固定管板式换热器

I固定管板式换热器的设计学生：库勇智，化学与环境工程学院指导教师：王小雨，江汉大学摘要换热器是用来在流体间交换热量的装置，在化学专业中具有非常重要的地位，被使用于化工各行业中。由于其中固定管板式换热器管板和壳体是一体构造，具有结构简单、造价十分便宜的优点，所以被普遍的使用。这篇设计说明书上面着重说明了换热器的换热面积、各个设计压力和设计温度以及接管等数据参数。根据上面所给的数据和换热器类型来对换热器的各个零部件，即换热管根数，尺寸、排列方式，壳体和管箱、封头等等，最后校核、压力试验，根据工艺结构选出材料，最后作图。本设计说明书的每一部分都是完全参照GB150-2011《压力容器》和GB151-2014《热交换器》中固定管板式换热器的有关标准来计算、校核和选型的。关键词管壳式换热器；固定管板式换热器；加热器IIAbstractHeatexchangerisadeviceforexchangingheatbetweenthefluidsandinchemistryhasaveryimportantposition,isusedinthechemicalindustry.Becauseofthefixedtubeplateheatexchangertubeplateandtheshellisanintegralstructure,withhastheadvantagesofsimplestructure,lowcostadvantages,sobewidelyuse.Thedesignspecificationaboveillustratesthechangeoftheheatexchangeareaoftheheatexchanger,eachdesignpressureandtemperatureandoverdataparameters.Accordingtothedatagivenaboveandtheheatexchangertypeheatexchangerparts,i.e.theheatexchangetubenumber,size,arrangement,shellandtubebox,head,andsoon,finallychecking,pressuretest,selectedaccordingtoprocessstructurematerials.Finally,drawing.ThedesignspecificationisstrictlyaccordingtoGB150-2011pressurecontainerandheatGB151-2014exchangerisfixedtubeplateheatexchangeroftherelevantprovisionsofthecalculation,selectionandchecking.KeywordsShellandtubeheatexchanger；fixedtubeheatexchanger；heaterIII目录摘要--------------------------------------------------------1目录--------------------------------------------------------3符号说明------------------------------------------------------5第一章绪论---------------------------------------------------6第1.1节换热器的分类-----------------------------------------6第1.2节固定管板式换热器的特点-------------------------------6第二章换热器的工艺设计---------------------------------------7第2.1节各部件的材料-----------------------------------------7第2.2节换热器的工艺条件-------------------------------------7第2.3节估算设备尺寸-----------------------------------------8第三章结构强度设计与校核------------------------------------9第3.1节壳体和管箱的厚度计算--------------------------------9第3.2节封头的计算------------------------------------------11第3.3节垫片------------------------------------------------12第3.4节螺栓------------------------------------------------12第3.5节法兰------------------------------------------------13第3.6节开孔补强的计算--------------------------------------14第3.7节压力试验--------------------------------------------15第四章零部件的选型-----------------------------------------16第4.1节换热管的型式和尺寸----------------------------------16第4.2节折流板----------------------------------------------17第4.3节定距管和拉杆----------------------------------------18第4.4节防冲板----------------------------------------------19第4.5节接管------------------------------------------------20第4.6节管箱------------------------------------------------22IV第4.7节管板的结构尺寸--------------------------------------22第4.8节封头------------------------------------------------23第4.9节螺栓的选型------------------------------------------24第4.10节鞍座的选取-----------------------------------------24第五章换热器的连接形式-------------------------------------26第5.1节传热管与管板的连接----------------------------------26第5.2节管板与壳体的连接------------------------------------27第5.3节管板与法兰的连接------------------------------------28第六章换热器的制造、检验及安装-----------------------------28第6.1节总体制造工艺----------------------------------------28第6.2节筒体的制造------------------------------------------29第6.3节封头的制造------------------------------------------30第6.4节管板的制造------------------------------------------31第6.5节管束的制造------------------------------------------31第6.6节折流板的制造----------------------------------------32第6.7节换热器的质量检测------------------------------------32第6.8节装配------------------------------------------------32第6.9节油漆、包装------------------------------------------33总结---------------------------------------------------------34致谢---------------------------------------------------------34参考文献-----------------------------------------------------35V符号说明符号意义单位[σ]t许用应力MPaσt计算应力MPaC厚度附加量mmC1钢材厚度偏差mmC2腐蚀裕量mmDi圆筒内直径mm[Pw]t最大允许工作压力MPaPc计算压力MPaE材料的弹性模量Paф焊缝系数——δ计算厚度mmδd设计厚度mmδn名义厚度mmδe有效厚度mmm垫片系数mmye比压力MPaA补强截面积mm2B补强有效宽度mmF压力NK椭圆形封头形状系数——M力矩N.mm1第一章绪论换热器的工作原理是换热器中管程、壳程流体由于温度不同而产生热交换，流体来达到升高或降低温度的目的。在我们熟悉和掌握它的特点，以及按照它的相关的一些生产方法，才可以对换热器进行合理的设计和选型。目前换热器在我国化工行业中得到广泛的应用，所以其制造工艺的提高、设计的优化可大大提高化工企业的效益。1.1换热器的分类换热器根据工作原理、结构特点及使用用途进行分类，常见的分类方法如下图1-1所示：换热器的分类间壁式换热器蓄热式换热器混合式换热器套管式换热器管壳式换热器板式换热器螺旋板式换热器交叉流换热器图1-1换热器的分类1.2固定管板式换热器的特点常见的固定管板式换热器结构特点如下图1-2所示，管束和管板相连，管板和壳体焊接在一起。优点：结构简单、制造价格低廉、承压能力强、结构紧凑，管程的清洗比较方便，管子损坏时更换方便；缺点：管束和壳体壁温相差很大时会产生的热应力。这种换热器一般用于物料清洁以及不容易结垢并清洗方便、管程与壳程温差不大或者壳体中流体压力不是很高小于600kpa的场合。2图1-2固定管板式换热器结构图固定管板式换热器制造及检验应符合GB150-2011《压力容器》，GB151-2014《管壳式换热器》中的标准来进行。第二章换热器的工艺设计2.1各部件的材料固定管板式换热器的主要零部件选用的材料如下表2-1：表2-1选材元件名称材料状态标准号供货状态壳体Q245R板材GB9948固溶换热管20管材GB/T13296-2007固溶管板Q345R锻件2014E-46-02固溶管箱Q245R板材GB713-2007固溶管箱法兰Q245R板材HG20592-2009固溶壳程接管20板材GB/T9948-2006固溶筒体法兰Q245R锻件HG20592-2009固溶管程接管S30408板材GB/T13296-2007固溶管箱法兰Q245R锻件HG20592-2009固溶2.2换热器的工艺条件设计条件：壳程管程工作介质：蒸汽水设计温度：152℃80℃工作温度:135℃80℃设计压力：0.6MPa0.6Mpa工作压力：0.56Mpa0.58Mpa焊缝系数：0.850.85腐蚀余量：1mm0mm换热面积：15M22.3设备尺寸的估算2.3.1计算传热管数NT用传热管规格为ф25x2.5x2000mm（无缝钢管还有19x2和38x2.5，使用的只用前两种），传热管数NT为：3用小管径可加大传热面积、符合本换热器结构紧凑的特点、耗材少经济实惠、也能提高传