228DN800二甲液预热设计

1、 DN800二甲液预热设计机械工程学院 装备 04-2 班 王志鹏摘要： 换热器的主要作用是使热量在高温流体与低温流体之间进行传递，从而使流体温度 达到工艺过程规定的指标，以满足工艺上的需要。它在石油、化工、食品、动力以及其他 许多部门都有着广泛的应用。目前应用最为广泛的是列管式换热器，本课题详细介绍了固 定管扳式换热器的设计与制造过程。它以流体的物性参数和生产量及工艺要求为基础，通 过计算和依据相应的系列标准确定了固定管扳式换热器的基本型式。依据GB150-1998钢制压力容器和 GB151-1999管壳式换热器等标准对换热器各零部件结构与强度进行了 设计。固定管板式换热器主要由外壳、封头、

2、管板、拉杆定距杆、折流板、法兰等部件组 成。在加工制造方面，对各部件的加工，对管子与管板的连接、管孔的加工都提出了详细 具体的要求。关键词 : 固定管板式换热器；管壳式换热器；管板；法兰；折流板， chemical ， food ，power as ， the most versatile and widely used this topic ， it is introduced in detail the stationary tubessheet exchangers 。 parameter and its productivity and theAbstract ： Heat excha

3、ngers are equipment primarily for transferring heat between hot and cold streams 。 Thus enables the streams temperature to reach the standard that technological process stipulates， satisfies the need in the craft。 It hasrequirement ， through calculating and according to the corresponding ， then conf

4、irm the basic pattern of the the stationary tubessheet exchanger 。 According to the standards of the GB150-1998 Pressure vessel Made by Steel and the GB151-1999 the shell-and-tube exchangers design of the every spare parts structure and intensity of the heat exchanger The stationary tubessheet excha

5、ngers is mainly formed by the shell tubesheet , tie rods and spacers , baffles , flange and so on。 In， carrying on thewidespread application in the industries of petroleum well as many other departments 。 At present exchangers are the shell-and-tube types 。 In about the design and manufaturing proce

6、ss of It is based on the stream natural technological series standard； Shell-and-tube exchangers， shell cover the manufacturing process ， we set the detailed and accurate requests in the manufacturing of the parts ， the connecting of the pipe and the tubesheet ， the manufacturing of the cable channe

7、。 key word ： The stationary tubessheet exchangers Tubesheet ； Flange ；baffle绪论本次毕业设计，我设计的题目是固定管板式换热器，换热器是一种实现物料之间热量传 递的节能设备，本说明书是根据毕业设计课题“固定管板式换热器”的整体设计过程编写 而来的。在这次毕业设计中，我得到了张巍老师的精心指导、帮助和大力支持，同时也得 到了设计组同学的许多帮助，在此向他们表示真诚的感谢。.第一章 换热器的发展背景和选型1.1 换热器的发展背景换热器在工、农业的各个领域应用十分广泛，而日常生活中传热设备也随处可见，是 不可缺少的工艺设备之一

8、，因此换热设备的研究备受世界各国政府及研究机构的高度重视， 国内的各研究机构、高等院校对传热理论及高效换热器的研究一直非常重视，在90 年代大量应用的基础上，积累了大量的经验，计算机应用的普及大大提高了工作效率，工艺设计国际间传热水平的距离，国内像 SW6等软件应水平随之提高，一些软件技术的引用，缩短用也比较好。1.2换热器的选型管壳式换热器在化工、石油、动力、冶金、制冷、原子能、造船、食品、医药等工业部 门中有着广泛的应用。如何根据不同的工艺生产流程和生产规模，设计出投资省，能耗低， 传热系数高，维修方便的换热器，对提高工艺设计水平具有十分重要的意义。根据以上介绍选用列管换热器。列管换热器的

9、设计、制造、检验与验收必须遵循中华人民共和国标准“钢制管壳式（既列管式）换热器”（GB151）执行。固定管板式换热器是用焊接的方式将连接管束的管板固定在壳体的两端。它的主要特 点是制造方便，紧凑，造价较低。根据对各种类型的换热器的分析，经过对经济性与安全 性及工艺要求等方面的综合考虑选用固定管板式换器1.3换热管的选择1.换热管规格根据JB/T4715-92标准和介质的污垢系数和腐蚀性等物性系数选择25x2.0的不锈钢钢管作为此换热器的换热管。根据换热面积和标准JB/T4715-92确定管程数为 2管程，管长L=3000mm。2.换热管的数量2换热面积S=89m，取传热面积裕度为 15%，所以

10、总面积 A=1.15 X 89=102.4450 根。N=A/L n d=102.4/3 X 3.14 X 0.0=435为符合排管要求和加工方便，确定换热管数为3.换热管的排列及间距通过在JB/T4715-92标准系列中对换热器的选型管心距t=（1.31.5）d得到换热管的间距为 32mm,第二章固定管板式换热器零、部件工艺结构设计2.1壳体2.1.1筒体材料的确定筒体材料的选择必须考虑到其经济性，实用性, 工性能等多方面因素，对于此设备，设计压力为 16MnR，采用钢板卷制而成，16MnR钢板标准为 的许用应力为：以及材料本身的抗腐蚀性能和机械加1.8 MPa,在设计方案中已确定筒体材料为

11、GB6654在设计温度t=150C时，查取16MnR厚度5dboSdt16-16mm510 MPa345MPa170 MPa的许用应力2.1.2筒体厚度的计算PcDi表 2.1 16MnR1.筒体厚度计算式为右= t2可- Pc对于此固定板式式换热器，根据其筒体内直径的范围检测，取 =0.85 假设 5 =6-16mm,即d =170 MPa1.8X800,采用单面焊双面成形，局部无损& = 5.01mm2咒170 0.85-1.8设计厚度5 d的确定，设计厚度是计算厚度与腐蚀裕度量G之和,钢板的计算厚度：这里取腐蚀裕量C2=2mm所以计算厚度 5 d=5.01+2=7.01mm。钢板的名义厚

12、度：取其名义厚度为10mm即5 n=10mm钢板的有效厚度：其有效厚度为名义厚度减去腐蚀裕量与钢板厚度负偏差。de = dn - C 1- C 2=10-0.25-2=7.75mm设计温度下圆筒的计算应力t Pc（Di 空） c =26代入数值有八停叶7.75） =93.80M Pa2x 7.75crt值应小于d * 即 93.80MPa170X 0.85=144.5 MPa 满足要求。设计温度下圆筒的最大允许工作压力p胪 2讥切0=27570285=2.77皿 Pa （Di 弋）800 +7.752.筒体水压试验校核:筒体水压试验压力Pt=i.25Pen式中 旦 取各元件许用应力比的最小值，

13、通过比较知，筒体的应力比最小170故 P t=1.25 X 1.8 X =2.34 MPa163为使液压试验时容器材料处于弹性状态，在压力试验前必须按下式校核试验时圆筒的薄膜应力（T T=代入数值.T= 2.3恥（8 + 7.75）=i2i.9m Pa2X7.75121.9 MP a c7.94c0561x()2 卩 &0.450=71.2 MPa合格管板材料在设计温度下的许用应力=142MPa(T r W 1.5 d 卩七=1.5 X 147=220.5MPa2管板布管区周边处径向应力b =亜r 1 - +(厲m)( )2卩m 2m右2(72 -1.59) “800) 2=125.9MPa

14、2x1.5950(T t 056lx(型)2=117.9 MPa4 60.450br 3 d Jpt =3 X 147=441MPa合格_ 2管板布管区周边处径向应力cr=也和1+ J(运-m)(P)2卩m 2m6-O.561 泗5%.04 沖-四J0-1.299)鰹)2=194.9M Pa1.299 2X1.29950合格管板布管区周边剪切应力中=独 3(虫)=0.561咒20.03X0.0496X) = 20.2MPa卩 50.4500.4可兰 3 d pt =3 X 147=441M Pa合格合格中 c20.03x(-42)=-10.32MPa合格Cf 3 T pt =441MPa壳体圆

15、筒轴向应力，沁 Pa = 502400.0.561+0.22%20.03=44.06mPa As Q+G2 254342.75+3.4CTc * T ct=3X 0.85 X 159=405.5MPa 合格换热管轴向应力Tt=1(P cJQ Pa)=023(1.8；5T3：.7q0.03)=-31.8M Pa(T t (T cr=67.3MPa合格=旦竺凹兰一16 7MPa 3.14X25X3.5合格q=PaTidolq w 0.5 T ! =0.5 X 111=55.5MPa结论：第二种计算工况全部应力合格.(C)第三种计算工况：Ps=0.0MPa Pt=1.8MPa不记入热膨胀差。换热管与

16、管板连接拉脱力Y=0.0 ; PYE； =0.0当量组合压力 Pc=Ps-Pt(1+ 3 )=-1.8(1+0.2307 ) =-2.21MPa管板径向应力or =环3虫(匕)2=0.02“116)X0.561or 1.5 T pt =1.5 X 147=220.5MPa合格x(-800) 2=83.3MPa0.450管板布管区周边处径向应力,/Pa rr1=0.561咒(-冥 001_込-1.09 合格 管板布管区周边剪切应力中=罕0.4or兰 1.5 (T pt =220.5MPa上+竺e_m)()2m 2m020.457(込 +i.09)P(-800) 2=87.6MPa50+2X(_1

17、.O9)巾兰0.5 T pt =0.5 X 147=73.5MPa壳体法兰应力 Of YMwsiPaCD;)2 =102.5MPa卩咼=0.561一11.6)“.027汽(遊)“.36MPa60.450合格0.4壳体圆筒轴向应力A P BcDC = X PaAs Q +G2合格of 1.5 T pt =220.5MPa=50240, O.561-回咒 20.03 = 44.06M Pa254342.75+3.4cAx Pt+2 卩 5024008561 一0.034)11.6) =55.74 MPaAsQ+G2254342.75+3.4oc* T ct=0.85 X 159=135.15MPa

18、合格换热管轴向应力d t=丄(Pc-G2g Pa) =1(-2.21-3.4+0.34x2.75x(_11.6) =16.4P Q+G20.23072.75+3.4MPa合格d t w 1.0 d 111=111MPa换热管与管板连接拉脱力Ota16.4x144.4 口q= =8.5M PaJldol3.14X25X3.5合格qw 0.5 d tt =0.5 X 111=55.5MPa 结论:第三种计算工况全部应力合格(d)第四种计算工况：Ps=0.0MPa Pt=1.8MPa记入热膨胀差。 设定换热器组装温度为20 Ca t=17 X 10-6mm/(mmC )aa s=12.20 X 10

19、- mm/(mmC )管板径向应力or =erPaZ(2)2=0.11X(0.96)咒巴“型吃-彳了卫MPa卩 50.450合格换热管在金属温度下的热胀系数 壳体在金属温度下的热胀系数or 3 d pt =3 X 147=441MPa管板布管区周边处径向应力cr兰 3 d pt =441M Pa/PaEp 兰 1.5 d pt =0.5 X 147=73.5MPa壳体法兰应力cf =YMwsAPa(2)24f管板布管区周边剪切应力cr=亜 5r1 - +邑(72 - m)(2) 2=72.9MP4m 2m6合格Dt0.561X(0.96),723.6、p() =x-0.13x() =-6.0

20、4MPad0.450合格=-x10.75x(-0.051)咒0.561X(0.96)X(800) 2=-61.78MPa449cf 3 d pt =441MPa合格壳体圆筒轴向应力氏呛wQ1G)p 旬=黯迤1.98+0147心2)=30.23 Pa合格bCcL=260 X260选用厚度为3mm的不锈钢钢板。4.6支座1.支座的结构因为本换热器是卧式容器，所以优先选用鞍式支座。鞍式支座通过标准(JB/T4712-1992)进行选取：根据工艺参数和设计要求选型如表表4.1鞍座的形式形式重型BIV159900弯制，120。包角,带垫板,两块筋板代号适用公称直径采用固定F型和滑动S鞍式支座各一个，靠近

21、管箱侧为固定型。两支座应设置在换热器长 度范围内的适当位置，鞍座标记为JB/T4712-1992,鞍座BIV800F。支座强度计算支座的材料选取根据工艺要求与安全性及经济性.鞍座材料选用Q235-C(GB3724), d=125MPa垫板材 料与筒体材料相同，选用16MnR(GB6654), d=159MPa鞍座负荷验证换热器总质量 m=m1+m2+m3+m4+m5DN=800mm n=10mm勺筒节，一米高筒体的质量为 q1=200kg/m。$ 25X 2.5的换热管质量为 q4=1.387kg/m.P N2.5M Pa,DN800mm,两管程的管板质量 m3=199kg。椭圆型封头 EHA

22、-800X 10-16MnR质量 q2 为 59.3kg。所以 m=600+228+398+1872+800=3898kgF=mg =3898 X 9.81/2=19119N2每个鞍座承受19119N负荷，因此鞍座符合要求。4.7垫片及紧固件垫片的选择垫片的选择主要综合考虑操作介质的性质、操作压力、操作温度以及需要的密封的程 度，为对焊长颈法兰且法兰材料为16Mn设计压力为1.8 MPa,所以选用非金属软垫片中的石棉橡胶垫片(GB/T3985) 标记为：垫片 800-2.50JB/T4704-2000 具体参数见JB/T4719-1992。紧固件选择根据法兰、垫片、螺柱和螺母材料相匹配的原则和

23、公称压力依据钢材标准GB/T 699选择螺柱的材料为 40MnB ,螺母的材料 40Mn ,查标准JB/T4707-2000。选A型等长双头螺 柱。螺柱标记为螺柱 M24X 180-A JB/T 4707-2000 。总结固定管板式换热器作为目前应用最广泛的列管式换热器中的一种具有着具有选材广 泛、可靠性高、适应性广等优点，通过前面的研究我们知道固定管板式换热器两端管板， 采用焊接方式与壳体连接固定。此固定管板式式换热器的设计，制造及检验是严格按照GB151-1999管壳式换热器进行设计，制造及验收，并接受压力容器安全技术监察规程的监察，在整个的设计过程中始终按照各种标准的要求，并最终符合GB

24、151-1999管壳式换热器的规定。对于非标准件 , 严格按照有关规定中的计算方法计算与校核, 经过反复计算与校核 , 使其符合标准中的规定 ,并满足生产量的要求。参考文献1GB151-1999 管壳式换热器2JB/T47004707-2000 压力容器法兰JB/T4746-2002钢制压力容器用封头HG20581-1998 钢制化工容器材料选用规定HG20583-1998 钢制化工容器结构设计规定TCED41002-2000 化工设备图样技术要求JB4726-94 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件李功祥、陈兰英、崔英德主编 . 常用化工单元设备设计 . 华南理工大学出版社 .2003朱有庭等编、曲文海、于浦义主编 . 化工设备设计手册 . 化学工业出版社 2004akgj.1*x =21111065=-D *H-l J註.;i F 二恪r二亍、 Ay: -r 0.二n*