课程设计化工机械管壳式换热器的结构设计

化工与材料学院09级本科生化工机械设备课程设计 管壳式换热器的结构设计摘 要课程设计理论是学生理论联系实际的一次很好的机会，本次实验就管壳式换热器进行一次课程设计，掌握并了解在工业生产中节能、高效、环保等概念。 换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。 其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。 管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）。关键词：管壳式换热器课程设计 管壳式换热器使用范围 管壳式换热器的结构设计 Structure design of shell-and-tube heat exchangerAbstractStudent in course design theory is a good opportunity of integrating theory with practice,this experim ent on the course design of shell-and-tube heat exchanger, industrial production, mastering and understanding concepts such as energy conservation, effciency, environmental protection. Heat exchanger in oil refining, petrochemical, and widely used in other industries, it is suitable for cooling, heating, evaporation and condensation, heat recovery, and various other aspects.Among them, shell-and-tube heat exchanger in the heat transfer efficiency, size of equipment and metal consumption than other new type of heat-exchange equipment, but it has a strong structure, flexibility, high reliability, widely used and so on, so the project is still being widely used.Structure design of shell-and-tube heat exchanger, is to ensure that the heat exchanger and the quality of life, you must consider many factors, such as material, pressure, temperature and wall temperature difference, scaling, fluid properties, as well as maintenance and cleaning, and so on to choose an appropriate structure.With a form of heat exchangers, for a variety of conditions, often used structures are not the same.In engineering design, apart from used as far as possible the training series, often designed according to their specific conditions, to meet the needs of technology (supported by most reasonable under suitable conditions the most effective and most economic manufacture of heat exchangers, and so on).Key words：Course design of shell-and-tube heat exchanger Shell-and-tube heat exchanger use Structure design of shell-and-tube heat exchanger 42 化工与材料学院09级本科生化工机械设备课程设计 目 录 摘要 ABSTRACT1前言11.1概述11.1.1换热器的类型11.1.2换热器11.2设计的目的与意义21.3管壳式换热器的发展史21.4管壳式换热器的国内外概况31.5壳层强化传热31.6管层强化传热31.7提高管壳式换热器传热能力的措施41.8设计思路、方法51.8.1换热器管形的设计51.8.2换热器管径的设计51.8.3换热管排列方式的设计51.8.4 管、壳程分程设计51.8.5折流板的结构设计5 1.8.6管、壳程进、出口的设计6 1.9 选材方法6 1.9.1 管壳式换热器的选型6 1.9.2 流径的选择8 1.9.3流速的选择9 1.9.4材质的选择9 1.9.5 管程结构9 2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算11 2.1 管径11 2.2管子数n11 2.3 管子排列方式，管间距的确定11 2.4换热器壳体直径的确定11 2.5换热器壳体壁厚计算及校核11 3换热器封头的选择及校核14 4容器法兰的选择15 5管板16 5.1管板结构尺寸16 5.2管板与壳体的连接16 5.3管板厚度16 6管子拉脱力的计算18 7计算是否安装膨胀节20 8折流板设计22 9开孔补强25 10支座27 10.1群座的设计27 10.2基础环设计29 10.3地角圈的设计30 符号说明32 参考文献34 谢辞35 1 前言1.1概述1.1.1换热器的类型 管壳式换热器是最典型的间壁式换热器，历史悠久，占据主导作用，主要有壳体、管束、管板、折流挡板和封头等组成。一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。其主要优点是单位体积所具有的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。为提高壳程流体流速，往往在壳体内安装一定数目与管束相互垂直的折流挡板。折流挡板不仅可防止流体短路、增加流体流速，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍流程度大为增加。 列管式换热器中，由于两流体的温度不同，使管束和壳体的温度也不相同，因此它们的热膨胀程度也有差别。若两流体温差较大（50以上）时，就可能由于热应力而引起设备的变形，甚至弯曲或破裂，因此必须考虑这种热膨胀的影响。1.1.2换热器 换热器是化工、石油、食品及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。由于生产规模、物料的性质、传热的要求等各不相同，故换热器的类型也是多种多样。 按用途它可分为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。根据冷、热流体热量交换的原理和方式可分为三大类：混合式、蓄热式、间壁式。 间壁式换热器又称表面式换热器或间接式换热器。在这类换热器中，冷、热流体被固体壁面隔开，互不接触，热量从热流体穿过壁面传给冷流体。该类换热器适用于冷、热流体不允许直接接触的场合。间壁式换热器的应用广泛，形式繁多。将在后面做重点介绍。 直接接触式换热器又称混合式换热器。在此类换热器中，冷、热流体相互接触，相互混合传递热量。该类换热器结构简单，传热效率高，适用于冷、热流体允许直接接触和混合的场合。常见的设备有凉水塔、洗涤塔、文氏管及喷射冷凝器等。蓄热式换热器又称回流式换热器或蓄热器。此类换热器是借助于热容量较大的固体蓄热体，将热量由热流体传给冷流体。当蓄热体与热流体接触时，从热流体处接受热量，蓄热体温度升高后，再与冷流体接触，将热量传给冷流体，蓄热体温度下降，从而达到换热的目的。此类换热器结构简单，可耐高温，常用于高温气体热量的回收或冷却。其缺点是设备的体积庞大，且不能完全避免两种流体的混合。工业上最常见的换热器是间壁式换热器。根据结构特点，间壁式换热器可以分为管壳式换热器和紧凑式换热器。紧凑式换热器主要包括螺旋板式换热器、板式换热器等。管壳式换热器包括了广泛使用的列管式换热器以及夹套式、套管式、蛇管式等类型的换热器。其中，列管式换热器被作为一种传统的标准换热设备，在许多工业部门被大量采用。列管式换热器的特点是结构牢固，能承受高温高压，换热表面清洗方便，制造工艺成熟，选材范围广泛，适应性强及处理能力大等。这使得它在各种换热设备的竞相发展中得以继续存在下来。使用最为广泛的列管式换热器把管子按一定方式固定在管板上，而管板则安装在壳体内。因此，这种换热器也称为管壳式换热器。常见的列管换热器主要有固定管板式、带膨胀节的固定管板式、浮头式和U形管式等几种类型。1.2设计的目的与意义 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，以实现不同温度流体间的热能传递，又称热交换器。换热器是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。 在换热器中，至少有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量；另一种流体则温度较低，吸收热量。在工程实践中有时也会存在两种以上的流体参加换热，但它的基本原理与前一种情形并无本质上的区别。 换热设备在炼油、石油化工以及在其他工业中使用广泛，它适用于冷却、冷凝、加热、蒸发和废热回收等各个方面。 其中，管壳式换热器虽然在换热效率、设备的体积和金属材料的消耗量等方面不如其他新型的换热设备，但它具有结构坚固、弹性大、可靠程度高、使用范围广等优点，所以在各工程中仍得到普遍使用。 管壳式换热器的结构设计，是为了保证换热器的质量和运行寿命，必须考虑很多因素，如材料、压力、温度、壁温差、结垢情况、流体性质以及检修与清理等等来选择某一种合适的结构形式。 对同一种形式的换热器，由于各种条件不同，往往采用的结构亦不相同。在工程设计中，除尽量选用定型系列产品外，也常按其特定的条件进行设计，以满足工艺上的需要（得到适合工况下最合理最有效也最经济的便于生产制造的换热器等等）。1.3管壳式换热器的发展史为了满足电厂对在较高压力下运行的大型换热器（如冷凝器和供水加热器）的需要，在20世纪初，提出了壳管式换热器的基本设计。经过长期的运用，使设计变得相当成熟和专业化。 当今已广泛地应用于工业上的壳管式换热器，在20世纪初也开始适应石油工业提出的要求。油加热器和冷却器、再沸器以及各种原油馏分和有关的有机流体的冷凝器这些设备需要在恶劣的野外条件下运行，流体常常不干净而且又要求高温和高压，因此，设备便于清洗和进行现场修理是绝对需要的。壳管式换热器发展的早期阶段，出现的最大量的严重问题，不是在传热方面（这可以由实践经验粗略的估算），而是各种部件，特别是管板材料的强度计算问题，还有在制造技术和工程实施中的许多有关的其他问题，如管和管板的连接，法兰和接头管的焊接等。 在20世纪20年代，壳管式换热器的制造工艺得到相当圆满的发展，这主要是由于几个主要制造商努力的结果。制造设备的传热面积可达500m2,即直径约750mm、长6m，用于急剧增长的石油工业。在30年代，壳管式换热器的设计者，根据直接经验和在理想管束上的实验数据，建立了很多正确的设计原则。水-水和水-气换热器的设计，大概与现今的设计差不多。因为污垢热阻起很大的作用，壳侧流动的粘性流是一个困难的问题，而且，60年代以前的他们的了解很少。随着壳管式换热器的应用稳步增长，以及对在各种流程条件下性能预计的精度要求越来越高，这造就40年代直至50年代研究活动的激增。研究内容不仅包括壳侧流动，而且相当重要的还有真实平均温差的计算、结构件特别是管板的强度计算。多年来发展起来的壳管式换热器，由于其结构坚固并能适应很大的设计和使用条件的变化，已成为最广泛使用的换热器。1.4管壳式换热器的国内外概况 随着现代新工艺、新技术、新材料的不断发展和能源问题的日益严重, 必然带来更多的高性能、高参数换热设备的需求。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统的经济性和可靠性起着重要的作用, 有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96% ,换热设备在石油炼厂中约占全部工艺设备投资的35%40%。其中管壳式换热器仍然占绝对的优势,约70%。其余30 %为各类高效紧凑式换新型热管和蓄热器等设备,其中板式、板翅式、热管及各类高效传热元件的发展十分迅速。随着工业装置的大型化和高效率化, 换热器也趋于大型化,并向低温差设计和低压力损失设计的方向发展。当今换热器的发展以CFD (Computational Fluid Dynamics) 、模型化技术、强化传热技术及新型换热器开发等形成了一个高技术体系1。 该换热器是当前应用最广,理论研究和设计技术完善,运用可靠性良好的一类换热器。目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究。强化传热主要有3 种途径提高传热系数、扩大传热面积和增大传热温差,研究主要集中在强化管程和壳程传热面方面。1.5壳层强化传热 传统的管壳式换热器, 流体在壳侧流动存在着转折和进出口两端涡流的影响区, 影响了壳侧的给热系数。壳侧的传热强化研究包括管型与管间支撑物的研究。1.6管层强化传热 人们想尽各种办法实施强化传热, 归结起来不外乎2 条途径, 即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。改变传热面形状的方法有多种, 用于强化管程传热的有: 横纹管、螺旋槽管、螺纹管(低翅管)和缩放管以及螺旋扁管(瑞典ALLARDS 公司生产) 。我国螺纹管的标准翅化率为1.32.9(3),美、英、日、德等国均有商品化低翅管。德国Hde公司的螺旋槽管，管内传热效率明显优于光管,在2300 Re 105 范围内, 提高传热效率2.311.1倍, 当200 Re 100 时, 壳程介质即达湍流, 因此,对于流量小或粘度大的介质优先考虑作为壳程换热介质; 由于管程清洗相对于壳程清洗要容易, 因此对于易结垢、有沉淀及杂物的介质宜走管程; 从经济性考虑, 对于高温、高压或腐蚀性强的介质, 作为管程换热介质更加合理; 对于刚性结构的换热器, 若冷、热介质温差大, 因壁面温度与换热系数大的介质温度接近, 为减小管束与壳体的膨胀差, 换热系数大的介质走壳程更加合理, 而冷、热介质温差小, 两介质换热系数相差大, 换热系数大的介质走管程更加合理。3、 采用强化管壳式换热器传热的结构措施 在换热器设计中, 通常采用强化传热的措施来提高换热器的传热能力。强化传热的常用措施有: 采用高效能传热面、静电场强化传热、粗糙壁面、搅拌等。1.8 设计思路、方法1.8.1换热器管形的设计 管子外形有光管、螺纹管。相同条件下, 采用螺纹管管束比光管管束能增加换热面积2 倍左右。同时, 由于螺纹管的螺纹结构能有效破坏流体边界层, 有效提高了换热器的传热能力。当壳程介质易结垢时, 由于外螺纹管束沿轴向的胀缩作用使换热管外壁的硬垢脱落, 具有良好的自洁作用, 能够有效防止管束外壁的结垢, 减小换热器壳程热阻, 提高换热器的传热能力。1.8.2 换热器管径的设计 由于小直径换热管具有单位体积传热面积大, 换热器结构紧凑, 金属耗量少, 传热系数高的特点, 在换热器结构设计中, 对于管程介质清洁、不易结垢的介质, 采用小管径管束能有效增加换热面积。相同条件下, 采用19mm 管束比采用25mm 管束能提高传热面积30%40% , 节约金属20% 以上。1.8.3换热管排列方式的设计 管子的排列方式有等边三角形、正方形和同心圆排列等, 对于壳程介质不易结垢或可用化学方法清洗污垢的介质, 采用三角形排列可使换热器的外径减小15% ; 对于需要机械清洗的管束, 管子排列应采用正方形; 对于小于300mm 的换热器, 为使管束排列紧凑, 可采用同心圆排列。1.8.4 管、壳程分程设计 管程分程设计。当需要的传热面积很大,换热管长度太长( 对卧式换热器管长比壳径比超过610, 立式换热器超过46 时) , 采用单管程换热器使管程流速很低时, 可采用管程分程的办法来提高管程换热介质的流速。因为决定管程介质的流态的雷诺数Rei 与管程介质流速成正比,为提高换热器管程换热系数hi, 可采用管程分程的办法提高管程换热系数。 壳程分程设计。为了提高换热器传热能力, 且不使换热管太长, 壳程利用横向折流板或纵向折流板分程。壳程分程可增加对壳程换热介质的扰动, 使壳程换热介质流速增加, 流程加大,换热介质横向冲刷扰动加大, 提高换热器传热能力。1.8.5折流板的结构设计 折流板的结构设计包括型式的确定, 形状的设计, 缺口高度设计和折流板间距设计。换热器壳程折流板可分为横向折流板和纵向折流板, 由于壳程加装纵向折流板在制造工艺上较困难, 而且造成壳程压降增加, 因此一般采用壳程加装横向折流板。壳程加装横向折流板后, 壳程换热介质雷诺数Re0100 时, 壳程介质即达湍流, 能有效提高换热器的传热能力, 横向折流板常采用弓形和盘- 环形, 弓形折流板加工、制造和组装较方便, 使用最普遍, 盘- 环形折流板主要用于小型换热器中。在换热器结构设计中, 合理设计折流板间距是保证壳程换热介质的压力降满足设计要求的关键。1.8.6管、壳程进、出口的设计 管程进、出口管的设计。管程进、出口管径在考虑管程压降允许的条件下, 通过计算确定管径, 其计算公式为23 300( 为管程介质密度, kg/m3; 为管程介质进、出口流速, m/s) 。为保证管程流体的均匀分布, 充分发挥换热管的换热性能, 管程进、出口应设置在换热器管程的底部和顶部。 对换热器的使用寿命影响较大, 特别是壳程换热介质流速较高或介质中含有固体颗粒。为保证换热器的使用性能, 可在壳程入口加装防冲板, 对介质冲刷起到缓冲的作用, 保护管束不受冲击; 为避免壳程入口流速过高, 壳程介质流速有一定的限制: 2100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。8、若两流体的温度差较大，传热膜系数较大的流体宜走壳程，因为壁温接近传热膜系数较大的流体温度，以减小管壁和壳壁的温度差。综合考虑以上标准，确定半水煤气应走壳程，变换气走管程。1.9.3 流速的选择 表1-1 换热器常用流速的范围 介质流速 循环水 新鲜水 一般液体 易结垢液体 低粘度油 高粘度油 气体 管程流速，m/s1.02.00.81.50.531.00.81.80.51.5530壳程流速，m/s0.51.50.51.50.21.50.50.41.00.30.8215 由于增加流体在换热器中的流速，将加大对流传热系数，减少污垢在管子表面上沉积的可能性，即降低了污垢热阻，使总传热系数增大，从而可减小换热器的传热面积。但是流速增加，又使流体阻力增大，动力消耗就增多。故拟取变换气流速为20m/s。1.9.4材质的选择管壳式换热器的材料应根据操作压强、温度及流体的腐蚀性等来选用。在高温下一般材料的机械性能及耐腐蚀性能要下降。同时具有耐热性、高强度及耐腐蚀性的材料是很少的。目前 常用的金属材料有碳钢、不锈钢、低合金钢、铜和铝等；非金属材料有石墨、聚四氟乙烯和玻璃等。根据实际需要，可以选择使用不锈钢材料。1.9.5 管程结构换热管管板上的排列方式有正方形直列、正方形错列、三角形直列、三角形错列和同心圆排列，如下图所示。 (a) 正方形直列（b）正方形错列 (c) 三角形直列 （d）三角形错列 （e）同心圆排列 图1-4 换热管管板上的排列方式正三角形排列结构紧凑；正方形排列便于机械清洗。对于多管程换热器，常采用组合排列方式。每程内都采用正三角形排列，而在各程之间为了便于安装隔板，采用正方形排列方式。 管板的作用是将受热管束连接在一起，并将管程和壳程的流体分隔开来。管板与管子的连接可胀接或焊接。 2 壳体直径的确定与壳体壁厚的计算2.1 管径 换热器中最常用的管径有19mm2mm和25mm2.5mm。小直径的管子可以承受更大的压力，而且管壁较薄；同时，对于相同的壳径，可排列较多的管子，因此单位体积的传热面积更大，单位传热面积的金属耗量更少。所以，在管程结垢不很严重以及允许压力降较高的情况下，采用19mm2mm直径的管子更为合理。如果管程走的是易结垢的流体，则应常用较大直径的管子。 标准管子的长度常用的有1500mm，2000mm，2500mm，3000m,4500,5000,6000m,7500mm,9000m等。换热器的换热管长度与公称直径之比一般为425,常用的为610选用252.5的无缝钢管，材质为20号钢，管长4.5m。 2.2 管子数n (2-1) 其中安排拉杆需减少6根，故实际管数n=503-6=497根2.3 管子排列方式，管间距的确定 采用正三角形排列，由化工设备机械基础表7-4查得层数为12层，对角线上的管数为25，查表7-5取管间距a=32mm.2.4换热器壳体直径的确定 (2-2) 其中 取， 查表2-5，圆整后取壳体内径00mm2.5 换热器壳体壁厚计算及校核 材料选用20R 计算壁厚为：, (2-3) 式中:为计算压力，取=1.0Mpa；700mm;=0.9;t =92Mpa（设壳壁温度为 350C） 将数值代入上述厚度计算公式，可以得知： 查化工设备机械基础表4-11取 ；查化工设备机械基础表4-9得 5.47+1.2+0.25=6.92 mm查表4-13圆整后取 复验 ，最后取 该壳体采用20钢7mm 厚的钢板制造。1、液压试验应力校核 (2-4) (2-5) (2-6) 查化工设备机械基础附表9-1，可见故水压试验强度足够。2、强度校核设计温度下的计算应力 最大允许工作压力 (2-7) 故强度足够。3 换热器封头的选择及校核 上下封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T4746-2000标准，封头为DN9007，查化工设备机械基础表4-15得曲面高度 ，直边高度 ，材料选用20R钢标准椭圆形封头计算厚度： (3-1) (3-2) 所以，封头的尺寸如下图： 图3-1 换热器封头尺寸4 容器法兰的选择 材料选用16MnR 根据JB/T4703-2000 选用DN900，PN1.6Mpa的榫槽密封面长颈对焊法兰。 查化工设备机械基础附表14得 法兰尺寸如下表： 表4-1 法兰尺寸 公称直径DN/mm 法兰尺寸/mm 螺柱d规格数量900106010159769669635527M2428 所以，选用的法兰尺寸如下图： 图4-1 容器法兰5 管板管板除了与管子和壳体等连接外，还是换热器中的一个重要的受压器件。5.1管板结构尺寸 查（化工单元设备设计P25-27）得固定管板式换热器的管板的主要尺寸： 表5-1 固定管板式换热器的管板的主要尺寸公称直径Dbcd螺栓孔数90010601015966963584427245.2管板与壳体的连接在固定管板式换热器中，管板与壳体的连接均采用焊接的方法。由于管板兼作法兰与不兼作法兰的区别因而结构各异，有在管板上开槽，壳体嵌入后进行焊接，壳体对中容易，施焊方便，适合于压力不高、物料危害性不高的场合；如果压力较高，设备直径较大，管板较厚时，其焊接时较难调整。5.3管板厚度管板在换热器的制造成本中占有相当大的比重，管板设计与管板上的孔数、孔径、孔间距、开孔方式以及管子的连接方式有关，其计算过程较为复杂，而且从不同角度出发计算出的管板厚度往往相差很大。一般浮头式换热器受力较小，其厚度只要满足密封性即可。对于胀接的管板，考虑胀接刚度的要求，其最小厚度可按表5-2选用。考虑到腐蚀裕量，以及有足够的厚度能防止接头的松脱、泄露和引起振动等原因，建议最小厚度应大于20mm。表5-2 管板的最小厚度换热器管子外径/mm25323857管板厚度/mm3/4222532综上，管板的尺寸如下图：图5-1 管板6 管子拉脱力的计算 计算数据按表6-1选取表6-1项目管子壳体操作压力/Mpa0.820.78材质20钢20R线膨胀系数弹性模量许用应力/Mpa10192尺寸管子根数497管间距/mm32管壳壁温差/管子与管板连接方式开槽胀接胀接长度/mm50许用拉脱力/Mpa4.01、在操作压力下，每平方米胀接周边所产生的力 (6-1) 其中 (6-2) , mm 2、温差应力引起的每平方米胀接周边所产生的拉脱力 (6-3) 其中 (6-4) (6-5) (6-6) 由此可知，作用方向相同，都使管子受压，则管子的拉脱力： q=+=0.08+1.03=1.114.0 (6-7) 因此拉脱力在许用范围内。7 计算是否安装膨胀节管壳壁温差所产生的轴向力为： （N） (7-1) 压力作用于壳体上的轴向力： (7-2) 其中 (7-3) = 压力作用于管子上的轴向力为： 则 (7-4) 根据GB管壳式换热器q4.0，条件成立，故本换热器不必要设置膨胀节。8 折流板设计设置折流板的目的是为了提高流速，增加湍动，改善传热，在卧式换热器中还起支撑管束的作用。常用的有弓形折流板和圆盘-圆环形折流板，弓形折流板又分为单弓形图8-1（a）、双弓形图8-1（b）、三重弓形图8-1（c）等几种形式。 图8-1 弓形折流板和圆盘-圆环形折流板 单弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度h为壳体公称直径Dg的15%45%，最好是20%，见图8-2（a）；在卧式冷凝器中，折流板底部开一90的缺口，见图8-2（b）。高度为1520mm，供停工排除残液用；在某些冷凝器中需要保留一部分过冷凝液使凝液泵具有正的吸入压头，这时可采用带堰的折流板，见图8-2（c）。 图8-2 单弓形折流板 在大直径的换热器中，如折流板的间距较大，流体绕到折流板背后接近壳体处，会有一部分液体停滞起来，形成对传热不利的“死区”。为了消除这种弊病，宜采用双弓形折流板或三弓形折流板。从传热的观点考虑，有些换热器（如冷凝器）不需要设置折流板。但为了增加换热器的刚度，防止管子振动，实际仍然需要设置一定数量的支承板，其形状与尺寸均按折流板一样来处理。折流板与支承板一般均借助于长拉杆通过焊接或定距管来保持板间的距离，其结构形式可参见图8-3。 图8-3 折流板安装图由于换热器是功用不同，以及壳程介质的流量、粘度等不同，折流板间距也不同，其系列为：100mm，150mm，200mm，300mm，450mm，600mm，800mm，1000mm。允许的最小折流板间距为壳体内径的20%或50mm，取其中较大值。允许的最大折流板间距与管径和壳体直径有关，当换热器内流体无相变时，其最大折流板间距不得大于壳体内径，否则流体流向就会与管子平行而不是垂直于管子，从而使传热膜系数降低。折流板外径与壳体之间的间隙越小， 壳程流体介质由此泄漏的量越少，即减少了流体的短路，使传热系数提高，但间隙过小，给制造安装带来困难，增加设备成本，故此间隙要求适宜。折流板厚度与壳体直径和折流板间距有关，见表8-1所列数据。表8-1 折流板厚度/ mm壳体公称内径/mm相邻两折流板间距/mm3003004504506006007507502002503561010400700561010127001000681012161000610121616支承板厚度一般不应小于表8-1(左)中所列数据。支承板允许不支承的最大间距可参考表8-1（右）所列数据。壳体直径/mm4004008009001200管子外径/mm19253857支承板厚度/mm6810最大间距/mm1500180025003400表8-2 支承板厚度以及支承板允许不支承的最大间距经选择，我们采用弓形折流板，h=, 折流板间距取600mm, 查化工设备机械基础表7-7得折流板最小厚度为4 mm,折流板外径负偏差-0.60查化工设备机械基础表7-9折流板外径为896 mm,材料Q235-A钢查化工设备机械基础表7-10拉杆12，共10根，材料Q235-AF钢折流板开孔直径 所以，折流板尺寸如下图： 图8-4 折流板9 开孔补强1、确定壳体和接管的计算厚度及开孔直径 由已知条件得壳体计算厚度 接管计算厚度为 (9-1) 其中 选用20钢 查附表9得 开孔直径为： (9-2) 2、确定壳体和接管实际厚度，开孔有效补强面积及外侧有效补强高度h 已知壳体名义厚度，补强部分厚度为 接管有效补强宽度为 B=2d= (9-3) 接管外侧有效补强高度 (9-4) 3、计算需要补强的金属面积和可以作为补强的金属面积需要补强的金属面积为： (9-5) 可以作为补强的金属面积为： (9-6) (9-7) 4、 (9-8) 5、比较，所以壳程接管需要补强，而管程接管的公称直径较大，也需要补强。常用的结构是在开孔外面焊上一块与容器壁材料和厚度都相同即7mm厚的钢板。综上，得换热器开孔补强结构如下图：图9-1 换热器开孔补强结构10 支座10.1裙座设计采用圆筒形裙式支座，裙座与塔体的连接采用焊接，由于对接焊缝的焊缝受压，可承受较大的轴向力，故采用对接形式。取裙座外径与封头外径相等。并且取裙座的厚度与封头的厚度相同，即裙座尺寸为9007mm.。裙座材料选用Q235-A。图10-1 裙座壳与壳体的对接型式。无保温层的裙座上部应均匀设置排气孔，表10-1 排气孔规格和数量容器内直径Di6001200140024002400排气孔尺寸8080100排气孔数量，个244排气孔中心线至裙座壳顶端的距离140180220因此设置两个排气孔，排气孔尺寸为80，排气孔中心线至裙座壳顶端的距离为140图10-2 裙座上部排气孔的设置塔式容器底部引出管一般需伸出裙座壳外，表10-2 引出孔尺寸引出管直径d20、2532、4050、7080、100引出孔的加强管无缝钢管13341594.521962738卷焊管-200250引出孔的加强管选用Q235-A的无缝钢管，引出管直径选用20图10-3 引出孔结构示意图10.2基础环设计1、基础环尺寸的确定 （10-1） （10-2）2、基础环的结构，基础环选用有筋板的基础环图10-4 有筋板基础环3、有筋板基础环厚度的设计 （10-3） 操作时或水压试验时，设备重力和弯矩在混凝土基础环（基础环底面上）所产生的最大组合应力为 基础环上的最大压应力可以认为是作用作用在基础环底上的均匀载荷。表4-3 混凝土基础的许用应力Ra混凝土标号 Ra/MPa混凝土标号 Ra/MPa混凝土标号 Ra/MPa75 3.5100 5.0 150 7.5200 10.0250 13.0同样，根据工艺要求和前人的经验，可确定基础环的厚度为20mm，材料选用为Q235-A。4.3地脚栓的设计 为了使塔设备在刮风或地震时不至翻倒，必须安装足够数量和一定直径的地脚螺栓，把设备固定在基础环上。 地脚螺栓承受的最大拉应力为 如果，则设备自身足够稳定，但为了固定塔设备的位置，应设置一定数量的地脚螺栓。 如果，则设备必须安装地脚螺栓，并进行计算。计算时可先按4的倍数假设地脚螺栓的数量为n，此时地脚螺栓的螺纹小径（mm）:螺纹小径与公称直径见下表。表10-4 螺纹小径与公称直径对照表螺栓公称直径 螺纹小径/mm