U形管换热器设计【含5张CAD图纸】

资源目录里展示的全都有，所见即所得。下载后全都有,请放心下载。原稿可自行编辑修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑问可加】 目录 引言 1 一 文献综述 2 1.1换热器在化工生产中的应用 2 1.2换热器的分类及其特点 2 1.3 U形管式换热器 4 1.4管壳式换热器的研究现状 5 1.5本文设计的主要内容 6 二 计算说明书 7 1.1 原始数据 7 1.2 定性温度及物性参数 7 1.3 传热量与冷水流量 8 1.4 有效平均温差 8 1.5 管程换热系数计算 9 1.6 壳程换热系数计算 10 1.7传热系数计算 11 1.8管壁温度计算 11 1.9管程压降计算 12 1.1 壳程压降计算 13 2.1换热管材料、规格的选择及功能的确定 14 2.2 管子的排列方式 14 2.3 确定壳体直径 15 2.4 筒体壁厚确定 15 2.5 液压试验 16 2.6 壳程标准椭圆形封头厚度的计算 16 2.7 管程标准椭圆形封头厚度的计算 18 2.8 法兰的选择 19 2.8.1 设备法兰的选择 19 2.8.2 接管法兰的选择 19 2.9 管板的设计 20 2.10 管箱短节壁厚的确定 22 2.11拉杆和定距管的确定 23 2.12 折流板的选择 23 2.12.1选型 23 2.12.2折流板尺寸 24 2.12.3换热管无支撑跨距或折流板间距 24 2.12.4 折流板厚度 24 2.12.5 折流板直径 24 2.13 接管及开孔补强 24 2.13.1 管箱接管开孔补强的计算 25 2.14 分程隔板厚度选取 26 2.15支座的选择及应力校核 27 2.15.1支座的选择 27 2.15.2、鞍座的应力校核 28 三 英文文献 32 四 英文翻译 43 致谢 52 内容摘要 换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是在耗能用量十分大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、工况、温度和压力的换热器，其结构和型式也不相同。按传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式及蓄热式3类，其中间壁式换热器应用最普遍。间壁式换热器在各工业部门中的使用极其广泛，担负着多种换热任务，由于它们的使用条件和要求差别很大，如容量、温度、压力和工作介质的性质等，涉及的范围极广，因此换热器的结构型式也多种多样。间壁式换热器，从作为换热面的间壁形式看，主要分为管式和板式两大类。 U形管式换热器是管壳式换热器的一种，由管板、壳体、管束等零部件组成，重量较轻。在同一直径情况下换热面积最大，结构简单、紧凑，在高温、高压下金属耗量最小。U形管式换热器的典型结构是只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形管换热管有温差时，不会产生热应力。其主要缺点是U形管具有一定的弯曲半径，故管板的利用率较差，管内不易清洗，U形管更换困难。 本设计主要完成的是水蒸气—冷凝水的热量交换，设计压力为管1.6MPa，壳程压力为0.75MPa，管程冷却水进，出口温度分别为38ºC和97ºC，壳程水蒸气气进出口温度分别为205.1ºC和95ºC，传热面积134㎡，采用25x2.5x3000的无缝钢管换热，筒体DN=900。通过设计计算提高换热器的热效率和减少能源消耗，达到更高效，更节能的原则。 关键词：换热器; U形管; 法兰; 水蒸气; 冷凝水 Abstract Heat exchanger which can be seen as a heat transfer equipment .It is very common in industrial applications , especially in the energy field of a very large amount. With the rapid development of energy-saving technologies, types which in heat exchanger are developed more and more . They are applicabling to different media, working conditions, temperature and pressure of the heat exchanger, structure and not the same type. By heat transfer and the realization of the principle of heat exchange methods,Heat exchanger can be divided into partitions-type, mixed type and Regenerative 3 categories,Heat exchanger which partitions the application of the most common.Partitions in the heat exchanger in the use of the industrial sector is extremely broad. Mission charged with a variety of heat exchangers, because of their conditions and requirements are vary greatly,Such as capacity, temperature, pressure and nature of media work, a very wide scope. Thus the structure of heat exchanger is also a variety of patterns. Heat exchanger partitions. From the partitions as a form of heat exchanger surface, the main tube and the plate are divided into two broad categories. U-tube heat exchanger is a shell and tube heat exchanger of a by the governing board, shell, tube and other parts of the Lighter. In the same diameter, it is the largest case of heat transfer, simple structure, compact, high temperature, high pressure Minimum metal consumption. U-tube heat exchanger is only the typical structure of a tube plate, controlling by the multi-U -Tubes, pipes fixed at both ends of the tube in the same board which can telescopic tube freely. When the shell and the U-tube are temperature in heat exchanger . It will not produce thermal stress. It is main drawback is that U-shaped tube has a bend radius,therefore, the utilization of lower tube plate, tube is not easy to clean and U-tube replacement difficult. The main of the design is the steam and condensate water heating exchange. The design includes pressure for pipe 1.6MPa,shell-side pressure of 0.75MPa. The cooling water enter into the tube, outlet temperature of 38 º C and 97 º C. Shell side steam temperature gas imports and exports were 205.1 º C and 95 º C, and heat transfer area are 134 square meters.It is used of the seamless steel pipe 25x2.5x3000 heat exchangers, and shell DN = 900. Calculated through the design of heat exchangers increase the thermal efficiencyRate and reduce energy consumption to achieve more efficient and energy-saving principle Key words: heat exchanger; U-tube; flange; vapor; water 60 沈阳化工学院学士学位论文 文献综述 U形管换热器 引言 换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备，自从21世纪以来，各国的换热器水平都有了长足的发展，我国的换热器技术在我国各方面人才的努力下也有了很大提高，本次设计就是在已有的计算基础上进行的，此次设计强调了节能与效率这两大主题。 在查阅了《管壳式换热器原理与设计》《传热学》等书的基础上，结合换热器设计的资料，进行了这次设计。 一 文献综述 1.1换热器在化工生产中的应用 换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备，它是化工，炼油、动力、油田储运集输系统和原子能及其许多工业部门广泛应用的一种通用设备，是保证工艺流程和条件，利用二次能源实现余热回收和节约能源的主要设备。在化工厂换热器约占总投资的10%-20%;在炼油厂换热器约占全部工艺设备投资的35%-40%。由于工艺流程不同，生产中往往进行着加热、冷却、蒸发或冷凝等过程。通过换热器热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体，以满足工艺需要。 1.2换热器的分类及其特点 换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是在耗能用量十分大的领域。随着节能技术的飞速发展，换热器的种类开发越来越多。适用于不同介质、工况、温度和压力的换热器，其结构和型式也不相同。按使用目的不同，换热器可分为加热器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。由于使用条件和工作环境不同，换热器又有各种各样的形式和结构。在生产中有时把换热器作为一个单独的化工设备，有时则把它作为某一工艺设备中的组成部分，按传热原理和实现热交换的方法，换热器可分为间壁式、混合式及蓄热式3类，其中间壁式换热器应用最普遍。 间壁式换热器在各工业部门中使用极其广泛，担负着各种换热任务，例如用以加热、蒸发、冷凝和废热回收等。由于它们的使用条件和要求差别很大，如容量、温度、压力和工作介质的性质等，涉及的范围极广，因此换热器的结构型式也多种多样。 间壁式换热器，从作为换热面的间壁形式看，主要分为管式和板式两大类。管壳式、套管式换热器的换热面由管子构成，属于管式换热器;板翅式、板式换热器的换热面由板片构成，属于板式换热器。各种间壁式换热器的特征、工作特性、允许的使用范围等差别很大，其结构设计、热计算也各有特点。管壳式换热器又称为列管式换热器，它属于间壁式换热器。按照有无温度补U形管式换热器的研究与优化设计偿及补偿方法的不同，管壳式换热器主要分为下列几种： (1)固定管板式。固定管板式换热器的典型结构是管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是简单、紧凑，能承受较高的压力，造价低;壳程清洗方便，管子损坏时易于堵管或更换。缺点是当管束与壳体的壁温差或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力。这种换热器适用于壳侧介质清洁且不易结垢的场合;管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合。 (2)浮头式。浮头式换热器的典型结构是两端管板中只有一端与壳体固定，另一端可相对壳体自由移动称为浮头。浮头由浮头管板、钩圈和浮头端盖组成，是可拆联接，管束可从壳体内抽出。管束与壳体的热变形互不约束，因而不会产生热应力。浮头式换热器的特点是管间和管内清洗方便;但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗量大，且浮头端小盖在操作中无法检查，制造时对密封要求较高。它适用于壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。 (3) U形管式。U形管式换热器的典型结构是只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一块管板上，管子可以自由伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力。其主要缺点是U形管具有一定的弯曲半径，故管板的利用率较差，管内不易清洗，U形管更换困难。U形管换热器结构比较简单、价格便宜，承受能力强，适用于管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗、又不适宜采用浮头式和固定管板式的场合，特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀性大的物料。 (4)填料函式。换热器两管板中一块与法兰通过螺栓固定连接，另一块类似于浮头，与壳体间隙处通过填料密封，可做一定量的移动。此结构的特点是结构较简单，加工、制造、检修、清洗较方便，但填料密封处易产生泄漏。填料函式换热器适用于压力和温度都不高、非易燃、难挥发的介质传热。 在近代的许多化工过程中，如裂解、合成及聚合等，大都要求在高温高压下进行，有的压力高达250MPx，温度高达7500C，在这样的条件下，尤其还存在腐蚀的情况下，实现换热更困难。一方面，伴随着现代化工厂生产规模的日益增大，换热设备也相应向大型化方向发展，以降低动力消耗和金属消耗;另一方面，随着精细化工的迅速崛起，换热设备也有向小而精方向发展的趋势，管壳式结构的换热器能满足这样的要求。 1 .3U形管式换热器 U形管式换热器是管壳式换热器的一种，由管板、壳体、管束等零部件组成，重量较轻。在同一直径情况下换热面积最大，结构简单、紧凑，在高温、高压下金属耗量最小。其优点是: (1)管束可抽出来机械清洗; (2)壳体与管壁不受温差限制; (3)可在高温、高压下工作，一般适用于温度小于等于500 ºC，压力小于等于10MPa; (4)可用于壳程结垢比较严重的场合; (5)可用于管程易腐蚀场合。 U形管式换热器壳程内一般可按工艺要求设置折流板和纵向隔板，以增加壳侧介质流速。为了进一步开展设计，还必须选择冷热流体的流动通道，在U形管式换热器中可根据以下原则选择: (1)因为U形管内清洗不方便，所以不洁净和易结垢的液体宜在壳程; (2)腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀; (3)压力高的流体宜在管程，以免壳体承受压力; (4)饱和蒸汽宜走壳程，因饱和蒸汽比较洁净，一般给热系数与流速无关，而且冷凝液容易排出; (5)被冷却的流体宜走壳程，以便于散热; (6)若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，使给热系数大的流体通入壳程，以减少热应力; (7)流量小而粘度大的流体一般通入壳程为宜。 1 .4管壳式换热器的研究现状 管壳式换热器是石油、化工装置中应用最广泛的换热设备。由于管壳式换热器结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。虽然现在出现了波纹板换热器、板壳式换热器、螺旋板换热器、伞板换热器等结构紧凑、高效的换热设备，但管壳式换热器仍占据着主导地位。因为许多工艺过程都具有高温、高压、高真空、有腐蚀性等特点，而管壳式换热器具有选材范围广(可为碳钢、低合金钢、铝材、铜材、钦材等)，换热表面清洗方便，适应性强，处理能力大，特别是能承受高温和高压等特点，所以管壳式换热器广泛应用，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等方面。管壳式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。管束是管壳式换热器的核心，其中换热管作为导热元件，决定着换热器的热力性能。另一个对换热器热力性能有较大影响的基本元件是折流板(或折流杆)。管箱和壳体主要决定管壳式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。管壳式换热器中换热管内构成的流体通道称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。管程和壳程分别通过两种不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，实现了两流体换热的工艺目的。一般管壳式换热器与其它类型的换热器比较有以下主要技术特性: (1)耐高温高压，坚固、可靠、耐用; (2)制造应用历史悠久，制造工艺及操作、维修、检验技术成熟; (3)选材广泛，适用范围大。 从间壁式换热器的发展史来看，管壳式换热器的技术提高受到下列因素的限制: (1)流体热附面层热阻的限制。即使是湍流流动，在流体与固体壁之间也要生一层附面层(又称边界层)，而其中接触固体壁的一层称为层流底层，其流动性质为层流流动，它是靠分子扩散进行传导传热的，传热速率很小。这一厚度仅为3-5mm的薄层，其热阻几乎占了整个附面层热阻的80%。进一步减薄、破碎、离和清除这个薄层，都可以逐步提高换热器的传热量，它是提高换热器技术的关键之一。 (2)流体压力损失的限制。通过提高流体速度，可以减薄附面层的厚度，从而提高传输的热量。但是，提高流体速度却引起一个矛盾的后果，流体的压力损失增加，其增加的速率巨大，所以不得不降低流速来接受较低的传热系数。 (3)扩大传热面积的限制。扩大传热面积是提高预热温度和增加热回收率的简单而有效的办法，但却受到换热器成本和价格提高、换热器尺寸扩大与安装重量加大、换热器体积庞大与运输车辆超重等等的限制。 1. 5本文设计的主要内容 本台设计的换热器是U形管换热器，主要完成冷却水—水蒸气的热量交换，设计压力为管程1.6MPa，壳程压力为0.75MPa，管程冷却水进，出口温度分别为38ºC和97ºC，壳程水蒸气进出口温度分别为205.1ºC和95ºC，传热面积134㎡，采用25x2.5x3000的无缝钢管换热，筒体DN=900。通过设计计算提高换热器的热效率和减少能源消耗，达到更高效，更节能的原则。 沈阳化工学院学士学位论文 二 计算说明书 二 计算说明书 1.1 原始数据 壳程水蒸气的进口温度 =205.1 壳程水蒸气的出口温度 =95℃ 壳程水蒸气的工作压力 =0.75Mpa 管程冷却水的进口温度 =38ºC 管程冷却水的出口温度 =97ºC 管程冷却水的工作压力 =1.6 MPa 管程冷却水的流量 =120t/h 1.2 定性温度及物性参数 管程冷水定性温度(38+97)/2=64 ºC 管程冷水密度查物性表得=981 Kg/ 管程冷水比热查物性表得=4.182KJ/Kg ºC 管程冷水导热系数查物性表得=0.663w/mºC 管程冷水黏度=444.410¯Pas 管程冷水普朗特数查物性表得Pr2=3.41 壳程水蒸气定性温度 （205.1+95）=150ºC 壳程水蒸气密度查物性表得 =2.584Kg/ 壳程水蒸汽比热查物性表得 =2.3142Kj/KgºC 壳程水蒸气导热系数查物性表得=0.0263w/mºC 壳程水蒸气黏度 =1.39pas 壳程水蒸气的普朗特数查物性表Pr1=1.11 1.3 传热量与冷水流量 取定换热效率为η=0.98 查表得 r=2113.1 则设计传热量: 120000 4.182(97-38) 0.981000/3600 8060108（W） 则加热水流量： =3.89kg/s 1.4 有效平均温差 =79.84 参数p： 0.353 参数R： 1.87 换热器按单壳程两管程设计 经查找《管可是换热器原理与设计》图2-6a得： 温差校正系数：Φ =0.87 有效平均温差： 60 ºC 1.5 管程换热系数计算 参考表2——7《管壳式换热器原理与设计》 初选传热系数： 则初选传热面积为： 134.35 选用 不锈钢的无缝钢管作换热管。 则管子外径d0=0.025m 管子内径di=0.02m 管子长度=5m 则所需换热管根数： 570 根 可取换热管根数为580根 则管程流通面积为: 0.046 管程流速为： =0.74m/s 管程雷诺数为: 32671 管程传热系数为： 4834 结构的初步设计： 经查阅工程手册GB151--1999，可得管间距可按1.25d取， 管间距为：s=0.032m 分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn=0.044m 管束中心排管数为: 26根 取 26根 则壳体内径为： 0.9m 故内径Di=0.9m 则长径比为: 3.33合理 。 选择单弓形折流板。则弓形折流板的弓高为： 0.18 折流板间距为: 0.3m 折流板数量为： 9块 1.6 壳程换热系数计算 壳程流通面积为： 0.0591 壳程流速为： 7.18m/s 壳程质量流速为： 18.3m/s 壳程当量直径为： 0.033 壳程雷诺数为： 43433 切去弓形面积所占比例按:0.3经过查阅图4——38b 得为0.145，壳程换热因子经过查阅图2——12得120 《管壳式换热器原理与设计》 管外壁温度假定值为：120 ºC 壁温下水的黏度为： =0.186 黏度修正系数： 0.7 壳程传热系数： 7180 1.7传热系数计算 查阅工程手册GB151---1999第138页可得： 管程水侧污垢热阻为： 壳程污垢热阻为:=0.000176 管壁热阻r忽略,则总传热系数为： =1100 则传热系数比为： 1.1 所以假设合理。 1.8管壁温度计算 管外壁热流密度计算为： 59010W/ºC 外壁温度为： 误差校核：3.41 所以误差不大，合适。 1.9管程压降计算 管内壁温度: 92 ºC 壁温下水的黏度为： 30.8 黏度修正系数： 1.05 查得管程摩擦系数为： 0.032 管程数2 管内沿程压降为： 2455.7 Pa 回弯压降为： 2148.7 Pa 取进出口处质量流速为： 1600kg/ 进出口管处压降为： 1957.2 Pa 管程污垢校正系数为： 1.4 则管程压降为： 8403.4 Pa 管程允许压降Pa ， 即管程压降符合要求。 1.10 壳程压降计算 壳程当量直径：de=0.042m 雷诺数Re1=16656 查得壳程摩擦系数：（《管壳式换热器原理与设计》图3-2） 管束压降： 12273Pa 取进出口质量流速： 进出口压降： 1055Pa 取导流板阻力系数：（取5-10） 导流板压降： 6330Pa 壳程结垢修正系数：1.48 壳程压降： 122731.48+6330+1055=25549Pa 壳程允许压降： Pa ， 符合要求。 2.1换热管材料、规格的选择及功能的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 换热管外径 d0 mm GB151-1999《管壳式换热器》 25 2 管长 L mm 同上 3000 3 传热面积 F 《管壳式换热器原理与设计》 134.34 4 换热管根数 Nt 个 580 5 拉杆 d/Nt 个 GB151-1999《管壳式换热器》表43、44 6 6 材料 GB150-1999 《钢制压力容器》选20钢 2.2 管子的排列方式 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 正三角形排列 GB151-1999《管壳式换热器》 2 换热管中心距 S mm GB151-1999《管壳式换热器》 32 3 隔板槽两侧相邻管最小中心距 Sn mm GB151-1999《管壳式换热器》 100 2.3 确定壳体直径 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 换热管中心距 S mm GB151-1999 表12 32 2 换热管根数 Nt 根 580 3 分程隔板厚度 δ mm GB151-1999《管壳式换热器》表6 10 4 管束中心排管数 Nc 根 1.1 26 5 筒体直径 Di mm 900 6 实取筒体直径 Dn mm 《管壳式换热器设计手册》 900 2.4 筒体壁厚确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 工作压力 P MPa 给定 0.75 2 材料 GB150-1999《钢制压力容器》 16MnR 3 材料许用应力 MPa GB150-1999《钢制压力容器》 表4-1 170 4 焊接接头系数 Φ 《过程设备设计》 0.85 5 壳程设计压力 Pc MPa 0.8 6 筒体计算厚度 δ mm 7.5 7 设计厚度 δd mm 9.5 8 名义厚度 δn’ mm 10 9 实取名义厚度 δn mm GB151-1999《管壳式换热器》 10 10 负偏差 C mm 《过程设备设计》 0 11 腐蚀裕量 C mm 《过程设备设计》 2 12 有效厚度 mm 8 13 设计厚度下圆筒的计算应力 σt MPa 121 14 校核 MPa 144.5 合格 15 设计温度下圆筒的最大允许工作压力 [Pw] MPa [Pw]= 0.96 2.5 液压试验 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 试验压力 Pt MPa Pt= 0.9 2 圆筒薄膜应力 σt MPa 135.5 3 常温下材料强度指标 σs MPa 《过程设备设计》表D1 345 4 校核 0.9φσs MPa 0.9φσs 263.93 合格 2.6 壳程标准椭圆形封头厚度的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 设计压力 Pc MPa Pc=(1.0-1.1)P 0.8 2 工作压力 P MPa 给定 0.75 3 材料 GB150-1999《钢制压力容器》 16MnR 4 材料许用应力 [σ]t MPa GB150-1999 《钢制压力容器》 表4-1 170 5 焊接接头系数 Φ 《过程设备设计》 0.85 6 封头计算厚度 δ mm 7.5 7 设计厚度 δd mm 9.5 8 名义厚度 δn’ mm 10 9 实取名义厚度 δn mm GB151-1999《管壳式换热器》 10 10 负偏差 C mm 《过程设备设计》 0 11 腐蚀裕量 C mm 《过程设备设计》 2 12 有效厚度 δe mm 8 13 设计温度下封头的计算应力 σt MPa 121 14 校核 MPa 144.5 合格 15 设计温度下封头的最大允许工作压力 [Pw] MPa [Pw]= 0.96 16 公称直径 Dn mm 筒体公称直径 900 17 曲面高度 h mm JB/T4737-95 300 18 直边高度 H mm JB/T4737-95 40 2.7 管程标准椭圆形封头厚度的计算 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 设计压力 Pc MPa Pc=(1.0-1.1)P 1.2 2 工作压力 P MPa 给定 1.2 3 材料 GB150-1999 《钢制压力容器》16MnR 4 材料许用应力 [σ]t MPa GB150-1999 《钢制压力容器》 表4-1 170 5 焊接接头系数 Φ 《过程设备设计》 0.85 6 封头计算厚度 δ mm 10 7 设计厚度 δd mm 10 8 名义厚度 δn’ mm 10 9 实取名义厚度 δn mm GB151-1999《管壳式换热器》 10 10 负偏差 C mm 《过程设备设计》 0 11 腐蚀裕量 C mm 《过程设备设计》 2 12 有效厚度 δe mm 8 13 设计温度下封头的计算应力 MPa 109 14 校核 MPa 144.5 合格 15 设计温度下封头的最大允许工作压力 [Pw] MPa [Pw]= 1.6 16 公称直径 Dn mm 筒体公称直径 900 17 曲面高度 h mm JB/T4737-95 300 18 直边高度 H mm JB/T4737-95 40 2.8 法兰的选择 2.8.1 设备法兰的选择 按其条件DN=900mm 设计温度97 设计压力1.2MPa 由《压力容器法兰》，选择乙型平焊法兰，连接面形式为突面，相关参数如下：单位（mm） D D1 D3 D4 H h R d 螺柱规格 螺柱数量 1060 1015 966 1275 52 16 26 115 35 12 27 M24 28 经过查阅《压力容器法兰》中的JB/T4704-2000，可选垫片厚度为3，垫片内直径为915，垫片外直径为965的非金属软垫片。 2.8.2 接管法兰的选择 （1）接管a 、b的公称直径相同设为dn，设进口流速为3m/s,则 =120 mm 由工程手册《钢制管法兰，垫片，紧固件》可查的，公称压力为1.6MPa，dn=125mm可选择平焊法兰，相关数据如下： DN A1 D K L n Th C N S H1 R H 125 140 250 210 18 8 M11 28 158 4 12 6 55 （2）接管c 、d的公称直径相同设为dn，设进口流速为2.5m/s,则 =118mm 由工程手册《钢制管法兰，垫片，紧固件》可查的，公称压力为1.0MPa，dn=125mm可选择平焊法兰，相关数据如下： DN A1 D K L n Th C N S H1 R H 125 140 250 210 18 8 M11 28 158 4 12 6 55 2.9 管板的设计 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 未被换热管支撑面积 A 13552 2 官板布管区面积 A 36608 3 管板布管区当量直径 Dt mm 216 4 布管区当量直径与直径之比 ρt 0.23 5 半径 R mm 470 6 垫片基本密封宽度 B mm 18 7 垫片接触宽度 N mm JB/T4704-2000 图1 25 8 垫片有效密封宽度 b mm 10 9 垫片接触外径 D mm JB/T4700-4707-2000 965 10 垫片压紧力作用中心圆直径 D mm 940 11 系数 Cc GB151-1999 《管壳式换热器》 0.258 12 管板削弱系数 μ GB151-1999 《管壳式换热器》 0.4 13 管板材料 GB150-1999 《钢制压力容器》16MnR 14 设计温度下管板材料的许用应力 MPa GB150-1999 《钢制压力容器》表4-1 125 15 壳程设计压力 PS MPa 已知 0.8 16 管程设计压力 Pt MPa 已知 1.2 17 管板设计压力 Pd MPa 1.2 18 管板厚度 δ mm 60.63 19 壳程腐蚀裕量 C mm 《过程设备设计》 2 20 管程腐蚀裕量 C mm 《过程设备设计》 2 21 实取名义厚度 δn mm GB151-1999 《管壳式换热器》 64 22 换热管轴向应力 σt MPa 1. 2. 3. -2.22 3.33 0.088 23 换热管最大轴向应力 MPa 已知 3.33 24 单根换热管金属的横截面积 a 176.625 25 换热管与管板焊脚高度 l mm GB151-1999 《管壳式换热器》 3.5 26 换热管与管板连接的拉脱力 q MPa 2.14 27 许用拉脱力 [q] MPa 62.5 28 校核 合格 2.10 管箱短节壁厚的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 工作压力 P MPa 给定 0.8 2 材料 GB150-1999《钢制压力容器》16MnR 3 材料许用应力 [σ]t MPa GB150-1999《钢制压力容器》 表4-1 170 4 焊接接头系数 Φ 《过程设备设计》 0.85 5 管程设计压力 Pc MPa Pc=(1.0-1.1)P 1.2 6 管箱筒体计算厚度 δ mm 10 7 设计厚度 δd mm 10 8 名义厚度 δn’ mm 10 9 实取名义厚度 δn mm GB151-1999《管壳式换热器》 10 10 负偏差 C mm 《过程设备设计》 0 11 腐蚀裕量 C mm 《过程设备设计》 2 12 有效厚度 δe mm 8 13 设计厚度下圆筒的计算应力 σt MPa 109 14 校核 MPa 144.5 合格 15 设计温度下圆筒的最大允许工作压力 [Pw] MPa [Pw]= 1.6 2.11拉杆和定距管的确定 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 拉杆直径 dn mm GB151-1999《管壳式换热器》表43 16 2 拉杆数量 n 根 GB151-1999《管壳式换热器》表44 6 3 定距管规格 GB151-1999 4 拉杆在管板端螺纹长度 Ld mm GB151-1999《管壳式换热器》表45 20 5 拉杆在折流板端螺纹长度 Ls mm GB151-1999《管壳式换热器》表45 60 6 拉杆上的倒角高度 b mm GB151-1999《管壳式换热器》表45 2 2.12 折流板的选择 2.12.1选型 按照GB151-1999《管壳式换热器》图37可选择单弓形的折流板。 2.12.2折流板尺寸 缺口弦高h值，一般取0.2的圆筒内径，取h=252mm 2.12.3换热管无支撑跨距或折流板间距 参考手册GB151-1999《管壳式换热器》表42知，换热管为Φ25×2.5钢管时，换热管的最大无支撑跨距为L=1850mm，且折流板最小间距一般不小于内径的五分之一且不小于5mm，有传热计算得到B=200mm。 2.12.4 折流板厚度 参考手册GB151-1999《管壳式换热器》表34知，DN=900,取折流板最小厚度6mm. 2.12.5 折流板直径 参考手册GB151-1999《管壳式换热器》中的表41，可知折流板名义外直径为DN=900mm,管孔直径为 2.13 接管及开孔补强 经过查阅《钢制压力容器》GB150--1998中的表8-1可知，当下列条件满足后，可以不另行进行补强： 1. 设计压力小于或等于2.5MPa; 2. 两相邻开孔中心距应不小于两孔直径之和的两倍； 3. 接管公称直径小于或等于89mm; 4. 接管最小壁厚满足表8-1要求 2.13.1 管箱接管开孔补强的计算 由于接管125mm的公称直径大于89mm,所以要补强，但由于设计的筒体或封头厚度远大于理论厚度，所以要进行计算看是否需要补强 1. 有效补强范围 a) 有效宽度B=250 b) 有效高度：外侧高度h1=25 c) 有效高度；内侧高度h2=0 2. 补强面积 有效补强范围内可作为补强的截面积按GB150-1998《钢制压力容器》（8-10）计算 ——补强面积mm2 ——壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 218 ——接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 =170 ——焊缝金属表面积36 而最小补强面积 484 484 < A 开孔需另加补强。其另加补强面积A4按下式计算96 可采用补强圈补强，根据DN=125,参考补强圈标准JB/T4736表1选用补强圈外径D0=250 mm 内径Di=d0+3-8=130mm 选用D形坡口。 补强圈厚度： =0.5 为制造方便取4mm 2.13.2 壳体接管开孔补强的计算 由于接管3000mm的公称直径大于89mm,所以要补强，但由于设计的筒体或封头厚度远大于理论厚度，所以要进行计算看是否需要补强 3. 有效补强范围 d) 有效宽度B=64 e) 有效高度：外侧高度h1=12.6 f) 有效高度；内侧高度h2=0 4. 补强面积 有效补强范围内可作为补强的截面积按GB150-1998《钢制压力容器》（8-10）计算 ——补强面积mm2 ——壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 15 ——接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 =25 ——焊缝金属表面积 而最小补强面积 A=75 70 > A , 则不需要补强圈。 2.14 分程隔板厚度选取 经过查阅GB151-1999《管壳式换热器》，分程隔板厚度选为10mm。 2.15支座的选择及应力校核 2.15.1支座的选择 按工程手册《钢制管法兰 垫片 紧固件 》 JB/T4712-92鞍式支座的选择重型BI型焊制鞍式支座（表7） 当DN=900mm取鞍式支座的相关尺寸如下： 序号 项目 符号 单位 数值 1 公称直径 DN mm 900 2 允许载荷 Q KN 225 3 鞍座高度 h mm 200 4 底板 mm 810 mm 150 mm 10 5 腹板 mm 10 6 筋板 mm 400 mm 140 mm 120 mm 10 7 垫板 弧长 mm 1060 mm 200 mm 6 e mm 36 8 螺栓间距 mm 590 9 带垫板鞍座质量 M Kg 40 10 包角 α 120 11 型号 BI 重型 F,S各一 2.15.2、鞍座的应力校核 （1） 原始数据表 序号 项目 符号 单位 数值 1 设计压力 Pc MPa 1.2 2 设计温度 t ºC 160 3 物料密度 ρ 998.2 4 筒体内径 Dn mm 900 5 筒体长度 L m 4752 6 公称厚度 δn mm 5 7 厚度附加量 C mm 2 8 鞍座型号 BI 9 鞍座中心线离封头切线的距离 H mm 1557 10 鞍座腹宽 B mm 170 11 腹板厚度 mm 10 12 鞍座包角 α 120 13 容器与封头的材料 16MnR 14 容器与封头的许用应力 [σ]t MPa 170 15 鞍座材料 16MnR 16 鞍座材料许用应力 [σ]t MPa 170 17 容器自重 m kg 9674 18 物料重量 Kg 4458 19 总重量 M kg 14132 （2） 校核计算 序号 项目 符号 单位 数据来源及计算公式 数值 1 支座反力 F N 92580.6 2 系数 C1 0.238 3 系数 C2 1.068 4 系数 C3 0.0385 5 筒体在支座跨中截面处的弯矩 M1 Nmm 6 筒的支座截面的弯矩 M2 Nmm -C2 7 跨中截面处的轴向应力（最高点） σ MPa 8.9 8 跨中截面处的轴向应力（最低点） σ MPa 71.9 9 系数 A 0.00157 10 系数 B MPa GB150-1998图6-3 148 11 轴向许用压缩应力 [σ] MP B=148 MP 148 12 比较 =128 MP验算合格 筒体和封头中的切向剪应力 13 系数 K 《过程装备设计》表5-2 0.88 14 切向剪应力 τ = 12.18 15 椭圆形封头的形状系数 K 标准椭圆形封头 K=1.0 1.0 16 封头内压引起应力 σ 126 17 比较 , 验算合格 筒体的周向应力 18 鞍座截面筒体最低处的周向应力 σ -23.39 19 系数 K 《过程装备设计》表5-3 0.760 20 筒体有效宽度 mm 300.8 21 鞍座边角处筒体的周向应力 σ MP -22.78 22 系数 K 《过程装备设计》表5-3 0.0132 23 比较,验算合格 鞍座腹板应力 24 系数 K’ 《过程装备设计》表5-5 0.204 25 鞍座承受水平分力 Fs N = K′F 18886.44 26 鞍座计算高度 Hs' mm 取实际高度 200 27 取Hs'和=200中较小者为Hs即Hs=100 28 鞍座有效断面平均应力 σ MPa 9.44 29 比较验算合格 沈阳化工学院学士学位论文 三 英文文献 三 英文文献 Mechanical Design of Heat Exchangers The many configurations and types of heat exchangers necessary for the variety of fluids and widerange of temperature and pressure encountered inthe chemical industry make choice of design a complex problem in economics The WIDE RANGE of applications of heat exchangers in the chemical industry has led to a variety of constructions. Many types have been designed to accommodate the simple fluids, solutions, or slurries which must be cooled, condensed, or boiled. The extremes of temperatures and the pressures involved in these processes have also been considered. Standard Heat Exchangers To suit the majority of cases, standard shell-and-tube heat exchangers have developed. The essential parts are the tube sheets, tube bundle, the heads, the shell, shell baffles, and inlet and outlet nozzles. In general, these can be obtained for operating pressures up to 600 p.s.i. and for sizes up to 1