浮头式和管板式换热器设计论文

1、目 录前 言1第一章 换热器概述21.1换热器发展趋势21.2浮头式换热器简介21.3浮头换热器的特点31.4固定管板式换热器简介31.5固定管板式换热器的特点4第二章 换热器的主要结构尺寸52.1设计方案52.2确定物性数据52.3估计传热面积5 2.3.1 热流量6 2.3.3 传热面积6 2.3.4 冷却水用量62.4工艺结构尺寸6 2.4.1 管径和管内流速6 平均传热温差校正及壳程数7 壳体内径7第三章 固定管板式换热器的设计143.1壳体和管箱材料的选择143.2结构设计14 接管14 分程隔板14 折流板15 垫片选择15 卧式支座的选择153.3强度的计算16 筒体壁厚计算16

2、 封头、短节厚度计算16 开孔补强计算17 固定管板计算19第四章 浮头式换热器的设计224.1壳体和管箱材料的选择224.2结构设计22 浮头管板及钩圈法兰结构设定22 接管22 分程隔板23 折流板23 管箱结构设计24 垫片选择24 卧式支座的选择244.3强度的计算24 筒体壁厚计算24 封头、短节厚度计算25 开孔补强计算27 4.3.4 管板计算28第五章 小结33参考文献34致谢35前 言在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。随着经济

3、的发展，各种不同型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其

4、重要性可想而知。由于换热器在我国工业生产中所占的重要作用，根据已知数据求得换热器的类型、工艺结构、机械结构也是非常重要的，以便更好的了解乃至去生产合格、优良的换热器。本课题以管板式和浮头式换热器为例，通过查阅资料，进行相关整理，将设计换热器的设计过程以及方法展示出来。在设计过程中，我尽量采用较新的国家标准，做到既满足设计要求，又使结构优化，降低成本，以提高经济效益为主，力争使产品符合生产实际需要，适合市场激烈的竞争。同时为了使本次设计能够进行顺利，我在设计前参阅了许多有关书籍和英文文献，并做了一定的摘要。第一章 换热器概述1.1换热器发展趋势由于国防工业技术的不断发展，换热器操作条件日趋苛刻迫

5、切需要新的耐磨损、耐腐蚀、高强度材料。近年来国内在节能增效等方面改进换热器性能，提高传热效率，减少传热面积降低压降，提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。换热器的大量使用有效的提高了能源的利用率，使企业成本降低，效益提高。随着工业的高速发展，换热器技术技术必将迅速的发展。就目前情况分析，换热器的基本发展趋势是：提高传热效率，提高紧凑性，降低材料消耗，增强承受高温、高压、超低温及耐腐蚀能力，保证互换性及扩大容量的灵活性，通过减少污塞以减少操作事故，从选材、结构设计及运行操作等方面增长使用寿命并在广泛的范围内向大型化发展1。1.2浮头式换热器简介下面是浮头式换热器结构简图图1-1浮头式换热器结

6、构简图1-封头；2-管箱接管；3-管箱法兰；4-垫片；5-管板；6-筒体法兰；7-补偿圈；8-筒体；9-折流板；10-换热管；11-拉杆；12-鞍座；13-分程隔板 管壳式换热器是把换热器与管板连接，再用壳体固定。固定管板式换热器和浮头式换热器都属于管壳式换热器。固定管板式换热器的两端管板，采用焊接方式与壳体连接固定。浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。浮头式换热器浮头端结构，它包括圆筒、外头盖侧法兰、浮头管板、钩圈、浮头盖、外头盖及丝孔、钢圈等组成，其

7、特征是：在外头盖侧法兰内侧面设凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外侧钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，浮头处取消钩圈及相关零部件，浮头管板密封槽为原凹型槽并另在同一端面开一个以该管板中心为圆心，半径稍大于管束外径的梯型凹槽，且管板分程凹槽只与梯型凹槽相连通，而不与凹型槽相连通；在凹型和梯型凹槽之间钻孔并套丝或焊设多个螺杆均布，设浮头法兰为凸型和梯型凸台双密封，分程隔板与梯型凸台相通并位于同一端面的宽面法兰，且凸型和梯型凸台及分程隔板分别与浮头管板凹型和梯型凹槽及分程凹槽相对应匹配，该浮头法兰与无折边球面封头组配焊接为浮头盖，其法兰螺孔与浮头管板的丝孔或螺杆相组配，用螺栓或螺帽紧固压紧浮头管板凹型和梯

8、型凹槽及分程凹槽及其垫片，该结构必要时可适当加大浮头管板的厚度和直径及圆筒的内径，同时相应变更加大相关零部件的尺寸；另配置一无外力辅助钢圈，其圈体内径大于浮头管板外径，钢圈一端设法兰与外头盖侧法兰内侧面凹型或梯型密封面连接并密封，另一端设法兰或其他结构与浮头管板原凹型槽及其垫片或外圆密封2。1.3浮头换热器的特点浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。管束在使用过程中由温差膨胀而不受壳体约束，不会产生温差应力。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行

9、中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件2。1.4固定管板式换热器简介下面是一个固定管板式换热器结构图：图1-1 固定管板式换热器结构图 1-封头；2-管箱接管；3-管箱法兰；4-垫片；5-管板；6-筒体法兰；7-补偿圈；8-筒体；9-折流板；10-换热管；11-拉杆；12-鞍座；13-分程隔板固定管板式换热器的两端管板和壳体制成一体，当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。固定管板式换热器结构简单，造价低廉，壳程清洗和检修困难，壳程

10、必须是洁净不易结垢的物料1。固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数1。固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以

11、减少因管、壳程温差而产生的热应力。1.5固定管板式换热器的特点固定管板式换热器的特点有：（1）、旁路渗流较小；（2）、造价低；（3）、无内漏；(4)、固定管板式换热器的缺点是，壳体和管壁的温差较大，易产生温差力，壳程无法清洗，管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低，不适用于壳程易结垢场合2 3。第二章 换热器的主要结构尺寸2.1设计方案固定管板式换热器和浮头式换热器同属管壳式换热器，从操作压力上看，应使气体走管程，冷却水走壳程。但由于冷却水比较容易结垢，若流速太低，将会加快污垢生长速度，使换热器传热能力下降，所以从整体考虑，应使冷却水走管程，干空气走壳程4。2.2确定物性数据定性温度：对于一般气

12、体和水登低黏度流体，其定性温度可取体进出口温度的平均值。故壳程混合气体的定性温度为（）管程流体的定性温度为（）壳程气体在105下的有关物性数据如下：密度 = 763.4 kg/m 定压比热容 = 1.95 kJ/kg 热导率 = 0.112 W/m 黏度 = 8.78×10 Pas冷却水在30下的有关物性数据如下：密度 = 995.7 kg/m定压比热容 = 4.174 kJ/kg 热导率 = 0.618 W/m 黏度 = 8.01×10 Pas换热器的设计，首先要根据生产工艺条件的要求，通过化工工艺计算，确定换热的传热面积，同时选择管径、管长、决定管数、管程数和壳程数.

13、2.3估计传热面积2.3.1 热流量根据，有 2.3.2 平均传热温差先按纯逆流计算，根据,有2.3.3 传热面积 由于壳程气体的压力较高，故可选取较大的K值。假设 K=320W/(k)则估算的传热面积为2.3.4 冷却水用量2.4工艺结构尺寸管径和管内流速选用252.5较高级冷拔传热管，取管内流速=1m/s管程数和传输管数 因为换热管的换热是依靠传热管构成传热面来进行，所以管子的尺寸、形状对传热有很大影响。同时。管子的大小。管子的排列对清洁污垢非常重要4。 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数 （根） 按单管程计算，所需的传热管长度为根据本设计实际情况，采用非标设计，现取传热管长=8m，则

14、该换热器的管程数为 （管程）传热管总根数（根）平均传热温差校正及壳程数平均温差校正系数按单壳程，双管程结构，查温差校正系数图，有平均传热温差平均传热温差由于平均传热温差校正系数大于0.8，同时壳程流体流量较大，故取单壳程合适4。壳体内径传热管排列和分程方法采用组合排列法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距，则t=1.2525=31.2532（mm）隔板中心到离其最近一排管中心距离各程相邻管的管心距为44mm壳体内径采用多管程结构，取管板利用率=0.75，则壳体内径为 按卷制壳体的进级档 ，可取D=600mm 折流板在换热器中设置折流板，可提高壳程内流体的流速和加强湍流强

15、度，从而提高传热效率，是强化传热的一种结构.常用弓形形折流板.根据经验，折流板间的间隔不大于壳体内径，最小为壳内径的0.2倍.板间距太大湍流强度会不够，太小则增加了流动阻力.采用弓形折流板，去弓形之流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为 h=0.25×600=150mm取折流板最小间距B=0.2D，则B=0.2×600=120mm，可取B为200mm。折流板数目(块）本换热器换热管外径为25mm，故其拉杆直径为16mm拉杆数量不得少于4。接管壳程流体进出口接管：取接管内气体流速为=0.9m/s，则接管内径为圆整后可取管内径为150mm管程流体进出口接管：取接管内

16、液体流速=1.3m/s，则接管内径为圆整后去管内径为200mm2.5换热器核算热流量核算壳程表面传热系数用克恩法计算4，有当量直径，有壳程流通截面积壳程流体流速及雷洛数普朗特数Pr=黏度校正 2.5.2 管内表面传热系数 管内表面传热系数管程流体流通截面积管程流体流速普朗特数 污垢热阻和管壁热阻取管外侧污垢热阻管内侧污垢热阻碳钢在该条件下的热导率为48w/(m.K),则管壁热阻为 传热系数传热系数有：传热面积裕度计算传热面积Ac为 该换热器的实际传热面积A为该换热器的面积裕度为为保证换热器操作的可靠性，一般应使传热面积裕度大于15%20%，传热面积裕度和适，该换热器能够完成生产任务。平均温差壁

17、温计算因为管壁很薄，而且壁热阻很小。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15，出口温度为40计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧污垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应该按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，有式中液体的平均温度和气体的平均温度分别计算为传热管平均壁温壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=105。壳体壁温和传热管壁温之差为（）。虽然该温差较大，但由于换热管各部件所用材料不同，没有校核热应力

18、，无法确定固定管板式换热器是否需要设温度补偿装置。用浮头式换热器则无需温度补偿装置。5换热器内流体的流动阻力管程流体阻力：由Re=24886，传热管对粗糙度0.2/20=0.01，查莫狄图得，流速m/s, kg/m³（Pa）（Pa）（Pa）换热器允许阻力范围是，管程流体阻力在允许范围之内。当壳程装上折流板后，流体在管外流动为平行流和错流的耦合。尽管管束为直管，但流动却变得复杂化。由于制造安装公差不可避免地存在间隙，因而会产生泄漏和旁流，而流体横向冲刷换热管引起的旋涡，也使流动变得更加复杂。由于流动的复杂性，要准确地分析影响这种复杂流动的各种因素，精确地计算压力降是相当的困难。但我们可

19、以大致的算出数值，以判断是否合理。壳程阻力按式计算，且流体流经管束的阻力流体流过折流板缺口的阻力总阻力由于壳程流体的操作压力较高，壳程流体的阻力也比较适宜。换热器主要结构尺寸和计算结果换热器主要结构尺寸和计算结果见表2-1：表2-1 换热器主要结构尺寸工艺计算的主要目的是计算出其换热面积，选出相应的换热器型式，因此，接下来应该是进行换热器的结构设计以及强度计算。第三章 固定管板式换热器的设计在确定换热器的换热面积后，应进行换热器主体结构以及零部件的设计和强度计算，主要包括壳体和封头的厚度计算、材料的选择、管板厚度的计算、浮头盖和浮头法兰厚度的计算、开孔补强计算，还有主要构件的设计（如管箱、壳体

20、、折流板、拉杆等）和主要连接（包括管板与管箱的连接、管子与管板的连接、壳体与管板的连接等）4，具体计算如下。3.1壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，选择16MnR为壳体与管箱的材料。16MnR是低碳低合金钢，具有优良的综合力学性能和制造工艺性能，其强度、韧性、耐腐蚀性、低温和高温性能均优于相同含碳量的碳素钢，同时采用低合金钢可以减少容器的厚度，减轻重量，节约钢材6。3.2结构设计 接管由工艺计算结果选择接管型号，可知壳体接管为，管箱接管为，经强度校核，知管箱不需要补强，壳体需要补偿圈补强，补偿圈补强宽度为B

21、=300mm。由圆筒直径为600mm，可取接管伸出长度壳体接管安装位置距离端面最小尺寸为：管板厚度b=89mm，但固定管板式换热器是管板延长兼做法兰，考虑到结构的特殊性，取b=104mm 为焊缝考虑，C3倍壳体壁厚，且不小于50到100mm，取C=80mm 管箱接管安装位置距离端面最小尺寸为： 法兰高度接管外径为焊缝考虑，C3倍壳体壁厚，且不小于50到100mm，取C=60mm分程隔板由GB151表6知，分程隔板最小厚度为，取在管板上，分程隔板槽深为6mm，槽宽为12mm折流板管壳式换热器一般选用弓形折流板，折流板间距及切口高度在工艺计算中已知折流板与壳体间隙查表知，固定管板式换热器间隙为4.

22、5mm折流板厚度为4mm折流板管孔直径为25.8mm一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口管，其余折流板按等距离布置。靠近管板的折流板与管板间的距离l应按下式计算：l=B+CB为补偿圈宽度，B=300mm考虑焊缝影响，C取80mm则l=B+C=300+80=380mm，考虑到折流板的分布，结构调整为400mm 固定式所需折流板数目为（换热管长-两管板厚度-前后端折流板离管板的距离）=（8000-2×104-2×400）/20035，取折流板36块。则每块折流板相距d=（换热管长-前后端折流板离端面的距离）/35=194mm垫片选择管箱垫片根据管程操作条件（循环水压力

23、0.4MPa，温度30）选择石棉橡胶垫圈，垫片内径，垫片外径，厚度为3mm卧式支座的选择由于管筒长度时，取，即40005600mm 需满足要求 ，由前面计算知，查JB4712知，且：由于，取C为80mm取为5000mm， 查JB/T4712-92选择鞍座的型号为：DN600、120°包角重型带垫板鞍式支座。3.3强度的计算筒体壁厚计算由工艺设计给定设计温度105，设计压力=7MPa，选低合金结构钢板16MnR卷制，材料105时的许用应力=163MPa，取焊缝系数，腐蚀裕度，则计算厚度设计厚度名义厚度，为方便焊接，可取=20mm有效厚度水压试验压力所选材料的屈服应力水压试验压力校核15

24、0.2MPa<0.9,水压强度满足要求气密试验压力，故也满足要求7.封头、短节厚度计算由于换热器形式不同，固定管板式换热器前后端管箱相同，皆为固定管箱，采用延长部分兼做法兰的管板，法兰设计压力为=0.4MPa。由工艺设计给定设计温度30，设计压力=0.4MPa，选低合金结构钢板16MnR卷制，材料30时的许用应力=170MPa，取焊缝系数，腐蚀裕度，则计算厚度，设计厚度名义厚度，考虑到开孔补强，取=10mm有效厚度水压试验压力所选材料的屈服应力水压试验压力校核4.2MPa<0.9,水压强度满足要求气密试验压力，故也满足要求管箱封头取用厚度与短节相同，取=10mm5 8 9。查JB/

25、T47462002钢制压力容器用封头可得封头的型号参数如下 表3.1 DN600标准椭圆形封头参数DN(mm)曲面高度(mm)直面高度（mm）厚度(mm) 6001504010开孔补强计算由于壳程流体和管程流体的进出，不可避免的要在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。补强判别：根据GB150表8-1，允许不另行补强的最大接管外径是，本设计开孔外径分别为219mm，159mm，因此需要另行考虑其补强。管箱短节开孔补强的校核：开孔补强采用等面积法补

26、强，由工艺设计给定的接管尺寸为，考虑实际情况选20号热轧碳素钢管，。接管计算壁厚管子有效壁厚开孔直径接管有效补强宽度接管外侧有效补强高度需要补强面积可以作为补强的面积为接管补强的强度足够，不需另设补强结构。壳体接管开孔补强校核：开孔补强采用等面积法补强，有工艺设计给定的接管尺寸为，考虑实际情况选20号热轧碳素钢管，mm。接管计算壁厚管子有效壁厚开孔直径接管有效补强宽度接管外侧有效补强高度需要补强面积可以作为补强的面积为尚须另加的补强面积为补强圈厚度考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为10mm，但为方便于制造时准备材料，补强圈名义厚度可取筒体厚度20mm。则另行补强面积为同时计及焊缝面积后

27、，该开孔补强的强度足够。为使制造方便，取补强圈B=300mm9 10。固定管板计算固定管板计算采用BS法假定管板厚度b=80mm总换热管数量n=228一根管壁金属的横截面积为 开孔强度削弱系数（双程）两管板间换热管有效长度（除掉两管板厚）估取7850mm 计算系数按管板简支考虑，依K值查图筒体内径截面积筒体壳壁金属的横截面积 管板上管孔所占的总截面积系数系数壳程压力，管程压力当量压差壳壁平均温度管壁温度装配温度筒体的线膨胀系数管子的线膨胀系数管子材料的弹性模数通体材料的弹性模数筒子与筒体的刚度比换热管与壳体的总膨胀差最大压差管板采用16Mn锻，换热管采用20号碳素钢， 管板最大应力： 管子最大

28、应力： 或 管子、管板强度校核:管板计算厚度满足强度要求，考虑管板双面腐蚀，取隔板槽深取6mm，实际管板厚为89mm。同时，可知换热器并不需要设置膨胀节补偿。至此，固定管板式换热器计算结束，图3-1是由以上数据画出的装配图： 图3-1 固定管板式换热器装配图第四章 浮头式换热器的设计4.1壳体和管箱材料的选择由于所设计的换热器属于常规容器，并且在工厂中多采用低碳低合金钢制造，故在此综合成本、使用条件等的考虑，选择16MnR为壳体与管箱的材料。4.2结构设计浮头管板及钩圈法兰结构设定选择B型钩圈，形状如4-1图所示，查GB151中中表14，表15，有=4mm垫片宽度=10mm浮头管板外径与壳体内

29、径间隙=3mm，则浮头管板密封面宽度外头盖内直径浮头管板外直径浮头法兰和钩圈的内直径：浮头法兰和钩圈的外直径螺栓中心圆直径图4-1 浮头管箱结构示意图接管由工艺计算结果选择接管型号，可知壳体接管为，管箱接管为，经强度校核，知管箱不需要补强，壳体需要补偿圈补强，补偿圈补强宽度为B=300mm。由圆筒直径为600mm，可取接管伸出长度壳程接管安为焊缝考虑，C3倍壳体壁厚，且不小于50到100mm，取C=80mm法兰宽度为H=160mm壳体接管安装位置距离端面最小尺寸为： 对于左边管箱： 法兰高度接管外径为焊缝考虑，C3倍壳体壁厚，且不小于50到100mm，取C=60mm管箱接管安装位置距离端面最小

30、尺寸为：分程隔板由GB151表6知，分程隔板最小厚度为，取在管板上，分程隔板槽深为6mm，槽宽为12mm折流板管壳式换热器一般选用弓形折流板，折流板间距及切口高度在工艺计算中已知折流板与壳体间隙查表知，固定管板式换热器间隙为4.5mm，浮头式换热器为5.5mm折流板厚度为4mm折流板管孔直径为25.8mm一般应使管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口管，其余折流板按等距离布置。固定端离端面的距离,结构调整为630mm浮头端离端面的距离:浮头式所需折流板数目为（换热管长-前后端折流板离端面的距离）=（8000-630-700）/20032，取折流板32块。则每块折流板相距d=（换热管长-前后端折

31、流板离端面的距离）/32=209mm管箱结构设计选用B型封头管箱，因为换热管直径较大，且为二管程，其管箱最小长度可不按流通面积算，只考虑相邻焊缝间距离计算。可取管箱长度为650mm。垫片选择（1）管箱垫片根据管程操作条件（循环水压力0.4MPa，温度30）选择石棉橡胶垫圈，垫片内径，垫片外径，厚度为3mm(2）外头盖垫片根据壳程操条件（干空气压力7.0MPa，温度105）选择缠绕式垫片,垫片，厚度为4.5mm(3)浮头垫片根据管壳程压差，气体温度确定垫片为金属包石棉垫，以浮头管板结构确定垫片结构尺寸为694mm（574mm内径），厚度为3mm。卧式支座的选择由于管筒长度时，取，即4000560

32、0mm需满足要求 ，由前面计算知，查JB4712知，且：由于，取C为80mm取为5000mm， 查JB/T4712-92选择鞍座的型号为：DN600、120°包角重型带垫板鞍式支座。4.3强度的计算筒体壁厚计算由工艺设计给定设计温度105，设计压力=7MPa，选低合金结构钢板16MnR卷制，材料105时的许用应力=163MPa，取焊缝系数，腐蚀裕度，则计算厚度设计厚度名义厚度，为方便焊接，可取=20mm有效厚度水压试验压力所选材料的屈服应力水压试验压力校核150.2MPa<0.9,水压强度满足要求气密试验压力，故也满足要求封头、短节厚度计算浮头式换热器的设计与固定管板式不同，一

33、端为固定管箱，与固定管板式换热器相近，一端为浮头管箱 8。图4-2为封头示意图。（1）固定管箱的计算由工艺设计给定设计温度30，设计压力=0.4MPa，选低合金结构钢板16MnR卷制，材料30时的许用应力=170MPa，取焊缝系数，腐蚀裕度，则计算厚度，设计厚度名义厚度，考虑到开孔补强，取=10mm有效厚度水压试验压力所选材料的屈服应力水压试验压力校核4.2MPa<0.9,水压强度满足要求气密试验压力，故也满足要求管箱封头取用厚度与短节相同，取=10mm查JB/T47462002钢制压力容器用封头可得封头的型号参数如下 表4-1 DN600标准椭圆形封头参数DN(mm)曲面高度(mm)直

34、面高度（mm）厚度(mm) 6001504010（2）浮头式浮头管箱短节、封头厚度计算浮头管箱内径D=700mm，由工艺设计给定设计温度105，设计压力=7MPa，选低合金结构钢板16MnR卷制，材料105时的许用应力=163MPa，取焊缝系数，腐蚀裕度，则计算厚度设计厚度名义厚度，为方便焊接，可取=20mm有效厚度水压试验压力所选材料的屈服应力水压试验压力校核,水压强度满足要求管箱封头取用厚度与短节相同，取查JB/T47462002钢制压力容器用封头可得封头的型号参数如下表4-2 DN600标准椭圆形封头参数DN(mm)曲面高度(mm)直面高度（mm）厚度(mm) 7001755020开孔补

35、强计算由于壳程流体和管程流体的进出，不可避免的要在容器上开孔并安装接管。开孔以后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，给容器的安全操作带来隐患，因此压力容器设计必须充分考虑开孔的补强问题。补强判别：根据GB150表8-1，允许不另行补强的最大接管外径是，本设计开孔外径分别为219mm，159mm，因此需要另行考虑其补强。管箱短节开孔补强的校核：开孔补强采用等面积法补强，由工艺设计给定的接管尺寸为，考虑实际情况选20号热轧碳素钢管，。接管计算壁厚管子有效壁厚开孔直径接管有效补强宽度接管外侧有效补强高度需要补强面积可以作为补强的面积为接管补强的强度

36、足够，不需另设补强结构。壳体接管开孔补强校核：开孔补强采用等面积法补强，有工艺设计给定的接管尺寸为，考虑实际情况选20号热轧碳素钢管，。接管计算壁厚管子有效壁厚开孔直径接管有效补强宽度接管外侧有效补强高度需要补强面积可以作为补强的面积为尚须另加的补强面积为补强圈厚度考虑钢板负偏差并经圆整，取补强圈名义厚度为10mm，但为方便于制造时准备材料，补强圈名义厚度可取筒体厚度20mm。则另行补强面积为同时计及焊缝面积后，该开孔补强的强度足够。为使制造方便，取补强圈B=300mm4 5。4.3.4 管板计算浮头式换热器的设计有两个管板，但管板并不相同。（1）固定管板的计算固定管板计算采用BS法假定管板厚

37、度b=80mm总换热管数量n=228一根管壁金属的横截面积为 开孔强度削弱系数（双程）两管板间换热管有效长度（除掉两管板厚）估取7850mm 计算系数按管板简支考虑，依K值查图筒体内径截面积筒体壳壁金属的横截面积 管板上管孔所占的总截面积系数系数壳程压力，管程压力当量压差 管板采用16Mn锻，换热管采用20号碳素钢， 管板最大应力 管子最大应力： 或 管子、管板强度校核:管板计算厚度满足强度要求，考虑管板双面腐蚀，取隔板槽深取6mm，实际管板厚为89mm。（2）浮头管板及钩圈浮头式换热器浮头管板的厚度不是由强度决定的，按结构取，钩圈采用B型，材料与浮头管板相同，设计厚度，定为86mm。图4-2

38、为浮头管板和钩圈示意图。4-2 浮头管板和钩圈示意图浮头盖上无折边球形封头的计算按外压球壳计算。选用16Mn板，封头，封头外侧为105气体，封头内侧为30循环水，取壁温60。假设名义厚度 ，双面腐蚀取，钢板负偏差， 当量厚度mm封头外直径=+=450+25=475mm，计算系数A依据所选16MnR材料、温度、A系数查GB150，图6-5外压圆筒、球壳厚度计算图得B=180计算许用压力，计算值可用至此，浮头式换热器的计算已经完成，图4-3为浮头式换热器的装配图。4-3 浮头式换热器装配图第五章 小结时间如流水，转眼之间我们的毕业设计即将结束。本次设计是大学四年来任务最重，耗时最多，最为重要，然而这次毕业设计让我受益匪浅。在毕业设计即将结束之际，我对这次设计进行了总结。 首先，这次毕业设计对培养我的实际工程能力具有重要意义。通过毕业设计，我把先修课程中所获得的理论知识在实际的设计工作中综合地加以动用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产实践密切地结合起来。这次设计，初步培养了我对压力容器设计的工作能力；树立正确的设计的思想；掌握一些容器设计有基本方法和步骤，为以后进行设计工作打下了良好的基础。另外还使