浮头式换热器课程设计说明书

1.方 案 确 定选择换热器的类型 浮头式换热器：主要特点是可以从壳体中抽出便于清洗管间和管内管束可以在管内自由伸缩不会产生热应力1.1 换热面积的确定根据《化工设备设计手册》选择传热面积为 400m2 1.2 换热管数 N 的确定我国管壳式换热器常用碳素钢、低合金钢钢管，其规格为 φ19× 2、φ25× 2.5、φ32× 3、φ38 × 3、 φ57 × 3.5 等，不锈钢钢管规格为 φ19 × 2、φ25 × 2、φ32 × 2、φ38 × 2.5、φ57 × 2.5换热管长度规格为 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0m 等换热器换热管长度与公称直径之比，一般在 4～25 之间，常用的为 6～10管子的材料选择应根 据介质的压力、温度及腐蚀性来确定选用 32×3mm 的无缝钢管，材质为 0Cr18Ni9，管长为 6000mmn=A/πd0L 3-5式 3-5：n—换热管数 A—换热面积 m2 d0—换热管外径 mm L—换热管长度 mm故 根-3-340n==613.160 表1.1 拉杆直径 /mm换热管外径d 10≤d＜15 15≤d≤25 25＜d≤27 拉杆直径 nd 10 12 16 表1.2 拉杆数量 换热器公称直径 DN/mm400＜d 400≤d＜700 700≤d＜900 900≤d＜26004 4 8 10拉杆需 10 根。

1.3 换热管的排布与连接方式的确定换热管排列形式如图 3.1 所示换热管在管板上的排列形式主要有正三角形、正方形 和转正三角形、转三角形正三角形排列形式可以在同样的管板面积上排列最多的管数，故用的最为广泛，但管外不易清洗为便于管外便于清洗可以采用正方形或转正方形的管 束换热管中心距要保证管子与管板连接时，管桥有足够的强度和宽度管间需要清洗时 还要留有进行清洗的通道换热管中心距宜不小于 1.25 倍的换热管的外径 换热管排列形式如图 1.1 所示： 正 三 角 形 转 角 三 角形正 方 形 转角 正方 形图 1.1 换热管排列形式图 1.2 管子成三角形排列 本换热器采用正三角形排列,由表 1.3,取管间距 a=40mm表 1.3 换热管中心距 (mm)换热管外径 d 14 19 25 32 38 45 57换热管中心距 S 19 25 32 40 48 57 72换热器的主要设计参数如下：表 1.4 设计参数表流程设计参数 管程 壳程工作压力（MPa） 1.0 1.6设计压力（MPa） 1.1 1.76腐蚀裕度（mm） 1.0 1.0材质 Q235-B Q235-B2. 换热器壳体壁厚的设计计算压力容器选材： 本设备为冷凝器，由于设计压力在低范围内，工作温度不高，介质为乙烯，所以选用 Q235-B 材料，且满足其使用要求。

一般来说，换热器的壳体和管箱公称直径大 于等于 400mm 时，其筒体使用板材卷制当换热器的公称直径小于 400mm 时，其筒体使用 管材制由于本次设计的换热器直径为 1200mm，所以我选用板材卷制的筒体2.1 壳程壁厚的设计计算1. 名义壁厚计算 4-1 查表得[σ]t=170MPap=2[]citD取设计压力 p =1.1×1.6=1.76 MPa故 1.760==7.3528mn12=+C故 n127.350819.5Cm按照 GB151-89 对固定管板式换热器最小壁厚的规定，取 12mm2.有效壁厚计算 e12=0.81.n m3.最小壁厚计算 ,min对于合金钢容器，规定最小壁厚不能小于2mm ,mini2+C4i,in>所以壳程的名义厚度取12mm合格2.2 管箱壁厚设计计算 换热器的管箱封头一般为椭圆形或平盖形。

平盖容易拆卸， 维修关程时不必拆卸管道一般大直径压力高，检修情况允许时，倾向于使用平盖在压力不高的情况下，换热器直径小于等于 900mm时，用椭圆形封头；换热器直径大于 900mm，通常使用平盖因为本换 热器直径为 1200mm,所以选用椭圆形封头1. 名义壁厚计算管箱选材为 Q235-A，有参考文献 [4]公式 4-24-2=2[]citpD式 4-4： —管箱计算壁厚，mm—圆筒内径，mmiD查得[σ] t=170MPaφ—焊缝系数，焊缝采用双面焊，局部无损探伤，取 φ= 0.85取设计压力 p=1.76MPa故 1.7620=7.3585.mn12+C查得： 10.8mC 21mC故 12=+C7.35081=9.5n m按照 GB151-89 对固定管板式换热器最小壁厚的规定， 取 12mmn2. 有效壁厚计算 e12..2en3.最小壁厚计算 ,min对于碳素钢容器，规定最小壁厚≤3mmmini235Cmi,i所以管箱的名义厚度取 12mm合格。

4.管箱水压试验较核:由参考文献 [4]知,内压容器水压试验公式： i(+)2TePD对于内压容器 []1.5pTct式 4-6： —取壳程与管箱中计算压力较大者，即 =1.76MPacp cp—设 计 温 度 下 材 料 的 许 用 应 力 ， MPa 由 于 壳 程 与 管 箱 采 用 相 同 的 材 料 ， 所 以[]t[σ]t=[σT] 故 =1.2576.Tp所以 (0)130.5a.P0.9=.235.8=79.s M因为 δn,min所以封头的名义厚度取 12mm 合格4.封头的选择查参考文献 [5]，封头 DN1200×12mm，曲面高度 h1 =100mm，直边高度 h2 =25mm结构尺寸如下表所示：表 2.2 封头尺寸 （mm）公称直径 DN 曲面高度 h1 直边高度 h2 厚度 δ1200 125 25 122.4 壳体水压试验校核由参考文献 [4]知,内压容器水压试验公式： ()=2TiepD对于内压容器 []1.5Tctp[σ]t —设计温度下材料的许用应力，MPa。

由于壳程与管箱采用相同的材料，所以[σ ]t =[σ]故 pT =1.25×1.76=2.2MPa所以故 0.9σsφ=0.9×235×0.85=179.115MPa因为 σTA，所以不用另行补强6.鞍式支座的设计计算及校核6.1. 鞍式支座的设计1.鞍座的结构：是由护板、横向腹板和底板组成2.鞍座数目的选择：放在鞍座上的圆筒形设备，其情况和梁相似从受力分析来看， 承受同样载荷且具有同样几何尺寸的梁采用多支座比采用两个支座梁内产生的应力小但实际上应看情况而定，对于大型容器，因制造误差所造成的支座标高不一致，或因地基沉 降不均匀，所以造成的支承点水平高度不一致，都使支承反力不均匀，在设备内造成较大 附加应力同时为了避免温度应力，多支座的情况，也不便于采取措施所以一般采取双支座为了避免产生温差应力，有一个支座的地脚螺栓孔做成长圆形，安装时不拧死螺母， 以便使其能有自由滑动的可能最好的办法是一端采用滚动式支座3.支座位置的确定：采用双鞍座时，支座位置的确定，是以下为依据，即：是在使支承反力对筒体形成的弯距相等的原则下，使其充分利用封头对筒体邻近部分的加强作用。

在中国现行标准 JB 4731《钢制卧式容器》规定取 A≤0.2L，A 的最大值不得超过 0.25L 否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大其中 A 为封头切线至支座中心线之距离，L 为两封头切线之间的距离，此外，由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗弯刚度， 故封头对于圆筒的抗弯刚度具有局部加强作用若支座靠近封头，则可充分利用罐体在支 座处圆筒截面的加强作用因此 JB 4731 还规定当满足 A≤0.2L 时，最好使 A≤0.5 Rm（ Rm 为圆筒的平均半径为了分析方便，以下用圆筒内半径代替平均半径所以本设计的 A=0.2L=0.2×2238=447.6mm，为了便于安装选 445mm4.鞍座宽度 b 的确定：支座 b 的大小一方面决定设备所给支座的载荷的大小，另一方面要考虑支座处筒壁环向应力不超过许用值钢制鞍座的宽度不应小于 10S（S 是筒体计 算壁厚）所以本设计取 b=100mm6. 鞍座的选择：一般可按标准（JB1167-81）进行鞍座的公称直径即为设备的公称直径按照公称直径的不同分为四个标准系列（Dg159~500mm 、Dg600~1200mm 、Dg1300~2000mm、Dg2100~4000mm） 。

同一公称直径的鞍座又分为 A 型（轻型）和 B 型（重型） 每一种形式又分为固定式（Ⅰ型）和移动式（Ⅱ型）两种A 型和 B 型的区别是轴向腹板的数量和尺寸及底板的宽度不同，而Ⅰ型和Ⅱ型的区别仅仅在于底板上地脚螺栓孔的形状不同，Ⅱ型为长圆孔，安装地脚螺栓时采用双螺母，第一个螺母拧紧后倒退一圈，再用第二个螺母锁紧，使鞍座能在基础上自由滑动Ⅰ、Ⅱ型的尺寸除螺栓孔不同，其余均 相同在同一台卧式容器上，Ⅰ、Ⅱ型要配对使用在标准系列中，鞍座的高度 H 有 200、300、400、 500mm 四种规格，但可根据要求改 变必要时，要对根据标准选好的鞍座进行支座宽度 b 和基础支承面进行强度校核，对支 座处筒体的局部应力也要校核6.2 鞍式支座的计算及校核卧式容器的载荷有：（1） 压力，可以是内压或外压（真空）（2） 容器的重量，包括圆筒、封头及其它附件等的重量（3） 物料的重量（4） 其它载荷假设容器的总重为 2F，椭圆形封头折算成直径等于容器直径，长度的圆筒（H 为封头的曲面深度） 所以该容器总重作用的长度为：4-4943LH式 4-49： L—该容器总作用下的长度，mmH—为封头的曲面深度，mm所以 该容器总重沿长度方向均匀分布，则作用在总长度上的单位长度均布载荷为：4801250m3L 4-502=43FqLH式 4-50：q— 作用在总长度上的单位长度均布载荷，N/mF—设备总重， N容器内介质的密度为 1049 kg/m3，壳体和封头材质的密度为 7860 kg / m3 ：则 220q=+(D)g4i iRg钢4-51 式 4-51： Ri —圆筒内径，mm所以 2 22=3.1409.8+(0.1.8)7609.8=17N/m4q所以 31(LH)7635F工程上将双鞍式支座卧式容器化为长度为 。