電子版U型管換熱器說明書

1、第二部分、設計說明書1、傳熱工藝計算1.原始數(shù)據(jù)殼程水蒸氣的進口溫度 _ =205.1二殼程水蒸氣的出口溫度 _ =95 C殼程水蒸氣的工作壓力二二0.75Mpa管程冷卻水的進口溫度_ =38oC管程冷卻水的出口溫度-_=97oC管程冷卻水的工作壓力 -=1.6 MPa管程冷卻水的流量 G2 =120t/h2 .定性溫度及物性參數(shù)管程冷水定性溫度- (38+97)/2=64 :二管程冷水密度查物性表得二二二981 Kg/ .管程冷水比熱查物性表得一二二4.182KJ/Kg oC管程冷水導熱系數(shù)查物性表得Ai=0.663w/m- C管程冷水黏度-=444.4 106 Pas管程冷水普朗特數(shù)查物性

2、表得 Pr2=3.41殼程水蒸氣定性溫度t1 (t； t；)/2(205.1+95) =150C殼程水蒸氣密度查物性表得二_=2.584Kg/;.殼程水蒸汽比熱查物性表得 _一 =2.31420軟.寸6殼程水蒸氣導熱系數(shù)查物性表得儲=0.0263w/m.nC殼程水蒸氣黏度.=1.39 10 5pas殼程水蒸氣的普朗特數(shù)查物性表 Pri=1.113 .傳熱量與冷水流量取定換熱效率為7 =0.8 查表得 r=2113.1 103則設計傳熱量：_"'Q0 G2 Cp2 (t2 t2)1000/3600= 120000 4.182 (97-38)0.98 1000/3600= 806

3、0108 (W)則加熱水流量：_"'G1 Q0/r Cp1(t1 t2)=3.89kg/s4 .有效平均溫差tn (t1 t2 ) (t1 t2)/ln(t1 t2 )/(t1 t2 ) =79.84參數(shù)p:P (t2 t2)/(t1 t2) 0.353參數(shù)R:"R (t1 t1 )/(t2t2) 1.87換熱器按單殼程兩管程設計則查書圖2-6 a得：溫差校正系數(shù)：=08有效平均溫差：tmtn 60 ：二精選5 .管程換熱系數(shù)計算參考表27一 一三號二11 .初選傳熱系數(shù)：2K0 1000W /(m K)則初選傳熱面積為：F0 Q0/(K0tm) 134.35m2選

4、用G25X25不銹鋼的無縫鋼管作換熱管。則管子外徑d0=0.025m 管子內徑di=0.02m管子長度=5m則所需換熱管根數(shù)：Nt F0/(3.14 d0 L) 570 根可取換熱管根數(shù)為580根則管程流通面積為：_22a2 Nt 3.14 di2/(4 4) 0.046m2管程流速為：2 G2/( a2 3600) =0.74管程雷諾數(shù)為：2Reii i di / i 32671管程傳熱系數(shù)為：2 3605(1 0.015t1) 10.8/(100di)0.2 4834結構的初步設計：查GB151-1999知管間距按1.25d取：管間距為：s=0.032m分程隔板槽兩側相鄰管中心距Sn=0.

5、044m管束中心排管數(shù)為：Nc 1.1%；豆 26 根取%=26根則殼體內徑為：Di s(Nc 1) 4d0 0.9m故內徑Di=0.9m則長徑比為：L/Di 3.33合理。選擇單弓形折流板。則弓形折流板的弓高為：h 0.2Di 0.18折流板間距為：B Di/3 0.3m折流板數(shù)量為：Nb L/B 1 9 塊6.殼程換熱系數(shù)計算殼程流通面積為： 2ai B Di (1 d 0/ s) 0.0591 m殼程流速為：1 G 7.18m/s 1 a1殼程質量流速為：W111 18.3m/s殼程當量直徑為： _ 22de (DiNt d0 )/ Nt d0 0.033殼程雷諾數(shù)為：Re111 de/

6、 1 43433切去弓形面積所占比例按：h/Di 0.3查圖438b得為0.145,殼程換熱因子查圖212得js 120管殼式換熱器原理與設廿管外壁溫度假定值為：twi' 120：二壁溫下水的黏度為：=0.186 J：-黏度修正系數(shù)：2 ( 11嚴40.7殼程傳熱系數(shù)：1 Pr11/3js 7180de7 .傳熱系數(shù)計算查 GB151-1999第 138 頁可知：管程水側污垢熱阻為：r2 0.000088 產哈巴配殼程污垢熱阻為：一 二0.000176二乳腳管壁熱阻r忽略，則總傳熱系數(shù)為：1K,專+%+匕皮+意吟=1300則傳熱系數(shù)比為：Kj/K0 1.3所以假設合理。8 .管壁溫度計

7、算管外壁熱流密度計算為：q1 Q0/(Nt 3.14 d。L) 59010W/m2：-外壁溫度為：twi ti q2（1/ i r2）誤差校核：twi tw2' 13.41所以誤差不大，合適。9 .管程壓降計算管內壁溫度：d。 1” tw2 t2 q2（一 r1） 92 - -di 1壁溫下水的黏度為：w2 30.8 10 5Pa?S黏度修正系數(shù)：20 14_2 （）1.05w 2查得管程摩擦系數(shù)為：2 0.032管程數(shù)二2管內沿程壓降為:Pi22 lNt2 2 di2455.7 Pa回彎壓降為:22Pb 4 Nt 2148.7 Pa2 2取進出口處質量流速為:2 _Wn1 1600k

8、g/m ?s進出口管處壓降為：Pn22Wn11.51957.2 Pa管程污垢校正系數(shù)為：二二：=1.4則管程壓降為：P2( PiPb)d2Pn2 8403.4 Pa管程允許壓降AP = 5 x lC4Pa 膽 < 0P即管程壓降符合要求10.殼程壓降計算殼程當量直徑：de=0.042m雷諾數(shù)Q=16656 查得殼程摩擦系數(shù)：5=035 （管殼式換熱器原理與設計圖3-2）管束壓降:0.3E X= 12273 Pa(L94Df + n r 4OO.5&21.2 X (11 + 1)AR = - XX =X0 2Pl de <Pi 2 X 834.490.042取進出口質量流速：

9、% = 1327Kg/m: s進出口壓降：&41 = X 1.5 = 1055P&2px取導流板阻力系數(shù)：-1 - 一 導流板壓降：幅 rX 5d= 6330Pa 2Pl殼程結垢修正系數(shù)：.二一： 殼程壓降：= A% X (Pd + APd + A鄉(xiāng)!= 12273 X 1.48 + 6330 4 1055 = 25549殼程允許壓降：AP = 5 X 104Pa 3Pl < 6P符合要求。2、強度計算2.1 換熱管材料、規(guī)格的選擇及功能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換熱管外徑dommGB151-1999/管殼式換熱器252管長Lmm同上30003傳熱面積

10、 二管殼式換熱器原理與設計134.344換熱管根數(shù)鵬個_ S- nXd0XL5805拉桿個GB151-1999管殼式換熱器表43、4466材料GB150-1999鋼制壓力容器選 20鋼2.2 管子的排列方式序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1正三角形排 列GB151-1999 管殼式換熱器圖112換熱管中心 距SmmGB151-1999（管光式:換熱器323隔板槽兩側 相鄰管最小 中心距mmGB151-19994管殼式換熱器442.3 確定殼體直徑序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1換熱管中心 距SmmGB151-1999 4管殼式換熱器 表12322換熱管根數(shù)嗚根_ SRt - n

11、xdD X L5803分程隔板厚 度5mmGB151-1999 4管殼式換熟器?表6104管束中心排 管數(shù)凡根1.1班265筒體直徑mmH = S(Nc-l)+4x4(r9006實取筒體直 徑mm管殼式換熱器設計手冊9002.4筒體壁厚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工作壓力PMPa給定0.752材料GB150-1999年鋼制壓力容器16MnR3材料許用應 力中MPaGB150-1999用鋼制壓力容器 表4-11704焊接接頭系 數(shù)中過程世備設計0.855殼程設計壓 力RMPa%=(i.o-n)p0.86筒體計算厚 度Smm一比0 =即可+R2.57設計厚度%mm/ = 6 +G4

12、.58名義厚度果mm& 二 4 + G. £59實取名義厚 度mmGB151-1999管光式換熱器510負偏差Qi.mm過程役備設計011腐蝕裕量mm過程設備設計212有效厚度fiemm& = &一0±心1013設計厚度卜 圓筒的計算 應力QtMPat Pf (Of -b fi J (rK =12114校核吁*中MPaa1 < tr1 x144.5 合格15設計溫度卜- 圓筒的最大 允許工作壓 力%MPa2%麓W麓中 %一 (Di + SJ0.962.5液壓試驗序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1試驗壓力冉MPa生一可0.92圓筒薄膜應 力

13、°TMPa氏于5#) 打一招135.53常溫下材料 強度指標%MPa(過程饅備設計表D13454校核0.9 中 0.MPaQt <0.93值用263.93 合格2.6 克程標準橢圓形封頭厚度的計算序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1設計壓力匕MPaft = (UHLQF0.82工作壓力PMPa給定0.753材料GB150-1999鋼制壓力容器» 16MnR4材料許用 應力MPaGB150-1999鋼制壓力容器» 表4-11705焊接接頭 系數(shù)過程設備設計0.856封頭計算 厚度Smm2封/一 0 5五2.57設計厚度帛mm4.58名義厚度mm占二二%十a

14、世59實取名義 厚度6nmmGB151-1999 6管殼式換熱器）510負偏差Qimm過程設備設計011腐蝕裕量Qamm過程設備設計212有效厚度6amm4 = 4-313設計溫度 下封頭的 計算應力MPa臚=7R,12114校核吁X中MPafl1 C of X 中144.5合格15設計溫度 下封頭的 取人）l許 工作壓力%MPa溫X 寸M 3 %- ax + 0,56b)0.9616公稱直徑樂mm筒體公稱直徑90017曲面圖度%mmJB/T4737-9530018直邊高度如mmJB/T4737-95402.7 管程標準橢圓形封頭厚度的計算序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1設計壓力匕MP

15、aR = (UHLQP1.22工作壓力PMPa給定1.23材料GB150-1999 粗制壓力容器16MnR4材料許用 應力WMPaGB150-1999 鋼制壓力容器 表4-11705焊接接頭 系數(shù)巾過程役備設計0.856封頭計算 厚度5mmNW此 5 H3.757設計厚度自mmSj = 5 4- C55.758名義厚度%mm8 = 5d + C二山79實取名義 厚度/mmGB151-1999d管殼式換熱器）710負偏差Qimm過程設備設計011腐蝕裕量mm過程諛備設計212有效厚度*mm513設計溫度 下封頭的 計算應力<rfcMPaQ _珥10914校核吁X中MPafl1 C of X

16、 中144.5合格15設計溫度 下封頭的 取人）l許 工作壓力%MPa_ 25, X fcjt M 中 品】一© + H5品）1.616公稱直徑及mm筒體公稱直徑90017曲面圖度%mmJB/T4737-9530018直邊高度如mmJB/T4737-95402.8 法蘭的選擇2.8.1 設備法蘭的選擇按其條件DN=900mm設計溫度97c設計壓力1.2MPa由壓力容器法蘭長徑對焊法蘭表1,選擇長徑對焊法蘭，連接面形式為突面，相關參數(shù)如下：單位（ mmDD1D3D45顯HhRd螺柱 規(guī)格螺柱 數(shù)量106010159661275521626115351227M2428由二.I u

17、7;i J JB/T4704-200建擇非金屬軟墊片,其相應尺寸如下：墊片外直徑D=965;墊片內直徑d=915;墊片厚度& = 3。2.8.2 接管法蘭的選擇(1)接管a、b的公稱直徑相同設為dN,設進口流速為3m/s,則,4 G2d =120 mm,3600 3 3.14取dN 125mm，公稱壓力1.6MPa由鋼制管法蘭，型片，緊固件選擇帶徑對焊法 蘭，法蘭相關參數(shù)如下：DNAiDKLnThCNSHiRH125140250210188M1128158412655(2)接管c、d的公稱直徑相同設為dN,設進口流速為2.5m/s,則4 Gi d . =26mm,3600 2.5 3.

18、14取dN 32,公稱壓力1.0MPa由鋼制管法當，墊片，緊固件選擇帶徑對焊法蘭, 法蘭相關參數(shù)如下：DNAiDKLnThCNSHiRH3242140100184M1618562.668422.9 管板的設計序號項目符號單位數(shù)據(jù)來源及計算公式數(shù)值1未被換熱 管支撐面 積mm2Ad =n,xS(Sfl-0k866S)135522官板布管 區(qū)面積mm24 = (LB66nsn 十人366083管板布管 區(qū)當量直 徑“mmJ專2164布管區(qū)當 量直徑與 直徑之比Pt0.235半徑Rmm一4706墊片基本 密封寬度瓦mmNb0 = 2257墊片接觸 寬度NmmJB/T4704-2000 圖 1508墊

19、片后效 密封寬度bmmb =25312.629墊片接觸 外徑DmmJB/T4700-4707-200096510墊片壓緊 力作用中 心圓直徑瓦mmDq = D - 2b94011系數(shù)qGB151-1999管殼式換熱器0.25812管板削弱 系數(shù)kGB151-1999管殼式換熱器0.413管板材料GB150-1999鋼制壓力容器16MnR14設計溫度 下管板材 料的許用 應力MEMPaGB150-1999鋼制壓力容器表 4-112515殼程設計 壓力PSMPa已知0.816管程設計 壓力PtMPa已知1.217管板設計 壓力PdMPaPd = maxX-RUPJ國B1.218管板厚度6mm5 =

20、。叫命60.6319殼程腐蝕 裕量mm過程諛備設計220管程腐蝕 裕量Qamm（過程設備設計221實取名義 厚度mmGB151-1999管殼式換熱器6422換熱管軸 向應力MPaF 7 TTd3 (Pi電x以其1. Pt=O看2. Pt芋0混3. Pt 至 0,Pg-2.223.330.08823換熱管最 大軸向應 力MPa已知3.3324單根換熱 管金屬的 橫截回積amm2a =?（赤-哨176.62525換熱管與 管板焊腳 高度lmmGB151-1999管殼式換熱器3.526換熱管與 管板連接 的拉脫力qMPa% aQ 一 nil2.1427許用拉脫 力qMPa=0.5 W62.528校核

21、q< W合格2.10 管箱短節(jié)壁厚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工作壓力PMPa給定0.82材料GB150-1999鋼制壓力容器16MnR3材料許用應 力閩FMPaGB150-19994鋼制壓力容器 表4-11704焊接接頭系 數(shù)中過程役備設計0.855管程設計壓 力咤MPa1.26管箱筒體計 算厚度£mmR x H- 214。-R3.757設計厚度mm/ H 0 +G5.758名義厚度%mm髭=3+ q +i109實取名義厚 度&mmGB151-1999（管光式:換熱器1010負偏差G.mm過程役備設計力011腐蝕裕量mm4過程設備設計212有效厚度小

22、mm品=51- J - G513設計厚度卜 圓筒的計算 應力仃肥MPa(rK =狎10914校核中MPa(f < 巾 X 3144.5合格15設計溫度卜- 圓筒的最大 允許工作壓 力降】MPa2&麓W K中 %一 (Di + SJ1.62.11 拉桿和定距管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拉桿直徑dEmmGB151-1999管殼式換熱器表43162拉桿數(shù)量n根GB151-1999管殼式換熱器表4463定距管規(guī)格GB151-1999管殼式換物;器力25 X2.54拉桿在管板 端螺紋長度LammGB151-1999代管殼式換熱器表45205拉桿在折流 板端螺紋長JmmG

23、B151-1999管殼式換熱器表4560度6拉桿上的倒 角高度bmmGB151-1999代管克式換熱器表4522.12 折流板的選擇2.12.1 選型根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器圖37選擇單弓形水平放置的折流板。2.12.2 折流板尺寸缺口弦高h值，一般取0.25)5的圓筒內徑，取h=281.8mm。2.12.3 換熱管無支撐跨距或折流板間距由GB151-199翼管殼式換熱器表42知，換熱管為25X 2.5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內徑的五分之一且不小于5mm,有傳熱計算得到B=400mm。2.12.4 折流板厚度由GB151-1999

24、c管殼式換熱器表34知，DN=900,L=30O60。取折流板最小厚度min 6mm.2.12.5 折流板直徑由GB151-1999(管殼式換熱器表41查得折流板名義外直徑為DN=900mm,管孔直徑為25.800.22.13 防沖板的選擇1 .由GB151-1999管殼式換熱查得防沖板外表面到圓筒內壁的距離應不小于接管外徑的四分之一，取10mm。2 .防沖板的直徑或邊長應大于接管外徑 50mm,取為80mm.3 .防沖板的最小厚度取材料為不銹鋼，min 3mm,實取3mm（具體尺寸見零件圖所示）2.14接管及開孔補強由GB150-1998鋼制壓力容器表8-1知當滿足下列所有條件是不另行補強1

25、 .設計壓力小于或等于2.5MPa;2 .兩相鄰開孔中心距應不小于兩孔直徑之和的兩倍；3 .接管公稱直徑小于或等于89mm;4 .接管最小壁厚滿足表8-1要求5 .14.1管箱接管開孔補強的計算由于接管125mm的公稱直徑大于89mm,所以要補強，但由于設計的筒體或封頭 厚度遠大于理論厚度，所以要進行計算看是否需要補強1 .有效補強范圍a）有效寬度B=250b）有效高度：外側高度h1=25c）有效高度；內側高度h2=02 .補強面積有效補強范圍內可作為補強的截面積按 GB150-1998 鋼制壓力容（8-10）計算 一，二補強面積mm2殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積2 Al (B d)

26、( e ) 2 et( e )(1 fr) 218 m接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積2A2 2hl( et t) fr 2h2( et C2) fr=170 m%焊縫金屬表面積 % = 36mm'而最小補強面積 Ad 2 et (1 fr) 484 m2Ae A1 A2 A3 484 < A開孔需另加補強。其另加補強面積 A4按下式計算A A Ae 96 m2可采用補強圈補強，根據(jù)DN=125參考補強圈標準JB/T4736表1 選用補強圈外徑 Do=250 mm 內徑Di=d0+3-8=130mm選用D形坡口。補強圈厚度：A4=0.5 為制造方便去4mmD0 Di2.14

27、.2殼體接管開孔補強的計算由于接管3000mm的公稱直徑大于89mm,所以要補強，但由于設計的筒體或封頭 厚度遠大于理論厚度，所以要進行計算看是否需要補強3 .有效補強范圍d)有效寬度B=64e)有效高度：外側高度h1=12.6f)有效高度；內側高度h2=04 .補強面積有效補強范圍內可作為補強的截面積按 GB150-1998鋼制壓力客(8-10)計算 一，二補強面積mm2殼體有效厚度減去計算厚度之外的多余面積Ai (B d)( e ) 2 et( e )(1 fr) 15 m2接管有效厚度減去計算厚度之外的多余面積2A 2hi（ et t）fr 2h2（ et C2） fr =25 mA3焊

28、縫金屬表面積A3 = 36mm'而最小補強面積A=75 m2A A Ae 70 m2> A ,則不需要補強圈。2.15 分程隔板厚度選取根據(jù)GB151-1999«克式換熱器,分程隔板厚度選為8mm。2.16 支座的選擇及應力校核2.16.1 支座的選擇根據(jù)鋼制管法蘭 墊片 緊固件JB/T4712-92鞍式支座的選擇重型 BI型焊制鞍式支座（表7）當DN=900mm鞍式支座的相關尺寸如下：序號項目符號單位數(shù)值1公稱直徑DNmm9002允許載荷QKN2253鞍座局度hmm2004底板hmm810瓦mm150邑mm105腹板mm106筋板bmm400mm140hsmm120s3mm107墊板弧長mm1060b卑mm200%mm6emm368螺栓間距bmm5909帶墊板鞍座質量MKg4010包角oc12011型號BI重型F,S 各一2.16.2 、鞍座的應力校核(1)原始數(shù)據(jù)表序號項目符號單位數(shù)值1設計壓力里MPa1.22設計溫度toC1603物料密度PKg/m3998.24筒體內徑5mm9005筒體長度Lm47526公稱厚度圾mm57厚度附加量Cmm28鞍座型號BI9鞍座中心線離封頭切線 的距離Hmm155710鞍座腹寬Bmm17011腹板厚度Qmm1012鞍座包角a12013容器與封頭 的材料16MnR14容器與封頭 的許用應力葉M