《“管壳式换热器机械设计”参考资料》.docx

1.2设计的目的与意义1.3管壳式换热器的发展史1.4管壳式换热器的国内外概况1.5壳层强化传热1.6管层强化传热1.7提高管壳式换热器传热能力的措施1.8设计思路、方法1.8.2换热器管径的设计1.8.3换热管排列方式的设计1.8.4 管、壳程分程设计1.8.5折流板的结构设计 1.8.6管、壳程进、出口的设计 1.9 选材方法 1.9.1 管壳式换热器的选型 1.9.3流速的选择 1.9.4材质的选择 1.9.5 管程结构 2壳体直径的确定与壳体壁厚的计算1 2.1 管径1 2.2管子数n1 2.3 管子排列方式，管间距的确定1 2.4换热器壳体直径的确定1 2.5换热器壳体壁厚计算及校核1 3换热器封头的选择及校核 4容器法兰的选择5 5管板 5.1管板结构尺寸6 5.2管板与壳体的连接 5.3管板厚度6 6管子拉脱力的计算8 7计算是否安装膨胀节0 8折流板设计2 9开孔补强5 10支座7 10.1群座的设计7 10.2基础环设计9 10.3地角圈的设计0 符号说明2 参考文献4 小结 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φ19mm×2mm和φ25mm×2.5mm。

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φ19mm×2mm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4—25,常用的为6—10选用Φ25×2.5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；900mm;=0.9;[]t =92Mpa（设壳壁温度为 350°C） 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6-3，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DN900×7，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/mm≤25323857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=1.11﹤4.0 (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GB１５１——１９９９《管壳式换热器》q﹤［ｑ］＝4.0，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15～20mm，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。