管殼式換熱器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　管殼式換熱器課程設(shè)計(jì)</p><p><b>　　管殼式換熱器的介紹</b></p><p>　　管殼式換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的換熱設(shè)備，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠高、適應(yīng)性廣、易于制造、處理能力大、生產(chǎn)成本低、選用的材料范圍廣、換熱面的清洗比較方便、高溫和高壓下亦能應(yīng)用。但從傳熱效率、結(jié)構(gòu)的緊湊性以及位換熱面積所需金屬的消耗量等方面均不如一些新

2、型高效率緊湊式換熱器。管殼式換熱器結(jié)構(gòu)組成：管子、封頭、殼體、接管、管板、折流板；如圖1－1所示。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為固定管板式、浮頭式、U形管式、填料函和釜式重沸器五類。</p><p><b>　　換熱器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b>　　2.2

3、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1. 根據(jù)傳熱參數(shù)進(jìn)行換熱器的選型和校核</p><p>　　2.對換熱器主要受壓原件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，包括筒體、前端封頭管箱、外頭蓋、封頭、法蘭、管板、支座等。</p><p>　　3.設(shè)計(jì)裝配圖和重要的零件圖。</p><p><b>　　2.3熱工設(shè)計(jì)</b>

4、</p><p>　　2.3.1基本參數(shù)計(jì)算</p><p>　　2.3.1.1估算傳熱面積</p><p>　　-=220-45=175</p><p>　　-=175-25=150</p><p>　　因?yàn)?所以采用對數(shù)平均溫度差</p><p><b>　　算術(shù)平均溫度差：=&l

5、t;/b></p><p><b>　　P=</b></p><p><b>　　R=</b></p><p><b>　　查溫差修正系數(shù)表得</b></p><p>　　因此平均有效溫差為0.82</p><p><b>　　放熱量&l

6、t;/b></p><p>　　考慮換熱器對外界環(huán)境的散熱損失,則熱流體放出的熱量將大于冷流體吸收的熱量，即：</p><p>　　取熱損失系數(shù),則冷流體吸收的熱量：</p><p><b>　　由可的水流量：</b></p><p><b>　　==31372.8</b></p>

7、<p>　　這里初估K=340W/(),由穩(wěn)態(tài)傳熱基本方程得傳熱面積：</p><p><b>　　=16.55</b></p><p>　　2.3.1.2由及換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)，初選型號及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　選取 管徑臥式固定管板式換熱器，其參數(shù)見上表。從而查《換熱器設(shè)計(jì)手冊》表1-2-7，即下表</p>

8、<p>　　換熱管排列規(guī)格及排列形式：</p><p>　　換熱管外徑壁厚：d=50mm</p><p><b>　　排列形式：正三角形</b></p><p>　　管間距： =32mm</p><p><b>　　折流板間距：</b></p><p>　　2

9、.1.1.3實(shí)際換熱面積計(jì)算</p><p>　　實(shí)際換熱面積按下式計(jì)算</p><p>　　2.2計(jì)算總傳熱系數(shù)，校核傳熱面積</p><p><b>　　總傳熱系數(shù)的計(jì)算</b></p><p>　　式中：——管外流體傳熱膜系數(shù)，W/(m2·K)；</p><p>　　——管內(nèi)流體傳

10、熱膜系數(shù)，W/(m2·K)； </p><p>　　,——分別為管外、管內(nèi)流體污垢熱阻，(m2·K) /W； —管壁厚度，m；</p><p>　　——管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m2·K) oα iαiorr,δwλ</p><p>　　

11、2.2.1管內(nèi)傳熱膜系數(shù)</p><p>　　管內(nèi)未冷卻水流入，其速度為：</p><p><b>　　雷諾數(shù)：</b></p><p>　　對于湍流，由Dittus –Boelter關(guān)系式，有傳熱膜系數(shù)：</p><p>　　其中，普朗特?cái)?shù)： =4.87</p><p>　　由于冷卻水要被加熱,

12、故取n=0.4,即管內(nèi)傳熱膜系數(shù)為：</p><p>　　=927.4W/()</p><p>　　2.2.1管外傳熱膜系數(shù)</p><p>　　因換熱管呈正三角形排列，根據(jù)Kern法</p><p><b>　　當(dāng)量直徑：=</b></p><p><b>　　故</b>&

13、lt;/p><p><b>　　0.55 </b></p><p>　　流體流過管間最大截面積是</p><p>　　其中殼體內(nèi)徑估算為=0.37</p><p>　　因此，=0.216.7</p><p><b>　　=</b></p><p><

14、;b>　　雷諾數(shù)：</b></p><p><b>　　普朗特?cái)?shù)：</b></p><p>　　壁溫可視為流體平均溫度，即：</p><p>　　2.2.3總傳熱系數(shù)</p><p>　　因?yàn)橛形酃笩嶙?，因此查看表《GB151-1999管殼式換熱器》可有</p><p>　　管外

15、有機(jī)物污垢熱阻：/W</p><p>　　管內(nèi)冷卻水污垢熱阻：/W</p><p><b>　　插入法得到=</b></p><p><b>　　因此得到</b></p><p><b>　　故</b></p><p>　　2.2.4總換熱面積</

16、p><p>　　由穩(wěn)態(tài)傳熱基本方程：</p><p><b>　　=8.5</b></p><p>　?。?+25%）=10.6</p><p>　　2.3計(jì)算管程壓力降</p><p>　　管程壓力降有三部分組成，可按照如下公式進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　—流體流過直管因摩

17、擦阻力引起的壓力降，Pa;</p><p>　　--流體流經(jīng)回彎管中因摩擦阻力引起的壓力降，Pa;</p><p>　　—流體流經(jīng)管箱進(jìn)出口的壓力降，Pa;</p><p>　　—結(jié)構(gòu)矯正因素，無因次，對Φ25×2.5mm，取為1.4；</p><p><b>　　--管程數(shù)，取2；</b></p>

18、<p>　　--串聯(lián)的殼程數(shù)，取1</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　對光滑管，Re=3時，由伯拉修斯式，得：</p><p><b>　　因此，</b></p><p><b>　　因此，</b></p><p&

19、gt;　　管程壓力降在允許范圍內(nèi)</p><p>　　1.3.2殼程壓力降</p><p>　　采用埃索法計(jì)算公式：</p><p>　　式中：--流體橫過管束的壓力降，Pa;</p><p>　　--流體通過折流板缺口的壓力降，Pa;</p><p>　　—?dú)こ虊毫档慕Y(jié)垢修正系數(shù)，無因此，對液體取1.15;<

20、/p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　式中：F—管子排列方法對壓力降的修正系數(shù)，對三角形F=0.5;</p><p>　　—?dú)こ塘黧w摩擦系數(shù)，當(dāng)Re>500時，;</p><p>　　--橫過管束中心線的管子數(shù)，對三角形排列;</p><p>　　--按殼程流通截面積計(jì)算

21、的流速，。</p><p><b>　　計(jì)算過程如下：</b></p><p><b>　　0.003Mpa</b></p><p>　　因此，殼程壓力降在允許范圍內(nèi)。</p><p><b>　　三、 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　下面選取材料

22、，并進(jìn)行換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)</b></p><p>　　a)根據(jù)換熱器公稱直徑為400mm，選用圓筒作為換熱器殼體。</p><p>　　殼體圓筒：公稱直徑DN=400mm，壁厚。</p><p>　　b)換熱管：外徑d=25mm，壁厚，換熱管長度，根數(shù)</p>

23、<p>　　n=94，受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度，換熱管呈正三角形排列，管間距 </p><p><b>　　。</b></p><p>　　c)管板：剛度削弱系數(shù)，強(qiáng)度削弱系數(shù)。</p><p>　　d)螺栓：數(shù)量n=16，規(guī)格M27，30mm有效承載面積：（《換熱器設(shè)計(jì)手冊》）</p><p>　　e)管

24、箱法蘭：采用GB/T9113.2_2000，凹凸面整體鋼制管法蘭 法蘭外徑 </p><p>　　，螺栓孔徑中心圓直徑，法蘭厚度C=32mm，管箱</p><p>　　圓筒厚度，法蘭寬度：</p><p>　　3.2采用原件材料及數(shù)據(jù)</p><p>　　a)換熱管材料：碳素鋼鋼管 20</p><p>　　設(shè)計(jì)

25、溫度下的許用應(yīng)力</p><p><b>　　設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量(GB150-89,表15)</p><p>　　管壁溫度下的彈性模量</p><p>　　管壁溫度下的膨脹系數(shù)</p><p>　　b)殼程圓筒材料：碳素鋼Q235-B</p&

26、gt;<p>　　250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力</p><p>　　圓筒在壁溫下的彈性模量Mpa</p><p>　　圓筒在壁溫下的線膨脹系數(shù)mm/</p><p>　　c)管板材料：16Mn</p><p>　　250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力</p><p>　　250設(shè)計(jì)溫度下的彈性模量</p>

27、<p>　　d)螺栓材料：40Cr（GB150-1989表2-7）</p><p><b>　　常溫下許用應(yīng)力</b></p><p>　　250設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力</p><p>　　e)管箱法蘭材料：16Mn</p><p>　　由于管箱法蘭為長頸對焊法蘭，管箱圓筒材料彈性模量取管箱法蘭材料的值，根據(jù)

28、GB150-1989</p><p><b>　　250下的彈性模量</b></p><p><b>　　75下的彈性模量</b></p><p>　　f)墊片材料：鐵包石棉墊片</p><p>　　根據(jù)GB150-1998，墊片系數(shù)m=2，比壓y=11Mpa</p><p>

29、;　　3.3殼體、管箱殼體和封頭的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1殼體的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　a)圓筒公稱直徑</b></p><p>　　由計(jì)算知，圓筒的公稱直徑為400mm400mm，采用卷制圓筒。</p><p><b>　　b)圓筒厚度</b></p><

30、p>　　圓筒的最小厚度應(yīng)按GB150-1989計(jì)算，但不得小于表3-1規(guī)定。</p><p>　　表3-1碳素鋼或低合金鋼圓筒的最小厚度 mm</p><p>　　如上表按附加量圓整取最小厚度為10mm</p><p>　　表2-2殼體、管箱殼體厚度 mm</p><p>　　對應(yīng)殼體、管箱殼體厚度也取10mm</p>&

31、lt;p><b>　　3.3.2封頭設(shè)計(jì)</b></p><p>　　按工作原理，設(shè)計(jì)封頭應(yīng)為受內(nèi)壓的橢圓形封頭，采用長軸與短軸比為2的標(biāo)準(zhǔn)型封頭。</p><p>　　橢圓形封頭是由半個橢圓球和具有高度h的圓筒（即封頭直邊）構(gòu)成，直邊的作用是避免筒體與封頭連接的還焊縫受到邊緣應(yīng)力的影響。</p><p>　　封頭厚度（不包括壁厚附加量）

32、應(yīng)小于封頭直徑的0.3%。</p><p>　　由表3-3，取封頭厚度為10mm</p><p><b>　　表3-3</b></p><p><b>　　2.3.2封頭設(shè)計(jì)</b></p><p>　　按工作原理，設(shè)計(jì)封頭應(yīng)為受內(nèi)壓的橢圓形封頭，采用長軸與短軸比為2的標(biāo)準(zhǔn)型封頭。</p>

33、;<p>　　橢圓形封頭是由半個橢圓球和具有高度h的圓筒（即封頭直邊）構(gòu)成，直邊的作用是避免筒體與封頭連接的還焊縫受到邊緣應(yīng)力的影響。</p><p>　　封頭厚度（不包括壁厚附加量）應(yīng)小于封頭直徑的0.3%。</p><p>　　由表2-3，取封頭厚度為10mm</p><p><b>　　3.4進(jìn)出口設(shè)計(jì)</b></p&

34、gt;<p>　　3.4.1接管的要求</p><p>　　接管應(yīng)與殼體內(nèi)表面齊平，接管應(yīng)盡量沿著殼體的徑向或軸向設(shè)置，接管與外部管線可采用焊接連接，在設(shè)計(jì)溫度下，接管法蘭不采用整體法蘭，必要時可設(shè)置溫度及接口、壓力表接口及液面計(jì)接口。</p><p>　　3.4.2接管直徑的計(jì)算</p><p>　　確定接管直徑的基本公式仍用連續(xù)性方程,經(jīng)簡化之后的

35、計(jì)算公式：，對計(jì)算的管徑進(jìn)行圓整，取接近標(biāo)準(zhǔn)管徑。</p><p>　　a) 接管上設(shè)置溫度計(jì)接口、壓力表接口及液面計(jì)接口</p><p>　　b) 對于不能利用接管（或接口）進(jìn)行放氣和排液的換熱器，應(yīng) </p><p>　　在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，最低點(diǎn)設(shè)置排液口，且最小公稱直徑為20mm。</p><p>　　3.4.3接管的外伸

36、長度</p><p>　　接管外伸長度也叫接管伸出長度，指接管法蘭面到殼體（管箱殼體）外壁的長度，可按下式計(jì)算：</p><p>　　式中：l—接管外伸長度，mm；</p><p>　　h—接管法蘭厚度，mm；</p><p>　　--接管法蘭的螺母厚度，mm；</p><p><b>　　—保溫層厚度，mm

37、</b></p><p>　　接管外伸長度也可根據(jù)下表數(shù)據(jù)選取，選取外伸長度為150mm</p><p>　　表3-4 PN4.0Mpa 的接管伸出長度 mm</p><p>　　3.4.4接管與筒體、管箱殼體的連接</p><p><b>　　a)結(jié)構(gòu)形式</b></p><p>　

38、　接管接管與殼體、管箱殼體（包括封頭）連接的形式，可采用插入式焊接結(jié)構(gòu)，一般接管不能凸出殼體內(nèi)表面。</p><p><b>　　b)開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算</b></p><p><b>　　具體過程見強(qiáng)度計(jì)算</b></p><p>　　3.4.5接管的最小位置</p><p>　　在換熱器設(shè)計(jì)中，為使換

39、熱面積得到充分利用，殼程進(jìn)出口接管應(yīng)盡量靠近兩端管板，而管箱進(jìn)出口接管應(yīng)盡量靠近管箱法蘭，可縮短管箱殼體長度，減輕設(shè)備重量。然而，為保證設(shè)備的制造、安裝，管口距地的距離也不應(yīng)靠的太近，受最小位置的限制。</p><p>　　a)殼程接管位置的最小尺寸</p><p>　　殼程接管最小位置，見圖2-1，可按下列公式計(jì)算：</p><p>　　圖2-1 殼程接管位置&l

40、t;/p><p><b>　　帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管：</b></p><p><b>　　無補(bǔ)強(qiáng)圈接管：</b></p><p>　　b)管箱接管位置的最小尺寸</p><p>　　管箱接管最小位置，見圖2-2，可按下列公式計(jì)算：</p><p>　　圖2-2管箱接管位置</p&g

41、t;<p><b>　　帶補(bǔ)強(qiáng)圈接管：</b></p><p><b>　　無補(bǔ)強(qiáng)圈接管：</b></p><p>　　式中：b—管板厚度，mm；</p><p>　　—?dú)こ?管箱接管位置最小尺寸，mm/mm；</p><p>　　C—補(bǔ)強(qiáng)圈外邊緣（無補(bǔ)強(qiáng)圈時，管外側(cè)）至管板（或法蘭）

42、與殼體連接焊縫之間的距離，mm；</p><p>　　--補(bǔ)強(qiáng)圈外徑，mm；</p><p><b>　　--接管外徑，mm</b></p><p><b>　　3.5管板與換熱管</b></p><p><b>　　3.5.1 管板</b></p><p&

43、gt;　　3.5.1.1材料：16MnR</p><p><b>　　3.5.1.2厚度</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)采用先脹后焊連接時，管板的最小厚度（不包括腐蝕裕量）見表3-5；?。òǜg裕量）。</p><p><b>　　2.5.1.3布管</b></p><p>　　a)

44、 換熱管的排列形式，見圖2-3，本設(shè)計(jì)選擇三角形錯列形式</p><p><b>　　圖2-3布管形式</b></p><p><b>　　b)換熱管中心距</b></p><p>　　換熱管中心距一般不小于1.25倍的換熱管外徑。常用換熱管外徑如《換熱器設(shè)計(jì)手冊》表1-6-16，即表3-6 所示：</p>

45、<p>　　根據(jù)表中要求選取換熱管中心距為S=32mm</p><p>　　表3-6 換熱管中心距 mm</p><p>　　c)布管限定圓：布管限定圓為管束最外層換熱管中心圓直徑</p><p>　　表3-7布管限定圓 mm</p><p>　　表中：b—見圖2-4，其值按表2-8選取，mm</p><p>

46、;　　--見圖2-4，其值按表2-9選取，mm</p><p>　　--見圖2-4，，mm</p><p>　　--固定管板式換熱器或U型管換熱器管束最外層換熱管表面至殼體內(nèi)壁的最短距離，且不小于10mm</p><p>　　—墊片寬度，其值按表2-9選取，mm</p><p>　　圖3-4 布管示意圖</p><p>

47、;　　除了考慮布管限定圓直徑外，換熱管與防沖板間的距離也需考慮。通常，換熱管外表面與鄰近防沖板表面間的距離，最小為6 mm。換熱管中心線與防沖板板厚中心線或上表面之間的距離，最大為換熱管中心距的倍。</p><p>　　表3-8不同的b值mm</p><p><b>　　表3-9</b></p><p>　　從表中可得：選取b=5mm,mm,=

48、15mm，=10mm</p><p>　　,392-210=372mm</p><p>　　d)管程分程：經(jīng)壓力降設(shè)計(jì)，采用雙管程結(jié)構(gòu)。</p><p>　　e)殼程進(jìn)出口處的布管：應(yīng)考慮殼體內(nèi)壁與管束之間的流通面 </p><p>　　積和介質(zhì)進(jìn)出口管處的流通面積相當(dāng)。</p><p><b>　　3.5.

49、2管孔</b></p><p>　　換熱器的換熱管和管孔直徑允許偏差按GB151-1999規(guī)定：</p><p><b>　　換熱管，管孔</b></p><p>　　a)拉桿孔：拉桿與管板采用螺紋連接</p><p>　　螺孔深度：，其中為拉桿螺孔公稱直徑。</p><p>　　b)

50、 管板密封面：管板與法蘭連接的結(jié)構(gòu)尺寸及制造、檢驗(yàn)要求 等按JB1157-1163-82《壓力容器法蘭》的規(guī)定。</p><p><b>　　3.5.3換熱管</b></p><p>　　a)換熱管長度選用：3000mm</p><p>　　b)換熱器的規(guī)格和尺寸偏差：按GB8164-87《輸送流體用無縫鋼管》的規(guī)定，常用規(guī)格如表3-10<

51、;/p><p>　　表3-10常用換熱管的規(guī)格和尺寸偏差(材料：碳鋼)</p><p>　　外徑 厚度 外徑偏差 壁厚偏差 外徑偏差 壁厚偏差</p><p>　　GB/T8163 2.0 +15%</p><p>　　GB-9948

52、 2.5 -10% -10%</p><p>　　選用普通精度的標(biāo)準(zhǔn)，。</p><p>　　3.6殼體與管板、管板與法蘭及換熱管的連接</p><p>　　管板與殼體連接形式分為兩類，一是不可拆的，如固定管板式，管板與殼體使用焊接連接。二是可拆式，如U型管，浮頭及填料函式管板式換熱器。</p>

53、;<p><b>　　3.6.1</b></p><p>　　3.6.1.1根據(jù)設(shè)計(jì)要求，換熱管與管板的連接采用焊接。</p><p>　　3.6.1.2 結(jié)構(gòu)尺寸：按表3-11，3-12的規(guī)定</p><p>　　表3-11 換熱管外伸長度 mm</p><p>　　表3-12換熱管外伸長度 mm<

54、/p><p><b>　　=2.5</b></p><p>　　3.7其他各部件結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.7.1折流板和支持板常用的折流板和支持板的形式有弓形和圓盤-圓環(huán)形兩種，本設(shè)計(jì)中采用25%的單弓形折流板，如圖2-5</p><p>　　圖2-5 單弓形介質(zhì)流動圖</p><p>　　3.

55、7.1.1折流板尺寸</p><p><b>　　弓形折流板缺口高：</b></p><p>　　折流板最小厚度按表3-13規(guī)定，由于在之前的設(shè)計(jì)中選取了折流板的間距為200mm，故這里查表，可得最小厚度為4mm。</p><p>　　表3-13折流板最小厚度 mm</p><p>　　3.7.1.2折流板管孔：：選用Ⅱ

56、級換熱器標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　表3-14 Ⅱ級管束管口直徑及許用偏差mm</p><p><b>　　取管孔直徑為。</b></p><p>　　3.7.1.3折流板外直徑：按表3-15規(guī)定</p><p>　　表3-15 板外直徑及允許偏差mm</p><p>　　3.7.1.4折流板的布置

57、</p><p>　　一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)出口接管，其余折流板按等距布置?？拷馨宓恼哿靼迮c管板間的尺寸可按下式計(jì)算：</p><p>　　式中：—?dú)こ探庸艿淖钚〕叽纾琺m；</p><p>　　—防沖板長度，mm；</p><p>　　折流板按等間距布置，取L=200mm，管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)出口接管，因換熱

58、器殼程為石腦油液體，因此折流板需要開通液孔，位置為缺口位置垂直左右的折流板的最低處，如圖</p><p>　　圖3-6折流板液孔圖</p><p>　　3.7.2拉桿、定距管</p><p>　　3.7.2.1拉桿的結(jié)構(gòu)形式：常用的拉桿形式有兩種，由于換熱管的外徑等于25mm≥19mm，故本設(shè)計(jì)選用拉桿定距結(jié)構(gòu)，如圖3-7</p><p>　

59、　圖3-7拉桿定距管結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.7.2.2拉桿的尺寸：如圖3-8</p><p><b>　　圖3-8</b></p><p>　　表3-16拉桿的尺寸 mm</p><p>　　a)拉桿尺寸通過圖3-8，表3-16確定</p><p>　　b) 拉桿的長度L按換熱器管長需要設(shè)定

60、 </p><p>　　c) 拉桿的布置應(yīng)盡量布置在管束的外邊緣 </p><p>　　3.7.2.3 拉桿的直徑和數(shù)量：按表3-17，表3-18選用</p><p>　　表3-17 拉桿直徑選用表 mm</p><p>　　表3-18拉桿數(shù)量選用表</p><p>　　取拉桿直徑為16mm，拉桿數(shù)量為4.</p

61、><p><b>　　3.7.3防沖板</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在殼程設(shè)置防沖板，以減少氣流的不均勻分布和對換熱管管端的沖蝕。防沖板表面到圓筒內(nèi)壁的距離，一般為接管外徑的1/4～1/3，取距離為50mm；防沖板的直徑和邊長，應(yīng)大于接管外徑50mm，取防沖板直徑為250mm；防沖板的最小厚度：碳鋼為4.5mm，不銹鋼為3mm，取厚度為6mm。</p&

62、gt;<p><b>　　防沖板的固定形式：</b></p><p>　　a) 防沖板的兩端焊在定距管或拉桿上，也可同時焊在靠近管板的第一塊折流板上； </p><p>　　b) 防沖板焊在圓筒上； </p><p>　　c) 用U形螺栓將防沖板固定在換熱管上。</p><p>　　3.7.4沉降管設(shè)計(jì)&l

63、t;/p><p><b>　　由，，得</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況選下沉管為Φ273×9.5，管子材料為A3鋼。</p><p>　　3.5換熱管下箱設(shè)計(jì)</p><p><b>　　材料：16MnR</b></p><p>　　厚度：，管箱長度：l=80

64、0mm，管箱內(nèi)徑：</p><p><b>　　3.7.6座選取</b></p><p>　　按JB4712選用BI型，120°包角，焊接，單筋，帶墊板。</p><p>　　第四章 強(qiáng)度的計(jì)算與校核</p><p>　　下面對換熱器各部件進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算與校核:</p><p><

65、;b>　　圓筒計(jì)算</b></p><p>　　圓筒由鋼板卷制而成，故查得鋼壁厚為10mm，則內(nèi)徑為380 mm。 取焊縫系數(shù)φ=0.85，筒體計(jì)算厚度按下式計(jì)算:</p><p><b>　　設(shè)計(jì)厚度：</b></p><p><b>　　名義厚度：</b></p><p>　　

66、根據(jù)鋼材規(guī)定名義厚度要≥6mm，所以取到</p><p><b>　　有效厚度：</b></p><p>　　其中C1為GB709鋼板負(fù)偏差，C2=3mm為題目所給設(shè)計(jì)參數(shù)。</p><p>　　4.2壓力實(shí)驗(yàn)應(yīng)力校核</p><p>　　液壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力由GB150-1989式（1-5）確定：</p>

67、<p>　　,取兩者中的較大值。</p><p>　　--設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　—實(shí)驗(yàn)溫度下的材料許用應(yīng)力， Mpa。</p><p>　　壓力實(shí)驗(yàn)時，圓筒的薄膜應(yīng)力按下式計(jì)算：</p><p>　　在進(jìn)行液壓試驗(yàn)時，圓筒的薄膜應(yīng)力不得超過試驗(yàn)溫度下材料屈服點(diǎn)的90％，即，符合要求。</p&g

68、t;<p>　　4.3最大工作壓力和計(jì)算應(yīng)力</p><p><b>　　最大許用工作壓力：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)溫度下的圓筒筒壁計(jì)算應(yīng)力按下式計(jì)算：</p><p><b>　　，滿足應(yīng)力要求。</b></p><p><b>　　4.4封頭設(shè)計(jì)計(jì)算</b

69、></p><p>　　受內(nèi)壓的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭厚度按下式計(jì)算（GB150-1989，式5-2）</p><p><b>　　封頭設(shè)計(jì)壁厚：</b></p><p>　　按GB6654-1996 ，鋼板負(fù)偏差：C1=0.6mm</p><p><b>　　封頭名義厚度：</b></p>

70、;<p>　　根據(jù)鋼材規(guī)定名義厚度要5mm，所以取到</p><p><b>　　封頭有效厚度：</b></p><p>　　橢圓形壓力按下式確定（GB150-1989，式5-3）：</p><p><b>　　4.5管板設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　4.5.1換熱管穩(wěn)定許用應(yīng)

71、力</p><p><b>　　換熱管的回轉(zhuǎn)半徑</b></p><p>　　查GB151-1989附錄H—管子特性表：</p><p><b>　　系數(shù)：</b></p><p>　　換熱管受壓失穩(wěn)當(dāng)量長度：</p><p><b>　　從而有：</b>

72、;</p><p>　　所以換熱管的穩(wěn)定需用應(yīng)力為：</p><p>　　4.5.2結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　a) 墊片壓緊力作用中心圓直徑DG</p><p>　　參照J(rèn)B4705-92非金屬軟墊片標(biāo)準(zhǔn)，取墊片內(nèi)徑404mm，外徑444mm，墊片寬度N=40mm。</p><p>　　查表9-1中1-a得：

73、</p><p>　　當(dāng)b0>6.4mm時，b=</p><p>　　墊片壓緊力作用中心圓直徑：</p><p><b>　　b) 面積計(jì)算 </b></p><p>　　隔板槽兩側(cè)換熱管之間管排中心距Sn=32mm 鄰近隔板槽一側(cè)的一排換熱管根數(shù)=12，管間距S=32 mm 對于三角形排列，布管區(qū)未能被換熱管支承

74、的面積:</p><p><b>　　殼程圓筒內(nèi)徑面積：</b></p><p>　　殼程圓筒金屬橫截面積：</p><p>　　查GB151-1989附錄H，一根換熱管金屬橫截面積a=144.51mm2。</p><p>　　則有：na=94144.51=13583.94mm2</p><p>

75、<b>　　管板開孔后面積：</b></p><p><b>　　mm2</b></p><p>　　c)管板布管區(qū)域當(dāng)量直徑管板區(qū)域面積：</p><p><b>　　布管區(qū)當(dāng)量直徑：</b></p><p>　　管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼體內(nèi)徑之比：</p>&l

76、t;p><b>　　d)系數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　按GB150第7章，</p><p>　　查表7-5，殼體法蘭應(yīng)力參數(shù)Y=4.75 </p><p>　　4.5.3法蘭力矩算</p><p>　　基本法蘭計(jì)算力矩Mm：查GB150-89表7-2得： y=11，m=2.0 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按

77、下式計(jì)算： </p><p>　　操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷按下式計(jì)算： </p><p>　　預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按下式計(jì)算：</p><p>　　操作狀態(tài)下需要的最小螺栓面積按下式計(jì)算：</p><p>　　需要的螺栓面積取較大值，即</p><p>　　實(shí)際使用的螺栓總面積：</p>&l

78、t;p><b>　　法蘭力矩的力臂：</b></p><p><b>　　基本法蘭力矩：</b></p><p>　　4.5.4管程壓力操作工況下法蘭力拒Mp</p><p>　　螺栓中心至作用位置處的徑向距離:</p><p>　　螺栓中心至作用位置處的徑向距離：</p>&l

79、t;p>　　螺栓中心至作用位置處的徑向距離：</p><p>　　作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體靜壓軸向力：</p><p>　　流體靜壓總軸向力-作用于法蘭內(nèi)徑截面上的流體靜壓軸向力：</p><p><b>　　法蘭墊片壓緊力：</b></p><p><b>　　法蘭操作力矩：</b><

80、;/p><p>　　4.5.5換熱管與殼體圓筒的熱膨脹應(yīng)變形差Y</p><p>　　假定換熱器制造環(huán)境溫度為15℃</p><p><b>　　89.345</b></p><p><b>　　3.54Mpa</b></p><p>　　4.5.6管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)&

81、lt;/p><p><b>　　法蘭寬度：</b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　， 查GB151-1999 圖26得</p><p>　　管箱圓筒與法蘭的旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)：</p><p>　　其中法蘭材料：采用16Mn彈性模量（根據(jù)插入法）&l

82、t;/p><p><b>　　, </b></p><p>　　4.5.7管子加強(qiáng)系數(shù)</p><p>　　a)已知管板名義厚度，管板腐蝕余量：</p><p>　　管板殼程側(cè)焊接結(jié)構(gòu)槽深3mm</p><p>　　管板有效厚度，即校核中的計(jì)算厚度</p><p><b&

83、gt;　　換熱管的有效長度：</b></p><p><b>　　b)管子加強(qiáng)系數(shù)K</b></p><p>　　c)管板周邊不布管區(qū)無量綱寬度</p><p>　　4.5.8旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)</p><p>　　a)殼體法蘭與圓筒旋轉(zhuǎn)剛度參數(shù)</p><p>　　已知?dú)んw法蘭管板延

84、長部分厚度,殼體厚度</p><p><b>　　，</b></p><p>　　查GB151-1989圖3-15，</p><p>　　b)旋轉(zhuǎn)剛度無量綱參數(shù)</p><p><b>　　管束模數(shù)：</b></p><p><b>　　c)確定系數(shù)</b&g

85、t;</p><p>　　由K=3.69,=0.032 查GB151</p><p>　　圖3-16，管板第一彎矩系數(shù)：,圖3-18，</p><p>　　K=3.69，Q=0.96，查GB151</p><p>　　圖3-17，管板第二彎矩系數(shù)：圖3-19，</p><p><b>　　法蘭力矩折減系數(shù)：&

86、lt;/b></p><p><b>　　令</b></p><p>　　管板邊緣力矩變化系數(shù)：</p><p>　　法蘭力矩變化系數(shù)：=0.678</p><p>　　4.6設(shè)計(jì)條件不同危險(xiǎn)組合工況的應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　4.6.1只有殼程設(shè)計(jì)壓力，無管程設(shè)計(jì)壓力，不計(jì)膨脹變形差&

87、lt;/p><p>　　殼程設(shè)計(jì)壓力，管程設(shè)計(jì)壓力,,</p><p><b>　　當(dāng)量壓力組合：</b></p><p><b>　　有效壓力組合：</b></p><p><b>　　基本法應(yīng)力矩系數(shù)：</b></p><p><b>　　管板

88、邊緣力矩系數(shù)：</b></p><p>　　管板切邊緣力矩系數(shù)：</p><p><b>　　管板總彎矩系數(shù)：</b></p><p>　　管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：</p><p><b>　　管板徑向應(yīng)力系數(shù)：</b></p><p>　　管板布管區(qū)周邊徑向

89、應(yīng)力系數(shù)：</p><p><b>　　殼體法蘭力矩系數(shù)：</b></p><p>　　以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核：</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　管板徑向力：</b></p><p>　　管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力：&l

90、t;/p><p>　　管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力：</p><p><b>　　殼體法蘭應(yīng)力：</b></p><p><b>　　殼程圓筒軸向應(yīng)力：</b></p><p><b>　　換熱管軸向應(yīng)力：</b></p><p>　　根據(jù)GB151，脹接長度取：

91、</p><p>　　換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力：</p><p>　　4.6.2只有管程設(shè)計(jì)壓力，無殼程設(shè)計(jì)壓力，不計(jì)膨脹變形差</p><p>　　管程設(shè)計(jì)壓力，殼程設(shè)計(jì)壓力，，</p><p><b>　　當(dāng)量壓力組合：</b></p><p><b>　　有效壓力組合：</b

92、></p><p><b>　　法應(yīng)力矩系數(shù)：</b></p><p><b>　　管板邊緣力矩系數(shù)：</b></p><p>　　管板邊緣切力矩系數(shù)：</p><p><b>　　管板總彎矩系數(shù)：</b></p><p><b>　　系

93、數(shù)：</b></p><p>　　管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力系數(shù)：</p><p><b>　　管板徑向應(yīng)力系數(shù)：</b></p><p>　　管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力系數(shù)：</p><p><b>　　殼體法蘭力矩系數(shù)：</b></p><p>　　以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算

94、及校核：</p><p><b>　　令</b></p><p><b>　　管板徑向應(yīng)力：</b></p><p>　　管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力：</p><p>　　管板布管區(qū)周邊剪切應(yīng)力：</p><p><b>　　殼體法蘭應(yīng)力：</b></

95、p><p><b>　　殼程圓筒軸向應(yīng)力：</b></p><p>　　換熱管軸向應(yīng)力（位于管束周邊處換熱管軸向應(yīng)力）：</p><p>　　根據(jù)GB151，脹接長度?。?lt;/p><p>　　換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力：</p><p>　　4.6.3只有殼程設(shè)計(jì)壓力，無管程設(shè)計(jì)壓力，計(jì)膨脹變形差.&l

96、t;/p><p>　　管板邊緣切應(yīng)力矩系數(shù)：</p><p><b>　　管板總彎矩系數(shù)：</b></p><p>　　查GB151 圖31（a）,</p><p><b>　　管板徑向應(yīng)力系數(shù)：</b></p><p>　　以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核：</p>&l

97、t;p><b>　　令</b></p><p>　　根據(jù)GB151第3.8.2.3a條規(guī)定，脹接長度?。?lt;/p><p>　　換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力：</p><p>　　4.6.4 只有管程設(shè)計(jì)壓力,無殼程設(shè)計(jì)壓力,計(jì)入膨脹變形</p><p><b>　　，，</b></p>

98、<p><b>　　當(dāng)量壓力組合：</b></p><p><b>　　有效壓力組合：</b></p><p><b>　　法應(yīng)力矩系數(shù)：</b></p><p><b>　　管板邊緣力矩系數(shù)：</b></p><p>　　管板邊緣切力矩系數(shù)

99、：</p><p><b>　　管板總彎矩系數(shù)：</b></p><p>　　查GB151圖31（a）：</p><p><b>　　管板徑向應(yīng)力系數(shù)：</b></p><p>　　以下為各項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算及校核</p><p><b>　　令</b><

100、/p><p>　　管板布管區(qū)周邊徑向應(yīng)力：</p><p><b>　　殼體法蘭應(yīng)力：</b></p><p>　　根據(jù)GB151第3.8.2.3a條規(guī)定，脹接長度?。?lt;/p><p>　　換熱管與管板連接拉脫應(yīng)力：</p><p>　　4.7 計(jì)算是否必須安裝膨脹節(jié)</p><p

101、>　　管、殼壁溫所產(chǎn)生的軸向力：</p><p>　　壓力作用于殼體的軸向力：</p><p>　　壓力作用于管子的軸向力：</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　根據(jù)GB151-1999規(guī)定：</p><p><b>　　拉脫力：</b><

102、;/p><p>　　條件成立，所以不需要膨脹節(jié)。</p><p>　　4.8 接管、接管法蘭以及開孔補(bǔ)強(qiáng)</p><p>　　4.8.1 殼程接管、法蘭</p><p>　　由熱流體的參數(shù)：取0.1—1</p><p><b>　　可得接管直徑：</b></p><p>　　取

103、接管伸出長度150mm，即需要兩個</p><p>　　4.8.2 管箱接管、法蘭</p><p>　　由冷流體的參數(shù)：取0.1—1</p><p><b>　　可得接管直徑：</b></p><p>　　取接管伸出長度150mm，即需要兩個的接管法蘭</p><p>　　4.8.3 以殼程開孔補(bǔ)

104、強(qiáng)為例進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　筒體：Q235-B </p><p><b>　　接管：20R </b></p><p>　　補(bǔ)強(qiáng)圈：16MnR </p><p><b>　　開孔直徑：</b></p><p><b>　　用等面積法補(bǔ)強(qiáng)：</b>&

105、lt;/p><p><b>　　開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p>　　(1)有效寬度B，取兩者中的大者</p><p><b>　　取大者，所以</b></p><p><b>　　(2)有效高度</b></p><p>　　a.外側(cè)高度：取兩者中

106、較小者</p><p>　　b.內(nèi)側(cè)高度：取兩者中較小者</p><p><b>　　(3)有效補(bǔ)強(qiáng)面積</b></p><p>　　a.圓筒多余金屬面積</p><p><b>　　圓筒有效厚度：</b></p><p><b>　　圓筒多余金屬面積：</b

107、></p><p><b>　　b.接管多余面積</b></p><p><b>　　接管計(jì)算厚度：</b></p><p><b>　　接管多余的面積：</b></p><p>　　c.補(bǔ)強(qiáng)區(qū)焊縫面積（焊腳取4.5mm）</p><p><

108、b>　　d.有效補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p><b>　　需另行補(bǔ)強(qiáng)面積：</b></p><p><b>　　(4)補(bǔ)強(qiáng)圈設(shè)計(jì)</b></p><p>　　a.補(bǔ)強(qiáng)圈外徑應(yīng)不大于有效寬度，取</p><p><b>　　b.補(bǔ)強(qiáng)圈厚度：</b><

109、/p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)踐知，我們可以直接采用被補(bǔ)強(qiáng)殼的板材，并取補(bǔ)強(qiáng)圈外徑B=2d進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，既可滿足要求，以省略各項(xiàng)補(bǔ)強(qiáng)面積的計(jì)算，也可得到偏于安全的設(shè)計(jì)結(jié)果。所以下面的補(bǔ)強(qiáng)中采用這種方法。</p><p>　　4.8.3 管程開孔補(bǔ)強(qiáng)</p><p><b>　　補(bǔ)強(qiáng)厚度取大值：</b></p><p><b&

110、gt;　　取,</b></p><p>　　所以管程補(bǔ)強(qiáng)圈尺寸為：，</p><p>　　4.9 鞍座強(qiáng)度校核</p><p>　　4.9.1 計(jì)算鞍座反力</p><p><b>　　(1)計(jì)算質(zhì)量</b></p><p><b>　　a.圓筒質(zhì)量：</b>&l

111、t;/p><p>　　式中：為圓筒材料密度</p><p><b>　　b.管箱殼體質(zhì)量：</b></p><p>　　c.管板質(zhì)量：282.8kg</p><p><b>　　d.封頭質(zhì)量：</b></p><p><b>　　e.換熱管質(zhì)量：</b>&l

112、t;/p><p><b>　　f.折流板質(zhì)量：</b></p><p><b>　　g.其它附件質(zhì)量：</b></p><p><b>　　h.充液質(zhì)量：</b></p><p><b>　　i.設(shè)備最大質(zhì)量：</b></p><p>

113、　　(2)計(jì)算鞍座支反力：</p><p>　　4.9.2 計(jì)算圓筒軸向彎矩</p><p>　　簡體簡化梁長3000mm，鞍座中心線到橢圓形封頭距離</p><p>　　(1)圓筒中間處截面的彎矩：</p><p>　　(2)鞍座處截面上的彎矩：</p><p>　　4.9.3 計(jì)算圓筒軸向應(yīng)力</p>

114、<p>　　(1)由于彎矩引起的軸向應(yīng)力</p><p>　　a.在圓筒中間截面上最高點(diǎn)處：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　最低點(diǎn)處：</b></p><p>　　b.在鞍座處圓筒截面上，由壓力及軸向彎矩引起的軸向應(yīng)力</p><

115、p>　　最高點(diǎn)處：由GB150表（8-1），</p><p>　　最低點(diǎn)處：由GB150表（8-1），</p><p>　　(2)設(shè)計(jì)壓力引起的軸向應(yīng)力：</p><p>　　4.9.4 軸向應(yīng)力組合與校核</p><p><b>　　a.軸向拉應(yīng)力：</b></p><p><b&g

116、t;　　最大軸向拉應(yīng)力：</b></p><p><b>　　b.軸向壓應(yīng)力：,</b></p><p><b>　　最大軸向壓應(yīng)力：</b></p><p><b>　　c.軸向應(yīng)力校核：</b></p><p><b>　　許用軸向拉應(yīng)力：，</

117、b></p><p>　　軸向許用壓縮壓力：，</p><p>　　其中軸向許用壓縮應(yīng)力按GB150確定</p><p>　　根據(jù)A值和材料，查GB150，</p><p>　　4.9.5 計(jì)算圓筒、封頭切向應(yīng)力</p><p>　　因，圓筒和封頭切向力按GB150下式計(jì)算</p><p>

118、;　　4.9.6 計(jì)算圓筒、封頭周向應(yīng)力</p><p>　　a.鞍座處橫截面最低點(diǎn)處周向應(yīng)力</p><p>　　式中：，考慮容器焊在鞍座上；</p><p>　　，由GB150查得；</p><p><b>　　，鞍座寬度</b></p><p>　　b.在鞍座邊角處的周向應(yīng)力</p&g

119、t;<p>　　因，按GB150中下式計(jì)算：</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊[S]化學(xué)工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[2].GB150-1998鋼制壓力容器[S].</p><p>　　[3].GB151-1999管殼式換

120、熱器[S].</p><p>　　[4].蔡紀(jì)寧, 張秋翔. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M]. 北京化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.</p><p>　　[5].匡國柱, 史啟才. 化工單元過程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)[M]. 北京化學(xué)工業(yè)出版社, 2002.</p><p>　　[6].國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JB/T9112-9124鋼制管法蘭[S],2000.</p