固定管板式换热器.doc
《固定管板式换热器.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《固定管板式换热器.doc（44页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
固定管板式换热器的设计 学生：库勇智，化学与环境工程学院 指导教师：王小雨，江汉大学 摘 要 换热器是用来在流体间交换热量的装置，在化学专业中具有非常重要的地位，被使用于化工各行业中。由于其中固定管板式换热器管板和壳体是一体构造，具有结构简单、造价十分便宜的优点，所以被普遍的使用。 这篇设计说明书上面着重说明了换热器的换热面积、各个设计压力和设计温度以及接管等数据参数。根据上面所给的数据和换热器类型来对换热器的各个零部件，即换热管根数，尺寸、排列方式，壳体和管箱、封头等等，最后校核、压力试验，根据工艺结构选出材料，最后作图。 本设计说明书的每一部分都是完全参照GB150-2011《压力容器》和GB151-2014《热交换器》中固定管板式换热器的有关标准来计算、校核和选型的。 关键词 管壳式换热器 ；固定管板式换热器 ；加热器 II Abstract Heat exchanger is a device for exchanging heat between the fluids and in chemistry has a very important position, is used in the chemical industry. Because of the fixed tube plate heat exchanger tube plate and the shell is an integral structure, with has the advantages of simple structure, low cost advantages, so be widely use. The design specification above illustrates the change of the heat exchange area of the heat exchanger, each design pressure and temperature and over data parameters. According to the data given above and the heat exchanger type heat exchanger parts, i.e. the heat exchange tube number, size, arrangement, shell and tube box, head, and so on, finally checking, pressure test, selected according to process structure materials. Finally, drawing. The design specification is strictly according to GB150-2011< pressure container > and heat GB151-2014< exchanger is > fixed tube plate heat exchanger of the relevant provisions of the calculation, selection and checking. Key words Shell and tube heat exchanger ；fixed tube heat exchanger ；heater 目 录 摘 要--------------------------------------------------------1 目 录--------------------------------------------------------3 符号说明------------------------------------------------------5 第一章 绪论---------------------------------------------------6 第1.1节 换热器的分类-----------------------------------------6 第1.2节 固定管板式换热器的特点-------------------------------6 第2章 换热器的工艺设计---------------------------------------7 第2.1节 各部件的材料-----------------------------------------7 第2.2节 换热器的工艺条件-------------------------------------7 第2.3节 估算设备尺寸-----------------------------------------8 第三章 结构强度设计与校核------------------------------------9 第3.1节 壳体和管箱的厚度计算--------------------------------9 第3.2节 封头的计算------------------------------------------11 第3.3节 垫片------------------------------------------------12 第3.4节 螺栓------------------------------------------------12 第3.5节 法兰------------------------------------------------13 第3.6节 开孔补强的计算--------------------------------------14 第3.7节 压力试验--------------------------------------------15 第四章 零部件的选型-----------------------------------------16 第4.1节 换热管的型式和尺寸----------------------------------16 第4.2节 折流板----------------------------------------------17 第4.3节 定距管和拉杆----------------------------------------18 第4.4节 防冲板----------------------------------------------19 第4.5节 接管------------------------------------------------20 第4.6节 管箱------------------------------------------------22 第4.7节 管板的结构尺寸--------------------------------------22 第4.8节 封头------------------------------------------------23 第4.9节 螺栓的选型------------------------------------------24 第4.10节 鞍座的选取-----------------------------------------24 第五章 换热器的连接形式-------------------------------------26 第5.1节 传热管与管板的连接----------------------------------26 第5.2节 管板与壳体的连接------------------------------------27 第5.3节 管板与法兰的连接------------------------------------28 第六章 换热器的制造、检验及安装-----------------------------28 第6.1节 总体制造工艺----------------------------------------28 第6.2节 筒体的制造------------------------------------------29 第6.3节 封头的制造------------------------------------------30 第6.4节 管板的制造------------------------------------------31 第6.5节 管束的制造------------------------------------------31 第6.6节 折流板的制造----------------------------------------32 第6.7节 换热器的质量检测------------------------------------32 第6.8节 装配------------------------------------------------32 第6.9节 油漆、包装------------------------------------------33 总结---------------------------------------------------------34 致谢---------------------------------------------------------34 参考文献-----------------------------------------------------35 符号说明 符 号 意 义 单 位 [σ]t 许用应力 MPa σt 计算应力 MPa C 厚度附加量 mm C1 钢材厚度偏差 mm C2 腐蚀裕量 mm Di 圆筒内直径 mm [Pw]t 最大允许工作压力 MPa Pc 计算压力 MPa E 材料的弹性模量 Pa ф 焊缝系数 —— δ 计算厚度 mm δd 设计厚度 mm δn 名义厚度 mm δe 有效厚度 mm m 垫片系数 mm ye 比压力 MPa A 补强截面积 mm2 B 补强有效宽度 mm F 压力 N K 椭圆形封头形状系数 —— M 力矩 N.mm VIII 第一章 绪 论 换热器的工作原理是换热器中管程、壳程流体由于温度不同而产生热交换，流体来达到升高或降低温度的目的。在我们熟悉和掌握它的特点，以及按照它的相关的一些生产方法，才可以对换热器进行合理的设计和选型。目前换热器在我国化工行业中得到广泛的应用，所以其制造工艺的提高、设计的优化可大大提高化工企业的效益。 1.1 换热器的分类 换热器根据工作原理、结构特点及使用用途进行分类，常见的分类方法如下图1-1所示： 图1-1 换热器的分类 1.2固定管板式换热器的特点 常见的固定管板式换热器结构特点如下图1-2所示，管束和管板相连，管板和壳体焊接在一起。优点：结构简单、制造价格低廉、承压能力强、结构紧凑，管程的清洗比较方便，管子损坏时更换方便；缺点：管束和壳体壁温相差很大时会产生的热应力。这种换热器一般用于物料清洁以及不容易结垢并清洗方便、管程与壳程温差不大或者壳体中流体压力不是很高小于600kpa的场合。 图1-2固定管板式换热器结构图 固定管板式换热器制造及检验应符合GB150-2011《压力容器》，GB151-2014《管壳式换热器》中的标准来进行。 第二章 换热器的工艺设计 2.1各部件的材料 固定管板式换热器的主要零部件选用的材料如下表2-1： 表2-1选材 元件名称 材料 状态 标准号 供货状态 壳体 Q245R 板材 GB 9948 固溶 换热管 20 管材 GB /T13296-2007 固溶 管板 Q345R 锻件 2014E-46-02 固溶 管箱 Q245R 板材 GB 713-2007 固溶 管箱法兰 Q245R 板材 HG20592-2009 固溶 壳程接管 20 板材 GB/T9948 -2006 固溶 筒体法兰 Q245R 锻件 HG20592-2009 固溶 管程接管 S30408 板材 GB/T13296-2007 固溶 管箱法兰 Q245R 锻件 HG20592-2009 固溶 2.2 换热器的工艺条件 设 计 条 件： 壳 程 管 程 工 作 介 质： 蒸汽 水 设 计 温 度： 152℃ 80℃ 工 作 温 度: 135℃ 80℃ 设 计 压 力： 0.6MPa 0.6Mpa 工 作 压 力： 0.56Mpa 0.58Mpa 焊 缝 系 数： 0.85 0.85 腐 蚀 余 量： 1mm 0mm 换 热 面 积： 15M2 2.3 设备尺寸的估算 2.3.1 计算传热管数NT 用传热管规格为ф25x2.5x2000mm（无缝钢管还有19x2和38x2.5，使用的只用前两种），传热管数NT为： 用小管径可加大传热面积、符合本换热器结构紧凑的特点、耗材少经济实惠、也能提高传热系数，但是小管径流体阻力大，不便清洗，易结垢堵塞。一般大直径管子用于黏性大或污浊的流体，小直径管子用于较清洁的流体。 （符合） （2-1） 式中： — 换热管外径。 S— 换热面积。 L — 换热管长。 — 换热管总数。 2.3.2 排管方式 换热管的排管方式如下图2-1所示，正三角形、正方形、转角正方形、转角正三角形四种方式。各种排列方式都有其各自的特点：（1）正三角形排列：排管密集，流体湍流好，用得 最为普遍；（2）正方形排列：清洗比较方便，但传热效果不好；（3）转角正方形：和以上直排列比较，可稍微提高一些传热系数。 考虑到给出设计条件和工艺要求，本设计选用正三角形的排管方式。 2.3.3换热器的传热管如果按正三角形排列，壳程直径D计算如下： 取管心距 t=1.25do （焊接法）（化工原理上277页） t=1.3x25=32(mm) 横过管束中心线的管数： 采用单管程结构（流量、传热面积小化工原理277页），则壳体内径为： D=t(nc-1)+(2-3)do=32x(11-1)+(2-3)x25=370-395(mm) （2-2） 圆整得D＝400mm（化工原理上278页）（最小壁厚10mm） 图2-1换热管排列方式 第三章结构及强度设计与校核 3.1 壳体、管箱的壁厚和封头的厚度计算 3.1.1 壳体厚度和校核 使用Q245-R，设计压力为0.6MP，许用应力[σ]t=131MP,接头系数Φ＝0.85，公称直径Di=400mm,钢板厚度负偏差C1＝0.1mm，腐蚀裕量C2＝1mm。 计算厚度： (3-1) 设计厚度： 名义厚度： 由GB151-2014，固定管板式换热器筒体最小壁厚取（可抽管束） 有效厚度： 进行液压试验压力为： 由GB150-2011附录F，Q245屈服极限是245MPa。 查表得,即，即液压试验通过。 3.1.2 管箱厚度和校核 使用Q245-R，设计压力0.6MPa，许用应力[σ]t=147Mpa ，接头系数Φ＝0.85，公称直径Di=400mm，厚度负偏差C1＝0.1mm，腐蚀裕量C2＝0mm。 计算壁厚为 (3-2) 设计厚度： 名义厚度 由GB151固定管板式换热器管箱最小壁厚规定 取 有效厚度： 进行液压试验压力为： 由GB150-2011附录F，Q245屈服极限是245MPa。 查表得,即，即液压试验通过。 3.2封头的计算和校核 3.2.1换热器封头的选择 由于本次设计的固定管板式壳程压力为0.6MPa，管程压力为0.6MPa，属于低压容器，椭圆形封头就能够满足要求，所以本设计中的管箱封头与壳体封头都选取椭圆形封头。封头的椭球部分的压力分布均匀，容易冲压成型，是目前中、低压容器中使用比较广泛的封头之一，本设计封头环焊缝采用双面对接焊并用局部无损探伤。 3.2.2封头厚度及水压实验校核 (3-3) （其中 K是标准椭圆形封头形状系数为1.0） 腐蚀余量C2=0mm，钢板负偏差C1=0.1mm， 设计厚度： 名义厚度： 为方便焊接和避免形状不连续导致应力集中，封头厚度取值与管箱一致，故 取 有效厚度： 液压试验时的压力为： 根据GB150-2011附录F，Q245R屈服极限为245MPa。 查表得 即,所以液压试验通过。 3.3垫片的计算 采用D＝470mm，d=426 mm,δ=3mm的石棉橡胶板。 根据GB150－2011表7－2：m=2.0mm（垫片系数）,y=11MPa（比压力） 1)垫片的有效密封宽度 接触宽度N＝22mm，基本密封宽度bO＝N/2=22/2=11mm 根据GB150－2011查表得，当bO>6.4mm 2)垫片压紧力作用中心圆直径 当bO>6.4mm时，可得垫片压紧力作用中心圆直径 DG＝D-2b=427-2x8.39=453.22mm 3)垫片压紧力 预紧状态下需要的最小垫片压紧力 FG=Fa=3.14DGby=3.14x453.22x8.3911x11=131757.17N 4)操作状态下需要的最小垫片压紧力 FG=FP=6.28DGbmPC=6.28x453.22x8.39x2.0x0.58=27700.57N 3.4螺栓 3.4.1螺栓的布置尺寸 GB150-2011表7-3，法兰尺寸为LA＝27mm，Le＝26 螺栓间距： 3.4.2螺栓的载荷计算 (1).预紧状态下需要的最小螺栓载荷 Wa＝Fa=3.14DGby==131757.17N (2).操作状态下需要的最小螺栓载荷 WP=F+FP=0.785DG2PC+6.28DGbmPC =0.785x453.22x0.58+6.28x453.22x8.39x2.0x0.58=121223N 3.4.3螺栓面积的计算 (1)预紧状态下需要的最小螺栓面积 (2)操作状态下需要的最小螺栓面积 (3)需要的螺栓面积 取Aa和Ab的最大值 Amax=1063.36mm2 (4)实际螺栓面积Ab Ab≥Am ,符合螺栓设计要求 3.4.5螺栓载荷的设计 (1).预紧状态下螺栓设计载荷 (2).操作状态下螺栓设计载荷 3.5法兰的计算 1)法兰力矩 2)预紧状态下的法兰力矩 3)操作状态下的法兰力矩 4)法兰设计力矩 法兰材料Q235B在设计温度90℃下的许用应力 法兰材料在常温下的许用应力 3.6节 开孔补强的计算 3.6.1 概述 接管是换热器结构设计上的必备结构，因此需要在设备上开孔，在容器的开孔部位产生的应力集中将引起壳体局部强度削弱以及给容器的安全操作带来隐患。如果开孔很小，并且接管又可以使强度的削弱得到弥补，那么就不需要补强：如果开孔很大，有应力集中就需要开孔补强，这就是所谓的开孔补强设计。然而接管的补强区只能降低应力集中，却无法将应力集中消除，所以压力容器的结构设计必须腰考虑到开孔补强的问题。 1. 在GB150-2011上壳体开孔满足以下几点时，不用补强。 1)．Pc≤2.5Mpa. 2)．相近的开孔中心距小于两个孔直径和的两倍 3).接管最小壁厚满足GB150-2011表6-1 4)．接管公称外径小于或等于89mm 5)．壳体开孔的排污口、排气口和排凝出口接管选择φ32*3.5和φ76×6的接管，可不用补强。 2.壳体饱和蒸汽入口、 热水入口、出口开孔补强的校核 ， 因壳体和管箱开孔尺寸相同，两者计算其一即可。 3.6.2壳体上开孔补强计算（过程设备设计106 ） 开孔直径 对于内径,当筒体开孔直径=78mm
- 配套讲稿：
如PPT文件的首页显示word图标，表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制：
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片，仅作为作品整体效果示例展示，禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词：
- 固定 板式 换热器
装配图网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
链接地址：https://www.zhuangpeitu.com/p-1624681.html