固定管板式換熱器設(shè)計aaa

1、固定管板式換熱器設(shè)計aaa作者:日期:前言 . 錯 誤!未定義書簽列管式換熱器機(jī)械設(shè)計 . 錯 誤!未定義書簽一、問題重述 ?錯誤 !未定義書簽。1. 設(shè)計題目 ?錯誤 !未定義書簽。12 已知條件 ?錯誤 !未定義書簽。二、計算 ?錯誤 ! 未定義書簽。2.1管子數(shù) N?錯誤 !未定義書簽。2.2管子的排列方式 , 管間距的確定 ?錯誤 !未定義書簽。2.3換熱器殼體直徑的確定 ?錯誤 ! 未定義書簽。2. 換熱器殼體壁厚的計算 . 錯誤!未定義書簽2.5 換熱器封頭換熱器封頭的選擇 . 錯 誤!未定義書簽2. 封頭法蘭的選擇 . 錯 誤!未定義書簽.7 管板尺寸的確定 ?錯誤 !未定義書簽

2、。. 管子拉脫力計算 . 錯誤!未定義書簽29 折流板設(shè)計 ?錯誤 !未定義書簽。21 拉桿、定距管 . 錯 誤!未定義書簽211 波形膨脹節(jié)的計算 ?錯誤 !未定義書簽。.12 接管法蘭的選擇 ?錯誤 !未定義書簽。 .13 開孔補(bǔ)強(qiáng) . 錯 誤!未定義書簽.14 封頭法蘭墊片 ?錯誤 !未定義書簽。 .15 底座 . 錯 誤!未定義書簽三、課程設(shè)計小結(jié) . 錯 誤!未定義書簽參考資料 . 錯 誤!未定義書簽前言換熱器在工、農(nóng)業(yè)的各個領(lǐng)域應(yīng)用的十分廣泛 ,在日常生活中也隨處可見 ,是 不可缺少的工藝設(shè)備之一。換熱器的研究備受各種研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注和重視,其性能的每一點提高都意味巨大的經(jīng)濟(jì)與社會效

3、益。管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備體積和金屬材料的消耗方面不如 其他新型的換熱設(shè)備 ,但它具有結(jié)構(gòu)堅固、操作彈性大、可靠程度高、使用 范圍廣等，所以在各領(lǐng)域中仍得到廣泛的應(yīng)用。對于學(xué)習(xí)化工機(jī)械的大學(xué)生來說 ,換熱器設(shè)計是必須要了解和掌握的知識之 一。換熱器設(shè)計是一個復(fù)雜而艱辛的過程,它不僅僅是確定一個或者多個可行的解決方案，還要求確定最可能的或接近最優(yōu)的設(shè)計方案。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ,必須考慮很多的因素，如壓力、溫度、材料、 流體性質(zhì)及檢修清理等 , 通過各種因素的綜合考慮， 來選擇合適的設(shè)計方案。本次課程設(shè)計通過對固定管板式換熱器的的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整體裝配的設(shè)計 , 了解到換熱器大體的設(shè)

4、計過程和裝配過程， 豐富了我們所學(xué)習(xí)的知識 ,學(xué)以致用， 加強(qiáng)了我們對知識的實際應(yīng)用能力，并且在設(shè)計過程中一些新的知識,開闊了自己是思維，對我們以后的工作具有很大是指導(dǎo)意義。本次課程設(shè)計由陳慶和王海波老師指導(dǎo) ,特此表示感謝。由于設(shè)計者水平有 限，不足之處，還望指導(dǎo)。xx011年12月6 日列管式換熱器機(jī)械設(shè)計一、問題重述1.1設(shè)計題目年產(chǎn) 00噸合成氨廠變換工段換熱器的機(jī)械設(shè)計。 .2 已知條件（1） 氣體平均壓力：管程: 半水煤氣0.7 MPa （ 絕壓） ；殼程:變換氣. MPa（絕壓）；（ ）半水煤氣進(jìn)口溫度 180 , 出口溫度 370；變換氣進(jìn)口溫度 40， 出口溫度 22。（3）

5、由工藝計算求得換熱面積為 13m2 。2.1管子數(shù) n換熱管選用 3的無縫鋼管，材質(zhì)為 2號鋼，換熱管的長度推薦采 用 0，1.5,2 0，2.5, .0,4.5 ， .0,7.5,9.0,12 m , 本次設(shè)計選取管 長為 3 米。管子的當(dāng)量直徑為 :dn 32 3 29mm 0.029m 。換熱面積:AdnLnA130n 475.877 根dn L0.029 3考慮到換熱過程中的各種熱量損失 , 圓整確換熱管數(shù)量 n=476 根。2.2管子的排列方式，管間距的確定換熱管的排列方式采用正三角形排列，換熱管中心距不宜小于1 2倍的換熱管外徑，由 GB11- 999管殼式換熱器表中表 2 可知換

6、熱管外徑 d 32mm時，換熱管中心距 S 40mm 。查表得六角形層數(shù)為 2 層，六角形 對角線上的管子數(shù)為 2個。2 3 換熱器殼體直徑的確定殼體內(nèi)徑：Di S(b 1) 2lS換熱管中心距 ,S=0 mm ；b正六角形對角線上的管子數(shù)， b=5 個；l 最外層管子的中心到殼體邊緣的距離 , 取 l=2d;Di S(b 1) 2l 32 (25 1) 2 2 32 1088mm選取殼體內(nèi)徑 Di 1100mm 。 .4 換熱器殼體壁厚的計算 ( 不用改 )殼體材料選取 A3,已知殼體承受壓力為 0.68MPa , 設(shè)計壓力應(yīng)該取大于 0.68MPa取設(shè)計壓力 Pc 1MPa ，設(shè)計溫度取

7、00，設(shè)壁厚在 3-16 mm之 間，此時材料的許用應(yīng)力 t 106MPa ；鋼板寬度在 25 0- 0mm時, 材料的允許負(fù)偏差 C1 mm；對于碳素鋼 , 腐蝕裕量 C2不小于 1mm， 取 = mm；焊接接頭形式為單面焊對接接頭 ,局部無損檢測 ,焊接接頭系數(shù) =0.8 。此時筒 體的計算厚度：1 11002 106 0.8 16.524mmC1C29.324mmPcDi ct c 2 tPc實際所需厚度所以材料的名義厚度可以圓整取 10mm2.5 換熱器封頭換熱器封頭的選擇上下封頭均選擇標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 , 封頭材料選 R,根據(jù) J/T4 46-20 2標(biāo)準(zhǔn), 以內(nèi)徑為基準(zhǔn) , 封頭公稱

8、直徑 DN Di 1100mm , 封頭厚度也取110mm,曲面高度 hDi 275mm , 查表可知封頭總高度 H 300mm。4封頭結(jié)構(gòu)如下圖：2.6 封頭法蘭的選擇材料選擇 n,根據(jù) BT 470 00, 選用DN 1100mm, PN 1.6MPa 的榫槽密封面長頸對焊法蘭，其規(guī)格尺寸如下圖：K21.3182. 管板尺寸的確定選用固定式換熱器管板型 , 管板與殼程圓筒連為整體，期延長部分兼做法 蘭，與管箱用螺柱、墊片連接 ;管板材料選用 16n。單管程（延長部分兼作法蘭 固定管板換熱器管板，管板周邊布管區(qū)較窄（管板周邊布管區(qū)無量綱寬度 k 1.0 ） ，假定管板厚度為10mm,管子加強(qiáng)

9、系數(shù)為 K ，則）式中：Di 殼程圓筒內(nèi)徑 , mm； 管板計算厚度 , mm;n 管子根數(shù)；2a 一根換熱管管壁金屬的橫截面積 , mm2 ； 管板剛度削弱系數(shù)，取 =0.4 ；L 管子有效長度 , m ；E i 管子設(shè)計溫度下的彈性模量， GPa ；DtAt管板布管區(qū)面積 , mm2Atnan t (d t )4）式代入（ 2）Dt4At管子外徑 , mm 。式中得：1.05S n6）（60） 式代入（）式化簡得 :Ep 管板設(shè)計溫度下的彈性模量； GPa4At（ ）式中：Dt 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 , mm；DtDi） 式中：t 管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑與殼程圓筒內(nèi)徑之比。 對單管程換熱器，三

10、角形排列時 :0.866 nS 2(4)(5)式中：S 管間距， mm;t 管子壁厚 , mm ；t 1.05S n t D i（）在實際設(shè)計工作中 , k K （1 t ）所以，由( 8) 得: K (1t) 1.0,，即 (1t)1.02.389t(dt )EtDi2EpL(1t)2.389且知 : k 1.0()由(9) 代入 (1) 中，經(jīng)化簡得：10)由已知條件計算得：1.05S n 1.05 40 476 0.833D i 1100設(shè)計溫度為 400時,管子材料為 20鋼,彈性模量 Ei 187 GPa ,管板材料為 6Mn，彈性模量 E p 185 GPan t (dt )EtD

11、i23 tEp Ltt i3 476 3 (32 3) 187 1100 2 (1 0.833 ) 4 2.389 3185 300023 .587 mm所以管板的最小有效厚度為 .587 mm. 取管板的有效厚度40mm,8)并且將管板延長部分作為法蘭和封頭法蘭配合形成榫槽面密封結(jié)構(gòu)， 則其他尺寸 如下圖所示：2.8 管子拉脫力計算管子和管板采用開槽脹接的方式連接 , 管板厚度大于 25mm時, 需要開二個 槽。開槽,換熱管外徑為 32時，查表可知開槽深度 =0.6 mm，管子伸出段長 度為 +2 mm ,具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：拉脫力計算：管子殼體材質(zhì)2號鋼A11.8 10 6611.8 10

12、 6E210GPa210GPa尺寸32 3 30001100 10管字?jǐn)?shù)：76根；管間距：S 40mm ；qP式中:PAdlA 0.866S20.866 (40 103)2(32 10 3) 5.818 10 4m24P 0.7MPal 0.044 mqPPAdl0.7 5.81810 4(32 10 3 ) 0.0440 . 0945 MPaqT 式中： rAsAt22r(d 2 di2)4dlE(TtTs)1 At AsDn1.11 0.01 3.485 10-2 m2(d2di2)n(0.0322 0.0262) 476 0.130m24E(Tt Ts)1 At As11.8 10 6

13、210 109 501 (0.130 0.03485 )26.190 MPaqT管殼壁溫差 : t 50 C ; 管子與管板連接結(jié)構(gòu) : 開槽脹接 ;脹接長度 : l 44mm 。1）在操作壓力下 , 脹接周邊所產(chǎn)生的應(yīng)力 qP（ ）在溫差應(yīng)力作用下 , 脹接周邊所產(chǎn)生的應(yīng)力 qTr (d2 di2) 26.19 106 (0.0322 0.0262) 1.656MPa4dl 4 0.032 0.044qP與qT的作用方向相同 ,則q qP qT 0.0945 1.656 1.751 MPa 查表知碳素鋼在開槽脹接時許用拉脫應(yīng)力 q 4MPa 由于 q q 4MPa , 拉脫力在許用范圍內(nèi)。2

14、.9 折流板設(shè)計折流板為弓形，查表可知折流板的名義外徑 :D DN 6 1100 6 1094mm折流板高度 h DN (0.2 0.45)DN (0.55 0.8)DN 605 880mm 范圍內(nèi)，取 h 850mm。查表知公稱直徑為 1100mm時，折流板的厚度8mm。折流板的間距一般不小于圓筒內(nèi)徑的五分之一， 換熱管外徑為 32 時，鋼管 的最大無支撐跨距為 200 mm , 在此范圍內(nèi)取折流板間距 l 600mm, 則折流 板數(shù)量為個。查表知,在間距 l 600mm 900mm時，折流板管孔直徑取 d 0.700.30 折流板結(jié)構(gòu)如下圖： 10 拉桿、定距管l2La；常用拉桿形式有兩種

15、：（1）拉桿定距管結(jié)構(gòu)，適用于換熱管外徑大于或等于 9 mm的管束，（2） 拉桿與折流板點焊結(jié)構(gòu) , 適用于換熱管外徑小于或等于 14 mm的管束 由于本次設(shè)計所用換熱管外徑為 3 mm ，故采用拉桿定距管結(jié)構(gòu)。 換熱管外徑為 32時，查表得對應(yīng)的拉桿直徑 dn 16mm; 圓筒公稱直徑DN為110mm,查得拉桿數(shù)量為 6根, La 20mm，Lb 60mm,b 2mm,拉 桿長度根據(jù)結(jié)構(gòu)所需來確定 , 拉桿結(jié)構(gòu)如下：拉桿應(yīng)盡量均勻布置在管束外緣， 在布管區(qū)內(nèi)或靠近折流板缺口處應(yīng)布置適 當(dāng)數(shù)量的拉桿，任何折流板應(yīng)不少于個支撐點。合理布置完拉桿后 , 根據(jù)結(jié)構(gòu) 得出定距管數(shù)量為 18 根。ex0

16、.8Qk (1(exC) ) nexexex D i1.1P水壓f stP水壓1.25 0.70.875 MPa300s170MPaexDDi0.7, 由表查得 exDex0.990, ex0.103(2)ex0.21(Dex Di )DexexC 0.103 1100 1.10.8750.25 8.8mm1 1701.1P水壓f stDi 1571.429mm0.70.21(1571 .429 1100) 1 1701.1 0.875 0.25 8.184 mm211 波形膨脹節(jié)的計算根據(jù) GB6749199標(biāo)準(zhǔn)，選用一個 ZDL型(立式 ) 波形膨脹節(jié)，材料 Q25,其壁厚按下列兩式計算

17、, 選用二者中較大值。(1)0.25取波形膨脹節(jié)的厚度與殼體厚度一樣， 即 ex 為 10 mm ，按下式進(jìn)行應(yīng)力校核：exexEL(Tt0.06 ex (1Ts)ex2ex )D i nex11.8 10 6 210 10 9 3 50 0.01320.06 0.990 (1 0.7) 1.12 154128 .892 N0.8Qk (1ex)( ex C)20.8 54128.892 0.323.14 (0.01 0.00025)243.521MPa n n 1.5 1.5 127 190 .5MPa 故膨脹節(jié)厚度符合要求，查表知膨脹節(jié)尺寸如下圖所示2 12 接管法蘭的選擇變換氣進(jìn)口選 3

18、56 10 的接管 ,根據(jù)法蘭標(biāo)準(zhǔn) J/T473-2000，PN1.6MPa , N=350mm的對焊接管法蘭 , 半水煤氣選 325 10 的接管,P =1.6MPa , =300mm的對焊接管法蘭，材料為鋼。結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示 :.13 開孔補(bǔ)強(qiáng)容器開口需要補(bǔ)強(qiáng) , 常用的結(jié)構(gòu)是在開口外面焊上一塊與容器器壁材料和厚 度都相同，即 10 mm的 R鋼板, 查表可知補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)尺寸，見下圖 :2 4 封頭法蘭墊片由于封頭法蘭所選的是長頸對焊法蘭 , 采用榫槽密封面密封 , 故墊片選用適 用于長頸對焊法蘭的纏繞墊片中的基本型墊片 ,根據(jù) JB 07-2000 標(biāo)準(zhǔn)， 其結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示：本次設(shè)計的換

19、熱器圓筒公稱直徑在 0000mm范圍內(nèi)，圓筒長度 L 與 公稱直徑 DN之比小于 5,容器總高度小于 0m, 故采用結(jié)構(gòu)簡單的支承式支座 中的 B型支座即可 ,根據(jù) JBT4712.4-207支承式支座標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)尺寸具體 見裝配圖。三、課程設(shè)計小結(jié)三周的機(jī)械設(shè)計使我們認(rèn)識到了作為一名工程技術(shù)人員需具備的素質(zhì),扎實的專業(yè)知識和較寬的知識面， 我們設(shè)計者之間團(tuán)隊的重要性， 三周的時間里的能 夠讓我們學(xué)到很多很多的實際性的知識， 怎樣才能在這三周里更好的運(yùn)用學(xué)的知 識來完成設(shè)計任務(wù)呢 ?這無疑讓我們有時間做一個理性的思考。把所學(xué)的知識在 這次設(shè)計中和自己的想法結(jié)合起來并在自己 的設(shè)計中形象而生動的表現(xiàn)出來 , 我認(rèn)為此次課程設(shè)計是我們走向工作的前奏也算是對個人的一個實踐性的訓(xùn)練。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練， 著是我們邁向社會， 從 事職業(yè)工作前一個必不少的過程。 ”千里之行始于足下 ”通