管殼式換熱器機(jī)械設(shè)計(jì)參考資料

1、1前言1精品doc1.1概述.1.2設(shè)計(jì)的目的與意義.1.3管殼式換熱器的發(fā)展史1.4管殼式換熱器的國內(nèi)外概況1.5殼層強(qiáng)化傳熱.1.6管層強(qiáng)化傳熱.1.7提高管殼式換熱器傳熱能力的措施1.8設(shè)計(jì)思路、方法.1.8.2換熱器管徑的設(shè)計(jì).1.8.3換熱管排列方式的設(shè)計(jì)1.8.4管、殼程分程設(shè)計(jì) .1.8.5折流板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).1.8.6管、殼程進(jìn)、出口的設(shè)計(jì)1.9選材方法.1.9.1管殼式換熱器的選型1.9.2流徑的選擇.1.9.3流速的選擇.1.9.4材質(zhì)的選擇.1.9.5管程結(jié)構(gòu).2殼體直徑的確定與殼體壁厚的計(jì)算112.1管徑.112.2管子數(shù)n/112.3管子排列方式，管間距的確定112.4

2、換熱器殼體直徑的確定112.5換熱器殼體壁厚計(jì)算及校核:113換熱器封頭的選擇及校核144容器法蘭的選擇155管板165.1管板結(jié)構(gòu)尺寸.165.2管板與殼體的連接.165.3管板厚度166管子拉脫力的計(jì)算187計(jì)算是否安裝膨脹節(jié)208折流板設(shè)計(jì)22精品doc9開孔補(bǔ)強(qiáng)2510支座2710.1群座的設(shè)計(jì).2710.2基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì).2910.3地角圈的設(shè)計(jì).30符號說明32參考文獻(xiàn)34小結(jié)352殼體直徑的確定與殼體壁厚的計(jì)算2.1管徑換熱器中最常用的管徑有 19mm crt最大允許工乍壓力2 晉=2鶯00驚55“.02m pa（2-7）故強(qiáng)度足夠。3換熱器封頭的選擇及校核上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封

3、頭，根據(jù) JB/T4746-2000標(biāo)準(zhǔn)，封頭為DN90（X 7,查化工直邊高度h2 = 40 mm 材料選用20R鋼設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表4-15得曲面高度h1 =150 mm ,標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭計(jì)算厚度:PcDi1.0咒900抵-2冋5 0.5pc 2x92x0.9-0.5x1.0 5.45 mm (3-1)=2295.55“02Mpa (3-2)KDi+0.56e 1 天 900+ 0.5x5.55所以，封頭的尺寸如下圖:圖3-1換熱器封頭尺寸4容器法蘭的選擇查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)附表 14得法蘭尺寸如下表:表4-1法蘭尺寸螺柱規(guī)格數(shù)量900106010159769669635527M2428公稱直徑

4、DN/mm法蘭尺寸/mm所以，選用的法蘭尺寸如下圖:圖4-1容器法蘭5管板管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個重要的受壓器件。5.1管板結(jié)構(gòu)尺寸查（化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)P25-27）得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸: 表5-1固定管板式換熱器的管板的主要尺寸公稱直徑Dbcd螺栓孔數(shù)90010601015966963584427245.2管板與殼體的連接在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。由于管板兼作法蘭與 不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，有在管板上開槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對中容易, 施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管

5、,板較厚時，其焊接時較難調(diào)整。5.3管板厚度管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孑L 間距、開孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計(jì)算過程較為復(fù)雜，而且從不同角度出發(fā)計(jì) 算出的管板厚度往往相差很大。一般浮頭式換熱器受力較小，其厚度只要滿足密封性即可。 對于脹接的管板，考慮脹接剛度的要求，其最小厚度可按表5-2選用?？紤]到腐蝕裕量，以及有足夠的厚度能防止接頭的松脫、 泄露和引起振動等原因，建議最小厚度應(yīng)大于20mm 表5-2管板的最小厚度換熱器管子外徑 d /mm323857管板厚度/mm3d0/4222532綜上，管板的尺寸如下圖:圖5-1管板6管子拉脫力的計(jì)算

6、計(jì)算數(shù)據(jù)按表6-1選取表6-1項(xiàng)目管子殼體操作壓力/Mpa0.820.7811材質(zhì)20鋼20R線膨脹系數(shù)飛，彈性模量許用應(yīng)力/Mpa10192-尺寸管子根數(shù)497管間距/mm32管殼壁溫差/C管子與管板連接方式開槽脹接脹接長度/mm1 =50許用拉脫力/Mpa4.01、在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力qpqp =出(6-1)江江2其中 f = 0.866 a2 二d 0 = 0.866 X322 -=x252 =396 (mm ) (6-2)44P = 0.82Mpa , I = 50mm2、溫差應(yīng)力引起的每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的拉脫力qtqt =gd-d：) (6-3)4dol其中C

7、Tt=aE(tt -ts)(6-4) 1+ AsAt2As =兀0中6n =3.14 咒 907 咒 7 =19935.9 (mm )(6-5)Atdi2)n =-202)x 497 =87782.6 (mm 2(6-6)44，丨由此可知qp，qt作用方向相同，都使管子受壓，貝U管子的拉脫力:q=q p + qt =0.08+1.03=1.11 Mpa 圖8-1弓形折流板和圓盤-圓環(huán)形折流板單弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度h為殼體公稱直徑Dg的15%- 45%最好是20%見圖8-2 (a);在臥式冷凝器中，折流板底部開一 90的缺口，見圖8-2 (b)。高度 為1520mm供停工排除殘液用

8、；在某些冷凝器中需要保留一部分過冷凝液使凝液泵具有 正的吸入壓頭，這時可采用帶堰的折流板，見圖8-2 (c)。圖8-2單弓形折流板在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞到折流板背后接近殼體處，會有一部分液體停滯起來，形成對傳熱不利的“死區(qū)”。為了消除這種弊病，宜采用雙弓形折流板或三弓形折流板。從傳熱的觀點(diǎn)考慮，有些換熱器（如冷凝器）不需要設(shè)置折流板。但為了增加換熱器的剛度，防止管子振動，實(shí)際仍然需要設(shè)置一定數(shù)量的支承板，其形狀與尺寸均按折流板一樣來處理。折流板與支承板一般均借助于長拉桿通過焊接或定距管來保持板間的距離，其結(jié)構(gòu)形式可參見圖8-3。圖8-3折流板安裝圖由于換熱器是功用不同，

9、以及殼程介質(zhì)的流量、粘度等不同，折流板間距也不同，其系列為：100mm 150mm 200mm 300mm 450mm 600mm 800mm 1000mm允許的最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的 20%或 50mm取其中較大值。允許的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)，當(dāng)換熱器內(nèi)流體無相變時，其最大折流板間距不得大于殼體內(nèi)徑，否則流體流向就會與管子平行而不是垂直于管子，從而使傳熱膜系數(shù)降低。折流板外徑與殼體之間的間隙越小，殼程流體介質(zhì)由此泄漏的量越少，即減少了流體 的短路，使傳熱系數(shù)提高，但間隙過小，給制造安裝帶來困難，增加設(shè)備成本，故此間隙 要 -求適宜。折流板厚度與殼體直徑和折流板間距有關(guān)，見表

10、 8-1所列數(shù)據(jù)。表8-1折流板厚度/mm殼體公稱 內(nèi)徑/mm相鄰兩折流板間距/mm 7502002503561010400700561010127006810121610001000 610121616支承板厚度一般不應(yīng)小于表8-1（左）中所列數(shù)據(jù)。 支承板允許不支承的最大間距可參考表 8-1 （右）所列數(shù)據(jù)。表8-2支承板厚度以及支承板允許不支承的最大間距殼體直徑/mm4009001200管子外徑/mm192538572400排氣孔尺寸8080100排氣孔數(shù)量，個24 41排氣孔中心線至裙座殼頂端的距離140180220因此設(shè)置兩個排氣孔，排氣孔尺寸為 80,排氣孔中心線至裙座殼頂端的距離

11、為140圖10-2裙座上部排氣孔的設(shè)置塔式容器底部引出管一般需伸出裙座殼外，11 /表10-2引出孔尺寸引出管直徑d20、2532、4050、7080、 100引出孔 的加強(qiáng) 管無縫鋼管 133X 4 159X 4.5 219X 6 273 X 8卷焊管-200250引出孔的加強(qiáng)管選用Q235-A的無縫鋼管，引出管直徑選用 20 圖10-3引出孔結(jié)構(gòu)示意圖10.2基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)1、基礎(chǔ)環(huán)尺寸的確定Dib = Dis300 = 900-300 = 600mm )( 10-1)Deb = Dis 中300 = 900 +300 =1200(mm )(。辺2、基礎(chǔ)環(huán)的結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)環(huán)選用有筋板的基礎(chǔ)環(huán)圖10

12、-4有筋板基礎(chǔ)環(huán)3、有筋板基礎(chǔ)環(huán)厚度的設(shè)計(jì)操作時或水壓試驗(yàn)時，設(shè)備重力和彎矩在混凝土基礎(chǔ)環(huán)（基礎(chǔ)環(huán)底面上）所產(chǎn)生的最大組 合應(yīng)力為混凝土標(biāo)號Ra/MPa混凝土標(biāo)號Ra/M Pa混凝土標(biāo)號Ra/M Pa753.51507.525013.01005.020010.0同樣，根據(jù)工藝要求和前人的經(jīng)驗(yàn)，可確定基礎(chǔ)環(huán)的厚度為20mm，材料選用為 Q235-A。表4-3混凝土基礎(chǔ)的許用應(yīng)力Ra基礎(chǔ)環(huán)上的最大壓應(yīng)力bbmax可以認(rèn)為是作用作用在基礎(chǔ)環(huán)底上的均勻載荷。4.3地腳栓的設(shè)計(jì)為了使塔設(shè)備在刮風(fēng)或地震時不至翻倒，必須安裝足夠數(shù)量和一定直徑的地腳螺栓，把設(shè) 備固定在基礎(chǔ)環(huán)上。-地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力為如

13、果bb 0，則設(shè)備自身足夠穩(wěn)定，但為了固定塔設(shè)備的位置，應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的地腳螺栓。如果bb蘭0，則設(shè)備必須安裝地腳螺栓，并進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時可先按4的倍數(shù)假設(shè)地腳螺栓的數(shù)量為n，此時地腳螺栓的螺紋小徑（mm）:螺紋小徑與公稱直徑見下表。表10-4螺紋小徑與公稱直徑對照表螺栓公稱直徑螺紋小徑/mm螺栓公稱直徑螺紋小徑 /mmM2420.752M4237.129M2723.7521M4842.588M3026.211M5650.046M3631.670選用Q235-A，計(jì)算后，選取地腳螺栓為M30X900, n=8,相應(yīng)螺母M30，8個，則其尺寸查表，得表10-5M30螺母的尺寸螺栓M3036422

14、812300120170符號說明tt-操作狀態(tài)下管壁溫度，C；F-換熱面積，山2;ts操作狀態(tài)下殼壁溫度，C; a管間距，mm;一焊接接頭系數(shù)，無量綱；di- 殼體內(nèi)徑，mm正六邊形對角線上的管子數(shù)，個；do殼體外徑，mmLn換熱管長度，mm; Pc-計(jì)算壓力，MP a;d均管子的平均直徑，mm Pw工作壓力，MP a;Pw-最大允許工作壓力，MPa;P設(shè)計(jì)壓力, MPaPt水壓試驗(yàn)壓力，MP a;S-計(jì)算壁厚，mmDN -直徑（公稱），mm; S d設(shè)計(jì)壁厚，mmb:PN 公稱壓力，MPa； S n 名義壁厚，mmPt-管子的工作壓力，MPa;S e有效壁厚,mmPs -殼體的工作壓力，MP

15、a;C厚度附加量，mm t 管殼壁溫度，C；Ci-鋼板的負(fù)偏差，mm;q許用拉脫力，MP aC2腐蝕欲量，mm;a 線膨脹系數(shù)，1/ C; a s屈服點(diǎn)，MPa;f每四根管子之間的面積， mm； hi曲面高度，mmAt換熱管截面面積，mm; ho短圓筒長度，mmAs殼壁橫截面面積，mm； h2直邊長度，mmFl管、殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力，N; E彈性模量，MPa;F2壓力作用于殼體上的軸向力，N; q t溫差應(yīng)力，MPa;F3壓力作用于管子上的軸向力，N;i脹接長度，mm最外層管子的中心到殼壁邊緣的距離， mmq P在操作壓力下，每平方米脹接周邊受到的力，MPa;參考文獻(xiàn)1匡國柱史啟才：化工單

16、元過程與設(shè)備設(shè)計(jì)；2 秦叔經(jīng)、葉文邦等：換熱器M,化學(xué)工業(yè)出版社,2003年版；3譚天恩、竇梅、周明華等：化工原理（第三版）上、下冊M，化學(xué)工業(yè)出版社 年版；4化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)MD華南工學(xué)院化工原理教研室，1987 ;5 賈紹義等：化工原理課程設(shè)計(jì)MD,天津大學(xué)出版社,2003年版；6刁玉瑋、王立業(yè)、喻健良等：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)M,大理理工大學(xué)出版社年版；-7錢頌文：換熱器手冊MD,化學(xué)工業(yè)出版社；8 蔡紀(jì)寧、張莉彥：化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書MD,化學(xué)工業(yè)出版社 年版；9中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB151-89鋼制管殼式換熱器.國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布，出版；10時均等：化學(xué)工程手冊（第二版，

17、上卷）.化學(xué)工業(yè)出版社；11鋼制壓力容器GB150-199812鋼制塔式容器JB4710-1992；13 GB151-1999管殼式換熱器1999年；14壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局謝辭通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我對化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)這門課有了進(jìn)一步的認(rèn)識。這次課程設(shè) 計(jì)設(shè)是對這門課程的一個總結(jié)，對化工機(jī)械知識的應(yīng)用。1999 年。,2006,200620111989設(shè)計(jì)時要有一個明確的思路，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，包括管子直徑、殼體厚度，管板選擇等。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。在整個過程中，我查閱了相關(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。在設(shè)計(jì)的最后附管試換熱器