管殼式換熱器的課程設(shè)計說明書

1、課程設(shè)計手冊設(shè)計主題：管殼式換熱器設(shè)計目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc23990 2015 年 7 月 8 日 PAGEREF _Toc23990 1 HYPERLINK l _Toc21188 目錄 PAGEREF _Toc21188 2 HYPERLINK l _Toc21383 1. 課程設(shè)計專題 PAGEREF _Toc21383 5 HYPERLINK l _Toc22952 2. 課程設(shè)計內(nèi)容 PAGEREF _Toc22952 5 HYPERLINK l _Toc30069 一、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc30069 5 H

2、YPERLINK l _Toc306 2. 殼體和封頭壁厚計算及強度和穩(wěn)定性校核 PAGEREF _Toc306 5 HYPERLINK l _Toc17280 3、油缸水壓試驗應(yīng)力校核 PAGEREF _Toc17280 5 HYPERLINK l _Toc825 4. PAGEREF _Toc825 鞍座的選擇6 HYPERLINK l _Toc19090 5、選擇換熱器的主要部件，確定參數(shù)。 PAGEREF _Toc19090 6 HYPERLINK l _Toc20906 6.編寫設(shè)計規(guī)范6 PAGEREF _Toc20906 HYPERLINK l _Toc4843 7.繪制1號裝配

3、圖 PAGEREF _Toc4843 1.6 HYPERLINK l _Toc16832 3. 設(shè)計條件 PAGEREF _Toc16832 6 HYPERLINK l _Toc15079 (1) 氣體工作壓力 PAGEREF _Toc15079 6 HYPERLINK l _Toc26159 (2)殼管壁溫差50，t t t s PAGEREF _Toc26159 6 HYPERLINK l _Toc26895 (3) 工藝計算得到的換熱面積為105m 2 。 PAGEREF _Toc26895 6 HYPERLINK l _Toc14200 (4)殼體和封頭材料選用低合金高強度鋼，并查明其

4、參數(shù)。 PAGEREF _Toc14200 6 HYPERLINK l _Toc22417 (5)殼體與支架兩側(cè)對焊，殼體焊接接頭系數(shù)=0.85 PAGEREF _Toc22417 6 HYPERLINK l _Toc25595 (6) 圖紙：見圖7-52，注意：尺寸應(yīng)根據(jù)自己設(shè)計的尺寸標(biāo)注。 PAGEREF _Toc25595 6 HYPERLINK l _Toc3216 4. 基本要求 PAGEREF _Toc3216 7 HYPERLINK l _Toc11654 五、手冊內(nèi)容 PAGEREF _Toc11654 7 HYPERLINK l _Toc11763 一、符號說明 PAGERE

5、F _Toc11763 7 HYPERLINK l _Toc10353 2. 前言 PAGEREF _Toc10353 7 HYPERLINK l _Toc5268 3. 材料選擇 PAGEREF _Toc5268 7 HYPERLINK l _Toc4233 4. 畫出結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc4233 7 HYPERLINK l _Toc8702 5. 殼體和封頭壁厚設(shè)計 PAGEREF _Toc8702 8 HYPERLINK l _Toc19027 6、標(biāo)準(zhǔn)化零部件選型及配筋計算： PAGEREF _Toc19027 8 HYPERLINK l _Toc13605 7 、結(jié)束語：總

6、結(jié)和評價自己的設(shè)計、經(jīng)驗和收獲。 PAGEREF _Toc13605 8 HYPERLINK l _Toc7026 8. 主要參考資料。 PAGEREF _Toc7026 8 HYPERLINK l _Toc15792 6. 主要參考文獻 PAGEREF _Toc15792 8 HYPERLINK l _Toc15157 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc15157 9 HYPERLINK l _Toc10967 1 前言 PAGEREF _Toc10967 10 HYPERLINK l _Toc9366 1.1 概述 PAGEREF _Toc9366 10 HYPERLINK

7、l _Toc6619 1.1.1 換熱器類型 PAGEREF _Toc6619 10 HYPERLINK l _Toc7473 1.1.2 換熱器 PAGEREF _Toc7473 10 HYPERLINK l _Toc2474 1.2 設(shè)計目的和意義 PAGEREF _Toc2474 11 HYPERLINK l _Toc16641 1.3 管殼式換熱器發(fā)展歷程 PAGEREF _Toc16641 11 HYPERLINK l _Toc17448 1.7 提高管殼式換熱器傳熱能力的措施 PAGEREF _Toc17448 12 HYPERLINK l _Toc8413 1.8 設(shè)計思路與方法

8、 PAGEREF _Toc8413 12 HYPERLINK l _Toc29489 1.8.1 換熱器管形設(shè)計 PAGEREF _Toc29489 12 HYPERLINK l _Toc12813 1.8.2 換熱器管徑設(shè)計 PAGEREF _Toc12813 13 HYPERLINK l _Toc18011 1.8.3 換熱管布置設(shè)計 PAGEREF _Toc18011 13 HYPERLINK l _Toc32634 1.8.4 管殼分程設(shè)計 PAGEREF _Toc32634 13 HYPERLINK l _Toc30708 1.8.5 擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計 PAGEREF _Toc30708

9、 13 HYPERLINK l _Toc20788 1.8.6 管殼程進出口設(shè)計 PAGEREF _Toc20788 14 HYPERLINK l _Toc13017 1.9 選材方法 PAGEREF _Toc13017 14 HYPERLINK l _Toc25966 1.9.1 管殼式換熱器的選型 PAGEREF _Toc25966 14 HYPERLINK l _Toc10260 1.9.2 流路選擇 PAGEREF _Toc10260 17 HYPERLINK l _Toc28195 1.9.3 材料選擇 PAGEREF _Toc28195 18 HYPERLINK l _Toc231

10、43 1.9.4 監(jiān)視器結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc23143 18 HYPERLINK l _Toc24821 2 殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算 PAGEREF _Toc24821 19 HYPERLINK l _Toc5933 2.1 管徑 PAGEREF _Toc5933 19 HYPERLINK l _Toc21263 2.2 管數(shù)n PAGEREF _Toc21263 20 HYPERLINK l _Toc3892 2.3 管子的排列和管子間距的確定 PAGEREF _Toc3892 20 HYPERLINK l _Toc10515 2.4 換熱器殼體直徑的確定 PAGEREF

11、_Toc10515 20 HYPERLINK l _Toc22400 2.5 換熱器殼體壁厚計算與校核 PAGEREF _Toc22400 20 HYPERLINK l _Toc25420 3 換熱器封頭的選擇與檢查 PAGEREF _Toc25420 22 HYPERLINK l _Toc6426 4 容器法蘭的選擇 PAGEREF _Toc6426 22 HYPERLINK l _Toc20685 5 管板 PAGEREF _Toc20685 23 HYPERLINK l _Toc12370 5.1 管板結(jié)構(gòu)尺寸 PAGEREF _Toc12370 23 HYPERLINK l _Toc2

12、076 5.2 管板與殼體 PAGEREF _Toc2076 24的連接 HYPERLINK l _Toc16161 5.3 管板與管 PAGEREF _Toc16161 24的連接 HYPERLINK l _Toc15000 5.4 管板厚度 PAGEREF _Toc15000 24 HYPERLINK l _Toc5007 6 管道拉拔力的計算 PAGEREF _Toc5007 25 HYPERLINK l _Toc24517 7 計算是否安裝伸縮縫 PAGEREF _Toc24517 26 HYPERLINK l _Toc2629 8 沖擊板 PAGEREF _Toc2629 27 HY

13、PERLINK l _Toc24594 9 擋板設(shè)計 PAGEREF _Toc24594 28 HYPERLINK l _Toc5811 擋板的選擇 PAGEREF _Toc5811 28 HYPERLINK l _Toc25318 9.2 擋板的布置 PAGEREF _Toc25318 31 HYPERLINK l _Toc9593 10 開口加固 PAGEREF _Toc9593 31 HYPERLINK l _Toc16880 10.1 殼體噴嘴開口加強件 PAGEREF _Toc16880 31 HYPERLINK l _Toc29418 1.確定殼體和噴嘴的計算厚度和開口直徑 PAG

14、EREF _Toc29418 31 HYPERLINK l _Toc29706 2.確定殼體和噴嘴的實際厚度，開口的有效加強面積和外側(cè)的有效加強高度h PAGEREF _Toc29706 32 HYPERLINK l _Toc32491 3.計算需要補強的金屬面積和可做補強的金屬面積 PAGEREF _Toc32491 32 HYPERLINK l _Toc5175 4.計算Ae PAGEREF _Toc5175 32 HYPERLINK l _Toc20598 5. 比較, , PAGEREF _Toc20598 32 HYPERLINK l _Toc3454 10.2 加強管箱噴嘴的開口

15、PAGEREF _Toc3454 33 HYPERLINK l _Toc3722 1.確定殼體和噴嘴的計算厚度和開口直徑 PAGEREF _Toc3722 33 HYPERLINK l _Toc31408 2、確定管箱和管口的實際厚度、開口的有效補強面積和外側(cè)的有效補強高度h PAGEREF _Toc31408 34 HYPERLINK l _Toc24914 3.計算需要補強的金屬面積和可做補強的金屬面積 PAGEREF _Toc24914 34 HYPERLINK l _Toc352 4.計算Ae PAGEREF _Toc352 34 HYPERLINK l _Toc26054 5. 比較

16、, , PAGEREF _Toc26054 35 HYPERLINK l _Toc27029 11接管最小位置 PAGEREF _Toc27029 35 HYPERLINK l _Toc3861 12. 鞍座 PAGEREF _Toc3861 36 HYPERLINK l _Toc32761 1.住房質(zhì)量 PAGEREF _Toc32761 36 HYPERLINK l _Toc27798 2.頭部質(zhì)量 PAGEREF _Toc27798 36 HYPERLINK l _Toc32401 3.管盒質(zhì)量 PAGEREF _Toc32401 36 HYPERLINK l _Toc16408 4.

17、附件質(zhì)量 PAGEREF _Toc16408 36 HYPERLINK l _Toc22605 5.管材質(zhì)量 PAGEREF _Toc22605 37 HYPERLINK l _Toc28608 6.強度檢查 PAGEREF _Toc28608 37 HYPERLINK l _Toc26088 符號 說明 PAGEREF _Toc26088 38 HYPERLINK l _Toc30683 參考文獻 PAGEREF _Toc30683 39課程設(shè)計主題管殼式換熱器的設(shè)計2. 課程設(shè)計內(nèi)容一、管殼式換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：管數(shù)n、管子排列方式、管間距的確定、管殼尺寸的計算、換熱器封頭的選擇、容器法蘭

18、的選擇、管箱的選擇、鞍座的選擇、連接管的選擇等。2、殼頭壁厚計算及強度穩(wěn)定性校核(1)根據(jù)設(shè)計壓力初步確定壁厚；(2)確定管板的結(jié)構(gòu)、尺寸、拉脫力和溫差應(yīng)力；(3)計算是否安裝伸縮縫；（4）確定殼體壁厚，封頭和壁厚的選擇，并檢查強度和穩(wěn)定性。3、汽缸水壓試驗應(yīng)力校核4.鞍座的選擇5、選擇換熱器的主要部件，確定參數(shù)。6. 編寫設(shè)計規(guī)范7、繪制1號裝配圖1。三、設(shè)計條件(1) 氣體工作壓力管長：半水煤氣0.7MPa殼程：變換氣 0.475 MPa(2)殼管壁溫差50，t t t s殼程介質(zhì)溫度400-220，管程介質(zhì)溫度180-370。(3) 工藝計算得到的換熱面積為105m 2 。(4)殼體和封

19、頭材料選用低合金高強度鋼，并查明其參數(shù)。(5)殼體與支架兩側(cè)對焊，殼體焊接接頭系數(shù)=0.85(6) 圖紙：見圖7-52，注意：尺寸應(yīng)根據(jù)自己設(shè)計的尺寸標(biāo)注。四、基本要求1、學(xué)生根據(jù)任務(wù)書的要求，獨立完成管殼式換熱器設(shè)備的機械設(shè)計；2、設(shè)計手冊為電子版，一號圖用CAD繪制；3、圖紙結(jié)束后，按統(tǒng)一要求將圖紙折成A4，第19周周五上午8:30同設(shè)計規(guī)范作答。4、根據(jù)設(shè)計規(guī)范、圖紙、日常表現(xiàn)及防守綜合評分。五、手冊內(nèi)容一、符號說明2. 前言（一）設(shè)計條件；(2)設(shè)計依據(jù)；(3)設(shè)備結(jié)構(gòu)概述。3.材料選擇（一）選材原則；(2)確定各零部件的材料；(3)確定焊接材料。4. 畫出結(jié)構(gòu)(1) 換熱器裝配圖(2

20、)確定支架、連接管、人孔、控制點接口及附件、主要零件的軸向和圓周位置，并用單線圖表示；(3) 標(biāo)記形狀和尺寸。(4)在圖紙上寫明技術(shù)要求、技術(shù)特性表、接管表、題名表等5.殼體和封頭壁厚設(shè)計(1)缸體、缸蓋和支架的壁厚設(shè)計；(2)焊接接頭的設(shè)計；(3)試壓校核計算；6、標(biāo)準(zhǔn)化的零部件選型和配筋計算：(1) 管口和法蘭的選擇：根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖編制統(tǒng)一表格。內(nèi)容包括：代號、PN、DN、法蘭密封面形式、法蘭標(biāo)志、用途）。鋼筋計算。(2)其他標(biāo)準(zhǔn)件選擇。7 、結(jié)束語：總結(jié)和評價自己的設(shè)計、經(jīng)驗和收獲。8. 主要參考資料?！靖袷揭蟆浚?、計算單位為國際單位； 2、計算過程和描述要清楚；3、所有標(biāo)準(zhǔn)件均應(yīng)標(biāo)有

21、標(biāo)志或代號； 4、設(shè)計手冊目錄應(yīng)有序號、內(nèi)容和頁碼；5、設(shè)計規(guī)范中的數(shù)據(jù)與裝配圖中的數(shù)據(jù)一致。裝配圖如有修改，應(yīng)在使用說明書中注明；6、字跡工整，字跡清晰，層次分明； 7、設(shè)計手冊必須有封面和封底，均為A4紙，裝訂成冊。六、主要參考資料1.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)課程設(shè)計指南?；瘜W(xué)工業(yè)出版社。 2005.12.化工設(shè)備機械基礎(chǔ)第五版，刁、偉王立業(yè)主編，2003.3；3.化工裝置工藝與設(shè)備設(shè)計，曠國柱、施啟才主編；4.化學(xué)制圖，華東化工學(xué)院，制圖教研室，人民教育，1980；5、化工設(shè)備機械基礎(chǔ)參考資料；6、鋼制壓力容器GB150-1998；7.鋼塔集裝箱4710-1992；8、GB151-1999管殼式

22、換熱器1999年； 9、壓力容器安全技術(shù)監(jiān)督條例國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局1999年。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計前言課程設(shè)計理論是學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的好機會。本實驗針對管殼式換熱器進行了課程設(shè)計，以掌握和理解工業(yè)生產(chǎn)中的節(jié)能、高效、環(huán)保等概念。換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于煉油、石油化工等行業(yè)。適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和余熱回收等各個方面。其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、設(shè)備體積、金屬材料消耗等方面不如其他新型換熱設(shè)備，但具有結(jié)構(gòu)牢固、彈性高、可靠性高、使用范圍廣等優(yōu)點。應(yīng)用范圍。優(yōu)點，所以它仍然被廣泛用于各種項目。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了保證換熱器的質(zhì)量和使用壽命。要選擇合適的結(jié)構(gòu)，必須考慮許多因素，例

23、如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢、流體特性、維護和清潔等。對于同一種類型的換熱器，由于工況不同，常用的結(jié)構(gòu)也不同。在工程設(shè)計中，除了盡可能選用定型系列產(chǎn)品外，還常常根據(jù)其具體情況進行設(shè)計，以滿足工藝的需要（以獲得最合理、最高效、最經(jīng)濟的適合生產(chǎn)的換熱器）并在工作條件下制造）。還有很多）。1 簡介1.1 概述1.1.1 換熱器的種類管殼式換熱器是最典型的隔板式換熱器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)地位。它們主要由殼體、管束、管板、擋板和封頭組成。一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管側(cè)；另一種流體在管外流動，其沖程稱為殼程。管束壁為傳熱面。其主要優(yōu)點是單位體積傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)牢固，可選結(jié)構(gòu)材料范圍廣，

24、操作靈活性高。設(shè)備。為了提高殼程的流體流速，殼內(nèi)常安裝一定數(shù)量的與管束垂直的擋板。擋板不僅可以防止流體短路，提高流體流速，還可以迫使流體按規(guī)定路徑多次穿過管束，大大增加了湍流程度。在管殼式換熱器中，由于兩種流體的溫度不同，管束和殼體的溫度也不同，因此它們的熱膨脹程度也不同。如果兩種流體的溫差較大（50以上），設(shè)備可能會因熱應(yīng)力而變形甚至彎曲或斷裂，因此必須考慮這種熱膨脹的影響。1.1.2 換熱器換熱器是化工、石油、食品等許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。由于生產(chǎn)規(guī)模、材料性能、傳熱要求等不同，換熱器的種類也多種多樣。按用途可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器。根據(jù)冷熱流體

25、熱交換的原理和方式，可分為混合式、蓄熱式、隔斷式三大類。熱體將熱量從熱流體傳遞到冷流體。當(dāng)蓄熱器與熱流體接觸時，它接收來自熱流體的熱量。蓄熱器溫度升高后，再次與冷流體接觸，將熱量傳遞給冷流體，蓄熱器溫度下降，從而達到熱交換的目的。 .這類換熱器結(jié)構(gòu)簡單，能承受高溫，常用于高溫氣體的熱回收或冷卻。缺點是設(shè)備笨重，不能完全避免兩種流體的混合。工業(yè)上最常見的換熱器是隔板式換熱器。按結(jié)構(gòu)特點，隔板式換熱器可分為管殼式換熱器和緊湊型換熱器。管殼式換熱器包括廣泛使用的管殼式換熱器以及夾套式、套管式、盤管式和其他類型的換熱器。其中，管式換熱器作為傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱設(shè)備被許多工業(yè)部門采用。管式換熱器具有結(jié)構(gòu)牢固、

26、耐高溫高壓、換熱面清洗方便、制造工藝成熟、選材廣泛、適應(yīng)性強、處理量大等特點。這使其在各種熱交換設(shè)備的競爭發(fā)展中繼續(xù)存在。應(yīng)用最廣泛的管殼式換熱器將管子以一定的方式固定在管板上，管板安裝在殼體上。因此，這種換熱器也稱為管殼式換熱器。常見的管式換熱器主要有固定管板式、帶膨脹節(jié)的固定管板式、浮頭式和U型管式。1.2 設(shè)計目的和意義換熱器是一種將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體，以實現(xiàn)不同溫度流體之間熱能傳遞的裝置，又稱換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)過程中實現(xiàn)熱交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。換熱設(shè)備廣泛應(yīng)用于煉油、石油化工等行業(yè)。適用于冷卻、冷凝、加熱、蒸發(fā)和余熱回收等各個方面。其中，管殼式換熱器雖然在換熱效率、

27、設(shè)備體積、金屬材料消耗等方面不如其他新型換熱設(shè)備，但具有結(jié)構(gòu)牢固、彈性高、可靠性高、使用范圍廣等優(yōu)點。應(yīng)用范圍。優(yōu)點，所以它仍然被廣泛用于各種項目。管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了保證換熱器的質(zhì)量和使用壽命。要選擇合適的結(jié)構(gòu)，必須考慮許多因素，例如材料、壓力、溫度、壁溫差、結(jié)垢、流體特性、維護和清潔等。1.3 管殼式換熱器發(fā)展歷程20世紀(jì)初，為了滿足發(fā)電廠對在較高壓力下運行的大型換熱器（如冷凝器和給水加熱器）的需求，提出了管殼式換熱器的基本設(shè)計。經(jīng)過長期的使用，設(shè)計變得相當(dāng)成熟和專業(yè)。在管殼式換熱器發(fā)展的早期，出現(xiàn)的嚴(yán)重問題最多的不是傳熱（根據(jù)實際經(jīng)驗可以粗略估計），而是各個部件的強度計算，尤其是

28、管板材料。 ，在制造技術(shù)和工程實施中還有很多其他相關(guān)問題，如管道與管板的連接、法蘭與接頭管的焊接等。1920年代，管殼式換熱器制造工藝發(fā)展得相當(dāng)不錯，這主要得益于幾大制造商的努力。制造設(shè)備的傳熱面積可達500m 2 ，即直徑約750mm，長度約6m，用于快速發(fā)展的石油工業(yè)。 1930 年代，管殼式換熱器的設(shè)計者根據(jù)對理想管束的直接經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)，確立了許多正確的設(shè)計原則。水-水和水-空氣熱交換器的設(shè)計可能與今天相似。殼程的粘性流動是一個難題，因為結(jié)垢熱阻起著很大的作用，而他們在 1960 年代之前的了解很少。管殼式換熱器使用的穩(wěn)步增加，以及在各種工藝條件下預(yù)測性能的日益精確的要求，導(dǎo)致了 19

29、40 年代和 1950 年代的研究活動激增。研究量不僅包括殼程流動，還包括實際平均溫差的計算，以及結(jié)構(gòu)件特別是管板的強度計算。多年來發(fā)展起來的管殼式換熱器，以其堅固的結(jié)構(gòu)和適應(yīng)設(shè)計和使用條件的巨大變化的能力，成為應(yīng)用最廣泛的換熱器。1.7 提高管殼式換熱器傳熱能力的措施管殼式換熱器的傳熱能力由殼程傳熱系數(shù)、管程傳熱系數(shù)和換熱器冷熱介質(zhì)溫差的對數(shù)決定。容量測量包括以下內(nèi)容。1、提高管殼式換熱器冷熱介質(zhì)平均對數(shù)溫差2、合理確定管程和殼程介質(zhì)3、采取結(jié)構(gòu)措施加強管殼式換熱器的傳熱1.8 設(shè)計思路與方法1.8.1 換熱器管形設(shè)計管子的形狀包括光管和螺紋管。在同等條件下，使用螺紋管束相比裸管束可增加約2

30、倍的換熱面積。同時，由于螺紋管的螺紋結(jié)構(gòu)能有效破壞流體邊界層，有效提高換熱器的傳熱能力。殼程介質(zhì)易結(jié)垢時，由于外螺紋管束軸向脹縮，換熱管外壁硬垢脫落，具有良好的自潔效果，可有效防止管束外壁結(jié)垢，減少熱交換。提高了換熱器殼程的熱阻，提高了換熱器的傳熱能力。1.8.2 換熱器管徑設(shè)計由于小口徑換熱管具有單位體積傳熱面積大、換熱器結(jié)構(gòu)緊湊、金屬消耗低、傳熱系數(shù)高等特點，在換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，管側(cè)介質(zhì)清潔不易于擴展。中，使用小直徑管束可有效增加換熱面積。同等條件下，使用19mm管束比使用25mm管束可增加傳熱面積30%40%，節(jié)約金屬20%以上。1.8.3 換熱管布置設(shè)計管子的排列方式有等邊三角形、正

31、方形和同心圓排列。對于殼程不易結(jié)垢或可用化學(xué)方法清洗的介質(zhì)，三角形布置可使換熱器外徑減小15%；對于機械清洗的管束，管排列應(yīng)為方形；對于小于300mm的換熱器，可采用同心圓使管束緊湊。1.8.4 管殼分程設(shè)計管分體式設(shè)計。當(dāng)所需傳熱面積大，換熱管長度過長（臥式換熱器管長與殼徑之比超過6比10，立式換熱器4比6）時，單管換熱使用了交換器。當(dāng)換熱器使管側(cè)的流量很低時，可采用管側(cè)分流的方法，提高管側(cè)換熱介質(zhì)的流量。由于決定管側(cè)介質(zhì)流動狀態(tài)的雷諾數(shù)Re與管側(cè)介質(zhì)的流量成正比，為了提高換熱器的管側(cè)傳熱系數(shù)k，該方法管側(cè)范圍的劃分可用于提高管側(cè)傳熱系數(shù)。殼程分體式設(shè)計。為了在不使換熱管過長的情況下提高換熱

32、器的傳熱能力，殼程采用橫向擋板或縱向擋板隔開。殼程分流可以增加對殼程換熱介質(zhì)的擾動，使殼程換熱介質(zhì)流量增大，流量增大，換熱介質(zhì)橫向沖刷擾動增大，提高了換熱器的傳熱能力。1.8.5 擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計擋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括型式的確定、形狀的設(shè)計、缺口高度的設(shè)計和擋板間距的設(shè)計。換熱器殼程擋板可分為橫向擋板和縱向擋板。由于制造過程中殼側(cè)安裝縱向擋板比較困難，且殼側(cè)壓降增大，所以一般采用殼側(cè)擋板。安裝橫向擋板。在殼程安裝側(cè)向擋板后，當(dāng)殼程換熱介質(zhì)雷諾數(shù)Re100時，殼程介質(zhì)達到湍流，可有效提高換熱器的傳熱能力.環(huán)形、弧形擋板更便于加工、制造和組裝，是最常用的。圓盤環(huán)形擋板主要用于小型換熱器。在換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

33、中，合理設(shè)計擋板間距是保證殼程換熱介質(zhì)壓降滿足設(shè)計要求的關(guān)鍵。1.8.6 管殼程進出口設(shè)計管式工藝進出水管的設(shè)計。管側(cè)進、出口管徑是在允許管側(cè)壓降的條件下計算確定的。計算公式為23 300（為管側(cè)介質(zhì)密度，kg/m3； ，出口流速，m/s）。為保證流體在管側(cè)分布均勻，充分發(fā)揮換熱管的換熱性能，管側(cè)進出口應(yīng)設(shè)置在管側(cè)底部和頂部。熱交換器。對換熱器的使用壽命影響很大，尤其是殼程換熱介質(zhì)流量大或介質(zhì)中含有固體顆粒時。為保證換熱器性能，可在殼程進口處加裝防沖刷板，緩沖介質(zhì)沖刷，保護管束不受沖擊；限制：2100)。可實現(xiàn)湍流以提高對流傳熱系數(shù)。8、如果兩種流體的溫差較大，傳熱膜系數(shù)較大的流體應(yīng)該去殼程，

34、因為壁溫接近傳熱膜系數(shù)較大的流體的溫度，所以以減少管壁和殼壁之間的溫差。綜合考慮以上標(biāo)準(zhǔn)，確定半水煤氣走殼程，轉(zhuǎn)化氣走管程。1.9.3 材料選擇管殼式換熱器的材料應(yīng)根據(jù)流體的工作壓力、溫度和腐蝕性來選擇。一般材料的機械性能和耐腐蝕性能在高溫下會下降。很少有材料同時具有耐熱性、高強度和耐腐蝕性。目前常用的金屬材料有碳鋼、不銹鋼、低合金鋼、銅鋁等；非金屬材料包括石墨、聚四氟乙烯和玻璃。根據(jù)實際需要，可以選擇使用不銹鋼材質(zhì)。1.9.4 監(jiān)控結(jié)構(gòu)換熱管板的排列方式有方形排列、方形交錯、三角形排列、三角形交錯和同心排列，如下圖所示。(a) 內(nèi)嵌正方形 (b) 內(nèi)嵌正方形 (c) 內(nèi)嵌三角形(d) 三角形

35、交錯 (e) 同心排列圖1-4 換熱管板布置規(guī)則三角形排列緊湊；方形排列便于機械清洗。對于多管換熱器，通常使用組合布置。各道次呈等邊三角形排列，為便于隔板安裝，各道次之間采用正方形排列。管板的作用是將加熱的管束連接在一起，并將管側(cè)和殼程流體分開。管板與管子的連接可以是脹接的，也可以是焊接的。2 殼體直徑的確定和殼體壁厚的計算2.1 管徑換熱器中最常用的管徑為19mm2mm和25mm2.5mm。小口徑管子能承受更大的壓力，管壁更?。煌瑫r，對于相同的殼徑，可以布置更多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬消耗也更大。較少的。因此，當(dāng)管側(cè)結(jié)垢不是很嚴(yán)重，允許壓降較高時，使用直徑為19

36、mm2mm的管子更為合理。如果在管道側(cè)使用容易結(jié)垢的流體，則應(yīng)使用直徑較大的管道。標(biāo)準(zhǔn)管的長度一般有1500mm、2000mm、2500mm、3000m、4500、5000、6000m、7500mm、9000m等。換熱管長度與換熱器公稱直徑之比一般為425 , 常用的為 6 到 10。因為小口徑管子能承受更大的壓力，管壁更?。煌瑫r，對于相同的殼徑，可以布置更多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬消耗也更大。數(shù)量較少。因此，在管側(cè)半水氣結(jié)垢不是很嚴(yán)重、允許壓降比較高的情況下，使用直徑為19mm2mm的管子更為合理。選用192無縫鋼管，材質(zhì)為20號鋼，管長4.5m。強度校核：P

37、c =0.7MPa , D o =19mm= 1（無縫鋼管）取腐蝕余量因此，無縫鋼管滿足0.7MPa壓力下的強度要求。最大安全工作壓力6.73MPa2.2 管數(shù)n2.3 管子的排列和管子間距的確定根據(jù)化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表7-4，呈等邊三角形排列，層數(shù)為11層，管間距a=25mm由表7-5得出。2.4 換熱器殼體直徑的確定在公式中b-正六邊形對角線上的管道數(shù)，查表7-4，取b=23l最外管中心到墻殼邊緣的距離，取l=0.5d o +10=19.5查表2-5，取圓后殼徑由于換熱管長度與換熱器公稱直徑之比一般為4比25，常用的為6比10。因此，符合周邊2.5 換熱器殼體壁厚計算與校核材質(zhì)為Q245R鋼

38、板，計算壁厚為：,式中：計算壓力取= 1.0Mpa ； ; = 0.85 ; t = 91 Mpa (設(shè)定殼壁溫度為 400C )將數(shù)值代入上述厚度計算公式，可知：化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表4-11 ；化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表4-93.90 +1.2 +0.3 = 5.4毫米 _ _查表4-13四舍五入后取1、檢查水壓試驗的強度,但和可見，所以水壓試驗強度是足夠的外殼采用Q245R鋼6mm厚鋼板。2.強度檢查設(shè)計溫度下的計算應(yīng)力最大允許工作壓力所以實力足夠。2.6 拉桿電桿的直徑和數(shù)量參照化工設(shè)備機械基礎(chǔ)中的表7-10，按外殼直徑計算。外殼直徑/mm拉桿直徑/mm拉桿數(shù)/mm600106拉桿根數(shù)需要減少6根

39、，所以實際管數(shù)為n=437-6=431，材質(zhì)為Q235-AF鋼拉桿螺母為AM10 8級，外徑17.77，厚度4墊片為A10-100HV，外徑20，厚度23 換熱器封頭的選擇與檢查上下封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭。根據(jù)GBT 25198-2010壓力容器封頭，封頭為DN6006。檢查曲面高度和直邊高度。材質(zhì)為Q245R鋼。因此，頭部的大小如下：4 容器法蘭的選擇材質(zhì)選用12Cr2Mo1 根據(jù)NBT 47023-2012長頸對焊法蘭選用DN600，PN1.0Mpa榫槽密封面長頸對焊法蘭。檢查法蘭尺寸如下：表 4-1 法蘭尺寸因此，選擇的法蘭尺寸如下：圖 4-1 容器法蘭5 管板管板除了與管殼連接外，還是換熱

40、器中重要的受壓元件。5.1 管板結(jié)構(gòu)尺寸查閱換熱器設(shè)計手冊得到固定管板式換熱器管板的主要尺寸：表5-1 固定管板式換熱器管板主要尺寸公稱通徑DD 5D3 _b男朋友Cd螺栓孔數(shù)6007407006526245944232923285.2 管板與殼體的連接在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接全部采用焊接方式。由于管板與非法蘭的不同，結(jié)構(gòu)不同。管板上有凹槽，管殼嵌入后焊接。外殼易于對中和焊接。適用于低壓、物料危險性不高的場合；如果壓力大，設(shè)備直徑大，管板厚，焊接時很難調(diào)整。5.3 管板與管子的連接管板與管子的連接方式為膨脹節(jié)，膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)尺寸可通過查詢換熱器設(shè)計手冊獲得換熱管外徑d延伸長度 l槽深

41、 K16-2530.55.4 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。管板的設(shè)計與管板上的孔數(shù)、孔的直徑、孔的間距、開孔的方式有關(guān)，這些都與管子的連接方式有關(guān)。從不同角度計算的管板厚度往往相差很大。綜上所述，管板的尺寸如下：6 管道拉脫力的計算計算數(shù)據(jù)按表6-1選取表 6-1項目管子案子工作壓力/Mpa0.70 _0.475 _材料20鋼Q245R線膨脹系數(shù)彈性模量許用應(yīng)力/Mpa8891尺寸管道數(shù)量431管間距/mm25殼壁溫差/管與管板連接開槽膨脹節(jié)展開長度/mm50允許拉脫力/Mpa4.01、在工作壓力下，每平方米周邊膨脹產(chǎn)生的力在,毫米2、溫差應(yīng)力引起的每平方米伸縮縫的拉拔力

42、在由此可見，如果作用方向相同，管子被壓縮，管子的拉脫力為：q= + =0.0 6+0.82 = 0.88 4.0因此，拉脫力在允許范圍內(nèi)。7 計算是否安裝伸縮縫殼壁溫差產(chǎn)生的軸向力為：作用在殼體上的壓力的軸向力：在=作用在管道上的壓力的軸向力為：根據(jù)GB151-1999管殼式換熱器q q = 4.0 ，條件成立，換熱器無需設(shè)置膨脹節(jié)。8 沖擊板按化工設(shè)備機械基礎(chǔ)選擇圓形擋板擋板長度l=di+100=147+50=197mm擋板距離接管為擋板厚度為6mm9 擋板設(shè)計擋板的選擇設(shè)置擋板的目的是增加流量，增加湍流，改善傳熱，同時在臥式換熱器中也起到支撐管束的作用。常用弓形擋板和圓盤形擋板，弓形擋板又

43、分為單弓形圖8-1(a)、雙弓形圖8-1(b)、三弓形圖8-1(c) ) 和其他幾種形式。圖 8-1 弓形擋板和圓盤形擋板單弧形擋板使用最多，弧形缺口高度h為殼體公稱直徑DN的15%45%，最好為20%，如圖8-2(a)所示；在流量板底部打開一個 90 槽口，見圖 8-2(b)。高度為15-20mm，用于停機時清除殘液；在某些冷凝器中，必須保留一部分超冷凝水，以使冷凝泵具有正吸頭。這時可以使用帶堰的擋板，如圖8-2(c)所示。圖 8-2 單弓擋板在大口徑換熱器中，如果擋板間距過大，流體會繞到擋板背面并靠近殼體，部分液體會滯留，形成不利的“死區(qū)”用于傳熱。為了消除這個缺點，建議使用雙弧形擋板或三

44、弧形擋板。從傳熱的角度來看，一些熱交換器（如冷凝器）不需要擋板。但是，為了增加換熱器的剛度，防止管子振動，仍需設(shè)置一定數(shù)量的支撐板，其形狀和尺寸均作為擋板處理。擋板和支撐板一般通過焊接或隔管的長拉桿來保持板之間的距離，其結(jié)構(gòu)見圖8-3。圖8-3 擋板安裝示意圖由于換熱器的功能不同，殼程介質(zhì)的流量和粘度不同，擋板的間距也不同。最小允許擋板間距為外殼直徑的 20% 或 50mm，以較大者為準(zhǔn)。最大允許擋板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)。當(dāng)換熱器流體無相變時，最大擋板間距不應(yīng)大于殼體直徑，否則流體流動方向?qū)⑵叫杏诠艿蓝皇谴怪庇诠艿?。管，從而降低傳熱膜系?shù)。擋板外徑與殼體的間隙越小，流體介質(zhì)在殼體側(cè)的泄漏

45、越少，減少流體短路，提高傳熱系數(shù)，但間隙過小，這給制造和安裝帶來了問題。難度大，增加設(shè)備成本，間隙要求合適。經(jīng)選擇，我們采用弓形擋板，h= ，擋板間距為450mm。查閱化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表7-7，擋板最小厚度為4mm。查化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表7 -9 擋板外徑負偏差-0.40mm查閱化工設(shè)備機械基礎(chǔ)表7-9。擋板外徑596.5mm，材質(zhì)為Q235-A鋼。擋板開口直徑因此，擋板的尺寸如下：9.2 擋板的布置擋板的布置一般應(yīng)使管束兩端的擋板盡量靠近殼程進出口，其他擋板應(yīng)等距布置。通過查詢換熱器設(shè)計手冊，可以知道擋板與靠近管板的管板之間的距離。10 開口加固10.1 殼體噴嘴開口加固1、確定殼體和噴嘴的計

46、算厚度和開口直徑根據(jù)已知條件計算殼的厚度接管的計算厚度為殼體進出口采用159mm X 6mm無縫鋼管，其中20種鋼材選自附表9。計算厚度：液壓測試檢查：開口直徑為：2、確定殼體和管口的實際厚度、開口的有效加固面積和外側(cè)的有效加固高度h的公稱厚度，加固部分的厚度為接管的有效鋼筋寬度為根據(jù)換熱器設(shè)計手冊，噴嘴實際懸垂高度為200mm水口外有效鋼筋高度3、計算需要補強的金屬面積和可做補強的金屬面積需要加固的金屬區(qū)域是：可用作加固的金屬區(qū)域有：4.計算Ae(9-8)5. 比較, ,同時，經(jīng)計算出水口與殼體之間的焊縫面積A 3 ，開口水口的加強筋強度是足夠的。綜上所述，換熱器殼體的開口加強結(jié)構(gòu)如下：圖

47、9-1 換熱器殼體開口的加固結(jié)構(gòu)10.2 加強管箱噴嘴的開口管箱和外殼采用相同尺寸和材質(zhì)，即Q245R材質(zhì)1、確定殼體和噴嘴的計算厚度和開口直徑根據(jù)已知條件計算管箱厚度接管的計算厚度為管箱進出口選用133mm X 6mm無縫鋼管，其中20種鋼材選自附表9。計算厚度：液壓測試檢查：開口直徑為：2、確定管箱和管口的實際厚度、開口的有效加固面積和外有效加固高度h已知管箱的公稱厚度，加強件的厚度為接管的有效鋼筋寬度為根據(jù)換熱器設(shè)計手冊，噴嘴實際懸垂高度為140mm水口外有效鋼筋高度3、計算需要補強的金屬面積和可做補強的金屬面積需要加固的金屬區(qū)域是：可用作加固的金屬區(qū)域有：4.計算Ae5. 比較, ,同

48、時，經(jīng)計算出水口與殼體之間的焊縫面積A 3 ，開口水口的加強筋強度是足夠的。綜上所述，換熱管箱開口加強結(jié)構(gòu)如下：11接管最小倉位殼側(cè)噴嘴位置管箱接管位置12. 馬鞍先粗略計算鞍座載荷熱交換器總質(zhì)量配方中外殼質(zhì)量管盒質(zhì)量封頭質(zhì)量配件質(zhì)量管子質(zhì)量1、外殼質(zhì)量2.頭部質(zhì)量，但3.管盒質(zhì)量4. 附著質(zhì)量連接管、管法蘭、管板等的質(zhì)量總和計算為500kg，所以，5.管子質(zhì)量熱交換器總質(zhì)量每個鞍座僅承受13.30kN的載荷，可選擇帶背板、包角為120的重型鞍座，即/T 4712.1-2007 鞍座BI600-F/T 4712.1-2007 鞍座BI600-SL=6561mm，由于圓柱的L/D較大，鞍座所在平面上沒有加強環(huán)，取ADo/4。這里直接取A=Do/4=612/4=153mm6.強度檢查鞍網(wǎng)的水平分量：鞍腹板有效界面的水平拉應(yīng)力：H s:-計算高度，取鞍座實際高度與Rm/3中較小者，mm- 鞍腹板厚度，8mmbr-鞍腹板有效寬度，取墊板寬度