换热器布管计算文档格式.docx
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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。
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
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·
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