换热器专业课程毕业设指导书.docVIP

过程装备与控制工程 冷凝器，再沸器，蒸发器----换热器 设备说明书参考 四、设计计算示例 换热器的机械设计计算 1、已知条件： 名 称 管程 壳程 物料名称 软水 变换气 工作压力 0.75Mpa 0.7Mpa 工作温度 80℃ 50℃ 换热面积 135m2 推荐材质 20 16MnR 2、计算步骤 (1)管子数n 选Ф25×2．5的20号钢无缝钢管，管长3m。 考虑到需安排拉杆6根，实际管数取为600根。 (2)管子排列方式，管间距的确定 采用正三角形排列，在管板上管子排列的间距a，与管子与管板的连接方法有关。取 (3)换热器筒体直径的确定 筒体内径可由下式计算： 式中　a——换热器管间距，由上知a＝32mm； b—一位于管束中心线上的管数，管子按正三角形排列时， 一最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取 取筒体内径 (4)换热器筒体及封头壁厚计算 取设计压力＝0.95MPa，焊缝系数，材料选用16MnR，取钢板厚度负偏差，腐蚀裕量，，设计壁厚为： 查GB151－1998表3－2，取名义壁厚。 由标准椭圆形封头计算公式 可知标准椭圆形封头的厚度与筒体厚度基本相同，现取二者等厚。根据JBll54—73标准，取上、下封头均为，直边高度＝40。材料选用16MnR． 考虑到管箱应有足够的空间来均匀输送流体，现取管箱筒节长＝875mm。 (5)换热器水压试验及其壳体强度校核 水压试验压力：，为方便压力表读数，取。 分别为水压试验时筒体和封头的壁内应力。 所用16MnR板材在常温＝345MPa， 可见水压试验时筒体、封头壁内应力都小于，水压试验安全。 (6)容器法兰的选用 根据JBll60一82标准，选用的榫槽密封面长颈对焊法兰。本换热器因采用管板兼作法兰，故选用两个榫面法兰(管板兼作槽面法兰)，材料选用16MnR。 (7)确定管板尺寸 选用固定式换热器管板，并兼作法兰。材料选用16MnR。因管板兼作槽面法兰，故其与法兰相配的密封面尺寸应按所选法兰的相应尺寸来确定。管板厚度的计算见GB151－89《钢制管壳式换热器》表3-15，具体计算步骤如下： 已知条件如下所示： 管子　　　　　　壳体 材质　　　　　　　　　　　　20钢　　　　　　16MnR 线膨胀系数　　　　　　　　 弹性模量E（Mpa） 尺寸　　　　　　　　　　　　 管子数　　　　　　　　　　　　　　600根 管间距　　　　　　　　　　　　　　32mm 壳程圆筒内径面积 壳程圆筒金属横截面积 换热管金属总截面积 管板开孔面积 假定管板厚度 换热管有效长度L=换热管总长-2δ-3=3000-2*60-3=2877mm 换热管束模数 管子回转半径 管子受压失稳当量长度，查阅GB151-98,P47图3-21，可知其与折流板间距有关， 所以此处先设计折流板间距，查阅GB151-98中345页 取折流板的间距为：300mm， 等间距布置 则由图3-21， =600mm 则系数 所以管子稳定许用压应力 开孔后面积 管板布管区面积 (采用三角形排列) ——管间距。查GB151-98 P18表3-7， 取=32mm ——隔板槽面积，此题中不分程 取 所以 管板布管区当量直径： 系数： 法兰力矩 基本法兰力矩 其计算见GB150——1998第九章 螺栓载荷计算 预紧状态下： 查阅压力容器法兰标准，此处选长颈对焊法兰（PN1.6,DN1000）,榫槽密封面 则 m,y查 GB150——1998表9—2 取y=15.2 ,m=2.25 由表9—1 取垫片基本密封宽度 因为 所以垫片有效密封宽度 所以 操作状态下： 螺栓面积计算：预紧状态下 螺栓材料取为，查GB150——1998表4—7 操作状态下： 需要螺柱面积： 取大值=4270 实际用32个M24螺柱，其螺柱总面积 所以符合要求螺柱设计载荷： 预紧状态： 操作状态: 法兰基本力矩： ——螺柱中心圆直径 查法兰标准 为 管程压力作用时法兰力矩计算 (GB150-1998 第96页) 管板计算 管子加强系数 所以K=4.73 法兰计算：法兰宽度 管箱法兰厚度 查图3-15得： 旋转刚度 法兰材料采用 取为 此处用长颈对焊法兰 所以 壳体法兰厚度取为 查图3-15得： 旋转刚度