傳熱傳質(zhì)學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、 專業(yè)課程設(shè)計(jì)專業(yè)課程設(shè)計(jì)固定管板式換熱器設(shè)計(jì)固定管板式換熱器設(shè)計(jì) 院院（系系、部部 ）：機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院專專 業(yè)：業(yè)：過(guò)程裝備與控制工程過(guò)程裝備與控制工程班班 級(jí)：級(jí)：過(guò)過(guò) 063063姓姓 名：名：岑學(xué)學(xué)岑學(xué)學(xué)學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：060345060345指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師: :雷俊勇、王中輝雷俊勇、王中輝 2010 年 1 月 5 日北京目錄目錄一一 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)2二、熱工藝設(shè)計(jì)二、熱工藝設(shè)計(jì)21.估算傳熱面積估算傳熱面積22.工藝結(jié)構(gòu)尺寸工藝結(jié)構(gòu)尺寸3三、三、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63.13.1 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)63.23.2 采用原件材料及數(shù)據(jù)采用原件材料及數(shù)據(jù)73.33.3

2、折流板折流板73.43.4 接管接管73.53.5 殼體和封頭的設(shè)計(jì)殼體和封頭的設(shè)計(jì)83.53.5 管板與換熱管管板與換熱管83.63.6 殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接103.73.7 其他各部件結(jié)構(gòu)其他各部件結(jié)構(gòu)11四、強(qiáng)度的計(jì)算與校核四、強(qiáng)度的計(jì)算與校核134.1 圓筒計(jì)算圓筒計(jì)算134.24.2 壓力實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核壓力實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核134.34.3 最大工作壓力和計(jì)算應(yīng)力最大工作壓力和計(jì)算應(yīng)力134.44.4 封頭設(shè)計(jì)計(jì)算封頭設(shè)計(jì)計(jì)算134.54.5 管板設(shè)計(jì)計(jì)算管板設(shè)計(jì)計(jì)算144.64.6 接管、接管法蘭以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)接管、接管法蘭以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)17

3、4.74.7 鞍座強(qiáng)度校核鞍座強(qiáng)度校核19參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)21一一 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù) 定性溫度：對(duì)于一般氣體和水等低黏度流體，其定性溫度可取流體進(jìn)出口溫度的平均值。故殼程石腦油的定性溫度為= (220+175)/2=197.5T管程流體的定性溫度為 t= (45+25)/2=35查石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)得設(shè)計(jì)溫度下物料的物理性質(zhì)參數(shù)如下表(其中石腦油按汽油算)：石腦油的物性參數(shù)(T=197.5) 水的物性參數(shù)（t=35）密度：1=0.71103kg/m3定壓比熱容:Cp1=2.13J/(kgK)密度：2=993.95kg/m3定壓比熱容:Cp2=4.174J/(kgK)- 殼 程 管 程 設(shè)計(jì)

4、壓力（MPa） 2.61.7 操作壓力（MPa） 2.2 1.0/0.9（進(jìn)口/出口） 設(shè)計(jì)溫度（） 250 75 操作溫度（） 220/175（進(jìn)口/出口） 25/45（進(jìn)口/出口） 流量（kg/h） 40000 選定 物料（-） 石腦油 冷卻水 程數(shù)（個(gè)） 1 2 腐蝕余度（mm） 3 - 導(dǎo)熱率：1=0.218W/(mK)粘度：1=0.6410-3Pas導(dǎo)熱率：2=0.625W/(mK)粘度：2=0.72710-3Pas二、熱工藝設(shè)計(jì)二、熱工藝設(shè)計(jì)1.估算傳熱面積估算傳熱面積1.11.1 計(jì)算兩流體的平均溫度差計(jì)算兩流體的平均溫度差 先按單殼程、2 或 2n 管程進(jìn)行計(jì)算，其逆流時(shí)的平均

5、溫度差為：t=162.18k逆m2121lntttt 2517545220ln2517545220 P=0.102 , 2212tttt452522025CCCCR=2.251122tttt2201754525CCCC按單殼層，雙管程查溫差修正系數(shù)表得: t=0.99故有效平均溫差 tm=ttm 逆=0.99162.18=160.56K1.21.2 計(jì)算熱流量及冷卻水的流量計(jì)算熱流量及冷卻水的流量 熱流量:=qm1cp1t1=40002.13(220-175) =3.834106kJ/h=1065kw 取熱損失系數(shù) C=0.97,則冷卻水吸收的熱量：2=C=3.8341060.97=3.719

6、 kJ/h=1033kw冷卻水用量：qm2=2/ cp2t2=3.719106/4.174(45-25)=44549.59kg/h1.31.3 估算傳熱面積估算傳熱面積初選 K=680W/(m2K),由穩(wěn)態(tài)傳熱基本方程得傳熱面積:A估=/Ktm=1033000/(680160.56)=9.46m2 2.2.工藝結(jié)構(gòu)尺寸工藝結(jié)構(gòu)尺寸2.12.1 選擇管徑和管內(nèi)流速選擇管徑和管內(nèi)流速選用 252.5mm 較高級(jí)冷拔傳熱管（碳鋼） ，查換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)表 1-2-7 得：公稱直徑DN（mm）管程數(shù)nt（個(gè)）管子根數(shù)Nt（根）中心排管數(shù)管程流通面積（m2）換熱面積（m2）換熱管長(zhǎng)度 L(mm)40029

7、4110.014821.43000排列形式：正三角形管間距： =32mm折流板間距：2.22.2 計(jì)算實(shí)際換熱面積計(jì)算實(shí)際換熱面積 實(shí)際換熱面積 A實(shí)際=d(L-2-0.006)n =3.140.025(3-20.05-0.006)94=21.35m2 2.32.3 計(jì)算總傳熱系數(shù)計(jì)算總傳熱系數(shù) 管內(nèi)冷卻水速度： ui=Qi/Ai=44549.59/(3600993.950.0148)=0.84m/s換熱管內(nèi)經(jīng) di=d0-2=0.025-20.0025=0.02m 雷諾數(shù)：Rei=uidi/=0.840.02993.95/0.000727=22968.86對(duì)于湍流，由 Dittus Boel

8、ter 關(guān)系式，有傳熱膜系數(shù)：普朗特?cái)?shù)： =41740.000727/0.625=4.86由于冷卻水要被加熱,故取 n=0.4管內(nèi)傳熱膜系數(shù)i=0.0230.625/0.0222968.860.84.860.4=4170.07W/(m2K) 管外傳熱膜系數(shù)換熱管呈正三角形排列，根據(jù) Kern 法當(dāng)量直徑：=流體流過(guò)管間最大截面積是殼體內(nèi)徑估算為=0.37=0.216.7=40000/(36007100.0167)=0.94m/s雷諾數(shù)：Re=uodo/=0.940.025710/0.00064=26070普朗特?cái)?shù)： =21300.00064/0.218=6.25壁溫可視為流體平均溫度，即：0.

9、55 o=0.36(0.218/0.02) (0.020.64710/0.00064)0.556.251/3 =1389.25W/(m2K)查表GB151-1999 管殼式換熱器得：管外有機(jī)物污垢熱阻：/W管內(nèi)冷卻水污垢熱阻：/W插入法得到=式中：管外流體傳熱膜系數(shù)，W/(m2K)； 管內(nèi)流體傳熱膜系數(shù)，W/(m2K)； , 分別為管外、管內(nèi)流體污垢熱阻，(m2K) /W； 管壁厚度，m；管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2K) o iiorr,w1/K=1/1389.25+1/4170.07+1.7610-4+0.0025/73=1.169810-3K=1/1.169810-3=854.82.42

10、.4 計(jì)算總換熱面積計(jì)算總換熱面積由穩(wěn)態(tài)傳熱基本方程：A =/Ktm=1033000/(854.8160.56)=7.526m2（1+25%）=9.41,符合選型要求2.52.5 計(jì)算管程壓力降計(jì)算管程壓力降管程壓力降有三部分組成，可按照如下公式進(jìn)行計(jì)算流體流過(guò)直管因摩擦阻力引起的壓力降，Pa; -流體流經(jīng)回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa; 流體流經(jīng)管箱進(jìn)出口的壓力降，Pa; 結(jié)構(gòu)矯正因素，無(wú)因次，對(duì) 252.5mm，取為 1.4； 管程數(shù)取 2； 串聯(lián)的殼程數(shù)取 1; 根據(jù)伯拉修斯式，Re=3時(shí)有： =0.3164/22968.860.25=0.0257 pL=0.0257(2/0.02

11、)(993.950.842/2)=901.21Pa pr=3(iui2/2)=3(993.950.842/2)=1051.997Pa pn=1.5(993.950.842/2)=526Papi=(901.21+1051.997) 1.421+5261=0.005594MPa管程壓力降在允許范圍內(nèi)2.62.6 計(jì)算殼程壓力降計(jì)算殼程壓力降采用埃索法計(jì)算公式： 式中：-流體橫過(guò)管束的壓力降，Pa; -流體通過(guò)折流板缺口的壓力降，Pa; 殼程壓力降的結(jié)垢修正系數(shù)，無(wú)因此，對(duì)液體取 1.15;其中： 式中：F管子排列方法對(duì)壓力降的修正系數(shù)，對(duì)三角形 F=0.5; 殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng) Re500 時(shí)，

12、; -橫過(guò)管束中心線的管子數(shù)，對(duì)三角形排列; -按殼程流通截面積計(jì)算的流速，。 =5.026070-0.228=0.492 0.2(0.37-10.660.025)=0.0207m3=40000/(36007100.0207)=0.756m/s=0.50.49210.66(14+1) 7100.7562/2 =0.00798Mpa143.5-(20.2/0.37) 7100.7562/2=0.006871MPa=（0.00798+0.006871）1.151=0.01708MPa因此，殼程壓力降在允許范圍內(nèi)。三、三、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.13.1 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)a)根據(jù)換熱器公稱直徑

13、為 400mm，選用圓筒作為換熱器殼體。殼體圓筒：公稱直徑 DN=400mm，壁厚。b)換熱管：外徑 d=25mm，壁厚，換熱管長(zhǎng)度，根數(shù)n=94，受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度，換熱管呈正三角形排列，管間距 。c)管板：剛度削弱系數(shù)，強(qiáng)度削弱系數(shù)。d)螺栓：數(shù)量 n=16，規(guī)格 M27，30mm 有效承載面積：（換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) ）e)管箱法蘭：采用 GB/T9113.2_2000，凹凸面整體鋼制管法蘭 法蘭外徑 ，螺栓孔徑中心圓直徑，法蘭厚度 C=32mm，管箱圓筒厚度，法蘭寬度： 3.23.2 采用原件材料及數(shù)據(jù)采用原件材料及數(shù)據(jù)a)換熱管材料：碳素鋼鋼管 20設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)

14、設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量(GB150-89,表 15) 管壁溫度下的彈性模量 管壁溫度下的膨脹系數(shù) b)殼程圓筒材料：碳素鋼 Q235-B250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力 圓筒在壁溫下的彈性模量Mpa 圓筒在壁溫下的線膨脹系數(shù)mm/ c)管板材料：16Mn 250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力250設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量d)螺栓材料：40Cr（GB150-1989 表 2-7）常溫下許用應(yīng)力250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力e)管箱法蘭材料：16Mn由于管箱法蘭為長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，管箱圓筒材料彈性模量取管箱法蘭材料的值，根據(jù) GB150-1989250下的彈性模量75下的彈性模量f)墊片材料：鐵包石棉墊片根據(jù) GB150-19

15、98，墊片系數(shù) m=2，比壓 y=11Mpa3.33.3 折流板折流板 采用弓形折流板,取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%,則切去的圓缺 高度為： 100mm40025. 0h 折流板數(shù) NB=14 塊120030001折流板間距傳熱管長(zhǎng)3.43.4 接管接管殼程流體進(jìn)出口接管： 接管內(nèi)流速 uo=0.756m/s,則接管內(nèi)徑為 muVDo162. 0756. 014. 3)7103600/(40000441 圓整后取 170mm管程流體進(jìn)出口接管：接管內(nèi)流速 uo=0.84m/smuVDo01374. 084. 014. 3)95.9933600/(44549.59441圓整后取 14

16、0mm3.53.5 殼體和封頭的設(shè)計(jì)殼體和封頭的設(shè)計(jì) 殼體的設(shè)計(jì)殼體的設(shè)計(jì)a)圓筒公稱直徑由計(jì)算知，圓筒的公稱直徑為 400mm 400mm，采用卷制圓筒。b)圓筒厚度圓筒的最小厚度應(yīng)按 GB150-1989 計(jì)算，但不得小于表 3-1 規(guī)定。表 3-1 碳素鋼或低合金鋼圓筒的最小厚度 mm公稱直徑公稱直徑 400400固定管板式固定管板式6 如上表按附加量圓整取最小厚度為10mm表 2-2 殼體、管箱殼體厚度 mmDNDN（mmmm） 材料材料 殼程或管程公稱壓力殼程或管程公稱壓力 PN,MPaPN,MPa0.61.01.62.54.06.4Q235-A/B/C 8888-40040016M

17、nR 888810121Cr18Ni9Ti 44461014 對(duì)應(yīng)殼體、管箱殼體厚度也取 10mm封頭設(shè)計(jì)封頭設(shè)計(jì)按工作原理，設(shè)計(jì)封頭應(yīng)為受內(nèi)壓的橢圓形封頭，采用長(zhǎng)軸與短軸比為 2的標(biāo)準(zhǔn)型封頭。橢圓形封頭是由半個(gè)橢圓球和具有高度 h 的圓筒（即封頭直邊）構(gòu)成，直邊的作用是避免筒體與封頭連接的還焊縫受到邊緣應(yīng)力的影響。封頭厚度（不包括壁厚附加量）應(yīng)小于封頭直徑的 0.3%。由表 3-3，取封頭厚度為 10mm 3.53.5 管板與換熱管管板與換熱管 管板 .1 材料：16MnR .2 厚度 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)采用先脹后焊連接時(shí)，管板的最小厚度（不包括腐蝕裕量）見(jiàn)表 3-5；?。òǜg裕量） 。換

18、熱管外徑換熱管外徑2525最小厚度最小厚度 用于易燃易爆及有毒介質(zhì)等場(chǎng)合 用于無(wú)害介質(zhì)的用于無(wú)害介質(zhì)的一般場(chǎng)合一般場(chǎng)合 .3布管a) 換熱管的排列形式，見(jiàn)圖2-3，本設(shè)計(jì)選擇三角形錯(cuò)列形式圖 2-3 布管形式b)換熱管中心距換熱管中心距一般不小于 1.25 倍的換熱管外徑。常用換熱管外徑如換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)表 1-6-16，即表 3-6 所示： 根據(jù)表中要求選取換熱管中心距為 S=32mm表 3-6 換熱管中心距 mm換熱管外徑換熱管外徑d d 2525換熱管中心距換熱管中心距S S 32分程隔板槽兩相鄰管中心距分程隔板槽兩相鄰管中心距 44c)布管限定圓：布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑

19、表 3-7 布管限定圓 mm 換熱器形式換熱器形式固定管板式、固定管板式、U U 型管型管式式 浮頭式浮頭式 布管限定圓布管限定圓 表中：b b見(jiàn)圖 2-4，其值按表 2-8 選取，mm -見(jiàn)圖 2-4，其值按表 2-9 選取，mm -見(jiàn)圖 2-4，mm -固定管板式換熱器或 U 型管換熱器管束最外層換熱管表面至殼體內(nèi)壁的最短距離，且不小于 10mm 墊片寬度，其值按表 2-9 選取，mm 圖 3-4 布管示意圖除了考慮布管限定圓直徑外，換熱管與防沖板間的距離也需考慮。通常，換熱管外表面與鄰近防沖板表面間的距離，最小為 6 mm。換熱管中心線與防沖板板厚中心線或上表面之間的距離，最大為換熱管中

20、心距的倍。表 3-8 不同的 b 值 mmb b 表 3-9 3 4從表中可得：選取 b=5mm,mm,=15mm，=10mm ,392-2 10=372mm d)管程分程：經(jīng)壓力降設(shè)計(jì)，采用雙管程結(jié)構(gòu)。 e)殼程進(jìn)出口處的布管：應(yīng)考慮殼體內(nèi)壁與管束之間的流通面 積和介質(zhì)進(jìn)出口管處的流通面積相當(dāng)。 管孔換熱器的換熱管和管孔直徑允許偏差按 GB151-1999 規(guī)定：換熱管，管孔a)拉桿孔：拉桿與管板采用螺紋連接螺孔深度：，其中為拉桿螺孔公稱直徑。b) 管板密封面：管板與法蘭連接的結(jié)構(gòu)尺寸及制造、檢驗(yàn)要求 等按JB1157-1163-82壓力容器法蘭的規(guī)定。 換熱管a)換熱管長(zhǎng)度選用：3000m

21、mb)換熱器的規(guī)格和尺寸偏差：按 GB8164-87輸送流體用無(wú)縫鋼管的規(guī)定，常用規(guī)格如表 3-10表 3-10 常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差(材料：碳鋼)換熱管標(biāo)準(zhǔn)換熱管標(biāo)準(zhǔn) 管子規(guī)格管子規(guī)格高精度、較寬精高精度、較寬精度度 普通精度普通精度 外徑 厚度 外徑偏差 壁厚偏差 外徑偏差 壁厚偏差GB/T8163 2.0 +15%GB-9948 2.5 -10% -10%選型選型 5757 3.53.5 +12%+12% -10%-10%選用普通精度的標(biāo)準(zhǔn)，。3.63.6 殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接 管板與殼體連接形式分為兩類，一是不可拆的，如固定管板

22、式，管板與殼體使用焊接連接。二是可拆式，如 U 型管，浮頭及填料函式管板式換熱器。 .1 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，換熱管與管板的連接采用焊接。.2 結(jié)構(gòu)尺寸：按表3-11，3-12的規(guī)定表3-11 換熱管外伸長(zhǎng)度 mm 換熱管外徑換熱管外徑 d d1616伸出長(zhǎng)度伸出長(zhǎng)度 槽槽 深深 K K 0.5表3-12換熱管外伸長(zhǎng)度 mm 換熱管規(guī)格換熱管規(guī)格外徑外徑2525 換熱管最小伸出長(zhǎng)度換熱管最小伸出長(zhǎng)度 =1.5 =2.5 槽深槽深 K K 2 23.73.7其他各部件結(jié)構(gòu)其他各部件結(jié)構(gòu) 折流板和支持板常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種，本設(shè)計(jì)中采用25%的單弓形折流板，如圖2-5圖2-

23、5 單弓形介質(zhì)流動(dòng)圖 拉桿、定距管.1 拉桿的結(jié)構(gòu)形式：常用的拉桿形式有兩種，由于換熱管的外徑等于25mm19mm，故本設(shè)計(jì)選用拉桿定距結(jié)構(gòu)，如圖 3-7圖 3-7 拉桿定距管結(jié)構(gòu) .2 拉桿的尺寸：如圖 3-8圖 3-8表 3-16 拉桿的尺寸 mm拉桿直徑拉桿直徑 d d拉桿螺紋公稱直徑拉桿螺紋公稱直徑 1010 10 13 1212121516161620 a)拉桿尺寸通過(guò)圖 3-8，表 3-16 確定b) 拉桿的長(zhǎng)度L按換熱器管長(zhǎng)需要設(shè)定 c) 拉桿的布置應(yīng)盡量布置在管束的外邊緣 3.7.2.3 拉桿的直徑和數(shù)量：按表 3-17，表 3-18 選用表 3-17 拉桿直徑選用表 mm 換

24、熱管外徑換熱管外徑 d d 2525 拉桿直徑拉桿直徑 16 表 3-18 拉桿數(shù)量選用表拉桿直徑拉桿直徑 dd公稱直徑公稱直徑 DNDN 1616 4取拉桿直徑為 16mm，拉桿數(shù)量為 4. 防沖板根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在殼程設(shè)置防沖板，以減少氣流的不均勻分布和對(duì)換熱管管端的沖蝕。防沖板表面到圓筒內(nèi)壁的距離，一般為接管外徑的 1/41/3，取距離為 50mm；防沖板的直徑和邊長(zhǎng)，應(yīng)大于接管外徑 50mm，取防沖板直徑為250mm；防沖板的最小厚度：碳鋼為 4.5mm，不銹鋼為 3mm，取厚度為 6mm。防沖板的固定形式：a) 防沖板的兩端焊在定距管或拉桿上，也可同時(shí)焊在靠近管板的第一塊折流板上； b

25、) 防沖板焊在圓筒上； c) 用 U 形螺栓將防沖板固定在換熱管上。 沉降管設(shè)計(jì)由，得根據(jù)實(shí)際情況選下沉管為 2739.5，管子材料為 A3 鋼。 3.5 換熱管下箱設(shè)計(jì)材料：16MnR厚度：，管箱長(zhǎng)度：l=800mm，管箱內(nèi)徑： 座選取按 JB4712 選用 BI 型，120包角，焊接，單筋，帶墊板。四、強(qiáng)度的計(jì)算與校核四、強(qiáng)度的計(jì)算與校核下面對(duì)換熱器各部件進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核: 4.1 圓筒計(jì)算圓筒由鋼板卷制而成，故查得鋼壁厚為 10mm，則內(nèi)徑為 380 mm。 取焊縫系數(shù) =0.85，筒體計(jì)算厚度按下式計(jì)算:設(shè)計(jì)厚度：名義厚度：根據(jù)鋼材規(guī)定名義厚度要6mm，所以取到有效厚度：其中 C

26、1 為 GB709 鋼板負(fù)偏差，C2=3mm 為題目所給設(shè)計(jì)參數(shù)。4.2 壓力實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核液壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力由 GB150-1989 式（1-5）確定： ,取兩者中的較大值。 -設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力，Mpa； 實(shí)驗(yàn)溫度下的材料許用應(yīng)力， Mpa。 壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)，圓筒的薄膜應(yīng)力按下式計(jì)算： 在進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，圓筒的薄膜應(yīng)力不得超過(guò)試驗(yàn)溫度下材料屈服點(diǎn)的90，即，符合要求。4.3 最大工作壓力和計(jì)算應(yīng)力 最大許用工作壓力： 設(shè)計(jì)溫度下的圓筒筒壁計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算： ，滿足應(yīng)力要求。4.4 封頭設(shè)計(jì)計(jì)算受內(nèi)壓的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度按下式計(jì)算（GB150-1989，式 5-2） 封頭設(shè)計(jì)壁厚：按 GB

27、6654-1996 ，鋼板負(fù)偏差：C1=0.6mm封頭名義厚度：根據(jù)鋼材規(guī)定名義厚度要 5mm，所以取到封頭有效厚度：橢圓形壓力按下式確定（GB150-1989，式 5-3）：4.5 管板設(shè)計(jì)計(jì)算 換熱管穩(wěn)定許用應(yīng)力 換熱管的回轉(zhuǎn)半徑 查 GB151-1989 附錄 H管子特性表： 系數(shù)：換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長(zhǎng)度： 從而有：所以換熱管的穩(wěn)定需用應(yīng)力為： 結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算a) 墊片壓緊力作用中心圓直徑 DG參照 JB4705-92 非金屬軟墊片標(biāo)準(zhǔn)，取墊片內(nèi)徑 404mm，外徑 444mm，墊片寬度 N=40mm。查表 9-1 中 1-a 得：mmNb202/402/0當(dāng) b06.4mm 時(shí)，b=m

28、mb31.112053. 253. 20墊片壓緊力作用中心圓直徑：mmDG38.42131.112444b) 面積計(jì)算 隔板槽兩側(cè)換熱管之間管排中心距 Sn=32mm 鄰近隔板槽一側(cè)的一排換熱管根數(shù)=12，管間距 S=32 mm 對(duì)于三角形排列，布管區(qū)未能被換熱管支承的面積: 殼程圓筒內(nèi)徑面積：殼程圓筒金屬橫截面積： 查 GB151-1989 附錄 H，一根換熱管金屬橫截面積 a=144.51mm2。則有：na=94 144.51=13583.94mm2管板開(kāi)孔后面積： mm2c)管板布管區(qū)域當(dāng)量直徑管板區(qū)域面積： 布管區(qū)當(dāng)量直徑： 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比：d)系數(shù)計(jì)算 按 GB15

29、0 第 7 章，53. 1380/580/ifDDK查表 7-5，殼體法蘭應(yīng)力參數(shù) Y=4.75 法蘭力矩算基本法蘭計(jì)算力矩 Mm：查 GB150-89 表 7-2 得： y=11，m=2.0 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計(jì)算： 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計(jì)算： 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按下式計(jì)算： 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按下式計(jì)算： 需要的螺栓面積取較大值，即實(shí)際使用的螺栓總面積：法蘭力矩的力臂：基本法蘭力矩： 管程壓力操作工況下法蘭力拒Mp 螺栓中心至作用位置處的徑向距離: 螺栓中心至作用位置處的徑向距離：螺栓中心至作用位置處的徑向距離： 作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體

30、靜壓軸向力： 流體靜壓總軸向力-作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體靜壓軸向力： 法蘭墊片壓緊力： 法蘭操作力矩： 換熱管與殼體圓筒的熱膨脹應(yīng)變形差 Y假定換熱器制造環(huán)境溫度為 15 89.345 3.54Mpa 4.5.6 管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) 法蘭寬度： , ， 查 GB151-1999 圖 26 得 管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：其中法蘭材料：采用 16Mn 彈性模量（根據(jù)插入法） , 管子加強(qiáng)系數(shù)a)已知管板名義厚度，管板腐蝕余量：管板殼程側(cè)焊接結(jié)構(gòu)槽深 3mm管板有效厚度，即校核中的計(jì)算厚度換熱管的有效長(zhǎng)度：b)管子加強(qiáng)系數(shù) K c)管板周邊不布管區(qū)無(wú)量綱寬度旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù) a)殼

31、體法蘭與圓筒旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù) 已知?dú)んw法蘭管板延長(zhǎng)部分厚度,殼體厚度， 查 GB151-1989 圖 3-15， b)旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù)管束模數(shù)：c)確定系數(shù)由 K=3.69,=0.032 查 GB151 圖 3-16，管板第一彎矩系數(shù)：,圖 3-18，K=3.69，Q=0.96，查 GB151圖 3-17，管板第二彎矩系數(shù)：圖 3-19， 法蘭力矩折減系數(shù)：令管板邊緣力矩變化系數(shù)：法蘭力矩變化系數(shù)：=0.6784.64.6 接管、接管法蘭以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)接管、接管法蘭以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 4.6.1.6.1 殼程接管、法蘭殼程接管、法蘭由熱流體的參數(shù)：取 0.11可得接管直徑：取接管伸出長(zhǎng)度 150mm，即

32、需要兩個(gè) 4.6.2.6.2 管箱接管、法蘭管箱接管、法蘭由冷流體的參數(shù)：取 0.11可得接管直徑：取接管伸出長(zhǎng)度 150mm，即需要兩個(gè)的接管法蘭 4.6.34.6.3 以殼程開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)為例進(jìn)行計(jì)算以殼程開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)為例進(jìn)行計(jì)算筒體：Q235-B 接管：20R 補(bǔ)強(qiáng)圈：16MnR 開(kāi)孔直徑：用等面積法補(bǔ)強(qiáng)：開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積： (1)有效寬度 B，取兩者中的大者 取大者，所以 (2)有效高度 a.外側(cè)高度：取兩者中較小者 b.內(nèi)側(cè)高度：取兩者中較小者 (3)有效補(bǔ)強(qiáng)面積 a.圓筒多余金屬面積 圓筒有效厚度： 圓筒多余金屬面積： b.接管多余面積 接管計(jì)算厚度： 接管多余的面積：fCChfChAntrtnt)(2)(22212 c.補(bǔ)強(qiáng)區(qū)焊縫面積（焊腳取 4.5mm） d.有效補(bǔ)強(qiáng)面積：321AAA 需另行補(bǔ)強(qiáng)面積：)(3214AAAAA (4)補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì) a.補(bǔ)強(qiáng)圈外徑應(yīng)不大于有效寬度，取 b.補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：