换热器课程设计计算说明书

《化工设备设计根底》课程设计计算说明书学生姓名：学号：所在学院：生物与制药工程学院专业：制药工程设计题目：换热器2013年6月30日

目录设计任务书…………2设计参数与结构简图………………4设备的总体及结构设计……………5强度计算……………9设计小结…………..15参考文献…………..15一、设计任务书1、设计题目设计题目：(题号10)换热器(F=12㎡)设计书2、设计任务设计参数：管程壳程介质氧化液棉浆黑液工作压力MPa设计压力MPa工作温度℃240223设计温度℃245226换热面积m212题号换热面积〔㎡〕管板厚度(mm)规格壳体内径×换热管长度(mm)换热管尺寸101226DN400×3500φ接管表物料进口物料出口排液口排气口管程壳程管程壳程DN25DN25DN25DN25DN25DN151、按照设备条件设计要求，确定设备型式(卧式、立式)；2、根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目；3、根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径；4、根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流板间距；5、根据介质特性，确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。2.2设备的机械强度设计计算1、筒体的强度计算；2、封头的强度计算；3、开孔补强计算；按等面积补强法进行计算。补强圈或加强管补强也尽可能采用标准件。4、法兰的选型或设计；根据公称直径、公称压力确定标准设备法兰，同样根据公称直径、公称压力选用管道法兰标准〔HG〕，确定法兰尺寸。5、支座的选型或设计：根据设备重量、直径等确定支座数量及大小。〔1〕完成换热设备的装配图设计，包括主视图、局部放大图、焊缝节点图、管口方位图等。〔2〕编写技术要求、技术特性表、管口表、明细表和标题栏。3、参考资料：[M].北京：化学工业出版社，2003.[2]全国化工设备技术中心站.《化工设备图样技术要求》2000版[S]．[3].钢制压力容器[S]．[4]郑晓梅.化工工程制图化工制图[M]．北京：化学工业出版社，2002.[5]GB151-1999《管壳式换热器》[S]．4、文献查阅要求设计说明书中公式、内容等应明确文献出处;装配图上应写明引用标准号。5、设计成果1、提交设计说明书一份。2、提交换热器装配图一张(A1)。二.设计参数本课程设计的设计参数管程壳程介质氧化液棉浆黑液工作压力MPa设计压力MPa工作温度℃240223设计温度℃245226换热面积m212三.设备的总体设计及结构设计1、换热器的总体设计按照设备条件设计要求，并根据压差、温差等因素，确定换热器的型式为：U型管，程数：2〔1〕根据换热面积、换热管长度和直径，确定换热管数目①。换热面积，式中：--换热管外径；L--换热管长度〔扣除伸入管板内长度〕，对U形管，不包括弯管段面积；n--换热管数目取n为44根〔2〕根据设备直径和换热管直径，确定拉杆数目和直径。拉杆的数量与筒体直径及拉杆直径有关，根据GB151表拉杆直径〔mm〕换热管外径1014192532384557拉杆直杆1012121616161616表拉杆数量公称直径DNmm拉杆直径mm＜400≥400~＜700≥700~＜900≥900~＜1300≥1300~＜1500≥1500~＜1800≥1800~＜200010461012161824124481012141816446681012本设计换热器换热管：φ选取拉杆数量为：4选取拉杆直径为：16mm〔3〕根据管板直径，确定折流板的形状和尺寸；根据换热管直径，确定折流板间距。选取折流板为弓形结构。取缺口方向〔立式换热器〕——垂直左右布置：根据折流板的最小厚度公称直径DN换热管无支撑跨距≤300＞300~≤600＞600~≤900＞900~≤1200＞1200~≤1500＞1500折流板最小厚度＜40034581010400~700456101012＞700~＜900568101216＞900~＜15006810121616＞1500~＜2000—1012162020取折流板管厚度尺寸为12;间距为1600mm。根据介质特性，确定筒体、管箱、法兰、管板、换热管等材料。选取筒体，管板，壳程接管，换热管材料0Cr18Ni10Ti;设备法兰材料09MnNiD耳座：Q235B-0Cr18Ni9设备法兰的材料查询《化工设备机械根底》p291表10-11〔5〕压力容器类别的划分压力容器类别的划分按《压力容器平安技术监察规程》，本设计换热器为高压换热设备，介质中毒危害介质，故划分为三类压力容器。四、强度计算换热器壳程筒体强度计算〔1〕、换热器壳程筒体壁厚计算圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1计算壁厚：〔4-1〕式中：筒体的理论计算壁厚，mmpc：筒体的计算压力，MPaDi：筒体内径，mm：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：；〔4-2〕；；式中：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；：有效厚度；查表《化工设备机械根底》表8-90Cr18Ni10Ti的许用应力=90MPapc：取筒体的设计压力，5.9MPa焊缝为双面焊，=1代入数据到式〔4-1〕得：=mmC1=0.3mmC2=2mm代入数据到式〔4-2〕得：名义厚度：=mm按换热器最小厚度min要求取=1mm〔2〕、换热器管程筒体壁厚计算管程圆筒体壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式5-1计算壁厚：〔4-1〕式中：筒体的理论计算壁厚，mmpc：筒体的计算压力，MPaDi：筒体内径，mm：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：；〔4-2〕；；式中：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；：有效厚度；换热器管箱筒体材料取0Cr18Ni查表《化工设备机械根底》表8-90Cr18Ni10Ti的许用应力=90MPapc焊缝为双面焊，=1代入数据到式〔4-1〕得：=mmC1=0.3mmC2=2mm代入数据到式〔4-2〕得：名义厚度：=mm按换热器最小厚度min要求取=mm2、换热器管程封头的强度计算封头壁厚计算按照GB150-1998《钢制压力容器》式7-1计算壁厚：〔4-3〕式中：封头的理论计算壁厚，mmpc：封头的计算压力，MPaDi：封头内径，mm：钢板在设计温度下的许用应力，MPa：焊接接头系数；名义厚度：；；；式中：名义厚度；C1：腐蚀裕量；C2：钢板负偏差；：圆整量；：有效厚度；查表《化工设备机械根底》表8-90Cr18Ni10Ti的许用应力=90MPapc：取封头的设计压力，MPa焊缝为双面焊，100%射线检测，取=1代入数据到式〔4-3〕得：=14mmC1=mmC2=2mm代入数据到式〔4-2〕得：名义厚度：=1mm按标准椭圆封头最小厚度min〉0.15%Di要求取=mm3、开孔补强计算开孔补强结构选用JB/T4736-2002补强圈结构，焊接坡口尺寸选《化工设备机械根底》第十四章第二节p375C型。开孔补强计算采用等面积补强法a开孔补强计算：公称压力6.4MPa，公称直径50mm，标准号为HG20594-95接管￠32材料：a.开孔所需补强面积；A=d+2et(1-)〔4-4〕式中：强度削弱系数d：开孔直径mm：塔体的计算壁厚mmet：接管的有效厚度mmd=di+2Ct=25+2(1+0)=27mmet=nt-Ct=3.5-1=2.5mm筒体材料：0Cr18Ni10Ti=90MPa接管材料：0Cr18Ni10Tit=90MPa=1代入式〔4-4〕A=+2et(1-)=27×=24.894mm2b.有效补强范围内的补强面积：①有效补强范围有效宽度：B=2d+2n+2tn=66mm外伸高度：h1==10mm内伸高度：h2=0mm②壳体多余截面积A1=(B-d)(-)-2et(-)(1-)〔4-5〕代入式〔4-5〕A1=62mm2③接管多余截面积A2=2h1(et-t)+2h2(et-C2)〔4-6〕接管计算厚度t==式中di：接管内直径mmdi=25mm代入式〔4-6〕A2=2h1(et-t)+2h2(et-C2)=32mm2④焊缝金属截面积27=25mm2A1+A2+A3>A满足不另行补强条件，所以不需补强。其它开孔直径比人孔直径要小，故不需再进行开孔计算〔如计算结果需要补强，还需对其他接管进行补强计算〕4.设备法兰的型式及尺寸选用，管法兰等零部件选型。a.工艺接管物料进口物料出口排液口排气口管程壳程管程壳程DN25DN25DN25DN25DN15DN25b.压力容器法兰和接管法兰压力容器法兰的选取按照《化工设备机械根底》选JB/T4700～4707-2000标准。〔按照《化工设备机械根底》〔p263〕写出选取过程〕容器法兰选取结果如下表：设备法兰MFM400-6.4JB/T4703-2000材料09MnNiD管法兰选取结果汇总：管程进料管法兰HG20592法兰WN25-材料15CrMoR管程出料管法兰HG20592法兰WN25-材料15CrMoR壳程进料管法兰HG20592法兰WN25-材料15CrMoR壳程出料管法兰HG20592法兰WN25-材料15CrMoR排液口管法兰HG20592法兰WN25-材料15CrMoR排气口管法兰HG20592法兰WN15-材料15CrMoR接管a，b,c,d,e：公称压力PN=MPa,材质为15CrMoR,在工作温度为250℃时，接管尺寸￠32×3.5，公称直径DN为25mm，连接面为凹突面连接。查阅“HG20592法兰〔《化工设备机械根底》表10-22〕”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数，DN=25mm，D=68mm,D1=110mm,n=4，M16法兰厚度24mm，法兰质量1Kg〔D-法兰外径mm；n-螺栓孔个数；D1-法兰螺栓孔中心圆直径mm；M16-螺纹直径mm)接管f：公称压力PN=MPa,材质为15CrMoR,在工作温度为250℃时，接管尺寸￠32×3.5，公称直径DN为15mm，连接面为凹突面连接。查阅“HG20592法兰〔《化工设备机械根底》表10-22〕”法兰连接尺寸表得接管法兰的相关参数，DN=15mm，D=45mm,D1=90mm,n=4，M12法兰厚度20mm，法兰质量1Kg〔D-法兰外径mm；n-螺栓孔个数；D1-法兰螺栓孔中心圆直径mm；M12-螺纹直径