第頁(yè)共77頁(yè)某管殼式U型管式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25124某管殼式U型管式換熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1197511.1殼體 1287461.2管箱封頭 2140271.3管箱法蘭 2323111.4接管 359101.5管法蘭 4325791.6U型管 5281111.7墊片 6119331.8管板 64621.9連接型式 7221731.10折流板 7326351.11拉桿定距管 860641.12支座 91.1殼體在換熱器的工藝設(shè)計(jì)里，殼體的公稱(chēng)直徑是Ds=0.55m。殼程中的介質(zhì)是循環(huán)水，管程中的介質(zhì)是乙醇胺和氨水。根據(jù)熱流體的進(jìn)出口溫度，本設(shè)計(jì)中選取的設(shè)計(jì)溫度是Ts=120℃，設(shè)計(jì)壓力是Pc=0.6MPa。管程中的介質(zhì)是乙醇胺和氨水，乙醇胺蒸汽有毒性，易燃，屬于堿性腐蝕品，氨水有腐蝕性但是對(duì)鋼鐵比較差，查GB713-2014鋼板標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)選為Q345R，通過(guò)查GB150-2011[5]，得到本設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力是MPa。本文的焊接方式選擇的是雙面焊焊接接頭，無(wú)損傷，焊接系數(shù)為。厚度為：（1.1）本設(shè)計(jì)取，，所以設(shè)計(jì)厚度和名義厚度為：（1.2）（1.3）此處為了方便焊接，根據(jù)封頭厚度來(lái)取值，所以名義厚度向上取整為20mm。有效厚度：（1.4）殼體內(nèi)徑取值為550mm，殼體外徑取值為590mm。1.2管箱封頭根據(jù)《壓力容器》和查GB/T25198-2010和GB150-2011標(biāo)準(zhǔn)，查得封頭的結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)合鋼制壓力容器封頭的相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)。選取選用到的材料為Q235R的橢圓形封頭。厚度取20mm，負(fù)偏差值1，腐蝕裕度2，焊縫系數(shù)。圖1.1橢球形封頭表1.1封頭參數(shù)公稱(chēng)直徑為(mm)H(mm)h(mm)(mm)55016325.5201.3管箱法蘭由于本文設(shè)計(jì)的換熱器對(duì)密封性要求較高，所以選用凹凸型密封面，通過(guò)查NB/T47027-2012[8]的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)確定選用標(biāo)準(zhǔn)。本文選取的是長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭，結(jié)合管道的壁厚和管道的外徑，長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭的尾部可以直接和管道對(duì)接，并且有相同的壁厚，所以可直接跟管道對(duì)焊連接。選擇的材料為16Mn，具體的示意圖如下所示：圖1.2長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭（凹凸密封面）表1.2長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭參數(shù)螺栓規(guī)格55074569062978301502015M271.4接管根據(jù)GB/T8163-2018《輸送流體用無(wú)縫鋼管》查得，20鋼符合選用的標(biāo)準(zhǔn)，所以本設(shè)計(jì)選用的接管材料是20鋼的無(wú)縫鋼管。殼程管子流速為m/s：所以：（1.5）取管子標(biāo)準(zhǔn)值為，則管子尺寸為mm。管程管子流速為m/s：所以：可取管子標(biāo)準(zhǔn)值，則管子尺寸為mm，查《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到：殼程和管程的接管外伸高度，當(dāng)，=0～50mm時(shí)，1.5管法蘭本文設(shè)計(jì)的U型管式換熱器殼程、管程進(jìn)出口法蘭尺寸相同，都是150mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HG/T20592-2009中查得法蘭的連接標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合本文內(nèi)容，選用板式平焊法蘭（PL）類(lèi)別號(hào)是1C1，類(lèi)別是碳素鋼，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)是JB4726，材料選用16Mn，法蘭結(jié)構(gòu)形式如下圖1.3所示。表1.3法蘭結(jié)構(gòu)形式ADKLnThCB150159300250268M2430161150159265225188M1620161圖1.3板式平焊法蘭結(jié)構(gòu)1.6U型管同等面積下，U型管式換熱器的換熱效率最好，為了最大限度提升效率的同時(shí)，拍列更多的管數(shù)，本文選用正三角形排列方式（a），如下圖1.4所示，這種方式可使傳熱系數(shù)達(dá)到最高。這種排列方式不僅可以節(jié)省空間，而且還方便對(duì)管板的鉆孔與劃線，同時(shí)又可以節(jié)約百分之十五左右的管板面積。圖1.4排序方式U型管最小彎曲半徑：本文設(shè)計(jì)的換熱器為U型管式換熱器，此換熱器的換熱管是U型管，如下圖1.5所示，其種彎管段的彎曲半徑R不宜小于兩倍的換熱管外徑，最小彎曲半徑可從下表1.4中選取。圖1.5U型管最小彎曲半徑表1.4常用U形管的最小彎曲半徑d1012141619202225303235384550555720243032404045506065707690100110115注：d——換熱管外徑，mm；由上表可知當(dāng)換熱管外徑是25mm時(shí)，所以最小彎曲半徑取的是50mm；查《化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》可以得到換熱器中常用的流速范圍的數(shù)據(jù)，管程內(nèi)流體的流速m/s。1.7墊片查NB/T47026-2012[10]得到，根據(jù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，選擇墊片形式為金屬包墊片，其尺寸如下圖1.5所示：圖1.6金屬包墊片表1.5金屬包墊片參數(shù),mmD,mmd,mm5506375971.8管板管板材料和直徑尺寸的確定：管板材料選用Q345R，管板的最大D為629mm，管板的d是548mm。其中的一些參數(shù)為：=185MPa,許用應(yīng)力；=201000MPa彈性模量；=510MPa，抗拉強(qiáng)度；MPa,屈服強(qiáng)度。1.9連接型式管板與法蘭連接的結(jié)構(gòu)尺寸按NB/T47015-2011[9]的規(guī)定。通過(guò)查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB151-2014[2]得到，本文鏈接標(biāo)準(zhǔn)采用a型方法。如下圖1.7所示：圖1.7管板與殼程圓筒、管箱圓筒連接方式（a型）1.10折流板此設(shè)計(jì)中選用使用常用形式中的單弓形折流板，選用上下缺口排列，材料選用Q235R。圖1.8折流板開(kāi)口方式根據(jù)第二章2.3工藝結(jié)構(gòu)尺寸：折流板的缺口高度是0.138m。缺口方向?yàn)榇怪弊笥?。折流板的間距是0.5m。折流板的板數(shù)是11塊。綜合第二章結(jié)構(gòu)尺寸考慮，本文設(shè)計(jì)的換熱器中折流板個(gè)數(shù)取為10塊。通過(guò)查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB151-2014[2]得到，厚度t=12mm；折流板上管孔直徑，由GB151-2014[2]《熱交換器》里有關(guān)規(guī)定，查得d=25.5mm,允許尺寸為mm；是通過(guò)查GB151-2014[2]]《熱交換器》里有關(guān)規(guī)定，得到=495.5mm,允許尺寸為mm；1.11拉桿定距管本文中管子的直徑為：d=25mm，在25-57之間，所以拉桿直徑mm，所以拉桿數(shù)定為4根。表1.7拉桿參數(shù)拉桿直徑拉桿螺紋公稱(chēng)直徑161622602此設(shè)計(jì)選用螺紋連接，示意圖如下：圖1.9拉桿定距管結(jié)構(gòu)圖1.10拉桿的連接尺寸1.12支座根據(jù)