臥式油油固定管板換熱器設(shè)計(jì)

word文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯第三章設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3、1傳熱工藝計(jì)算3.1.1原始數(shù)據(jù)殼程柴油的進(jìn)口溫度t'175C1殼程柴油的工作壓力1.6MPa1管程原油的進(jìn)口溫度t'70C2管程原油的出口溫度t''110C2管程原油的工作壓力1.6MPa2殼程柴油的流量G68000kg1h管程原油的流量G88000kg2h3.1.2定性溫度及物性參數(shù) 管程原油定性溫度t=(t't")/290C 2 2 2管程原油密度查物性表得=815kg2m3管程原油比熱查物性表得C=2.2KJP2KgC管程原油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得=0.128w2mC管程原油的粘度=310-3Pa.s2管程原油普朗特?cái)?shù)查物性表得Pr=51.562殼程柴油密度查物性表得715kg 1 m3殼程柴油比熱查物性表得C2.48kJ P1kgC殼程柴油導(dǎo)熱系數(shù)查物性表得0.133w1mC殼程柴油黏度640106Pas1殼程柴油普朗特?cái)?shù)查物性表得Pr=1000×μ×Cp／λ=11.93 1 1 1 13.1.3傳熱量與柴油的出口溫度及柴油的定性溫度取定換熱效率為0.98則設(shè)計(jì)傳熱量QGCt't''100036002 P2 2 2880002.2(70110)0.981000/36002108089W 3600Q 36002108089則柴油的出口溫度t''t' 0175130C1GC1000 680002.4810001P1殼程柴油定性溫度t=t''Fc(t't'')=175+0.3(175－130)=188.5C 1 1 1 13.1.4有效平均溫度t't''t''t'175110130705t1 2 1 2 =62.5CN lnt't'' ln175110 ln65 t1''t2' 13070 601 2參數(shù)P： t''t'11070 40220.38t't'175701051 2參數(shù)R：t't''17513045R111.125t''t'1107040 2 2換熱器按單殼程雙管程設(shè)計(jì)，則查《管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)》圖2-6（a）得：溫差校正系數(shù)：0.93有效平均溫差：tt0.9362.558.125C m N3.1.5管程換熱系數(shù)計(jì)算參考表2—7《管殼式換熱器原理與計(jì)算》初選傳熱系數(shù)：K500w0mC則初選傳熱面積為： Q 2108089 F 0 72.54m2 0Kt 50058.125 0 m選用192不銹鋼的無(wú)縫鋼管作換熱管。則管子外徑d0.019m0管子內(nèi)徑d0.01920.0020.015mi管子長(zhǎng)度l3m則所需換熱管根數(shù)： F 72.54N 0 =405.1tdl0.01930可取換熱管根數(shù)為406根N406則管程流通面積為atd2 0.01520.036m2（兩管程） 2 24 i 2 4 G 88000 m管程流速為： 2 0.8332a360081536000.036s 2 2管程質(zhì)量流速為：W8150.833679kg 2 22 m2sd8150.50.015管程雷諾數(shù)為Re2 2 i3395 31032管程傳熱系數(shù)為：360010.015t0.8360010.015900.8330.82 100d0.22 2 1000.0150.2 6740i3.1.6結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)：查GB151—1999知管間距按1.25d?。?管間距為：S=1.25×0.019=0.025mt管束中心排管數(shù)為：N1.1N1.140622tc取22根則殼體內(nèi)徑為：DSN14d0.02522140.0190.601 i c 0故內(nèi)徑為0.7m L 3則內(nèi)徑比為4.3（合理）D0.7i折流板由書(shū)可知可以選擇弓形折流板。則弓形折流板的弓高為：h0.2D0.20.70.14mi D 0.7折流板間距為：Bi0.35m 2 2 l 3折流板數(shù)量為：n1 17.6BB 0.35取6塊3.1.7殼程換熱系數(shù)計(jì)算 d 0.019殼程流通面積為：fBD100.350.710.06m2 1 is 0.025 G3600 68000 m殼程流速為：1 0.44 1f 36007150.06s11殼程質(zhì)量流速為：W7150.44314.8kg 1 11m2sD2Nd20.724060.0192殼程當(dāng)量直徑為：di t0 0.0445e Nd 4060.019t0 d 7150.440.0445殼程雷諾數(shù)為：Re11e 21874 1 6401061h切去弓形面積所占比例按0.2查得為0.145Di殼程傳熱因子由《管殼式換熱器原理與設(shè)計(jì)》書(shū)圖2-12可查得：Js120管外壁溫度假定值為：145C壁溫下油的黏度為：u640106Pas0.146400.141黏度修正系數(shù)為：164011殼程換熱系數(shù)為：r 0.13311.93131120819.44 1 Js 1 d 0.0445e3.1.8傳熱系數(shù)計(jì)算查GB151—1999書(shū)第138頁(yè)可知：殼程選用柴油、管程選用原油則油側(cè)污垢熱阻為：0.0001720.000172 1 2由于管壁比較薄，管殼層阻力損失都不超過(guò)0.3×103N/m3所以管壁的熱阻可以忽略不計(jì)。所以可以計(jì)算出總傳熱系數(shù)為： 1 1 K j1 d 1d 1 0.019 0.019 0 0 0.0001720.000172 1 2dd 819.44 0.0156740*0.015 1 i 2 i553.72wmC K 553.72則傳熱系數(shù)比為：j1.11(合理)K 5000所以假設(shè)合理。3.1.9管壁溫度計(jì)算 Q 2108089管外壁熱流溫度計(jì)算為：q0 28996wm2C1Ndl4063.140.0193t 01188.8289968191.440.000172148.4C管外壁溫度為：ttq1 w1 1 11誤差校核：tt'148.41453.4Cw1 w1因?yàn)檎`差不大，所以合適。3.1.10管程壓降計(jì)算d1 0.0191 tw2t2q10290289960.01567400.000172102Cd i 2壁溫下油的黏度為：3103Pasw20.1431030.14黏度修正系數(shù)：w22310312查得管程摩擦系數(shù)為：0.01222管程數(shù)n2t管內(nèi)沿程壓為：W2ln6792320.012222dit2228150.01511380Pai2W2679242回彎壓降為：24n2263Pab2 t 28152取出口處質(zhì)量流速為：W1000kgN2m2sW2 10002進(jìn)出口管處壓降為：N21.51.58402PaN2228152管程污垢校正系數(shù)為：1.2d2則管程壓降：138022631.2840212773.6Pa 2 i b d2 n23.1.11殼程壓降計(jì)算D2Nd20.724060.0192殼程當(dāng)量直徑為：di t 0 =0.0445me Nd 4060.019t 0 Wd 380.30.0334殼程雷諾數(shù)為：R1e 13958 e1 9101061經(jīng)查殼程的摩擦系數(shù)為：0.421W2Dn1314.820.7180.42管束壓降為：21idbe 1127150.044514121Pa01取進(jìn)口管處質(zhì)量流速為：1000kgm2s W2 100021.5取進(jìn)口管壓降為：N21.51049PaN12 27151取導(dǎo)流板阻力系數(shù)為：5dW2 10002導(dǎo)流板壓降為：N156993Pad2d 7151殼程結(jié)垢修正系數(shù)1.38d殼程壓降為：1.3841216993104913729Pa0d d N1管程、殼程允許壓降為：35000Pa 1 211符合壓降條件23、2強(qiáng)度計(jì)算3.2.1換熱管材料及規(guī)格的選擇和根數(shù)確定序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1換熱管外徑0dmmGB151--1999《管殼式換熱器》192管長(zhǎng)lmmGB151--1999《管殼式換熱器》30003傳熱面積S2mmtKQA《管殼式換熱器設(shè)計(jì)原理》72.544換熱管根數(shù)N個(gè)ldAN04065拉桿1nd個(gè)GB151---1999《管殼式換熱器》表43.4412/86材料GB150-1998《鋼制壓力容器》20#3.2.2管子的排列方式11正三角形排列GB151-1999《管殼式換熱器》圖112換熱管中心距SmmGB151-1999《管殼式換熱器》253隔板板槽兩側(cè)相鄰中心距nSmmGB151-1999《管殼式換熱器》383.2.3確定筒體直徑11換熱管中心距SmmGB151-1999《管殼式換熱器》表12252換熱管根數(shù)n根4063分程隔板厚mm同上104管束中心排管的管數(shù)cN根同上225筒體直徑'1Dmm同上6016實(shí)取筒體直徑NDmm考慮防沖板向上取7003.2.4筒體壁厚的確定序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式結(jié)果1工作壓力MPa給定1.62材料GB150-1998《鋼制壓力容器》Q(chēng)345R3材料許用應(yīng)力tMPaGB150-1998《鋼制壓力容器》1704焊接接頭系數(shù)《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》0.853.2.5液壓試驗(yàn)序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位根據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1試驗(yàn)壓力TMPatcT25.12.22圓筒薄膜應(yīng)力TMPaeeittD2155.13校核TsMPa8.1799.0合格3.2.6封頭厚度的計(jì)算序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位根據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1設(shè)計(jì)壓力cMPa1.1c1.762材料GB150-1998《鋼制壓力容器》Q(chēng)345R3材料許用應(yīng)力tMPaGB150-1998《鋼制壓力容器》1704焊接接頭系數(shù)《過(guò)程裝備設(shè)計(jì)》0.855封頭計(jì)算厚度mmcticD5.024.36設(shè)計(jì)厚度dmm2Cd6.377名義厚度'nmm1'Cdn7.38實(shí)取名義厚度nmmGB151-1999《管殼式換熱器》表889有效厚度emm1Cne710設(shè)計(jì)厚度下封頭的計(jì)算應(yīng)力tMPaeeictD288.8811校核tsMPa8.1799.012設(shè)計(jì)溫度下封頭的最大許用工作壓力wPMPaeitewD242.8813w合格3.2.7法蘭的選擇2.7.1設(shè)備法蘭的選擇按其條件DN700mm設(shè)計(jì)溫度145C設(shè)計(jì)壓力1.76MPa由《壓力容器法蘭》選擇乙型平焊法蘭，相關(guān)參數(shù)如下：?jiǎn)挝唬╩m）DD1D2D3D4DHta1ad螺柱規(guī)格螺柱數(shù)量8608157767667636621016211827M2428由《壓力容器法蘭》選擇相應(yīng)墊片：非金屬軟墊片JB/T4704—2000其相應(yīng)尺寸為：D=765mmd=715mm3mm2.7.2接管法蘭的選擇1〉管程接管的公稱(chēng)直徑相同設(shè)為d，設(shè)進(jìn)出口質(zhì)量流量為800kgm2s 4G 488000106則d 197.2mma 800 8003.143600同理db197.2mm故取a=b=200mm故取公稱(chēng)直徑d200mm公稱(chēng)壓力為2.5MPa N2 N22〉殼程接管的公稱(chēng)直徑相同設(shè)為d，設(shè)進(jìn)出口質(zhì)量流量為800kgm2s 4G 468000106則d 173mmc 800 8003.143600同理d173mmd故取公稱(chēng)直徑d200mm公稱(chēng)壓力為2.5MPa N1 N1由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對(duì)焊法蘭a.b相關(guān)參數(shù)如下DDNA/BDKnLThC1B法蘭理論重量200219.1/2193603101226M2430244/24417.4由《鋼制管法蘭，墊片，緊固件》選擇帶頸對(duì)焊法蘭c.d相關(guān)參數(shù)如下DDNA/BDKnLThC1B法蘭理論重量200219.1/2193603101226M2430244/24417.43.2.8、管板的設(shè)計(jì)管板尺寸的確定及強(qiáng)度計(jì)算:本設(shè)計(jì)為管板延長(zhǎng)部分兼作法蘭的形式，即GB151-1999項(xiàng)目5.7中，圖18所示e型連接方式的管板。確定殼程圓筒、管箱圓筒、管箱法蘭、換熱管等元件結(jié)構(gòu)尺寸及管板的布管方式；以上項(xiàng)目的確定見(jiàn)項(xiàng)目一至七。計(jì)算A、A、na、K、、A、D、、Q、、、、P； s t cr c t s t tC.對(duì)于延長(zhǎng)部分兼作法蘭的管板，計(jì)算Mn和Mp序序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1墊片接觸寬度NmmGB150-1998表9-1252墊片基本密度寬度0Bmm0B=N/212.53墊片比壓力yMPaGB150-1998表9-2114墊片系數(shù)m2.05墊片有效密封寬度bmmB=2.530B96墊片壓緊力作用中心圓直徑DcmmDc=D-2b6827預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷WaNWa=3.14Dc×by2133582323法蘭操作力矩MpN．mmMp=DF×DL+TF×TL+GF×GL3.32×10724螺栓中心距FD作用處的徑向距離DLmmDL=0.5（1D-iD）49.5假定管板的計(jì)算厚度為δ，然后按結(jié)構(gòu)要求確定殼體法蘭厚度'，計(jì)算K，k、f和K。f1515殼體法蘭寬度f(wàn)bmmfb=1fDD/26616系數(shù)'GB151-1999圖260.0005517殼體法蘭與圓筒的選裝剛度'fKMPa'fK=121'2ffifEbDb32'fsiED9.92318旋轉(zhuǎn)剛度無(wú)量綱參數(shù)fKfK=π'fK/（4tK）0.00195由GB151-1999P51圖27按照K和K查m，并計(jì)算值，由圖29按照K和K查 f 1 fG值2序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1管板第一矩系數(shù)1mGB151-1999圖270.182系數(shù)=1m/（K×fK）35.53系數(shù)2GGB151-1999圖291.92計(jì)算M，由GB151-1999圖30按照K和Q查G，計(jì)算，M'、M'。 1 3 f序序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1管箱法蘭材料的彈性模量"fEMPaGB150-1998表F5191×1032管箱法蘭厚度"fmmJB/T4702-2000663系數(shù)"GB151-1999圖260.000554管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)"fKMPa"fK=”）”（’h3EDif2bfDibfEf21219.885管板邊緣力矩的變化系數(shù)MM=1/（'fK/"fK+）0.4366法蘭力矩變化系數(shù)fMfM='fK×M/"fK0.427管板第二彎矩系數(shù)2mGB151-1999圖28（a）3.8按殼程設(shè)計(jì)壓力P，而管程設(shè)計(jì)壓力P=0，膨脹變形差r，法蘭力矩的的危險(xiǎn)組 s t合（GB151-1999項(xiàng)目5.7.3.2分別討論）只有殼程設(shè)計(jì)壓力P，而管程設(shè)計(jì)壓力P=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差（即r=0）。 s t只有殼程設(shè)計(jì)壓力，而管程設(shè)計(jì)壓力Pt=0，并且計(jì)入膨脹變形差。序序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值1殼程圓筒材料線膨脹系數(shù)sa01/CGB150-199811.62×10-6只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt，而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0，不計(jì)膨脹節(jié)變形差時(shí)：1313換熱管的軸向應(yīng)力tMPat=1-Pc[22GQvQG×Pa]19.2tr14殼程圓筒的軸向應(yīng)力cMPac=A/As×2GQv1×Pa-39.2tr15換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力qMPataqdl0.020.5tr只有管程設(shè)計(jì)壓力Pt，而殼程設(shè)計(jì)壓力Ps=0，同時(shí)計(jì)入膨脹變形差時(shí)：11管11管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力系數(shù)'pT2'1/4pTvQG0.06512管板布管區(qū)周邊的剪切應(yīng)力pTMPa'tppDTTPa-27.961.513換熱管的軸向應(yīng)力tMPat=1-Pc[22GQvQG×Pa]30.63tr14換熱管與管板連接的拉托應(yīng)力qMPataqdl0.190.5trH、由管板計(jì)算厚度來(lái)確定管板的實(shí)際厚度：序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源和計(jì)算公式數(shù)值備注1管板計(jì)算厚度mmtrdcGCD82.084.22殼程腐蝕裕量1Cmm23管程腐蝕裕量2Cmm24結(jié)構(gòu)開(kāi)槽深度1hmm根據(jù)結(jié)構(gòu)確定35管板的實(shí)際厚度'mm90考慮圓整是否安裝膨脹節(jié)的判定由G，a、b、c、d計(jì)算結(jié)果可以看出：四組危險(xiǎn)組合工況下，換熱管與管板的連接拉托力均沒(méi)超過(guò)設(shè)計(jì)許用應(yīng)力，并且各項(xiàng)應(yīng)力均沒(méi)超過(guò)設(shè)計(jì)許用應(yīng)力。所以，不需要安裝膨脹節(jié)。3.2.9.折流板的選擇3.2.9.1選型根據(jù)GB151—1999《管殼式換熱器》圖37選擇單弓形水平放置的折流板。3.2.9.2折流板尺寸缺口弦高h(yuǎn)值，一般取0.20~0.45倍的圓筒內(nèi)直徑，取h0.2d0.20.70.14mi3.2.9.3換熱管無(wú)支撐跨距或折流板間距由GB151—1999表42知，但換熱管為外徑192鋼管時(shí)，換熱管的最大無(wú)支撐跨距為l1500mm，且折流板最小間距一般不小于圓筒內(nèi)直徑五分之一且不小于50mm由傳熱計(jì)算得到折流板間距B350mm3.2.9.4折流板厚度由GB151—1999表34，DN700mml1500mm查得折流板最小厚度為10mm，實(shí)取折流板厚度10mm由GB151—1999表36查得管孔直徑為19.6mm允許偏差為0~0.4mm3.2.9.5折流板直徑由GB151—1999表41查得折流板名義外直徑為DN695.5mm允許偏差為0.8~0mm3.2.10.接管及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)方法判別補(bǔ)強(qiáng)判別由GB150—1998表8—1知當(dāng)滿足下列所有條件時(shí)不另行補(bǔ)強(qiáng)。1〉設(shè)計(jì)壓力小于或等于2.5MPa兩相鄰開(kāi)孔中心距應(yīng)不小于兩孔直徑之和的兩倍；2〉接管公稱(chēng)直徑小于或等于89mm3〉接管最小壁厚滿足表8—1要求（GB150—1998p75）由于接管200mm的公稱(chēng)直徑大于89mm所以要補(bǔ)強(qiáng)，但由于設(shè)計(jì)的筒體或封頭的厚度遠(yuǎn)大于理論厚度，所以要進(jìn)行計(jì)算看是否要進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法判別開(kāi)孔直徑dd2C20021202mmiD本凸形封頭開(kāi)孔直徑d202mmi350mm滿足等面積法開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)2計(jì)算的適用條件，故可用等面積法進(jìn)行開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積t強(qiáng)度削弱系數(shù)frnr1.0接管有效厚度l211mmet nt開(kāi)孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積Ads21f2028.581733.16mm2 et r有效補(bǔ)償范圍有效寬度取值 Bd2235021021.9370mm n nt故取B420mm有效高度外側(cè)有效高度hd2021.919.6mm1 nt故h20mm1內(nèi)側(cè)有效高度hd2021.920mm2 nt h02故取h02有效補(bǔ)強(qiáng)面積封頭多余金屬面積封頭有效厚度C817mme n封頭多余金屬面積ABd21f23020210.2816.8mm21 e ete r接管多余金屬面積A2hf2hCf223.92.51.5744.45mm22 1 et t r 2 et 2 r d 1.76200其中tci21700.851.763.14mmt2 n c接管區(qū)焊縫面積（焊角取6.0mm）1A26.06.036.0mm23 2有效補(bǔ)強(qiáng)面積AAAA16.844.4536.097.25mm2e 1 2 3所需另行補(bǔ)強(qiáng)面積AAAAA2939.297.252842mm24 1 2 3擬采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)根據(jù)接管公稱(chēng)直徑DN200選補(bǔ)強(qiáng)圈，參照補(bǔ)強(qiáng)圈標(biāo)準(zhǔn)JB/T4736取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑D'400mm內(nèi)徑d'215mm因B420mmD'補(bǔ)強(qiáng)圈在有效補(bǔ)償范圍內(nèi) A 1842補(bǔ)強(qiáng)圈厚度為'48.5mmD'd400215考慮鋼板負(fù)偏差并經(jīng)圓整，取補(bǔ)強(qiáng)圈名義厚度為'10mmn3.2.11.管箱短節(jié)壁厚的計(jì)算序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1設(shè)計(jì)壓力cMPa1.1c1.762選材GB150-1998《鋼制壓力容器》選Q345R3計(jì)算厚度mmcticD24.34設(shè)計(jì)厚度dmm2Cd6.35名義厚度'nmm1'Cdn7.36實(shí)取名義厚度nmm87有效厚度emmCne7注：其符號(hào)意義及取值同筒體壁厚計(jì)算的符號(hào)及意義。水壓試驗(yàn)比較筒體的水壓試驗(yàn)和短節(jié)的水壓試驗(yàn)同樣可以滿足要求。3.2.12拉桿和定距管的確定. 序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位數(shù)據(jù)來(lái)源及計(jì)算公式數(shù)值1拉桿直徑ndmmGB151-1999《管殼式換熱器》表43122拉桿數(shù)量nGB151-1999《管殼式換熱器》表4483定距管規(guī)格GB151-1999《管殼式換熱器》取21944拉桿在管板端螺紋長(zhǎng)度dLmm