固定管板式换热器机械设计 2

1、江汉大学课程设计固定管板式换热器机械设计指导教师：杨继军固定管板式换热器机械设计目录固定管板式换热器机械设计- 1 -前言- 2 -设计计算- 3 -1、工艺条件- 3 -2、计算- 3 -(1)管子数n- 3 -(2)管间距的确定- 3 -(3)换热器壳体直径的确定- 3 -(4)换热器壳体壁厚的计算- 4 -(5)换热器封头选择- 4 -(6)容器法兰的选择- 4 -(7)管板尺寸的确定- 5 -(8)管子拉脱力计算- 5 -(9)计算是否安装膨胀节- 6 -(10)折流板设计- 6 -(11)开孔补强- 6 -(12)支座- 7 -(13)管箱- 7 -(14)壳程接管- 7 -参考文献

2、- 9 -前言换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一，其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合理性、经济性以及能源的有效利用与节约，对国民经济有着十分重要的影响。换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同。其中常用结构为管壳式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强，在各工业部门应用最为广泛。固定管板式换热器主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和后端结构等部件组成。管束安装在壳体内，两端固定在管板上。管箱和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连，检修或清洗时便于拆卸。换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可靠

3、、检修清理方便等等。一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生，要求在设计时精心考虑各种问题.准确的热力设计和计算，还要进行强度校核和符合要求的工艺制造水平。设计计算1、工艺条件 组别C 名称管程 壳程 物料名称循环水 甲醇 工作压力0.45MPa 0.05MPa 操作温度40 70 推荐钢材10, Q235 A, 16MnR 壳体内径800换热面积100 m 2 管长=25mm3m 2、计算(1)管子数n选的无缝钢管，材质10号钢，管长3m。因为所以采用正三角形排列，正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难。而正方形排列，管外清洗方便，

4、适用于壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果较正三角形差些。以上排列方式中最常用的是正三角形错 列，用于壳侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合。由表7-4查得层数为23，换热器内管子总根数为467，由表7-10，拉杆数为10，所以实际管数457根。(2)管间距的确定由表7-5，取管间距。(3)换热器壳体直径的确定式中 换热器内径，mm； 正六角形对角线上的管子数，查表7-4，取； 最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取。故 mm圆整后取壳体内径(4)换热器壳体壁厚的计算材料选用20R钢，计算壁厚为式中 计算压力，取故因为，所以取。腐蚀裕量，查表4-9得。圆整后取。(5)换热器封

5、头选择左右封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T 4746-2002标准，封头为，曲面高度,直边高度，如图2-1所示，材料选用20R钢。(6)容器法兰的选择材料选用16MnR。根据JB/T 4701-2000标准，选用，的凹凸密封面甲型平焊法兰。法兰尺寸如图2-2所示。 图2-1 换热器封头图2-2容器法兰图2-3管板(7)管板尺寸的确定选用固定式换热器管板，并兼作法兰，材料选用20R，尺寸如图2-3所示。(8)管子拉脱力计算计算数据按表1选取。 表1项目 管子 壳体 操作压力/MPa 0.45 0.05 材质 20钢 20R线膨胀系数/(1/) 弹性模量/MPa 许用应力/ MPa 130

6、133 尺寸/mm 管子根数 711管间距/mm 32 管壳壁温差/ 管子与管板的连接方式 普通胀接 胀接长度/mm 许用拉脱力/ MPa 2.0 j在操作压力下，管子每平方米胀接周边上所受到的力其中 ，k温差应力导致管子每平方米胀接周边上所受到的力其中则由已知条件可知，与的作用方向相同，都使管子受压则管子的拉脱力：q=0.377MPa<q=2.0MPa因此，拉脱力在许用范围内。(9)计算是否安装膨胀节管、壳壁温差所产生的轴向力：(N)压力作用于壳上的轴向力：其中则压力作用于管子上的轴向力：则根据GB 151-1999管壳式换热器q<q=2.0MPa条件成立，故本换热器不必安装膨胀

7、节。(10)折流板设计折流板为弓形，折流板间距取600mm;由表7-7查得折流板最小厚度为6mm，由表7-9查得折流板外径为995.5mm，材料为Q235-A钢，如图2-4所示。拉杆选用，共10根，材料为Q235-A钢。(11)开孔补强换热器壳体和封头上的接管处开孔需要补强，常用的结构是在开孔外面焊上一块与容器壁材料和厚度都相同，即4.5mm厚的20R钢板。其补强结构如图2-5所示。(12)支座采用鞍座，根据JB/T 4712-92，鞍座DN B1000-S，材料选用Q235-A。(13)管箱由于壳层为甲醇，较清洁，可选结构为封头管箱，结构如图2-6所示。(14)壳程接管壳层接管在入口处加以扩大，做成喇叭形，起缓冲效果，或者在换热器进口处设置挡板。图2-4折流板图2-5开孔补强结构图2-5换热器开补强结构 图2-6封头管箱结构参考文献1刁玉玮,王立业,俞建良.化工设备机械基础M.大连:大连理工大学出版社,20062 余国宗.化工机械工程