换热器布管计算.docx

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换热器布管计算

布管

（1）换热管的排列方式为转角正方形排列，如下图所示

（2）换热管中心距

所选换热管d=25mm，换热管中心距宜不小于1.25倍的换热管外径，查国标得换热管中心距S=32mm

（3）布管限定圆

布管限定圆直径DL=Di-2b3

b3=0.25d=0.25×25=6.25mm（一般情况下不小于8mm）

∴取b3=8.5

DL=Di-2b3=500－2×8.5＝483mm

具体布管图如附图

U型管换热器的设计与校核

1由工艺设计给定

壳体公称直径为500mm，壳程的最高工作压力为1.2MPa，管程最高工作压力为1.5MPa，壳程液体进口温度为70℃，出口温度为110℃；管程液体进口温度180℃，出口温度125℃；

管长为6000mm，4管程单壳程的换热器。

原油的黏度大,因此壳程走原油，管程走被冷却的柴油。

2筒体壁厚设计

由工艺设计给定设计温度为150℃，选用低合金钢Q345R。

查GB150一2011可知：

150℃时Q345R的许用应力=189MPa，厚度暂取3～16mm，焊接采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系数=0.85,钢板的厚度负偏差按GB/T709一2006查3B类钢板得钢板负偏差为C1=0.3,腐蚀裕量C2=3mm,

设计压力为最大工作压力的1.05~1.1倍,由工艺设计给定壳程的最高工作压力为1.2MPa（绝）;

表压=绝压—当地大气压=1.2Mpa－101.3kpa=1.1Mpa

∴Pc=（1.05~1.1）×1.1=1.2Mpa

计算壁厚t＝﹙PcDi／2[δ]tφ﹣Pc﹚＋C1＋C2＝5.175mm

由于管壳式换热器在工作过程中除承受内压外还受到温差应力、支座反力和自重等载荷的作用，因此壳体壁厚应比计算值大，对碳素钢和低合金钢应满足GB151一1999的最小厚度要求，查得U型管式换热器的壁厚应不小于8mm，圆整后取钢板名义厚度tn=8mm。

3封头厚度计算

为满足强度要求，封头取与筒体相同的Q345R。

查GB150一2011可知：

Q345R在150℃时的许用应力=189MPa，厚度暂取3～16mm，焊接系数采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系数=0.85，钢板负偏差为C1=0.3,腐蚀裕量C2=3mm。

封头为标准椭圆形封头，

计算厚度：

标准椭圆形封头K=1

∴t=1×1.2×500／（2×189×0.85﹣0.5×1.2﹚＋C1＋C2＝5.17mm

与筒体壁厚的设计厚度近似，为加工方便封头壁厚取tn=8mm。

4管箱短节圆筒、封头厚度计算

由工艺设计给定设计温度为200℃，

表压=绝压—当地大气压=1.5Mpa－101.3kpa=1.4Mpa

设计压力Pc=（1.05~1.1）×1.4=1.5Mpa

为满足强度和加工要求，管箱短节封头取与筒体相同的材料Q345R。

根据GB150一2011可知：

200℃时Q345R的许用应力=183MPa，厚度暂取3～16mm，焊接系数采用双面对接焊局部无损探伤检测，焊接系数=0.85，钢板负偏差为C1=0.3,腐蚀裕量C2=3mm。

计算短节圆筒壁厚：

Tn=t+C1+C2=2.42+0.3+3=5.72mm

根据GB151一1999规定碳素钢和低合金钢的最小厚度应不小于8mm,圆整后取8mm

封头为标准椭圆形封头，计算厚度：

标准椭圆形封头K=1

∴与筒体壁厚的设计厚度近似，为加工方便封头壁厚取8mm。

强度校核如SW6所示

5换热管材料、规格及功能的确定

由于管板选用的是与筒体一样的材料16Mn（锻件），钢板的硬度≤200HB故换热管应选取比管板材料硬度低的材料，所以选用10号碳素钢并且热阻较小0.00006左右

6拉杆的确定

查GB151一1999，换热管外径为25mm＞19mm，采用拉杆定距管结构，如图所示

查GB151一1999（表43~45）得

换热管外径为25mm时，拉杆直径d=16mm，材料为不锈钢，4根；

拉杆螺纹公称直径dn=16mm，La=20mm，Lb≥60mm，b=2.0mm

拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。

7容器法兰的选择

a）管箱法兰的选择

已知DN=500mm，PN=1.5Mpa，介质温度＜200℃，所以选用甲型平焊法兰（平面法兰），查得法兰型号为JB/T4701一2000。

压紧面形式为全平面密封，材料为16MnR。

由于腐蚀裕量为3mm，故加厚短节为2mm。

查JB/T4701一2000得法兰连接尺寸：

DN=500mm，D=630mm,D1=590mm,D2=555mm,D3=545mm,D4=542mm,δ=44mm,d=23mm。

配套螺柱为M20×28个，查JB/T4707一2000选用等长双头螺柱（A型）d=d2=20mm，L0=50mm，C=2.5mm，r=6mm，

b）壳体法兰的选择

DN=500mm，PN=1.2Mpa，介质温度＜200℃，所以选用甲型平焊法兰（平面法兰），材料为16MnR，压紧面形式为全平面密封

查JB/T4701一2000得法兰连接尺寸：

DN=500mm，D=630mm,D1=590mm,D2=555mm,D3=545mm,D4=542mm,δ=44mm,d=23mm。

配套螺柱为M20×28个，材料为40MnB查JB/T4707一2000选用等长双头螺柱（A型）d=d2=20mm，L0=50mm，C=2.5mm，r=6mm，L=?

c）接管法兰的选择

根据HG20592一1997DN=125PN=1.5选用板式平焊法兰（标准号为HG20593），全平面密封，连接尺寸：

D=250，K=210,L=18×8（M16）。

8垫片的选择

一般情况下垫片材料为非金属软垫片（GB3985石棉橡胶板）

垫片500-1.6JB/T4704一2000

查得垫片尺寸D=544mm，d=504mm，δ＝3mm

法兰垫片接触面外径D4=542mm

垫片接触面宽度N=（542－504）÷2=19mm

基本密封宽度，查GB150一2011表7一1，mm

管箱垫片选用缠绕垫片标号为JB／T4719-1992如图所示为四管程管箱垫片钢带为填料为石棉

查JB／T4719-1992得D=554,d=522,d1=518

9管板设计

换热器公称直径DN为500mm，即；由于管板不兼作法兰，所以管板与管箱圆筒、壳程圆筒之间的连接方式为a型（管板通过垫片与壳体法兰和官箱法兰连接）；

换热管规格为φ25mm×2.5mm，Lo=6000mm，换热管实际排管

换热管实际排管根数60；

换热管排列方式为斜正方形，管心距为32mm；

换热管与管板的连接方式：

先焊后强度胀接；

管板分程隔板槽深4mm，

管箱法兰采用JB/T4701一2000，

查GB150.2一2011得

圆筒材料:

Q345R=189MPa183MPa

管板材料：

16Mn锻件150MPa=167MPa

换热管材料：

10号钢=108MPa

计算,，，，，

垫片压紧力作用中心圆直径

6.4mm时mm

mm

沿隔板一侧的排管数=10和8根

隔板槽两侧相邻中心距=mm

在布管区范围内，因设置隔板槽和拉杆结构的需要，而未能被换热管支承的面积

对于正方形排列=

管板布管区面积==130515

一根换热管管壁金属的横截面积a

查GB151一1999附录J表J1得a=176.71

管板布管区的当量直径mm

管板布管区的当量直径与壳程圆筒内径之比（a型连接2R=）

1.2903

系数，对于a型连接方式，,按查GB151一1999图19得：

=0.266

确定管板设计压力

不能保证与在任何情况下都同时作用，并两侧均为正压时，取两者中的大者

=max（,）=max（1.5,1.2）=1.5MPa

管板厚度计算=mm

管板设计厚度35.2+6+4+0.8=46mm（加上腐蚀裕量6mm和分程隔板槽厚度4mm）

管板名义厚度=46mmD=542mm

GB151一1999中用于一般场合，管板最小厚度要求应符合：

时，符合。

10接管

油的经济流速范围为0.5～1.0m·s-1

（1）接管的选型

各接管直径由流速及其流量，按如下公式进行计算

管程流体进出口接管：

流速取0.8m·s-1

查HG20592-1997可知，选用管程接管公称通径为Dn=125mm，钢管外径为Do=133mm，接管材料为20号钢，查GB9948设计温度下的许用应力=131MPa，负偏差为0.8mm，

壳程流体进出口接管：

流速取0.75m·s-1

查HG20592-1997可知，选用壳程接管公称通径为Dn=100mm，钢管外径为Do=108mm接管材料为20号钢，查GB9948设计温度下的许用应力=140MPa，负偏差为0.8mm

11折流板

折流板按等间距布置，管束两端的折流板尽可能靠近壳程进、出口接管。

折流板缺口水平上下布置，为防止液体中有气体进入壳体，在缺口朝下的折流板最高处开通气口，如图所示

折流板间距为150mm，圆缺口高度h=1／3Do+5mm=172mm，且钢管的最大无支撑跨距为1850mm，所以折流板的最小厚度为12mm，公称直径DN=500折流板的名义外直径=500一4.5=495.5mm。

查国标151-1999（表35）得折流板管孔直径=换热管外径+0.7=25.7mm

12U形管的尾部支撑板

U形管换热器中，靠近弯管段其支撑作用的折流板，如图所示，结构尺寸A+B+C之和应不大于最大无支撑跨距

A+B+C＜1850,推出B＜646mm,取300mm

11分程隔板

一般情况，压差不大，由于DN=500mm所以选择材料为Q345R厚度10mm共2个隔板,隔板槽宽度为12mm,

13管孔和拉杆孔

查GB151-1999（表16）可知,管孔直径为25.25,允许偏差+0.15,

拉杆孔直径=拉杆直径+1.0=17mm