单壳程双管程管壳式换热器设计.doc

1、 I本 科 生 通 用 题目：单壳程双管程管壳式换热器设计（立式）专业：应用化学班级：0703 班姓名：肖黎鸿成绩： 导师签字：2010 年 7 月 11 日II题目:单壳程双管程管壳式换热器设计（立式）参数:项目 管程 壳程工作压力（MPa） 1.1 0.7工作温度（） 165 90设计温度（） 170 95设计压力（MPa） 1.2 0.8物料名称 氮气 水换热面积（m 2） 11焊缝系数 0.85 0.85腐蚀余量（mm） 1 1要求:要求每位学生在设计的过程中，充分发挥自己的独立工作能力及创造能力，在设计过程中必须做到：（1）及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创

2、造性。（2）认真计算和制图，保证计算正确和图纸质量。（3）按预定计划循序完成任务。日程安排：1.准备阶段（1 天）2.设计计算阶段（3 天）3.绘图阶段（4 天）4.编写设计说明书（2 天）目 录1. 绪论 .12 设计计算 .22.1 管子数 n 的计算 .22.2 管子排列方式，管间距的确定 .22.3 壳体直径的确定 .22.4 壳体厚度的计算 .22.5 壳体液压试验应力校核 .32.6 分程隔板的选择 .32.7 封头的选择 .32.8 法兰,管板的选择 .42.9 垫片尺寸的确定 .52.10 管子拉脱力的计算 .52.11 是否安装膨胀节的计算 .62.12 折流板设计 .72.

3、13 拉杆设计 .82.14 开孔补强 .82.15 支座 .93 设计评述 .104. 参考文献 .11附:设计结果一览表 .12NO.1 1. 绪论热交换器，通常又称作换热器，是化工炼油和食品及其他工业部门的通用设备，在生产中占有重要作用。化工生产中，换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用甚为广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可以分为三大类，及间壁式、混合式和蓄热式。三类换热器中，间壁式换热器应用最多。本次设计的管壳式换热器就属于间壁式换热器的一种。NO.2 立式固定管板式换热器示意图2设计计算2.1 管子数 n 的计算选 25 2.5 的

4、无缝钢管，材质 20 号钢，管长 1.5m。因为 F=d 均 Ln ，所以 根均 1045.02.LdFn2.2 管子排列方式，管间距的确定本设计物料：管程氮气，壳程水，循环水工作温度90较高，不易结垢。可暂不考虑机械清洗水垢的问题，故排列方式采用结构紧凑、传热系数较高的正三角形排列。由化工设备与仪表自动化中表 6-4 得六角形层数为 6，对角线上的管数为 13，管子根数为 127 其中因安排拉杆需减少 6 根(参见 2.12 拉杆设计)，实际管数121 根。查表 6-5，由管子外径 25mm,可得管间距=32mm。管子排列方式如右图：2.3 壳体直径的确定 Di=a(b-1)+2l式中 Di

5、换热器内径，mmb正六角形对角线上的管子数，查表 6-4，取 b=13l最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取 l=2d.mi 4852)13(2查仪表设备及仪器自动化P58 表 2-5，并结合壳体直径的计算，确定Di=500mmNO.3 2.4 壳体厚度的计算pc计算压力，取 pc=0.8MPa；D i=500mm; 焊接系数 =0.85;材料选用 Q235-B 钢， 95=113Mpa。计算壁厚为 mscic 09.28.5.01322t 取 c2=1mm,由书中表 4-7 得 c1 =0.3mm圆整后实取 Sn =4mm。DN500,=4 每米钢板质量为 50kg。2.5 壳体液压试验应力

6、校核试验压力 MPaptT 0.138.251. 故： SDei .9).4(0.2Q235-B 在常温时 , ,Pas35 Pas 78.192358.09, 故液压试验应力校核合格。sT9.02.6 分程隔板的选择分程隔板应采用与封头、管箱短节相同材料，故材料选用 Q235-B。要求隔板的密封面与壳体法兰密封面，管板密封面与分程槽面须处于同一基面。分程隔板槽深度为 4mm，槽宽 12mm。其结构相见装配图。查化工单元过程及设备课程设计表 4-1 得分程隔板的最小厚度为8mm2.7 封头的选择上下封头均选用 EHA 椭圆封头，其厚度与壳体厚度相同，材料选用Q235-B 钢。上封头的主要尺寸如

7、下表：公称直径 DN (mm) 曲面高度 h1 (mm) 直边高度 h2 (mm) 碳钢厚度 (mm)500 125 40 4下封头的主要尺寸如下表：公称直径 DN (mm) 曲面高度 h1 (mm) 直边高度 h2 (mm) 碳钢厚度 (mm)NO.4 500 125 50 4查过程设备机械设计P106 标 2 JB/T4746-2002 得:公称直径DN (mm)总深度H (mm)内表面积A (m2)容积V (m3)质量M (kg)500 150 0.3103 0.0213 9.6如下图所示：2.8 法兰,管板的选择容器法兰材料选 16MnR。根据 JB47012000 标准，选用DN50

8、0，PN1.6(MPa)的甲型平密封面法兰。DN25(100)PN4MPa 管法兰的接管伸出长度为 150mm。容器法兰的主要尺寸如下表：法兰， mm 螺柱公称直径DN，mm D D1 D2 D3 D4 d 规格 数量500 630 590 555 545 542 44 23 M20 28其密封面结构如下图所示：NO.5 选用固定式换热器管板，不兼做法兰，换热管与管板的连接采用先焊后强度胀的连接形式，考虑到胀接结构要求，此次管板的厚度取 30mm。实际上，管板的厚度应按 GB151-1991 进行强度计算，但由于计算复杂，在此不进行具体的校核。2.9 垫片尺寸的确定由于与壳体接触的介质仅为冷却

9、水，对密封的要求一般，因此密封垫片选用价格相对较低的石棉橡胶片。根据 JB/T47041992 及所选的 DN500，PN1.6(MPa)甲型平焊法兰。垫片尺寸如下表：（单位：mm）公称直径 DN 垫片内径 di 垫片外径 D0 垫片厚度 t500 504 544 32.10 管子拉脱力的计算计算数据如下表NO.6 A.在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力 qpldpfq0式中 )(396254386.0486.2 mdaf p=1.1(MPa)； l=40mmMPaq1.2539.1B.温差应力导致的每平方米胀接周边上的拉脱力lditt04)(式中 ststAaE12n 4.630258

10、0SmDs 中 220 65.17)()(4)(4dit 项目 部件 管子 壳体材质 20 号钢 Q235-B 钢(/) 11.810-6 11.810-6E(MPa) 0.21106 0.21106尺寸 252.5 1500 5004管子数 127 根管间距 32mm管壳壁温差/ T=75管子与管板连接方式 开槽胀接胀接长度 L=40mmNO.7 则 )(47.224.630517.8.66 MPat )(94)(.22qt由已知条件可知，q p 与 qt 的作用方向相同，都使管子受压，则合拉脱力为MPatp05.21.0qq=4.0(MPa)因此，拉脱力在许用范围内。2.11 是否安装膨胀节的计算管，壳壁所产生的轴向力： )(108.9625.1374.6025.1374.6081)( 561 NAtaEFtssl 压力作用于壳体上的轴向力： tsAQF2其中 lttsi pSdnpDQ)()(42020)(1038.)5.(17.515 52N则 NF2 03.62.4.6308压力作用于管子上的轴向力： AQts 553 16.137. )(4.824.60895521 MpaFss 0.37.137.3 Ptt 根据钢制管壳式换热器设计规定：)(80241.8PaMPatss )(2065. paaltt