固定管板式换热器课设.docx

江汉大学课题名称:固定管板式换热器设计系 别：化学与环境工程学院专 业：过控121班 学 号：122209104119 姓 名： 库勇智 指导教师： 杨继军 时 间： 2016年元月课程设计任务书设计题目：固定管板式换热器设计一、设计目的：1. 实用国家最新压力容器标准、规范进行设计,掌握典型的过程装备 设计的全过程.2. 掌握查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案 的可行性研究和论证3. 掌握软件强度设计计算，要求设计思路清晰，计算数据准确可靠 正确掌握计算机操作和专业软件的实用4. 掌握图纸的计算机绘图.二、设计条件：设计条件单名称管程壳程物料名称循环水甲醇工作压力0.45Mpa005Mpa操作温度40 °C70 C推荐钢材10, Q235-A, 16MnR换热面积60推荐管长①=2532—3940-75 tf76—135 tf2m2. 53m管口表符号公称直径用途a200冷却水金口b200甲醇蒸汽进口c20放气口d70甲醇物料出口e20排净物f200冷却水出口三、设计要求：1换热器机械设计计算及整体结构设计2绘制固定管板式换热器装配图（一张一号图纸）3.管长与壳体内径之比在3-20 之间四、主要参考文献1. 国家质量监督检验检疫总局，GB150—2011《压力容器》中国标准 出版社， 2011。

2. 国家质量监督检验检疫总局,TSG R0004 —2009《固定式压力容器 安全技术监察规程》，新华出版社， 2009.3. 国家质量监督检验检疫总局，GB151—1999《管壳式换热器》中国 标准出版社， 1999.4. 天津大学化工原理教研室，《化工原理》上册,姚玉英主编，天津科 学技术出版社， 20125. 郑津样，董其伍,桑芝富主编，《过程装备设计》，化学工业出版社，2010.6赵惠清，蔡纪宁主编，《化工制图》，化学工业出版社，2008潘红良 ,郝俊文主编，《过程装备机械设计》 ,华东理工大学出版 社,2006E. U.施林德尔主编，《换热器设计手册》第四卷，机械工业出 版社， 1989.前言换热设备是用于两种或两种以上流体间、一种流体一种固体间、 固体粒子间或者热接触且具有不同温度的同一种流体间热量（或焓） 传递的装置换热器是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要 工艺设备之一,其正确的设置，性能的改善关系各部门有关工艺的合 理性、经济性以及能源的有效利用与节约，对国民经济有着十分重要 的影响在炼油、化工装置中换热器占总设备数量的 40％左右，占 总投资的 30％-45％。

随着节能技术的发展，应用领域不断扩大，利 用换热器进行高温和低温热能回收带来了显著的经济效益在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量由温度较高的流体 传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满 足工艺过程上的需要此外，换热设备也是回收余热、废热特别是低 品位热能的有效装置换热器的型式繁多，不同的使用场合使用目的不同.其中常用结构为 管壳式，因其结构简单、造价低廉、选材广泛、清洗方便、适应性强， 在各工业部门应用最为广泛.根据管壳式换热器的结构特点，可分为 固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式和釜式重沸器五类固定管板式换热器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：1、 旁路渗流较小；2、 锻件使用较少，造价低；3、 无内漏；4、 传热面积比浮头式换热器大20%〜30%固定管板式换热器的缺点是：1、壳体和管壁的温差较大，壳体和管子壁温差tW50°C，当t$50°C时必须在壳体上设置膨胀节；2、 易产生温差力，管板与管头之间易产生温差应力而损坏；3、 壳程无法机械清洗；4、 管子腐蚀后连同壳体报废，设备寿命较低。

固定管板式换热器的机械设计除了最关键的换热板片以外，还有 两块墙板，我们称为框架板和压力板，框架板为外侧不可活动的墙板， 压力板为换热板片另一侧的可用拉杆螺栓调整位置的墙板;数根拉杆 螺栓，用来加紧框架板和压力板；立柱;上下导杆，连接在框架板和 立柱之间，用来支撑并给压力板和换热半片导向；框架板和立柱上 可安装底脚底脚,用于固定机器除此以外,还可以有法兰，过滤器， 温度计和压力计等一系列附件.固定管板式换热器管束连接在管板上，管板与壳体焊接其优 点是结构简单紧凑，能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子 损坏时易于堵管或更换;缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀 系数相差较大时，壳体与管束中将产生较大的热应力这种换热器适 用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行清洗，管、壳程两侧温差不大 或温差较大但壳侧压力不高的场合主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱（又称顶盖或封头）和 后端结构等部件组成管束安装在壳体内，两端固定在管板上管箱 和后端结构分别与壳体两端的法兰用螺栓相连,检修或清洗时便于拆 卸换热器设计的优劣最终要看是否适用、经济、安全、运行灵活可 靠、检修清理方便等等.一个传热效率高、紧凑、成本低、安全可靠的换热器的产生， 要求在设计时精心考虑各种问题.准确的热力设计和计算，强度和工艺条件。

目录一、设计计算1. 工艺条件 112. 计算(1) 管子数 n 11(2) 管间距的确定 12(3) 换热器壳体直径的确定 12(4) 换热器壳体壁厚的计算 12(5) 换热器封头选择 13(6) 容器法兰选择 13(7) 管板尺寸的确定 14(8) 管箱 14(9) 折流板设计 14( 10 ) 支座 ……………………………………………15( 11 ) 开孔补强………………………………………15(12) 管子脱拉力计算………………………………16( 13 ) 是否安装膨胀节………………………………17(14) 接管、法兰 18( 15) 连接紧固件……………………………………20( 16) 防冲板……………………………………… ..20( 17) 水压试验………………………………………20二、结构连接 211. 换热管与管板的连接 .212. 管板与壳体，管箱的连接 213. 管法兰与接管的连接 22三、 设备总装 23四、 个人总结 26、设计计算1、工艺条件名称管程壳程物料名称循环水甲醇工作压力0.45MPa0 05MPa操作温度40 °C70 C推荐钢材10, Q235 - A , 16MnR- -换热面积60 m 2管长2。

5m管径d=25mm*25mm2、计算(1) 管子数n选士.二2的无缝钢管，材质20号钢，管长3m因为所 n = -F = 60 二 306根兀 d均^ 3.14 x 0.025 x 2.5采用正三角形排列，正三角形排列比较紧凑，在一定的壳径内可排列较多的管子，且传热效果好，但管外清洗较为困难而正方形排列，管外清洗方便，适用于壳程中的流体易结垢的情况，其传热效果 较正三角形差些以上排列方式中最常用的是正三角形错列，用于壳 侧流体清洁，不易结垢，后者壳侧污垢可以用化学处理掉的场合由《化工原理》上册附录28查得中心排管为23,换热器内管子总根数为467,取拉杆数为10,所以实际管数457根管程分程，管程数取1层(2) 管间距的确定由于换热管外径为25mm，《化工原理》上册附录28得管间距(3 )换热器壳体直径的确定D. — a(n — 1) + 2dI \ C / o式中二——换热器内径，mm；nc正六角形对角线上的管子数，中心排管数n = 23d —-最外层管子的中心到壳壁边缘的距离，取0=三 mm故 Di 二 32 x (23 -1) + 2 x 25mm 二 754 mm圆整后取壳体内径D - 800mmi(4) 换热器壳体壁厚的计算材料选用Q345R，计算壁厚p xD2 x lb ]7o x ^ — p式中 巴 计算压力，取P = 1.1P = 0.5MPa；c wDi = 800mm； Q = 0.8(单面焊局部无损检测)；[5 ]70= 189MPa (壳壁温度取70摄氏度)；=1.32mm1.1 x 0.45 x 8002 x 189 x 0.8 -1.1 x 0.45因为「：： 1=I"：":，所以取]=]二二。

查HG/T20580—20581—2011《化工设备手册》腐蚀裕量c2 = 2mm， 对Q345R钢板负偏差C1 = 0.3mm •圆整后取5 = 6mmn(5) 换热器封头选择左右封头均选用标准椭圆形封头，根据JB/T 4746—2002标准， 封头为DN =800mm x 6mm， 曲面高度饨 =200mm， 直边高度h 2 = 25 mm， 材 料选用Q345R6) 容器法兰的选择材料选用20号钢根据JB/T 4701—2000标准，选用DN800， m二一；的平圭寸面甲型平焊法兰DN=800mm ； D=930mm ；D1 = 890mm； D3 = 845mm； 5 = 40mm；(1出II图2-2容器法兰 (7) 管板尺寸的确定选用固定式换热器管板型，并兼作法兰，材料选用16Mn锻件直径D=930mm，厚度40mm，管板与筒体间的连接方法选用强度胀接官板尺寸查GB151—1999，则管板管孔直径为25.25mm8) 管箱公称直径DN=800mm厚度为§ = 6mm由于壳层为甲醇,较清洁，可选 结构为封头管箱，管箱筒节长 l=400mm9) 折流板设计折流板选用弓形，高度h二3D.二600mm；4 z折流板间距取500mm；查GB151—1999《管壳式换热器》5。

9表 34得折流板最小厚度为6mm，折流板外径为DN-4.5即7955mm，查 59表39管孔直径为25.8mm，材料为Q235—A钢.拉杆查GB151-1999《管壳式换热器》表43和44选用直径0二12mm；，数量8 根,材料为Q235—A钢10）支座采用双鞍座，根据JB/T 4712-2007,鞍座DN BI800—S，选用120度包角， L=2500mm,LB=0.6L=1500mmA=0.2L=500mm鞍座材料选用Q235—A，垫板材料选用16MnR查JB/T4712.1-2007,鞍座的各部分尺寸为：鞍式支座的结构参数（JB/T4712・1一2007）公称直径/DN鞍 座 高 度 h底板腹板筋板垫板螺 栓 间 距11bi5152L3b383弧长b454e12800200720150101040012010940。