管壳式换热器

换热器类型:管壳式换热器换热面积():2883.2工艺参数名称管道工艺外壳侧项目名称水丁二烯工作压力，MPa0.450.39工作温度，℃(进/出)38/3439.9/36.9流量，千克/小时39170617000流体密度，1000676流量，m/s0.9970.025传热，kJ/h总传热系数，413.4对流传热系数，2894755.6污垢系数，0.0003440.000172阻力下降，Pa6656259课程数量16推荐材料碳钢碳钢管道规格Φ25×2.5;管道数量:4158;管道长度:9000毫米管道间距:32毫米;排列:正三角形吹板形式:螺旋挡板，风扇挡板，间距B=0.98m外壳直径:2600毫米螺旋折流板换热器的结构设计在换热器的设计中，当换热器的热力计算完成后，可以进行换热器的结构设计。有时在热设计计算中也部分确定结构尺寸，在结构计算中，除尚未确定的外，还应检查结构计算。管壳式换热器的结构设计必须考虑许多因素，如材料、压力、温度、壁温校核、结垢、流体性质、维护和清洗等，以选择一些合适的结垢类型。对于同一类型的热交换器，由于条件不同，结构往往不同。在工程设计中，除了尽可能选择定型系列产品外，还经常根据其具体条件进行设计，以满足工艺的需要。4.1筒体4.1.1筒体公称直径管壳式换热器的壳体一般由管或板制成。如何选择取决于热交换器的直径。通常，当标称直径DN小于400毫米时，管道一般用作壳体或管箱壳体。相反，当标称直径DN大于400毫米时，通常制作板。1.轧制气缸的公称直径400毫米为基础，100毫米为先进齿轮；2.具有标称直径DN2600毫米的圆柱体可以被卷成板。结论:初始圆柱体的公称直径为dn2600mm。4.1.2筒体厚度气缸的厚度应根据GB150-1998第5章计算，但碳钢和低合金钢气缸是最小厚度不得小于表2规定的厚度，高合金钢钢瓶的最小厚度不得小于表2规定的厚度。表4-1圆柱体的最小厚度公称直径700400~>700~1000>700~1000>1000~1500>1500~2000>2000~26000浮头型，u形管型81012101416固定管板6810121214结论:筒体的最小厚度为14毫米。(表中的数据包括额外的厚度=1毫米)最后对《换热器设计手册钱松文》进行了检查，得出气缸的厚度是16毫米的。4.2封头和管盒4.2.1封头的类型选择选择使用椭圆形头部，尺寸和厚度由/T4737-95选择。图4-1椭圆头尺寸及厚度表从上图可以看出，其公称直径，表面高度，直边高度，公称厚度，表面积，体积和质量图4-2两种不同类型的椭圆头4.2.2的头部厚度的计算与验证头部选择标准椭圆形头部和材料选择检查表4-1设计压力计算厚度:设计厚度:()负偏差有效头部厚度容器标准规定，标准椭圆头有效厚度不得小于，其他椭圆头有效厚度不得小于。结论:符合标准规定的要求。而且，当直径2600毫米时，头部厚度不能小于16毫米，因此采用设计厚度。符合验证要求。4.2.3的管箱厚度计算参见《换热器设计手册》钱松文表1-6-3图4-3不同公称压力下2600毫米直径管箱的厚度官方盒子的材料是选择的，所以官方盒子的厚度是16毫米的。4.进出口接管的设计换热器的外壳和正式箱体一般装有连接管或接口，与进、出水管连接。外壳和大多数官方箱的底部装有排水管，上部装有排气管，外壳侧还永久装有安全阀接口，以与其他如温度计、压力表、液位计和采样管接口。对于立式管壳式换热器，必要时需要设置溢流口。由于壳体和管箱壳体上的开口，壳体局部位置的强度不可避免地会减弱。因此，壳体和管箱壳体上的连接管布置不仅要考虑其对传热和压降的影响，还要考虑壳体的强度、安装、外观等因素。图4-4换热器排水管和排气管4.3.1与选择相匹配的接管规模管道侧流体入口和出口连接:如果取管道的水流量，则管道直径为,检查GB17395-1998以获得所需的外径，

不内容加固的连接管的最大外径为喷嘴壁厚的计算(Ф=0.85)已知厚度负偏差腐蚀余量所以由于外径的最小厚度大于6毫米，因此在这里我采取检查GB17395-1998无缝钢管的尺寸，形状，重量和内容偏差。可选管的外径为，每单位长度的理论质量为52.28千克/m。壳侧流体进出口连接:由下表，连接管的丁二烯流量为，则连接管直径为GB150-1998知道本次接管不需要额外加固，接管的最小壁厚满足下表的要求。图4-5不同直径喷嘴的最小壁厚喷嘴的公称外径可以从要89毫米的表中选择，然后6毫米其最小壁厚。喷嘴壁厚计算(Ф取0.85)已知厚度负偏差腐蚀余量所以起飞管的外径为，厚度为。检查GB17395-1998无缝钢管的尺寸，形状，重量和内容偏差。可选管的外径为，每单位长度对应的理论质量为10.95千克/m。4.3.2号喷管加固圆的设计从上面的计算中，我们可以知道仅在管道中需要加固。以下是计算管接管加固圆的设计。加固和加固方法判别根据工艺设备设计的表4-15，不需要额外加固的连接器的最大外径为。该开口的外径等于273毫米，因此应单独考虑其加固。钢筋的计算方法孔直径这种凸头的开口直径满足等面积法计算开口钢筋的适用条件，因此可以用等面积法进行开口钢筋计算。(2)开启所需的加固区域由于孔在椭圆形头部的中心区域中打开，因此计算出的头部厚度由以下公式确定。公式中(检查过程设备设计表4-5)开启所需加固区域首先计算强度弱化系数注:10号钢用于接管。开口所需的加固面积是根据以下公式计算的有效加固有效宽度B}取很大的值所以B=538毫米有效高度外侧有效高度}取小值因此侧面有效高度}取小值因此(4)有效加固面积头部多余金属区域头部多余金属区域接管多余的金属区域喷嘴计算厚度过量金属的接管面积根据公式计算。管道焊接面积(焊接脚6.0毫米)④有效加固面积⑤需要额外的加固区域那么在开启后就不需要额外的加固。4.3.3的喷嘴法兰的选择法兰的结构形式和密封面形式应根据使用的介质，设计压力和公称直径等因素确定。换热器的法兰一般采用标准法兰。1)管道通道连接管道法兰根据GBT9115.2-2000表1系列选择，取DN250-PN1.6法兰外径D=405毫米螺栓孔中心圆直径K=355毫米螺栓孔径L=23毫米，螺栓编号n=12，规格M24密封圈d=370毫米，X=368毫米，Y=364毫米，，法兰高度H=78毫米，厚度C=28毫米法兰颈N=342毫米，S=7.1毫米，，R=10毫米2)壳体侧喷嘴法兰根据GBT9115.2-2000表1系列选择，取DN89-PN1.6(系列I)，参数如下法兰外径D=200毫米螺栓孔中心圆直径K=160毫米螺栓孔径L=18毫米，螺栓编号n=8，规格M16密封圈d=132毫米，X=120毫米，Y=121毫米，，法兰高度H=50毫米，厚度C=20毫米法兰颈N=110毫米，S=2.9毫米，，R=6毫米3)管道法兰垫圈镀锌薄钢板用于包裹石棉橡胶板HG20607-97，δ=3毫米。喷嘴延伸长度4.4.1连接管的延伸长度也称为连接管的延伸长度，是指从连接管的法兰面致壳体(管箱壳体)外壁的长度。参考《换热器设计手册》P142中的钱松文表1-6-6和表1-6-7:丁二烯入口和出口管的延伸长度为250毫米；冷却水进水管和出水管的延伸长度为150毫米；排气口和排气口的喷嘴的延伸长度是150毫米的。4.3.4的喷嘴与气缸和管箱壳体的连接接管的结构设计应符合GB150-1998第8章和附录7的相关规定。图4-6壳体侧喷嘴位置1.圆柱壳喷嘴1)壳体喷嘴位置的最小尺寸L1(如图4-6所示)当没有加强圈接管时:换热器设计手册公式1-6-3取(为外壳厚度，mm)和30毫米。B-是管板法兰的厚度，毫米---对于管道的直径，毫米计算::=200毫米管箱接管图4-7管箱喷嘴管箱喷嘴位置的最小尺寸(热交换器设计手册图1-6-3)有补强圈接手时:(换热器设计手册1-6-5式)---对于管道的直径，毫米C--加强环的外边缘(当没有强环时，它是管道的外壁)致管板(或法兰)与壳体之间的连接焊缝之间的距离。计算:它可以四舍五入致200毫米。4.3.5排水管和排气管为了提高传热效率，清除或回收工作中的残余液体(气体)和冷凝水，任何不能使用其他管道排出或排出液体的热交换器都应设置在壳侧和管侧的最高和最低点。排气管或排水管。排气或排水管的末端必须与壳体或管箱的壳体壁保持平坦。排气或排水管的直径一般不小于15毫米。下图为卧式换热器的排气(液)管。图4-8排放管和排气管排气和排水口:根据GBT17395-1998，选择连接管Φ25×2.5。选择了排气管和排气管的连接管法兰，如图4-9所示:图4-9排气和排水管的喷嘴法兰根据GB/T9115.1-2000对焊钢管法兰的规定，在0.45Mpa的设计条件下，排气口对应的法兰应为凸钢管法兰，对应PN=0.6MPa，法兰的公称直径为25毫米，法兰焊接端钢管外径为A=32毫米，法兰外径为D=115毫米，螺栓孔中心圆直径为K=85毫米，螺栓孔直径为L=14毫米，螺栓为，编号为4，密封面直径为65毫米，密封系统3的编号为f=2，法兰高度为H=40毫米，法兰厚度为C=16毫米，法兰颈为S=3.2，H=6，R=4，N=46。(法兰的适用压力<=4Mpa)，因此可用于壳侧或管箱排水管。可以从表格中进行调查。图4-10管箱内排水管参数4.3.6的一般要求接管(或接口)1，喷嘴应与外壳表面齐平；2，喷嘴应尽可能沿热交换器的径向或轴向设置；3.当设计温度高于或等于300℃时，应采用对焊法兰；4.必要时应设置温度计接口、压力表接口和液位计接口。5.对于不能使用(或接口)进行放气和排水的热交换器，管侧和壳侧的最高点应设置排放口和排放口的最低点，最小公称直径为20毫米。这里热交换器需要25毫米。4.4膜片的设计根据工艺计算，本设计采用6个管道阶段。根据GB151-1999(P20)的表6的规定，隔板的厚度为14毫米。图4-11膜片的参数选择4.5官方箱法兰的设计管箱法兰根据4702-2000选择，参数如下图4-12管箱法兰参数1图4-12管箱法兰参数2图4-13平焊法兰凹凸密封面结构4.6管板的选择管板延伸部分也用作法兰(材料为16MnR，整体式)，根据P159in换热器设计手册，钱松文查询。管板的尺寸应根据管箱的法兰稍微调整。本设计采用管板和法兰的形式。考虑致应与管箱法兰的尺寸相匹配，选择管板时采用的尺寸不是完全根据设计压力来选择的，而是选择的管板的公称压力大于设计压力。管板的主要尺寸如下:为了使管板与管箱法兰匹配，在0.6MPa的公称压力下选择相应的管板法兰。图4-14整体管板结构下表显示了管板的主要尺寸。表4-2管板的主要尺寸MpaMpaDNDC螺栓(螺栓)B数量规格1.61.6260027602715267625972653260020.52784M247080发现16MnR的密度厚度80毫米，直径2760毫米，因此可以估算其重量:1.当管板和换热管通过膨胀连接时，管板的最小厚度Smin(不包括腐蚀余量)应如下:(1)对于易燃，易爆和有毒介质以及其他严格场合，管板的最小厚度应不小于换热管的外径()(2)在一般场合使用时，管板的最小厚度应满足以下要求:2.管板与换热管焊接连接时，管板的最小厚度应符合结构设计和制造的要求，且不得小于12毫米。3、复合管板复合层最小厚度及相应要求(1)焊接在管板和换热管上的复合管板的厚度不得小于3毫米。对于有耐腐蚀要求的复合层，复合层距复合层表面深度不小于2毫米的化学成分和金相组织应符合复合材料标准的要求；(2)具有膨胀连接的复合管板的最小厚度应不小于10毫米，并应确保复合层距复合层表面深度不小于8毫米的复合层的化学成分和金相组织符合复合材料标准的要求。结论:管板厚度80毫米。4.7管盒垫片垫片材料的选择应根据换热器介质、设计压力、设计温度按GB/151-1999附录H规定。为了满足各种条件，采用如下图所示的结构垫片。图4-15管箱垫片根据/T4718-l992，采用填料G52-500-1.0-4/T4718，金属材料为软铁，填料为石棉橡胶板。垫片尺寸Φ2654/Φ2622，:垫片接触面宽度基本密封宽度，GB150-1998表9-1，4.8换热管4.8.1的换热管长度换热管的长度建议:1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.5，6.0，7.5，9.0，12.0m。换热管的长度为12m。4.8.2换热管的规格和尺寸偏差表4-3普通换热管的规格及尺寸偏差材料热交换器标准管道规格mm高精度更高准确度普通准确度外径厚度外径偏差厚度偏差外径偏差厚度偏差碳钢GB/T8163≥14~302~2.5±0.20+12%±0.40+15%低合金钢GB9926≥30~502.5~3.0±0.30-10%±0.45-10%573.5±0.8%±10%±10%+12%+15%结论:换热管选用10钢。4.8.3管布管道布置有四种主要类型:图4-15换热管的布置本设计采用正三角形排列，Φ25材质为10号钢，管长12000毫米，管中心距32毫米。4.8.4根管布定义圆按照GB/151-1999的表13确定极限圆。管限定圆的直径可以从表中获得，其中图4-16管道分布极限圆的确定结构图4.8.5管孔钢换热管的管板管孔直径及内容偏差一级管束(适用于碳钢、低合金钢和不锈钢换热管)管板管孔直径和内容偏差应符合表4-4的规定；表4-4管板的管孔直径和内容偏差热交换器1416192532384547管孔直径14.2516.2519.2525.3532.3538.4045.4057.55内容偏差0.150.200.25000结论:管孔是25.35毫米的。4.9换热管与管板的连接换热管与管板之间的连接包括膨胀，焊接，膨胀焊接和其他类型，但也可以使用其他可靠的连接类型。4.9.1术语(1)强度膨胀是指为了保证换热管与管板连接处的密封性能和抗拉强度的膨胀节；(2)粘着是指换热管与管孔之间的间隙略有扩大；(3)强度焊接是指为确保换热管与管板连接的密封性能和抗拉强度而进行的焊接；(4)密封焊接是指为确保换热管与管板之间的连接的密封性能而进行的焊接。4.9.2伸缩缝强度1个适用的外壳:1)设计压力小于或等于4MPa；2)设计温度小于或等于300℃；3)运行过程中没有剧烈的振动，没有温度变化过大，没有明显的应力腐蚀。2一般要求:1)换热管材料的硬度值一般应低于管片材料的硬度值。2)当存在应力腐蚀时，不应在管端进行局部退火以降低换热管的硬度。3结构尺寸:1)强度膨胀节的最小膨胀长度应取自管板的标称厚度减去3毫米或50毫米的最小值；2)当需要时，管板的标称厚度减去3毫米和50毫米之间的差可用于粘贴或管板的标称厚度减去3毫米全长膨胀；3)结构形式和尺寸如表4-5所示:表4-5换热管的结构尺寸换热管外径≤1416~2530~3845~57延伸长度凹槽深度没有开槽0.50.60.84)复合管板和换热管也可以强度膨胀。当复合层的厚度大于或等于8毫米时，复合管孔上的凹槽应开槽。开槽要求可根据表4-6确定；5)表4-6中的尺寸可以根据不同的扩展方法进行适当的修改。表4-6换热管与管板连接结构参数换热管与管板的连接结构伸缩缝钢管管端没有卷曲管孔没有开槽。2管端压接或管孔开槽4有色金属管开槽管孔3焊接(钢管、有色金属)4.9.3焊接强度适用范围:可用于本标准规定的设计压力，但不适用于振动和间隙腐蚀较大的场合。4.9.4焊接膨胀和使用1个适用的外壳:1)密封性能要求高的场合；2)在振动或乏力载荷下；3)有间隙腐蚀的地方；4)复合管板的使用场合2钢一级管束和铝、铜、秦换热管。当换热管和管板通过强度焊接或强度焊接进行膨胀，换热管和管板的焊接接头承受换热管的轴向载荷时，可参考碳钢、低合金钢卫浴管束的管孔和桥宽的尺寸和偏差，适当放宽管孔的直径和偏差以及桥宽的偏差。结论:选择强度焊接和贴片扩展，如图4-17所示:图4-17强度焊接和膨胀结构这种结构的优点是既保证了换热管与管板的可靠连接，又减少了缝隙腐蚀，同时减少了管子振动造成的损坏。4.10螺旋挡板1安装挡板的目的是提高流体在壳侧的速度，增加湍流程度，并增加壳侧的对流传热系数。2挡板的形式:常用的挡板形式是弓形和圆盘1环。弓挡板有单弓、双弓和3弓三种。其他形式的挡板和支撑板也可以用于根晶格。3弓形挡板槽口的高度:弓形挡板槽口的高度应使流体通过槽口时的流速与穿过管束时的流速相似。缺口尺寸由截断弓弦高度与圆柱直径的百分比决定。单弓挡板的缺口弦高值应为0。2010.45倍圆柱直径。弓形流板的缺口在管排中心线以下，或在两排管孔的小桥之间切割。挡板的最小厚度应符合表4-7的要求。表4-7挡板的最小厚度公称直径DN换热管无支撑跨度300>300~600>600~900>900~1200>1200~15001500挡板管孔的最小厚度40034581010700400~456101012900700~568101216161500900~681012161620001500~-101216202026002000~-12141820224.10.1管挡板孔钢换热管I级管束(适用于碳钢、低合金钢、不锈钢换热管)挡板管孔径及内容偏差应符合表4-8的规定；表4-8管孔直径偏差及内容条件换热管外径或无支撑跨度lD>32或l≤900D≤32或l>900管孔直径d+0.7d+0.4内容偏差+0.400结论:挡板管孔直径25.7毫米。挡板外径与内容偏差的偏差应符合《换热器设计手册》表1-6-444的规定。结论:挡板直径2590毫米最大无支撑跨度4.10.2换热管在其材料内容温度范围内的最大无支撑跨度应根据表4-9确定。表4-9换热管在其材料内容温度范围内的最大无支撑跨度换热管外径10121416192532384557最大无支撑跨度钢管--11001300150018502200250027503200有色金属管7508509501100130016001900220024002800注意:1可以通过插值获得不同换热管外径的最大无支撑跨度值。2翅片的根部直径可以用作换热管的外径，用于周向翅片清洁。检查表中的最大无支撑跨度，然后将其乘以假设去除翅片的竹子的单位长度与带有翅片的管的第四次方根的重量比(即比例减少)。3此表中列出的最大无支撑跨度不考虑流体引起的振动，否则应参考附录E中的指南。4.11拉杆4.11.拉杆孔1)拉杆与管板焊接连接的杆孔结构拉杆孔结构，用于焊接连接拉杆和管板，拉杆孔的深度l3等于拉杆孔的直径d1拉杆孔的直径。其中:-拉杆直径，mm--拉杆孔直径，mm2)拉杆螺纹结构，用于拉杆与管板之间的螺纹连接拉杆螺纹结构，用于拉杆与管板之间的螺纹连接，螺纹深度压力式式中:-螺孔深度，mm；-拉杆螺丝孔公称直径，毫米；结论:拉杆直径16毫米，螺纹深度20毫米。4.11.2的拉杆结构常用的拉杆有两种:(1)杆固定距离管结构，适用于换热管外径大于或等于19毫米的管束，如表15所示；(2)拉杆和挡板点焊结构，适用于换热管外径小于或等于14毫米的管束；当管板较薄时，也可以使用其他连接结构。图4-18拉杆的连接尺寸拉杆的直径和数量可根据表4-10表4-11使用。表4-10换热管直径换热管外径d10≤d≤1414<d<2525≤d≤57杆直径dn101216结论:拉杆直径16毫米。表4-11杆的数量标称直径DN/mm拉杆直径DN/mm<400≥400~<700≥700~<900≥900~<1300≥1300~<1500≥1500~<1800≥1800~<2000≥2000~<2300≥2300~<26001046