管殼式換熱器課程設(shè)計(jì)

1、 管殼式換熱器課程設(shè)計(jì)一、 管殼式換熱器的介紹管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱設(shè)備，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠高、適應(yīng)性廣、易于制造、處理能力大、生產(chǎn)成本低、選用的材料范圍廣、換熱面的清洗比較方便、高溫和高壓下亦能應(yīng)用。但從傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性以及位換熱面積所需金屬的消耗量等方面均不如一些新型高效率緊湊式換熱器。管殼式換熱器結(jié)構(gòu)組成：管子、封頭、殼體、接管、管板、折流板；如圖11所示。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為固定管板式、浮頭式、U形管式、填料函和釜式重沸器五類。二、 換熱器的設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)參數(shù) 參 數(shù) 名 稱 殼 程 管 程 設(shè)計(jì)壓力（MPa） 2.6 1.7 操作壓力（MPa） 2.2

2、1.0/0.9（進(jìn)口/出口） 設(shè)計(jì)溫度 （） 250 75 操作溫度 （） 220/175(進(jìn)口、出口) 25/45(進(jìn)口/出口) 流量 （Kg/h） 40000 選定 物料 （-） 石腦油 冷卻水 程數(shù) （個(gè)） 1 2 腐蝕余度 （mm） 3 -2.2設(shè)計(jì)任務(wù)1. 根據(jù)傳熱參數(shù)進(jìn)行換熱器的選型和校核2.對換熱器主要受壓原件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，包括筒體、前端封頭管箱、外頭蓋、封頭、法蘭、管板、支座等。3.設(shè)計(jì)裝配圖和重要的零件圖。2.3熱工設(shè)計(jì)2.3.1基本參數(shù)計(jì)算2.3.1.1估算傳熱面積-=220-45=175-=175-25=150因?yàn)?所以采用對數(shù)平均溫度差算術(shù)平均溫度差：=P=R

3、=查溫差修正系數(shù)表得因此平均有效溫差為0.82放熱量考慮換熱器對外界環(huán)境的散熱損失,則熱流體放出的熱量將大于冷流體吸收的熱量，即：取熱損失系數(shù),則冷流體吸收的熱量：由可的水流量：=31372.8這里初估K=340W/(),由穩(wěn)態(tài)傳熱基本方程得傳熱面積：=16.552.3.1.2由及換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選型號及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)選取 管徑臥式固定管板式換熱器，其參數(shù)見上表。從而查換熱器設(shè)計(jì)手冊表1-2-7，即下表公稱直徑 管程數(shù) 管子根數(shù) 中心排管數(shù)管程流通面積換熱面積換熱管長度400mm 2個(gè) 94根 11根 0.014821.43000mm換熱管排列規(guī)格及排列形式：換熱管外徑壁厚：d=50mm排列形

4、式：正三角形管間距： =32mm折流板間距：2.1.1.3實(shí)際換熱面積計(jì)算實(shí)際換熱面積按下式計(jì)算2.2計(jì)算總傳熱系數(shù)，校核傳熱面積總傳熱系數(shù)的計(jì)算式中：管外流體傳熱膜系數(shù)，W/(m2·K)； 管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)，W/(m2·K)； ,分別為管外、管內(nèi)流體污垢熱阻，(m2·K) /W； 管壁厚度，m；管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·K) o iiorr,w2.2.1管內(nèi)傳熱膜系數(shù)管內(nèi)未冷卻水流入，其速度為：雷諾數(shù)：對于湍流，由Dittus Boelter關(guān)系式，有傳熱膜系數(shù)：其中，普朗特?cái)?shù)： =4.87由于冷卻水要被加熱,故取n=0.4,即管內(nèi)傳熱膜系數(shù)為

5、：=927.4W/()2.2.1管外傳熱膜系數(shù)因換熱管呈正三角形排列，根據(jù)Kern法當(dāng)量直徑：=故0.55 流體流過管間最大截面積是其中殼體內(nèi)徑估算為=0.37因此，=0.216.7=雷諾數(shù)： 普朗特?cái)?shù)： 壁溫可視為流體平均溫度，即： 2.2.3總傳熱系數(shù)因?yàn)橛形酃笩嶙?，因此查看表GB151-1999管殼式換熱器可有管外有機(jī)物污垢熱阻：/W管內(nèi)冷卻水污垢熱阻：/W插入法得到=因此得到故2.2.4總換熱面積由穩(wěn)態(tài)傳熱基本方程：=8.5（1+25%）=10.62.3計(jì)算管程壓力降管程壓力降有三部分組成，可按照如下公式進(jìn)行計(jì)算流體流過直管因摩擦阻力引起的壓力降，Pa; -流體流經(jīng)回彎管中因摩擦阻力引

6、起的壓力降，Pa; 流體流經(jīng)管箱進(jìn)出口的壓力降，Pa; 結(jié)構(gòu)矯正因素，無因次，對25×2.5mm，取為1.4； -管程數(shù)，取2； -串聯(lián)的殼程數(shù)，取1其中：對光滑管，Re=3時(shí)，由伯拉修斯式，得： 因此， 因此，管程壓力降在允許范圍內(nèi) 1.3.2殼程壓力降采用埃索法計(jì)算公式： 式中：-流體橫過管束的壓力降，Pa; -流體通過折流板缺口的壓力降，Pa; 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，無因此，對液體取1.15;其中： 式中：F管子排列方法對壓力降的修正系數(shù)，對三角形F=0.5; 殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>500時(shí)，; -橫過管束中心線的管子數(shù)，對三角形排列; -按殼程流通截面積計(jì)算的流

7、速，。 計(jì)算過程如下： 0.003Mpa 因此，殼程壓力降在允許范圍內(nèi)。三、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)下面選取材料，并進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)a)根據(jù)換熱器公稱直徑為400mm，選用圓筒作為換熱器殼體。殼體圓筒：公稱直徑DN=400mm，壁厚。b)換熱管：外徑d=25mm，壁厚，換熱管長度，根數(shù)n=94，受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度，換熱管呈正三角形排列，管間距 。c)管板：剛度削弱系數(shù)，強(qiáng)度削弱系數(shù)。d)螺栓：數(shù)量n=16，規(guī)格M27，30mm有效承載面積：（換熱器設(shè)計(jì)手冊）e)管箱法蘭：采用GB/T9113.2_2000，凹凸面整體鋼制管法蘭 法蘭外徑 ，螺栓孔徑中心圓直徑，法蘭厚度C=32mm，管箱

8、圓筒厚度，法蘭寬度： 3.2采用原件材料及數(shù)據(jù)a)換熱管材料：碳素鋼鋼管 20設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn) 設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量(GB150-89,表15) 管壁溫度下的彈性模量 管壁溫度下的膨脹系數(shù) b)殼程圓筒材料：碳素鋼Q235-B250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 圓筒在壁溫下的彈性模量Mpa 圓筒在壁溫下的線膨脹系數(shù)mm/ c)管板材料：16Mn 250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力250設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量d)螺栓材料：40Cr（GB150-1989表2-7）常溫下許用應(yīng)力250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力e)管箱法蘭材料：16Mn由于管箱法蘭為長頸對焊法蘭，管箱圓筒材料彈性模量取管箱法蘭材料的

9、值，根據(jù)GB150-1989250下的彈性模量75下的彈性模量f)墊片材料：鐵包石棉墊片根據(jù)GB150-1998，墊片系數(shù)m=2，比壓y=11Mpa 3.3殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計(jì) 3.3.1殼體的設(shè)計(jì)a)圓筒公稱直徑由計(jì)算知，圓筒的公稱直徑為400mm400mm，采用卷制圓筒。b)圓筒厚度圓筒的最小厚度應(yīng)按GB150-1989計(jì)算，但不得小于表3-1規(guī)定。表3-1碳素鋼或低合金鋼圓筒的最小厚度 mm公稱直徑 400固定管板式6 如上表按附加量圓整取最小厚度為10mm表2-2殼體、管箱殼體厚度 mmDN（mm） 材料 殼程或管程公稱壓力PN,MPa0.61.01.62.54.06.4Q235

10、-A/B/C 8888-40016MnR 888810121Cr18Ni9Ti 44461014 對應(yīng)殼體、管箱殼體厚度也取10mm3.3.2封頭設(shè)計(jì)按工作原理，設(shè)計(jì)封頭應(yīng)為受內(nèi)壓的橢圓形封頭，采用長軸與短軸比為2的標(biāo)準(zhǔn)型封頭。橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓球和具有高度h的圓筒（即封頭直邊）構(gòu)成，直邊的作用是避免筒體與封頭連接的還焊縫受到邊緣應(yīng)力的影響。封頭厚度（不包括壁厚附加量）應(yīng)小于封頭直徑的0.3%。由表3-3，取封頭厚度為10mm 表3-32.3.2封頭設(shè)計(jì)按工作原理，設(shè)計(jì)封頭應(yīng)為受內(nèi)壓的橢圓形封頭，采用長軸與短軸比為2的標(biāo)準(zhǔn)型封頭。橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓球和具有高度h的圓筒（即封頭直邊）構(gòu)成

11、，直邊的作用是避免筒體與封頭連接的還焊縫受到邊緣應(yīng)力的影響。封頭厚度（不包括壁厚附加量）應(yīng)小于封頭直徑的0.3%。由表2-3，取封頭厚度為10mmDN（mm） 材料 殼程或管程公稱壓力PN,MPa0.61.01.62.54.06.4Q235-A/B/C 8888-40016MnR 888810141Cr18Ni9Ti 444610143.4進(jìn)出口設(shè)計(jì) 3.4.1接管的要求接管應(yīng)與殼體內(nèi)表面齊平，接管應(yīng)盡量沿著殼體的徑向或軸向設(shè)置，接管與外部管線可采用焊接連接，在設(shè)計(jì)溫度下，接管法蘭不采用整體法蘭，必要時(shí)可設(shè)置溫度及接口、壓力表接口及液面計(jì)接口。 3.4.2接管直徑的計(jì)算確定接管直徑的基本公式仍

12、用連續(xù)性方程,經(jīng)簡化之后的計(jì)算公式：，對計(jì)算的管徑進(jìn)行圓整，取接近標(biāo)準(zhǔn)管徑。a) 接管上設(shè)置溫度計(jì)接口、壓力表接口及液面計(jì)接口b) 對于不能利用接管（或接口）進(jìn)行放氣和排液的換熱器，應(yīng) 在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，最低點(diǎn)設(shè)置排液口，且最小公稱直徑為20mm。 3.4.3接管的外伸長度接管外伸長度也叫接管伸出長度，指接管法蘭面到殼體（管箱殼體）外壁的長度，可按下式計(jì)算：式中：l接管外伸長度，mm； h接管法蘭厚度，mm； -接管法蘭的螺母厚度，mm； 保溫層厚度，mm接管外伸長度也可根據(jù)下表數(shù)據(jù)選取，選取外伸長度為150mm表3-4 PN4.0Mpa 的接管伸出長度 mm DN0-50 70

13、150 1001503.4.4接管與筒體、管箱殼體的連接a)結(jié)構(gòu)形式接管接管與殼體、管箱殼體（包括封頭）連接的形式，可采用插入式焊接結(jié)構(gòu)，一般接管不能凸出殼體內(nèi)表面。b)開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算具體過程見強(qiáng)度計(jì)算 3.4.5接管的最小位置在換熱器設(shè)計(jì)中，為使換熱面積得到充分利用，殼程進(jìn)出口接管應(yīng)盡量靠近兩端管板，而管箱進(jìn)出口接管應(yīng)盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱殼體長度，減輕設(shè)備重量。然而，為保證設(shè)備的制造、安裝，管口距地的距離也不應(yīng)靠的太近，受最小位置的限制。a)殼程接管位置的最小尺寸殼程接管最小位置，見圖2-1，可按下列公式計(jì)算：圖2-1 殼程接管位置帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管： 無補(bǔ)強(qiáng)圈接管： b)管箱接管位置的最小

14、尺寸管箱接管最小位置，見圖2-2，可按下列公式計(jì)算：圖2-2管箱接管位置帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管： 無補(bǔ)強(qiáng)圈接管： 式中：b管板厚度，mm； 殼程/管箱接管位置最小尺寸，mm/mm；C補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣（無補(bǔ)強(qiáng)圈時(shí)，管外側(cè)）至管板（或法蘭）與殼體連接焊縫之間的距離，mm； -補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，mm； -接管外徑，mm3.5管板與換熱管 3.5.1 管板 3.5.1.1材料：16MnR 3.5.1.2厚度 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)采用先脹后焊連接時(shí)，管板的最小厚度（不包括腐蝕裕量）見表3-5；?。òǜg裕量）。換熱管外徑25最小厚度 用于易燃易爆及有毒介質(zhì)等場合 用于無害介質(zhì)的一般場合 2.5.1.3布管a) 換熱管的排列形

15、式，見圖2-3，本設(shè)計(jì)選擇三角形錯(cuò)列形式圖2-3布管形式b)換熱管中心距換熱管中心距一般不小于1.25倍的換熱管外徑。常用換熱管外徑如換熱器設(shè)計(jì)手冊表1-6-16，即表3-6 所示： 根據(jù)表中要求選取換熱管中心距為S=32mm表3-6 換熱管中心距 mm換熱管外徑d 25換熱管中心距S 32分程隔板槽兩相鄰管中心距 44c)布管限定圓：布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑 表3-7布管限定圓 mm 換熱器形式固定管板式、U型管式 浮頭式 布管限定圓 表中：b見圖2-4，其值按表2-8選取，mm -見圖2-4，其值按表2-9選取，mm -見圖2-4，mm -固定管板式換熱器或U型管換熱器管束最

16、外層換熱管表面至殼體內(nèi)壁的最短距離，且不小于10mm 墊片寬度，其值按表2-9選取，mm 圖3-4 布管示意圖除了考慮布管限定圓直徑外，換熱管與防沖板間的距離也需考慮。通常，換熱管外表面與鄰近防沖板表面間的距離，最小為6 mm。換熱管中心線與防沖板板厚中心線或上表面之間的距離，最大為換熱管中心距的倍。表3-8不同的b值mmb 表3-9 3 4從表中可得：選取b=5mm,mm,=15mm，=10mm ,392-210=372mm d)管程分程：經(jīng)壓力降設(shè)計(jì)，采用雙管程結(jié)構(gòu)。 e)殼程進(jìn)出口處的布管：應(yīng)考慮殼體內(nèi)壁與管束之間的流通面 積和介質(zhì)進(jìn)出口管處的流通面積相當(dāng)。 3.5.2管孔換熱器的換熱管

17、和管孔直徑允許偏差按GB151-1999規(guī)定：換熱管，管孔a)拉桿孔：拉桿與管板采用螺紋連接螺孔深度：，其中為拉桿螺孔公稱直徑。b) 管板密封面：管板與法蘭連接的結(jié)構(gòu)尺寸及制造、檢驗(yàn)要求 等按JB1157-1163-82壓力容器法蘭的規(guī)定。 3.5.3換熱管a)換熱管長度選用：3000mmb)換熱器的規(guī)格和尺寸偏差：按GB8164-87輸送流體用無縫鋼管的規(guī)定，常用規(guī)格如表3-10表3-10常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差(材料：碳鋼)換熱管標(biāo)準(zhǔn) 管子規(guī)格高精度、較寬精度 普通精度 外徑 厚度 外徑偏差 壁厚偏差 外徑偏差 壁厚偏差GB/T8163 2.0 +15%GB-9948 2.5 -10%

18、-10%選型 57 3.5 +12% -10%選用普通精度的標(biāo)準(zhǔn)，。3.6殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接 管板與殼體連接形式分為兩類，一是不可拆的，如固定管板式，管板與殼體使用焊接連接。二是可拆式，如U型管，浮頭及填料函式管板式換熱器。 3.6.13.6.1.1根據(jù)設(shè)計(jì)要求，換熱管與管板的連接采用焊接。3.6.1.2 結(jié)構(gòu)尺寸：按表3-11，3-12的規(guī)定表3-11 換熱管外伸長度 mm 換熱管外徑 d16伸出長度 槽 深 K 0.5表3-12換熱管外伸長度 mm 換熱管規(guī)格外徑25 換熱管最小伸出長度 =1.5 =2.5 槽深 K 23.7其他各部件結(jié)構(gòu) 3.7.1折流板和支持板常用的

19、折流板和支持板的形式有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種，本設(shè)計(jì)中采用25%的單弓形折流板，如圖2-5圖2-5 單弓形介質(zhì)流動圖 3.7.1.1折流板尺寸弓形折流板缺口高：折流板最小厚度按表3-13規(guī)定，由于在之前的設(shè)計(jì)中選取了折流板的間距為200mm，故這里查表，可得最小厚度為4mm。 表3-13折流板最小厚度 mm 公稱直徑DN換熱管無支撐跨距L 折流板或支撐板最小厚度 400 43.7.1.2折流板管孔：選用級換熱器標(biāo)準(zhǔn)表3-14 級管束管口直徑及許用偏差mm換熱管外徑25管孔直徑25.8許用偏差取管孔直徑為。3.7.1.3折流板外直徑：按表3-15規(guī)定表3-15 板外直徑及允許偏差mm公稱直徑 4

20、00折流板名義外直徑 DN-3.5折流板外直徑允許偏差 3.7.1.4折流板的布置一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)出口接管，其余折流板按等距布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的尺寸可按下式計(jì)算： 式中：殼程接管的最小尺寸，mm； 防沖板長度，mm；折流板按等間距布置，取L=200mm，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)出口接管，因換熱器殼程為石腦油液體，因此折流板需要開通液孔，位置為缺口位置垂直左右的折流板的最低處，如圖圖3-6折流板液孔圖 3.7.2拉桿、定距管3.7.2.1拉桿的結(jié)構(gòu)形式：常用的拉桿形式有兩種，由于換熱管的外徑等于25mm19mm，故本設(shè)計(jì)選用拉桿定距結(jié)構(gòu)，如圖3-7圖3

21、-7拉桿定距管結(jié)構(gòu) 3.7.2.2拉桿的尺寸：如圖3-8圖3-8表3-16拉桿的尺寸 mm拉桿直徑d拉桿螺紋公稱直徑 10 10 13 121215161620 a)拉桿尺寸通過圖3-8，表3-16確定b) 拉桿的長度L按換熱器管長需要設(shè)定 c) 拉桿的布置應(yīng)盡量布置在管束的外邊緣 3.7.2.3 拉桿的直徑和數(shù)量：按表3-17，表3-18選用表3-17 拉桿直徑選用表 mm 換熱管外徑d 25 拉桿直徑 16 表3-18拉桿數(shù)量選用表拉桿直徑d公稱直徑DN 16 4取拉桿直徑為16mm，拉桿數(shù)量為4. 3.7.3防沖板根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在殼程設(shè)置防沖板，以減少氣流的不均勻分布和對換熱管管端的沖蝕

22、。防沖板表面到圓筒內(nèi)壁的距離，一般為接管外徑的1/41/3，取距離為50mm；防沖板的直徑和邊長，應(yīng)大于接管外徑50mm，取防沖板直徑為250mm；防沖板的最小厚度：碳鋼為4.5mm，不銹鋼為3mm，取厚度為6mm。防沖板的固定形式：a) 防沖板的兩端焊在定距管或拉桿上，也可同時(shí)焊在靠近管板的第一塊折流板上； b) 防沖板焊在圓筒上； c) 用U形螺栓將防沖板固定在換熱管上。 3.7.4沉降管設(shè)計(jì)由，得根據(jù)實(shí)際情況選下沉管為273×9.5，管子材料為A3鋼。 3.5換熱管下箱設(shè)計(jì)材料：16MnR厚度：，管箱長度：l=800mm，管箱內(nèi)徑： 3.7.6座選取按JB4712選用BI型，1

23、20°包角，焊接，單筋，帶墊板。第四章 強(qiáng)度的計(jì)算與校核下面對換熱器各部件進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核: 圓筒計(jì)算圓筒由鋼板卷制而成，故查得鋼壁厚為10mm，則內(nèi)徑為380 mm。 取焊縫系數(shù)=0.85，筒體計(jì)算厚度按下式計(jì)算:設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：根據(jù)鋼材規(guī)定名義厚度要6mm，所以取到有效厚度：其中C1為GB709鋼板負(fù)偏差，C2=3mm為題目所給設(shè)計(jì)參數(shù)。4.2壓力實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核液壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力由GB150-1989式（1-5）確定： ,取兩者中的較大值。 -設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力，Mpa； 實(shí)驗(yàn)溫度下的材料許用應(yīng)力， Mpa。 壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)，圓筒的薄膜應(yīng)力按下式計(jì)算： 在進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)

24、，圓筒的薄膜應(yīng)力不得超過試驗(yàn)溫度下材料屈服點(diǎn)的90，即，符合要求。4.3最大工作壓力和計(jì)算應(yīng)力 最大許用工作壓力： 設(shè)計(jì)溫度下的圓筒筒壁計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算： ，滿足應(yīng)力要求。4.4封頭設(shè)計(jì)計(jì)算受內(nèi)壓的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度按下式計(jì)算（GB150-1989，式5-2） 封頭設(shè)計(jì)壁厚：按GB6654-1996 ，鋼板負(fù)偏差：C1=0.6mm封頭名義厚度：根據(jù)鋼材規(guī)定名義厚度要5mm，所以取到封頭有效厚度：橢圓形壓力按下式確定（GB150-1989，式5-3）：4.5管板設(shè)計(jì)計(jì)算 4.5.1換熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力 換熱管的回轉(zhuǎn)半徑 查GB151-1989附錄H管子特性表： 系數(shù)：換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度： 從

25、而有：所以換熱管的穩(wěn)定需用應(yīng)力為： 4.5.2結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算a) 墊片壓緊力作用中心圓直徑DG參照J(rèn)B4705-92非金屬軟墊片標(biāo)準(zhǔn)，取墊片內(nèi)徑404mm，外徑444mm，墊片寬度N=40mm。查表9-1中1-a得：當(dāng)b0>6.4mm時(shí)，b=墊片壓緊力作用中心圓直徑：b) 面積計(jì)算 隔板槽兩側(cè)換熱管之間管排中心距Sn=32mm 鄰近隔板槽一側(cè)的一排換熱管根數(shù)=12，管間距S=32 mm 對于三角形排列，布管區(qū)未能被換熱管支承的面積: 殼程圓筒內(nèi)徑面積：殼程圓筒金屬橫截面積： 查GB151-1989附錄H，一根換熱管金屬橫截面積a=144.51mm2。則有：na=94144.51=1358

26、3.94mm2管板開孔后面積： mm2c)管板布管區(qū)域當(dāng)量直徑管板區(qū)域面積： 布管區(qū)當(dāng)量直徑： 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比：d)系數(shù)計(jì)算 按GB150第7章，查表7-5，殼體法蘭應(yīng)力參數(shù)Y=4.75 4.5.3法蘭力矩算基本法蘭計(jì)算力矩Mm：查GB150-89表7-2得： y=11，m=2.0 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計(jì)算： 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計(jì)算： 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按下式計(jì)算： 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按下式計(jì)算： 需要的螺栓面積取較大值，即實(shí)際使用的螺栓總面積：法蘭力矩的力臂：基本法蘭力矩： 4.5.4管程壓力操作工況下法蘭力拒Mp 螺栓中心

27、至作用位置處的徑向距離: 螺栓中心至作用位置處的徑向距離：螺栓中心至作用位置處的徑向距離： 作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體靜壓軸向力： 流體靜壓總軸向力-作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體靜壓軸向力： 法蘭墊片壓緊力： 法蘭操作力矩： 4.5.5換熱管與殼體圓筒的熱膨脹應(yīng)變形差Y假定換熱器制造環(huán)境溫度為15 89.345 3.54Mpa 4.5.6管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) 法蘭寬度： , ， 查GB151-1999 圖26得 管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：其中法蘭材料：采用16Mn彈性模量（根據(jù)插入法） , 4.5.7管子加強(qiáng)系數(shù)a)已知管板名義厚度，管板腐蝕余量：管板殼程側(cè)焊接結(jié)構(gòu)槽深3mm管板有效

28、厚度，即校核中的計(jì)算厚度換熱管的有效長度：b)管子加強(qiáng)系數(shù)K c)管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度4.5.8旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù) a)殼體法蘭與圓筒旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) 已知?dú)んw法蘭管板延長部分厚度,殼體厚度， 查GB151-1989圖3-15， b)旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)管束模數(shù)：c)確定系數(shù)由K=3.69,=0.032 查GB151 圖3-16，管板第一彎矩系數(shù)：,圖3-18，K=3.69，Q=0.96，查GB151圖3-17，管板第二彎矩系數(shù)：圖3-19， 法蘭力矩折減系數(shù)：令管板邊緣力矩變化系數(shù)：法蘭力矩變化系數(shù)：=0.6784.6設(shè)計(jì)條件不同危險(xiǎn)組合工況的應(yīng)力計(jì)算 4.6.1只有殼程設(shè)計(jì)壓力，無管程設(shè)計(jì)

29、壓力，不計(jì)膨脹變形差殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力, 當(dāng)量壓力組合： 有效壓力組合：基本法應(yīng)力矩系數(shù)： 管板邊緣力矩系數(shù)： 管板切邊緣力矩系數(shù)： 管板總彎矩系數(shù)： 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：管板徑向應(yīng)力系數(shù)：管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力系數(shù)：殼體法蘭力矩系數(shù)：以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核：令管板徑向力：管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力： 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力：殼體法蘭應(yīng)力： 殼程圓筒軸向應(yīng)力： 換熱管軸向應(yīng)力：根據(jù)GB151，脹接長度?。簱Q熱管與管板連接拉脫應(yīng)力： 4.6.2只有管程設(shè)計(jì)壓力，無殼程設(shè)計(jì)壓力，不計(jì)膨脹變形差管程設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力，當(dāng)量壓力組合：有效壓力組合：法應(yīng)力矩系數(shù)：管板邊緣力矩系數(shù)：管板

30、邊緣切力矩系數(shù)：管板總彎矩系數(shù)：系數(shù)：管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)： 管板徑向應(yīng)力系數(shù)：管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力系數(shù)： 殼體法蘭力矩系數(shù)： 以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核：令管板徑向應(yīng)力： 管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力： 管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力： 殼體法蘭應(yīng)力： 殼程圓筒軸向應(yīng)力：換熱管軸向應(yīng)力（位于管束周邊處換熱管軸向應(yīng)力）： 根據(jù)GB151，脹接長度?。?換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力： 4.6.3只有殼程設(shè)計(jì)壓力，無管程設(shè)計(jì)壓力，計(jì)膨脹變形差. 管板邊緣切應(yīng)力矩系數(shù)：管板總彎矩系數(shù)：查GB151 圖31（a）,管板徑向應(yīng)力系數(shù)： 以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核：令 根據(jù)GB151第3.8.2.3a條規(guī)定，脹接長度取

31、： 換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力： 4.6.4 只有管程設(shè)計(jì)壓力,無殼程設(shè)計(jì)壓力,計(jì)入膨脹變形 ，當(dāng)量壓力組合：有效壓力組合：法應(yīng)力矩系數(shù)：管板邊緣力矩系數(shù)：管板邊緣切力矩系數(shù)：管板總彎矩系數(shù)：查GB151圖31（a）： 管板徑向應(yīng)力系數(shù)： 以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核令 管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力： 殼體法蘭應(yīng)力： 根據(jù)GB151第3.8.2.3a條規(guī)定，脹接長度取： 換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力： 4.7 計(jì)算是否必須安裝膨脹節(jié)管、殼壁溫所產(chǎn)生的軸向力： 壓力作用于殼體的軸向力： 壓力作用于管子的軸向力： 則： 根據(jù)GB151-1999規(guī)定： 拉脫力： 條件成立，所以不需要膨脹節(jié)。4.8 接管、接管法蘭以及開孔補(bǔ)強(qiáng) 4.8.1 殼程接管、法蘭由熱流體的參數(shù)：取0.11可得接管直徑：取接管伸出長度150mm，即需要兩個(gè) 4.8.2 管箱接管、法蘭由冷流體的參數(shù)：取0.11可得接管直徑：取接管伸出長度150mm，即需要兩個(gè)的接管法蘭 4.8.3 以殼程開孔補(bǔ)強(qiáng)為例進(jìn)行計(jì)算筒體：Q235-B 接管：20R 補(bǔ)強(qiáng)圈：16MnR 開孔直徑：用等面積法補(bǔ)強(qiáng)：開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： (1)有效寬度B，取兩者中的大者 取大者，所以 (2)有效高度 a.外側(cè)高度：取兩者中較小者 b.內(nèi)側(cè)高度：取兩者中較小者 (3)有效補(bǔ)強(qiáng)面積