安全工程容积式水加热器课程设计

1、2工艺计算给定的卧式水加热器设计参数给定的卧式水加热器设计参数设计参数壳程管程设计压力MPa1.00.6设计温度1060164.2操作介质水蒸汽设备材质不锈钢不锈钢公称直径DN（mm）900公称容积VN（m）1.5符号公称规格用途或名称连接法兰标准aDg 5080热水出口HG501258bDg 5080冷水进口cDg 25排污口dM 27*2温度计口eDg 50蒸汽进口fDg 32冷凝水出口2.1 热量衡算2.1.1 求进水水口每小时的流量（Q）其中：=0.1m/s，由GB3092-82，公称直径为80时，Di=82mm（）代入得：2.1.2 求每小时换热量（w）其中：,代入数据得：考虑到热量

2、损失，则：。2.2 换热面积（F），其中：，传热效率取0.7，不锈钢管传热系数k取720。代入数据得：同样，考虑热量损失：2.3 筒体长度、管子长度及管字数2.3.1 筒体长度（l筒体）选择规格为的不锈钢无缝钢管，查标准得换热管中心距为32mm。对应于公称直径DN=900mm的筒体，其封头公称直径900mm，封头选标准椭圆封头，K=1，查得：h1=225mm，h2=25mm，v封头=0.112m3则容器总容积VN=V筒体+2V封头得：2.3.2 管子长度及管子数（l管子，n）管子长度l管子取2m，即2000mm。考虑到热量损失及排列方式，取n=18。2.4 管子排列方式由前面计算可知：管字数n

3、=18，管子尺寸：用正三角形排列方式：换热管中心距：32mm，分层隔板槽两侧相邻管中心距：100mm.则管子排列方式如右图所示：考虑到管径外径，则有：106.6+25/2=118.85mm；又因为最外圈管子壁与壳体内壁间距离不小于10mm，故取OR=130mm。2.5 筒体、封头壁厚2.5.1 筒体壁厚计算筒体选不锈钢0Cr18Ni10Ti作为材料，查得；采用双面焊，无损探伤100%，所以焊缝系数=1.0。则：名义厚度，附加余量C1=0.2，腐蚀余量C2=0（材料为不锈钢，其腐蚀余量极弱），则。但参照标准，查得对于Di=900mm的筒体，其壁厚不得小于6mm，所以筒体的壁厚。2.5.2 封头壁

4、厚计算封头选用标准椭圆封头，椭圆封头是由半椭圆和高度为h的短圆筒两部分构成，直边的作用是为了保证封头的制造质量和避免筒体与封头间的环向焊缝受边缘应力作用，采用不锈钢材0Cr18Ni10Ti，且设计为标准椭圆封头，即K=1，用双面焊，无损探伤100%，焊缝系数，则封头计算壁厚，其中，附加余量C1=0.2，腐蚀余量C2=0（材料为不锈钢，其腐蚀余量极弱），所以封头名义壁厚，考虑到封头壁厚最好与筒体壁厚一致，则取。2.6 确定封头上的接管及法兰尺寸2.6.1 接管接管材料选择0Cr18Ni10Ti，由管字数及排列方式接管最小半径为105mm，即管直径应为210mm，但又考虑到封头尺寸，按标准取300

5、mm，则计算其壁厚按与凹面法兰及筒体封头的配合，取接管壁厚，伸长量为300mm，直径为300mm。2.6.6 法兰选取可查标准，选取凹面平焊法兰，公称直径为300mm，使其与接管相配。2.7 进出水孔的尺寸及法兰定位水进出口接管直径为Dg=80，法兰选与接管尺寸相配的平焊法兰；进出水孔定位于离筒体边缘150mm处，进口在下，出口在上。2.8 管箱封头壁厚设计压力取壳程设计压力Pt=0.6MPa，直径D=300mm，焊缝系数，选取标准椭圆封头，材料为OCr18Ni9，计算壁厚，查标准得此尺寸封头最少壁厚为8mm，因此取管箱封头壁厚为8mm。2.9 管箱筒节计算短筒节的直径与前面所选法兰相配，为3

6、00mm，筒节材料选0Cr18Ni10Ti，则，擦汗标准，最终选取，节筒长度详见图纸。2.10 隔板计算隔板材料选：0Cr18Ni9隔板与封头及短接由焊接相连，与管板间靠压紧力压住管板，从而形成密封。隔板具体尺寸，取决于安装条件，详见管箱部件图。2.11 管板计算管板材料选0Cr18Ni9，管板强度的削弱系数管板设计压力：，热片压紧力作用中心圆直径DG则管板计算厚度：，管板与管子采用胀焊结合的连接方式，查得管板厚度不得小于20mm，因此，为了安全起见管板厚取。2.11.1 管板形状如图3所示，具体结构尺寸见管板部件图。2.11.2 管板拉脱力校核：换热管尺寸，即外径d=25mm，壁厚；一根换热

7、管横截面积，且，按下拉三种情况分别计算换热管轴向应力：I）只有壳程设计压力Ps=1.0MPa，管程Pt=0，II）只有管程设计压力Pt=0.6MPa，壳程Ps=0，III）Ps=1.0MPa，Pt=0.6MPa，管子与管板连接是强度胀辅以焊接：其中：p设计压力，取； f相邻四根管子之间面积，mm2； L管子胀接部位长度，mm；do管子外径，mm； di管子内经，mm；管子上温差应力，取4.4MPa；a两管子之间间距，mm。胀接长度l的选择原则：两倍外径，即225=50mm，50mm；管板厚度减去3mm，即20-3=17mm。取三者中最小值，故L=17mm。代入数据得：，管板开孔槽，取所以q，即

8、实际补强面积开孔所需补强面积，所以人孔开口无需补强。3.2 水进出口开孔补强计算（a、b）3.2.1 补强方法判断取开孔内径：，满足允许开孔局部补强范围，采用等面积法计算。3.2.2 开孔所需补强面积（用单面焊，无损探伤100%，以下接管也一样，）筒体计算壁厚：，筒体实际壁厚：，接管计算壁厚：，接管实际厚度：，开孔所需补强面积：3.2.3 有效补强面积有效高度：外伸高度：实际外伸高度h1=150mm，取两者中较小者，则取圆整后h1=19mm。内伸高度：h2=0实际补强面积，取，A即：实际补强面积开孔所需补强面积，所以水进出口开孔无需补强。3.3 排污口开孔补强计算（C）排污口 Dg25 同样的

9、选用不锈钢材料3.3.1 补强计算方法判断开孔直径：满足允许开孔局部补强范围，采用等面积法进行开孔补强计算。3.3.2 开孔所需补强面积有效高度外伸有效高度：实际外伸高度：，取两者中较小的值，取圆整后。内伸有效高度：。开孔所需补强面积：实际补强面积（）接管计算壁厚：，A，即：实际补强面积开孔所需补强面积，所以排污口开孔无需补强。3.4 封头上接管开孔补强（h）3.4.1 补强方法判断开孔直径：，满足允许开孔局部补强范围，采用等面积法进行开孔补强计算。3.4.2 开孔所需补强面积封头计算厚度：，封头实际壁厚：，接管计算壁厚：接管实际厚度：，开孔所需补强面积：3.4.3 有效补强面积有效高度：外伸

10、有效高度：，实际外伸高度：，取两者中较小的值，取圆整后；内伸有效高度：。接管计算壁厚：实际补强面积（），A，即：实际补强面积开孔所需补强面积，所以封头上接管开孔无需补强。3.5 蒸汽进口补强计算规格 Dg50 3.5.1补强方法判断开孔直径：，满足允许开孔局部补强范围，采用等面积法进行开孔补强计算。3.5.2开孔所需补强面积管箱h封头计算壁厚：，管箱封头实际壁厚：，蒸汽进口计算壁厚：实际壁厚：，开孔所需补强面积：3.5.3 有效不清面积有效高度：外伸有效高度：实际外伸高度：，取两者中较小的值，取圆整后；内伸有效高度：。管箱接管计算壁厚：实际补强面积（），A，即：实际补强面积开孔所需补强面积，所

11、以蒸汽进口开孔无需补强。符号说明单位Q进出水口每小时水的流量L/hv进出水口每小时的流量m/sW每小时换热量kJ/hF换热面积mL筒体筒体长度mmDi 筒体内经mmV筒体筒体体积mV封头封头体积mVN容器总容积mL管子管子长度mmn管字数焊缝系数1筒体计算壁厚mmn1筒体实际壁厚mmC1加工减薄量mmC2腐蚀裕量mm2封头计算壁厚mmn2封头实际壁厚mm3封头上接管计算壁厚mmn3封头上接管实际壁厚mm4管箱封头计算壁厚mmn4管箱封头实际壁厚mm5管箱筒节计算壁厚mmn5管箱筒节实际壁厚mm管板强度削弱系数6管板计算壁厚mmn6管板实际壁厚mma换热管横截面积mmPt管程设计压力MPaPs课程设计压力MPaq管子受到的拉脱力MPaqt温差应力下管子受到的拉脱力MPaqp压差应力下管子受到的拉脱力MPaP设计压力MPaf相邻四根管子之间面积mmL胀接部位长度mm管子