水油浮頭式換熱器設(shè)計-流量為270th【含CAD高清圖紙和文檔所見所得】

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In industrial production, the main effect of heat exchange equipment is made by high temperature heat fluid is passed to the lower temperature of fluid, the fluid temperature can reach the indexes of the process regulation, in order to meet the needs of the process on . In the heat exchanger tube and shell heat exchanger is the most widely used, a heat exchange equipment has as a standard heat exchange equipment. This design is floating head heat exchanger, it is made up of tube box 、tube sheet、shell、heat exchange tube、baffle plate、draw bar、spacer pipe、hook circle、floating head cover and so on. One tube sheet of the exchanger is connected with shell, and the other tube sheet is floating tube sheet. So its easy to check and clean. On the other hand the structure of it complex. The shell side of heat exchanger design medium for water, in the medium passes for oil. The shell side of the flow rate of 270 t/h, the working temperature is 180, monitor the working temperature is 100. In eight pieces of baffle are installed on the structure, to increase the turbulence velocity of the fluid. The diameter of the baffle plate is usually 0.2-1.0 times the diameter of shell. Nozzle flange all choose plate flat welding flange, choose saddle support, this design mainly is divided into two parts, one part is heat transfer process calculation, the other part is the strength calculation.In the process of heat transfer calculation, include area computation 、capacity of heat transmission 、 the determine of heat transfer coefficient and the choice of the heat exchange tube. About strength calculation, it involve the calculating of shell、tube box、sealing head and so on. Heat exchanger is one of the indispensable process equipment. With the deepening of the research, industrial application made remarkable achievements.With the social progress and technological development.Heat exchanger design techniques are constantly updated.The exsting scientific reseach for my life is a big convenience.The prospects for the future will be more beautiful.As heat exchanger equipment can be seen everywhere, the most widely used in industry, especially in energy consumption is very large areas, with the rapid development of energy-saving technology, heat exchanger type development more and more. Heat exchanger is a chemical, petrochemical and oil refining industry and other industries widely used in heat exchange equipment, it not only can be used as a heater, cooler separately, and some important auxiliary equipment of chemical unit operations, thus occupies very important position in the chemical production.Key words: Floating head type heat exchange; Heat exchange tube; heater; cooler 目 錄 第一章?lián)Q熱器的工藝計算 1 1.1 原始數(shù)據(jù)(設(shè)計已知條件) 1 1.2 定性溫度及確定物性參數(shù) 1 1.3 傳熱量與物料的計算 2 1.4 有效平均溫差的計算 2 1.5 管程結(jié)構(gòu)初步設(shè)計 3 1.6 殼程換熱系數(shù)的計算 3 1.7 傳熱系數(shù)的計算 4 1.8 管壁溫度的計算 4 1.9 管程壓降的計算 5 1.10 殼程壓降的計算 5 第二章結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 2.1 換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)的確定 7 2.2 布管方式的選擇 7 2.3 筒體內(nèi)徑的確定 7 2.4 筒體壁厚的確定 8 2.5 筒體水壓試驗 10 2.6 管箱側(cè)封頭厚度的確定 10 2.7 浮頭側(cè)封頭厚度的確定 11 2.8 設(shè)備法蘭的選擇 12 2.9 管箱側(cè)法蘭的選擇 12 2.10 浮頭側(cè)法蘭的選擇 13 2.11 接管法蘭的選擇 13 2.12 浮頭換熱器管板的設(shè)計計算 14 2.13 浮頭設(shè)計計算 16 2.13.1 管程壓力（內(nèi)壓）作用下浮頭蓋的計算 162.13.2 殼程壓力（外壓）作用下浮頭蓋的計算 172.13.3 管程壓力作用下浮頭法蘭的計算 172.13.4 殼程壓力作用下浮頭法蘭的計算 20 2.14 鉤圈的選擇 22 2.15 浮動管板的選擇 22 2.16 折流板的選擇 23 2.17 管箱短節(jié)壁厚計算 23 2.18管程與殼程短節(jié)的計算 23 2.19 防沖板的選擇 24 2.20 接管及開孔補強 24 2.21 支座的選擇 25 2.21.1 軸向應(yīng)力校核 262.21.2 切向切應(yīng)力校核 272.21.3 周向應(yīng)力校核 272.21.4 鞍座腹板應(yīng)力 27 參考文獻(xiàn)28致謝29緒論浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于拆卸方便，易清洗，在化工工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。本文對浮頭式換熱器進行了整體的設(shè)計，按照設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，即殼側(cè)兩程，管側(cè)四程。首先，通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu),然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標(biāo)準(zhǔn)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計的前半部分是工藝計算部分，主要設(shè)根據(jù)設(shè)計傳熱系數(shù)、壓強校核、殼程壓降、管程壓降的計算；設(shè)計的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強度的設(shè)計。主要是根據(jù)已經(jīng)選定的換熱器型式進行設(shè)備內(nèi)各零部件（如殼體、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉桿、進出口管、浮頭箱、浮頭、支座、法蘭、補強圈）的設(shè)計。換熱器是國民經(jīng)濟和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備。隨著現(xiàn)代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷開發(fā)和能源問題的日趨嚴(yán)重，世界各國已普遍把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面臨著新的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性起著重要的作用，有時甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家熱回收率已達(dá)96。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重30左右，其中管殼式換熱器仍然占絕對的優(yōu)勢，約70。其余30為各類高效緊湊式換熱器、新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳熱元件的發(fā)展十分迅速。在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時，促進換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，并朝大型化的方向發(fā)展。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種。換熱管束包括換熱管、管板、折流板、支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程的加快，以及全球發(fā)展中國家經(jīng)濟的增長，國內(nèi)市場和出口市場對換熱器的需求量將會保持增長，客觀上為我國換熱器產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供了廣闊的市場空間。從市場需求來看，在國家大力投資的刺激下，我國國民經(jīng)濟仍將保持較快發(fā)展。石油化工、能源電力、環(huán)境保護等行業(yè)仍然保持穩(wěn)定增長，大型乙烯項目、大規(guī)模的核電站建設(shè)大型風(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)、太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中多晶硅產(chǎn)量的迅速增長、大型環(huán)境保護工程的開工建設(shè)、海水淡化工程的日益成熟，都將對換熱器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的拉動。未來散熱器將會朝著更加節(jié)能環(huán)保和美觀實用的角度不斷創(chuàng)新與發(fā)展，短時期鋼制柱式散熱器和銅鋁復(fù)合散熱器任將會是市場主流產(chǎn)品與選擇。換熱器在工業(yè)生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，而且其功作性能的優(yōu)劣直接影響著整個裝置和系統(tǒng)綜合性能的好壞，因此換熱器的合理設(shè)計極其重要，所以一個合理的換熱器應(yīng)滿足一下的幾點要求： （1） 在給定的工作條件（流體流量、進口溫度等）下，達(dá)到要求的傳熱量和流體出口溫度； （2） 流體壓降要小，以減小運行的能量消耗； （3） 滿足外形尺寸和重量要求； （4） 安全可靠，滿足最高工作壓力，工作溫度以及防腐、防漏、工作壽命等方面要求； （5） 制造工藝切實可行，選材合理且來源有保證，以減少初投資； （6） 安裝、運輸以及維修方便等。按照設(shè)計要求，在結(jié)構(gòu)的選取上，為了增大壓差校正系數(shù)，采用了殼側(cè)兩程管側(cè)四程。通過換熱計算確定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)，然后按照設(shè)計的要求以及一系列國際標(biāo)準(zhǔn)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及拆卸等等。之后對有些部件進行強度校核并進行對其優(yōu)化設(shè)計。1.1 換熱設(shè)備的應(yīng)用浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點還在于拆卸方便，易清洗，在化工工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱設(shè)備的主要作用是使熱量又溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到工藝過程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝過程上的需要。此外，換熱設(shè)備也是回收余熱和廢熱，特別是低位熱能的有效裝置。1.2 換熱器設(shè)備的分類按作用原理分類: （1） 直接接觸式換熱器 （2） 蓄熱式換熱器 （3） 間壁式換熱器（4） 中間載流體式換熱器按作用方式分類:（5） 管式換熱器（6） 板面式換熱器沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第一章 換熱器傳熱工藝計算第一章 換熱器的工藝計算1.1 原始數(shù)據(jù)（設(shè)計已知條件） 已知：機油（管程）進口溫度:180；出口溫度:100冷水（殼程）進口溫度:20 出口溫度:80工作壓力:管程:P=1.8MPa ；殼程:P=1.2MPa換熱管材料:Q235-B殼體規(guī)格700；管箱規(guī)格800；傳熱面積:85M21.2 定性溫度及確定物性參數(shù)查工程常用物質(zhì)的熱物理性質(zhì)手冊機油和液態(tài)水表1-1 工程常用物質(zhì)的物理性表進口溫度出口溫度平均溫度密度/m3定壓比熱容CP KJ/Kg導(dǎo)熱數(shù)W/（m）黏度Pas普朗特數(shù)管程1801001400.7360.552240814x10-7116殼程208050971.8401780.6470.0005553.551.3 傳熱量與物料的計算第一次選擇傳熱面積為換熱器選252.5的無縫鋼管管子外徑管子內(nèi)徑初選換熱管長度所需換熱管數(shù) (1-1) 則取換熱管根數(shù)根流通面積（管程）： (1-2)流速（管程）： (1-3)雷諾準(zhǔn)數(shù)（管程）: (1-4)1.4 有效平均溫差的計算 逆流的平均溫度差：=43.3 參數(shù)S： 參數(shù)R： 換熱器按單殼程兩管程設(shè)計，查化工工藝設(shè)計手冊5圖7-21得溫差修正系數(shù)為：FT=0.89有效平均溫差： (1-5)1.5 管程結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計一般按等邊三角形排列時，流體流動方向和三角形的一條邊垂直，最內(nèi)側(cè)六邊形邊長等于S ，在管板周邊與六邊形的邊之間有六個弓形部分內(nèi)部排列管子，但當(dāng)層數(shù)a6時，則在這些弓形部分也應(yīng)當(dāng)排列管子，這時最外層管子的中心不能超出最大六邊形的外接圓周。管束中心排管數(shù)：取故殼體內(nèi)徑為： 取長徑比 （設(shè)計合理）弓形折流板弓高： 折流板間距： (1-6)折流板數(shù)量: (1-7)1.6 殼程換熱系數(shù)的計算殼程當(dāng)量直徑 殼程流通面積 (1-8)殼程流速 (1-9)殼程雷諾準(zhǔn)數(shù) (1-10)殼程質(zhì)量流速殼程傳熱因子管外壁溫度假定值 (1-11)1.7 傳熱系數(shù)的計算查GB151-19991第138頁可知，管程機油垢熱阻=0.000176./w,殼程機油污垢熱阻=0.000176./w, （管壁熱阻忽略）故 合理1.8 管壁溫度的計算 管壁外壁熱流密度計算： 誤差校核：15-19.3=-4.3 誤差不大，合適。1.9 管程壓降的計算 壁溫下水的黏度管內(nèi)壁溫度97.2 (1-12)黏度修正系數(shù)查得管程摩擦系數(shù) ；管程數(shù)管內(nèi)沿程壓降取進出口處質(zhì)量流速回彎壓降進出口管處壓降 鋼管可取管程壓降 (1-13)管程允許壓降=50000Pa （符合要求）1.10 殼程壓降的計算 殼程當(dāng)量直徑為 m (1-14) 殼程摩擦系數(shù) 管束壓降 取進出口質(zhì)量流速 殼程雷諾數(shù) (1-15)進出口管壓 取導(dǎo)流板阻力系數(shù) ，殼程結(jié)構(gòu)修正系數(shù) 殼程壓降 殼程允許壓降=50000Pa；殼程壓降符合要求29 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計第2章 結(jié)構(gòu)設(shè)計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Q235-B（2）換熱管規(guī)格252.53000（3）傳熱面積A85（4）換熱管根數(shù)N根361（5）拉桿直徑管殼式換熱器表16（6）拉桿數(shù)量根管殼式換熱器表6表2-1換熱管的選擇及根數(shù)統(tǒng)計2.2 布管方式的選擇 表2-2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11（2）換熱管中心距SGB151-1999表1250（3）隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距GB151-1999表12442.3筒體內(nèi)徑的確定 表2-3 筒體內(nèi)徑尺寸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SGB151-1999表1250（2）換熱管根數(shù)根361（3）管束中心排管根數(shù)根20（4）換熱管外徑25（5）筒體內(nèi)徑708（6）實取筒體公稱直徑JB/T4737-19957002.4筒體壁厚的確定 表2-4筒體壁厚尺寸表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1.32（2）筒體內(nèi)徑見三-8700（3）筒體材料Q235-B（4）設(shè)計溫度下筒體材料的許用應(yīng)力GB150-1998113（5）焊接接頭系數(shù)0.85（6）筒體計算厚度4.84（7）腐蝕裕量1（8）負(fù)偏差0.6（9）設(shè)計厚度5.84（10）名義厚度取8（11）有效厚度6.4（12）設(shè)計厚度下圓筒MPa72.85（13）校核 合格（14）設(shè)計溫度下圓筒的最大許用工作壓力MPa1.742.5筒體水壓試驗 表2-5壓力的測試與校核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PTMPa1.65（2）圓筒薄膜應(yīng)力MPa91.06（3）校核 合格2.6 管箱側(cè)封頭厚度的確定 表2-6封頭定性系數(shù)表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(nèi)徑700（2）計算壓力Pc=1.1P1=1.981.98（3）焊接接頭系數(shù)0.85（4）封頭材料16MnR（5）設(shè)計溫度下許用壓力GB151-1999項目5.3.2170（6）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭計算厚度4.8（7）腐蝕裕量1（8）負(fù)偏差0.6（9）設(shè)計厚度5.8（10）名義厚度GB151-1999項目5.3.28（11）設(shè)計壓力下筒體的計算應(yīng)力109.27（12）校核合格管箱側(cè)封頭尺寸：公稱直徑700mm；曲面高度175mm；內(nèi)表面積1.1625；質(zhì)量109.1kg；直邊高度40mm。2.7 浮頭側(cè)封頭厚度的確定 表2-7 浮頭定性系數(shù)表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(nèi)徑mm800（2）計算壓力Pc=1.1P2=1.321.32（3）焊接接頭系數(shù)0.85（4）封頭材料16MnR（5）設(shè)計溫度下許用壓力GB151-1999項目5.3.2113（6）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭計算厚度mm5.95（7）腐蝕裕量mm1（8）負(fù)偏差mm0.6（9）設(shè)計厚度mm6.5（10）名義厚度mmGB151-1999項目5.3.28（11）有效厚度mm6.4（12）設(shè)計壓力下筒體的計算應(yīng)力（13）校核 合格（14）設(shè)計溫度下筒體的最大許用工作壓力校核合格浮頭側(cè)封頭尺寸：公稱直徑800mm；總深度175mm；直邊高度40mm；質(zhì)量130.9kg；內(nèi)表面積1.398。2.8 設(shè)備法蘭的選擇選用JB/T 4700-4707-2000壓力容器法蘭9中的法蘭可免除GB150-1998中的有關(guān)計算。2.9 管箱側(cè)法蘭的選擇按尺寸條件DN=700mm，設(shè)計壓力1.98Mpa，質(zhì)量94.2kg，由壓力容器法蘭選擇長頸對焊法蘭，相關(guān)參數(shù)見表：單位（mm）DD1D3D4HhRd螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量860815776763501203516321227M2428由壓力容器法蘭9選擇相關(guān)墊片：選用非金屬軟墊片其相關(guān)尺寸為：D=765mm，d=715mm，=3mm。2.10 浮頭側(cè)法蘭的選擇按尺寸條件DN=Di+100=800mm，設(shè)計壓力1.32Mpa，設(shè)計溫度180， 重量115.7kg由壓力容器法蘭9選擇長頸對焊法蘭，相關(guān)參數(shù)見表：單位（mm）DD1D2D3Hadat規(guī)格數(shù)量8009158768664811516212718M2424由壓力容器法蘭9選擇相關(guān)墊片：選用非金屬軟墊片其相關(guān)尺寸為：D=865mm，；d=815mm；=3mm。2.11 接管法蘭的選擇接管a、b選擇相同型號法蘭，設(shè)液體流速u1=1.6m/s， (2-1)取d=200mm，設(shè)計壓力2.5Mpa，選用板式平焊鋼制法蘭，尺寸參數(shù)見表：單位（mm）DNA1DKLnThCB1b法蘭理論重量（Kg）2002193603102617M243222288.98 接管d，h選擇相同型號法蘭，設(shè)計壓力1.6Mpa，d=200，選用板式平焊鋼制法蘭，尺寸參數(shù)見表：單位（mm）DNA1DKLnThCB1b法蘭理論重量（Kg）2002193402952212M202622288.98接管e，f，m選擇相同型號法蘭，取d=20mm，設(shè)計壓力1.32Mpa，選用板式平焊法蘭，尺寸參數(shù)見表：單位（mm）DNA1DKLnThCB1法蘭理論重量（Kg）20259065114M1014260.6接管g，c取d=50mm，設(shè)計壓力1.32Mpa，選用板式平焊法蘭，尺寸參數(shù)見表：單位（mm）DNA1DKLnThCB1法蘭理論重量（Kg）5057165125184M1620592.772.12 浮頭換熱器管板的設(shè)計計算 根據(jù)換熱管外徑查管殼式換熱器原理與設(shè)計16 知管板最小厚度。 （1） 未被換熱管支撐的面積：，其中隔板槽一側(cè)的排管數(shù)， （2-1）（2） 管板布管區(qū)面積： （2-2）（3） 管板開孔后的面積： （2-3）（4） 單根換熱管橫截面積： （2-4）（5）管板布管區(qū)當(dāng)量直徑： （2-5） （6）系數(shù)： （2-6）查GB150-19983 ，設(shè)計溫度下?lián)Q熱管材料的彈性模量；設(shè)計溫度下管板材料的彈性模量； 設(shè)計溫度下管板材料的許用應(yīng)力=163MPa，查表，設(shè)計溫度下?lián)Q熱管材料的許用應(yīng)力=108.8Mpa；換熱管有效長度=2900。 （7） 管板模數(shù)： （2-7）（8） 管束無量綱剛度：，其中-管板剛度削弱系數(shù)，=0.4，故 （2-8）（9） 系數(shù)，其中-設(shè)計壓力下?lián)Q熱管材料屈服點，=235MPa故 （2-9）（10） 換熱管的回轉(zhuǎn)半徑： （2-10）根據(jù)GB151-1999圖32，換熱管失穩(wěn)當(dāng)量長度， 故 滿足要求 （2-11）（11） 對于浮頭式換熱器：，無量綱壓力： （2-12） （12） 系數(shù) ，根據(jù)此系數(shù)查管殼式換熱器原理與設(shè)計16圖5-19（a），5-20（a）得c=0.40，Gwe=5.8（13） 管板計算厚度：，取名義厚度。（14） 換熱管軸向應(yīng)力： （2-13）強度滿足要求。 換熱管與管板拉脫力： （2-14）因此固定端管板滿足強度要求。2.13 浮頭設(shè)計的計算根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器1選用鉤圈式浮頭，浮頭端蓋選用球冠形封頭，球面封頭內(nèi)半徑，結(jié)構(gòu)形式參見GB150-1999鋼制壓力容器2圖2-8。所需參數(shù)見表.表2-8 直徑參數(shù)表序號項目單位數(shù)值序號項目單位數(shù)值（1）bmm55布管限定圓直徑DLmm674（2）b1mm36墊片壓緊力作用中心圓直徑DGmm677（3）bnmm137球面封頭內(nèi)半徑Rimm600（4）b2mm14.58螺栓中心圓直徑Dbmm737 浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑：浮頭法蘭和鉤圈的外直徑：外頭蓋內(nèi)直徑：浮動管板外直徑：2.13.1管程壓力（內(nèi)壓）作用下浮頭蓋的計算取設(shè)計壓力，材料根據(jù)GB150-1998鋼制壓力容器1選用Q235-C,材料許用應(yīng)力為；焊接接頭系數(shù)。封頭計算厚度： （2-15） （1） 設(shè)計厚度： （2） 名義厚度：根據(jù)GB150-1998鋼制壓力容器，名義厚度圓整為（3） 有效厚度：2.13.2 殼程壓力（外壓）作用下浮頭蓋的計算 計算壓力選用Q235-C,材料許用應(yīng)力為；焊接接頭系數(shù)。 （1） 封頭計算厚度： （2-16）（2） 設(shè)計厚度：（3） 名義厚度： 實取名義厚度圓整為 （4） 有效厚度： 系數(shù)，由A查GB-150得系數(shù)B=137。因此接近 比較殼程壓力作用和管程壓力作用下球冠的厚度取大者即球冠封頭的名義厚度，有效厚度。 （5） 校核：設(shè)計厚度下封頭的計算應(yīng)力：，滿足強度要求設(shè)計溫度下封頭的最大需用工作壓力： （2-17）2.13.3 管程壓力作用下浮頭法蘭的計算取設(shè)計壓力，選用Q235-C,材料（1） 操作狀態(tài)下所需最小墊片壓緊力：（2） 流體壓力引起的總軸向力： （3） 預(yù)緊狀態(tài)下所需的最小螺栓載荷： 螺栓材料根據(jù)HG20592-20635-97表2-7選用35CrMoA，查GB150-1998鋼制壓力容器3得常溫下螺栓許用應(yīng)力，設(shè)計溫度下螺栓許用應(yīng)力；螺栓直徑，螺栓數(shù)量n=36。（4） 需要的螺栓總截面積： （5）實際使用的螺栓總截面積： （6）封頭邊緣處球殼面切線與法蘭環(huán)的夾角： （7）螺栓設(shè)計載荷： （2-18）（8） 作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力： 螺栓中心至FD作用位置處徑向距離： （2-19）力矩： 法蘭墊片壓力： 螺栓中心至FG作用位置處徑向距離： 力矩： （2-20） 螺栓中心至FT作用位置處徑向距離： 力矩： （2-21） 作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力： Fr對法蘭環(huán)截面形心得力臂： （2-22）力矩：總力矩： （2-23）法蘭預(yù)緊力矩：，其中FG=W. （9） 法蘭的設(shè)計力矩： 查GB150-1998鋼制壓力容器表4-1，常溫下法蘭的許用應(yīng)力 ， 設(shè)計溫度下法蘭的許用應(yīng)力。 （2-24） （10）法蘭厚度： （2-25） 操作狀態(tài)下 （2-26） 預(yù)緊狀態(tài)下 （2-27） 操作狀態(tài)下法蘭厚度： （2-28）預(yù)緊狀態(tài)下法蘭厚度： （2-29）因此法蘭厚度： （2-30）2.13.4 殼程壓力作用下浮頭法蘭的計算取設(shè)計壓力，選用Q235-B,材料（1） 操作狀態(tài)下所需最小墊片壓緊力： （2） 流體壓力引起的總軸向力：（3） 預(yù)緊狀態(tài)下所需的最小螺栓載荷： （2-31）螺栓材料根據(jù)HG20592-20635-97表6.0.3-2選用35CrMoA，查GB150-199鋼制壓力容器表4-7得常溫下螺栓許用應(yīng)力，設(shè)計溫度下螺栓許用應(yīng)力；螺栓直徑，螺栓數(shù)量n=24。（4） 需要的螺栓總截面積： （2-32） （2-33） （2-34）（5） 實際使用的螺栓總截面積： （2-35）（6） 封頭邊緣處球殼面切線與法蘭環(huán)的夾角： （2-36）（7） 螺栓設(shè)計載荷： （2-37）（8） 作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體壓力引起的軸向力： （2-38）螺栓中心至FD作用位置處徑向距：力矩： 法蘭墊片壓力： （2-39）螺栓中心至FG作用位置處徑向距離：力矩： （2-40）螺栓中心至FT作用位置處徑向距離：力矩： 作用在法蘭環(huán)側(cè)封頭壓力載荷引起的徑向分力： （2-41）Fr對法蘭環(huán)截面形心得力臂： （2-42）力矩：總力矩： （2-43）（9） 法蘭預(yù)緊力矩：，其中FG=W.（10） 法蘭的設(shè)計力矩： （2-44）（11） 法蘭厚度： （2-45）操作狀態(tài)下 （2-46）預(yù)緊狀態(tài)下 （2-47）操作狀態(tài)下法蘭厚度： （2-48）預(yù)緊狀態(tài)下法蘭厚度： （2-49） 因此法蘭厚度： （2-50）2.14 鉤圈的選擇根據(jù)GB101-1999管殼式換熱器1 選擇B型鉤圈。鉤圈設(shè)計厚度，其中-浮動管板厚度。則實取鉤圈名義厚度2.15 浮動管板的選擇 浮頭法蘭墊片外徑：浮頭法蘭墊片內(nèi)徑：墊片接觸密度：墊片基本密封寬度b0=N/2=5.5mm,墊片有效密封寬度mm（1） 系數(shù)（2） ，根據(jù)此系數(shù)查管殼式換熱器原理與設(shè)計 （a），5-20（a）得，。（3） 換熱管軸向應(yīng)力： ，強度滿足要求。（4） 換熱管與管板拉脫力：因此浮頭端管板滿足強度要求。2.16 折流板的選擇 （1） 根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器圖37選擇單弓形折流板，。（2） 折流板尺寸; 缺口弦高h(yuǎn)值，一般取0.20.45倍圓筒內(nèi)直徑，取h=0.2di=0.14m。由GB151-1999管殼式換熱器表42知，當(dāng)換熱管外徑為25mm的鋼管時，換熱 管的最大無支撐跨距為l=1850mm。（3） 折流板厚度：由GB151-1999管殼式換熱器表34，當(dāng)Di=700mm，l=1850mm時，取折流板厚度。（4） 折流板管孔：由GB151-1999管殼式換熱器1查得管孔直徑為25.8mm，允許偏差（5） 折流板直徑：由GB151-1999管殼式換熱器1查得折流板名義外直徑為695.5mm，允許偏差2.17 管箱短節(jié)壁厚計算注：符號意義及取值同筒體壁厚計算的符號及意義，短節(jié)材料選用Q235-B2.18 管程短節(jié)與殼程短節(jié)的計算 已知：管程（1） 設(shè)計壓力：（2） 計算厚度：（3） 設(shè)計厚度：（4） 名義厚度：，有效名義厚度8mm;有效厚度5.7mm。已知：殼程（5） 設(shè)計壓力：（6） 計算厚度：（7） 設(shè)計厚度： （8） 名義厚度：，有效名義厚度8mm;有效厚度8.7mm。2.19 防沖板的選擇因殼程介質(zhì)流速較大，應(yīng)在殼程設(shè)置防沖板。（1） 由GB151-1999管殼式換熱器查得防沖板外表面到圓筒內(nèi)壁的距離，應(yīng)不小于接管外徑的1/4，該設(shè)計中該距離定為105mm。（2） 防沖板的直徑或邊長應(yīng)大于接管外徑50mm，故該設(shè)計中為269mm。（3） 防沖板的最小厚度為4.5mm。2.20 接管及開孔補強注：該計算僅適用于容器殼體開孔及其補強。 （1） 接管計算厚度：接管名義厚度：，有效厚度：。 （2） 殼體開孔處的計算厚度： （2-51）殼體開孔處的有效厚度： （3） 開孔直徑：，系數(shù) （4） 開孔所需補強面積： （2-52） （5）有效寬度： （6） 外側(cè)有效高度： （7） 內(nèi)側(cè)有效高度： （8） 封頭多余金屬面積： （2-53） =1321.2mm2（9） 接管多余金屬面積： （2-54） （10） 焊縫面積： （11） 故 ，因此殼體開孔不需另加補強。2.21 支座的選擇根據(jù)JB/T 4712-92鞍式支座12選擇重型型焊制式鞍式支座。當(dāng)DN=800mm時所選鞍式支座的相關(guān)尺寸 表2-9 鞍式支座相關(guān)尺寸表序號項目符號單位數(shù)值（1）公稱直徑DNmm800（2）允許載荷QKN220（3）鞍座高度hmm200（4）底板mm720mm150mm10（5）腹板mm10（6）筋板mm400mm120mm10（7）墊板弧長mm940mm200mm6emm36（8）螺栓間距mm400（9）帶墊板鞍座質(zhì)量MKg35（10）鞍座包角120 鞍座校核筒體長L=3855mm，設(shè)備總重量2601.996Kg，鞍座中心線離封頭切線的距離H=1013mm，筒體內(nèi)徑Di=700mm。相關(guān)系數(shù)計算如下： （2-55） （2-56） （2-57）支座反力：2.21.1 軸向應(yīng)力校核筒體在支座跨中截面處的彎矩： （2-58）筒體在支座截面處的彎矩： （2-59）最高點(壓縮應(yīng)力)： （2-60）最低點(拉伸應(yīng)力)： （2-61）系數(shù)A=0.0001 系數(shù)B=137軸向許用壓縮應(yīng)力為137MPa 比較驗算合格.2.21.2 切向切應(yīng)力校核查過程設(shè)備設(shè)計表5-2得K3=1.171 ，驗算合格 2.21.3 周向應(yīng)力校核查過程設(shè)備設(shè)計7得K5=0.760,K6=0.0528支座截面上圓筒最低處：支座截面上帶鞍座邊角處：，驗算合格。2.21.4 鞍座腹板應(yīng)力系數(shù)K=0.204鞍座承受水平分力：Fs=RF=9204.3N鞍座計算高度：Hs=200mm鞍座有效斷面平均應(yīng)力：=5.353MPa比較 驗算合格沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 GB151-1999 管殼式換熱器M.2 HG 20592-20635-97鋼制管法蘭,墊片,緊固件.3 GB150-1998 鋼制壓力容器M.HG 20592-20635-97鋼制管法蘭,墊片,緊固件.4 王者相，李慶炎,鋼制壓力容器M.GB150-98.北京:國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局,1998.5 鄭熾主編.化工工藝設(shè)計手冊(上冊)(下冊)M.上海:國家醫(yī)藥管理局,上海醫(yī)藥設(shè)計院.6 化工設(shè)備設(shè)計手冊邊寫組.材料與零部件(上冊)M.上海:人民出版社,1973.7 鄭津洋,董其伍,桑芝富.主編.過程設(shè)備設(shè)計M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社.2002.8 鄒廣華,劉強編著.過程設(shè)備設(shè)計M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.9 JB/T 4700-4707-2000 壓力容器法蘭M.10 化工設(shè)備設(shè)計手冊編寫組,金屬設(shè)備M.上海:上海人民出