255噸每小時U形管式冷卻器設(shè)計(jì)（全套含CAD圖紙）

壓縮包已打包上傳。下載文件后為完整一套設(shè)計(jì)?！厩逦?，無水印，可編輯】dwg后綴為cad圖紙，doc后綴為word格式，所見即所得。有疑問可以咨詢QQ 197216396 或 11970985 摘要本文介紹了U型管冷卻器的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算。U型管冷卻器僅有一個管板，管子兩端均固定于同一管板上，管子可以自由伸縮，無熱應(yīng)力，熱補(bǔ)償性能好；管程采用雙管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好，承壓能力強(qiáng)，管束可從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，且結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜。U型管式冷卻器的主要結(jié)構(gòu)包括管箱、筒體、封頭、換熱管、接管、折流板、防沖板和導(dǎo)流筒、防短路結(jié)構(gòu)、支座及管殼程的其他附件等。換熱器的設(shè)計(jì)工作主要有換熱器綜述，換熱器的工藝計(jì)算以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。其中換熱器工藝計(jì)算中需要根據(jù)初始數(shù)據(jù)計(jì)算其處理量以及工藝參數(shù)，換熱器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算主要集中在折流板，筒體以及開口上。換熱器是化學(xué)工藝生產(chǎn)中重要的設(shè)備之一，它是一種冷熱流體間的傳遞熱量的設(shè)備，他們的使用條件和要求差別很大，如容量，溫度，壓力和工作介質(zhì)的性質(zhì)等，涉及的種類很多，因此換熱器的結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。U形管換熱器僅有一個管板，管束可從殼體內(nèi)抽出，便于檢修和清洗，而且結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜。U形管換熱器主要結(jié)構(gòu)包括筒體，封頭，換熱管，接管，折流板，防沖板，導(dǎo)流筒，防短路結(jié)構(gòu)，支座和管殼層的其他設(shè)備等。本次設(shè)計(jì)為二類壓力容器，設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力都較高，因而設(shè)計(jì)要求高。冷卻器采用雙管程，不銹鋼換熱管制造。設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行了冷卻器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及零部件的選型和工藝設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞： U型管冷卻器； 結(jié)構(gòu)； 強(qiáng)度； 設(shè)計(jì)計(jì)算AbstractThis paper introduces the U-tube heat exchanger design and calculation. U-tube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same tube, and tubes could telescopic freely, non-thermal stress, thermal performance and compensation; use of double-tube process, the process is longer, higher speed, better heat transfer performance, pressure capacity, and control can be extracted from the shell with easy maintenance and cleaning, and simple structure cost less. The main structure of U-tube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, anti-short-circuit structure, support and other shell-tube accessories.This time I designed a second category pressure vessel, which has high design temperature and high design pressure. Thus the design demands are strict. It has dual heat exchanger tube, stainless steel heat exchanger manufacturers. I mainly carried out the design of heat exchanger structural design, strength of design and parts selection and process design.The design for the second category pressure vessel, design temperature and design pressure are high, so the design requirements is high. Double tube heat exchange, heat transfer tubes of stainless steel manufacturing. Design mainly for the design, selection and process design and strength design of heat exchange components.Key words: U-tube heat exchanger; Frame; Intensity; Design and calculation目 錄第一章 緒論1第二章 換熱器傳熱工藝計(jì)算32.1起始數(shù)據(jù)32.2定性溫度及確定其物性參數(shù)32.3熱量守恒與油流量的計(jì)算32.4有效平均溫度的公式計(jì)算42.5管程換熱系數(shù)的計(jì)算42.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)52.7殼程換熱系數(shù)計(jì)算52.8 傳熱系數(shù)計(jì)算62.9 管壁溫度計(jì)算72.10 殼程壓力降計(jì)算72.11 管程壓力降計(jì)算8第三章 管殼式冷卻器的類型、結(jié)構(gòu)與型號93.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)93.2 冷卻器的零部件名稱93.3 冷卻器的主要組合部件10第四章 冷卻器材料選擇114.1 選材原則11第五章 冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)125.1 壁厚的確定125.2 管箱圓筒短節(jié)設(shè)計(jì)135.3 殼體圓筒設(shè)計(jì)145.4 封頭設(shè)計(jì)1315 5.4.1 后封頭計(jì)算16 5.4.2 管箱封頭計(jì)算175.5 換熱管設(shè)計(jì)18 5.5.1 換熱管的規(guī)格和尺寸偏差18 5.5.2 U形管的尺寸19 5.5.3 管子的幾種排列方式19 5.5.4 布管限定圓205.6 管板設(shè)計(jì)215.7 管箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22 5.7.1 管箱的最小內(nèi)側(cè)深度22 5.7.2 分程隔板22第六章 冷卻器其他各部件結(jié)構(gòu)246.1 進(jìn)出口接管設(shè)計(jì)24 6.1.1 接管法蘭設(shè)計(jì)24 6.1.2 接管外伸長度26 6.1.3 接管開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)計(jì)算26 6.1.4 接管最小位置30 6.1.5 殼程接管位置的最小尺寸30 6.1.6 管箱接管位置的最小尺寸306.2 管板法蘭設(shè)計(jì)31 6.2.1 墊片的設(shè)計(jì)31 6.2.2 螺栓設(shè)32 6.2.3 法蘭設(shè)計(jì)346.3 折流板37 6.3.1 折流板尺寸37 6.3.2 折流板的布置386.4 拉桿與定距管39 6.4.1 拉桿的結(jié)構(gòu)型式39 6.4.2 拉桿的直徑和數(shù)量39 6.4.3 拉桿的尺寸39 6.4.4 拉桿的布置406.5 防沖與導(dǎo)流40 6.5.1 防沖板的形式40 6.5.2 防沖板的位置和尺寸41 6.5.3 導(dǎo)流筒416.6 雙殼程結(jié)構(gòu)416.7 防短路結(jié)構(gòu)42 6.7.1 旁路擋板的結(jié)構(gòu)尺寸42 6.7.2 擋管42 6.7.3 中間擋板426.8 鞍座43結(jié)論44參考文獻(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 緒論第一章 緒論能源是當(dāng)前人類面臨的重要問題之一，隨著時間的推移，人類對能源的需求越來越急，為此它卻成為我們生活中的重要部分，這個過程中冷卻器是能源轉(zhuǎn)換的重要組成，其應(yīng)用面涵蓋整個工業(yè)領(lǐng)域，它應(yīng)用尤為廣泛。近幾年由于新技術(shù)發(fā)展和新能源開發(fā)利用，各種類型的冷卻器越來越受到工業(yè)界的重視，而冷卻器又是節(jié)能措施中較為關(guān)鍵的設(shè)備，因此，無論是從工業(yè)的發(fā)展，還是從能源的有效利用，冷卻器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行都具有非常重要的意義。伴隨著節(jié)能技術(shù)的研究深入，其應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大，冷卻器的應(yīng)用在進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥辗矫鎺砹撕芨叩慕?jīng)濟(jì)效益。冷卻器的分類也是多種多樣按照其工作的原理大致可以分為三種：一是儲能式冷卻器、二是直接接觸式冷卻器、三是間壁式冷卻器。其中間壁式冷卻器又可以分為列管式冷卻器和板殼式冷卻器兩種，列管式冷卻器由于其可靠性較高且應(yīng)用較廣泛等因素，在長期的設(shè)計(jì)過程中工程人員積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)資料相對較為齊全，伴隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技的不斷進(jìn)步，一些不同形式的冷卻器也不斷的涌現(xiàn)。在最近幾年的發(fā)展過程中，雖然列管式冷卻器收到了新型冷卻器的挑戰(zhàn)，但是在裝備中它仍然占據(jù)不可替代的位置，因?yàn)榱泄苁嚼鋮s器具有結(jié)構(gòu)簡單合理且牢固，其操作的彈性較大，應(yīng)用的材料較為廣泛等優(yōu)點(diǎn)。在石油、化工還有石化行業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。列管式冷卻器主要應(yīng)用在化工、石油、醫(yī)藥、食品、輕工、冶金、焦化等行業(yè)的液和液,汽和汽,汽和液的對流傳熱,蒸汽冷凝和液體蒸發(fā)傳熱等換熱冷凝流程。其主體由殼體和殼體內(nèi)部的管束所組成。管子的兩端分別固定在管板上，并且把殼程的流體分開，用以引導(dǎo)流體的流動并且起到支承管子的作用。用定距管和拉桿將折流板與管子組裝在一起。列管式冷卻器共有三種結(jié)構(gòu)型式:固定管板式、浮頭式。固定管板式冷卻器的結(jié)構(gòu)簡單且結(jié)構(gòu)緊湊合理具有造價低廉等優(yōu)點(diǎn)，冷卻器的每一根換熱管都可以單獨(dú)的更換和清洗，在同一結(jié)構(gòu)尺寸下冷卻器和浮頭式冷卻器其換熱面積較大。由于固定管板式冷卻器的殼程清洗較為困難，所以它適應(yīng)于殼程壓力不高和換熱介質(zhì)溫度差不是很大的場合。浮頭式冷卻器應(yīng)為其管束的熱膨脹不會受到殼體的約束，并且可拆卸抽出管束，檢修清理較為方便，所以，浮頭式冷卻器的應(yīng)用最為廣泛，在油田儲運(yùn)系統(tǒng)中，百分之六十到七十的冷卻器都為浮頭式冷卻器。形管式冷卻器類型是管殼式冷卻器的一種,其組成由管板、殼體、管束等組成。在相同的直徑情況下,形管冷卻器的換熱面積是最大的；其自身具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、密封性能高, 檢修、清洗方便、在高溫、高壓下金屬耗量最小、造價最低等優(yōu)點(diǎn)。47沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算第二章 換熱器傳熱工藝計(jì)算2.1起始數(shù)據(jù) 殼程油的進(jìn)口溫度：=140 殼程油的出口溫度：=75 殼程油的工作壓力：P1=1. 4MPa 殼程油的流量：G1=255 管程水的進(jìn)口溫度：=25 管程水的出口溫度：=65 管程水的工作壓力：P2 =2MPa 2.2定性溫度及確定其物性參數(shù) 殼程（煤油） 殼程油的定性溫度：t1=107.5 查表得殼程煤油的密度：1=800Kg/m3 查表得殼程油的比熱：Cp1=2.1Kg/(Kg) 查表得殼程油的導(dǎo)熱系數(shù)：1=0.15w/(m) 殼程油的粘度：1=493.710-6Pas 查表得殼程油的普朗特系數(shù)：Pr1=42管程（水） 管程水的定性溫度：t2=45 查表得管程水的密度：2=998Kg/m3 查表得管程水的比熱：CP2=4.174Kg/(Kg) 查表得管程水導(dǎo)熱系數(shù)：2=64.78w/(m) 查表得管程水的粘度：2=549.410-6Pas 查表得管程水的普朗特系數(shù)：Pr2=3.542.3熱量守恒與油流量的計(jì)算 假定取熱交換效率為=0.98 其設(shè)計(jì)傳熱量： Q0=G1Cp1()1000/3600 =2550002.1(14075)0.981000/3600 =9475375W則管程水流量為：G2=56752t/h2.4有效平均溫度的公式計(jì)算tn=50其中有關(guān)參數(shù)的計(jì)算參數(shù)：P=0.55參數(shù)：R=0.62冷卻器按照單殼程雙管程設(shè)計(jì)差管程式換熱器原理與設(shè)計(jì)得溫差校正系數(shù)=0.85有效平均溫差：tm=tn=0.8550=42.52.5管程換熱系數(shù)的計(jì)算采用試算的方式計(jì)算換熱系數(shù)初選換熱系數(shù)為K0=560w/mk則可得出下列數(shù)據(jù)：初選傳熱面積;F0=340m2選用252.5的無縫鋼管做換熱管管子外徑為：d0=25mm管子內(nèi)徑為：di=20mm管子長度為：L=6000mm則需要換熱管數(shù)為:=720根可取換熱管根數(shù)為720根管程流通面積: =0.11管程流速: =0.16管程雷諾: =9980.160.02/549.410-6=5811管程傳熱系數(shù):2=0.02358110.83.540.4=1268062.6 結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)查GB151-1999管殼式換熱器可知，管間距按照1.25選取：管間距: s = 1.25d0 = 1.250.025 = 0.032管束中心排管數(shù):=1.1=1.1=29根，取30根則殼體內(nèi)徑為:=1.028圓整為: =1000則長徑比:= 6，在4-6之間，合理。折流板選擇弓形折流板:折流板弓高:=折流板間距:= 折流板數(shù)量:=塊 取16塊2.7殼程換熱系數(shù)計(jì)算殼程流通面積:殼程流速:殼程質(zhì)量流速:=1.3466800=1077.25殼程當(dāng)量直徑:殼程雷諾數(shù):根據(jù)，切去弓形面積所占的比例，可查得為0.145根據(jù)管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)圖2-12查得殼程傳熱因子：管外壁溫度假定值為100，壁溫下油粘度：=0.0004937粘度修正系數(shù):殼程換熱系數(shù):2.8 傳熱系數(shù)計(jì)算查GB151-1999管殼式換熱器第138頁可知水側(cè)污垢熱阻:=油側(cè)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)，可得總傳熱系數(shù)為： 732傳熱面積比為: = （合理）2.9 管壁溫度計(jì)算管外壁熱流密度計(jì)算: = 管外壁溫度: = 誤差校核:，誤差不大，合理。2.10 殼程壓力降計(jì)算參考換熱去設(shè)計(jì)手冊1-3-75：由=79209，查圖1324得殼程壓強(qiáng)摩擦因子=0.04其中：殼體內(nèi)徑=1.0m；管子長度L=6m；折流板間距=0.33m；流體密度=800；流體粘度=493.7；管外流體壁溫107.5下粘度=0.0005494；則殼程壓強(qiáng)0.05，符合壓強(qiáng)計(jì)算。2.11 管程壓力降計(jì)算參考換熱器設(shè)計(jì)手冊公式1-3-47：管程壓強(qiáng)：其中 ：直管壓降； 回彎壓降；管箱進(jìn)出口壓降；結(jié)構(gòu)校正系數(shù)，=1.4；串聯(lián)的殼程數(shù)，=1； 管程數(shù)，=2； 其中則即0.05，符合壓強(qiáng)條件。沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第三章管殼式冷卻器的類型、結(jié)構(gòu)與型號第三章 管殼式冷卻器的類型、結(jié)構(gòu)與型號3.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)管程:管程介質(zhì)為水，溫度由250C加熱到650C，工作壓力2.0MPa，程數(shù)2殼程：殼程介質(zhì)為高溫油，程數(shù)1，由1400C被冷卻到750C、壓力為1.4Mpa，流量為255t/h。3.2 冷卻器的零部件名稱表3.1序號名稱序號名稱序號名稱1接管法蘭11活動鞍座（部件）21縱向隔板2管箱法蘭12U形換熱管22接管3殼體法蘭13擋管23內(nèi)導(dǎo)流筒4防沖板14固定鞍座（部件）24圓筒5補(bǔ)強(qiáng)圈15滑到25管箱側(cè)墊片6殼體（部件）16管箱墊片26凸形封頭7折流板17管箱圓筒（短節(jié)）27雙頭螺柱或螺栓8拉桿18封頭管箱（部件）28放氣口9定距管19分層隔板29螺母10支持板20中間擋板 圖3.1 U型管式冷卻器3.3 冷卻器的主要組合部件冷卻器的主要組合部件有前段管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)（包括管束）三部分。詳細(xì)分類見圖3.2。 圖3.22 主要零部件分類和代號沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第四章冷卻器材料選擇第四章 冷卻器材料選擇4.1 選材原則冷卻器用鋼的標(biāo)準(zhǔn)、冶煉方法、熱處理狀態(tài)、無損檢測標(biāo)準(zhǔn)及檢測項(xiàng)目均按GB150-1998第四章及其附錄A的規(guī)定。冷卻器它的主要用途是為了把熱量散出去，在我們的生活中它時常經(jīng)常容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。為此，避免金屬受到為了保護(hù)金屬部受腐蝕，最根本的方法是選擇耐腐蝕的金屬或非金屬材料。冷卻器主要部件材料選擇見表4.1表4.1 材料零部件材料設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 st標(biāo)準(zhǔn)管箱封頭15CrMoR8323128.24GB6654后封頭15CrMoR8.5273136.4GB6654筒體15CrMoR8.5273136.4GB6654管箱圓筒短節(jié)15CrMoR8323128.24GB6654管板0Cr18Ni10Ti4.5323112.62GB4728換熱管0Cr18Ni10Ti8323100.4GB/T13296-2007殼程接管15CrMoPN16273105.86GB6479管程接管0Cr18Ni10TiPN16273筒體法蘭15CrMoPN6.4273GB470O-4703- 2000管程接管法蘭0Cr18Ni10TiPN16HG20592-97殼程接管法蘭15CrMoPN16323HG20592-97管箱法蘭15CrMoPN6.4273GB470O-4703- 2000沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第五章冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第五章 冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)管殼式冷卻器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須考慮許多因素，如材料、壓力、溫度、比溫差、結(jié)垢情況、流體的性質(zhì)以及檢修與清理等等來選擇一些適合的結(jié)構(gòu)型式。通常相同形式的冷卻器，由于各種條件的制約，其設(shè)計(jì)時所選用的結(jié)構(gòu)會有所不同。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)的過程中，除了滿足盡量選取標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品外，往往也會按照其特定的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，來滿足工藝性的要求。它在外界給它施加較大的壓力的情況下，由于管壁有點(diǎn)薄，故此要加厚它的管壁。5.1 壁厚的確定管式冷卻器的外殼由殼體和封頭還有管箱殼體所組成，其殼體一般采用管材或者板材劵制成型。壓力容器的公稱直徑選取參考GB9019-88規(guī)定，當(dāng)直徑大于等于400毫米的情況，選取板材來劵制殼體和管箱殼體；當(dāng)直徑小于400毫米的時候，一般會選用成型管。管式冷卻器的直徑系列應(yīng)該與封頭和連接法蘭的系列相互匹配，以方便進(jìn)行封頭和法蘭的選型。通常當(dāng)直徑小于1000毫米時，相差100毫米作為一個系列，在有必要的時候也可以選用50毫米作為一個系列；當(dāng)直徑大于1000毫米時，直徑相差200毫米為一個系列。表5.1.12 mm公稱直徑4007007001000100015001500200020002600浮頭式，U形管式810121416固定式管板式68101214表5.1.22 mm公稱直徑4005005007007001000100015001500200020002600最小厚度3.54.56810125.2 管箱圓筒短節(jié)設(shè)計(jì)管箱圓筒（短節(jié)）計(jì)算按GB150-1998第五章的有關(guān)規(guī)定；其開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算按GB150-1998第八章有關(guān)規(guī)定。圓筒的最小厚度按表5.1.2的規(guī)定。設(shè)計(jì)條件見表5.1.3。表5.1.3部件材料設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)壓力MPAMPAMPA標(biāo)準(zhǔn)MMMM管箱圓筒短節(jié)15CRMOR3238.0128.241.0GB665400圓筒計(jì)算：在保證設(shè)計(jì)溫度的前提下圓筒的計(jì)算厚度按式（5-2-1）計(jì)算，公式的適用范圍為。 （5-2-1）其中； ；=1.0帶入上式得：厚度計(jì)算：= 25.76mm設(shè)計(jì)厚度：名義厚度： ，經(jīng)圓整取= 26mm有效厚度：圓筒應(yīng)力計(jì)算按照式（5-2-2）計(jì)算： （5-2-2）得： 滿足強(qiáng)度要求，故取名義厚度= 26mm合適。設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力按式（5-2-3）計(jì)算： （5-2-3）在滿足壓力要求下，所以厚度= 26mm合適。5.3 殼體圓筒設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)條件見表5-4：表5-4部件材料設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)壓力MPAMPAMPA標(biāo)準(zhǔn)MMMM殼體圓筒15CRMOR2738.5136.41.0GB665400圓筒計(jì)算：設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算厚度按式（5-2-1）計(jì)算，其中； ；=1.0帶入（5-2-1）得：計(jì)算厚度：= 25.73mm設(shè)計(jì)厚度：名義厚度： ，經(jīng)圓整取= 26mm有效厚度：設(shè)計(jì)溫度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力按式（5-2）計(jì)算： 得： 滿足強(qiáng)度要求，故取名義厚度= 26mm合適。設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大允許工作壓力按式（5-2-3）計(jì)算：滿足壓力要求，故取名義厚度= 26mm合適。5.4 封頭設(shè)計(jì)13壓力容器封頭的種類主要分為凸型封頭、變徑段、錐殼、平蓋還有緊縮口等類型，在這其中凸型封頭包括有球冠行封頭、橢圓形封頭、半球形封頭、碟形封頭。根據(jù)工藝條件的要求和制造難易程度等情況來考慮采用什么樣的工藝條件。此次設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，它由半個橢球面和短圓筒組成，它的組成由短圓筒和半個球面，如圖5.4所示。設(shè)計(jì)條件見表5.4-1，表5.4-2。圖5.4表5.4-1部件材料設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)壓力MPAMPAMPA標(biāo)準(zhǔn)MMMM管箱封頭15CRMO3238.0128.241.0GB665400表5.4-2部件材料設(shè)計(jì)溫度設(shè)計(jì)壓力MPAMPAMPA標(biāo)準(zhǔn)MMMM后封頭15CRMO2738.5136.41.0GB665400符號規(guī)定： - 封頭內(nèi)直徑，mm； - 封頭外直徑（),mm； - 封頭曲面深度，mm； - 封頭質(zhì)變高度，mm；A - 封頭內(nèi)表面積，；V - 封頭容積，；m - 封頭質(zhì)量，； - 計(jì)算壓力（按1第3章）,MPa； - 最大允許工作壓力，MPa； - 封頭計(jì)算厚度，mm； - 封頭有效厚度，mm； - 封頭名義厚度，mm； - 設(shè)計(jì)溫度下封頭材料的計(jì)算應(yīng)力，MPa； - 設(shè)計(jì)溫度下封頭材料的許用應(yīng)力（按1第5章）,MPa； - 焊接接頭系數(shù)（按1第3章）。5.4.1 后封頭計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度按式（4-4-1）計(jì)算： （5-4-1）其中； ；=1.0帶入式（5-4-1）得：計(jì)算厚度：= 25.32mm設(shè)計(jì)厚度：名義厚度： ，經(jīng)圓整取= 26mm有效厚度：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15，但當(dāng)確定封頭厚度已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。故該標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的名義厚度= 26mm合適。橢圓形封頭的最大允許工作壓力按式（4-4-2）計(jì)算： （5-4-2）該封頭滿足壓力要求，故取名義厚度= 26mm合適。設(shè)計(jì)溫度下封頭的計(jì)算應(yīng)力按式（4-4-3）計(jì)算： （5-4-3）滿足強(qiáng)度要求，故取名義厚度= 26mm合適。5.4.2 管箱封頭計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計(jì)算厚度按式（4-4-1）計(jì)算：其中； ；=1.0帶入（5-4-1）得：計(jì)算厚度：= 25.35mm設(shè)計(jì)厚度：名義厚度： ，經(jīng)圓整取= 26mm有效厚度：標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的有效厚度應(yīng)不小于封頭內(nèi)直徑的0.15，但當(dāng)確定封頭厚度時已考慮了內(nèi)壓下的彈性失穩(wěn)問題，可不受此限制。故該標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的名義厚度= 26mm合適。橢圓形封頭的最大允許工作壓力按式（4-4-2）計(jì)算：該封頭滿足壓力要求，故取名義厚度= 26mm合適。設(shè)計(jì)溫度下封頭的計(jì)算應(yīng)力按式（4-4-3）計(jì)算：滿足強(qiáng)度要求，故取名義厚度= 26mm合適。由續(xù)表13查取封頭的數(shù)據(jù)見表5.4.2：表5.4.2封頭公稱直徑DN MM曲面高度 MM直邊高度MM內(nèi)邊面積A容積V質(zhì)量M管箱封頭800200500.81940.0992174.67后封頭800200500.81940.0992174.675.5 換熱管設(shè)計(jì)45.5.1 換熱管的規(guī)格和尺寸偏差換熱管的長度有設(shè)計(jì)條件給定取為6m，直徑19mm，厚度=2mm；由GB13296查得換熱管的規(guī)格和尺寸偏差見表5.5.1：表5.5.1材料換熱管標(biāo)準(zhǔn)管子規(guī)格，MM高精度，較高精度，MM管控規(guī)格，MM外徑D厚度外徑偏差厚度偏差管孔直徑允許偏差不銹鋼0CR18NI10TIGBA13296-20071920.2019.255.5.2 U形管的尺寸（1）U型管彎曲階段的曲率半徑U型管彎曲階段的曲率半徑R（見圖5.5.2）應(yīng)不小于兩倍的換熱管外徑，常用換熱管的最小彎曲半徑可按GB151-1999表11選取，取=40mm。圖5.5.2(2)U型管的彎管段在彎曲前的壁厚最小取值按式（4-5-1）計(jì)算： （5-5-1）其中，d = 19mm，R = = 40mm， = 2mm，帶入上式得：，圓整取為2.5mm5.5.3 管子的幾種排列方式換熱管的排列主要由一下及幾種：圖5.5.32通常采用正方形排列方式來對殼程進(jìn)行清洗，管間通道應(yīng)該保證連續(xù)且沿整個管束，保證清洗通道為6毫米。折流板間距相同的情況下，在圖4.5.3中所示a和b這兩種排列形式的流通截面要比b與c這兩種方式小，更有利于提高流體的速度，所以相對比較合理一些。本文所設(shè)計(jì)內(nèi)容采用三角形排列方式。5.5.4 布管限定圓圖5.5.5.1圖5.5.5.2表5.5.5.12B3100026004= 800mm,取b = 28mm。表5.5.5.22700103700135取= 30mm，= 5mm，則有。布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑，布管限定圓按表4.5.5.3確定。表5.5.5.32冷卻器型式固定管板式、U形管式浮頭式布管限定圓直徑得：。5.6 管板設(shè)計(jì)管板作為管式冷卻器的一個非常重要的組成元件，不僅與殼體和管子連接，它還是冷卻器中的一個重要的承受壓力的元件，管板在設(shè)計(jì)的過程中不僅要考慮其自身的強(qiáng)度要滿足還要考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性。管板得合理設(shè)計(jì)對于正確選用和節(jié)約材料、減少加工制造的困難、降低成本、確保使用安全都具有重要意義。U型管冷卻器只有一塊管板，采用可以拆卸式連接，管板通過墊片與管法蘭和殼體法蘭連接。其連接形式見圖5.6。圖5.6管當(dāng)管板與換熱管采用脹接時，管板得最小厚度（不包括腐蝕裕度）應(yīng)滿足表若管板采用復(fù)合管板，其復(fù)層最小厚度應(yīng)不小于10mm。并應(yīng)保證距復(fù)層表面深度不小于8mm的復(fù)層化學(xué)成分和金相組織符合復(fù)層材料的要求。表5.6.1換熱管外徑D，MM2525 。（6）墊片寬度校核，墊片選擇滿足條件。（7）螺栓設(shè)計(jì)載荷A.預(yù)緊狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷計(jì)算 （6.2.7）B.操作狀態(tài)下螺栓設(shè)計(jì)載荷計(jì)算 （6.2.8）6.2.3 法蘭設(shè)計(jì)（1）法蘭力臂取，法蘭頸部斜度為1：3，則有。（2）法蘭載荷（3）法蘭力矩A.預(yù)緊狀態(tài)下的法蘭力矩計(jì)算 （6.2.9）B.操作狀態(tài)下的法蘭力矩計(jì)算 （6.2.10）（4）法蘭設(shè)計(jì)力矩法蘭設(shè)計(jì)力矩取以下大者：（5.2.11）取（5）法蘭形狀常數(shù)查表9-51,確定下列系數(shù)：T = 1.80 Z = 3.82 Y = 7.4 U = 8.13查圖9-31，得：查圖9-41，得：查圖9-71，得：假設(shè)法蘭厚度為170mm，則有： / T = 2.0421 / 1.8 = 1.1345（6）法蘭應(yīng)力A.軸向應(yīng)力計(jì)算 （6.2.12）B.徑向應(yīng)力計(jì)算 （6.2.13）C.環(huán)向應(yīng)力計(jì)算 （6.2.14）（7）法蘭應(yīng)力校核A.軸向應(yīng)力計(jì)算B.徑向應(yīng)力計(jì)算C.環(huán)向應(yīng)力計(jì)算D.組合應(yīng)力綜上所述，法蘭應(yīng)力滿足要求。（8）螺栓間距校核螺栓最大間距不宜超過式（5.2.8）計(jì)算值 （6.2.15）螺栓間距也滿足條件。6.3 折流板折流板它的結(jié)構(gòu)及其設(shè)備的安排，是由它的加工的工藝性決定的，它的目的就是來擴(kuò)大折流板之間的流動的速度，同時也是為了增加把熱量傳出來的作用。它的結(jié)構(gòu)形式有很多種，我們生活中很常見的種類有弓形折流板、圓盤-圓環(huán)形折流板和矩形折流板。我們生活中經(jīng)常用的是弓形折流板。6.3.1 折流板尺寸（1）折流板缺口高度它的高度必須要求是讓流體流過缺口時與橫過管束時的流速相近。缺口弦高h(yuǎn)值，宜取0.20-0.45倍的圓筒內(nèi)直徑。取圓缺率為0.25，則h=0.25800=200mm。弓形折流板的缺口可按圖6.3.1切在管排中心線以下，或切于兩排管孔的小橋之間。圖6.3.12（2）折流板的最小厚度折流板最小厚度按表342選取。無支撐跨距了l為300mm，折流板厚度為6mm。（3）折流板板孔該冷卻器采用不銹鋼管束，按照表352的規(guī)定，折流板管控直徑及允許偏差為：管孔直徑 = d + 0.7 = 19.7mm；允許偏差為：mm（4）折流板和支持板外直徑及允許偏差應(yīng)符合表412的規(guī)定公稱直徑：800mm；折流板名義外直徑：800-4.5=795.5mm；折流板外直徑允許偏差：mm6.3.2 折流板的布置如圖5.3.2(a)；若液體中含有少量氣體時，則應(yīng)在缺口朝下的折流板最高處開通氣口，如圖5.3.2(b), 臥式冷卻器、冷凝器和重沸器的殼程介質(zhì)為氣、液相共存或液體中含有固體物料時，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，如圖6.3.2(c),本次設(shè)計(jì)采用圖6.3.2(c)所示結(jié)構(gòu)。圖6.3.22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，特殊情況下也可取較小的間距。換熱管在其材料允許使用溫度范圍內(nèi)的最大無支撐跨距，應(yīng)按表422的規(guī)定。取換熱管的最大無支撐跨距為1500mm。6.4 拉桿與定距管6.4.1 拉桿的結(jié)構(gòu)型式常用拉桿的形式有兩種，見圖6.4,（1）拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于19mm的管束，,(按表452規(guī)定）；（2）拉桿與折流板點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑小于或等于14mm的管束，d；（3）當(dāng)管板較薄時，也可采用其他的連接結(jié)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。圖6.4.16.4.2 拉桿的直徑和數(shù)量拉桿的直徑和數(shù)量可以按表432和表442選取。選取拉桿直徑為12mm。選取拉桿數(shù)量為8根。6.4.3 拉桿的尺寸拉桿的長度按實(shí)際需要確定，拉桿的連接尺寸按圖6.4.3，表6.4.3確定。圖6.4.3表6.5.32拉桿直徑d拉桿螺紋公稱直徑b101013401.5121215502.0161620602.0選取拉桿螺紋公稱直徑為12mm，為15mm，為50mm，b為2.0mm。6.4.4 拉桿的布置拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束的外邊緣。對于大直徑的冷卻器，在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于3個支承點(diǎn)。6.5 防沖與導(dǎo)流當(dāng)管程采用軸向人口接管或換熱管內(nèi)流體流速超過3m /s時，應(yīng)設(shè)置防沖板，以減少流體的不均勻分布和對換熱管端的沖蝕。對有腐蝕或有磨蝕的氣體、蒸汽及氣液混合物，應(yīng)設(shè)置防沖板。對液體物料，當(dāng)殼程進(jìn)口處流體的（為流體密度，；為流體流速，），為下列數(shù)值時，應(yīng)在殼程進(jìn)口管處設(shè)置防沖板或?qū)Я魍病?.5.1 防沖板的形式（1）防沖板的兩側(cè)焊在定距管或拉桿上，也可同時焊在靠近管板的第一塊折流板上；（2）防沖板焊在圓筒上；6.5.2 防沖板的位置和尺寸防沖板在殼體內(nèi)的位置，應(yīng)使防沖板周圍與殼體內(nèi)壁所形成的流通面積為殼程進(jìn)口接管截面積的11.25倍。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。取殼程防沖板到圓筒內(nèi)壁的距離為60mm。6.5.3 導(dǎo)流筒內(nèi)導(dǎo)流筒：內(nèi)導(dǎo)流筒是設(shè)置在殼體內(nèi)部的一個圓筒形結(jié)構(gòu)，在靠近管板的一端敞開，而另一端近似密封。在設(shè)計(jì)內(nèi)導(dǎo)流筒時，導(dǎo)流筒外表面到殼體圓筒內(nèi)壁的距離宜不小于接管外徑的1/3。導(dǎo)外導(dǎo)流筒：在設(shè)計(jì)外導(dǎo)流筒時，內(nèi)襯圓筒內(nèi)表面到外導(dǎo)流筒的內(nèi)表面間距為：接管外徑d200mm時，間距不小于50mm； d200mm時，間距不小于75mm。立式外導(dǎo)流筒冷卻器，應(yīng)在內(nèi)襯圓筒下端開淚孔。因此我這次的設(shè)計(jì)使用內(nèi)導(dǎo)流筒，它的外部表面到圓筒內(nèi)壁的距離為70mm。6.6 雙殼程結(jié)構(gòu)它是使用縱向隔板將殼程分為雙程，縱向隔板的最小厚度為6mm，當(dāng)殼程壓力降較大時，隔板應(yīng)適當(dāng)加厚。需要抽出管束的冷卻器，應(yīng)在隔板的兩側(cè)與殼體的間隙處設(shè)置密封結(jié)構(gòu)，如圖6-6所示。圖6-66.7 防短路結(jié)構(gòu)旁路擋板或擋管是否需要、需要數(shù)量以及安裝部位等，應(yīng)根據(jù)使用條件和工藝計(jì)算來確定。一般應(yīng)考慮以下因素:（1）臥式、左右缺邊折流板冷卻器，殼程物料從旁路短路的可能性較大，應(yīng)根據(jù)需要考慮安裝旁路擋板或假管。（2）當(dāng)殼程的傳熱膜系數(shù)大大小于管程的傳熱膜系數(shù)時，殼程傳熱膜系數(shù)起控制作用，此時安裝旁路擋板或擋管能顯著提高總的傳熱系數(shù)。（3）旁路面積與殼程通流面積之比愈大，旁路的泄露就愈大，