固定管板式換熱器機(jī)械設(shè)計

1、三明學(xué)院課程設(shè)計固定管板式換熱器機(jī)械設(shè)計指導(dǎo)教師：鄒志明教授08 化工 200807611* #時間：2011/5/162011/5/23固定管板式換熱器機(jī)械設(shè)計目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 固定管板式換熱器機(jī)械設(shè)計-1 -刖曰-2 - HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 設(shè)計計算-3 - HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 1、 工藝條件-3 - HYPERLINK l bookmark28 o Current

2、Document 2、計算-3 -管子數(shù)n- 3-管間距的確定-3 -換熱器殼體直徑的確定-3 -換熱器殼體壁厚的計算-4 -換熱器封頭選擇-4 -容器法蘭的選擇-4 -管板尺寸的確定-5 -管子拉脫力計算-5 -計算是否安裝膨脹節(jié)-6 -折流板設(shè)計-7 -(11 )開孔補(bǔ)強(qiáng)-8 - HYPERLINK l bookmark70 o Current Document (12 )支座-8 - HYPERLINK l bookmark77 o Current Document (13)管箱-8 -(14 )殼程接管-8 - HYPERLINK l bookmark81 o Current Docu

3、ment 參考文獻(xiàn)-10 -前言換熱器是化工、石油、動力、冶金、交通、國防等工業(yè)部門重要工藝設(shè)備之一， 其正確的設(shè)置，性能的改善關(guān)系各部門有關(guān)工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性以及能源的有效 利用與節(jié)約，對國民經(jīng)濟(jì)有著十分重要的影響。換熱器的型式繁多，不同的使用場合使用目的不同。其中常用結(jié)構(gòu)為管殼式， 因其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、選材廣泛、清洗方便、適應(yīng)性強(qiáng)，在各工業(yè)部門應(yīng)用最 為廣泛。固定管板式換熱器主要由殼體、換熱管束、管板、前端管箱（又稱頂蓋或封頭） 和后端結(jié)構(gòu)等部件組成。管束安裝在殼體內(nèi)，兩端固定在管板上。管箱和后端結(jié)構(gòu) 分別與殼體兩端的法蘭用螺栓相連，檢修或清洗時便于拆卸。換熱器設(shè)計的優(yōu)劣最 終要看是

4、否適用、經(jīng)濟(jì)、安全、運行靈活可靠、檢修清理方便等等。一個傳熱效率 高、緊湊、成本低、安全可靠的換熱器的產(chǎn)生，要求在設(shè)計時精心考慮各種問題 準(zhǔn)確的熱力設(shè)計和計算，還要進(jìn)行強(qiáng)度校核和符合要求的工藝制造水平。設(shè)計計算1、工藝條件組別C名稱管程殼程物料名稱循環(huán)水甲醇工作壓力0.45MPa0.05MPa操作溫度40 C70 C推薦鋼材20,Q235 A, 16MnR殼體內(nèi)徑1000換熱面積135 m 2管長何25 mm3m2、計算(1)管子數(shù)n選二H -二5的無縫鋼管，材質(zhì)20號鋼，管長3m。因為135所以71 = 637 許艮)曲均L 3.14 X 0.0225 X 3采用正三角形排列，正三角形排列比

5、較緊湊，在一定的殼徑內(nèi)可排列較多的管 子，且傳熱效果好，但管外清洗較為困難。而正方形排列，管外清洗方便，適用于 殼程中的流體易結(jié)垢的情況，其傳熱效果較正三角形差些。以上排列方式中最常用 的是正三角形錯列，用于殼側(cè)流體清潔，不易結(jié)垢，后者殼側(cè)污垢可以用化學(xué)處理 掉的場合。由表7-4查得層數(shù)為14,換熱器內(nèi)管子總根數(shù)為721，由表7-10，拉桿 數(shù)為10，所以實際管數(shù)711根。管間距的確定由表7-5，取管間距二=3,土頌一。換熱器殼體直徑的確定Di = a(b- 1) + 2do式中D：換熱器內(nèi)徑，mm；:正六角形對角線上的管子數(shù)，查表7-4,取=客;最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離，取力=土。故

6、上=空、21-二=*mm圓整后取殼體內(nèi)徑上二rCM】-換熱器殼體壁厚的計算材料選用20R鋼，計算壁厚為式中 二計算壓力，取-% = LL=:. = S.Z：F二耳=1000mm； = 0.80(單面焊局部無損檢測)；kT = 133MPa(殼壁溫度取7g;故0.5 X 10003 = 2.4(mm)2 X 133 X 0.80 - 0.5因為：= -，所以??；=-O腐蝕裕量 =1.2-：-：，查表4-9得=二二。圓整后??；.=商5二二。換熱器封頭選擇左右封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T 4746-2002標(biāo)準(zhǔn)，封頭為 D-MW , =5，曲面高度二二:,直邊高度，如圖2-1所示，材料 選

7、用20R鋼。容器法蘭的選擇材料選用16MnR。根據(jù)JB/T 4701-2000標(biāo)準(zhǔn)，選用二門；：，二=6二-%的凹凸密封面甲型平焊法蘭。法蘭尺寸如圖2-2所示。圖2-2容器法蘭圖2-1換熱器封頭圖2-3管板(7)管板尺寸的確定選用固定式換熱器管板，(8)管子拉脫力計算并兼作法蘭，材料選用20R,尺寸如圖2-3所示。計算數(shù)據(jù)按表1選取。表1項目管子殼體操作壓力/MPa0.450.05材質(zhì)20鋼20R線膨脹系數(shù)/(1/C)11.2 X 10-611.2 X 10-6彈性模量/MPa0.205 X 1060.205 X 106許用應(yīng)力/ MPa130133尺寸/mm025 X 2.5 X 25000

8、1000 X 4.5管子根數(shù)711管間距/mm32管殼壁溫差/CAt = 30管子與管板的連接方式普通脹接脹接長度/mm1 = 482.0許用拉脫力/ MPa 在操作壓力下，管子每平方米脹接周邊上所受到的力Pf* ndol其中= 0.866a2 -0.866 X 322 - X 252 = 396(mm0.45 X 396 =0.047MP& 3.14 X 25 X 48溫差應(yīng)力導(dǎo)致管子每平方米脹接周邊上所受到的力其中Ae = r;D6n = n X 1004.5 X 4.5 = 14194(mm2) 4 = 必必(252 - 202) x 711 = 125580mm211.2 X ID-6

9、 X 0.205 X 106 X 301255801+ 14194Ut t r 匚匚 an=7.0 X (252 - 202)at = = 0.33MPa4 X 25 X 48由已知條件可知，七與心的作用方向相同，都使管子受壓則管子的拉脫力:q=七二=0.377MPa q=2.0MPa因此，拉脫力在許用范圍內(nèi)。(9)計算是否安裝膨脹節(jié)管、殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力二：二=二.二=rssm =京-Q 13-(N)壓力作用于殼上的軸向力-：Fs=+ajf!- uTi j*-其中Q = S (球-ndP2 + ndQ - 23t)2Pt=(10002 - 711 X 25勺 X 0.05 + 711 X

10、(25 - 2 X 2.5)2 X 0.45=0.122 x 106(N)0.122 X IO6 X 14194 =0.012 X 106(N)14194 + 125580壓力作用于管子上的軸向力二:A3 +0.122 x IO6 x 125580=0.11 X 106(N)14194+ 1255800.879 x IO6 + 0.012 x 10s=62.8(MPa)125580-0.B79 X 106 + O.11 X 106=-6.1 (MPa)125580根據(jù)GB 151-1999管殼式換熱器% = 62.8(MPa) 20t7 = 226(MPa)氣=-6.1MPa 2|ffJ =

11、260(MPa)q q=2.0MPa條件成立，故本換熱器不必安裝膨脹節(jié)。(10)折流板設(shè)計折流板為弓形，33也=日耳=3 X 1000 = 750(tntn)折流板間距取600mm;由表7-7查得折流板最小厚度為6mm,由表7-9查得折流 板外徑為995.5mm，材料為Q235-A鋼，如圖2-4所示。拉桿選用工，共10根，材料為Q235-A鋼。開孔補(bǔ)強(qiáng)換熱器殼體和封頭上的接管處開孔需要補(bǔ)強(qiáng)，常用的結(jié)構(gòu)是在開孔外面焊上一 塊與容器壁材料和厚度都相同，即4.5mm厚的20R鋼板。其補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。支座采用鞍座，根據(jù)JB/T 4712-92，鞍座DN B I 1000-S，材料選用Q235-A。管箱由于殼層為甲醇，較清潔，可選結(jié)構(gòu)為封頭管箱，結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。(14 )殼程接管殼層接管在入口處加以擴(kuò)大，做成喇叭形，起緩沖效果，或者在換熱器進(jìn)口處 設(shè)置擋板。弓形處管子25.