《管壳式换热器机械设计》参考资料

1前言.................................................11.1概述................................................11.1.1换热器的类型......................................11.1.2换热器............................................11.2设计的目的与意义....................................21.3管壳式换热器的发展史................................21.4管壳式换热器的国内外概况............................31.5壳层强化传热........................................31.6管层强化传热........................................31.7提高管壳式换热器传热能力的措施......................41.8设计思路、方法......................................51.8.1换热器管形的设计..................................51.8.2换热器管径的设计..................................51.8.3换热管排列方式的设计..............................51.8.4管、壳程分程设计.................................51.8.5折流板的结构设计..................................51.8.6管、壳程进、出口的设计..........................61.9选材方法.........................................61.9.1管壳式换热器的选型.............................61.9.2流径的选择.....................................81.9.3流速的选择......................................91.9.4材质的选择......................................91.9.5管程结构.......................................92壳体直径的确定与壳体壁厚的计算..................112.1管径............................................112.2管子数n.........................................112.3管子排列方式，管间距的确定......................112.4换热器壳体直径的确定.............................112.5换热器壳体壁厚计算及校核.........................113换热器封头的选择及校核..........................144容器法兰的选择.................................155管板...........................................165.1管板结构尺寸.....................................165.2管板与壳体的连接.................................165.3管板厚度.....................................166管子拉脱力的计算...............................187计算是否安装膨胀节.............................208折流板设计.....................................229开孔补强.......................................2510支座..........................................2710.1群座的设计.....................................2710.2基础环设计......................................2910.3地角圈的设计....................................30符号说明.........................................32参考文献.........................................34小结.............................................352壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1管径换热器中最常用的管径有φ19mm×2mm和φ25mm×2.5mm。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用φ19mm×2mm直径的管子更为合理。如果管程走的是易结垢的流体，则应常用较大直径的管子。标准管子的长度常用的有1500mm，2000mm，2500mm，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m等。换热器的换热管长度与公称直径之比一般为4—25,常用的为6—10选用Φ25×2.5的无缝钢管，材质为20号钢，管长4.5m。2.2管子数nLFnd均(2-1)根均5035.40225.014.3160FLndn其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=503-6=497根2.3管子排列方式，管间距的确定采用正三角形排列，由《化工设备机械基础》表7-4查得层数为12层，对角线上的管数为25，查表7-5取管间距a=32mm.2.4换热器壳体直径的确定lbaDi2)1((2-2)其中壁边缘的距离为最外层管子中心到壳l取dl2，mm8682522)125(32iD，查表2-5，圆整后取壳体内径9iD00mm2.5换热器壳体壁厚计算及校核材料选用20R计算壁厚为：cticpDp][2,(2-3)式中:pc为计算压力，取pc=1.0MPa；iD900mm;=0.9;[]t=92Mpa（设壳壁温度为350°C）将数值代入上述厚度计算公式，可以得知：mm47.51.0-0.92929001.0查《化工设备机械基础》表4-11取2.12Cmm；查《化工设备机械基础》表4-9得25.01Cmm5.47+1.2+0.25=6.92mm圆整后取0.7nmm复验25.042.0%6nmm，最后取25.01Cmm该壳体采用20钢7mm厚的钢板制造。1、液压试验应力校核seeiTTDP9.02)((2-4)MpaPPtT15.1115.115.1(2-5)55.525.02.17Cnemm(2-6)查《化工设备机械基础》附表6-3Mpas245MpaT82.9355.52)55.5900(15.1，Mpas45.1982459.09.09.0可见sT9.0故水压试验强度足够。2、强度校核设计温度下的计算应力MpaDpeeict58.8155.52)55.5900(0.12)(Mpat8.829.092][﹥t最大允许工作压力MpaDPeietw02.155.590055.59.0922][2][(2-7)故强度足够。3换热器封头的选择及校核上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T4746-2000标准，封头为DN900×7，查《化工设备机械基础》表4-15得曲面高度1501hmm，直边高度402hmm，材料选用20R钢标准椭圆形封头计算厚度：mm45.50.15.09.09229000.15.0][2cticpDp(3-1)MpaKDpeietw02.155.55.0900155.59.09225.0][2][(3-2)所以，封头的尺寸如下图：图3-1换热器封头尺寸4容器法兰的选择材料选用16MnR根据JB/T4703-2000选用DN900，PN1.6Mpa的榫槽密封面长颈对焊法兰。查《化工设备机械基础》附表14得法兰尺寸如下表：表4-1法兰尺寸公称直径DN/mm法兰尺寸/mm螺柱D1D2D3D4Dd规格数量900106010159769669635527M2428所以，选用的法兰尺寸如下图：图4-1容器法兰5管板管板除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个重要的受压器件。5.1管板结构尺寸查（《化工单元设备设计》P25-27）得固定管板式换热器的管板的主要尺寸：表5-1固定管板式换热器的管板的主要尺寸公称直径D1D3D4Dbcd螺栓孔数90010601015966963584427245.2管板与壳体的连接在固定管板式换热器中，管板与壳体的连接均采用焊接的方法。由于管板兼作法兰与不兼作法兰的区别因而结构各异，有在管板上开槽，壳体嵌入后进行焊接，壳体对中容易，施焊方便，适合于压力不高、物料危害性不高的场合；如果压力较高，设备直径较大，管板较厚时，其焊接时较难调整。5.3管板厚度管板在换热器的制造成本中占有相当大的比重，管板设计与管板上的孔数、孔径、孔间距、开孔方式以及管子的连接方式有关，其计算过程较为复杂，而且从不同角度出发计算出的管板厚度往往相差很大。一般浮头式换热器受力较小，其厚度只要满足密封性即可。对于胀接的管板，考虑胀接刚度的要求，其最小厚度可按表5-2选用。考虑到腐蚀裕量，以及有足够的厚度能防止接头的松脱、泄露和引起振动等原因，建议最小厚度应大于20mm。表5-2管板的最小厚度换热器管子外径0d/mm≤25323857管板厚度/mm30d/4222532综上，管板的尺寸如下图：图5-1管板6管子拉脱力的计算计算数据按表6-1选取表6-1项目管子壳体操作压力/Mpa0.820.78材质20钢20R线膨胀系数6108.116108.11弹性模量61021.061021.0许用应力/Mpa10192尺寸45005.2257900管子根数497管间距/mm32管壳壁温差/℃50t管子与管板连接方式开槽胀接胀接长度/mml50许用拉脱力/Mpa4.01、在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力pqldpfqp0(6-1)其中39625432866.04866.022202dafmm2(6-2)Mpap82.0,50lmmMpaqp08.0502514.339682.02、温差应力引起的每平方米胀接周边所产生的拉脱力tqldddqoitt4)(220(6-3)其中ststtAAttE1)((6-4)9.19935790714.3n中DAsmm2(6-5).687782497)2025(414.3)(422220nddAitmm2(6-6)Mpat93.229.199356.877821501021.0108.1166由此可知pq，tq作用方向相同，都使管子受压，则管子的拉脱力：q=pq+tq=0.08+1.03=1.11Mpa﹤4.0Mpa(6-7)因此拉脱力在许用范