【固定管板式换热器设计11000字（论文）】

固定管板式换热器设计目录1绪论 11.1课题研究背景及目的 11.2设计主要流程 11.3换热器介绍 21.4固定管板式换热器结构简介 32换热器工艺设计及计算 72.1初始数据表 72.2设计方案 72.2.1换热器类型的选择 72.2.2流速的选择 72.2.3结构类型 82.3估计传热面积 82.3.1原油的流量 82.3.2热流量 82.3.3对数平均温差 82.3.4传热面积 92.4工艺结构尺寸 92.4.1管径管内流速及管长 92.4.2管程数和传热管数 92.4.3壳体内径 92.4.4折流板 102.4.5其他附件 112.5换热器核算 112.5.1管程数据计算 112.5.2管程流体阻力 112.5.3管程对流传热系数 132.5.4壳程数据计算 132.5.5壳程流体阻力 142.5.6壳程对流传热系数 152.5.7污垢热阻 152.5.8总传热系数 162.5.9壁温计算 163结构设计 183.1筒体壁厚的计算 183.2管箱厚度计算 193.2.1封头厚度计算 203.2.3管板计算 223.3接管和接管法兰 223.3.1壳程接管开孔补强的校核 233.3.2管程接管开孔补强的校核 243.3.3壳程接管位置 253.3.4管箱接管位置 263.4支座 274强度计算以及校核 284.1膨胀节的判断 284.2管板计算 304.3壳程压力下的危险组合 354.3.1不计膨胀差 354.3.2计入膨胀差 374.4管程压力下的危险组合 394.4.1不计入膨胀差 394.4.2计入膨胀差 414.5鞍座校核 43结论 45参考文献 46PAGE441绪论1．1课题研究背景及目的换热器是某些化工企业生产经营中的重要辅助设备，传热设备广泛应用于海水淡化、石油精炼等行业的行业中，它也可以作为单独加热器、冷却器使用。换热器的主要功能是使热量通过传递由温度较高的介质传到温度较低的介质，使流体的温度指数达到工艺方向上的规定，满足工业生产上的需求。石化、医药、资源等工业或者轻工业生产，普遍需要加热低温介质或者冷却高温介质。这些过程和传热的联系非常密切，通过使用换热设备完成这些需要。在化工厂的设备里，换热器的投资占总投资的10%到20%；在炼油厂中，约占设备总投资的35%到40%；海水淡化过程中需要大量的换热设备。近20年来，热交换器被广泛应用于能源转换、储存、回收和利用新能源及污染物的管理中[1]。在换热器节能技术大发展的环境下，换热器的应用领域也更加广泛，各行各业都需要换热器来帮助生产或者降低成本，热交换器的利用通过对于热量回收给公司带来了非常大的经济效益。换热器的重要之处在于国民经济和工业生产中不可或缺，它的应用非常普遍，伴随着新技术，新材料，现代社会经济发展和能源资源紧缺危机的到来，每个国家都非常重视石油化工的加工和综合高效利用，随之而来的是换热器面临着更加严峻的机遇。换热器的性能对热量的利用，整套设备或者系统运行的经济性起着非常大的作用，有时候甚至起着决定性作用。热交换器发展了非常多的种类，不同种类的换热器有着不同的特性，因此不同种类的换热器它们的优缺点是不同的。管壳式换热器是属于表面式换热器的一类，是换热器中使用最广的一种，它虽然在传热效率、结构的紧凑性和单位传热面积金属消耗量等方面不如一些新型的高效紧凑式换热器，但它结构坚固、可靠性高、易于制造、适应性广、生产成本低、处理能力大、选用的材料范围广、能承受较高的操作压力和温度、换热表面的清洁比较方便。在高温、高压和大型换热器中，管壳式换热器仍具有绝对优势。管壳式换热器主要又分为：固定管板式换热器、U型管式换热器、浮头式换热器等，而固定管板式又是管壳式换热器是使用最为广泛的一种，具有结构简单，管程清洗方便等特点[2]。1.2设计主要流程本次设计第一步是搜集资料，通过学校图书馆查找相关文献，以及网上资源下载的方式，在收集到了足够的资料后着手进行下一步操作，通过对于换热器的了解，了解到它的具体工作原理后，首先考虑设计过程中需要注意的影响因素，接着理解固定管板式换热器的具体结构，以及零部件的类型，以及作用原理。对于换热器内的各个主要部件的类型做出描述后，对于在设计过程中遵循的标准进行了一定的介绍，在完成了绪论部分后。接着由给定的设计要求确定了设计方向，对于冷热流体的走向、流速、传热管的排布方式以及管径的大小等得出了初步的结论。然后便开始热力计算，对与柴油的流量、总热流量和传热面积进行计算。紧接着通过对于工艺的结构计算确定下了传热管的管长、传热管根数、壳程数、管程数、壳体内径、折流板数以及接管内径等。最后进行了换热器的总传热系数和流体阻力的计算完成了整个换热器的热力校核计算。然后对于筒体、封头、管箱接管法兰、固定管板等的选材和强度进行校核，第一步确定了接管法兰、接管以及支座的尺寸，接下来就是对于是否需要膨胀节和接管补强的判断，依据了国标上的判断依据得出结论后，完成了换热器的整体强度计算及校核。紧接着对于换热器的主要零部件进行了汇总，得出了设计的结论。1.3换热器介绍换热器是一种用于在两个或多个流体之间、流体与固体之间的热传导的装置，或是固体颗粒的热接触的装置，它能够对于热量进行传递是热量从一个介质传递到需要的另外一个介质上。它广泛应用于化工、炼油、食品、轻工、能源、机械等许多工业部门。在工业生产中，在不同的工作条件、用途、材料特性等影响因素下，有各种各样的换热设备，换热器的种类繁多。本次设计主要是对于固定管板式换热器的设计，管壳式换热器属于间壁式换热器，它是通过间壁将需要交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量从热流体通过间壁传递给冷流体。这种换热器是一种应用最广泛的换热器。它的大致结构是在一个或者是多个的圆筒形的壳程中安置传热管，该传热管的两端或者一端要固定于管板上面，主要通过焊接，其中管子上的轴线要和壳体上的轴线相平行。这是为了增加管内流体的流动和支撑，改善传热的性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和定距管将折流板和管子组装在一起。换热器的壳体和两侧的端盖上装有流体的进出口，也有根据要求在其上装设检查孔，为安置测量仪表用的接口管、排气孔和排液空等。管壳式换热器它虽然在传热效率上不高，结构的紧凑性低和单位传热面积以及金属消耗量等方向上比不上一些新型发展起来的换热器，但它也有明显的优点，如可靠性高、结构坚固、易于制造、适应性广、生产成本低、处理能力大、选用的材料范围广、能承受较高的操作压力和温度、换热表面的清洁比较方便等。在高温、高压和大型换热器中，管壳式换热器仍具有绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器[3]。根据管壳式换热器的结构特点，分为固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、填料函式换热器和釜式重沸器五类。在本设计论文中是对固定管板式换热器的设计计算，以及对于固定管板式换热器的理解，主要介绍固定管板式换热器。1.4固定管板式换热器结构简介固定管板式换热器由管板、法兰、管箱、筒体、传热管等零件组成，管束连接在管板中，管板和壳体之间焊接，管束两端用胀接或焊接的方法将管子固定在管板上，壳体进出口管直接焊接在筒体上，管板外圆周和封头法兰直接用螺栓紧固，管程的进出口管直接焊接在管箱上，管束内根据换热管长度设置多块折流板，这类换热器的管程可以用隔板分程多个程数。固定管板式换热器的优点是结构简单、紧凑，并可以承受较高的压力，造价低，管程的清洗方便，管子损坏的时候易于堵管或者更换；缺点是当管束和壳体的壁温或者材料的线膨胀系数差别较大时，壳体和管束中的热应力较大。这种换热器适用于壳侧介质比较清洁而且不容易结构并能进行清洗，管、壳程两侧的温差较小或温差较大但是壳侧的压力不高的场合[4]。为了减少热应力对于换热器的影响，通常在固定管板式换热器中安置柔性元件（比如膨胀节或挠性管板等），通过柔性元件来吸收热膨胀差。在管壳式换热器的基本设计方法中，首先要保证在满足工艺过程要求的前提下，使其达到安全和经济的目标。换热器的设计它的主要任务有数据设计、结构设计、传热计算和压降计算等。设计同时包括了传热管的排列、传热管的支承结构、管程数、管长、壳体形式、换热器类型、冷热流体流动通道等工艺计算和壳体、封头、管板等零部件的结构、强度设计计算。换热器的工艺设计计算依据设计任务的不同可以分为设计计算和校核计算，包括换热面积的计算与选型两方面。普遍情况下由已知的冷流体和热流体的物性和处理量，进出口压力和温度由工艺方面的要求来确定。在设计计算中需要选择或确定的有三大类数据：结构数据、物性数据和工艺数据。设计计算是通过对于已知的数据来计算换热器的传热面积，从而来具体决定换热器所需要的各种结构，可以由此来选定已经有的标准换热器；而校核计算则是通过对已有的各种数据进行核定，校核能够确定它是否满足预定的要求。在管程结构当中，传热管占了整个换热器的主要重量，换热管它除了光管之外还有各式各样的强化传热管，例如翅片管、螺纹管、螺旋槽管等。当传热管内外两侧的热系数比较大时，翅片管的翅片布置应首先在给热系数较低的一侧。换热管是具有标准的尺寸的钢管，主要分为无缝钢管和不锈钢管。本次设计主要选用无缝钢管，在设计换热器的时候，采用小管径的换热管，能够使传热系数提高、单位面积的传热面积增大、金属耗量减少、结构紧凑。通过简单的估算，将同直径换热器的换热管尺寸由φ25mm改为φ19mm，传热面积便可以增加非常大的部分，同时能够节约五分之一以上的金属。但采用小管径的流体会产生较大阻力，而且不方便清洗，比较容易结垢堵塞。在一般情况下，采用大直径的管子主要用于黏性较大或污浊的流体，采用小管径的管子则主要用于相对较清洁的流体。换热管常用的材料通常有碳素钢、铜、铜镍合金、铝合金、低合金钢、不锈钢、钛等。除上述材料之外，也可使用一些非金属材料，如陶瓷、石墨、聚四氟乙烯等。换热管的排列方式主要有正方形、转角正三角形、正三角形、转角正方形等。正三角形的排列方式能够在相同的管板上排列最多的管数，所以用的比较普遍，但是管外不便于清洗[5]。为便于管外清洗，可采用正方形或转角正方形排列的管束。管板在管壳式换热器的内部是最重要的零部件之一，它的主要作用是排布换热管。将管程和壳程的流体分开，以此来避免冷热流体的混合，与此同时受到管程、壳程的压力和温度的作用。管板在选用材料的时候不仅要考虑力学性能，还要考虑管程和壳程流体的腐蚀性，以及管板和换热器之间存在的电位差对腐蚀的影响。当流体腐蚀较低或者基本没有腐蚀性的时候，管板一般采用压力容器用的碳素钢或者锻件或低合金钢板来制造。当流体的腐蚀性较强时，管板应采用耐腐蚀材料，如不锈钢钛、铝、铜、等。对于厚度较大的管板，为达到降低造价，工程上常采用钛+钢、不锈钢+钢、钛+钢等复合板，或堆焊衬里。在换热器承受高温、高压时，高温、高压对管板的要求是具有矛盾的。增大管板的厚度，管板便可以承受更大的压力，但是当管板两侧的温差较大的时候，沿管板内部厚度方向的热应力会增大；若减小管板的厚度，可以适当的降低它的热应力，但是承压能力会下降一些。而且，在开车和停车的时候，由于厚管板的温度变化较慢，换热管壁厚薄，温度变化较快，所以在换热管和管板的连接处会产生出较大的热应力，大的热应力往往会导致换热管和管板连接的地方发生破坏。因此，在满足强度的要求下，应尽量减少管板的厚度。管板设计时的基本考虑是：把实际复杂的管板简化为承受均匀分布的载荷，置于弹性的基础上并且受到在管孔有平均削弱作用的当量圆板。同时也在这个基础上考虑管束对于管板的挠度有约束作用，但忽略对于管板的转角具有约束作用；管板周边没有布管区域对管板有应力影响，把管板划分成为两个区，即靠近中央的布管区和靠近周边较窄的不布管区；不同结构形式的换热器，管板边缘处具有不同形式的连接结构，根据具体的情况，考虑了壳体、法兰、管箱、封头、垫片等元件对管板边缘转角产生的约束作用[6]；管板兼做法兰时，法兰力矩对管板应力的影响。管板的设计思路包括管板的弹性分析、危险工况、管板应力校核、管板应力调整。在整个设计下来，管板的计算非常复杂，而且计算量也非常大，但是在目前我国已经开发出了过程设备的强度计算的软件，比如说SW6，它在实际工程计算中运用软件设计能够大大缩短设计计算的工作量。管箱位于热交换器的两端，其功能是将流体均匀地分布于各个换热管中，并将流体聚集在一起，并送出热交换器。在多管程换热器中，管箱也能起到改变流体流动方向的作用。管程是流体在管内从端流动到另一端，在管壳和管换热器中，最简单的是单管程换热器。根据工艺设计要求，需要增加传热面积，可用于增加换热器管的长度或管数。换热管的长度受到加工、运输、安装和维护等方面的限制，因此，通常用以增加换热面积，实现换热面积的增加。管板与换热管的连接是管壳式换热器设计，是制造业的关键技术之一，也是换热器事故率最高的部分。因此，换热器管板换热管连接质量的变化直接影响换热器的使用效果和使用寿命。主要用于强度膨胀，强度焊接，膨胀和焊接方法。在壳程结构中主要由壳体、折流板或折流杆、拉杆、防冲挡板、纵向隔板、防短路结构等元件组成[7]。壳体是个圆筒，在筒壁与接管焊接，可以从接管出流入和排出流体。折流板的设置主要是为了提高壳程流体的流速并同时增加湍动，使壳程流体垂直地冲刷管束，以此改善传热，并增加壳程流体的传热系数，用以减少结垢。在卧式换热器中，折流板还能够有支承作用。折流板一般是等间距布置，管束两端的折流板应放置在靠近壳程进出口接管。折流板上的管孔和换热管之间的间隙、折流板和壳体内壁之间的间隙应该符合要求，间隙过大会泄漏严重，对传热不利，还会引起振动；间隙过小，会使安装困难。折流板一般采用拉杆和定距管连接在一起[8]。其他零部件可根据需求来设定或者选用，如折流杆、防短路结构（挡管、旁路挡板、中间挡板）、防冲板、支座、静电接地板、铭牌等。今天的社会是一个不断发展和进步的社会，能源和资源短缺，使人们不得不努力开发新类型的热交换器，高换热器组件的研究模型，各工业部门都在努力发展的大容量和高性能设备，降低设备的投资和成本。在当今化工行业生产环境更为恶劣，介质的腐蚀和毒性也会更加严重，因此新材料的设计和制造也不断增加。在这样一个世界，所有国家都加快了先进的热传输技术和节能技术的发展。中国非常重视加强热传导和热回收利用的研究和开发，在这些领域，发展到不同的工业过程，需要有效的传热设备，以提高经济效益，并取得了丰硕成果。其中，强化传热技术和节能技术是传热技术研究的主要方向。传热强化是提高传热性能的技术，可以提高和改善传热率，通过使用最经济的传热设备传输的热量，也可以通过改善传热系数，增加传热的平均温度差，传热面积扩大，实现[9]。目前，它已被广泛用于在表面的膨胀，以提高热传输的新的管道，如槽管，翅片管，螺纹管，波纹管等。而且还经常通过改变壳侧挡板结构，改变管束支撑结构，减少或消除在滞留死区的壳侧流动和传热，使换热面积能得到充分利用，对壳侧换热效果[10]。2换热器工艺设计及计算2.1初始数据表表1初始数据表管程壳程工作介质流体名称原油柴油流体密度（）715815污垢热阻值()0.00020.0004物性μ（kg/(m·s)）(kJ/(kg·℃))2.482.2λ（W/（m·℃））0.0870.130操作压力正常/最大MPa（G）0.8MPa1.0MPa进/出口操作温度（℃）195/10260/120.1壁温（℃）148.590.05流量22.222.2设计方案2.2．1换热器类型的选择原油进口温度为195℃，出口温度为102℃柴油进口温度为60℃，出口温度为120.1℃选择固定管板式换热器2.2.2流速的选择换热器内流体介质应尽量采用较高的流速，流速高可以提高传热系数，但增大流速又会使流体阻力有明显的增大。换热器内流体应该尽可能使，只有在流体粘度过大时，为避免压降过大，才不得不采用层流流动，初步选定速度为1.0m/s2.2.3结构类型管束采用正三角形排列，正三角形排列方式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，但管外不易于清洗。管程应为偶数程采用小管径，可使单位体积的传热面积增大、结构紧凑、金属消耗量减少、传热系数提高。将同直径换热器的换热管由25mm改为19mm，其传热面积可增加40%左右，节约金属20%以上2.3估计传热面积2.3.1柴油的流量（2-1）2.3.2热流量2.3.3对数平均温差在并流和逆流时，虽然两流体的进、出口温度不变，但逆流时的传热平均温度差比并流要大28%度，故工业生产中多采用逆流换热。故本次设计采用逆流传热（2-2）（2-3）（2-4）求温差修正系数设定管程数为多程，壳程数为单程。按化工工艺手册图15-14（a）求得（2-5）2.3.4传热面积根据流体情况，假定总传热系数K=270W/(m^2.℃)（2-6）2.4工艺结构尺寸2.4.1管径管内流速及管长选用Φ19x2mm的碳钢管作为传热管，管长为6m，管心距定为25mm管内径：(2-8)取管内流速2.4.2管程数和传热管数传热管根数(2-8)根据化工设备设计手册选用6管程，管数则为根，中心排管数38，管程流通面积根据流体情况选择传热管排列方式为正三角形2.4.3壳体内径根据化工设备设计手册(2-9)管心距传热管配置角度对换热器直径的影响系数（45°~90°，CL=1）CTP传热管数对换热器直径的影响系数（CTP=0.85）(2-10)(2-11)根据排管情况决定壳体内径2.4.4折流板本设计采用弓形折流板，其圆缺率为25%左右，采取上下排列，能使液体传热系数增大（通过使液体产生剧烈扰动）。弓形折流板的间距不应小于壳体内径的1/5，且不小于50mm。同时在换热管外径19mm下折流板和支持板的最大间距不得超过1500mm，并相邻两块折流板间距不得大于壳体内直径。因此在壳体内径1000mm下，折流板的间距=315mm。折流板高度:(2-12)设定折流板数目:(2-13)折流板间距：(1)最小板间距，取不小于壳体内径的1/5，且不小于50mm。(2)最大板间距，应保证换热管的无支承长度不超过表2的规定，用作折流时，其值尚应不大于壳体内径表2换热管最大无支撑跨距换热管外径(mm)19253238最大跨距(mm)1500190022002500图1折流板2.4.5其他附件拉杆数量和尺寸按GB151-1999表43和表44选取，由换热管直径为19mm,壳体内径为1000mm，故拉杆直径，拉杆数量10根。2.5换热器核算2.5.1管程数据计算管程流通截面积：(2-14)管程内流体流速：（2-15）雷诺数：（2-16）2.5.2管程流体阻力管程流体的阻力等于流体流经传热管直管阻力和换热器管程局部阻力之和：符号说明：——单程直管阻力；——局部阻力；——串联壳程数；——管程数；——管程总阻力；——管程结垢校正系数；——摩擦系数；——传热管长度，；——传热管内径，；——管内流速，；——流体密度，；——局部阻力系数。设管壁粗糙度：，则，且由，查莫狄图得：(2-17)查有关资料，阻力系数取3。(2-18)查相关资料得，管子规格不同结垢校正因数不同，管子(2-19)在1~100kPa之间，能满足要求。2.5.3管程对流传热系数普朗特数为：(2-20)管内表面传热系数为：(2-21)湍流下的动能校正系数(2-22)当时，2.5.4壳程数据计算壳程流通截面积为：(2-23)壳程流体流速为：(2-24)由于管子采用正三角形排列。当量直径：(2-25)雷诺数(2-26)2.5.5壳程流体阻力符号说明：——壳程总阻力，；——流体流过管束的阻力，；——流体流过折流板缺口的阻力，；——壳程结垢校正系数；——壳程数；——中心排管数；——折流板数目；——折流板间距，；——换热器壳体内径，；——壳程流体横过管束的最小流速，；——管子排列形式对阻力的影响，——壳程流体摩擦因子；管子按正三角形排列，所以有：，,，，。(2-27)管子为正三角形排列，(2-28)流体经过折流板缺口的阻力位：(2-29)(2-30)在10~100kPa之间，能满足要求2.5.6壳程对流传热系数普朗特数：(2-31)由于采用的圆缺形折流板且在之间（2-32）2.5.7污垢热阻由GB151-1999附录F7得管外污垢热阻管内污垢热阻碳钢在该条件下的热导率为50W/m.℃2.5.8总传热系数(2-33)计算传热面积：(2-34)该换热器的实际传热面积:(2-35)该换热器的面积裕度：（2-36）因为满足换热器的要求，换热器操作的可靠性得到保证。2.5.9壁温计算(2-37)冷流体的平均温度和热流体的平均温度(2-38)(2-39)(2-40)(2-41)式中:—热流体进口温度，；—热流体出口温度，；—冷流体进口温度，；—冷流体出口温度，。传热管平均壁温：将已知数据代入（2-37）得：(2-42)式中—热流体平均温度，；—冷流体平均温度，；—管内表面传热系数，；—管外表面传热系数,。壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即壳体壁温和传热管壁温之差为：(2-43)3结构设计3.1筒体壁厚的计算由工艺设计给定：壳程设计温度为90.05℃，设计压力为，选用Q345R(板材)。材料在90.05℃时的许用压力为，根据GB6654-1999表2，取厚度偏差；在无特殊腐蚀情况下，对于碳素钢和低合金钢，不小于1mm,故取腐蚀裕量,焊缝系数。用作换热器圆筒的碳素钢、低合金钢钢管应该采用无缝钢管，符合GB1501998A4.2的奥氏体不锈钢焊接钢管，可用作换热器圆筒。计算厚度：(3-1)有效厚度：对于压力较低的容器，按强度公式计算的厚度很薄，给实际操作带来不便，故对壳体规定了不包括腐蚀余量的最小厚度，对于碳素钢、低合金钢制的容器，最小厚度为3mm，故取。设计厚度：(3-2)名义厚度:圆整(3-3)(3-4)名义厚度取有效厚度：(3-4)液压试验压力：（3-5）所选材料屈服应力：。压力试验允许通过的应力水平T：试验压力下圆筒的应力(3-6)压力试验允许通过的应力水平T：校核结果水压强度满足要求。3.2管箱厚度计算计算厚度：(3-7)(3-8)取设计厚度：(3-9)名义厚度:圆整(3-10)名义厚度取有效厚度：(3-11)液压试验压力：（3-12）所选材料屈服应力：。压力试验允许通过的应力水平T：（3-13）压力试验允许通过的应力水平T：校核结果水压强度满足要求。3.2.1封头厚度计算由于该换热器为单壳程、六管程，故封头选用椭圆形封头，如图2。因它受力分布较均匀，且容易冲压成型。用于制造换热器圆筒或封头的钢板应该符合GB150的规定图2椭圆形封头采用椭圆形封头，根据材料一般厚度范围选用（正火加回火）钢板作为封头材料，查得材料在常温时许用应力为167Mpa，在设计温度148.5℃时为167Mpa标准椭圆形封头厚度计算：(3-14)计算压力:(3-15)材料许用应力:2焊缝接头系数:腐蚀裕度:(3-16)取(3-17)钢板负偏差；名义厚度:圆整(3-18)圆整圆整考虑到封头存在减薄量将名义厚度定为有效厚度：(3-19)水压试验压力：（3-20）水压试验应力的校核：(3-21)，校正结果水压强度满足要求。按JB/T4746-2002，公称直径小于等于2000直边段长度为25，大于2000直边段长度为40。与设计压力无关。因此封头为，根据标准选取曲面高度，直边高度3.2.3管板计算管板与换热管采用胀接，根据钢制列管式固定管板换热器结构设计手册在胀接下管板的最小有效厚度为，但包括腐蚀裕量在内不应小于20mm表3固定管板延长部分兼做法兰尺寸表公称直径b螺孔规格螺栓孔数10001190109099610421000425236图3固定管板延长部分兼做法兰3.3接管和接管法兰壳程流体进出口接管：取接管内流体流速，则接管内径为：(3-22)圆整，据管法兰垫片紧固件选用手册以及无缝钢管常用尺寸规格表选用接管法兰的管程流体进出口接管：取接管内流体流速为，则接管内径为：(3-23)圆整取根据法兰垫片紧固件选用手册以及无缝钢管常用尺寸规格表选用接管查法兰垫片紧固件选用手册，得到法兰尺寸表表4平面、突面对焊钢制管法兰（GB/T9115.1-2000）公称直径DN钢管外径（法兰焊端外径）连接尺寸法兰厚度(C)法兰高度(H)法兰外径（D）螺栓孔中心圆直径（K）螺栓孔直径（D1）螺栓孔数量（n）螺纹规格40451501101841845505716512518420486576185145188225280892001601882458150168.330025026828753.3.1壳程接管开孔补强的校核开孔补强采用等面积补强法,由工艺设计给定的接管尺寸为,选用0Cr18Ni9材料钢管,选用标准为,取焊缝系数,厚度偏差，腐蚀裕量。则接管厚度：（3-24）开孔直径:（3-25）接管有效补强宽度:（3-26）接管外侧有效补强高度:（3-27）需要补强的面积:（3-28）壳体计算厚度可以作为补强的面积:（3-29）接管材料在设计温度下的许用应力大于筒体材料在设计温度下的许用应力（3-30）壳程接管自身补强的强度足够，不需要另设补强面积。3.3.2管程接管开孔补强的校核开孔补强采用等面积补强法,由工艺设计给定的接管尺寸为,选用0Cr18Ni9,选用标准为,取焊缝系数,腐蚀裕量。则接管计算厚度:（3-31）接管有效厚度:（3-32）开孔直径:（3-33）接管有效补强宽度:（3-34）接管外侧有效补强高度:（3-35）需要补强的面积:（3-36）可以作为补强的面积:（3-37）接管材料在设计温度下的许用应力大于筒体材料在设计温度下的许用应力(3-38)管程接管自身补强的强度足够，不需要另设补强面积。3.3.3壳程接管位置壳程流体进出口接管应尽量靠近两端管板，然而为了保证设备的制造、安装，管口距离也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。接管位置见图4。(3-39)其中，且不小于50～100mm。所以取C=50mm。，取。图4壳程接管位置3.3.4管箱接管位置管箱进出口接管尽量靠近管箱法兰，这样可缩短管箱壳体长度，减轻设备重量。然而为了保证设备的制造、安装，管口距离也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。接管位置见图5。(3-40)其中，且不小于50～100mm。所以取C=50mm。取图5管程接管位置3.4支座根据JB/T4712.1-2007，选用轻型鞍式支座，尺寸大小如下图6图6支座尺寸示意图4强度计算以及校核4.1膨胀节的判断取室温，则筒体和管子的膨胀量之差为：平均温度下的线胀系数:(4-1)壳程与管程压差产生的力:(4-2)筒体横截面积:（4-3）管束横截面积:(4-4)由于筒体和管子之间温差产生的力（4-5）由于壳程和管程的压力作用于筒体上的力（4-6）由于壳程和管程的压力作用于管子上的力（4-7）筒体上产生的应力:(4-8)壳程壳体的轴向压应力小于壳程壳体材料在其设计温度下的稳定许用压应力。管子上产生的应力:(4-9)换热管的轴向拉应力小于换热管材料在其设计温度下的稳定许用应力。单管的横截面积:（4-10）由可得（4-11）取，则管子拉脱力计算（4-12）管子与管板采用贴胀（4-13）换热管与管板连接接头的拉脱力小于许用拉脱力所以不设置膨胀节。4.2管板计算主要数据壳程圆筒：材料Q345（板材）内径厚度内径面积:（4-14）金属横截面:（4-15）管箱：圆筒厚度::封头：封头厚度::材料(正火回火)接管：材料:管子：管子外径d=19mm管子壁厚管子根数n=1148管心距S=25mm面积:（4-16）管子金属总截面积：（4-17）开孔面积:（4-18）管子有效长度:（4-19）管束模数:（4-20）管子回转半径:（4-21）管子受压失稳当量长度:系数:（4-22）因（4-23）法兰：法兰外径:法兰宽度:（4-24）管箱法兰厚度:壳体法兰厚度:（4-25）（4-26）（4-27）（4-28）（4-29）（4-30）旋转刚度:（4-31）（4-32）旋转刚度无量刚参数:（4-33）根据GB151-2014按K,查图7-12取（4-34）按K,查取（4-35）对于延长部分兼做法兰的管板（4-36）按K,Q查图7-15取查图7-12取（4-37）（4-38）（4-39）（4-40）系数计算：开孔后面积:（4-41）管板布管区面积（4-42）管板布管区当量直径:（4-43）系数：（4-44）（4-45）（4-46）（4-47）（4-48）（4-49）管子稳定许用压力:（4-50）管板：假定管板厚度:管子加强系数:（4-51）管板周边不布管区无量刚宽度为：（4-52）法兰力矩:按GB150-1998第9章确定基本法兰力矩垫片密封宽度按GB151-1999表15选取（4-53）（4-54）（4-55）（4-56）（4-57）（4-58）（4-59）管程压力操作工况下法兰力矩（4-60）（4-61）（4-62）（4-63）（4-64）（4-65）4.3壳程压力下的危险组合壳程设计压力管程设计压力4.3.1不计膨胀差(4-66)(4-67)(4-68)(4-69)(4-70)（4-71）(4-72)(4-73)(4-74)管板应力:(4-75)(4-76)(4-77)壳体法兰应力：(4-78)(4-79)管子应力：(4-80)壳程圆筒轴向应力：(4-81)拉脱力(4-82)(4-83)4.3.2计入膨胀差换热管与圆筒的热膨胀应变形差假定换热器制造环境温度为20(4-84)(4-85)管板应力:壳体法兰应力：管子应力：壳程圆筒轴向应力：拉脱力4.4管程压力下的危险组合壳程设计压力：管程设计压力：(4-86)4.4.1不计入膨胀差(4-87)管板应力:壳体法兰应力：管子应力：壳程圆筒轴向应力：拉脱力4.4.2计入膨胀差换热管与圆筒的热膨胀应变形差假定换热器制造环境温度为20(4-88)