第四组换热器计算书.

《化工设备设计基础》课程设计计算说明书学生姓名：学号：所在学院：专业：设计题目：指导教师：2012年月日1目录一.设计任务书…………………………………………………………2二.设计参数与结构简图………………………………………………4三.设备的总体及结构设计……………………………………………5四.强度计算……………………………………………………………9五.设计小结…………………………………………………………..15六.参考文献…………………………………………………………..152一、设计任务书1、设计题目设计题目：(题号3)换热器（F=16m2）设计2、设计任务设计参数：管程壳程介质氯甲苯水工作压力MPa0.10.2设计压力MPa0.10.25工作温度℃13138设计温度℃13138换热面积m216题号换热面积（㎡）管板厚度(mm)规格壳体内径×换热管长度(mm)换热管尺寸41634Dg400×2000φ25x2接管表物料进口物料出口排液口排气口管程壳程管程壳程Dg50Dg80Dg50Dg80Dg25Dg202.1设备的总体设计1、按照设备条件设计要求，确定设备型式(卧式、立式)；2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目；3、根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径；34、根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流板间距；5、根据介质特性，确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。2.2设备的机械强度设计计算1、筒体的强度计算；2、封头的强度计算；3、开孔补强计算；按等面积补强法进行计算。补强圈或加强管补强也尽可能采用标准件。4、法兰的选型或设计；根据公称直径、公称压力确定标准设备法兰，同样根据公称直径、公称压力选用管道法兰标准（HG），确定法兰尺寸。5.水压试验应力校核。2.3换热器装配图绘制（1）完成换热设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。（2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。3、参考资料：[1]董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，2003.[2]全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]．[3]GB150.1~150.4-2011.钢制压力容器[S]．[4]郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002.[5]GB151-1999《管壳式换热器》[S]．4、文献查阅要求设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。5、设计成果1、提交设计说明书一份。2、提交换热器装配图一张(A1)。4（例题）二.设计参数与结构简图1、设计参数本课程设计的设计参数管程壳程介质氯甲苯水工作压力MPa0.10.2设计压力MPa0.10.25工作温度℃13138设计温度℃13138换热面积m2162、结构简图（手画）图1换热器结构简图5三.设备的总体设计及结构设计1、换热器的总体设计根据换热器设计条件要求，考虑压差、温差等因素，由于温差高（50℃），确定换热器设备的型式为浮头式，程数为双程。（1）根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目①。换热面积0FndL，式中：0d--换热管外径；L--换热管长度（扣除伸入管板内长度），对U形管，不包括弯管段面积；n--换热管数目0FndL102取n为102根（2）根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径。拉杆的数量与筒体直径及拉杆直径有关，根据GB151表拉杆直径（mm）换热管外径1014192532384557拉杆直杆1012121616161616表拉杆数量公称直径DNmm拉杆直径mm＜400≥400~＜700≥700~＜900≥900~＜1300≥1300~＜1500≥1500~＜1800≥1800~＜200010461012161824124481012141816446681012本设计换热器换热管：φ25x2选取拉杆数量为：4选取拉杆直径为：16mm（3）根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流板间距。选取折流板为弓形结构。6取缺口方向（卧式换热器）——水平上下布置：根据折流板的最小厚度公称直径DN换热管无支撑跨距≤300＞300~≤600＞600~≤900＞900~≤1200＞1200~≤1500＞1500折流板最小厚度＜40034581010400~700456101012＞700~＜900568101216＞900~＜15006810121616＞1500~＜2000—1012162020取折流板管厚度尺寸为5mm;间距为400mm。（4）根据介质特性（介质的腐蚀性、设计压力、设计温度），确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。由于介质氯甲苯有腐蚀性选取壳程筒体、管板、壳程接管材料Q235B；换热管、管程接管材料为16Mn；管箱壳体、设备法兰为Q235B；鞍座：Q235B。（壳体、接管材料的许用应力按照《化工设备机械基础》表8-7查并列表）（5）设备法兰的型式及尺寸选用，管法兰等零部件选型。a.工艺接管物料进口物料出口排液口排气口管程壳程管程壳程Dg50Dg80Dg50Dg80Dg25Dg20b.压力容器法兰和接管法兰（改下尺寸、标准号、公称压力）就好了压力容器法兰的选取按照《化工设备机械基础》选JB/T4700～4707-2000标准。（按照《化工设备机械基础》（p263）写出选取过程）容器法兰选取结果如下表：设备法兰MFM600-0.25JB/T4703-2000材料20R管法兰选取结果汇总：管程进料管法兰HG20594法兰SO50-0.6RF材料20II管程出料管法兰HG20594法兰SO50-0.6RF材料20II7壳程进料管法兰HG20594法兰SO80-0.6RF材料0Cr18Ni9II壳程出料管法兰HG20594法兰SO80-0.6RF材料0Cr18Ni9II排液口管法兰HG20594法兰SO25-0.6RF材料0Cr18Ni9II排气口管法兰HG20594法兰SO20-0.6RF材料20II（6）鞍座选取鞍座的选取根据参照《化工设备机械基础》确定鞍座各尺寸。（7）焊接接头形式和和焊接材料的选取焊接接头形式的选取参照《化工设备机械基础》第十四章第二节（p367-377），标准为HG20583-2011，A、B类焊接接头按照HG20583-2011中DU4，D类焊接接头按照HG20583-2011中G2，带补强圈D类焊接接头按照JB/T4736-2002中C，焊接材料的选取参照第十四章《化工设备机械基础》第四节（p379-382），标准GB/T5117-95、GB/T5118-95GB/T983-95焊接接头的检验《化工设备机械基础》第十四章第三节(p378)（8）压力容器类别的划分压力容器类别的划分按《压力容器安全技术监察规程》，本设计换热器为低压换热设备，介质中毒危害介质，故划分为一类压力容器。8四、强度计算1、换热器壳程筒体壁厚计算圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1计算壁厚：2[]citcpDp（4-1）式中：筒体的理论计算壁厚，mmpc：筒体的计算压力，MPaDi：筒体内径，mm[]t：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：nC；（4-2）12CCC；enC；式中n：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；e：有效厚度；查表《化工设备机械基础》表8-7Q235B的许用应力[]t=115MPapc：取筒体的设计压力，0.25MPa9焊缝为双面焊，局部射线检测，=0.85代入数据到式（4-1）得：2[]citcpDp=0.512mmC1=0mmC2=0mm代入数据到式（4-2）得：名义厚度：nC=1mm按换热器最小厚度min要求取n=8mm2、换热器管程筒体壁厚计算管程圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1计算壁厚：2[]citcpDp（4-1）式中：筒体的理论计算壁厚，mmpc：筒体的计算压力，MPaDi：筒体内径，mm[]t：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：nC；（4-2）12CCC；enC；式中n：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；e：有效厚度；换热器管箱筒体材料取20R，管程设计压力0.1MPa查表《化工设备机械基础》表8-616Mn的许用应力[]t=180MPa10pc：取管程的设计压力，0.1MPa焊缝为双面焊，局部射线检测，=0.85代入数据到式（4-1）得：2[]citcpDp=0.131mmC1=0mmC2=0mm代入数据到式（4-2）得：名义厚度：nC=1mm按换热器最小厚度min要求取n=8mm3、换热器管程封头的强度计算（封头的设计参照第八章第二节p175-185）。封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式7-1计算壁厚：2[]0.5citcpDp（4-3）式中：封头的理论计算壁厚，mmpc：封头的计算压力，MPaDi：封头内径，mm[]t：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：nC；12CCC；enC；式中n：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；11e：有效厚度；换热器管箱封头材料取20R，管程设计压力0.1MPa查表《化工设备机械基础》表8-6Q235b的许用应力[]t=111MPapc：取封头的设计压力，0.1MPa焊缝为双面焊，100%射线检测，取=1代入数据到式（4-3）得：2[]0.5citcpDp=0.180mmC1=1mmC2=0mm代入数据到式（4-2）得：名义厚度：nC=2mm按标准椭圆封头最小厚度min〉0.15%Di要求取n=6mm查《化工设备机械基础》(p196)选标准椭圆形封头JB/T4746-2002封头直边高度h0取25mm封头高度h取150mm3)开孔补强计算开孔补强结构选用JB/T4736-2002补强圈结构，补强圈尺寸按照《化工设备机械基础》p327（列出所选尺寸），焊接坡口尺寸选《化工设备机械基础》第十四章第二节p375C型。开孔补强计算采用等面积补强法，其公式参照第十二章第一节（p326-p335）。例：a开孔补强计算：公称压力0.6MPa，公称直径50mm，标准号为HG20594-95接管￠573.5(p302)材料：20a.开孔所需补强面积；A=d+2et(1-rf)（4-4）式中rf：强度削弱系数d：开孔直径mm12：塔体的计算壁厚mmet：接管的有效厚度mmd=di+2Ct=(57-7)+2(1+0)=52mmet=nt-Ct=3.5-1=2.5mm筒体材料：20R[]t=137MPa接管材料：20[]tt=137MPattrtf=137137=1代入式（4-4）A=d+2et(1-rf)=520.69=mm2b.有效补强范围内的补强面积：①有效补强范围有效宽度：B=2d=252=104mm外伸高度：h1=ntd=523.5=mm内伸高度：h2=0mm②壳体多余截面积A1=(B-d)(e-)-2et(e-)(1-rf)（4-5）代入式（4-5）A1=mm2③接管多余截面积A2=2h1(et-t)rf+2h2(et-C2)rf（4-6）接管计算厚度t=2[]citcpdp=0.150213710.1=mm式中di：接管内直径mmdi=57-7=50mm代入式（4-6）A2=2h1(et-t)rf+2h2(et-C2)rf=mm213④焊缝金属截面积A3=66=36mm2A1+A2+A3A满足不另行补强条件，所以不需补强。其它开孔直径比人孔直径要小，故不需再进行开孔计算（如计算结果