900固定管板换热器的设计

西南科技大学城市学院本科生毕业论文 IV900固定管板换热器的设计摘要：换热器在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。随着经济的发展，各种型式和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。为了适应发展的需要，我国对某些种类的换热器已经建立了标准，形成了系列。换热器的应用广泛，日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等，都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器既可是一种单元设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如氨合成塔内的换热器。换热器是化工生产中重要的单元设备，根据统计，热交换器的吨位约占整个工艺设备的20%有的甚至高达30%，其重要性可想而知。因此，设计和选择得到使用、高效的换热器对降低设备的造价和操作费用具有十分重要的作用。 关键词：换热器；应用广泛；单元设备过控0701 王海全900 fixed tube sheet heat exchanger designsummary：Heat exchanger in oil, chemical industry, light industry, pharmaceuticals, energy, industrial production, often require or fluid cooling high-temperature low temperature fluid heating, steam or liquid turns into steam condensing into a liquid. These processes and heat transfer are closely linked, which can be done by heat exchangers. With the development of the economy, various types and kinds of heat exchangers is developing rapidly, new structures, new materials for heat exchanger are emerging. In order to meet the needs of development, my country has established a standard of some kind of heat exchangers, forming a series. Broad application of heat exchanger, heating with in everyday life of heating radiator, condenser of steam turbine plant and the oil cooler on the space rocket, are heat exchangers. It is also widely used in chemical industry, petroleum, power and Atomic Energy and other industrial sectors. Its main function is to ensure that process on specific temperature required by media, but also one of the main equipment energy efficiency. But a unit of heat exchangers, such as heaters, coolers and condensers; but also a part of the process equipment, such as heat exchangers in ammonia synthesis Tower. Heat exchanger is an important unit of chemical production equipment, according to statistics, the tonnage of about the whole process of heat exchange equipment for 20% and some even as high as 30%, its importance can be well imagined. Therefore the design and choose to use, efficient heat exchanger to reduce equipment costs and operation costs have a very important role.Keywords: heat exchanger; applied widely; unit equipment目录第一章 绪论1第二章 固定管板换热器工艺设计22.1确定物性数据22.2固定管板换热器结构22.3估算传热面积及冷却水用量32.4工艺尺寸32.4.1传热管42.4.2平均传热温差校正及壳程52.4.3折流板52.4.4拉杆52.4.5接管62.5换热器核算62.5.1热流量核算62.5.2壁温核算8第三章 固定管板换热器机械设计103.1壳体与封头的确定103.1.1壳体和封头的材料选择103.1.2圆筒壳体的厚度计算103.1.3封头厚度以及管箱计算103.2管板设计123.3壳体法兰、管箱法兰及垫片123.4接管法兰及垫片133.5开孔补强143.5.1 前端管箱开孔补强143.5.2壳体开孔补强173.6接管的最小位置193.6.1壳程接管位置193.6.2管箱接管位置203.7膨胀节203.8水压试验213.9换热管223.9.1换热管的排列方式223.9.2换热管束的分程233.9.3换热管与管板的连接233.10防冲板233.11折流板243.11.1折流板的型式和尺寸243.11.2折流板的布置253.12拉杆与定距管253.13管程分程隔板263.14鞍座263.14.1鞍座形式及尺寸263.14.2 鞍座的安装位置273.15 吊耳283.16软件校核28第四章 制造技术条件484.1 总则484. 2 材料484.2.1 板材484.2.2 锻件484. 2.4 螺柱和螺母494. 2.5 焊接材料494. 2.6 其它要求4943制造、检验与验收494.3.1冷弯加工成形494.3.2 焊接494.3.3 无损检测504.4水压试验和气密性试验504.5 铭牌504.6设备涂漆514.7 其他要求51结论52致谢53参考文献54西南科技大学城市学院本科生毕业论文第一章 绪论换热设备(或称换热器或称热交换器)就是用来实现热量传递。在石油、化学工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量的传递有着密切的关系，因而全都可以通过换热设备来完成。当把换热设备用于上述不同过程时，通常把它们分别叫做加热器，冷却器，汽化器和冷凝器。固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、封头压盖等部件组成。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束，管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上，两端管板直接和壳体焊接在一起，壳程的进出口管直接焊在壳体上，管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固，管程的进出口管直接和封头焊在一起，管束内根据换热管的长度设置了若干折流板。这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。当两流体的温度差较大时，在外壳的适当位置上焊上一个补偿圈，（或膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。固定管板式换热器结构简单，制造成本低，管程清洗方便，管程可以分成多程，壳程也可以分成双程，规格范围广，故在工程上广泛应用。壳程清洗困难，对于较脏或有腐蚀性的介质不宜采用。当膨胀之差较大时，可在壳体上设置膨胀节，以减少因管、壳程温差而产生的热应力。固定管板式换热器的特点是：渗流较小；造价低；无内漏；固定管板式换热器的缺点是：壳体和管壁的温差较大，易产生温差力，壳程无法清洗，不适用于壳程易结垢场合。近年来，国内已经进行了大量的强化传热技术的研究，但在新型高效换热器的开发方面与国外差距仍然较大，并且新型高效换热器的实际推广和应用仍非常有限。尚需从事换热器专业的技术人员在制造工艺方面加大力度进行研究，使我国换热器技术从各个方面赶上国际水平，也需要各换热设备使用厂家勇于引进和推广新型高效换热器，为我国的节能事业做出贡献。第二章 固定管板换热器工艺设计2.1确定物性数据循环冷却水较易结垢，若其流速太低，将会加快污垢增长速度，使换热器的传热能力下降，所以从总体考虑，应使循环水走管程，液体走壳程。定性温度：对于一般气体和水等低黏度流体，其定性温度可取流体进口温度的平均值。故壳程混合液体的定性温度为：T=90()管程流体的定性温度为：t=35()壳体液体在90下的有关特性数据如下：密度825Kg/; 定压比热容： Cp0=2.22KJ/KJ;热导率 =0.140W/m; 黏度=0.000715Pas;循环冷却水在35下的特性数据：密度 Kg/; 定压比热容=4.08KJ/KJ;热导率=0.626W/m; 黏度=0.000725Pas;2.2固定管板换热器结构固定管板换热器可依据膨胀节分为带膨胀节（图2-1）和不带膨胀节（图2-2）两种形式。带膨胀节的固定管板换热器主要用在温差较大的设备中。图2-1 带膨胀节固定管板换热器图2-2 无膨胀节的固定管板换热器2.3估算传热面积及冷却水用量1热流量取壳程接管内径D1=100mm，管内液体流速=1.5m/s则该液体质量流量=9.71 kg/s依据式（3-1）有=9.712.22(140-40)=2155.62kw2平均传热温度先按纯逆流计算，依化工单元过程及设备课程设计式（3-6）得3传热面积 查化工单元过程及设备课程设计表3-1取K=250则估算的传热面积为：4冷却水用量 依化工单元过程及设备课程设计式（3-5）得：2.4工艺尺寸2.4.1传热管1管径和管内流速 选用较高级冷传热管（碳钢），取传热管管内流ui速=0.85m/s。 2传热管数依据化工单元过程及设备课程设计式（3-9）可得传热管内径和流速以及确定单程传热管数取ns=200根按单程管计算，所需的传热管长度为：按单管程设计，传热管过长，宜采用多管程结构。根据本设计实际情况，采用非标准设计，现取传热管长l=7m,则该换热器的管程数为：传热管总根数。3传热管排列和分程方法 采用组合排列方法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧用矩形排列。见化工单元过程及设备课程设计如图2-1管心距t=1.25d0则t=1.2525=31.2532mm隔板中心到距离其最近的一排管中心距离按化工单元过程及设备课程设计式（3-16）计算 ： 各程相邻的管心距为222=44mm;图2-1 正三角形排列每程各有传热管200根，其前后管箱中隔板设置和介质的流通顺序按化工单元过程及设备课程设计图（3-14）选取。壳体内径D=900 mm。2.4.2平均传热温差校正及壳程平均传热温差校正系数按式（3-13a）和式（3-13b）有按单壳程，双管程结构，查化工单元过程及设备课程设计图3-9得平均传热温差：由于平均传热差校正系数大于0.8，同时壳程液体流量较大，帮取单壳程合适。2.4.3折流板 采用弓形折流板，折流板切去的圆缺高度取为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：h=0.25d0=0.25900=225mm,故可取h=225mm。折流板间距B=0.3D，则B=0.3D =0.3900=270mm,可取B为300mm折流板圆缺面水平装配，见化工单元过程及设备课程设计图3-15。2.4.4拉杆拉杆数量与直径按化工单元过程及设备课程设计表4-7和表4-8选取，本换热器传热管外径为25mm,其拉杆直径为16mm，其有6根拉杆。2.4.5接管壳程流体进出口接管内液体流速为u1=1.5m/s,则接管内径为100mm。管程流体进出口接管：取接管内液体流速u2=3m/s,则接管内径为圆整取管程接管内径为150mm。2.5换热器核算2.5.1热流量核算1壳程表面传热系数用克恩法计算，见化工单元过程及设备课程设计式（3-22）当量直径，依化工单元过程及设备课程设计式（3-23b）得:壳程流通截面积，依化工单元过程及设备课程设计式（3-25）壳程流体流速及其雷诺系数分别为:普朗特数：黏度校正 2管内表面传热系数按化工单元过程及设备课程设计式（3-32）和式（3-33）有管程流体流通截面积:管程流体流速及其雷诺系数分别为:普朗特数：3污垢热阻和管壁热阻 按化工单元过程及设备课程设计表3-10，可取：管外侧污垢热阻 管内侧污垢热阻 管壁热阻按化工单元过程及设备课程设计式(3-34）计算，依据化工单元过程及设备课程设计表3-11，碳钢在该条件下的热导率约为46W/(mK)。 由，式中b为传热管壁厚，为管壁热导率，则4传热系数依化工单元过程及设备课程设计式（3-21）得,5传热面积裕度 依化工单元过程及设备课程设计式(3-35)可得所计算传热面积Ac为实际传热面积A：该换热器的面积裕度按化工单元过程及设备课程设计式3-36）计算为该传热面积裕度在15%到20%之间，该换热器能够完成生产任务。2.5.2壁温核算因管壁很薄，且管壁热阻小，故管壁温度可按化工单元过程及设备课程设计式（3-42）计算。由于该换热器用循环水冷却，冬季操作时，循环水的进口温度将会降低。为确保可靠，取循环冷却水进口温度为15，出口温度为40计算传热管壁温。另外，由于传热管内侧圬垢热阻较大，会使传热管壁温升高，降低了壳体和传热管壁温之差。但在操作初期，污垢热阻较小，壳体和传热管间壁温差可能较大。计算中，应按最不利的操作条件考虑，因此，取两侧污垢热阻为零计算传热管壁温。于是，按化工单元过程及设备课程设计式（3-42）有式中液体的平均温度和气体的平均温度分别按化工单元过程及设备课程设计式（3-44）和式（3-45）计算为：为冷流体进口温度，为冷流体出口温度；为热流体进口温度，为热流体出口温度，。传热管平均温度：壳体壁温，可近似取为壳程流体的平均温度，即T=90壳体壁温和传热管壁温之差为：该温差较大，故需设温度补偿装置。由于该换热器的管壁温度和壳体壁温差较大，但是工作压力不高，因此确定选用带膨胀节的固定管板换热器。第三章 固定管板换热器机械设计在确定换热器面积后，应进行换热器主体结构以及零部件的设计和强度计算，主要包括壳体和封头的厚度计算，材料的选择、管板厚度的计算、法兰的选取，开孔补强计算，还有主要构件的设计（如管箱、壳体、折流板、拉杆等）和主要连接（管板和管箱的连接、管子与管板的连接、壳体与管板的连接）等，具体计算如下：3.1壳体与封头的确定根据给定的流体和进出口温度，选择壳程设计温度为200，设计压力为1.6Mpa。选择管程设计温度为100，设计压力为1.6Mpa。3.1.1壳体和封头的材料选择由于所设计的换热器属于常规容器，在生产成本、使用条件等综合考虑，选择20R为壳体与封头的制造材料。3.1.2圆筒壳体的厚度计算焊接方式：选为双面焊对接接头，100%无损探伤，故焊接系数为。根据GB6654压力容器用钢板可知，对20R钢板7850Kg/，其。假设材料的许用应力为（厚度为6mm16mm时），壳体计算厚度按下式计算：= =5.89mm 设计厚度：圆整为8mm GB151-1999_管壳式换热器规定最小厚度9mm取名义厚度：=10mm圆筒壳体的质量：m=l=1570kg其最小厚度为10mm,则此时厚度满足要求，且经检查，没有变化，故合适。3.1.3封头厚度以及管箱计算管箱由两部分组成，短节与封头，且由于前端管箱与后端管箱的形式不同，故此时将前端管箱和后端管箱分开计算。1前端管箱厚度计算前端管箱为椭圆形管箱，这是因为椭圆形封头的应力分布比较均匀，且其深度较半球封头小得多，易于冲压成型。因此选用标准钢制椭圆形封头，故K=1,且同上取，则封头计算厚度为：=5.87mm设计厚度：=+=5.87+2=7.87mm整为8mm取名义厚度：=10mm。经检查，没有变化，故合适。查JB/T4746-2002钢制压力容器用封头，表B.1，B.2可得封头的型号参数如表3-1：表3-1 前端管箱封头参数公称直径DN mm总深度 mm内表面积 容积 封头质量 kg9002500.94870.111374.1短节部分的厚度同封头厚度，为10mm。2后端管箱厚度计算采用标准椭圆形封头，故K=1,且同上，则封头计算厚度为：=5.87mm设计厚度：=+=5.87+2=7.87mm整为8mm取名义厚度：=10mm。经检查，没有变化，故合适。查JB/T4746-2002钢制压力容器用封头表B.1，B.2，可得封头的参数如表3-2：表3-2 后端管箱封头参数公称直径DN mm总深度 mm内表面积 容积 封头质量 kg9002500.94870.111374.13.2管板设计管板是管壳式换热器最重要的零部件之一，用来排布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，避免冷热流体混合，并同时受管程、壳程压力和温度的作用，由于流体只具有轻微的腐蚀性，故采用工程上常用的0Cr18Ni9整体管板。依据化工单元过程及设备课程设计表4-14 利用差值法得管板的尺寸如表3-3：表3-3 管板参数公称直径DNDD1D2D3D4D5=D6D7b1cd螺栓孔数n90010601015890-953900-44.5-2740管板厚度：b=60mm。管板质量：= b=264.55kg。3.3壳体法兰、管箱法兰及垫片1壳体法兰、管箱法兰壳体法兰、管箱法兰选用整体长颈对焊法兰，凸凹密封面，材料为锻件0Cr18Ni9（图3-1）, 查JB4703-2000表1，PN=2.5MPa，体尺寸如表3-4所示：（单位为mm）图3-1 壳体、管箱法兰表3-4 长颈对焊法兰尺寸公称直径DN法兰900109510409989889856214542表3-4（续） 长颈对焊法兰尺寸公称直径DN法兰螺栓对接筒体最小厚度900211820321530M2732122壳体法兰、管箱法兰垫片查JB4706压力容器法兰，根据设计温度可选择垫片形式为金属包垫片，材料为铝,其尺寸如表3-5所示：表3-5 筒体法兰垫片尺寸公称压力PN公称直径DN外径D内径d垫片厚度2.590098794733.4接管法兰及垫片1接管法兰根据接管的公称直径，公称压力可查HG20592-20639-2009钢制管法兰、紧固件、垫片，选择带颈平焊钢制管法兰（SO），其具体尺寸查表8.2.1-1(美洲体系)法兰结构如图3-2，法兰尺寸见标下表3-6（单位为mm）：图3-2 带颈平焊钢制管法兰表3-6 带颈平焊钢制管法兰尺寸公称直径DN钢管外径A连接尺寸法兰厚度C法兰内径B法兰颈大端N法兰高度H法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓Th螺栓孔数量n2533.711079.416M14412.734.54916100114.3230190.518M16822.311613532150168.3280241.322M20823.9170.519238接管外伸度均为90mm2接管法兰垫片查HG20592-20639-2009钢制管法兰、紧固件、垫片，根据设计温度可选择全平面型（FF型）垫片形式为金属包垫片，材料为铝,其尺寸如表3-7所示：表3-7 接管法兰垫片公称压力PN公称直径DN外径D1内径D2螺栓孔数量n螺栓孔直径L螺栓孔中心圆直径K垫片厚度T20253410841679.41.520100115229818190.51.520150169279822241.31.53.5开孔补强该固定管板换热器上，壳程流体的进出口在壳体上，管程流体则从前端管进入，而后端管箱上则有排污口和排气口，因此不可避免地要在换热器上开孔，开孔之后，除削弱器壁的强度外，在壳体和接管的连接处，因结构的连续性被破坏，会产生很高的局部应力，会给换热器的安全操作带来隐患，因此此时应进行开孔补强的计算。由于管程与壳程出入口公称直径分别为100mm和150mm，按照HG20592-20639-2009钢制管法兰、紧固件、垫片，可选接管的规格为接管的材料选为20R。3.5.1 前端管箱开孔补强1补强及补强方法差别补强判别：根据GB150-1998表8-1，可不另行补强的最大接管外径是mm,因此需另行考虑其补强。开孔直径：=,则补强圏在有效的补强范围内，补强圏的厚度为：图3-3 E型坡口考虑钢板负偏差并经圆整，取壳体和管箱上补强圏的名义厚度为8mm，即。3.5.2壳体开孔补强1补强及补强方法判别补强判别：根据GB150-1998表8-1，不另行补强的最大接管外径是mm，本开孔外径为114.3mm,因此需另行考虑其补强。开孔直径：满足等面积法开孔补强计算的适用条件，故可用等面积法进行开孔补强计算。2开孔所需补强面积计算强度削弱系数： 接管有效厚度：开孔所需补强面积按下式计算：3有效补强范围有效厚度：max=208mm有效高度：(a) 外侧有效高度为：，=min=27.27mm(b) 内侧有效高度为：min=0mm4有效补强面积壳体多余金属面积：则多余的金属面积： 接管多余金属面积：接管计算厚度：接管多余金属面积：接管焊缝面积（焊脚取6mm）: 有效补强面积：5另需补强面积6采用补强圈补强根据接管公称直径DN100参照JB/T4736补强圏补强。选取补强圏的外径，内径（选用E型坡口，适用于壳体为内坡口的全焊透结构），因为B=208mm,则补强圏在有效的补强范围内，补强圏的厚度为：考虑钢板负偏差并经圆整，取壳体和管箱上补强圏的名义厚度为8mm，即。余下开孔直接均为33.7mm，根据GB150-1998不需要另行补强。3.6接管的最小位置在换热器设计中，为了使传热面积得以充分利用，壳程流体进出口接管应尽量接近两端管板，而管箱进、出口接管尽量靠近管箱法兰，可缩短管箱壳体长度，减轻设备重，然而，为了保证设备的制造安装，管口距地的距离也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。3.6.1壳程接管位置依据化工单元过程及设备课程设计可知接管的最小位置如图3-4，可以按下式计算 （接管带补强圏）（接管不带补强圏）图3-4 壳体接管位置式中：壳程接管位置最小尺寸，mmB：补强圈外径，mmC:补强圏外边缘至管板与壳体连接焊缝之间的距离，计算中，取C4S（S为壳体厚度，mm）,且不小于50100mm。:接管外径，mmb:管板厚度，mm经过实际画图后，满足最小位置要求。3.6.2管箱接管位置管箱接管最小位置如图3-5。带补强圏的控管，应按下式计算图3-5 管箱接管位置式中：法兰高度，为145mm则经过实际画图后，L2 =350mm,满足最小位置的要求。3.7膨胀节膨胀节是装在固定管板换热器壳体上的挠性构件，依靠这样易变形的挠性构件对管子与壳体的热膨胀差进行补偿，以此来缓和或降低壳体与管子因温差而引起的温差应力。换热器是否设置膨胀节，主要取决于管程与壳程的温差、压差和壳体及管子的材料。查GB16749-1997压力容器波形膨胀节选用ZDW（B）型膨胀节如图3-6。膨胀节尺寸如表3-8：表3-8 波形膨胀节尺寸公称直径DN波根外径波高h圆弧半径R膨胀节长度L壁厚S单波最大位移量单波轴向刚度单波重量G90091612535180103.242052.672.7表3-7中=DN+2S=900+28=916mm L=4R+5S=435+510=190mm图3-6 波形膨胀节3.8水压试验试验温度为常温，则有：试验时圆筒的薄膜应力为：（为20R的屈服应力245MPa）水压试验校核合格。3.9换热管换热管的规格为,材料选为16Mn热轧。3.9.1换热管的排列方式换热器的管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和同心圆排列三种排列方式，各种排列方式都有各自的优点：正三角形排列，排列紧凑，管外流体湍流程度高；正方形排列易清洗，但给热效果较差；同心圆排列，在靠近壳体的地方管子分布较为均匀，在壳体直径很小的换热器中可排的换热管数比正方形还多。在此，选择正三角形排列，主要是考虑管外表面的传热系数较大。查GB151-1999可知换热器的中心距S=32mm,分程隔板两侧相邻管的中心距为44mm,同时，由于换热器管间距需进行机械清洗，故相邻两管间的净空距离不宜小于6mm。1 布管限定圆布管限定圆（图3-7）为管束最外层换热管中心距直径，其由下式确定：，b30.25d一般不小于8mm取b310mm则图3-7 布管限定圆2 排管排管时须注意，拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，在靠近折流板缺边位置处应布置拉杆，其间距小于或等于700mm，拉杆中心到折流板缺边的距离应尽量控制在换热管中心的（0.51.5）范围内。多管程换热器其各程管数应尽量相等，其相对误差应控制在10%以内，最大不能超过20%。相对误差：其中Ncn：各程的平均管数， Nmin（max）：各程中最小或最大的管数。经过实际排管后发现，每个管程的布管数目分别是198、202，各管程的平均管数为200，因此可知各管程数的相对误差为：即两管程数相对误差约为0.02%。3.9.2换热管束的分程在这里首先要先提到管箱，管箱是把从管道输送来的流体均匀地分布到换热管各把管内流体汇集在一起送出换热器，在多管程换热器中管道还起到改变流体流向的作用。由于所选择的换热器是双管程，故管程选择为多程板板的安置形式，而对于换热管束的分程，为了接管方便，采用平均分法较合适，且平行分法亦可使管箱内残液放尽。3.9.3换热管与管板的连接换热管与管板的连接方式有焊接、强度胀接以及胀焊并用。强度胀接主要适用于设计压力小于等于4.0Mpa，设计温度小于等于300，操作无剧烈振动，无过大的温度波动及无明显应力腐蚀等场合。除了有较大振动及有缝隙腐蚀的场合，强度焊接只要材料可焊性好，它可用于其他场合。胀焊并用主要用于密封性能要求较高，承受振动和疲劳载荷，有缝隙腐蚀，要采用复合管板 等的场合。在此，根据设计压力，设计温度及操作状况选择换热器与管板的连接方式为胀焊并用。采用先胀接后焊接。3.10防冲板依据化工单元过程及设备课程设由于壳程流体的因此，在该固定管板换热器需要设置防冲板。防冲挡板的结构及形式如图3-8：图3-8 防冲挡板防冲挡板与壳体内壁的高度H1=(1/31/4)接管外径。取H1=8mm。防冲挡板的直径或边长W、L应大于接管外径的50mm，取W=L=220mm。防冲挡板材料用20R，则其厚度为4.5mm。3.11折流板设置折流板的目的是为了提高壳程流体的流速，增加流动速度，并使管程垂直冲刷管束，以改善传热，增大壳程流体的传热系数，同时减少结构，而且在卧式换热器中还起支撑管束的作用，常见的折流板形式为弓形和圆盘圆环形两种，其中弓形折流板有单弓形、双弓形三种，但是工程上使用较多的是单形折流板。该换热器采用单弓形折流板见图3-9。图3-9 折流板3.11.1折流板的型式和尺寸此时两端选用环形折流板，中间选用单弓形折流板，上下方向排列这样可造成液体的剧烈扰动，增大传热膜系数。折流板的材料为20R,由前可知，弓形制缺口高度为225mm，折流板间距为300mm，据GB151-1999_管壳式换热器表34可知折流板的最小厚度为5mm，故此时可选取其厚度为7mm。3.11.2折流板的布置一般应使管束两端的析流板尽可能靠近壳程进出口管（图3-9），其余折流板按照等距离布置，靠近管板的折流板与管板间的距离l应按下式计算：=（220+220/2）-(62-4)+28=300mm：壳程接管位置的最小尺寸，mmb:管板的名义厚度，mm：为防冲挡板长度图3-10 折流板位置3.12拉杆与定距管1拉杆的结构形式常用拉杆的形式有两种，一：拉杆定距管结构，适用于换热管外径大于或等于19mm的管束（按GB151-1999表45规定）；二：拉杆与折流板点焊结构，适用于换热器管外径小于或等于14mm的管束，；三：当管板比较薄时，也可采用其他的连接结构。拉杆使用Q235制造。2拉杆拉杆数量及其具体尺寸如表3-9：表3-9拉杆的参数拉杆直径d拉杆螺纹公称直径拉杆数管板上拉杆孔深1616206=602.020其中拉杆的长度L按需要确定。拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘，若对于大直径的换热器，在布管区内或靠近折流板缺口处应布置适当数量的拉杆，任何折流板应不少于3个支承点。对于本台换热器，拉杆的布置可参照装配图。3.13管程分程隔板管程分程隔板是用来将管内流体分程，根据 所需的程数进行组合，装置在管箱内。该固定管板换热器是双管程因此需要使用分程隔板（图3-10）。查GB151-1999可知，分程隔板槽深=4mm，槽宽为12mm,且分程隔板的最小厚度为10mm。图3-11 隔板及隔板槽3.14鞍座 3.14.1鞍座形式及尺寸根据JB/T4712.1-2007选择DN900，120度包角，重型，有垫板的焊接式鞍座。鞍座结构如图3-11，鞍座尺寸见表3-10：3-12鞍座结构图表3-10 鞍座尺寸公称直径DN允许载荷QKN鞍座高度h底板腹板筋板900225200810150101045012010表3-10（续） 鞍座尺寸垫板螺栓间距鞍座质量（带垫板）kg增加100mm增加的重量kg弧长10602606655904383.14.2 鞍座的安装位置支座在换热器上的位置如下图3-12。由化工单元过程及设备课程设计可知：当L3000mm时，取=（0.40.6）L=（0.40.6）7000。+C且C4S，C50mm。图3-13 鞍座安装位置取=4000mm，=250mm3.15 吊耳吊耳查HGT_21574-2008_化工设备吊耳及工程技术要求选用设置在筒体两侧的HP型吊耳如图3-13。吊耳尺寸见表3-11。图3-14 吊耳表3-11 吊耳尺寸单个吊耳重量SDLRLHPHHPminS1单个吊耳质量吊耳板重垫板重13.51650140502201408142.73.388吊耳安装在管箱接管同一截面上。3.16软件校核本次设计使用的校核软件是SW6-98。SW6-98可单独计算最为常用的受内、外压的圆筒和各种封头，以及开孔补强、法兰等受压元件，也可对HG20582-1998钢制化工容器强度计算规定中的一些较为特殊的受压元件进行强度计算。十个设备计算程序则几乎能对该类设备各种结构组合的受压元件进行逐个计算或整体计算。其界面如图3-14。图3-15 SW6-98软件输入界面该软件校核过程如下，校核结果见表3-12。固定管板换热器设计计算 计算单位设 计 计 算 条 件 壳 程管 程设计压力 1.6MPa设计压力 1.6MPa设计温度 200设计温度 100壳程圆筒内径 900 mm管箱圆筒内径900mm材料名称20R材料名称20R 简 图计 算 内 容壳程圆筒校核计算前端管箱圆筒校核计算前端管箱封头(平盖)校核计算后端管箱圆筒校核计算后端管箱封头(平盖)校核计算膨胀节校核计算开孔补强设计计算管板校核计算前端管箱筒体计算计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.60MPa设计温度 t 100.00 C内径 Di 900.00mm材料 20R ( 板材 )试验温度许用应力 s 133.00MPa设计温度许用应力 st 133.00MPa试验温度下屈服点 ss 245.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 5.45mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 142.50Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 2.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 220.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 113.50 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.34361MPa设计温度下计算应力 st = = 90.80MPastf 133.00MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格前端管箱封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.60MPa设计温度 t 100.00 C内径 Di 900.00mm曲面高度 hi 225.00mm材料 20R (板材)试验温度许用应力 s 133.00MPa设计温度许用应力 st 133.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 5.43mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00mm最小厚度 dmin = 1.35mm名义厚度 dn = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 74.06 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.35398MPa结论 合格后端管箱筒体计算计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.60MPa设计温度 t 100.00 C内径 Di 900.00mm材料 20R ( 板材 )试验温度许用应力 s 133.00MPa设计温度许用应力 st 133.00MPa试验温度下屈服点 ss 245.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 5.45mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 142.50Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 2.0000 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 220.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 113.50 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.34361MPa设计温度下计算应力 st = = 90.80MPastf 133.00MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格后端管箱封头计算计算单位 计算条件椭圆封头简图计算压力 Pc 1.60MPa设计温度 t 100.00 C内径 Di 900.00mm曲面高度 hi 225.00mm材料 20R (板材)试验温度许用应力 s 133.00MPa设计温度许用应力 st 133.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算形状系数 K = = 1.0000计算厚度 d = = 5.43mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00mm最小厚度 dmin = 1.35mm名义厚度 dn = 10.00mm结论 满足最小厚度要求重量 74.06 Kg压 力 计 算最大允许工作压力 Pw= = 2.35398MPa结论 合格壳程圆筒计算计算单位计算条件筒体简图计算压力 Pc 1.60MPa设计温度 t 200.00 C内径 Di 900.00mm材料 20R ( 板材 )试验温度许用应力 s 133.00MPa设计温度许用应力 st 123.00MPa试验温度下屈服点 ss 245.00MPa钢板负偏差 C1 0.00mm腐蚀裕量 C2 2.00mm焊接接头系数 f 1.00厚度及重量计算计算厚度 d = = 5.89mm有效厚度 de =dn - C1- C2= 8.00mm名义厚度 dn = 10.00mm重量 1570.89Kg压力试验时应力校核压力试验类型 液压试验试验压力值PT = 1.25P = 2.1626 (或由用户输入)MPa压力试验允许通过的应力水平 sTsT 0.90 ss = 220.50MPa试验压力下圆筒的应力 sT = = 122.73 MPa校核条件 sT sT校核结果 合格压力及应力计算最大允许工作压力 Pw= = 2.16740MPa设计温度下计算应力 st = = 90.80MPastf 123.00MPa校核条件stf st结论 筒体名义厚度大于或等于GB151中规定的最小厚度9.00mm,合格开孔补强计算计算单位接 管: A1, 168.39.15计 算 方 法 : GB150-1998 等 面 积 补 强 法, 单 孔设 计 条 件简 图计算压力 pc1.6MPa设计温度100壳体型式圆形筒体壳体材料名称及类型20R板材壳体开孔处焊接接头系数1壳体内直径 Di900mm壳体开孔处名义厚度n10mm壳体厚度负偏差 C10mm壳体腐蚀裕量 C22mm壳体材料许用应力t133MPa 接管实际外伸长度90mm接管实际内伸长度0mm接管材料0Cr18Ni9接管焊接接头系数1名称及类型管材接管腐蚀裕量2mm补强圈材料名称20R凸形封头开孔中心至封头轴线的距离mm补强圈外径300mm补强圈厚度8mm接管厚度负偏差 C1t 1.188mm补强圈厚度负偏差 C1r 0mm接管材料许用应力t137MPa补强圈许用应力t133MPa开 孔 补 强 计 算壳体计算厚度 5.446mm接管计算厚度t0.881 mm补强圈强度削弱系数 frr1接管材料强度削弱系数 fr1开孔直径 d156.4mm补强区有效宽度 B312.8 mm接管有效外伸长度 h137.83mm接管有效内伸长度 h20 mm开孔削弱所需的补强面积A 851.7mm2壳体多余金属面积 A1399.3 mm2接管多余金属面积 A2384.4mm2补强区内的焊缝面积 A336 mm2A1+A2+A3=819.8 mm2 ，小于A