换热器课程设计计算书

1、化工设备设计基础课程设计计算说明书学生：学 号：所在学院：专业：设计题目：指导教师：2012年月日下载可编辑.专业 .整理 .下载可编辑目 录.2.4.5.9.15.15.专业 .整理 .下载可编辑一、设计任务书1、设计题目设计题目： ( 题号 3)2尾气冷却器（ F=19m）设计2、设计任务设计参数 ：管程壳程介质尾气冷冻盐水工作压力MPa0.10.43设计压力MPa0.10.45工作温度6010设计温度7020换热面积m219题号换热面管板厚规格换热管尺寸积（）度(mm)壳体径换热管长度 (mm)31933Dg6002000 25x2接管表物料进口物料出口排液口排气口管程壳程管程壳程Dg

2、50Dg 25Dg 40Dg 25Dg 40Dg 202.1 设备的总体设计1、按照设备条件设计要求，确定设备型式( 卧式、立式 ) ；2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目；3、 根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径；.专业 .整理 .下载可编辑4、 根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流板间距；5、 根据介质特性，确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。2.2 设备的机械强度设计计算1、筒体的强度计算；2、封头的强度计算；3、开孔补强计算；按等面积补强法进行计算。补强圈或加强管补强也尽可能采用标准件。4、法兰的选型或设计；根据公称直径、 公称压

3、力确定标准设备法兰，同样根据公称直径、 公称压力选用管道法兰标准（ HG），确定法兰尺寸。5. 水压试验应力校核。2.3 换热器装配图绘制（1）完成换热设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。（2）编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。3、参考资料：1 董大勤 . 化工设备机械基础 M. 北京：化学工业， 2003.2 全国化工设备技术中心站 . 化工设备图样技术要求 2000 版S 3 GB150.1150.4-2011.钢制压力容器 S 4 晓梅 . 化工工程制图 化工制图 M 北京：化学工业， 2002.5 GB151-1999管壳式换热器 S 4

4、、文献查阅要求设计说明书中公式、容等应明确文献出处; 装配图上应写明引用标准号。5、设计成果1、提交设计说明书一份。2、提交换热器装配图一 (A1) 。.专业 .整理 .下载可编辑（例题）二 .设计参数与结构简图1、设计参数本课程设计的设计参数管程壳程介质尾气冷冻盐水工作压力MPa0.10.43设计压力MPa0.10.45工作温度6010设计温度7020换热面积m2192、结构简图（手画）图 1换热器结构简图.专业 .整理 .下载可编辑三.设备的总体设计及结构设计1、换热器的总体设计根据换热器设计条件要求， 考虑压差、温差等因素，由于温差不高（ 50），确定换热器设备的型式为固定管板式，程数为

5、单程。（1）根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目 。换热面积 Fn d0 L ，式中： d0 - 换热管外径；L- 换热管长度 （扣除伸入管板长度），对 U 形管，不包括弯管段面积；n- - 换热管数目nFd0 L取 n 为根（2） 根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径。拉杆的数量与筒体直径及拉杆直径有关，根据GB151表拉杆直径（ mm）换热管外径1014192532384557拉杆直杆1012121616161616表拉杆数量公称直径400 400 700 900 1300 1500 1800DNmm 700 900 13001500 1800 2000拉杆直径 mm10

6、461012161824124481012141816446681012本设计换热器换热管：25x2选取拉杆数量为： 4选取拉杆直径为： 16 mm（3）根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流板间距。选取折流板为弓形结构。取缺口方向（卧式换热器）水平上下布置：.专业 .整理 .下载可编辑根据折流板的最小厚度换热管无支撑跨距公称直径 DN 300 300 600 900 12006009001200 15001500折 流 板最小厚度40034581010400700456101012700 900568101216900 150068101216161500 20001

7、012162020取折流板管厚度尺寸为5mm;间距为 400mm。（4）根据介质特性（介质的腐蚀性、设计压力、设计温度），确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。由于介质尾气有腐蚀性选取壳程筒体、管板、壳程接管材料 0Cr18Ni9 ；换热管、管程接管材料为 20；管箱壳体、设备法兰为 20R；、鞍座：Q235-B/0Cr18Ni9 。（壳体、接管材料的许用应力 按照化工设备机械基础 表 8-7 查并列表）（5）设备法兰的型式及尺寸选用，管法兰等零部件选型。a. 工艺接管物料进口物料出口排液口排气口管程壳程管程壳程Dg 50Dg 25Dg 40Dg 25Dg 40Dg 20b. 压力容器法兰

8、和接管法兰压力容器法兰的选取按照化工设备机械基础选JB/T4700 4707-2000标准。（按照化工设备机械基础 （p263）写出选取过程）容器法兰选取结果如下表：设备法兰MFM 600-0.25JB/T4703-2000材料 20R管法兰选取结果汇总：管程进料管法兰HG20594法兰 SO 50-0.6 RF材料 20II管程出料管法兰HG20594法兰 SO 40-0.6 RF材料 20II壳程进料管法兰HG20594法兰 SO 25-0.6 RF材料 0Cr18Ni9II壳程出料管法兰HG20594法兰 SO 25-0.6 RF材料 0Cr18Ni9II.专业 .整理 .下载可编辑排液

9、口管法兰HG20594法兰 SO 40-0.6 RF材料 0Cr18Ni9II排气口管法兰HG20594法兰 SO 25-0.6 RF材料 20II接管 a ：管程进料口，公称压力 PN=0.6MPa,材质为 20, 在工作温度为 70 0C 时，接管尺寸 57 3.5 ( 化工设备机械基础表 6-5) ，公称直径 DN为 80mm，连接面为突面连接。查阅“ HG20594 法兰（化工设备机械基础表 10-23 ）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数， DN=50mm，D=140mm, D1=110mm, n=4， M12 法兰厚度 16 mm，法兰质量 1.73Kg（D - 法兰外径 mm

10、；n - 螺栓孔个数； D1 - 法兰螺栓孔中心圆直径 mm； M12- 螺纹直径 mm)接管 b：管程出料口，公称压力PN=0.6MPa,材质为 20, 在工作温度为 70 0C 时，接管尺寸 45 3.5 ( 化工设备机械基础表 6-5) ，公称直径 DN为 40mm，连接面为突面连接。查阅“ HG20594 法兰（化工设备机械基础表 10-23 ）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数， DN=40mm，D=130mm, D1=100mm, n=4， M12 法兰厚度 16 mm，法兰质量 1.55Kg（D - 法兰外径 mm ；n - 螺栓孔个数； D1 -法兰螺栓孔中心圆直径mm； M

11、12- 螺纹直径 mm)接管 c.d ：壳程进出料口，公称压力 PN=0.6MPa,材质为 0Cr18Ni9, 在工作温度为 10 0 C 时，接管尺寸 32 3.5 ( 化工设备机械基础表 6-5) ，公称直径 DN为25mm，连接面为突面连接。查阅“HG20594法兰（化工设备机械基础表10-23 ）”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数， DN=25mm，D=100mm, D1=75mm, n=4， M10 法兰厚度 14mm，法兰质量 0.81Kg（D - 法兰外径 mm ； n - 螺栓孔个数； D1 - 法兰螺栓孔中心圆直径 mm； M10- 螺纹直径 mm)接管 e.f ： -c.

12、 法兰密封垫片的选取法兰密封垫片的选取参照化工设备机械基础表 10-30 （ 6） 鞍座选取.专业 .整理 .下载可编辑鞍座的选取根据参照化工设备机械基础确定鞍座各尺寸。（ 7）焊接接头形式和和焊接材料的选取焊接接头形式的选取参照 化工设备机械基础第十四章第二节（p367-377），标准为 HG20583-2011， A、 B 类焊接接头按照 HG20583-2011中 DU4，D 类焊接接头按照 HG20583-2011中 G2，带补强圈 D类焊接接头按照 JB/T4736-2002 中 C，焊接材料的选取参照第十四章化工设备机械基础第四节（ p379-382 ），标准 GB/T5117-9

13、5、 GB/T5118-95 GB/T983-95焊接接头的检验化工设备机械基础第十四章第三节(p378)（ 8）压力容器类别的划分压力容器类别的划分按压力容器安全技术监察规程，本设计换热器为低压换热设备，介质中毒危害介质，故划分为一类压力容器。四、强度计算.专业 .整理 .下载可编辑1、换热器壳程筒体壁厚计算圆筒体壁厚计算按照GB150-1998钢制压力容器式5-1计算壁厚：pc Di（4-1 ）2 tpc式中：筒体的理论计算壁厚， mmpc：筒体的计算压力， MPaDi：筒体径， mmt ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：nC；（4-2 ）CC1C2；enC ；

14、式中n ：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；e ：有效厚度；查表化工设备机械基础表8-7 0Cr18Ni9的许用应力 t =137MPapc：取筒体的设计压力，0.45 MPa焊缝为双面焊，局部射线检测，=0.85代入数据到式（ 4-1）得：pc Di=0.45 6002 t= mmpc2 137 0.85 0.45C1=0 mmC2=0 mm代入数据到式（ 4-2 ）得：名义厚度：nC=mm.专业 .整理 .下载可编辑按换热器最小厚度min 要求取n = 6 mm2、换热器管程筒体壁厚计算管程圆筒体壁厚计算按照GB150-1998钢制压力容器式5-1计算壁厚：pc Di（

15、4-1 ）2 tpc式中：筒体的理论计算壁厚， mmpc：筒体的计算压力， MPaDi：筒体径， mmt ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：nC；（4-2 ）CC1C2；enC ；式中n ：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；e ：有效厚度；换热器管箱筒体材料取20R，管程设计压力0.1MPa查表化工设备机械基础表8-6 20R 的许用应力t =133MPapc：取管程的设计压力，0.1MPa焊缝为双面焊，局部射线检测，=0.85代入数据到式（ 4-1）得：pc Di=0.16002 t2 133= mmpc0.85 0.11C =0 mmC2 =

16、0 mm.专业 .整理 .下载可编辑代入数据到式（ 4-2 ）得：名义厚度：nC=mm按换热器最小厚度min 要求取n = 6 mm3、换热器管程封头的强度计算（封头的设计参照第八章第二节p175-185）。封头壁厚计算按照GB150-1998钢制压力容器式7-1计算壁厚：pc Di（4-3 ）2 t0.5pc式中：封头的理论计算壁厚， mmcp：封头的计算压力， MPaDi：封头径， mmt ：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：nC；CC1C2；enC ；式中n ：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；e ：有效厚度；换热器管箱封头材料取20R，管程

17、设计压力0.1MPa查表化工设备机械基础表8-6 20R 的许用应力t =133MPapc：取封头的设计压力，0.1MPa焊缝为双面焊， 100%射线检测，取=1.专业 .整理 .下载可编辑代入数据到式（ 4-3 ）得：pc Di2 t0.5 pc=0.1600=mm13310.520.1C1 =1 mmC2 =0 mm代入数据到式（ 4-2 ）得：名义厚度：nC= 2 mm按标准椭圆封头最小厚度min 0.15%Di 要求取n = 6 mm查化工设备机械基础(p196)选标准椭圆形封头JB/T4746-2002 封头直边高度 h0 取 25mm封头高度 h 取 150 mm3) 开孔补强计算

18、开孔补强结构选用JB/T4736-2002 补强圈结构，补强圈尺寸按照 化工设备机械基础 p327（列出所选尺寸），焊接坡口尺寸选化工设备机械基础第十四章第二节 p375 C 型。开孔补强计算采用等面积补强法， 其公式参照第十二章第一节 （p326-p335）。例： a 开孔补强计算：公称压力 0.6MPa，公称直径 50 mm，标准号为 HG20594-95接管 57 3.5 (p302)材料： 20a. 开孔所需补强面积；A=d +2et(1-f r )（4-4 ）式中fr：强度削弱系数d ：开孔直径 mm：塔体的计算壁厚mmet ：接管的有效厚度mmd=di+2Ct=(57-7)+2(1

19、+0)=52 mmet=nt- Ct=3.5-1=2.5 mm筒体材料： 20Rt =137MPa.专业 .整理 .下载可编辑接管材料： 20 t t=137 MPatf rtt=137 =1137代入式（ 4-4 ） A= d+2et(1-f r )=52 0.69= mm 2b. 有效补强围的补强面积：有效补强围有效宽度： B=2d=2 52=104 mm外伸高度： h1=d nt =523.5 =mm伸高度： h2= 0 mm壳体多余截面积A1=(B-d)(e - )-2et(e -)(1-f r )（4-5 ）代入式（ 4-5 ）A1=mm 2接管多余截面积A2=2h (et-t) fr+2h(et-C2)f r（4-6 ）12接管计算厚度t=pcdi=0.150mm2tpc137=21 0.1式中 di：接管直径 mm di=57-7=50 mm代入式（ 4-6 ） A2=2h1(et-t)f r +2h 2(et-C2)f r=mm2焊缝金属截面积2A