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、设计目得:1.实用国家最新压力容器标准、规范进行设计,掌握典型得过程装备设计得全过程、2.掌握查阅与综合分析文献资料得能力,进行设计方法与设计方案得可行性研究与论证。
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与专业软件得实用。
4.掌握图纸得计算机绘图。
二、设计条件:设计条件单管口表三、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,2012、5、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。
7.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,20０6、８。
E.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。
前言换热设备就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得同一种流体间热量(或焓)传递得装置。
换热器就是化工、石油、动力、冶金、交通、国防等工业部门重要工艺设备之一,其正确得设置,性能得改善关系各部门有关工艺得合理性、经济性以及能源得有效利用与节约,对国民经济有着十分重要得影响。
在炼油、化工装置中换热器占总设备数量得４0％左右,占总投资得３0%-45%、随着节能技术得发展,应用领域不断扩大,利用换热器进行高温与低温热能回收带来了显著得经济效益。
在工业生产中,换热设备得主要作用就是使热量由温度较高得流体传递给温度较低得流体,使流体温度达到工艺过程规定得指标,以满足工艺过程上得需要。
此外,换热设备也就是回收余热、废热特别就是低品位热能得有效装置。
换热器得型式繁多,不同得使用场合使用目得不同。
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。
根据管壳式换热器得结构特点,可分为固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式与釜式重沸器五类。
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得介质不宜采用。
当膨胀之差较大时,可在壳体上设置膨胀节,以减少因管、壳程温差而产生得热应力、固定管板式换热器得特点就是: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％。
固定管板式换热器得缺点就是:1、壳体与管壁得温差较大,壳体与管子壁温差ｔ≤5０℃,当t≥50℃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。
固定管板式换热器得机械设计除了最关键得换热板片以外,还有两块墙板,我们称为框架板与压力板,框架板为外侧不可活动得墙板, 压力板为换热板片另一侧得可用拉杆螺栓调整位置得墙板;数根拉杆螺栓,用来加紧框架板与压力板;立柱;上下导杆,连接在框架板与立柱之间,用来支撑并给压力板与换热、半片导向;框架板与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,温度计与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。
其优点就是结构简单紧凑,能承受较高得压力,造价低,管程清洗方便,管子损坏时易于堵管或更换;缺点就是当管束与壳体得壁温或材料得线膨胀系数相差较大时,壳体与管束中将产生较大得热应力。
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得场合。
主要由壳体、换热管束、管板、前端管箱(又称顶盖或封头)与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、管箱与后端结构分别与壳体两端得法兰用螺栓相连,检修或清洗时便于拆卸。
换热器设计得优劣最终要瞧就是否适用、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、安全可靠得换热器得产生,要求在设计时精心考虑各种问题、准确得热力设计与计算,强度与工艺条件。
ﻩ目录一、设计计算1.工艺条件………………………………………………、１１2.计算（1）管子数n……………………………………、、、.、、。
、。
１1 （2）管间距得确定…………………………………….。
１２（3）换热器壳体直径得确定…………………………。
、12（4）换热器壳体壁厚得计算………………………….。
12（5）换热器封头选择…………………………………。
.13（6）容器法兰选择……………………………………。
.13（7）管板尺寸得确定…………………………………。
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）就是否安装膨胀节....................................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.换热管与管板得连接……………………………….。
、21 2。
管板与壳体,管箱得连接……………………………2１3.管法兰与接管得连接…………………………………２2三、设备总装………………………………………………….2３四、个人总结 (26)一、设计计算1、工艺条件2、计算(1)管子数n选得无缝钢管,材质20号钢,管长3m。
因为所采用正三角形排列,正三角形排列比较紧凑,在一定得壳径内可排列较多得管子,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,适用于壳程中得流体易结垢得情况,其传热效果较正三角形差些。
以上排列方式中最常用得就是正三角形错列,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得场合、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)管间距得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)换热器壳体直径得确定式中——换热器内径,mm;—-正六角形对角线上得管子数,中心排管数——最外层管子得中心到壳壁边缘得距离,取ｍm。
故 mm圆整后取壳体内径(4)换热器壳体壁厚得计算材料选用Q３４5R,计算壁厚式中--计算压力,取ﻫ故因为,所以取。
查HG/T2０５80-205８1—２01１《化工设备手册》腐蚀裕量,对Ｑ345Ｒ钢板负偏差。
圆整后取。
(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,曲面高度,直边高度,材料选用Ｑ3４5R 。
(6)容器法兰得选择材料选用２0号钢。
根据ＪB/T 4７01－2000标准,选用DN800,得平封面甲型平焊法兰。
DN=800mm;Ｄ＝93０m ｍ;(7)管板尺寸得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,厚度管板 尺寸查GB151-1999,则管板管孔直径为25。
25m ｍ、(8)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=４00mm 。
(９)折流板设计折流板选用弓形,高度折流板间距取500mm;查G Ｂ151-19９9《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795。
５m ｍ,查５、9表３９管孔直径为2５.8mm,材料为Q235—Ａ钢、 图2-2容器法兰图2-1 换热器封头拉杆查ＧＢ151-1999《管壳式换热器》表43与4４选用直径,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DＮBI8０0－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,鞍座得各部分尺寸为:鞍式支座得结构参数(ＪB/T4712.1-2007)(11)开孔补强根据GB15１—1999《管壳式换热器》换热器壳体与封头上得接管处开孔需要补强,常用得结构就是在开孔外面焊上一块与容器壁材料与厚度都相同,即6ｍｍ厚得１6ＭnR钢板。
其补强结构如图所示、图2-3开孔补强结构(12)管子拉脱力计算计算数据按表1选取。
表1项目管子壳体操作压力/ＭＰ a 0.４ 5 ０.05材质２0钢16MnR线膨胀系数/(1/℃)弹性模量／ＭＰa许用应力/ MPa130１89尺寸/mm管子根数４57管间距／mｍ３２管壳壁温差/℃管子与管板得连接方式强度胀接胀接长度/mｍ在操作压力下,管子每平方米胀接周边上所受到得力其中,温差应力导致管子每平方米胀接周边上所受到得力 其中由上述计算有由于管子与管板得连接采用强度胀接,管子得许用拉脱力远小于０、5倍材料得许用应力。
因此,拉脱力在许用范围内、（13） 计算就是否安装膨胀节；mm n d d A i o t 6.80717457)2025(414.3)(42222=⨯-⨯=-=π管、壳壁温差所产生得轴向力:；)(109.0)(9.90454725.7948138.1161N N A F t t ⨯==⨯==σ压力作用于壳上得轴向力: 其中ﻫﻫ=７7６65、9(N)则压力作用于管子上得轴向力:则根据ＧB １5１-19９9《管壳式换热器》得设计规定,在考虑热应力得情况下管子与壳体上得应力均小于3倍得许用应力,实际所求得应力均较小,满足设计要求,故本换热器不必安装膨胀节。