固定管板式换热器高起龙

1、固定管板式换热器高起龙吉林化工学院 课程设计吉林化工学院过程装备与控制工程课 程 设 计题目：固定管板换热器教 学 院 机电工程学院专业班级 过程装备与控制工程 0706 班 学生姓名 高 起龙学生学号07420622指导教师 高艳2010 年 12 月 29 日1吉林化工学院 课程设计、/. 前言换热器设备是化学工业、 石油工业、 石油化工等生产中最中要的 设备之一， 为了帮助我们的复习与巩固以往学习过的专业知识， 并对 换热设备有一个深入了解。课程设计是我们在学校学习结束阶段的一个综合学习、 训练，培 养独立工作能力的重要教学环节，毕业设计作为一个独立的教学环 节，不同于一门课程的学习，又

2、不同于实际工程设计工作，相同之处 在于它是为了教学目的而设置的教学环节。课程设计是一项学习任务， 又是一项独立的创造性工作。 最大限度的采用新技术成就， 反映现代技术的发展水平， 充分发挥独立工作 能力，一定要遵循理论联系实践的原则。由于知识和经验的不全面性和贫乏， 在这次设计中难免有错漏之处，敬请老师给予指教。言2吉林化工学院 课程设计目录前. 1录目. 3要摘. 6明符号说. 7题第一章 命 8第 1.1 节 概换热器在工业中的应用 8第 1.2 节 设计任务、思想 91.2.1 设计任务 91.2.2 设计思想 9第二章 换热器的工艺设计 11第 2.1 节 换热器的工艺条件 11第 2

3、.2 节 估算设备尺寸 112.2.1 计算传热管数NT 112.2.2 若将传热管按正三角形排列，计算壳程直径D 12第三章 换热器零部件的结构设计 13第 3.1 节 传热管 133.1.1 换热管的型式和尺寸 133.1.2 换热管的材料 133.1.3 换热管排列形式及管心距 13第 3.2 节 折流板 143.2.1 折流板的主要几何参数 153.2.2 折流板与壳体间隙 153.2.3 折流板厚度 15吉林化工学院 课程设计3.2.4 折流板的管孔 153.2.5 材料的选取 16第 3.3 节 拉杆、定距管 163.3.1 拉杆的结构形式 163.3.2 拉杆直径、数量和尺寸 1

4、73.3.3 拉杆的布置 18第 3.4 节 防冲板 18第 3.5 节 接3.5.1 接管的要求 193.5.2 接管高度（伸出长度）确定 193.5.3 接管位置最小尺寸 203.5.4 排气，排液管 21第 3.6 节 管箱 213.6.1 管箱结构形式 21第 3.7 节 管板结构尺寸 22第 3.8 节 封头 3.8.1 封头的选用 233.8.2 热水进、出口处的封头 25第 3.9 节 法兰 253.9.1 法兰结构类型 25第 3.10 节 垫片的选取 26第 3.11 节 鞍座的选取 26第四章 换热器的机械结构设计 28第 4.1 节 传热管与管板的连接 28第 4.2 节

5、 管板与壳体的连接 28第 4.3 节 管板与管箱的连接 30第五章 换热器的强度设计与校核 31第 5.1 节 壳体、管箱的壁厚计算 314吉林化工学院 课程设计5.1.1 壳体 315.1.2 管箱 32结论 34参考文献 35谢 365吉林化工学院 课程设计摘要这篇论文主要介绍的是换热器机械计算等相关的设计过程。 本文 引用这三年学过的书本知识及相关的技术标准， 对换热器的结构、 强 度进行了系统的阐述。 换热器是目前许多工业部门广泛应用的通用工 艺设备。其中，换热器是目前应用较为广泛的换热设备。优点：结构 简单，制造方便， 在相同管束情况下其壳体内径最小，管程分程较方 便。缺点：壳程无

6、法进行机械清洗，壳程检查困难，壳体与管子之间 无温差补偿元件时会产生较大的温差应力， 即温差较大时需采用膨胀 节或波纹管等补偿元件以减小温差应力。 我设计的换热器内部以换热 管和折流板做为基本构件， 冷介质、 余热介质分别在管程与壳程之间 流动，以达到降温或升温的效果。 换热器由筒体、 管箱、封头、支座、 换热管、折流板、管板及接管、法兰等组成。通过强度计算合理选择材料， 确保安全运行， 提高设备的生产效 率，降低设备的制造成本，实现化工单元操作的最佳化。关键词：换热器；管箱：壳体：管板；封头6吉林化工学院 课程设计符号说明7吉林化工学院 课程设计第一章 命 题第 1.1 节 概述 换热器在工

7、业中的应用 换热设备是使热量从热流体传递到冷流体的设备， 使化工、炼油、 动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使 用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%20%;在化肥厂中，约占总投资的30%41%。在工业生产中， 换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体 传递给稳到较低的流体， 使流体温度达到工艺流程的指标， 以满足工 业流程上的需要。由于世界性的能源危机， 为了降低能耗， 工业生产中对换热器的 需求量越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。近几十年来，紧 凑式换热器 （板式、板翅式、压焊板式换热器等 ）、热管式换热器、直 接接触式换热器等得到发

8、展。目前国内使用的换热器多为列管换热器和螺旋板换热器。 它的主 要特点是管内外换热面积相等。 但是交换系数相差较大的交换介质在 管内外进行热量交换时，由于其不平恒性而达不到理想的交换目的， 换热效率相对较低。虽然现在出现大量结构紧凑高效的换热设备， 例如：波纹板换热 器、板翅式换热器、螺旋板换热器、伞板换热器等，但在各行业的换 热设备中， 管壳式换热器仍占据着主导地位。 因为许多工艺过程都具 有高温、高压、高真空、有腐蚀等特点，而管壳式换热器具有选材范 围广 （ 可为碳钢、低合金钢、高合金钢、铝材、铜材、钛材等 ），换热 表面清洗较方便，适应性强，处理能力大，特别是能承受高温和高压 等特点，所

9、以管壳式换热器被广泛应用于化工、炼油、石油化工、制 药、印染以及其它许多工业中，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和 废热回收等方面。管壳式换热器主要由换热管束、壳体、管箱、分程隔板、支座等 组成。换热管束8吉林化工学院 课程设计 包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管 可为普通光管， 也可为带翅片的翅片管， 翅片管有单金属整体轧制翅 片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有 碳钢、低合金钢、 不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形， 也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。分 程隔板可将管程及壳程介质分成多程，以满足工艺需要。管壳式换

10、热器在结构设计时， 必须考虑许多因素， 例如传热条件、 材料、介质压力、温度、管壳程壁温温差、介质结垢情况、流体性质以及检修和清洗条件等等， 从而确定一种适合的结构形式。 对于同一 种形式的换热器，由于各种不同工况，往往采用的结构并不相同。在 工程设计中，应按其特定的条件进行分析设计， 以满足工艺需要。第 1.2 节 设计任务、思想1.2.1 设计任务 设计课题为固定管板式换热器，设计包括结构设计和强度设计。结构设计需要选择适用合理、 经济的结构形式， 同时满足制造、检修、 装配、运输和维修等要求； 而强度计算的内容包括换热器的材料，确 定主要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，根据设计压

11、力确 定壁厚，使换热器有足够的腐蚀裕度。1.2.2 设计思想尽可能采用先进的技术、 国家与行业标准，使生产达到技术先进， 经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则，具体有如 下几点：1) 根据GB150-1998钢制压力容器和 GB151-1999管壳 式换热器等国家标准为基础进行设计。2) 满足工艺和操作要求， 所设计出来的流程和设备能保证得到 质量稳定的产品， 设计的流程与设备需要一定的操作弹性， 可方便地 进行流量和传热量的调节。3) 满足经济上的要求，设计省热能和电能的消耗，减少设备与 基础的费用，选择合适的回流比，节省水蒸汽，设计时要全面考虑， 力求总费用尽可能低一些。4)

12、 保证生产安全，保证换热器具有一定的刚度和强度。设计中 根据设计压力确定壁厚 ,再校核其他零件的强度 ,进行水压试验，容器 是否有足够的腐蚀裕度。10吉林化工学院 课程设计第二章 换热器的工艺设计第 2.1 节 换热器的工艺条件第 2.2 节 估算设备尺寸2.2.1 计算传热管数 NT拟用传热管规格为巾25x2，管长L = 2m,传热管数NT为NT?式中符号：AP45?287根?doL?0.025?2d0 换热管外径。 mm11AP 所需换热面积。 m2L 换热管长。mNT 换热管总数。根2.2.2 若将传热管按正三角形排列，计算壳程直径 D 取管心距t=1.3dOt=1.3x25=32(mm

13、)横过管束中心线的管数=19 根nc?NT?287采用单管程结构，则壳程内径为D=t(nc-1)+(2-3)do=32x(19-1)+(2-3)x25=626(mm) 圆整得 D =700mm ?12吉林化工学院 课程设计第三章 换热器零部件的结构设计第 3.1 节 传热管3.1.1 换热管的型式和尺寸换热管有光管、焊接管、螺纹管、波节管、波纹管、三维内外肋 管等。在没有特殊要求的情况下，一般选用光管因为光管加工方便、 价格便宜，本装置采用光管。选择管径时， 应尽可能使流速高些， 但一般不应超过规定的流速 范围。易结垢、粘度较大的液体宜采用较大的管径。我国目前试用的 列管式换热器系列标准中仅有

14、 巾25X 2mm及巾19X 2mm两种规格的 管子。本装置的壳程介质是饱和蒸汽， 是比较容易清洁和不易结垢的 流体，因此采用巾25X 2mm规格。3.1.2 换热管的材料常用材料有碳素钢、 低合金钢、 不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金、 钛等。此外还有一些非金属材料，如石墨、陶瓷等。本换热器材质选 用 Q235-A。3.1.3 换热管排列形式及管心距 管子在管板上的排列有正三角形、正方形和同心圆排列三种方 式，如图所示。传热管的排列应使其在整个换热器圆截面上均匀分布， 同时还要考虑流体的性质， 管箱结构及加工制造等方面的问题。 正三 角形排列的优点有 :管板的强度高；流体走短路的机会少，但管外流

15、 体扰动较大， 因而对流传热系数较高； 相同的壳径内可排列更多的管 子；但是正三角形排列蚀管外机械清洗较为困难。 正方形排列的优点 是便于清洗列13吉林化工学院 课程设计管的外壁， 适用于壳程流体易产生污垢的场合； 但是在同样的管 板面积上可排列的管子数量为最少。 同心圆排列方式优点再也靠近壳 体的地方管子分布较均匀， 在壳体直径较小的换热器中可以排列的传 热管数比三角形排列还多。 本换热器流体的性质属于比较洁净和不易 结垢，因此采用正三角形排列，如图（a）所示。图 3.1.1 管子的排列方式管板上两传热管中心距离称为管心距， 管心距的大小主要与传热管和管板的连接方式有关， 此外还要考虑到管板

16、强度和清洗管外表面 时所需的空间。根据 GB151-1999 规定管心距为 32mm。第 3.2 节 折流板列管式换热器的壳程流体流通截面积大， 在壳程流体属对流传热 条件时，为增大壳程流体的流速，加强其湍动程度，提高其表面传热 系数，需要设置折流板。折流板有横向折流板和纵向折流板两类，单 壳程的换热器仅需设置横向折流板，横向折流板同时兼有支承传热 管，防止产生振动作用。管壳式换热器常用的有弓形和盘环形。 在弓形折流板中， 流体在 板间错流冲刷管子， 而流经折流板弓形缺口时是顺流经过管子后进入 下一板间，改变方向，流动中死区较少，比较优越，结构比较简单， 一般标准换热器中只采用这种。盘环形折流

17、板制14吉林化工学院 课程设计造不方便，流体在管束中为轴向流动，效率较低。而且要求介质 必须是清洁的，否则沉淀物将会沉积在圆环后面，传热面积失效，一 般用于压力比较高而又清洁的介质。 因此，采用单弓形折流板。3.2.1 折流板的主要几何参数根据 GB151-1999 弓形折流板圆缺大小用切去弓弦高占圆筒内直径的百分比来确定，残缺率为 15%-45%,常用值为 25%。单弓形折流 板缺口弦高 h 值，宜取 0.20-0.45 倍的圆筒内直径 ,取系数为 0.25，切 去圆缺高度 h=0.25x700=175mm3.2.2 折流板与壳体间隙折流板外周与壳体内径之间的间隙越小， 壳程流体介质在此处的

18、 泄漏越小，使传热效率提高，但间隙越小，给制造、安装带来困难。 选取折流板名义外直径 D=DN-4.5=700-4.5=695.5mm。3.2.3 折流板厚度折流板厚度与壳体直径、 换热管无支承长度有关， 其厚度根据参 考选取8 = 5mm。3.2.4 折流板的管孔、折流板的管孔直径和公差按GB151-99规定，1级管束换热器折流板管孔直径d+0.4=25+0.4=25.4mm,及允许偏差？0.30、管孔中心距管孔中心距） t=32,.3 公差为相邻两孔折流板上管孔中心距 （包括分程隔板处的00 ，任意两孔 1.00mm 0、管孔加工折流板上管孔加工后两端必须倒角0.5 X吉林化工学院 课程设

19、计3.2.5 材料的选取设计温度180C和设计压力P= 0.6MPa,根据GB150-1998选取Q235-A钢板，它的适用范围：容器设计压力 P h + h 1 + S + 15 (mm)式中：h接管法兰厚度，mm;h1 接管法兰的螺母厚度， mm；S 保温层厚度， mm;l 接管安装高度，如图a、b图 a 壳程接管位置图 b 管箱接管位置依据上述要求接管高度为： 热水进口接管高度 l=208mm, 热水出 口接管高度 l=208mm, 蒸汽进口接管高度 l=208mm, 排凝出口接管高 度l=208mm,管箱排气口接管高度l=158mm,管箱排污口接管高度 l=158m m,壳程排气口接管

20、高度l=158mm。3.5.3 接管位置最小尺寸壳程接管位置最小尺寸见图a,按下式估算：无补强圈 L2 do/2+(b-4)+C管程接管最小尺寸见图b,按下式估算：无补强圈L2 do/2+hf+C为考虑焊缝影响，一般取C3倍壳体壁厚且不小于50100mm 有时壳径较大且折流板间距也很大,则 L1 值在设计时尚应考虑第一 块折流板与管板的间距,以使流体分布均匀。吉林化工学院 课程设计依据上述要求接管高度为：热水进口接管 L2=250mm, 热水出口 接管高度 L2=250mm, 蒸汽进口接管 L2=250mm, 排凝出口接管 L2=150mm。3.5.4 排气，排液管 为提高传热效率，排除或回收

21、工作残液（气），凡不能借助其他 接管排气，排液的换热器应在其壳程和管程的最高，最低点，分别设 置排气、排液接管，排气、排液接管的端部必须与壳体或管箱壳体内 壁平齐。第 3.6 节 管箱 管箱的作用是把由管道来的管程流体均匀分布到各传热管把管 内流体汇集在一起送出换热器。 在多管程换热器中， 管箱还起到改变 流体流向的作用。 无论那种管箱， 其管箱的最小内侧深度应当满足这 样的要求：使连接双程间流体流动的横截面至少大于或等于单管程通 过的截面。3.6.1 管箱结构形式（1）、A型（平盖管箱）如图（a）装有管箱平盖（或称盲板），清洗管程时只要21吉林化工学院 课程设计拆开盲板即可， 而不必拆卸整个

22、管箱和与管箱相连的管路， 缺点 是盲板结构用材多，且尺寸较大是得用锻件，耗费大量机加工时，提 高制造成本，并增加一道密封的泄漏可能。一一般多用于 DN<900mm 的浮头式换热器中。(2)、B型封头管箱型 如图(b),用于单程或多程管箱，优 点是结构简单，便于制造，适于高压，清洁介质，可省掉一块造价高 的盲板、法兰和几十对螺栓, 且椭圆封头受力情况要比平端盖好的多, 缺点是检查管子和清洗管程时必须拆下连接管道和管箱。( 3)、 C 型、 D 型管箱 这种形式是管箱一端与壳体及管板连成 一体,或是用于可拆管束与管板制成一体的管箱,另一端可采用 A 型结构,减少了泄漏的可能性。 一般用的较少

23、, 只在高压情况下采用。本换热器由于压力不高,所以采用 d 型管箱。第 3.7 节 管板结构尺寸 管板在换热器的制造成本中占有相当大的比重, 管板设计与管板 上的孔数、孔径、孔间距、开孔方式以及管子的连接方式有关。1、选用固定管板兼作法兰形式的管板，22吉林化工学院 课程设计图 3.7.1 固定管板式换热器管板尺寸这种管板结构尺寸, 在依据确定的设计压力, 壳体内径来选择或 设计法兰, 然后根据法兰相应结构尺寸确定管板的最大外径, 密封面 位置、宽度、螺栓直径、位置、个数等,根据上述确定的壳体内径D=700mm 和设计压力 PN = 0.6MPa，确定 D=730mm、D1=690mm、D2=

24、642mm、D4=600mm、D5 =597mm、螺栓孔数 n=482 、管板孔直径和允许公差，由参考得管孔直径为 25.25，允许 偏差为 ?0.153 、管板材料在选择管板材料时， 除力学性能外， 还应考虑管程和壳程流体的 腐蚀性，以及管板和换热管之间的电位差对腐蚀的影响。 本换热器采 用 Q235-A。第 3.8节 封头3.8.1 封头的选用压力容器封头的种类较大，分为凸形封头、锥壳、变径段、平盖 及紧缩口等，其中凸形封头包括半球形封头、椭圆形封头、碟形封头 和球冠形封头。采用什么样的封23吉林化工学院 课程设计头要根据工艺条件的要求、 制造的难易程度和材料的消耗等情况 来决定。1 ）、

25、半球形封头，在均匀内压作用下，薄壁球形容器的薄膜应 力为相同直径圆筒的一半， 故从受力分析来看， 球形封头是最理想的 结构形式。但缺点是深度大，直径小时，整体冲压困难，大直径采用分瓣冲压其拼焊工作量也较大。 半球形封头常用在高压容器上。2）、椭圆形封头是由半个椭球面和短圆筒组成，由于封头的椭 球部分经线曲率变化平滑连续， 故应力分布比较均匀， 且椭圆形封头 深度较半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中、低压容器中应 用较多的封头之一。3）、碟形封头是带折边的球面封头该边缘弯曲应力与薄膜应力 叠加，使该部位的应力远远高于其他部位，故受力状况不佳。但过渡 环壳的存在降低了封头的深度， 方便了成型

26、加工， 且压制碟形封头的 钢模加工简单，使碟形封头的应用范围较为广泛。4）、锥壳，轴对称锥壳可分为无折边锥壳和折边锥壳，由于结 构不连续， 锥壳的应力分布并不理想， 但其特殊的结构形式有利于固 体颗粒和悬浮或粘稠液体的排放，可作为不同直径圆筒的中间过渡 段，因而在中、低压容器中使用较为普遍。对受均匀内压封头的强度计算， 由于封头和圆筒相连接， 所以不 仅需要考虑封头本身因内压引起的薄膜应力， 还要考虑与圆筒连接除 的不连续应力。 连接处总应力的大少与封头的几何形状和尺寸， 封头 与圆筒厚度的比值大少有关。计算厚度PCDi0.5?700?1.6（7 mm）t2?105?1?0.5?0.72?0.

27、5PC?设计厚度名义厚度？d?C2?1.67?1?2.67?mm?n?d?C圆整=2.67?0.8?H 整=4?mm?根据GB151?1999规定碳素钢圆筒最小厚度为 8mm)有效厚度 ?e?8?1?0.8?6.2?mm?24吉林化工学院 课程设计封头设计时， 一般应优先选用封头标准中推荐的型式与参数， 然 后根据受压情况进行强度或稳定性计算，确定合适的厚度。3.8.2 热水进、出口处的封头为了制造的方便，采用椭圆形封头。设计温度180C，设计压力P= 0.7MPa,选用Q235B材料的许用应力 t=105MPa取焊缝系数 巾=1。腐蚀裕度C2= 1m,钢板厚度偏差C1=0.8mm。符合GB1

28、50-1998规定标准椭圆形封头的有效厚度应不少于封头 内直径的0.15%设计温度下圆筒的最大允许工作应力，查表系数K取 值为 12?e?2?6.2?105?1?P?WKDi?0.5?e1?700?0.5?6.2?1.852MP?0.7MPat根据 JB/T 4737-95 选取椭圆形封头为 Dg700x8 直边高度 h2=25mm,曲面高度 h=175mm第 3.9节 法兰3.9.1 法兰结构类型法兰的基本结构形式按组成法兰的圆筒、 法兰环及锥颈三部分的 整体性程度可分为松式法兰、整体法兰和任意式法兰三种。1）、松式法兰：指法兰不直接固定在壳体上或者虽固定而不能 保证与壳体作为一个整体承受螺

29、栓载荷的结构。 适用于有色金属和不 锈钢制设备或管道上，且法兰可采用碳素钢制作，以节约贵重金属。 但法兰刚度小，厚度较厚，一般只适用于压力较低的场合。25吉林化工学院 课程设计2）、整体法兰：将法兰于壳体锻或铸成一体或经全熔透的平焊 法兰，这种结构能保证壳体与法兰同时受力， 使法兰厚度可适当减薄， 但会在壳体上产生较大应力。 其中的带颈法兰可以提高法兰与壳体的 连接刚度，适用于压力、温度较高的重要场合。3）、任意式法兰：从结构来看，这种法兰与壳体连成一体，但 刚性介于整体法兰和松式法兰之间，这类法兰结构简单，加工方便， 故在中低压容器或管道中得到广泛应用。第 3.10 节 垫片的选取设备垫片主

30、要有：非金属软垫片、缠绕垫片和金属包垫片。一般 情况下，非金属软垫片适用于甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对 焊法兰，法兰密封面形式为光滑密封面或凹凸密封面。 缠绕垫片适用 于乙型平焊法兰、长颈对焊法兰，法兰密封面形式为光滑密封面、凹凸密封面及榫槽密封面。 金属包垫片适用于乙型平焊法兰和长颈对焊 法兰，法兰密封面形式为光滑密封面、 凹凸密封面及榫槽密封面。本换热汽壳程和管程介质为蒸汽和热水，工作温度与压力不高， 采用非金属垫片。第 3.11 节 鞍座的选取 本换热器是卧式换热器，换热器鞍式支座可按 JB/T4712 选用。 鞍式支座在换热器上的布置应按下列原则确定：a )当 L 3000mm

31、时，取 Ls=(0.4-0.6)Lb ) 当 L >3000mm 时，取 Ls=(0.5-0.7)Lc )尽量使Lc和Lc 相近26吉林化工学院 课程设计27吉林化工学院 课程设计第四章 换热器的机械结构设计第 4.1 节 传热管与管板的连接管子与管板的连接， 在管壳式换热器的设计中， 是一个比较重要 的结构部分。 它不仅加工工作量大， 而且必须使每个连接处在设备的 运行中，保证介质无泄漏及承受介质压力的能力。 管子与管板的连接 形式有强度胀接、 强度焊接与胀焊接的混合结构。 无论采用何种连接 形式，度必须满足一下两种条件： 连接处保证介质无泄漏的充分气密 性；承受介质压力的充分结合力。

32、强度胀接结构简单，换热管修补容 易。由于胀接管端处在胀接使产生塑性变形，存在着残余应力。不锈 钢管与管板无论压力大小，温度高低，一般均采用焊接结构，目的是 消除换热管与管板孔的间隙，从而消除间隙腐蚀。第 4.2 节 管板与壳体的连接 管板与壳体的连接依换热器的结构形式分为可拆连接及不可拆 连接。可拆连接主要用于浮头式， U 型管式和填料函式换热器的固定 端管板，不可拆连接在刚性结构换热器中采用， 其两端管板的内侧面 直接焊在壳体上， 而根据两端管板的外测面连接形式又分为管板兼法 兰和不兼作法兰。 前者用于管侧介质压力及密封性能要求不高的场合 即通常称为固定管板式换热器； 后者多见于管侧压力很高

33、或密封性能 要求也高的高压高温换热器中， 如合成氨系统中的废热锅炉及合成换 热器中。本设备选取了延长部分兼作法兰的管板。 如图为常见的兼作法兰 的管板与壳体连接结构， 根据具体情况也可选用其他形式的结构。 其 使用压力及场合主要依据焊缝是否焊透及焊缝受力情况。 可焊透结构 及对接焊缝使用压力则较高，反之则较低，如图28吉林化工学院 课程设计(a)为角焊缝，无论壳体其他环焊缝质量多高，可以采用对接 双面焊，但是进行壳程强度计算时， 只能依这里的焊缝为最薄弱环节 取用焊缝系数。管板上开槽，是使壳体容易保证与管板对中，施焊方便，这种结构适于壳体板厚大于 10mm,壳程压力Ps 1MPa,不适 宜用于

34、易燃、易爆、易挥发及有毒介质的场合。图（b）、（ c）形式 的焊接质量可大大提高，因此适宜用在压力较高（Ps 4MPa），设 备直径较大，管板较厚的场合。图（d）、（e）形式的使用压力更高， 一般Ps>4MPa。此时管板带有凸肩，其焊接结构性能已由角接变 为对接,故承载能力更佳。 在选定上述结构形式时,要特别注意壳程 介质有无间隙腐蚀作用，则只能选择图（b）、（ d）两种不带垫板的 结构；若壳程节奏无间隙腐蚀的作用, 应尽量选择带有垫板的存在间 隙的结构形式，即图（c）、（e）,它可以保证对接焊缝焊透，焊接 质量更佳。至于管板上环形圆角则完全是为 减少应力集中。图 4.2.1 兼作法兰的

35、管板与壳体的连接结构29 吉林化工学院 课程设计 本设备直径较大,管板较厚,壳体介质无间隙腐蚀的作用,选择 没有垫板的存在间隙的结构形式。第 4.3 节 管板与管箱的连接 管板与管箱连接多数是靠法兰连接,形式很多,随着温度,压力 及耐腐蚀情况不同而异。 在设计中应合理选择不同连接形式, 对设备 的制造,安全及节约材料有重要的意义。固定管板式换热器的管板与管箱法兰的连接形式比较简单, 除了 满足工艺上要求选择一定的密封面形式外, 按压力、温度来选择法兰 的结构形式。如图所示为三种最常见的固定管板换热器的管板与管箱 法兰连接形式。图（a）的结构采用平面密封形式，适用于管程操作 压力小于1.6MPa

36、,且对气密性要求不高的情况下。图（b）采用榫槽 密封面形式，适于气密性要求较高的场合，但具有制造要求较高，加 工比较困难，垫片窄，安装不便等缺点，一般在中低压较少采用，当 在较高压下采用时，法兰的形式应改用长颈法兰。图（c）的形式时 最常见的，法兰的密封面采用凹凸面形式，视压力高低，法兰形式可 为平焊法兰，更多的为长颈法兰。根据本设备的气密性要求和为了加工方便， 安装便利， 采用下面 的连接方式，法兰的密封面采用凹凸面形式，视压力高低，法兰形式 可为平焊法兰，更多的为长颈法兰。图 4.3.1 固定管板换热器的管板与管箱的连接30吉林化工学院 课程设计第五章 换热器的强度设计与校核第 5.1 节

37、 壳体、管箱的壁厚计算5.1.1 壳体采用Q235-A，根据GB150 1998在设计压力0.6MP和设计稳到 180C下的许用应力（T t=105MP,受压元件的焊接接头型式是双面焊 对接接头或相当于双面焊的全焊透对接接头，其100无损检测下的焊接接头系数二1.00,局部无损检测=0.85,取=1。公称直径 Di=700mm,碳钢的腐蚀余量C2= 1mm,钢板厚度负偏差C1 = 0.8mm计算厚度P0.6?700CDi?2.01mm?2mmt2?105?1?0.62?PC设计厚度名义厚度？d?C2?2?1?3mm?n?3?0.8mm?根据 GB151?1999规定碳素钢圆筒最小厚度为 8mm

38、)有效厚度 ?e?8?1?0.8?6.2mm31吉林化工学院 课程设计 设计温度下圆筒的计算应力:P0.6?700?6.2?C?Di?e?34.17MPa2?e2?6.2?t?t?t?105?1?105MPa设计温度下圆筒最大允许工作应力2?e?2?6.2?105?1?P?WDi?e700?6.2t?1.84MP?0.6MPa5.1.2 管箱采用Q235A材料。根据GB150-1998,在设计压力0.7MPa和设计温度90C下的许用应力(T t=113Mpa焊接接头系数二1,公称直径Di=700mm,腐蚀余量 C2= 1mm。计算厚度PCDi0.7?700?2.17mm?2mmt2?113?1?0.72?PC设计厚度名义厚度？d?C2?2?1?4mm?n?4?0.8?5m根据 GB151?1999规定碳素钢圆筒最小厚度为 8mm)有效厚度