固定管板式换热器课程设计精品合集Word下载.docx
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图1.1折流板的管孔及换热管及拉杆分布
3、壳程选择
壳程的选择：
简单起见，采用单壳程。
4、壳体内径的确定
换热器壳体内径与传热管数目、管心距和传热管的排列方式有关。
壳体的内径需要圆整成标准尺寸。
以400mm为基数，以100mm为进级档，必要时可以50mm为进级档。
mm。
式中，t为管心距，单位mm；
do为传热管外径，单位对于正三角形排列
b=1.1n
将n=779代入，得到
b30.7取31，
D=t（b-1）2.5do=79.5
结合换热管的排布图稍加圆整可选定D=800mm
列管换热器零部件的工艺机构设计
1、折流板的设计
（1）、折流板切口高度的确定经验证明，20%的切口最为适宜：
因此可取h=0.2D=0.2；
800=160mm
切口高度h确定后，还用考虑折流板制造中，可能产生的管控变形而影响换热管的穿入，故应将该尺寸调整到使被切除管孔保留到小于1/2孔位。
验证：
h~-（t'
32）=11.08不合适，调整为h=165mm
（2）、确定折流板间距
初步取B=D5=160mm
圆整取B=200mm
板数结合后边甲醇蒸汽进口管的位置，数目取10块
（3）、折流板的排列方式
水平切口用得最普遍，这种排列可造成流体激烈扰动，增大传热系数，甲醇流体也是清洁的，因此本设计采用水平缺口排列方式。
（4）、折流板与壳体间隙的选择
折流板与壳体的间隙依据制造安装条件，在保证顺利的装入前提下，越小越好，以减小壳程中旁路损失。
折流板的最小外圆直径和下偏差见表2.1
表2.1折流板外径/mm
公称直径
DN
<
400
>
300，
600
600，
900
900，
1300
1300,
1700
1700,
2000
折流板名义外径
DN2.5
DN3.5
DN4.5
DN6
DN8
DN9
折流板外径允许偏差
-0.5
-0.8
-1.2
根据上表可以选定折流板与壳体内径间的间隙为4.5mm
（5）、折流板厚度的确定
折流板厚度与壳体直径、换热管无支撑长度有关，其数值不得小于表2.2的
规定。
表2.2折流板厚度
壳体公称直
径DN
换热管无支撑长度
300尹0<
600<
900<
1200
^1200<
1500
厚度
159-325
400-700
800-900
1000-1500
8:
1600-2000
选定折流板的厚度为5mm
（6）、折流板的管孔确定
根据表2.3可得，管孔的直径为19.8，允许直径偏差为00.3
表2.3换热器折流板管孔尺寸及允许偏差/mm
换热管外径d或无支撑跨距1
d>
32或1兰900
丨＞900且d兰32
折流板管孔直径
d+0.8
d+0.4
管孔允许偏差
+0.30
2、拉杆、定距管
（1）、拉杆的结构形式的确定
采用拉杆定距管的结构，拉杆一端用螺纹拧入管板，每两块折流板之间的间距用定距管固定，每根拉杆上最后一块折流板与拉杆用两个螺母锁紧固定。
（2）、拉杆直径和数量按表2.4和表2.5选取。
在保证大于或等于表六所给定的拉杆总截面积的前提下，拉杆的直径和数量可以变动，但其直径不的小于10mm,数量不少于4根。
表2.4拉杆直径/mm
换热管外径
57
拉杆直径
「161
「16
表2.5拉杆数量
拉杆直径/mm
公称直径DN/mm
700
1800
根据上表可选定拉杆的直径为12mm,数目为8根。
（3）、拉杆尺寸
按表2.6和图2.1确定拉杆的尺寸。
拉杆的长度L按需要确定
表2.6拉杆尺寸/mm
拉杆直径d
拉杆螺纹公称
直径dn
La
Lb
管板上拉杆孔
深Ld
50
15X^5°
1.5X45°
V
^1—
图2.1拉杆尺寸
（4）、拉杆的布置
拉杆应尽量均匀布置在管束的外边缘。
拉杆位置占据换热管的位置，对于大直径换热器，在布管区的中心部位或靠近折流板缺口处也应该布置适当数目的拉杆。
拉杆的布置图见图1。
3、防冲板
本可成设计的管称流体为甲醇蒸汽，其八2:
:
2230kg/（m.s2）
故，不需防冲板
4、接管
（1）、接管的公称直径
表2.7换热器设计工艺条件接管表
符号
公称尺寸，mm
用途
a
200
冷却水进口
b
甲醇蒸汽进口
c
放气口
d
80
甲醇物料出口
e
排净口
f
冷却水出口
（2）、接管的壁厚确定
由公称直径可以查得相应的接管规格。
选得
对于DN200选取2197mm接管
对于DN80选取894mm接管
对于DN20选取252mm接管
（3）、接管高度的确定
接管伸出壳体外壁的长度，主要考虑法兰形式，焊接操作条件，螺栓拆卸，有无保温层级保温层厚度等因素决定。
一般最短应符合下式计算值：
丨_hhi亠心T5（mm）
式中h为接管法兰厚度，hi为接管法兰的螺母厚度，为保温层厚度，丨为接管安装高度。
常见接管高度为150mm,200mm,250mm,300mm=
选定的接管高度见表2.8
表2.8接管高度
公称直径/mm
DN200
DN80
DN20
接管高度/mm
150
5、固定管板结构尺寸
（1）、管板结构、尺寸的确定
固定管板选用笃定管板兼作法兰的形式，由确定的壳体内径，再依据确定的设计压力来选择法兰（甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰），然后根
据法兰的相应结构尺寸确定管板的最大外径、密封面位置、宽度、螺栓直径、位置、个数等，也可直接查课程设计指导书P109表4-14固定板式换热器管板尺寸得到有关尺寸。
初步选定的尺寸如表2.9,具体的尺寸、结构参照管板零件图
表2.9固定管板式换热器管板尺寸/mm
公称直径
D
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
b1
螺栓孔数
n
PN
=0.6M
Pa
800930
890
790
798
-
800
850325
（2）、管板孔直径和允许偏差
表2.10换热管和管板孔直径允许偏差/mm
换热管
外径
允许偏差
I级
±
0.15
0.20
II级
0.40
管板
管孔直径
10.20
14.25
19.25
25.25
10.30
14.40
19.40
25.40
+0.15
+0.20
三列管式换热器机械结构设计
1、传热管与管板的连接选用强度焊接连接。
制造加工方便，保证换热管与管板连接的密封性和抗拉脱强度的焊接，目前采用较广泛。
表3.1强度焊接结构尺寸/mm
换热管规格
10x1.5
14X2
19袒
25x2.5
32汇3
38<
4毕3
57x3.5
伸出长度1
0.54.5
140.5
计5
2.5祖5
3和.5
2、管板与壳体及管箱的连接
图3-1管板与壳体及管箱的连接
3、管箱
（1）、管箱的结构形式
优点
采用B型（封头管箱）如图3-2所示，这种官箱用于单程或多程管箱,是结构简单，便于制造。
d1;
接管内径，mm
h1:
封头内曲面高度，mm
L2:
接管位置尺寸，mm
L4:
封头高度，mm
S:
管箱壳体厚度，mm
图3-2B型管箱
（2）、管箱的结构尺寸确定
最小长度的确定：
（具体结构尺寸参见管箱图纸）
这里仅按相邻焊缝间的距离计算Lgmin_L2■L3•L4
式中L2_B2C（当接管无补强圈是，L^dl2C）（mm）
L4二h2hiSp（mm）C_4S,且一50（mm）
符号说明：
C:
接管补强圈外边缘至设备法兰或管箱壳体连接焊缝间的距离，mm
B:
接管补强圈外径，mm
h2:
封头直边高度，mm
mm
L3:
接管至壳体与封头连接焊缝间距离,
Lgmin:
管箱最小长度，mm
Sp:
封头厚度，mm
4列管式换热器其他结构设计
1、法兰选用
（1）、设备法兰
设备法兰分别有甲型平焊法兰、乙型平焊法兰、长颈对焊法兰。
对于的法兰标准分别为JB4701、JB4702、JB4703。
由于设计压力较低，可选用甲型平焊法兰。
选用其中的凹凸面密封形式的法兰。
（具体的结构参数参见图纸）
图4-1凹凸密封面
表4-1甲型平焊法兰的结构参数（摘自JB4701-2000）
益称直径
法兰.
«
柱
数量
=MPa
815
750
740
737
36
M16
28
915
H5U
837
1015
980
95U
940
937
1000
1130
1090
1055
1042
M23
1100
1230
1190
1155
H41
113S
M20
12CK）
1330
129（）
1255
1241
1238
（2）、接管法兰的选用
采用板式平焊钢制管法兰，尺寸见表4-2
表4-2板式平焊钢制管法兰（摘自HG/T20593-97）/mm
管子直径
A
连接尺寸
法兰厚度
C
法兰外
径D
螺栓中心圆直径K
螺栓孔直径L
螺栓孔数量n
螺纹
Th
B
PN0.6MPa
26.9
65
M10
88.91
89
190
219.1
219
320
280
2、垫片的选用
常用的垫片有非金属软垫片、缠绕垫片、金属包垫片。
对的标准分别为
JB4704、JB4705、JB4706。
采用非金属软垫片结构和尺寸分别见图4-2和表4-3。
图4-2非金属软垫片
表4-3非金属软垫片结构尺寸（摘自JB4704-2000）
公琢托力
叽MPd
025
0.6
I.U
1.6
2.5
4.0
聲称貞耗
i）
ti
P
f）
JK）
対1/354
3（4/310
354
J1-]
365
315
330
-1.00
353/360
394/404
3M/34O
啟
36U
415
4U.V4K1
444/454
wzaio
454
410
4b5
450
觀
4S3
489/5lk4-
494/5114
454Z4W
SK
460
515
峻
500
539
5oa
544/554
3G4/510
544/55^
5CM/51C
565
何
按FN
工i.no
嗣
553
SW/SM
554/^60
^594/604
554/5W
615
565i
639
6U3
614/654
6CH/6IO
6M
g
61?
甬50
轴
653
&
94/704
654/6AC
715
A65
731
6S7
7QG
739
703
744
704
744.^754
7W/7J0
765
735
7S7
K03
844
B04
844^54
8&
V810
865
an
Sfi7
S37
9W
卿
W4
004
如7954
yCM/91<
l
怒
987
999
939
UM4
L（M4
1004
ICJ64
lujO
IflftS
1087
1037
10W
10.19
3、支座
此换热器为卧式换热器，因此米用卧式支座，可米用鞍式支座，其标准号为JB/4712。
鞍式支座的选取主要是根据壳体的公称直径选取的。
本换热器的公称直径为DN800mm。
根据标准选取DN500-900,120度包角重型带垫板的鞍式支座,
具体的结构和参数见图4-3和表4-4。
（具体结构参见图纸）
图4-3鞍式支座的结构形式
表4-4鞍式支座的结构参数（摘自JB/T4712-92）
直径
允怦
{2UN}
M
*板
ft«
却桂叵］距
IfliflIWrara為度增1H1的矣it（ks>
*1
h
IK
r
4*0
1»
）0
号
130
»
网
2M
3春
刑
550
163
310
275
530
350
£
00
16S
710
40f）
1«
590
325
770
26
700j
170
W
S30
做
2t
血
220
720
H0
215
S10
4JQ
1D«
O
3ff
5强度计算
1、筒体壁厚计算
由工艺设计给定设计温度70C为设计压力Pc=0.05MPa选低合金结构钢板
16MnR卷制，材料70C时的许用应力^]t=170MPa，取焊缝系数=1，腐蚀
裕量C2=1mm，则
计算厚度
S=pcDi°
.O58000.12mm
2[cr]t©
_pc1汉仃0"
-0.05
对于低合金钢，为满足运输刚度要求取S=3mm
设计厚度
Sd=SC2=4mm
名义厚度
Sn二SdC1圆整=40.250.75=5mm
有效厚度
Se=Sd_C1_C2=5-0.25-1=3.75mm
水压试验压力Pt=1.25p0.0625MP
所选材料的屈服应力
二s=34MPa
水压试验应力校核
5=pT（Di+Se）=0.0625（800+3.75）=6698MPa2Se23.75
0.9c=0.93451=310.5MPa
所以；
r：
：
0.9；
飞'
-，水压试验满足强度要求
气密试验压力Pt=1.15pc=0.0575MPa
2、管箱短节和封头厚度计算
由工艺设计给定设计温度40C为设计压力Pc=0.45MPa选低合金结构钢板
16MnR卷制，材料70C时的许用应力[汀=170MPa，取焊缝系数=0.85，腐
蚀裕量C2=1mm
（1）、管箱短节厚度计算
PcDi
2[刁t-pc
0.45800
11700.85—0.45
=1.25mm
设计厚度Sd=S■C2二4mm
名义厚度S^SdC1-圆整=40.25•0.75二5mm
有效厚度Se=Sd〜C1—C2二5—0.25T二3.75mm
水压试验压力p^1.25p0.5625MP
；
飞=34MPa
”pT（Di+Se）=0.5625（800+3.75）=6028MPa2Se23.75
0.96=0.93451=310.5MPa
所以;
7T.0.9-s，水压试验满足强度要求
气密试验压力pT=1.15pc=0.517MPa
（2）、封头的厚度计算封头采用标准封头
1.25mm
11700.85—0.50.45
设计厚度Sd二S•C2二4mm
名义厚度Sn=SdC1-圆整二40.25■0.75二5mm
有效厚度Se=Sd—C1—C2=5一0.25一1=3.75mm
3、管箱开孔补强的校核
由工艺给定的接管尺寸为DN800，采用2197的接管，选20号热轧碳素钢
管［汀=130MPa，C2=1mm
接管计算壁厚
pcDi0.45汉800小“
St0.38mm
2［门tpc113010.45
接管有效壁厚
set=3-C1-C2=7-1-70.15=4.95mm
开孔直径d=di=2C=219-2722.0^209.1mm
接管有效补强宽度B=2d=2209.1=418.2mm
接管外侧有效补强高度h1dsnt—.209.17=38.3mm
需要补强面积A=dS=209.11.25=26.4mm2
可以作为补强面积为
A=（B-d）（9-S）=（418.2-209.1）（4-1.25）=575mm2
A2二2h1（Set-St）f^238.34.95-0.381=350.1mm2
A1A2=925.1A
因此该接管不需补强
同理可以得到壳体上的DN200、DN80、DN20的接管均不需补强
4、固定管板计算
固定管板厚度设计采用BS法由前面管板的设计，初步选定管板厚度为b=32mm
总换热管数量n=439一根管壁金属的横截面积为
兀22兀222
a=汁。
-dJ=J25-20）=176.6mm
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