本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-流量為110t、h的u型管式換熱器的設(shè)計(jì)

摘要2換熱器又被叫熱量交換器，是一種把熱流體的熱量傳遞給冷流體的2設(shè)備，并且實(shí)現(xiàn)化工生產(chǎn)過(guò)程中熱量的交換和傳遞不可缺少的設(shè)備，在工廠中具有重要的意義。管殼式換熱器具有可靠性高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，在各工業(yè)領(lǐng)域中得到最為廣泛的應(yīng)用。U型管式換熱器就是管殼式換熱器的一種，屬石油化工設(shè)備，由管箱、殼體及管束等主要部件組成，因其換熱管成U形而得名。折流板顧名思義是用來(lái)改變流體流向的板，常用于管殼式換熱器設(shè)計(jì)殼程介質(zhì)流道，根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)和流量以及換熱器大小確定折流板的多少。管板，就是在圓形鋼板上鉆出比管子外徑一樣略大一些的孔，是換熱器中起到固定管子以及密封介質(zhì)作用的圓鋼。固定管板換熱器中常用的是U型膨脹節(jié)，它具有結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，補(bǔ)償性好，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。已知條件為：設(shè)計(jì)壓力為管程2.0MPa，殼程1.9MPa，工作溫度管程90℃，殼程180℃，設(shè)計(jì)溫度管程100℃，殼程200℃，管程介質(zhì)為水，殼程介質(zhì)為高溫油。依據(jù)給定條件，查GB151—1999書(shū)第138頁(yè)，通過(guò)試算法獲得總傳熱系數(shù)，所得傳熱面積為73m?？紤]到介質(zhì)特性、其他因素，采用Φ25×2.5的不銹鋼的無(wú)縫鋼管作換熱管，本設(shè)計(jì)采用240根換熱管可滿足換熱量。設(shè)定拉桿數(shù)量為12，計(jì)算得到筒體直徑為DN=700mm。完成了壓降計(jì)算、管壁溫度、傳熱系數(shù)計(jì)算等。強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，依據(jù)GB150進(jìn)行筒體、封頭強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核，依據(jù)流量進(jìn)行入口接管、出口接管等管口直徑的選擇，依據(jù)等面積補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行開(kāi)口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算。本設(shè)計(jì)選擇管板延長(zhǎng)兼做法蘭，依據(jù)GB151中的彈性支撐假設(shè)對(duì)管板進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核，管板與換熱管的連接方式為焊接，拉桿與管板為螺紋連接結(jié)構(gòu)。同時(shí)，進(jìn)行了臥式容器鞍座校核。我設(shè)計(jì)的U型管換熱器每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區(qū)，借助于管箱內(nèi)的隔板分成進(jìn)出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應(yīng)力，結(jié)構(gòu)比浮頭式簡(jiǎn)單，但管程不易清洗。關(guān)鍵字:

換熱器;U形管

;

折流板

；管板AbstractFor

heat

exchanger

was

called

heat

exchanger

is

akind

of

thethermalfluidheattransfertothecoldfluidequipment,andtherealizationofchemicalproductionintheprocessofheatexchangeandtransmissionofessentialequipment,inthefactoryhasimportantsignificance.Shellandtubeheatexchangerhastheadvantagesofhighreliabilityandwideadaptability,andiswidelyusedinvariousindustrialfields.Utypetubeheatexchangerisashellandtubeheatexchanger,isapetrochemicalequipment,fromthetubebox,shellandtubebundlesandothermajorcomponents,becauseofitsheattransfertubeintoaUshapedandnamed.Baffleplateasthenamesuggestsisusedtochangetheflowdirectionoftheplate,commonlyusedinshellandtubeheatexchangerdesignshellmediumflowchannel,accordingtothenatureofthemediumandflowandthesizeoftheheatexchangertodeterminethenumberofbaffles.Tubeplate,isinthecircularplatedrilledthanthepipediameterasslightlylargerholeischangeintheheatexchangertopipefixingandsealingtheroleofthemediabar.FixedtubesheetforheatexchangerincommonisU-typeexpansionjoint,whichhassimpleandcompactstructure,goodcompensatoryandcheappriceadvantage.Forheatexchangerwascalledheatexchangerisafluidheattransferheattothecoldfluidequipmentandknownconditions:designpressure2.0MPapipes,shell1.9mpa,workingtemperaturetubeprocess90DEGC,shellof180DEGC,designtemperaturetubeprocessatatemperatureof100DEGC,shellside200DEGC,monitormediumforwater,shellsidemediumforhightemperatureoil.Accordingtothegivenconditions,theGB151-1999book138thpages,thetotalheattransfercoefficientwasobtainedbytrialcalculationmethod,theheattransferareawas73m2.Consideringthemediumcharacteristicsandotherfactors,thephi25x2.5stainlesssteelseamlesssteeltube

as

heat

transfer

tube

and

the

design

the

240

tube

can

meet

the

heattransfer.Thenumberof

thesetrodis12,

and

thediameter

ofthecylinder

isDN=1000mm.Thecalculation

ofthepressuredrop,thewall

temperatureandheat

transfer

coefficient

werecompleted.

In

thestrength

design

and

GB150basis

for

cylinder

head

design

and

strength

check,

according

to

theflowofinlet

takeover,outletnozzleandorificediameterselection,onthebasisoftheareafillmethodtoanopeningreinforcementcalculation.Thedesign

selectionofpipeplatetoextend

anddotheflange,basedontheelasticsupportGB151assumption

on

thetubeplatedesign

andcheck,tubeplateandheatexchangertube

connection

for

welding,

tie

rod

and

tube

plate

for

the

threadedconnectionstructure.Atthesametime,thehorizontalvesselsaddlecheck.IdesignedtheUtypetubeheatexchangereachtubeisbentinto

a

Ushape,

both

ends

werefixed

in

thesametubeplate

up

and

down

two

areas,with

thetube

box

ofthepartition

into

theimport

and

export

room

two.Theheatexchangercompletelyeliminatesthethermalstress,simplestructurethanthefloat,butthetubeisnoteasytoclean.Keywords:

Heatexchanger;Baffleplate;Flange;Tube-sheet目

錄第一章綜述

11.11.2

換熱器的發(fā)展及用途1換熱器結(jié)構(gòu)形式11.2.11.2.2

換熱器的零部件名稱1換熱器的主要組合部件31.3

間壁式換熱器的類型41.3.11.3.21.3.31.3.41.3.51.3.6

夾套換熱器4沉浸式蛇管換熱器4噴淋式換熱器5套管式換熱器6列管式換熱器6新型高效換熱器81.41.5

換熱器的腐蝕原因及防腐措施11結(jié)論12參考文獻(xiàn)12第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算142.1起始數(shù)據(jù)142.2定性溫度及確定其物性參數(shù)142.3熱量守恒與油流量的計(jì)算152.4管程換熱系數(shù)計(jì)算152.5結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)：172.6殼程換熱系數(shù)計(jì)算172.7傳熱系數(shù)計(jì)算182.82.9

管壁溫度計(jì)算19管程壓降計(jì)算20第三章U型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算213.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)確定213.2管子的排列方式213.3確定筒體直徑213.4筒體壁厚的確定223.5筒體水壓試驗(yàn)233.6管程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計(jì)算233.7容器法蘭的選擇243.7.1設(shè)備法蘭的選擇243.7.2接管法蘭的選擇253.8管板的設(shè)計(jì)263.9管箱短節(jié)壁厚的計(jì)算273.10拉桿和定距管的確定283.11折流板的選擇293.11.1選型293.11.2折流板尺寸293.11.3換熱管無(wú)支撐跨距或折流板間距293.11.4折流板厚度293.11.5折流板直徑293.12接管及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)303.13分程隔板厚度選取323.14支座的選擇及應(yīng)力校核323.14.1支座的選擇323.14.2

鞍座的應(yīng)力校核33第四章結(jié)論37參考文獻(xiàn)38致謝40沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述第一章綜述1.1

換熱器的發(fā)展及用途能源是當(dāng)前人類面臨的重要問(wèn)題之一，能源的開(kāi)發(fā)及轉(zhuǎn)換利用已成為各國(guó)的重要課題之一，而換熱器是能源利用的過(guò)程中必不可少的設(shè)備，幾乎一切工業(yè)領(lǐng)域都要使用它，化工、冶金、動(dòng)力、交通、航空與航天等一些部門(mén)應(yīng)用尤為廣泛。近幾年由于新技術(shù)發(fā)展和新能源開(kāi)發(fā)和利用，各種類型的換熱器越來(lái)越受到工業(yè)界的重視，而換熱器又是節(jié)能措施中較為關(guān)鍵的設(shè)備之一，因此，無(wú)論是從工業(yè)的發(fā)展，還是從能源的高效利用，換熱器的合理設(shè)計(jì)、制造、選型和運(yùn)行都具有非常重要的發(fā)展意義。近年來(lái)隨著節(jié)能技術(shù)的快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，利用換熱器進(jìn)行高溫和低溫?zé)崮芑厥諑?lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。換熱器分類方式有多樣形式,按照其工作原理可分為:直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類型,間壁式換熱器又可分為列管式和板殼式換熱器兩類型,其中列管式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性,在長(zhǎng)期的操作過(guò)程中積累了豐富的實(shí)用經(jīng)驗(yàn),其設(shè)計(jì)資料比較齊全,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展都很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)出來(lái)。近年來(lái)盡管列管式換熱器也受到了新型換熱器的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),但由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等一些優(yōu)點(diǎn),列管式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型的換熱器,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有顯著的優(yōu)勢(shì)。1.2

換熱器結(jié)構(gòu)形式1.2.1

換熱器的零部件名稱1沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述表1.1序號(hào)名稱序號(hào)名稱序號(hào)名稱1接管法蘭11活動(dòng)鞍座（部件）21縱向隔板2管箱法蘭12U形換熱管22接管3殼體法蘭13擋管23內(nèi)導(dǎo)流筒4防沖板14固定鞍座（部件）24圓筒5補(bǔ)強(qiáng)圈15滑到25管箱側(cè)墊片6殼體（部件）16管箱墊片26凸形封頭7折流板17管箱圓筒（短節(jié)）27雙頭螺柱或螺栓8拉桿18封頭管箱（部件）28放氣口9定距管19分層隔板29螺母10支持板20中間擋板圖1

U型管式換熱器2沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述1.2.2

換熱器的主要組合部件換熱器的主要組合部件有前段管箱、殼體和后端結(jié)構(gòu)（包括管束）三部分組成。詳細(xì)分類見(jiàn)圖2。圖2

主要部件的分類及代號(hào)3沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述1.3

間壁式換熱器的類型換熱器的分類:（1）按用途分類：加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器（2）按冷熱流體熱量的交換方式可分為：混合式、蓄熱式和間壁式（3）主要內(nèi)容有：1.根據(jù)工藝的要求，選擇合適的換熱器類型；2.通過(guò)有關(guān)計(jì)算選擇合適的換熱器規(guī)格。1.3.1夾套換熱器夾套換熱器(圖3)的結(jié)構(gòu)：夾套式換熱器的主要用于反應(yīng)過(guò)程的加熱或冷卻，是在容器外壁安裝夾套制成的。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：傳熱面受容器壁面限制，傳熱系數(shù)小。為提高傳熱系數(shù)且使釜內(nèi)液體受熱均勻，可在釜內(nèi)安裝攪拌器。也可在釜內(nèi)安裝蛇管。1.3.2

圖(3)沉浸式蛇管換熱器沉浸式蛇管換熱器(圖4)結(jié)構(gòu)：這種換熱器多以金屬管子繞成，或制成各種與容器相適應(yīng)的情況，并沉浸容器內(nèi)的液體中。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于防腐，能承受高壓。缺點(diǎn)：由于容器體積比管子的體積大得多,因此管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小。4沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述1.3.3

圖（4）噴淋式換熱器噴淋式換熱器(圖5)圖(5)結(jié)構(gòu)：冷卻水從最上面的管子的噴淋裝置中淋下來(lái)，沿管表面流下來(lái)，被冷卻的流體從最上面的管子流入，從最下面的管子流出，與外面的冷卻水進(jìn)行換熱。在下流過(guò)程中，冷卻水可收集再進(jìn)行重新分配。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)便宜，能耐高壓，便于檢修、清洗，傳熱效果好缺點(diǎn)：冷卻水噴淋不易均勻而影響傳熱效果，只能安裝在室外。5沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述用途：用于冷卻或冷凝管內(nèi)液體。1.3.4套管式換熱器套管式換熱器(圖6)圖(6)結(jié)構(gòu)：由不同直徑組成的同心套管，可根據(jù)換熱要求，將幾段套管用U形管連接，目的增加傳熱面積；冷熱流體可以逆流或并流。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，能耐高壓，傳熱系數(shù)較大，能保持完全逆流使平均對(duì)數(shù)溫差最大，可增減管段數(shù)量應(yīng)用方便。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不緊湊，金屬消耗量大，接頭多而易漏，占地較大。用途：廣泛用于超高壓生產(chǎn)過(guò)程，可用于流量不大，所需傳熱面積不多的場(chǎng)合。1.3.5列管式換熱器列管式換熱器又稱為管殼式換熱器，是最典型的間壁式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝惑w積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用。結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動(dòng)，其行程稱為殼程。管束的壁面即為傳熱面。根據(jù)所采取的溫差補(bǔ)償措施，列管式換熱器可分為以下幾個(gè)型式。6沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述（1）固定管板式(圖7)圖(7)1—列管

2—膨脹節(jié)殼體與傳熱管壁溫度之差大于50C，加補(bǔ)償圈，也稱膨脹節(jié)，當(dāng)殼體和管束之間有溫差時(shí)，依靠補(bǔ)償圈的彈性變形來(lái)適應(yīng)它們之間的不同的熱膨脹。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，殼程檢修和清洗困難，殼程必須是清潔、不易產(chǎn)生垢層和腐蝕的介質(zhì)。（2）浮頭式(圖8)1—分程板（管程隔板）

2—?dú)こ谈舭?/p>

圖(8)3—內(nèi)封頭（浮頭）兩端的管板，一端不與殼體相連，可自由沿管長(zhǎng)方向浮動(dòng)。當(dāng)殼體與管束因溫度不同而引起熱膨脹時(shí)，管束連同浮頭可在殼體內(nèi)沿軸向自由伸縮，可完全消除熱應(yīng)力。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本高，消除了溫差應(yīng)力，是應(yīng)用較多的一種結(jié)構(gòu)形式。（3）U型管式(圖9)7沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述1—列管

圖(9)2—隔板把每根管子都彎成U形，兩端固定在同一管板上，每根管子可自由伸縮，來(lái)解決熱補(bǔ)償問(wèn)題。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，管程不易清洗，常為潔凈流體，適用于高壓氣體的換熱。1.3.6新型高效換熱器1.螺旋板式換熱器(圖10)8沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述

圖(10)2.

結(jié)構(gòu)：螺旋板式換熱器由兩塊金屬薄板焊接在一塊分隔板上并卷制成螺旋狀而構(gòu)成的。換熱時(shí)，冷、熱流體分別進(jìn)入兩條通道，在器內(nèi)作嚴(yán)格的逆流流動(dòng)。(11)板式換熱器圖9

圖(11)沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小

很小的空間即可提供較大的換熱面積，不需另外的拆裝空間；相同使用環(huán)境下，其占地面積和重量是其他類型換熱器的1/3～1/5。3.板翅式換熱器(圖12)圖(12)在兩塊平行金屬板之間夾入波紋狀金屬翅片，兩邊以側(cè)條密封，組成一個(gè)單元體；將各單元體進(jìn)行不同的疊集和適當(dāng)?shù)嘏帕?，再用釬焊予以固定，形成逆流、并流和錯(cuò)流的板翅式換熱器組裝件(芯部或板束)；將帶有進(jìn)、出口的集流箱焊接到板束上。特點(diǎn)：傳熱效果更好、結(jié)構(gòu)更為緊湊。4.熱管式換熱器(圖13)10沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述圖(13)結(jié)構(gòu)及工作原理：將一根金屬管的兩端密封，抽出不凝性氣體，充以一定量的某種工作液體而成。當(dāng)熱管的一端被加熱時(shí)，工作液體受熱沸騰汽化，產(chǎn)生的蒸汽流至冷卻端冷凝放出冷凝潛熱，冷凝液沿著具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的吸液芯在毛細(xì)管力的作用下回流至加熱段再次沸騰汽化，工作介質(zhì)如此反復(fù)循環(huán)，熱量則由熱管的軸向由加熱端傳至冷卻端。1.4

換熱器的腐蝕原因及防腐措施煉油工業(yè)中，換熱器的應(yīng)用十分廣泛，其重要性也是顯而易見(jiàn)的，換熱設(shè)備利用率的高低直接影響到煉油工藝的生產(chǎn)效率以及成本的費(fèi)用等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)換熱器在化工建設(shè)中約占投資的1/5,因此換熱器的利用效率及壽命是值得研究的重要課題。由換熱器的損壞原因來(lái)看，腐蝕是一個(gè)非常重要的原因之一，而且換熱器的腐蝕是大量的普遍存在的問(wèn)題，能夠解決好腐蝕問(wèn)題，就等于解決了換熱器損壞的根本原因。要想防止換熱器的腐蝕發(fā)生，就得弄清楚腐蝕的根源問(wèn)題，換熱器的腐蝕的原因有兩中：1.換熱器用材的選擇，2.換熱器的金屬腐蝕換熱器幾種常見(jiàn)的腐蝕破壞類型1.均勻腐蝕在整個(gè)暴露于介質(zhì)的表面上，或者在較大的面積上產(chǎn)生的，宏觀上均勻的腐蝕破壞叫均勻腐蝕。2.接觸腐蝕兩種電位不同的金屬或合金互相接觸，并浸于電解質(zhì)溶解質(zhì)溶液中，它們之間就有電流通過(guò)，電位正的金屬腐蝕速度降低，電位負(fù)的金屬腐蝕速度增加。3.選擇性腐蝕合金中某一元素由于腐蝕，優(yōu)先進(jìn)入介質(zhì)的現(xiàn)象稱為選擇性腐蝕。4.孔蝕集11沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述中在金屬表面?zhèn)€別小點(diǎn)上深度較大的腐蝕稱為孔蝕，或稱小孔腐蝕、點(diǎn)蝕。5.縫隙腐蝕在金屬表面的縫隙和被覆蓋的部位會(huì)產(chǎn)生劇烈的縫隙腐蝕。6.沖刷腐蝕是由于介質(zhì)和金屬表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使腐蝕過(guò)程加速的一種腐蝕。7.晶間腐蝕晶間腐蝕是優(yōu)先腐蝕金屬或合金的晶界和晶界附近區(qū)域，而晶粒本身腐蝕比較小的一種腐蝕。8.應(yīng)力腐蝕破裂（SCC）和腐蝕疲勞SCC是在一定的金屬一介質(zhì)體系內(nèi)，由于腐蝕和拉應(yīng)力的共同作用造成的材料斷裂。9.氫破壞金屬在電解質(zhì)溶液中，由于腐蝕、酸洗、陰極保護(hù)或電鍍，可以產(chǎn)生因滲氫而引起的破壞。冷卻介質(zhì)對(duì)金屬腐蝕的影響工業(yè)上使用最多的冷卻介質(zhì)是各種天然水。影響金屬腐蝕的因素很多，對(duì)幾種常用金屬的影響：1.溶解氧水中的溶解氧是參加陰極過(guò)程的氧化劑，因此它一般促進(jìn)腐蝕。2.其他溶解氣體在水中無(wú)氧時(shí)CO2將導(dǎo)致銅和鋼的腐蝕，但不促進(jìn)鋁的腐蝕。3.硬度一般說(shuō)來(lái)，淡水的硬度增高對(duì)銅、鋅、鉛和鋼等金屬的腐蝕減小。4.pH值鋼在pH>11的水中腐蝕較小，pH<7時(shí)腐蝕增大。5.離子的影響氯離子可以破壞不銹鋼等鈍化金屬的表面，誘發(fā)孔蝕或SCC。6.垢的影響淡水中的CaCO3垢。CaCO3垢層對(duì)傳熱不利，但是有利于防止腐蝕。1.5

結(jié)論計(jì),

換熱器是化工、石油、能源等各工業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單元設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30%,在煉油廠中占全部工藝設(shè)備的40%

左右,

海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。對(duì)國(guó)外換熱器市場(chǎng)的調(diào)查表明,

雖然各種板式換熱器的競(jìng)爭(zhēng)力在上升,但管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位約64%

。新型換熱元件與高效換熱器開(kāi)發(fā)研究的結(jié)果表明,列管式換熱器已進(jìn)入一個(gè)新的研究時(shí)期,

無(wú)論是換熱器傳熱管件,

還是殼程的折流結(jié)構(gòu)都比傳統(tǒng)的管殼式換熱器有了較大的改變,其流體力學(xué)性能、換熱效率、抗振與防垢效果從理論研究到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面也均有了新的進(jìn)步。目前各國(guó)為改善該換熱器的傳熱性能開(kāi)展了大量的研究,主要包括管程結(jié)構(gòu)和殼程結(jié)構(gòu)強(qiáng)化傳熱的發(fā)展。12沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第一章

綜述參考文獻(xiàn)[1][2][3]

GB150-1998GB151-1999JB/T4737-95

《鋼制壓力容器》《鋼制管殼式換熱器》《橢圓形封頭》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996[4][5][6][7]

JB/T4717-92《U型管式換熱器型式與基本參數(shù)》錢(qián)頌德主編.《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》.北京：化學(xué)工業(yè)出版，2002.8化工部設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)中心站毛希瀾.《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)（換熱器設(shè)計(jì)）》《化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)》編輯委員會(huì)編，化工設(shè)備設(shè)計(jì)全書(shū)——換熱器，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年5月第一版13沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算2.1起始數(shù)據(jù)殼程油的進(jìn)口溫度：

t

，1=180℃，t

,,殼程油的出口溫度：

1

=120℃,t,,tth殼程油的工作壓力：P1=1.,t,,tth管程水的進(jìn)口溫度：=20℃管程水的出口溫度：=90℃管程水的工作壓力：P2=2.0MPa殼程油的流量：G1=110=110000Kg/h2.2定性溫度及確定其物性參數(shù)①殼程：殼程油的定性溫度：t1=150℃查表得殼程油的密度：ρ1=730Kg/m3查表得殼程油的比熱：Cp1=2.6KJ/(Kg·

℃)查表得殼程油的導(dǎo)熱系數(shù)：λ1=0.097w/(m·℃)殼程油的粘度：μ1=378.5×10-6Pa·s查表得殼程油的普朗特系數(shù)：Pr1=10.14②管程：管程油的定性溫度：t2=55℃查表得管程油的密度：ρ2=985.65Kg/m3查表得管程油的比熱：CP2=4.176Kg/(Kg·℃)查表得管程油的導(dǎo)熱系數(shù)：λ2=0.654w/(m·℃)查表得管程油的粘度：μ2=509.1×10-6Pa·s14沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算查表得管程油的普朗特系數(shù)：Pr2=3.262.3熱量守恒與油流量的計(jì)算,,,tt,,,Cp2(t,,,tt,,,Cp2(tt),,,,,,,,,ttln（),,,tt,,,,,ttP===0.4375,,,,,,tt參數(shù)：R===0.86其設(shè)計(jì)傳熱量：Q0=G1×Cp1×(－)×η×1000/3600=110000×2.6×(180－120)×0.98×1000/3600=4671333W則管程苯流量為：Q0G2==3600×467133/4.174×（90-20）×1000=57556.3Kg/h2.4有效平均溫度的公式計(jì)算-[(t2t1)(t2t1)]△tn==91.44℃其中有關(guān)參數(shù)的計(jì)算t1t118020t2t29020加熱器器按照單殼程雙管程設(shè)計(jì)差《管程式換熱器原理與設(shè)計(jì)》圖2-6（a），得：溫差校正系數(shù)∮=0.908有效平均溫差：△tm=∮△tn=0.908×91.44=83℃2.4管程換熱系數(shù)計(jì)算參考表2—7《管殼式換熱器原理與計(jì)算》15沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算K

0

500

w

mCQ4671333Q46713330則初選傳熱面積為：K0tm50083

2=112.56m2選用

25

2.5

不銹鋼的無(wú)縫鋼管作換熱管。d=25mm則

管子外徑

0N

t

F113管子內(nèi)徑di=20mmF113管子長(zhǎng)度L=6000mm則所需換熱管根數(shù)：d0l

314×0025×6可取換熱管根數(shù)為

240a

根Nt

d

2

240

20.022

0.038m

2則管程流通面積為2管程流速為：

22

2Ga2

2

43600

i

2986

4575563600

0.038kg

m

s

（兩管程）管程質(zhì)量流速為：

W

2

2

2

986421

m

2

sRe

2

2

di

9860.50.02510

19720管程雷諾數(shù)為管程

傳

2

0.8

染

系

數(shù)

0.8

為

：

2

0.2360010.015t0.2100di

2

2

0.2360010.015900.8330.21000.015

6740166沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算2.5結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)：查GB151—1999知管間距按1.25d管間距為：S=1.25×0.025=0.031m

0

?。喝?/p>

管束中心排管數(shù)為：18根

N

c

1.1

N

t

1.1

240

18則殼體內(nèi)徑為：故內(nèi)徑為0.7mL

Di6

S

N

c

1

4d

0

0.031

18

1

4

0.025

0.627則內(nèi)徑比為

Di

0.7

8.6

（合理）D0.7折流板間距為：BD0.7折流板間距為：B0.35ml6BB0.35則弓形折流板的弓高為：h0.2Di0.20.70.14m22折流板數(shù)量為：實(shí)際取15塊2.6殼程換熱系數(shù)計(jì)算f1

BD

i

1

d

0

0.35

0.7

1

0.0250.025

0.05m

2殼程流通面積為：

G1

3600

s

110000

0.031m

1殼程流速為：

1

f1

3600

730

0.05

0.84kg

s殼程質(zhì)量流速為：

W1

1

1

7300.84613.2

m

2

sd

e

D

2i

Ntd

20

0.7

2

240

20.0252

0.0567殼程當(dāng)量直徑為：

Ntd0

240

0.02517沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算殼程雷諾數(shù)為：

Re

1

11d1

e

h

7300.840.056737910

91737切去弓形面積所占比例按

Di

0.2查得為0.14560.1460.140.9377管外壁溫度假定值為：壁溫下油的黏度為：黏度修正系數(shù)為：殼程換熱系數(shù)為2.7傳熱系數(shù)計(jì)算3311K1d3311K1d1d10.0190.0190.0001720.000172819.440.0156740*0.015wKj則傳熱系數(shù)比為：1.11(合理)則油側(cè)污垢熱阻為：10.00017220.000172由于管壁比較薄，管殼層阻力損失都不超過(guò)0.3×10N/m所以管壁的熱阻可以忽略不計(jì)。所以可以計(jì)算出總傳熱系數(shù)為：1i2imCK0500所以假設(shè)合理。18沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算2.8管壁溫度計(jì)算管外壁熱流溫度計(jì)算為：

q1

N

Q0t0

240

46713333.140.025

6

41325w

m

2

C管

1外1

壁

溫1

度

為

：t

w1

t

1

q1

1

1'

150

41325

419.90

0.0001720.000172

104.9C誤差校核：

t

w1

t

w1

104.91004.9C2D2DN殼程當(dāng)量直徑為：de

t

d

20

0.7

2

4060.019

2

=0.0445mWd

N

t

d

0

4060.019殼程雷諾數(shù)為：Re1

1

1

e

6380.3691010

139582經(jīng)查殼程的摩擦系數(shù)為：12

0.42

2管束壓降為：0

WW

Dinb

1

1

314.8

0.718

0.42

4121Pa

21

d

e

1

2715

0.0445

12取進(jìn)口管處質(zhì)量流速為：10002WN2

kg

m

2

s1000

2

1.5取進(jìn)口管壓降為：

N1

21

1.5

2715

1049Pa取導(dǎo)流板阻力系數(shù)為：W

d2

5

1000

2導(dǎo)流板壓降為：d

N121

d

715

56993Pa殼程結(jié)垢修正系數(shù)

d

1.38殼程壓降為：1

0d

d

N1

1.3841216993104913729Pa管程、殼程允許壓降為：1235000Pa1122符合壓降條件19沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第二章?lián)Q熱器傳熱工藝計(jì)算2.9管程壓降計(jì)算t

w2

t

2

q1

dd

0

1

2

9028996

0.0190.015

16740

0.000172

102Ci

2

3壁溫下油的黏度為：2

w22

0.143100.14

333310

0.14

1

w2

310

33222t2i2管程數(shù)nt2管內(nèi)沿程壓為：22di2W2

220.012222679320.012228150.015167942

1380Pa回彎壓降為：b

2

2

4nt

2815kg

2263Pa取出口處質(zhì)量流速為：W

N2

210002WN2

m

2

s1000

2進(jìn)出口管處壓降為：N2

2

2

1.5

2815

1.58402Pa管程污垢校正系數(shù)為：則管程壓降：

d2

1.22

i

b

d2

n2

138022631.2840212773.6Pa20沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算第三章U型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1換熱管外徑d0mmGB151--1999《管殼式換熱器》252管長(zhǎng)lmmGB151--1999《管殼式換熱器》60003傳熱面積Sm2AKtm《管殼式換熱器設(shè)計(jì)原理》112.564換熱管根數(shù)N個(gè)Ndl02403.2管子的排列方式1正三角形排列GB151-1999《管殼式換熱器》圖112換熱管中心距SmmGB151-1999《管殼式換熱器》323隔板板槽兩側(cè)相鄰中心距SnmmGB151-1999《管殼式換熱器》1003.3確定筒體直徑21沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算123456

換熱管中心距換熱管根數(shù)分程隔板厚管束中心排管的管數(shù)筒體直徑實(shí)取筒體公稱直徑

N'SN'ncD1DN

mm根mm根mmmm

GB151-1999《管殼式換熱器》表12Nc=1.1NDi=S(NC-1)+4d0考慮防沖板向上取

32240101870010003.4筒體壁厚的確定序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式結(jié)果1工作壓力MPa給定1.92筒體材料GB150-1998《鋼制壓力容器》Q245R3設(shè)計(jì)溫度材料的許用應(yīng)力tMPaGB150-1998《鋼制壓力容器》1674焊接接頭系數(shù)《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》0.855殼程設(shè)計(jì)壓力cMPac1.12.096筒體計(jì)算厚度mm2tDic7.287設(shè)計(jì)厚度dmmdC29.288名義厚度n'mmndC11022沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算9實(shí)取名義厚度nmmGB151-1999《管殼式換熱器》表8810負(fù)偏差C1mm《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》011腐蝕余量C2mm《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》212計(jì)算厚度emmenC1C2813設(shè)計(jì)厚度下圓筒的計(jì)算應(yīng)力tMPatcD2iee131.6714校核tMPatt179.8合格15設(shè)計(jì)溫度下圓筒的最大許用工作壓力wMPaw2etie2.33.5筒體水壓試驗(yàn)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位根據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1試驗(yàn)壓力TMPaT1.25ct2.62圓筒薄膜應(yīng)力TMPattD2iee164.43校核0.9s240.9MPaT合格3.6管程標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度的計(jì)算23沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算序號(hào)123

項(xiàng)目設(shè)計(jì)壓力材料材料許用應(yīng)力

t符號(hào)tc

單位MPaMPa

根據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式c1.1GB150-1998《鋼制壓力容器》GB150-1998《鋼制壓力容器》

數(shù)值2.2Q245R16745678910111213

焊接接頭系數(shù)封頭計(jì)算厚度設(shè)計(jì)厚度名義厚度實(shí)取名義厚度有效厚度設(shè)計(jì)厚度下封頭的計(jì)算應(yīng)力校核設(shè)計(jì)溫度下封頭的最大許用工作壓力w

't'tdnnePw

mmmmmmmmmmMPa0.9MPa合格

Dt'DDt'Dciestt420.5cdC2ndC1GB151-1999《管殼式換熱器》表8enC12e240.9MPa2Die

0.857.89.810881392.33.7容器法蘭的選擇DN1000mm3.7.1DN1000mm按其條件

110110C24

設(shè)計(jì)壓力

2.5MP由《壓力容器法DD4tDD4t1螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量119511401098108810856815542211830M2736DNA/BDKLThC法蘭理論重量200221.5/2193603101226M2430244/24417.4DNA/BDKLThC法蘭理論重量

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算蘭》選擇乙型平焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下：DD123DH

單位（mm）aa

d由《壓力容器法蘭》選擇相應(yīng)墊片：非金屬軟墊片其相應(yīng)尺寸為：D=1087mmd=1037mm厚度

JB/T4704—20003mm3.7.2接管法蘭的選擇64Ga80064Ga8009863.143600d197.2mm646800010則d173mmd173mm則同理故取a=b=200mm故取公稱直徑dN2200mm公稱壓力為N22.5MPa2〉殼程接管的公稱直徑相同設(shè)為d，設(shè)進(jìn)出口質(zhì)量流量為1.5m/s8008003.143600d故取公稱直徑dN1200mm公稱壓力為N12.5MPa由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對(duì)焊法蘭n

B1

a.b相關(guān)參數(shù)如下由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對(duì)焊法蘭n

B1

c.d相關(guān)參數(shù)如下25序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值D12筒體內(nèi)徑橫截面積Amm2A=πD12/43846503筒體厚度smm84圓筒內(nèi)殼壁金屬截面積Asmm2Ass（D1+s）177945管子金屬總截面積namm2na=ntdt7.65×1046換熱管根數(shù)n4067換熱管外徑dmm19t9換熱管材料的彈性模量EtMPaGB150-1998表F518500011沿一側(cè)的排管數(shù)n'20312布管區(qū)內(nèi)未能被管支撐的面積Admm2Adn'SSn0.866S82976.2513管板布管區(qū)面積Atmm2At0.866nS2Ad302723.75

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算250

219.1/219

360

310

12

26

M24

30

244/244

17.43.8管板的設(shè)計(jì)計(jì)算A計(jì)算A、、na、K、、、、、Q、、、、P；本設(shè)計(jì)為管板延長(zhǎng)部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999項(xiàng)目5.7中scrctstt1

筒體內(nèi)徑

mm

7008

換熱管壁厚

mm

210

換熱管有效長(zhǎng)度

L

mm

284026沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算14

管板布管區(qū)當(dāng)量直徑

Dt

mm

Dt=

4At/π

62015161718

換熱管中心距隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距管板布管內(nèi)開(kāi)孔后的面積系數(shù)

SSnA1

mmmmmm

2

GB151-1999GB151-1999A1=And=A1/A

2

/4

25382695370.719

殼體不帶膨脹節(jié)時(shí)換熱管束與圓筒剛度比

Q

Q=

Et

×na/

Es

As

0.820212223

殼程圓筒材料的彈性模量系數(shù)系數(shù)系數(shù)

Ess

=/A=/A=0.40.61Q1s

/

1900000.2815.82.51224

管板不管區(qū)當(dāng)量

tPt

t

=0.4

1

0.6Q

/

0.89252627

直徑與殼程圓筒內(nèi)徑比管子受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度設(shè)計(jì)溫度下管子受屈服強(qiáng)度管子回轉(zhuǎn)半徑

tLcrtsi

mmMPamm

Pt=Dt/DiGB151-1999圖32GB150-1998表F2

20081336.353.9管箱短節(jié)壁厚的計(jì)算27序號(hào)項(xiàng)目序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值徑dn432拉桿數(shù)量GB151-1999《管殼式換熱器》表4483定距管規(guī)格GB151-1999《管殼式換熱器》取192管板端螺紋長(zhǎng)度Ld45折流板Ls45

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1設(shè)計(jì)壓力cMPac1.11.762選材GB150-1998《鋼制壓力容器》選Q345R3計(jì)算厚度mm2tDic4.34設(shè)計(jì)厚度dmmdC26.35名義厚度n'mmn'dC17.36實(shí)取名義厚度nmm87有效厚度emmenC7注：其符號(hào)意義及取值同筒體壁厚計(jì)算的符號(hào)及意義。水壓試驗(yàn)比較筒體的水壓試驗(yàn)和短節(jié)的水壓試驗(yàn)同樣可以滿足要求。3.10

拉桿和定距管的確定1

拉桿直

mm

GB151-1999《管殼式換熱器》表

12n4

拉桿在

mm

GB151-1999《管殼式換熱器》表

505

拉桿在

mm

GB151-1999《管殼式換熱器》表

1528沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算6

端螺紋長(zhǎng)度拉桿上倒角高

b

mm

GB151-1999《管殼式換熱器》表45

2.03.11折流板的選擇3.11.1選型根據(jù)GB151—1999《管殼式換熱器》圖板。3.11.2折流板尺寸

37

選擇單弓形水平放置的折流缺口弦高

h

值，一般取

0.20~0.45

倍的圓筒內(nèi)直徑，取h0.2d

i

0.20.70.14m3.11.3換熱管無(wú)支撐跨距或折流板間距由GB151—1999表42知，但換熱管為外徑192鋼管時(shí)，換熱管的最大無(wú)支撐跨距為l1500mm，且折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑五分之一且不小于50mm由傳熱計(jì)算得到折流板間距B350mm3.11.4折流板厚度由GB151—1999表34，DN700mm

l1500mm查得折流板最小厚度為

10mm，實(shí)取折流板厚度

10mm由GB151—1999表36查得管孔直徑為19.6mm

允許偏差為0~0.4mm3.11.5折流板直徑由GB151—1999表偏差為0.8~0mm

41

查得折流板名義外直徑為DN695.5mm

允許29沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.12接管及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別補(bǔ)強(qiáng)判別由

GB150—1998

表

8—1

知當(dāng)滿足下列所有條件時(shí)不另行補(bǔ)強(qiáng)。D本凸形封頭開(kāi)孔直徑d202mmD本凸形封頭開(kāi)孔直徑d202mm350mm滿足等面積法開(kāi)孔和的兩倍；2〉接管公稱直徑小于或等于89mm3〉接管最小壁厚滿足表8—1要求（GB150—1998p75）由于接管200mm的公稱直徑大于89mm所以要補(bǔ)強(qiáng)，但由于設(shè)計(jì)的筒體或封頭的厚度遠(yuǎn)大于理論厚度，所以要進(jìn)行計(jì)算看是否要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開(kāi)孔直徑ddi2C20021202mm2補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積強(qiáng)度削弱系數(shù)fr

trntr

1.0接管有效厚度

et

nt

l211mm

2開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積Ads2有效補(bǔ)償范圍

et

1f

r

2028.581733.16mm有效寬度取值

Bd2

n

2

nt

35021021.9370mm故取B420mm有效高度外側(cè)有效高度

30沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算h1

d

nt

2021.919.6mm故h1

20mm內(nèi)側(cè)有效高度h2dnth20故取h20有效補(bǔ)強(qiáng)面積

2021.920mm封頭多余金屬面積封頭有效厚度enC817mm封頭多余金屬面積A1Bde2et接管多余金屬面積

e

1f

r

23020210.2816.8mm

22A2

2h1

et

t

f

r

2h

2

et

C

2

f

r

223.92.51.5744.45mm其中t

cdt

i

1.76200

3.14mm2nc

21700.851.761A21A26.06.036.0mm2有效補(bǔ)強(qiáng)面積AeA1A2A316.844.4536.097.25mm所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積

2

2A4

AA1

A2

A32939.297.252842mm'擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)'補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)根據(jù)接管公稱直徑外徑D400mm內(nèi)徑

DN200

選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)31

JB/T4736

取補(bǔ)強(qiáng)圈序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)值1公稱直徑DNmm7002允許載荷QKN170h4底板l1mm640b11mm105腹板2mm8l3b2mm140b3mm2003

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算d

'

215mm'A18424補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為8.5mm'A18424補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為8.5mm'Dd400215考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為

'n

10mm3.13分程隔板厚度選取根據(jù)GB151-1999《管殼式換熱器》，分層隔板厚度取10mm3.14

支座的選擇及應(yīng)力校核3.14.1支座的選擇根據(jù)《鋼制管法蘭

墊片

緊固件

》

JB/T471292鞍式支座的選擇重型BI型焊制鞍式支座（表7）當(dāng)DN700mm取鞍式支座的相關(guān)尺寸如下：3

鞍座高度

mm

200mm

1506

筋板

mm

350mm

1032b4mmb4mm3504emm368螺栓間距l(xiāng)2mm4609帶墊板鞍座質(zhì)量Mkg2811型號(hào)BI7007墊板

弧長(zhǎng)

第三章mm

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算830mm

610

包角

1203.14.2鞍座的應(yīng)力校核（1）原始數(shù)據(jù)表序號(hào)1234567

項(xiàng)目設(shè)計(jì)壓力設(shè)計(jì)溫度物料密度筒體內(nèi)徑筒體長(zhǎng)度公稱厚度厚度附加量

符號(hào)TDiLnC

3單位3MPaCkgmmmmmmmmm

數(shù)值1.762008151000641210289101112

鞍座型號(hào)鞍座中心線離封頭切線的距離鞍座腹寬腹板厚度鞍座包角

BIAbb0

mmmmmm°

F，S型各一個(gè)3800270812014

13

容器與封頭的許用應(yīng)力

t容器與封頭的材料t

MPa

Q245R

1403316鞍座材料許用應(yīng)力16鞍座材料許用應(yīng)力tMPa11317容器自重M1kg830718物料重量M2kg502419總重量Mkg1333115

鞍座材料

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算Q245B（2）校核計(jì)算序號(hào)123456

項(xiàng)目支座反力系數(shù)系數(shù)系數(shù)筒體在支座跨中截面處的彎矩筒的支座截

CMM符號(hào)CMMF1C2C312

單位NNmmNmm

C1

1FMg211FMg212LL4H414HC122RHCFAAR23L3L2RiLM1FC1LAi

2

數(shù)值666550.0061.050.093227645665737

面的彎矩跨中截面處

MPa

M

2

C2

1

L

C3M1

A

C2

3.68

的軸向應(yīng)力（最高點(diǎn)）跨中截面處

1

1

Ri

e

3.6

2

MPa

2

PRi

M2

19

的軸向應(yīng)力（最低點(diǎn)）系數(shù)

A

2

2

Ri

e

0.0006A

0.094Rie34沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算101112

系數(shù)軸向許用壓縮應(yīng)力

ac比較

1

MPaMPa2

ac

GB150－1998圖6-3acB128MPa，驗(yàn)算合格

137137筒體和封頭中的切向剪應(yīng)力13系數(shù)K14切向剪應(yīng)力15橢圓形封頭K的形狀系數(shù)16封頭內(nèi)壓引起應(yīng)力17

MPaMPa

t

KFLKFL2A4HieKPD3標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭K1.02e

1.7131.069比較

max

0.8,

max

1.25t

h

，驗(yàn)算合格18

鞍座截面筒

筒體的周向應(yīng)力MPa

5

K

5

F

-0.64體最低處的周向應(yīng)力

eb

21920

系數(shù)筒體有效寬

Kb

mm

《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》表5-3

0.76047621

度鞍座邊角處

MPa

b

b

2

FF

Ri12K

e6

FRi2

-2.78筒體的周向應(yīng)力

4eb

2

L

e2223

系數(shù)

K

比較

5

t,t

6

t《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》表5-3t1.25，驗(yàn)算合格。

0.062425

系數(shù)鞍座承受水

KF

'鞍座腹板應(yīng)力'《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》表5-5N

0.2045938.09平分力

Fs

KF26

鞍座計(jì)算高度

H

mm

取實(shí)際高度

30035沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第三章

u型換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算2728

鞍座有效斷

取H

's

和

R=267R=267中較小者為HMPa

's

，即HS=300Fs

1.3429

面平均應(yīng)力

2

2

9

Hsb

o比較

9

3

sa

3

11375.33，驗(yàn)算合格36沈陽(yáng)化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文

第四章

結(jié)論第四章結(jié)論通過(guò)被課題的學(xué)習(xí)與研究，基本完成了U型管式換熱器的設(shè)計(jì)任務(wù)，收獲頗豐，雖然設(shè)計(jì)任務(wù)完滿完成，但是設(shè)計(jì)中尚有需要改進(jìn)和完善之處。成果：（1）通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)過(guò)去學(xué)到的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧和學(xué)習(xí)；（2）較全面的了解和學(xué)習(xí)了U型管式換熱