熱交換器設計計算

1、熱交換器設計計算一、基本參數(shù) 管板與管箱法蘭、殼程圓筒紙之間的連接方式為 e 型 熱交換器公稱直徑 DN600 ，即 Di=600mm 換熱管規(guī)格 38 2， L 0=3000mm換熱管根數(shù) n=92 管箱法蘭采用整體非標法蘭 管箱法蘭 /殼體法蘭外直徑 Df=760mm 螺柱孔中心圓直徑 D b=715mm 殼體法蘭密封面尺寸 D4=653mm二、受壓元件材料及數(shù)據(jù) 以下數(shù)據(jù)查自 GB 150.2 2011； 管板、法蘭材料： 16Mn 鍛件 NB/T 47008 2010 管板設計溫度取 10查表 9，在設計溫度 100下管板材料的許用應力： r 178Mpa （ 100mm ）查表 B.

2、13，在設計溫度 100殼體 /管箱法蘭 /管板材料的彈性模量： E'f E'f Ep 197000Mpa殼程圓筒材料： Q345R GB 713 殼程圓筒的設計溫度為殼程設計溫度 查表 2，在設計溫度 100下殼程圓筒材料的許用應力：c 189Mpa （3mm< 16mm）查表 B.13，在設計溫度 10下殼程圓筒材料的彈性模量 Es 197000Mpa 查表 B.14 在金屬溫度 2080范圍內(nèi)，殼程圓筒材料平均線膨脹系數(shù)： s 1.137 10-5 mm（/ mm ?）管程圓筒材料： Q345R GB 713 管程圓筒的設計溫度為殼程設計溫度 按 GB/T 151

3、2014 中 規(guī)定，管箱圓筒材料彈性模量， 當管箱法蘭采用長頸對焊法蘭 時，取管箱法蘭的材料彈性模量，即 Eh 197000Mpa換熱管材料： 20 號碳素鋼管 GB 9948 換熱管設計溫度取 100查表 6，在設計溫度 100下?lián)Q熱管材料的許用應力 t 147Mpa （ 16mm）220 Mpa （ 16mm）查表 B.3，設計溫度 100下?lián)Q熱管材料的屈服強度 RetL查表 B.13，設計溫度 100下?lián)Q熱管材料的彈性模量 Et 197000Mpa查表 B.13，換熱管材料在沿長度平均的金屬溫度50下彈性模量：Etm 199500Mpa查表 B.14，在金屬溫度 20 50范圍內(nèi)，換熱管

4、材料平均線膨脹系數(shù)： t 1.112 10-5mm（/ mm?）螺柱材料： 35CrMoA查表 12，室溫下螺柱材料的許用應力 b 228Mpa查表 12，設計溫度 100下螺柱材料的許用應力 b 206Mpa三、管板計算a. 確定管板布管方式及各元件結構尺寸 換熱管為轉角正三角形排列 換熱管中心距 S=48mm殼程圓筒計算厚度 =ptsD i2 c ps2.632 600 4.207mm2 189 1 2.632殼程圓筒設計厚度 C2 4.2 15.2mm按 GB713 2014 鋼板負偏差： C1=0.3mm按照 GB/T 151 表 7-1，對于不可抽管束的固定管板式熱交換器，其殼程圓筒

5、最小厚度（包 含 1mm 腐蝕裕量）為 10mm ，取 s=16mmb. 計算、A、A1、As、Kt、 Q、 s、 t、 cr 、At、Dt、根換熱管管壁金屬的橫截面積 = t（d t ）3.142 (382)226.08mm2殼程圓筒內(nèi)徑橫截面積Di2423.14 60022.83105 mm2管板開孔后的面積 A1d2 n42.83105923.14 382521.79 105mm2圓筒殼壁金屬橫截面積s Di3.14 16600 163.09 104 mm2設管板名義厚度 n56mm ，換熱管伸出管板長度為1.5mm換熱管有效長度（兩管板內(nèi)側間距）L L0 21.5 3000 2 56

6、1.5 2885mm1換熱管受壓失穩(wěn)當量長度l cr=1154mm管束模數(shù) KtEtna 197000 92 226.08t 445.96MpaLD i 2885 3.09 104系數(shù)A1A51.79 105 0.63252.83 1050.4 (1 0.1162) (0.6 0.0673)0.63251.5015系數(shù) Cr換熱管回轉半徑 i 0.25 d 2 d 2 t 2 0.25 382 38 2 2 2 12.748mm系數(shù) lcr /i 1154 / 12.748 90.5240crCr>lcr /i換熱管穩(wěn)定許用壓應力 tcr 1R.e5L 1 l2crC/ri 212.50

7、 1 1215143/12.28.872418 146.66Mpac. 對于其延長部分兼作法蘭的管板，計算Mm，按GB 150.3 2011第7章確定 Mp，取 pt作為法蘭計算壓力。墊片接觸面寬度 N 753 715 /2 19mm按 GB 150.3 2011 表 7-1 計算：N 199.5mm22b0> 6.4mm ，墊片有效密封寬度 b 2.53 b0 2.53 9.5 7.8mm按 GB 150.3 2011 中 ）規(guī)定，墊片壓緊力作用中心圓直徑：DG D4 2b 653 2 7.8 637.4mm按 GB 150.3 2011 表 7-4：墊片壓緊力的力臂 LG Db DG

8、 715 637.4 38.8mmG 2 2查 GB 150.3 2011 表 7-2，墊片系數(shù) m=3 ，比壓力 y=69Mpa 預緊狀態(tài)下需要的最小螺柱載荷：Wa 3.14DGby 3.14 637.4 7.8 69 1.08 106N操作狀態(tài)下需要的最小螺柱載荷：220.785 637.42 2.6326.28637.47.8 3 4Wp 0.785DG2 pt 6.28DGbmpt61.21 106N預緊狀態(tài)下需要的最小螺柱面積Aa1.06 106 4649.12mm2228操作狀態(tài)下需要的最小螺柱面積Ap1.21 1065.87 103mm22063 3 2需要的螺柱面積 Am max Aa , Ap max4649.12,5.87 103 5.87 103mm2基本法蘭力矩 M m Am LG b 5.87 103 38.8 228 5.19 107 N mm內(nèi)壓引起的作用于法蘭內(nèi)徑截面上的軸向力d. 假定管板計算厚度，計算 'f 、 bf、 K 、 k、 k s、 kh、'、”、 K 'f 、 K ”f、 K f和 Kfe. 按 K f 和 K f 查管板第一彎矩系數(shù) m1、系數(shù) G2，計算系數(shù)查 GB/T 151 2014 圖 7-12 得 m1=？f. 管板第