課程設(shè)計(jì)-固定管板式換熱器.doc

目錄1 前言41.1 換熱器的應(yīng)用:41.2 固定式管板換熱器簡介:42 工藝計(jì)算52.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書52.2 設(shè)計(jì)方案52.3確定物性數(shù)據(jù)52.4 估算傳熱面積62.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸72.6 換熱器核算102.6.1 熱流量核算102.6.2 壁溫核算122.7 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力122.7.1 管程阻力Pt122.7.2 殼程阻力Ps132.8 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果143 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核163.1 殼體與管箱厚度的確定163.1.1 殼體和管箱材料的選擇163.1.2 圓筒殼體厚度的計(jì)算及校核163.1.3 管箱厚度計(jì)算及校核173.2 隔板183.3接管設(shè)計(jì)193.3.1 殼程接管193.3.1 管程接管203.3.2 排液口、排氣口213.4 開孔補(bǔ)強(qiáng)213.5 法蘭與墊片213.5.1管箱法蘭與封頭法蘭213.5.2 墊片223.6 管板設(shè)計(jì)233.6.1管板厚度設(shè)計(jì)233.6.2 換熱管與管板連接方式243.6.3 換熱管與管板連接拉脫力校核243.6.4 管板與筒體連接方式253.6.5 管板尺寸253.7接管位置確定253.7.1 殼程接管位置的最小尺寸253.7.2 管程接管位置的最小尺寸263.8 管箱和封頭長度及與筒體的連接方式263.9 折流板273.9.1 折流板的形式和尺寸273.9.3 折流板的布置273.10 拉桿、定距管273.10.1拉桿尺寸283.10.2 定距管283.11 防沖板293.12 旁路擋板293.13保溫層293.14 鞍座293.14.1 鞍座安裝尺寸293.14.2 鞍座尺寸:29總結(jié)31參考文獻(xiàn)321 前言1.1 換熱器的應(yīng)用: 在工業(yè)生產(chǎn)中，換熱器的主要作用是將能量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，是流體溫度達(dá)到工藝流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝流程上的需要。此外，換熱器也是回收余熱、廢熱特別是低位熱能的有效裝置。例如，高爐爐氣（約1500）的余熱，通過余熱鍋爐可生產(chǎn)壓力蒸汽，作為供汽、供熱等的輔助能源，從而提高熱能的總利用率，降低燃料消耗，提高工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。本此設(shè)計(jì)正是要利用換熱器降低油的溫度，從而獲取熱量用以供熱，洗澡等。這樣不僅節(jié)約了能源，同時(shí)也合理利用了資源，帶來了額外的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，對能源利用、開發(fā)和節(jié)約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益加強(qiáng)。換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)及傳熱極力的研究十分活躍，一些新型高效換熱器相繼面世。1.2 固定式管板換熱器簡介:固定管板式換熱器：其結(jié)構(gòu)如圖1所示。換熱器的管端以焊接或脹接的方法固定在兩塊管板上，而管板則以焊接的方法與殼體相連。與其它型式的管殼式換熱器相比，結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)殼體直徑相同時(shí)，可安排更多的管子，也便于分程，同時(shí)制造成本較低。由于不存在彎管部分，管內(nèi)不易積聚污垢，即使產(chǎn)生污垢也便于清洗。如果管子發(fā)生泄漏或損壞，也便于進(jìn)行堵管或換管，但無法在管子的外表面進(jìn)行機(jī)械清洗，且難以檢查，不適宜處理臟的或有腐蝕性的介質(zhì)。更主要的缺點(diǎn)是當(dāng)殼體與管子的壁溫或材料的線膨脹系數(shù)相差較大時(shí)，在殼體與管中將產(chǎn)生較大的溫差應(yīng)力，因此為了減少溫差應(yīng)力，通常需在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)，利用膨脹節(jié)在外力作用下產(chǎn)生較大變形的能力來降低管束與殼體中的溫差應(yīng)力。2 工藝計(jì)算2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)類型:固定管板式換熱器設(shè)計(jì)基本參數(shù):換熱器的結(jié)構(gòu)與布局由設(shè)計(jì)確定工作介質(zhì): 管程:油 殼程:水 質(zhì)量流量:6400 Kg/h油入口溫度:230 出口溫度:180工作壓力: 管程 0.75MPa 殼程 0.7MPa其他參數(shù)由設(shè)計(jì)計(jì)算確定要求選用合適的材料、元器件和其他零部件等。2.2 設(shè)計(jì)方案(1) 水溫選擇：本次設(shè)計(jì)考慮到經(jīng)濟(jì)和設(shè)備安全問題，選擇水的進(jìn)口溫度為常溫20，出口溫度為60。(2) 流程安排：由于本次設(shè)計(jì)的熱流體油的溫度較高,而且水的腐蝕性和結(jié)垢性高于油，所以選擇油走管程,水走殼程。2.3確定物性數(shù)據(jù) 定性溫度：對于一般的輕質(zhì)油和水等低粘度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程油的定性溫度為：T= (110+60)/2=205管程水的定性溫度為: t=(20+60)2=40根據(jù)定性溫度查取有關(guān)物性數(shù)據(jù)，得到油和水的數(shù)據(jù)分別如下：煤油在205下的物性數(shù)據(jù)為： 密度 1=686.8 Kg/m3 定壓比熱容 CP1=2.7436 KJ/(Kg) 熱導(dǎo)率 1=0.135 W/(mK) 粘度 1=0.682 mPas冷卻軟水在40的物性數(shù)據(jù)為: 密度 2 =992.2 Kg/m3 定壓比熱容 Cp2=4.174 KJ/(Kg) 熱導(dǎo)率 2=0.634 W/(mK) 粘度 2=0.653mPas2.4 估算傳熱面積熱側(cè)：進(jìn)口溫度T1=230，出口溫度為T2=180流量為m1=6400Kg/h；冷側(cè)：進(jìn)口溫度為t1=20，出口溫度為t2=60。傳熱計(jì)算（熱負(fù)荷計(jì)算）熱負(fù)荷：Q=m1CP11(T1-T2)=m2CP22(t2-t1)式中：m2,m1冷熱流體的質(zhì)量流量，kg/s； CP2,Cp1冷熱流體的定壓比熱，J/(kgk)； t1, t2 冷流體的進(jìn)、出口溫度，k； T1,T2熱流體的進(jìn)、出口溫度k(1) 熱流量依據(jù)式Q1=m1Cp1T有Q1=m1Cp1T=64002.743650=877952 KJ/h=243.87KW(2) 平均傳熱溫度差 先按逆流計(jì)算,依下式得：tm=t1-t2lnt1t2=210-120ln210120=160.82(3) 傳熱面積 由教材P59頁表2-19選取K=160,則估算的傳熱面積為:AP=Q1Ktm=243.87103160160.82=9.48(4) 冷水用量 m2=Q1t2CP2=8779524.17440=5258.5 Kg/h2.5 工藝結(jié)構(gòu)尺寸(1) 管徑和管內(nèi)流速 選用252.5較高級冷拔碳鋼傳熱管,取管內(nèi)流速u=0.2 m/s(2) 管程數(shù)與傳熱管數(shù)依據(jù)下式確定換熱管的單程管字?jǐn)?shù):ns=V4di2u式中 ns單程管子數(shù) V管程流體的體積流量，m3/s di傳熱管直徑， u管內(nèi)流體流速，m/sQ1=243.87KWtm=160.82AP=9.48m2=5258.5 Kg/h u=0.2 m/s則 ns=V4di2u=6400686.8236000.7850.0220.2=41.2142ns=42按單管管程計(jì)算,所需長度L=Apd0ns=9.483.140.02542=2.87 m取管長L=1500mm,則Ap=2.871.5=2 管程N(yùn)s=9.483.140.0251.5=80.581 根(3) 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)R=T1-T2t2-t1=210-18060-20=1.25P=60-20230-20=0.19按單殼程、雙管程結(jié)構(gòu),查得：t=0.97平均傳熱溫差tm=ttm=0.97160.82=156.0 (4) 傳熱管排列和分程方法采用組合排列法,即每程內(nèi)均按正三角形排列,隔板兩側(cè)采用正方形排列。取中心距a=1.25d0，則a=1.2525=31.2532隔板中心到離其最近的管子中心距離為：S=a2+6=322+6=22則各相鄰管的管心距為 t=2S=44,管束的分程方法,一程為40根,另外一程為41根排管圖如下所示：（5） 殼體內(nèi)徑采用雙管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按正方形排列估算。取管板利用率=0.7，則殼體內(nèi)徑為：L=2.87 mL=1500mmAp=2Ns=81根R=1.25P=0.19t=0.97tm=156.0a=32S=22t=44=0.7D=1.05aNT=1.0532810.7=361.44按卷制殼體的進(jìn)級檔50100，取D=400(6) 折流板 本次設(shè)計(jì)采用單弓形折流板,卻弓形折流板的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的1/4,則h為h=0.25D=0.25400=100取折流板間距B=0.4D=160則折流板的數(shù)目為N=DB-1=8.378 根但是根據(jù)實(shí)際接管的位置及布局,最終根據(jù)畫圖所得取N=7 塊2.6 換熱器核算2.6.1 熱流量核算1） 殼程表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a0用克恩法計(jì)算：a0=0.36deRe00.55Pr13w1.14當(dāng)量直徑,按三角形排列計(jì)算:de=432pt2-4do2do=4320.042-40.03220.032=0.02m 殼程流通截面積S0=BD1-d0a=0.160.41-0.0250.032=0.014殼體流速和雷諾數(shù)分別為u0=V0S0=5258.5(3600992.2)0.014=0.105m/sRe=deu0=0.0200.105992.20.65310-3=3190普朗特系數(shù)查得Pr=4.31粘度校正w1,則:a0=0.360.6340.02031910.554.311310.14=1562.8 W/(K) 2)管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)i (無相變)i=0.023idiRe0.8Prn管內(nèi)流體被冷卻,n=0.3管程流速和雷諾數(shù)分別為ui=ViSi=64003600686.80.7850.022812=0.204m/sRe=0.020.204686.80.68210-3=4084.8普朗特系數(shù)Pr=2.7431030.68210-30.135=13.86i=0.0230.1350.0204084.80.813.860.4=389.21W/(K) 3)污垢熱阻和管壁熱阻 按書上P65可取管外側(cè)污垢熱阻 R0=0.2610-3 K/W管內(nèi)側(cè)污垢熱阻 Ri=1.05610-3 K/W管壁熱阻,碳鋼在205的條件下的熱導(dǎo)率為w=44.19W/(mK),所以Rw=bw=0.002544.19=5.6610-5K/W4) 傳熱總系數(shù)KC為Kc=1d0idi+Rid0di+Rwd0dm+R0+10算得KC=182W/(K)5) 傳熱面積裕度傳熱面積AC為AC=QKtm=243.87103182160.82=8.33則該換熱器的面積裕度為H=AP-ACAC=9.48-8.338.33=13.6傳熱面積裕度合適,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。2.6.2 壁溫核算按最不利的條件計(jì)算，即取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算，熱力學(xué)平衡公式為Q=hAhTm-Tw=cActw-tm熱流體的換熱面積為 Ah=d0l=7.63熱流體的換熱面積為 Ac=dil=9.531) 傳熱管壁溫TTw=205-2438707.63389.21=122.87tw=30+24387015629.53=46.38則熱管壁為T=Tw+tw2=84.622) 殼體壁溫t由于殼程水的溫度不高,可近似取為流體的平均溫度,則t=t1+t22=403) 殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為T=T-t=84.62-40=40.62 該溫差比較大,需要設(shè)置溫度補(bǔ)償設(shè)備,所以采用波形膨脹節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償。2.7 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力2.7.1 管程阻力PtPt=Pi+PrNSNpFs取管程結(jié)垢校正系數(shù)FS=1.5直管阻力Pi為Pi=ildiu22=0.0481.50.02686.80.20422=51.44 Pa局部阻力Pr為Pr=u22=3686.80.20422=42.87 Pa則Pt=51.44+42.87121.5=282.93 Pa2.7.2 殼程阻力PsPs=P0+PiNSFs其中殼程結(jié)垢校正系數(shù)Fs=1.15正方形排列，則：NT=1.19NT0.5=1.19810.5=10.71流通面積S0=BD-NTCd0=0.16(0.4-10.710.02)=0.029管子排列形式對阻力的影響,正三角形取F=0.5殼程流體摩擦因子f0為f0=5Re0-0.228=53191-0.228=0.794殼程流體橫過管束的最小流速為u0u0=V0S0=5258.53600992.20.029=0.05 m/sP0=Ff0NTCNB+1u022=47.46 PaPi=NB3.5-2BDu022=26.78 Pa則：Ps=47.46+26.781.151=85.37 Pa(3) 總阻力為P=Pt+Ps=282.93+85.37=368.30 PaD=400h=100B=160N=7 塊de=0.02mS0=0.014u0=0.0105m/sRe=3190Pr=4.31w1a0=1562.8W/(K) n=0.3ui=0.204m/sRe=4084.8Pr=13.86i=389.21W/(K) R0=0.2610-3K/W Ri=1.05610-3 K/W Rw=5.6610-5K/W KC=182W/(K)AC=8.33H=13.6Ah=7.63Ac=9.53Tw=122.87tw=46.38T=84.62t=40T=40.62FS=1.5Pi=51.44 PaPr=42.87 PaPt=282.93 PaFs=1.15NT=10.71S0=0.029F=0.5f0=0.794u0=0.05 m/sP0=47.46 PaPi=26.78 PaPs=85.37 PaP=368.30 Pa2.8 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果到此換熱器的工藝計(jì)算告一段落，其中工藝計(jì)算的主要目的是計(jì)算出其換熱面積，選出相應(yīng)的換熱器型式，其計(jì)算結(jié)果如下表2-1所示：表2-1參數(shù)管程（油）殼程（軟水）流率/(kg/h)64005258.5進(jìn)/出口溫度/230/18020/60壓力/MPa0.1010.101物性定性溫度/20540密度/(kg/)686.82992.2定壓比熱容/(kJ/(kgK)2.74364.174粘度/(Pas)0.68210-30.65310-3熱導(dǎo)率/W/(mK)0.1350.634普朗特系數(shù)13.864.31續(xù)表2-1設(shè)備機(jī)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式臺數(shù)1殼體內(nèi)徑/400殼程數(shù)1管徑/252.5管心距/32管長/1500管子排列管數(shù)目/根81折流板數(shù)/ 個(gè)7傳熱面積/9.48折流板間距/160管程數(shù)2材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)0.2040.105表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/(W(K)389.211562.8污垢熱阻/(K/W)0.001050.00026阻力/MPa282.9385.37熱流量/kW243.87傳熱溫差/K40.62傳熱系數(shù)/(W(K)182裕度/13.63 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核在第一部分進(jìn)行工藝計(jì)算結(jié)束后,應(yīng)進(jìn)行下一步:開始換熱器主體結(jié)構(gòu)以及零部件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算。這一過程主要包括殼體和封頭的厚度計(jì)算、材料的選擇、管板厚度的計(jì)算、接管計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，還有主要構(gòu)件的設(shè)計(jì)（如管箱、殼體、折流板、拉桿、膨脹節(jié)等）和主要連接（包括管板與管箱的連接、管子與管板的連接、殼體與管板的連接等），具體計(jì)算如下：3.1 殼體與管箱厚度的確定 根據(jù)計(jì)算得出的軟水進(jìn)出口溫度，選擇設(shè)計(jì)溫度為80；設(shè)計(jì)壓力為1.0Mpa。3.1.1 殼體和管箱材料的選擇 由于所設(shè)計(jì)的換熱器屬于常規(guī)容器，并且在工廠中多采用低碳低合金鋼制造，故在此綜合成本、使用條件等的考慮，選擇16MnR為殼體與管箱的材料。16MnR是低碳低合金鋼，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和制造工藝性能，其強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性、低溫和高溫性能均優(yōu)于相同含碳量的碳素鋼，同時(shí)采用低合金鋼可以減少容器的厚度，減輕重量，節(jié)約鋼材。3.1.2 圓筒殼體厚度的計(jì)算及校核焊接方式：選為雙面焊對接接頭，全部進(jìn)行無損探傷，故焊接系數(shù)=1.0；根據(jù)GB6654壓力容器用鋼板和GB3531低溫壓力容器用低合金鋼板規(guī)定可知對16MnR鋼板其：C1=0.6;C2=2材料在80的許用應(yīng)力T=170MPa（厚度為616mm時(shí)）殼體計(jì)算厚度按下式計(jì)算為：=PcDi2t-Pc=4001.021701.0-1.0=1.18設(shè)計(jì)厚度為： d=+C2=1.18+2=3.18mm 名義厚度n=d+C1+=4mm(其中為向上圓整量) 查其最小厚度為6mm，則此時(shí)厚度不滿足要求,取n=6mm有效厚度為e=n-C1-C2=6-0.6-2=3.4 mm水壓試壓壓力為PT=1.25PCt=1.251.0170170=1.25 MPa所選材料的屈服應(yīng)力為s=345 MPa水壓試壓應(yīng)力T=PTDi+e2e=1.25(400+3.4)23.4=74.15 MPa水壓試壓應(yīng)力校核T=74.15 MPa<0.9s=0.93251.0=292.5 MPa即水壓試壓強(qiáng)度滿足要求,設(shè)計(jì)的厚度是合適的。=1.0C1=0.6;C2=2T=170MPa=1.18mmd=3.18mmn=6mme=3.4 mmPT=1.25 MPas=345 MPaT=74.15 MPa3.1.3 管箱厚度計(jì)算及校核此時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料為16MnR,故K=1，且同前面一樣，其中C1=0.6mm;C2=1mm，采用雙面焊對接接頭，部分進(jìn)行無損探傷的焊接形式，取=0.85材料在205的許用應(yīng)力為T=156 MPa則封頭計(jì)算厚度為：h=KPcDi2t-0.5Pc=11.040021560.85-0.51.0=1.51mm設(shè)計(jì)厚度 dh=h+C2=1.51+2=3.51mm 名義厚度 nh=dh+C1+=5 mm （為向上圓整量）； 考慮到和法蘭及管板連接的最小厚度取nh=6 mm有效厚度ne=nh-C1-C2=6-0.6-2=3.4 mm水壓試壓壓力PnT=1.25PCt=1.251.0170156=1.36 MPa水壓試壓應(yīng)力為nT=PnTDi+ne2ne=1.36(400+3.4)23.4=80.68 MPa水壓試壓校核nT=80.68 MPa<0.9s=0.93250.85=248.625 MPa 即水壓試壓強(qiáng)度滿足要求,設(shè)計(jì)的厚度是合適的。K=1C1=0.6mm;C2=1mm=0.85T=156 MPah=1.51mmdh=3.51mmnh=6 mmne=3.4 mmPnT=1.36 MPanT=80.68 MPanT<0.9s查JB/T47462002鋼制壓力容器用封頭可得封頭的型號參數(shù)如下表3-1：表3-1 DN400標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭參數(shù)DN(mm)總深度H(mm)直段長度l(mm)內(nèi)表面積A()容積(m3)封頭質(zhì)量（）4001251000.20490.01159.7 封頭處的厚度同前管箱短節(jié)部分的厚度一樣,為6mm。3.2 隔板 隔板與管箱采用角接焊,與管板進(jìn)行開槽密封連接。查GB151-1999可知：分程隔板槽槽深，槽寬為12mm，且分程隔板的最小厚度為8mm。焊接方式如下圖3-1所示:圖3-13.3接管設(shè)計(jì)3.3.1 殼程接管(1) 殼程接管公稱直徑DN殼程進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)軟水的流速為u1=2 m/s則直徑為:d1=4qvu1=45258.53600992.23.142=0.306 m按照鋼管厚度系列，取公稱直徑DN=32 mm可選接管的規(guī)格為323，接管的材料選為20號鋼。u1=2 m/sDN=32 mm(2) 接管法蘭形式與尺寸根據(jù)接管的公稱直徑，公稱壓力可查HG205922063597鋼制管法蘭、墊片、緊固件，選擇板式平焊鋼制管法蘭，其具體尺寸如下表3-2所示：表3-2法蘭參數(shù)公稱直徑DN鋼管外徑A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B1法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺栓TH323812090144M121619具體形式如圖3-2所示：圖3-2(3) 接管高度(伸出長度)L=h+h1+l=16+10.8+10+30=66.8 mm圓整,取L=70 mmL=70 mm3.3.1 管程接管(1) 管程接管公稱直徑DN殼程進(jìn)出口接管:取接管內(nèi)軟水的流速為u2=2 m/s則直徑為:d2=4qvu2=464003600686.83.142=0.406 m按照鋼管厚度系列，取公稱直徑DN=40 mm可選接管的規(guī)格為402.5，接管的材料選為20號鋼。u2=2 m/sDN=40 mm(2) 接管法蘭形式與尺寸根據(jù)接管的公稱直徑，公稱壓力可查HG205922063597鋼制管法蘭、墊片、緊固件，選擇板式平焊鋼制管法蘭，其具體尺寸如下表3-3所示：表3-3法蘭參數(shù)公稱直徑DN鋼管外徑A1連接尺寸法蘭厚度C法蘭內(nèi)徑B1法蘭外徑D螺栓孔中心圓直徑K螺栓孔直徑L螺栓孔數(shù)量n螺栓TH4045130100144M121646(3) 接管高度(伸出長度)L=h+h1+l=16+10.8+10+30=66.8 mm圓整,取L=70 mm3.3.2 排液口、排氣口 排液口和排氣口的公稱直徑大小一般不小于15 mm,本次采用的公稱直徑為30 mm。L=70 mm3.4 開孔補(bǔ)強(qiáng)根據(jù)GB150-2011，允許不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑是=89 mm，本次設(shè)計(jì)的殼程接管、管程接管、排液口和排氣口均小于=89 mm，因此不需要另行考慮開孔補(bǔ)強(qiáng)問題。3.5 法蘭與墊片3.5.1管箱法蘭與封頭法蘭管箱與法蘭、封頭與法蘭均采用對接焊，查JB4700-2000壓力容器法蘭可選固定端的殼體法蘭和管箱法蘭為長頸對焊法蘭，平面密封面，材料為鍛件20MnMo，其結(jié)構(gòu)如圖3-3，其具體尺寸如下表3-4：（單位為mm）圖3-3表3-4 DN400長頸對焊法蘭尺寸DN法蘭螺柱對接筒體最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd規(guī)格數(shù)量400540500465455452349525171412221223M202063.5.2 墊片查JB4700-2000壓力容器法蘭，根據(jù)設(shè)計(jì)溫度可選擇墊片型式為金屬包墊片，材料為0Cr18Ni9，結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，其尺寸如表3-5：圖3-4表3-5 管箱墊片尺寸PN(Mpa)DN(mm)外徑D(mm)內(nèi)徑d(mm)墊片厚度反包厚度1.0400454422343.6 管板設(shè)計(jì)3.6.1管板厚度設(shè)計(jì)采用BS法（1） 假設(shè)管板厚度為3=28 mm（2） 計(jì)算K值:K2=1.32DibnaLb=1.324002881176.60.5144428=15.86則K=3.98(3) 管板邊緣支承的形式為簡支形式,則:G1=2.9;G2=-0.65;G2=2.9(4) 計(jì)算r和t:r=Ps-Pt4G1Dib2=140.52.9400282=35.19MPat=1Pa-Ps-PbG2=10.6841-1-0.650.684=28.5 MPa(5) 校核r和t:查GB150-2011得,16MnR鋼材的r=150 MPa, t=113MPa。則：r=35.19 MPa<r=150 MPat=28.5 MPa<t=113MPa符合要求，說明假設(shè)厚度合適。（6） 管板厚度3n=3+2C=28 mm+21=30 mm3=28 mmK=3.98G1=2.9;G2=-0.65;G2=2.9r=35.19 MPat=28.5 MPar=150 MPa t=113MPa3n=30 mm3.6.2 換熱管與管板連接方式根據(jù)GB151-1999的規(guī)定,換熱管與管板連接采用脹接方式連接，K=0.5 mm,伸出長度lt=3 mm其連接方式如下圖3-5所示圖3-53.6.3 換熱管與管板連接拉脫力校核q=tmaxa10d0lt=2.8176.6103.14323=1.6Mpa 其中：lt管子與管板脹接的長度，mm,查GB151-1999可知lt=3 mm許用拉脫力q=0.52tt=0.586=43Mpa明顯地，q<q,說明連接方式是合適的。q=1.6Mpalt=3mmq=43Mpaq<q3.6.4 管板與筒體連接方式采用管板兼作法蘭的形式,其連接方式如下圖3-6所示:圖3-63.6.5 管板尺寸根據(jù)法蘭尺寸并作實(shí)際圖確定,其尺寸如下表3-6所示:表3-6 管板尺寸(mm)公稱直徑DN外徑D1厚度b內(nèi)徑D2螺栓孔直徑d螺栓孔內(nèi)圓直徑D1螺栓螺栓個(gè)數(shù)4005403039118500M20203.7接管位置確定3.7.1 殼程接管位置的最小尺寸采用無補(bǔ)強(qiáng)圈的形式(其中b為管板厚度)，如下圖3-7所示：圖3-7L1dH2+b-4+C=382+30-4+100=145 mm取L1=150 mm3.7.2 管程接管位置的最小尺寸采用無補(bǔ)強(qiáng)圈的形式(其中b為管板厚度) ，如下圖3-8所示：圖3-8L2dH2+hf+C=402+95+60=175 mm取L2=180 mmL1=150 mmL2=180 mm3.8 管箱和封頭長度及與筒體的連接方式管箱的長度380mm,封頭的長度為220 mm,采用法蘭連接,如下圖3-9所示:圖3-93.9 折流板3.9.1 折流板的形式和尺寸根據(jù)前面計(jì)算可知,本次設(shè)計(jì)采用單弓形,上下方向排列。圓缺高度為H=100 mm，厚度為=4 mm，間距為B=160 mm,數(shù)量為N=7 塊。3.9.2 折流板的排列本次課程設(shè)計(jì)折流板的排列如下圖3-10所示圖3-103.9.3 折流板的布置 根據(jù)實(shí)際畫圖得與前管板的距離為L1=250 mm，與后管板的距離為L2=290 mm。3.10 拉桿、定距管根據(jù)GB151-1999,由于換熱管規(guī)格為252.5，采用拉桿定距管形式如圖3-7所示，拉桿一端的螺紋擰入管板，折流板用定距管定位，最后一塊折流板靠拉桿螺母固定。材料選用Q235-A，同時(shí)拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束外邊緣。拉桿的一端的螺紋擰入管板，折流板用定距管定位，最后一塊折流板靠拉桿螺母固定。如下圖3-11所示：圖3-113.10.1拉桿尺寸拉桿形式及各部分尺寸如下圖3-12所示：圖3-12拉桿的具體尺寸如下表3-7表3-7 拉桿的參數(shù)(mm)拉桿直徑d拉桿螺紋公稱直徑DNLaLbb拉桿數(shù)量1616176024其中L根據(jù)實(shí)際作圖得到L=1280mm的2根,L=1120mm的2根。3.10.2 定距管根據(jù)換熱器設(shè)計(jì)手冊，定距管的尺寸同換熱管的尺寸相同，材料選用碳鋼Q235-B。外徑為25mm2.5mm。其長度根據(jù)折流板間距確定為16mm。3.11 防沖板 由于殼程流體的v2=992.20.1052=10.94Kg/(m.s2)<2230Kg/(m.s2)( 查GB151-1999)管程換熱管流體的流速<3m/s，因此在本臺換熱器的殼程與管程都不需要設(shè)置防沖板。3.12 旁路擋板根據(jù)GB151-199規(guī)定,旁路擋板采用與折流板厚度一致,而本次設(shè)計(jì)的公稱直徑DN=400<500,選用一對擋板。3.13保溫層根據(jù)設(shè)計(jì)溫度選保溫層材料為脲甲醛泡沫塑料，其物性參數(shù)如下表3-8：表3-8 保溫層物性參數(shù)密度Kg/m3導(dǎo)熱kcal/mh吸水率抗壓強(qiáng)度kg/m適用溫度厚度mm13200.01190.02612%0.250.5-190+500103.14 鞍座3.14.1 鞍座安裝尺寸根據(jù)GB151-1999,LB=(0.40.6)L,取LB=0.53L=790mm，LC=250mm,LC=360mm鞍座安裝方式如下圖3-13所示圖3-133.14.2 鞍座尺寸: 根據(jù)JB/T4712-92選擇鞍座的型號為：DN600、120包角重型帶墊板鞍式支座。結(jié)構(gòu)如下圖3-14所示：圖3-14具體尺寸如下表3-9所示：表3-9 鞍座尺寸公稱直徑DN鞍座高度允許載荷Q(KN)底板腹板筋板墊板螺栓間距l(xiāng)2鞍座質(zhì)量（kg）增加100mm高度增加的質(zhì)量（kg）l1b1l3b3弧長b4e4002006038012088300968480160628260143總結(jié)在老師辛勤的指導(dǎo)下，本次我們順利地完成了是固定管板式換熱器的設(shè)計(jì)。通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我們對換熱器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)有了一個(gè)新的認(rèn)識，讓我對石油化工過程裝備設(shè)計(jì)這門課有了進(jìn)一步的認(rèn)識。設(shè)計(jì)時(shí)要有一個(gè)明確的思路，要考慮多種因素包括環(huán)境條件和介質(zhì)的性質(zhì)等再選擇合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，對固定管板式換熱器的材料和結(jié)構(gòu)確定之后還要進(jìn)行一系列校核計(jì)算，包括筒體、封頭的應(yīng)力校核，以及鞍座的載荷和應(yīng)力校核。校核合格之后才能確定所選設(shè)備型符合要求。通過這次設(shè)計(jì)對我們獨(dú)自解決問題的能力也有所提高。在整個(gè)過程中，我們查閱了許多有關(guān)書籍及文獻(xiàn)，取其相關(guān)知識要點(diǎn)應(yīng)用到課設(shè)中，而且其中有很多相關(guān)設(shè)備選取標(biāo)準(zhǔn)可以直接選取，這樣設(shè)計(jì)出來的設(shè)備更加符合要求。在寫設(shè)計(jì)說明書中，采用了CAD等繪圖軟件，在繪圖的整個(gè)過程中，我對制圖軟件的操作更加熟悉。這次課設(shè)的書寫中對格式的要求也很嚴(yán)格，在老師的指導(dǎo)下我們按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的格式要求完成課設(shè)。這就為我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。因?yàn)榈闹R有限，所做出的設(shè)計(jì)存在許多缺點(diǎn)和不足，請老師做出批評和指正。最后感謝老師對這次課設(shè)的評閱。參考文獻(xiàn)1.GB150-1999鋼制壓力容器；2.GB151-1999管殼式換熱器；3.JBT47004707-2000，壓力容器法蘭；4.JBT471892，管殼式換熱器用金屬包墊片；5.JBT472192，外頭蓋側(cè)法蘭；6.JBT471292，鞍式支座；7.HG205922063597，鋼制管法蘭、墊片、緊固件；8.JBT47462002，鋼制壓力容器用封頭；9.HG20580HG20581-1998，鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定等；10.JB472694，壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件。11.楊啟明、饒霽陽主編，石油化工過程設(shè)備設(shè)計(jì)，西南石油大學(xué)出版社，2012；12.初志會(huì)、金鶴等編，換熱器技術(shù)問答，化學(xué)工業(yè)出版社，2009；13.余建祖編，換熱器原理與設(shè)計(jì)，北京航空航天大學(xué)出版，2006；14.秦叔經(jīng)、葉文邦等編，換熱器，化學(xué)工業(yè)出版社，2002；15.丁伯民、黃正林等編，化工容器，化學(xué)工業(yè)出版社，2002；16.諸林、劉瑾、王兵、王治紅等編，化工原理，石油工業(yè)出版社，2007；17.中國石化集團(tuán)洛陽石油化工工程公司編，石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)便查手冊，中國石化出版社，2007；18.張學(xué)學(xué)主編，熱工基礎(chǔ)，高等教育出版社，2006。