
0
9
設(shè)計(jì)厚度
9.41
10
名義厚度
GB151-1999 項(xiàng)目
5.3.2
10
11
實(shí)取名義厚度
10
12
有效厚度
9
13
曲面高度
JB/T4737-95續(xù)表1
14
直邊高度
JB/T4737-95續(xù)表1
15
內(nèi)表面積
A
JB/T4737-95續(xù)表1
16
容積
V
JB/T4737-95續(xù)表1
17
質(zhì)量
m
JB/T4737-95續(xù)表1
2.7 管箱短節(jié)壁厚計(jì)算
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公
式
數(shù)值
1
計(jì)算壓力
2.42
2
管箱內(nèi)徑
1000
3
管箱材料
Q345
4
設(shè)計(jì)溫度下許
用應(yīng)力
GB150-1998
170
5
焊接接頭系數(shù)
0.85
6
管箱計(jì)算厚度
8.44
7
腐蝕裕量
1
8
負(fù)偏差
0
9
設(shè)計(jì)厚度
9.44
10
名義厚度
GB151-1999 項(xiàng)目
5.3.2
10
11
實(shí)取名義厚度
10
12
有效厚度
9
13
設(shè)計(jì)厚度下圓
筒應(yīng)力
135.65
14
校核
=144.5Mpa 合格
15
設(shè)計(jì)溫度下圓
筒的最大許用
工作壓力
2.58
2.8 管箱水壓試驗(yàn)
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
根據(jù)來源及計(jì)算公式
數(shù)值
1
實(shí)驗(yàn)壓力
3.23
2
圓筒薄膜應(yīng)
力
181.06
3
校核=263.9Mpa 合格
2.9 管箱法蘭的選擇
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公
式
數(shù)值
1
法蘭類型
長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭
JB/T4703-2000
PN=2.
5MPa
2
法蘭外徑
JB/T4703-2000
1195
3
螺栓中心圓
直徑
JB/T4703-2000
1140
4
法蘭公稱直
徑
JB/T4703-2000
1000
5
法蘭材料
16MnR
6
墊片類型
JB/T4704-2000
PN=2.
5MPa
7
墊片材料
石棉橡膠板片
GB/T3985-1995
8
墊片公稱直
徑
JB/T4704-2000
1000
9
墊片外徑
JB/T4704-2000
1087
10
墊片內(nèi)徑
JB/T4704-2000
1037
11
法蘭厚度
JB/T4704-2000
68
12
墊片厚度
JB/T4704-2000
3
13
螺栓規(guī)格及
數(shù)量
M27×2×36
(對(duì)接筒體最小厚度14mm）
2.10 固定管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算
本設(shè)計(jì)為管板延長(zhǎng)部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999 項(xiàng)目5.7 中，圖18 所示e 型連接方式的管板，材料為Q235Ⅱ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(jié)構(gòu)尺寸及管板的布管方式；
以上項(xiàng)目的確定見項(xiàng)目一至九。
B.計(jì)算
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
備注
1
筒體內(nèi)徑
mm
1000
2
筒體內(nèi)徑橫
截面積
A
785000
3
筒體厚度
mm
8
4
圓筒內(nèi)殼壁
金屬截面積
25320.96
5
換熱管壁厚
mm
2.5
6
換熱管根數(shù)
n
366
7
換熱管外徑
d
mm
25
8
管子金屬總
截面積
107388
9
換熱管材料
的彈性模量
GB150-1998 表F5
186000
10
沿一側(cè)的排
管數(shù)
29
11
換熱管中心
距
mm
GB151-1999
32
12
隔板槽兩側(cè)
相鄰管中心
距
mm
GB151-1999
44
13
布管區(qū)內(nèi)未
能被管支撐
的面積
14072.8
14
固定管板布管區(qū)
面積
531954.7
15
固定管板布管區(qū)
當(dāng)量直徑
mm
823.2
16
固定管板布管內(nèi)
開孔后的面
積
486700
17
系數(shù)
0.62
18
殼程圓筒材
料的彈性模
量
GB150-1998 表F5
186000
19
殼體不帶膨
脹節(jié)時(shí)換熱
管束與圓筒剛度比
4.24
20
系數(shù)
0.22
21
系數(shù)
5.47
22
系數(shù)
7.92
23
固定管板不管區(qū)
當(dāng)量直徑與
殼程圓筒內(nèi)
徑比
0.8232
24
管子受壓失
穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度
mm
GB151-1999 圖32
600
25
設(shè)計(jì)溫度下
管子受屈服
強(qiáng)度
GB150-1998 表F2
196
26
管子回轉(zhuǎn)半
徑
i
mm
8.004
27
系數(shù)
136.8
28
管子穩(wěn)定許
用應(yīng)力
71.15
29
校核
合格
C.對(duì)于延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板，計(jì)算
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
1
墊片接觸寬
度
N
mm
GB150-1998 表9-1
25
2
墊片基本密
度寬度
mm
12.5
3
墊片比壓力
y
GB150-1998 表9-2
11
4
墊片系數(shù)
m
2.0
5
墊片有效密
封寬度
b
mm
9
6
墊片壓緊力
作用中心圓
直徑
mm
1069
7
預(yù)緊狀態(tài)下
需要的最小螺栓載荷
N
332309.34
8
操作狀態(tài)下
需要的最小
螺栓載荷
N
2463335.3
9
常溫下螺栓
材料的許用
應(yīng)力
GB150-1998 表F4
選用材料為40MnB
635
10
預(yù)緊狀態(tài)下
需要的最小
螺栓面積
523.3
11
操作狀態(tài)下
需要的最小
螺栓面積
3879.3
12
需要螺栓總
截面積
3879.3
13
法蘭螺栓的
中心圓直徑
mm
1140
14
法蘭中心至
作用處的
徑向距離
mm
35.5
15
預(yù)緊狀態(tài)的
法蘭力矩
n
16
筒體厚度
mm
8
17
法蘭頸部大
端有效厚度
mm
14
18
螺栓中心至
法蘭頸部與
法蘭背面交
的徑向距離
mm
56
19
螺栓中心距
作用出的
徑向距離
mm
70
20
螺栓中心處
至 作用位
置處的徑向
距離
mm
52.75
21
作用于法蘭
內(nèi)徑截面上
的流體壓力
引起的軸向
力
N
1899700
22
流體壓力引
起的總軸向
力與作用于
法蘭內(nèi)徑截
面上的流體
壓力引起的
軸向力差
N
270000
23
操作狀態(tài)下
需要的最小
墊片壓力
N
292000
24
法蘭操作力
矩
157590000
D、假定管板的計(jì)算厚度為δ，然后按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度'
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
1
假定U型管計(jì)算厚
度
mm
50
2
殼體法蘭厚度
mm
50
3
固定管板材料彈性模
量
GB150-1998表 F5
186000
4
換熱管材料的彈
性模量
GB150-1998表 F5
186000
5
固定管板剛度削弱系
數(shù)
GB151-1999
0.4
6
換熱管有效長(zhǎng)度
mm
2896
7
固定管板強(qiáng)度削弱系
數(shù)
GB151-1999
0.4
8
管子金屬總截面
積
107388
9
換熱管加強(qiáng)系數(shù)
6.0
10
固定管板布管區(qū)的當(dāng)
量直徑與殼程圓
筒內(nèi)徑之比
0.8232
11
固定管板周邊布管區(qū)
的無量綱參數(shù)
1.06
12
管束模數(shù)
6897.2
13
殼體法蘭材料彈
性模量
GB150-1998 表F5
186000
14
殼體法蘭材料彈
性模量
GB150-1998 表F5
186000
15
殼體法蘭寬度
mm
97.5
16
系數(shù)
GB151-1999 圖26
0.00022
17
殼體法蘭與圓筒
的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)
6.164
18
旋轉(zhuǎn)剛度無量綱
參數(shù)
0.000702
E.由GB151-1999 P51 圖27 按照K和查，并計(jì)算值，由圖29 按照K 和
查值
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)
算公式
數(shù)值
1
固定管板第一矩
系數(shù)
GB151-1999 圖
27
0.13
2
系數(shù)
30.9
3
系數(shù)
GB151-1999 圖
29
4.21
F、
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
1
管箱法蘭材料的彈性模量
196000
2
管箱圓筒材料的彈性模量
GB150-1998 表F5
196000
3
管箱法蘭厚度
mm
JB/T4702-2000
68
4
系數(shù)
GB151-1999 圖26
0.0033
5
管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)
61.2
6
換熱管束與圓筒剛度比
4.241
7
系數(shù)
GB151-1999 圖30
8
法蘭力矩折減系數(shù)
0.144
9
固定管板邊緣力矩的變化系數(shù)
4.01
10
法蘭力矩變化系數(shù)
0.404
11
固定管板第二彎矩系數(shù)
GB151-1999 圖28（a）
2.78
G、按課程設(shè)計(jì)壓力而管程設(shè)計(jì)壓力膨脹變形差，法蘭力矩的的危險(xiǎn)
組合（GB151-1999 項(xiàng)目5.7.3.2 分別討論）
a、只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力不計(jì)膨脹節(jié)變形
差（即)
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
備注
1
有效壓力組合
4.212
2
基本法蘭力矩系數(shù)
0.0426
3
系數(shù)
0.00128
4
固定管板邊緣力矩系數(shù)
0.04773
5
固定管板邊緣剪切系數(shù)
1.47
6
固定管板總彎矩系數(shù)
2.06
7
系數(shù)
0.412
8
系數(shù)
1.088
9
系數(shù)
1.088
10
固定管板徑向應(yīng)力系數(shù)
0.072
11
固定管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù)
0.075
12
固定管板布管區(qū)邊剪切應(yīng)力系數(shù)
0.073
13
殼體法蘭力矩系數(shù)
0.00426
14
固定管板的徑向應(yīng)力
188.02
15
固定管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力
58.1
16
固定管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力
9.53
17
法蘭的外徑與內(nèi)徑之比
K
1.195
18
系數(shù)
Y
GB150-1998 表9-5
11
19
殼體法蘭應(yīng)力
38.42
20
換熱管的軸向應(yīng)力
15.58
21
殼程圓筒的軸向應(yīng)
力
8.73
22
一根換熱管管壁金屬的橫截面積
176.625
23
換熱管與U型管連接的拉托應(yīng)力
17.54
b、只有殼程設(shè)計(jì)壓力
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
備注
1
殼程圓筒
材料線膨
脹系數(shù)
GB150-1998
2
換熱管材
料線膨
系數(shù)
GB150-1998
3
沿長(zhǎng)度均的換熱管金屬溫度
GB151-1999附錄 F
132.7
4
沿長(zhǎng)度平均的換熱
管金屬溫
度
GB151-1999附錄 F
97.18
5
制造環(huán)境
溫度
20
6
換熱管與
殼程圓筒
的膨脹變
化差
7
有效壓力
組合
-14.8
8
基本法蘭
力矩系數(shù)
-0.0121
9
固定管板邊緣
力矩系數(shù)
-0.00697
10
固定管板邊緣
剪切系數(shù)
-0.2154
11
固定管板總彎
矩系數(shù)
-0.5975
12
系數(shù)
0.2852
13
固定管板徑向
應(yīng)力系數(shù)
0.00662
14
固定管板布管
區(qū)周邊外
徑向的應(yīng)
力系數(shù)
-0.00693
15
固定管板布管
區(qū)周邊剪
切應(yīng)力系
數(shù)
0.02321
16
殼體法蘭
力矩系數(shù)
-0.00226
17
固定管板的徑
向應(yīng)力
-60.7
18
固定管板布管
區(qū)周邊外
徑向的應(yīng)
力
53.57
19
固定管板布管
區(qū)周邊剪
切應(yīng)力
-33.49
20
殼體法蘭
應(yīng)力
71.63
21
換熱管的
軸向應(yīng)力
63.5
22
殼程圓筒的軸向應(yīng)
力
1.37
23
換熱管管板連接拉
托應(yīng)力
71.44
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
備注
1
有效壓力組合
-17.424
2
基本法蘭力矩系數(shù)
-0.01858
3
系數(shù)
0.00128
4
固定管板邊緣力矩系數(shù)
-0.01858
5
固定管板邊緣剪切系數(shù)
-0.5741
6
固定管板總彎矩系數(shù)
-3.44
7
系數(shù)
-0.688
8
系數(shù)
1.662
9
系數(shù)
1.662
10
固定管板徑向應(yīng)力系數(shù)
0.0209
11
固定管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力系數(shù)
-0.0216
12
管板布管區(qū)邊剪切應(yīng)力系數(shù)
0.0126
13
殼體法蘭力矩系數(shù)
0.004
14
固定管板的徑向應(yīng)力
225.78
15
固定管板布管區(qū)周邊外徑向的應(yīng)力
206.15
16
U型管布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力
-11.67
17
法蘭的外徑與內(nèi)徑之比
K
1.195
18
系數(shù)
Y
GB150-1998 表9-5
11
19
殼體法蘭應(yīng)力
149.25
20
換熱管的軸向應(yīng)力
50.07
21
殼程圓筒的軸向應(yīng)力
16.88
22
一根換熱管管壁金屬的面積
176.625
23
換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力
56.3
d、只有管程設(shè)計(jì)壓力
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
備注
1
殼程圓筒
材料線膨
脹系數(shù)
GB150-1998
2
換熱管材
料線膨
系數(shù)
GB150-1998
3
沿長(zhǎng)度均的換熱管金屬溫度
GB151-1999附錄 F
132.7
4
沿長(zhǎng)度平均的換熱
管金屬溫
度
GB151-1999附錄 F
97.18
5
制造環(huán)境
溫度
20
6
換熱管與
殼程圓筒
的膨脹變
化差
7
有效壓力
組合
-36.40
8
基本法蘭
力矩系數(shù)
-0.0089
9
固定管板邊緣
力矩系數(shù)
-0.0089
10
固定管板邊緣
剪切系數(shù)
-0.275
11
固定管板總彎
矩系數(shù)
-0.875
12
系數(shù)
0.451
13
固定管板徑向
應(yīng)力系數(shù)
0.00967
14
固定管板布管
區(qū)周邊外
徑向的應(yīng)
力系數(shù)
-0.00938
15
固定管板布管
區(qū)周邊剪
切應(yīng)力系
數(shù)
0.02145
16
殼體法蘭
力矩系數(shù)
-0.00256
17
固定管板的徑
向應(yīng)力
-218.2
18
固定管板布管
區(qū)周邊外
徑向的應(yīng)
力
161.82
19
固定管板布管
區(qū)周邊剪
切應(yīng)力
-24.52
20
殼體法蘭
應(yīng)力
199.6
21
換熱管的
軸向應(yīng)力
93.06
22
殼程圓筒的軸向應(yīng)
力
60.02
23
換熱管管板連接拉
托應(yīng)力
104.68
H、由管板計(jì)算厚度來確定管板的實(shí)際厚度：
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算
公式
數(shù)值
備注
1
固定管板計(jì)算厚度
mm
50
2
殼程腐蝕裕量
mm
2
3
管程腐蝕裕量
mm
1
4
固定管板的實(shí)際厚
度
mm
54
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(jì)算結(jié)果可以看出：四組危險(xiǎn)組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，并且各項(xiàng)應(yīng)力均沒超過設(shè)計(jì)許用應(yīng)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(xiàng)目5.11.4 確定防沖板的長(zhǎng)為500mm,寬為427mm,厚度為8mm，防沖板外表面到圓筒內(nèi)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(zhì)
為氣液共存，折流板缺口應(yīng)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(dāng)換熱管為外徑25 的鋼管時(shí)，換熱管的最大無支撐跨距為L(zhǎng)=1850mm,且折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)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 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(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算
公式
數(shù)值
1
折流板的厚度
mm
GB151-1999 項(xiàng)目
5.9.2-2
16
2
折流板的直徑
mm
GB151-1999 表41
994
3
折流板直徑的允
許偏差
mm
GB151-1999
4
折流板的材料
mm
Q235-A
5
折流板的缺口高
度
mm
GB151-1999 P73
圖
20
6
折流板的缺口弦高
mm
GB151-1999
P71 圖
204
4、 拉桿的選擇
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源
數(shù)值
1
拉桿直徑
d
mm
GB151-1999 表43
16
2
拉桿數(shù)量
GB151-1999 表44
6
3
拉桿長(zhǎng)度
L1
mm
4
拉桿螺紋中心直
徑
L2
mm
mm
GB151-1999 表45
16
mm
GB151-1999 表45
20
mm
GB151-1999 表45
b
mm
GB151-1999 表45
2.0
2.14 各管孔接管及其法蘭的選擇
接管a、b選擇相同型號(hào)法蘭，設(shè)水的流速 1.69m/s
根據(jù)公式取d=250mm設(shè)計(jì)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(guān)尺寸如下：
a、 b 進(jìn)出水口接管法蘭的選擇：
序號(hào)
項(xiàng)目
符號(hào)
單位
數(shù)據(jù)來源和計(jì)算公式
數(shù)值
1
接管公稱通徑
mm
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
250
2
接管外徑
mm
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
273
3
法蘭外徑
mm
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
425
4
螺栓中心圓直徑
mm
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
370
5
螺栓孔直徑
mm
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
30
6
螺栓孔數(shù)量
個(gè)
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
12
7
螺栓
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
M27
8
法蘭厚度
mm
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
35
9
法蘭內(nèi)徑
mm
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
276
10
坡口寬度
mm
HG/T20592-2009 表
8.2.1-5
10
11
法蘭理論重量
kg
HG/T20592-2009 表D-
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