換熱器設(shè)計(jì)報(bào)告

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 乙炔反應(yīng)器出料冷卻器設(shè)計(jì)乙炔反應(yīng)器出料冷卻器設(shè)計(jì) acetylene reactor discharging cooler design 學(xué)院（部）： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2012 年 06 月 05 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) i 乙炔反應(yīng)器出料冷卻器設(shè)計(jì) 摘要 合成乙炔工業(yè)中，對(duì)出料進(jìn)行冷卻是工藝中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因而冷卻器 是該工業(yè)中的必備設(shè)備。本設(shè)計(jì)從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)能力的 需求，選擇合適的換熱器類型，然后根據(jù)具體生產(chǎn)工況，按相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，進(jìn) 行基于整體結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)，再對(duì)相關(guān)輔助部件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)出一 臺(tái)滿足要求

2、的換熱器。浮頭式換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點(diǎn) 是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對(duì)殼體滑移，稱為浮頭。浮頭 式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會(huì)因管束之間的差脹而產(chǎn)生 溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)還在于拆卸方便，易清洗。設(shè)計(jì)的前半 部分是工藝計(jì)算部分，主要設(shè)根據(jù)設(shè)計(jì)傳熱系數(shù).壓強(qiáng)校核.殼程壓降.管程壓降 的計(jì)算。設(shè)計(jì)的后半部分則是關(guān)于結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)已經(jīng)選定的 換熱器型式進(jìn)行設(shè)備內(nèi)各零部件（如殼體. 折流板.分程隔板.拉桿.進(jìn)出口管. 浮頭箱.浮頭.支座.法蘭.）的設(shè)計(jì) 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: :工藝設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)工藝設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)，開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)

3、 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ii acetylene reactor discharging cooler design abstract synthesis of ethylene industry, the discharge of cooling is an important link in the process which makes cooler be the necessary equipment in this industry. the design comes from the actual production. we will choose the proper type

4、 of heat exchanger according to the production environment and production needs. then complete the process design and related auxiliary parts of machinery design, according to the relevant specifications and design according to the design specification. finally, to complete the task of designing the

5、 heat exchanger, floating head type heat exchanger is a shell and tube heat exchanger in the series, it is characterized by both ends of the tube plate and shell is fixed only at one end, the other end can be relative to the casing slip, known as the floating head. floating head type heat exchanger

6、tube bundle from the shell due to expansion of the constraints, thus not due to differential expansion between tube bundles arising from thermal stress, the first is the process design calculation section, established according to the design of the heat transfer coefficient. shell- side pressure dro

7、p calculation of pressure drop of tube. the latter part of the design is the design of the structure and strength, are mainly based on the heat exchanger type has been selected for equipment parts (such as a casing. pipe box fixed tube plate. pass partition. pull rod. the floating head flange.) keyw

8、ards：process design, mechanical design, opening reinforcement 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) i 目錄 摘要.i abstract.ii 1 緒論 .1 1.1 換熱器概述.1 1.2 浮頭式換熱器.2 2 換熱器設(shè)計(jì).3 2.1 換熱器計(jì)算方法依據(jù).3 2.2 換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算.3 2.2.1 確定設(shè)計(jì)方案.3 2.2.2 定性溫度和物性參數(shù)計(jì)算 .3 2.3 初選結(jié)構(gòu) .4 2.3.1 管排列方式 .4 2.3.2 管子外徑 .5 2.3.3 折流板的選擇 .7 2.3.4 校核總換熱系數(shù) .7 3、換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算.10 3.1

9、換熱流程設(shè)計(jì) .10 3.1.1 管子和傳熱面積 .10 3.1.2 殼體 .10 3.2.前端管箱筒體計(jì)算.11 3.2.2 前端管箱封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算 .13 3.2.3 外頭蓋筒體計(jì)算 .14 3.2.4 外頭蓋封頭計(jì)算 .15 3.2.5 浮頭設(shè)計(jì)計(jì)算 .16 3.2.6 殼程外壓作用下浮頭蓋的計(jì)算 .18 3.2.7 管板的設(shè)計(jì)計(jì)算 .19 3.2.8 接管及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 .25 4 其他結(jié)構(gòu)選擇 .27 4.1.1 換熱器支座選擇和設(shè)計(jì) .27 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) ii 4.1.2 法蘭選擇 .30 4.1.3 拉桿的選取 .31 4.1.4 防沖與導(dǎo)流 .32 4.1.5 安裝與拆

10、卸 .33 總結(jié).34 主要參考文獻(xiàn).35 致謝.40 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 換熱器概述 換熱器是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱量交換設(shè)備。 隨著 現(xiàn) 代新工藝、新技術(shù)、新材料的不斷開(kāi)發(fā)和能源問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，世界各國(guó)已 普遍 把石油化工深度加工和能源綜合利用擺到十分重要的位置。換熱器因而面 臨著新 的挑戰(zhàn)。換熱器的性能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、能量利用率以及系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 和可靠性 起著重要的作用，有時(shí)甚至是決定性的作用。目前在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家 熱回收率已 達(dá) 96%。換熱設(shè)備在現(xiàn)代裝置中約占設(shè)備總重的 30%左右，其中管 殼式換熱器仍然占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，約 70%。其余 30%

11、為各類高效緊湊式換熱器、 新型熱管熱泵和蓄熱器等設(shè)備，其中板式、螺旋板式、板翅式以及各類高效傳 熱元件的發(fā)展十分迅速。1 在繼續(xù)提高設(shè)備熱效率的同時(shí)，促進(jìn)換熱設(shè)備的 結(jié)構(gòu)緊湊性，產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，并朝大型化的方向發(fā)展。浮頭式 換熱器是管殼式換熱器系列中的一種，換熱管束包括換熱管、管板、折流板、 支持板、拉桿、定距管等。換熱管可為普通光管，也可為帶翅片的翅片管，翅 片管有單金屬整體軋制翅片管、雙金屬軋制翅片管、繞片式翅片管、疊片式翅 片管等，材料有碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅材、鋁材、鈦材等。殼體一般為 圓筒形，也可為方形。管箱有橢圓封頭管箱、球形封頭管箱和平蓋管箱等。分 程隔板可將管程

12、及殼程介質(zhì)分成多程，以滿足工藝需要。管殼式換熱器主要有 固定管板式，u 型管式和浮頭式換熱器。針對(duì)固定管板式與 u 型管式的缺陷， 浮頭式作了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對(duì)殼 體滑移，稱為浮頭。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會(huì) 因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力。浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)還在于方便拆卸， 清洗方便，對(duì)于管子和殼體間溫差大、殼程介質(zhì)腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)垢的情況很能 適應(yīng)。其缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、填塞式滑動(dòng)面處在高壓時(shí)易泄露，這使其應(yīng)用受 到限制，適用壓力為：1.0mpa6.4mpa。 換熱器（熱交換器）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，換熱器 按傳

13、熱方式的不同可分為混合式（混合式換熱器是通過(guò)冷、熱流體的直接接觸、 混合進(jìn)行熱量交換的換熱器，又稱接觸式換熱器） 、蓄熱式（蓄熱式換熱器是利 用冷、熱流體交替流經(jīng)蓄熱室中的蓄熱體（填料）表面，從而進(jìn)行熱量交換的 換熱器）和間壁式（隨間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開(kāi)，并通過(guò)間 壁進(jìn)行熱量交換的換熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應(yīng)用最廣）三 類2。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 在我國(guó)換熱器的制造技術(shù)遠(yuǎn)落后于外國(guó)，由于制造工藝和科學(xué)水平的限制， 早期的換熱器只能采用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，而且傳熱面積小、體積大和笨重，如蛇管 式換熱器等。隨著制造工藝的發(fā)展，逐步形成一種管殼式換熱器，它不僅單位 體積具

14、有較大的傳熱面積，而且傳熱效果也較好，長(zhǎng)期以來(lái)在工業(yè)生產(chǎn)中成為 一種典型的換熱器。 在我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快， 新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。為了適應(yīng)發(fā)展的需要，我國(guó)對(duì)某些種類的 換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。完善的換熱器在設(shè)計(jì)或選型時(shí)應(yīng)滿足以 下基本要求： （1） 合理地實(shí)現(xiàn)所規(guī)定的工藝條件； （2） 結(jié)構(gòu)安全可靠； （3） 便于制造、安裝、操作和維修； （4） 經(jīng)濟(jì)上合理。 所謂提高換熱器性能，就是提高其傳熱性能。狹義的強(qiáng)化傳熱系數(shù)指提高 流體和傳熱之間的傳熱系數(shù)。其主要方法歸結(jié)為下述兩個(gè)原理：溫度邊界層減 勃和調(diào)換傳熱面附近的流體。 因此最近

15、十幾年來(lái)，強(qiáng)化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分 迅速的發(fā)展，凝結(jié)是工業(yè)中普遍遇到的另一種相變換熱過(guò)程，凝結(jié)換熱系數(shù)很 高，但經(jīng)過(guò)強(qiáng)化措施還可以進(jìn)一步提升換熱效率。 1. 管外凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 （1）冷卻表面的特殊處理 （2）冷卻表面的粗糙化 （3）采用擴(kuò)展表面 2. 管內(nèi)凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 （1）擴(kuò)展表面法 （2）采用流體旋轉(zhuǎn)法 （3）改變傳熱面形狀 1.2 浮頭式換熱器 浮頭式換熱器的一端管板與殼體固定，一端的管板可在殼體內(nèi)自由浮動(dòng)， 殼體和管板對(duì)熱膨脹是自由的，因此當(dāng)兩種介質(zhì)溫差較大時(shí)，管束與殼體之間 不產(chǎn)生溫差應(yīng)力。浮頭端設(shè)計(jì)成可拆結(jié)構(gòu)，使管束能容易地插入或抽出殼體， 這樣方便清洗和

16、檢修。由于此類換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且浮動(dòng)端小蓋在操作時(shí)無(wú) 法得知其泄漏情況，所以在安裝時(shí)應(yīng)特別注意其密封。首先，通過(guò)換熱計(jì)算確 定換熱面積與管子的根數(shù)初步選定結(jié)構(gòu)。然后按照設(shè)計(jì)的要求以及一系列國(guó)際 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮許多因素，例如傳熱條件、材料、 介質(zhì)壓力、溫度、流體性質(zhì)以及便于拆卸等等3。 2 換熱器設(shè)計(jì) 2.1 換熱器計(jì)算方法依據(jù) 由于換熱器不僅是一種把熱量從一種流體傳遞到另一種流體的專用設(shè)備， 而且還是一種壓力容器，所以在上個(gè)世紀(jì)較長(zhǎng)的時(shí)間里，換熱器各個(gè)部件的設(shè) 計(jì)和計(jì)算都是由壓力容器標(biāo)準(zhǔn)，特別是asme標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)的，但其主要部件： 管板，卻

17、沒(méi)提供設(shè)計(jì)和計(jì)算的依據(jù)。我國(guó)的管殼式換熱器管板設(shè)計(jì)計(jì)算最早出 現(xiàn)于th2-59標(biāo)準(zhǔn)中，1972年頒布的jbll45-71也包含有關(guān)管板設(shè)計(jì)計(jì)算的內(nèi)容。 參照tema和日本jisb8249標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)鋼制石油化工壓力容器相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定和 鋼制列管式換熱器相關(guān)技術(shù)條件和我國(guó)多年來(lái)在管殼式換熱器設(shè)計(jì)、制造、安 裝、使用和維護(hù)等方面的經(jīng)驗(yàn)，于1989年頒布文獻(xiàn)11的前版本：gbl51 1989。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)遵守文獻(xiàn)10和勞動(dòng)部頒布的壓力容器安全監(jiān)察規(guī)程的 有關(guān)規(guī)定4 2.2 換熱器工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 管殼式換熱器的工藝設(shè)計(jì)，必須考慮很多因素，如材料、壓力、溫度、壁溫 差、結(jié)垢情況、流體性質(zhì)以及檢修與清理等，通過(guò)各

18、種因素的綜合考慮及比較 來(lái)選擇某一種適合的結(jié)構(gòu)形式，并且按工藝特定的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足工藝 上的需要。 2.2.1 確定設(shè)計(jì)方案確定設(shè)計(jì)方案 兩流體溫度變化情況：熱流體是乙炔，進(jìn)口溫度 116.7 oc，出口溫度 40oc；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度 30 oc，出口溫度 38.5oc。 2.2.2 定性溫度和物性參數(shù)計(jì)算 水的定性溫度： （1） 0 38.530 t=34.25 2 c 水的密度：2=995.7kg/m3 水的比熱：cp2=4.174kj/kg 水的導(dǎo)熱系數(shù)：k2=0.686w/m 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 水的粘度：2=801.510-6 水的柏朗特?cái)?shù)：pr2=5.42 乙

19、炔的定性溫度： （2） 0 116.740 t=78.35 2 c 乙炔密度：1=1.261 kg/m3 乙炔比熱：cp1=1.222 kj/kg 乙炔導(dǎo)熱系數(shù)：k1=1.25 w/m 乙炔粘度：1=9.8510-4 乙炔柏朗特?cái)?shù)：=0.963 1 pr 2.3 初選結(jié)構(gòu) 有效平均溫差計(jì)算 由于逆流的傳熱效果比并流好，故在此選用逆流操作 逆流平均溫差 76.78.5 30.123 76.7 ln() ln 8.5 n tt tc tt 大小 大小 參數(shù) r: 11 22 116.74076.7 9.024 38.5308.5 tt r tt 參數(shù) p： 22 12 38.5308.5 0.09

20、8 116.73086.7 tt p tt 換熱器按照雙殼程四管程設(shè)計(jì)，查 gb151 圖 f2（b）可得溫差校正系數(shù)： ，則有效平均溫差=0.950.95 30.12328.617 mn ttc 在此溫度下水的密度為： 3 kg =995.7 m 水 水的比熱容： 0 4.174. p ckj kg c 查相關(guān)資料取總傳熱系數(shù) 0 300wm ck 化工原理 16p 表 4-7 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 2.3.1 管排列方式 ： 管子在管板上的排列方式，應(yīng)力求均布、緊湊并考慮清掃和整體結(jié)構(gòu)的要 求?；镜呐帕蟹绞接形宸N： 等邊三角形。其一邊與流向垂直，是最常用的形式。與正方形排列相比傳 熱

21、系數(shù)高，可節(jié)省 15%的管板面積。適用于不生污垢或可用化學(xué)清洗污垢以及 允許壓降較高的工況； 轉(zhuǎn)角三角形。三角形的一邊與流向平行，其特點(diǎn)介于等邊三角行和正方形 兩種排列之間，不宜用于臥式冷凝器，因下方管子形成的厚度越來(lái)越厚的凝膜 會(huì)使傳熱削弱； 正方形排列最不緊湊，但便于機(jī)械清掃，常用于殼程介質(zhì)易生污的浮頭式 換熱器； 對(duì)于多管程換熱器常采用組合排列法，每程均屬正三角形排列，而各層面 間呈正方形排列，以便于安排分程隔板5。 圖圖 2-12-1，排管方式簡(jiǎn)圖，排管方式簡(jiǎn)圖 綜合比較以上幾種布管方式，可采用組合排列形式.采用正方形. 2.3.2 管子外徑管子外徑 對(duì)一定的傳熱面積而言，傳熱管徑越小

22、，換熱器單位體積的傳熱面積越大。 對(duì)清潔的流體，管徑可取小些，而對(duì)黏度較大或易結(jié)垢的流體，考慮管束的清 洗方便或避免管子堵塞，管徑可取大些。由已知設(shè)計(jì)條件知冷卻水走管程，急 冷油走殼程，故可取較小的管徑。在此選取的無(wú)縫鋼管 d0=0.019m 作為換熱管。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 熱管中心距選擇表熱管中心距選擇表 2-12-1 10.gb150鋼制壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 管子內(nèi)徑： =d0-（22/1000）=0.015m（4） i d 由已知設(shè)計(jì)條件知換熱面積，則總傳熱量 2 1052.1ma 6 0 300 1052.1 28.6179.0324 10 m qk atw 列管式換熱器內(nèi)常用流速

23、氣體為 530m/s 取管內(nèi)水的流速 u=1m/s 則單根管子的傳熱量 23 mpip q=qt=dt=4.2739 10 w 4 cc aaa aaa 水 所需換熱管根數(shù) 6 3 9.0324 10 n=2113.39 q4.2739 10 q 則取換熱管根數(shù)n=2114根 則管子的長(zhǎng)度為 0 1052.1 =8.342m d21143.140.019 a l na 經(jīng)查換熱管長(zhǎng)度的系列標(biāo)準(zhǔn)取換熱管長(zhǎng)8lm 管長(zhǎng)：l=8 m 換熱管中心距宜不小于 1.25 倍的換熱管外徑，根據(jù)換熱管外徑查管殼式換熱器 設(shè)計(jì)手冊(cè) gb151 表 12 可得換熱管中心距 s=25mm；分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心

24、距。38mm n s 則管束中心換熱管數(shù)： 1.11.1211454 c nn 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 取=54 根 c n 故殼體內(nèi)徑： 12255412 1.5 191379 ic ds nbmm 式中管束中心線上最外層管的中心到殼體內(nèi)壁的距離，一般取 b ，在此取，mm。 0 11.5bd 0 1.5bd 圖圖 2-22-2 折流板簡(jiǎn)圖折流板簡(jiǎn)圖 查標(biāo)準(zhǔn)取筒體公稱直徑=1600mm i d 長(zhǎng)徑比 設(shè)計(jì)合理 8 5 1.5 i l d 2.3.3 折流板的選擇 常用的折流板和支撐板有弓形和圓盤兩種。弓形折流板又可以分為單弓形、 雙弓形、三弓形。這里選用單弓形。 折流板的作用是可以提高殼

25、程流體的流速，增加湍動(dòng)程度，并使殼程流體 垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)垢。常用 的折流板形式有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種，在這里選用弓形折流板。 即弓形折流板弓高：0.250.25 1600400 i hdmm 折流板的最小間距宜不小于殼體內(nèi)直徑的，且不小于 50mm；最大間距1 5 應(yīng)不大于殼體內(nèi)直徑。在這里取折流板間距： 11 1.60.533 33 i bdm 折流板數(shù)量： 8 1114.009 0.533 b l n b 取=14 b n 2.3.4 校核總換熱系數(shù) （1）管程對(duì)流傳熱系數(shù) 0.80.4 0.023repr i i i d 式中管子的內(nèi)徑，m

26、； i d 管程雷諾數(shù) 4 1 -4 0.015 1 1000 re2.1 10 7.274 10 i d u 水 水 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 管程普朗特準(zhǔn)數(shù) 3-4 1 1 4.174 107.274 10 pr4.85 0.6265 cp 水 水 故管程對(duì)流傳 0.80.440.80.4 0.6265 0.023repr=0.023(2.1 10 )4.855183.6 0.015 i i i d 0 w/(m. c) （2）殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 殼程流通截面積 20 19 10.533 1.610.2047 25 i d shdm t 式中 h折流擋板間距，m； t管中心距，mm。 乙炔流

27、量 6 2 3 221 9.0324 10 28.213 4.174 1076.7 m p q kg q s ctt 乙炔流速 222 28.213 10.93 1.261 0.2047 m s m usq 管子正三角形排列時(shí)當(dāng)量直徑 2 00 2 3 4 24 e dtdd 式中 t相鄰兩管中心距，m； 管外徑，m。 0 d 所以 222 00 2 31.7323.14 440.0250.0193.14 0.0190.0173 2424 e dtdmd 32 2 3 0.0173 10.93 1.261 re0.298 10 0.8 10 e d u 2 2 查化工原理圖 4-53 得 0.

28、14 1 3 2 22 pr17 w u nu u 33 22 2 1.222 100.8 10 pr1.834 0.533 p c 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 乙 炔 被 冷 卻， 取 =0.95 0.14 2 w u u 則 總傳熱系數(shù) 總傳熱熱阻： 222 21 2111 1 = b1 + dd m k ddd rr ddd 計(jì) 式中 0 0.0190.015 0.017 22 i m dd dmm 計(jì)算得 0 =342.34w/(m. c)k計(jì) 傳熱面積 6 2 9.032 10 921.9 t342.3428.617 m q am k 計(jì) 計(jì) 1052.1 1.141 921.9 a

29、a 計(jì) 即傳熱面積有 14.1%的裕量 0.14 11 0 32 2 3 22 0.533 17pr1714.40.951200w/(m. c) 0.0173w e u u d 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 3、換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 換熱流程設(shè)計(jì) 采用 2 殼程 4 管程的 2-4 型換熱器。由于換熱器尺寸較大，可以用一臺(tái)， 未考慮采用多臺(tái)組合使用。管程分程隔板采用十字型結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)是布管 緊密。殼體分程采用縱向隔板。 圖圖 3-13-1 換熱器隔板簡(jiǎn)圖換熱器隔板簡(jiǎn)圖 3.1.1 管子和傳熱面積 換熱管除要求具有足夠的強(qiáng)度外，當(dāng)采用脹管法固定時(shí)，還要求管子有良 好的塑性，避免因脹接而

30、產(chǎn)生裂縫。焊接固定時(shí)，要求管子可焊性好，一般采 用優(yōu)質(zhì)碳鋼，以保證管子質(zhì)量，一般對(duì)于無(wú)腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用 10 號(hào)鋼和 20 號(hào)鋼管，在強(qiáng)腐蝕性流體的情況下，可采用不銹鋼 （189） 、鋼、鋁等無(wú)縫管石墨管、聚四氟乙炔管等。由于水、油腐蝕 r c1 i n i t 性不大，故可采用碳鋼，現(xiàn)選擇 20 號(hào)鋼的無(wú)縫鋼管。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用的無(wú)縫鋼管192 管子總數(shù)為 2114 根。其傳熱面積為： 2 0 0.019 821141008.96 t fd lnm 3.1.2 殼體 殼體材料除要滿足一定的強(qiáng)度外，由于制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)卷板、沖壓和焊接， 故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含

31、碳量較低的 q345r、等，nr16 現(xiàn)選用鋼。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 殼體內(nèi)徑 ds=1600mm 殼體壁厚： （50）c p pd t s 2 為殼體工作溫度下的許用應(yīng)力，已知?dú)こ淘O(shè)計(jì)溫度為 415，根據(jù)碳鋼 t 板許用應(yīng)力，表查得=99.4 t 為焊縫系數(shù)，取=1 ，p1為工作壓力，p1=3.46mpa 1 1.25pp c=3mm 則 1.25 3.46 1600 340.06 299.4 1 1.25 3.46 mm 液壓試驗(yàn) 對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì) 發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開(kāi)裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 水壓試驗(yàn)壓力 7.76

32、t t ppmpa 式中耐壓試驗(yàn)壓力，； t p mpa 壓力容器的設(shè)計(jì)壓力， ；pmpa 耐壓試驗(yàn)壓力系數(shù)；對(duì)于鋼和有色金屬，液壓試驗(yàn)時(shí)。1.25 的應(yīng)力水平 t 0.90 s =274.54mpa 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力t = =148.32mpa pd tie e .() . 2 由于t t 所以滿足條件 3.2.前端管箱筒體計(jì)算 .由給定條件知、管程的設(shè)計(jì)壓力；焊接接頭系數(shù)； 13.46pmpa0.85 壓力試驗(yàn)允許通過(guò) 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 設(shè)計(jì)溫度；腐蝕裕量。在此筒體的材料選擇 q345r 設(shè)計(jì)溫 0 65tc 2 3.0cmm 度需用應(yīng)力 =163pa t m 鋼板負(fù)偏差 1

33、=0.3mm c 腐蝕余量 2=3.00mm c 筒體簡(jiǎn)圖如下： 圖圖 3-23-2 通體簡(jiǎn)圖通體簡(jiǎn)圖 計(jì)算厚度 3.46 1600 20.23 2 163 0.853.46 2 ci t c p d mm p 可知筒體內(nèi)徑查化工壓力容器設(shè)計(jì)方法、問(wèn)題和要點(diǎn)1600 i dmm 時(shí)浮頭式換熱器筒體的名義厚度26.0 n mm 所以有效厚度 12 100.336.7 en ccmm 液壓實(shí)驗(yàn) 2 對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì) 發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開(kāi)裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 實(shí)驗(yàn)壓力值 325 1.251.25=4.33 163 t t ppmpa

34、 壓力試驗(yàn)下允許通過(guò)的應(yīng)力水平 t s =0.9=293 t mpa 實(shí)驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 t 7.76160022.7 181.9 2222.70.85 tie t e pd mpa 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 校核 t t 所以、合格。 壓力和應(yīng)力計(jì)算 3 筒體的最大允許工作壓力 w p 2222.7 163 0.85 3.88m 1600+22.7 t e w ie ppa d 筒體設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力 t 3.46160022.7 123.7 2222.7 ciet e pd mpa 163 0.85138.6 t mpampa 校核 、 t t 所以滿足要求 3.2.2 前端管箱封頭

35、的設(shè)計(jì)計(jì)算 前端封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭原因如下： 根據(jù)工藝條件的要求、和制作的難易程度和材料的消耗情況采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓 封頭最合理。 標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭如圖 圖圖 3-33-3 橢圓封頭簡(jiǎn)圖橢圓封頭簡(jiǎn)圖 橢圓形封頭是由半個(gè)橢球面和短圓筒組成。直邊段的作用是避免封頭和圓 筒的連接焊縫處出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。由于封頭的 橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較 半球形封頭小的多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 一。在此選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 見(jiàn)127p 封頭設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì) 已知條件：計(jì)算壓力 設(shè)計(jì)溫度 65 度、內(nèi)

36、徑 1600 毫米、板材 q345r. c=3.46 papm 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 163mpa 焊接接頭系數(shù) 0.85 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)公式：k 2 i i 1 k = 2 = 1.0 62 d h 求封頭的曲面高度hi 11600 h=400mm 44 ii d 則封頭的計(jì)算厚度 1 3.46 1600 20.3 2 163 0.850.5 3.46 20.5 ci t c kp d mm p 封頭的有效厚度 en12=23.6mmn cc 允許最大工作壓力 2223.6 163 0.85 3.963 0.51 16000.523.3 t e w ie pmpa kd 比較可知:合格

37、 3.2.3 外頭蓋筒體計(jì)算 已知條件：計(jì)算壓力 設(shè)計(jì)溫度 t=65 度、內(nèi)徑 d=1600 毫米、板材 q345r. c=3.46 papm 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 99.4mpa 焊接接頭系數(shù) 1.0 鋼板負(fù)偏差=0.3mm 1 c 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 腐蝕裕量的最小厚度應(yīng)不小于 3mm 取腐蝕余量=3.0mm 2 c 計(jì)算厚度 封頭的有效厚度 en12=43.8mmn cc 液壓實(shí)驗(yàn) 2 對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì) 發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開(kāi)裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。 實(shí)驗(yàn)壓力值 157 1.251.25=7.7 99 t t ppmpa

38、壓力試驗(yàn)下允許通過(guò)的應(yīng)力水平 t s =0.9=274.5 t mpa 實(shí)驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 t 7.76160043.8 163 2243.8 1 tie t e pd mpa 校核 t t 所以、合格。 壓力和應(yīng)力計(jì)算 3 筒體的最大允許工作壓力 w p 2243.8 99 1 4.75m 1600+43.8 t e w ie ppa d 筒體設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算應(yīng)力 t 4.5160043.8 94.5 2243.8 ciet e pd mpa 99 199 t mpampa 校核 、 t t 所以滿足要求 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 3.2.4 外頭蓋封頭計(jì)算 橢圓形封頭是由半個(gè)橢球面和短

39、圓筒組成。直邊段的作用是避免封頭和圓 筒的連接焊縫處出現(xiàn)徑向曲率半徑突變，以改善焊縫的受力狀況。6由于封頭 的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度 較半球形封頭小的多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭 之一。在此選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。 曲面高度 1 h 4 ii d 式中，封頭內(nèi)徑，即封頭直邊段內(nèi)徑，mm。 i d 所以 11 h1700425 44 ii dmmmm 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，形狀系數(shù)1k 封頭的材料仍選 q345r。封頭的焊接形式采用雙面全焊透，100%無(wú)損檢測(cè)， 即焊接接頭系數(shù)。1.00 假設(shè)材料的許用應(yīng)力，則封頭的計(jì)算厚度為： 99

40、 t mpa 4.5 1700 39.08 299 10.54.5 20.5 ci t c p d mm p 所以封頭的有效厚度 e12=42.38mm cc 考慮到封頭與管箱筒體焊接的整體強(qiáng)度，故將封頭的名義厚度也圓整為 。51 n mm 當(dāng)時(shí)，沒(méi)有發(fā)生變化，故合適。51 n mm t 51 n mm 滿足最小厚度要求 壓力試驗(yàn): 最大允許工作壓力 2242.38 99 1 4.65 0.51 17000.542.38 t e w ie pmpa kd 因?yàn)橛?jì)算壓力小于最大允許工作壓力 所以合格 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 3.2.5 浮頭設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù) gb151-1999管殼式換熱器7選

41、用鉤圈式浮頭，浮頭端蓋選用 球冠形封頭，根據(jù)換熱器筒體內(nèi)徑查 gb151-1999管殼式換熱1600 i dmm 器表 46 可得封頭球面內(nèi)半徑.1300 i rmm 浮頭簡(jiǎn)圖 圖圖 3-43-4 浮頭簡(jiǎn)圖浮頭簡(jiǎn)圖 布管限定圓參數(shù)表布管限定圓參數(shù)表 3-13-1 換熱器形式固定管板式/u 形式浮頭形式 布管限定圓直徑 3 2b i d 12 2 i dbbb 10.gb150鋼制壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 布管限定圓參數(shù)總表布管限定圓參數(shù)總表 3-23-2 10.gb150鋼制壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 選擇所用參數(shù)并繪制表格 布管限定圓參數(shù)表布管限定圓參數(shù)表 3-33-3 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 序號(hào)項(xiàng)目單

42、位數(shù)值序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值 1 bmm 85 布管限定圓直徑 l d 1531 mm 21 b mm 56 墊片壓緊力作用中心圓直徑 c d mm 3n b mm 207 封頭球面內(nèi)半徑 i r 1300 mm 42 b mm 21.58 螺栓中心圓直徑 b d mm 10.gb150鋼制壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 布管限定圓直徑 l d l d 12 =2=1600-2 5+21.5+8 =1531mm i dbbb 浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑 fi d 1 2160028201544 fiin ddbbmm 浮頭法蘭和鉤圈的外直徑 801600801680 foi ddmm 外頭蓋內(nèi)直徑d 10016001

43、001700 i ddmm 浮動(dòng)管板外徑 0 d 01 21600251590 i ddbmm 3.2.6 殼程外壓作用下浮頭蓋的計(jì)算 用圖算法設(shè)計(jì)球冠形封頭: 計(jì)算壓力，封頭的材料仍選擇 q345r。3.46 c pmpa 封頭材料的許用應(yīng)力 99 t mpa 焊接接頭系數(shù)1.0 取腐蝕裕量，厚度負(fù)偏差。 2 3.0cmm 1 0.3cmm 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 假設(shè)浮頭蓋的名義厚度，則有效厚度51 ns mm 則 12 510.3347.7 esns ccmm 1300 27.25 47.7 i es r 計(jì)算系數(shù) 0.1250.125 0.0045 27.25 ies a r 由，

44、設(shè)計(jì)溫度用溫度內(nèi)插法查圖過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)圖0.0045a 0 415tc 4-8 可得系數(shù)110bmpa 則許用外壓力 110 4.03 27.25 ies b pmpa r 且兩者相差不多，所以名義厚度合適。 c pp51 ns mm 設(shè)計(jì)厚度下封頭的計(jì)算應(yīng)力 3.46160051 28.099 4451 t cie e pd mpampa 滿足強(qiáng)度要求。 3.2.7 管板的設(shè)計(jì)計(jì)算 管板是管殼式換熱器的主要部件。管板的設(shè)計(jì)是否合理對(duì)確保換熱器的安 全運(yùn)行、節(jié)約金屬材料，降低制造成本是至關(guān)重要的。由于管板受力情況復(fù)雜， 影響管板強(qiáng)度因素很多，有管內(nèi)、外壓力，溫度產(chǎn)生的力，法蘭力矩和換熱管 的支撐

45、力等影響，因此正確地進(jìn)行管板分析是比較復(fù)雜的。在不同的假定下， 可得到各種不同計(jì)算方法各計(jì)算結(jié)果，在此采用 gb151 標(biāo)準(zhǔn)中管板計(jì)算方法 來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算管板。 （1）結(jié)構(gòu)如圖所示， 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 圖圖 3-53-5 管板簡(jiǎn)圖管板簡(jiǎn)圖 圖圖 4-64-6 布管簡(jiǎn)圖布管簡(jiǎn)圖 本設(shè)計(jì)選擇不帶法蘭的管板，管板通過(guò)墊片與殼體法蘭和管箱法蘭連接。 結(jié)構(gòu)如 gb151-1999 圖 18 a 型管板所示。 在布管區(qū)內(nèi)，因設(shè)置隔板槽和拉桿結(jié)構(gòu)的需要，而未能被換熱管支承的面 d a 積，。對(duì)于正方形排列mm d a n ns ss 式中：換熱管中心距, ；s 2 mm 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 隔

46、板槽兩側(cè)相鄰管中心距，； n s mm 沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)。 n 取 59n 則 2 d a5925382519175 n n s ssmm 換熱管正方形排列的浮頭式換熱器， 管板布管區(qū)的面積為: 222 211425191751340425 td ansamm 換熱管根數(shù)，根。n 管板布管區(qū)內(nèi)開(kāi)孔后的面積為： 22 2 1 3.14 19 13404252114741349.11 44 t d aanmm 一根換熱管管壁金屬橫截面積為： 2 3.14 2192106.76 tt admm 式中換熱管壁厚，mm。 t 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 t d 44 1340425 1306.73 3.1

47、4 t t a dmm 換熱管的有效長(zhǎng)度為：l 2 22 tn lll 式中換熱管長(zhǎng)，mm。 t l 管板的名義厚度，mm； n 換熱管與管板脹接長(zhǎng)度或焊腳高度，mm。 2 l 根據(jù)換熱管外徑查管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè) gb151知管板最 0 19dmm 小厚度，在這里取。 min0 0.750.75 1914.52dmm200 n mm 在這里換熱管和管板的連接方式選擇焊接，參考管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè) 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 gb151表 33 取。 2 3.5lmm 換熱管最小伸出長(zhǎng)度表?yè)Q熱管最小伸出長(zhǎng)度表 3-43-4 資料來(lái)源：11.gb151管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè) 則 2 2280

48、0025223.57889 tn lllmm 管束模數(shù)為： t t t e na k l d 式中管束模數(shù)，； t k mpa 設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料的彈性模量； t e 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑，mm。 t d 換熱管的材料選擇 10 號(hào)鋼（熱軋?zhí)幚恚?，由于換熱管既受管程溫度作用， 受殼程溫度作用，取兩者中較大的作為換熱管的設(shè)計(jì)溫度。查 gb150-1998 表 f5 得180600 t empa 則 1806002114 106.76 3953.87 7889 1306.73 t t t ena kmpa l d 管束無(wú)量綱剛度 t p k t e k 式中管板剛度削弱系數(shù)，一般可取（一般可?。?/p>

49、 ；0.4 設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的彈性模量，。 p e mpa 同理查 gb150-1998 表 f5 可得166400 p empa 則 3953.87 0.0594 0.4 166400 t p k t e k 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 無(wú)量綱壓力 p 1.5 d a t r p 式中管板強(qiáng)度削弱系數(shù)，可?。?.4 管板設(shè)計(jì)壓力，； d p mpa 設(shè)計(jì)溫度時(shí)，管板材料的許用應(yīng)力，。 t r mpa 管程設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度3.46 t pmpa 0 65 t tc 殼程設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度4.5 s pmpa 0 415 s tc 管板材料選擇 16mn 鋼。管板既受管程溫度的作用也受殼程

50、溫度的作用，取 兩者中的較大者作為管板的設(shè)計(jì)溫度。 過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)表 d-5 得 99 t r mpa 參考 gb151-1999管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)取管程和殼程設(shè)計(jì)壓力 較大者作為管板的設(shè)計(jì)壓力，即。4.5 ds ppmpa 則 4.5 p0.0758 1.50.499 1.51.5 ds a tt rr pp 系數(shù) 1306.73 0.769 1700 t t g d d 1 3 1 3 1 21 2 0.0594 1.417 0.0758 p t a k 11 1.30 0.769 t 根據(jù) ， 1 3 1 3 1 21 2 0.0594 1.417 0.0758 p t a k 11

51、1.30 0.769 t 系數(shù) 1 2114 106.76 0.3044 741349.11 na a 系數(shù) 2 t r t s e c 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 式中設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料的屈服點(diǎn)，； t s mpa 設(shè)計(jì)溫度下?lián)Q熱管材料的彈性模量，。 t e mpa 已查得，查 gb150-1998 表得180600 t empa99 t s mpa 則 22 180600 3.14189.66 99 t r t s e c 換熱管的回轉(zhuǎn)半徑i 22 22 0.2520.2519192 26.05 t iddmm 根據(jù) gb151-1999 圖 32， 圖圖 4-74-7 換熱管失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)

52、度簡(jiǎn)圖換熱管失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度簡(jiǎn)圖 換熱管失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度，320 cr lmm 320 52.89189.66 6.05 cr r l c i 故換熱管穩(wěn)定許用壓應(yīng)力為： 9752.66 1141.76 2222 189.66 t scr cr r li mpa c 由上述計(jì)算過(guò)程知 ， max,4.5 dsts ppppmpa 。 0.0758ap 管板的計(jì)算厚度 p0.49 1306.730.0758176.30a t cdmm 管程的腐蝕裕量等于殼程的腐蝕裕量即； t c s c3 ts ccmm 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 查 gb151-1999管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)知隔板槽的深度宜不小于

53、4mm。 所以在此取管板的管程側(cè)隔板槽深，殼程側(cè)結(jié)構(gòu)槽深。 2 6hmm 1 6hmm 則 12 max,max,176.3066188.30200 dstn h ch cmmmm 所以管板名義厚度取合格200 n mm （2）換熱管軸向應(yīng)力計(jì)算及校核 對(duì)于浮頭式換熱器，換熱管軸向應(yīng)力為: 1 1 t tcstwe a pppg a 式中1 cst ppp 只有殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力時(shí)，。 s p0 t p cs pp 則 1 11291850 4.54.502.243.54 0.2833166593.83 t tcstwe a pppgmpa a 43.54 t cr mpa 所以管板軸

54、向應(yīng)力校核合格 換熱管與管板連接拉脫力 17.24 ta qmpaq dl 所以管板滿足強(qiáng)度要求 3.2.8 接管及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求，不可避免地要在容器上開(kāi)孔并安裝接管。 開(kāi)孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被 破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來(lái)隱患，因此壓力容器設(shè) 計(jì)必須充分考慮開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題。 接管宜與殼體內(nèi)表面平齊；對(duì)于不能利用接管（或接口）進(jìn)行放氣和排液 的換熱器，就在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，最低點(diǎn)設(shè)置排液口，其最小 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 公稱直徑為 20mm；立式換熱器可設(shè)置溢流口。 接管直徑計(jì)算 當(dāng)圓筒

55、內(nèi)徑時(shí)，開(kāi)孔最大直徑，且。1500 i dmm 1 3 i dd1000mmd 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)變換氣流速為 u=10.93m/s,則接管內(nèi)徑為 444273 371.89 3.14 10.93 3600 o q d u mm 查 gb/t17395-2008 取管子541 70mm 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u=1.0 m/s,則接管內(nèi)徑為 4 28 i q d u mm 查 gb/t17395-2008 取管子 71 25mm 外殼接管開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 (1)設(shè)計(jì)條件 計(jì)算壓力：4.5mpa c p 計(jì)算溫度：415 接管實(shí)際外伸長(zhǎng)度：200mm 接管實(shí)際內(nèi)伸長(zhǎng)度：0

56、mm 接管焊接接頭系數(shù)：1 接管腐蝕裕量：3mm 接管厚度負(fù)偏差： 1 0mmc 接管材料許用應(yīng)力： 99mpa t （2）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 殼體計(jì)算厚度，；mm 39mm 接管計(jì)算厚度，； t mm 4.5 371 8.628mm 299 14.5 2 ci t t c pd p 接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) r f 接管與母材材料相同、所以接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù)為 0 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 開(kāi)孔直徑，；dmm 12 22()371.892 82(30)361.89mm int ddcc 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度，；bmm 22361.89723.78mmbd 接管有效外伸長(zhǎng)度，； 1 hmm 1 361.8

57、9 853.8mm nt hd 接管有效內(nèi)伸長(zhǎng)度，； 2 hmm 0 2 h 開(kāi)孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積，；a 2 mm 2 21361.89392395.21014271mm etr adf 殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，； 1 a 2 mm 1 2 21 723.78361.89513925.2513910 2156mm eeter abdf 接管有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積，； 2 a 2 mm 2 2122 2211326mm ettretr ahfhcf 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積，； 3 a 2 mm 2 3 1 28 864mm 2 a 有效補(bǔ)強(qiáng)范圍內(nèi)的計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)截面積，； e

58、 a 2 mm 2 123 64215611271=13491mm e aaaa 因?yàn)?，所以不需另加補(bǔ)強(qiáng)。 e aa 結(jié)論：補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 4 其他結(jié)構(gòu)選擇 4.1.1 換熱器支座選擇和設(shè)計(jì) 鞍式支座如圖 2-9 所示。鞍式支座在換熱器上的布置，因，取3000mml 。(0.5 0.7) b ll 圖圖 4-14-1 鞍式支座圖鞍式支座圖 在本換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中，令且令7000mm b l 1000mm cc ll 查 jb/t4712.1-2007 標(biāo)準(zhǔn)，在、120o包角重型帶墊dn1500mm 2000mm 板或不帶墊板鞍式支座結(jié)構(gòu)： 鞍式支座結(jié)構(gòu)表

59、鞍式支座結(jié)構(gòu)表 4-14-1 12.jb/t4712.1-2007 標(biāo)準(zhǔn) 臥式設(shè)備一般采用兩個(gè)鞍座。這是因?yàn)榛A(chǔ)水平高度有可能不一致，如果 使用多個(gè)支座，將會(huì)造成支座反力分布不均勻，從而引起設(shè)備的局部應(yīng)力增大， 因此采用兩個(gè)支座。 采用雙支座時(shí)，一個(gè)鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個(gè)鞍座為活 動(dòng)支座，地腳螺栓為長(zhǎng)圓孔，配合兩個(gè)螺母，第一個(gè)螺母擰緊后，倒退一圈， 然后再用第二個(gè)螺母鎖緊。這樣，可以使設(shè)備在溫度變化是自由伸縮。如圖示： 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 4 型 型 圖圖 4-24-2 鞍式支座鞍式支座 jb/t4712.1-2007,鞍座 bi 600-s 材料 q345r 置于對(duì)稱

60、分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。容器受重 力作用時(shí)，雙鞍座臥式容器可近似看成支承在兩個(gè)鉸支點(diǎn)上受均布載荷的外伸 簡(jiǎn)支梁 支座的安放位置也有一定的標(biāo)準(zhǔn)，一般支座與殼體端面的距離a0.2l，l 為殼體的長(zhǎng)度。 置于對(duì)稱分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。容器受 重力作用時(shí)，雙鞍座臥式容器可近似看成支承在兩個(gè)鉸支點(diǎn)上受均布載荷的外 伸簡(jiǎn)支梁。在此次設(shè)計(jì)中我們對(duì)注滿水時(shí)的靜重情況進(jìn)行校核計(jì)算。 14 鞍式支座結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表鞍式支座結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表 4-24-2 10.gb150鋼制壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 根據(jù) gb150 鋼制壓力容器鞍座設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、公稱直徑為