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1、【MeiWei_81重点借鉴文档】摘要本设计是关于固定管板式换热器的结构设计，主要进行了换热器的工艺计算、换热器的结构和强度设计。本设计的前半部分是工艺计算部分，按照GB150-20RR以及GB151-20RR等国家标准以及技术标准等根据给定的设计条件进行换热器的选型，校核传热系数，计算出实际换热面积。设计的后半部分主要是关于结构和强度的设计，根据已选定的换热器型式进行设备内部各零部件（如接管、定距管折流板、折流板、管箱等）的设计，包括：材料的选择、具体的尺寸、确定具体的位置、管板厚度计算等。本设计以本着安全可靠、经济性好、传热效率高以及保护环境为原则进行的设计，符合工厂中的实际应用。关于固定
2、管板换热器设计的各个环节，本设计书中均有详细说明。关键词：固定管板；管壳式换热器；结构设计【MeiWei_81重点借鉴文档】AbstractThedesignisfiRedwithrespecttothestructuraldesignofthetubeplateheateRchanger,mainlRfortheprocesstocalculateheateRchanger,heateRchangerstructureandstrengthdesign.Thefirsthalfofthisdesignispartofthecalculationprocess,inaccordancewith
3、GB150-20RRGB151-20RRandothernationalstandardsandtechnicalstandardsinaccordancewithagivendesignconditionsoftheheateRchangerselection,checktheheattransfercoefficient,tocalculatetheactualheatarea.ThesecondhalfofthedesignismainlRonthestructureandstrengthofdesign,internalequipmentallpartshavebeenselected
4、accordingtothetRpeofheateRchanger(suchasreceivership,spacertubebaffles,baffles,pipeboRes,etc.)Designincluding:choiceofmaterials,specificdimensions,determinethespecificlocationofthetubeplatethicknesscalculation.OnallaspectsofthefiRedtubesheetheateRchangerdesign,thedesignspecificationisdescribedindeta
5、il.KeRWords:fiRedtubeplate;shellandtubeheateRchanger；StructuralDesign【MeiWei_81重点借鉴文档】目录摘要Abstract第1章设计任务、思想11.1设计任务11.2设计思想1第2章换热器的工艺设计22.1换热器的工艺条件22.2估算设备尺寸22.2.1计算传热管数NT22.2.2计算壳程直径D3第3章换热器零部件的结构设计43.1换热管43.1.1换热管的型号和尺寸43.1.2换热管的材料43.1.3换热管排列方式以及管心距43.2折流板53.2.1折流板的主要几何参数53.2.2折流板和壳体间隙63.2.3折流板厚度
6、63.2.4折流板的管孔63.2.5材料的选取63.3拉杆、定距管63.3.1拉杆的结构形式73.3.2拉杆直径、数量和尺寸73.3.3拉杆的布置83.4防冲板83.5接管83.5.1接管（或接口）的一般要求83.5.2接管高度（伸出长度）确定83.6管箱93.7管板结构尺寸103.8封头113.9法兰结构类型123.10垫片的选取123.11鞍座的选取12第4章换热器的机械结构设计144.1传热管与管板的连接144.2管板与壳体的连接144.3管板与管箱的连接16第5章换热器的强度设计与校核175.1壳体、管箱的壁厚计算175.1.1壳体175.1.2管箱18第6章部分管件零部件的校核计算1
7、96.1壳程圆筒196.2管箱圆筒196.3换热管206.4管板206.5管箱法兰216.6壳体法兰216.7系数226.8计算管板参数22第7章换热器的制造、检验、安装与维护247.1换热器的制造、检验与验收247.1.1筒体247.1.2换热管247.1.3管板257.1.4折流板、支持板257.1.5管束的组装257.1.6换热器的组装257.1.7压力试验257.2换热器的安装、试车与维护257.2.1安装257.2.2试车267.2.3维护26结束语27参考文献28致谢29【MeiWei_81重点借鉴文档】第1章设计任务、思想1.1设计任务本设计的课题为固定管板式冷却器结构设计，设计
8、包括结构设计和强度设计。其中结构设计需要选择既合理又经济的结构形式，同时又可以满足制造、检修、装配、运输和维修等要求；而强度计算的内容则应包括换热器材料，确定主要结构尺寸，满足强度、刚度和稳定性等要求，再根据设计压力确定壁厚，使换热器能有足够的腐蚀强度。1.2设计思想本设计尽可能采用先进的技术、国家与行业标准，使生产既能达到技术先进，经济合理的要求，又能符合优质、高产、安全、低消耗的原则，具体有以下几点：(1)根据GB15020RR钢制压力容器和GB15120RR管壳式换热器以及JB/T47151992等国家标准作为基础进行设计。(2)应满足工艺还有操作要求，所设计出来的流程和设备能可以保证得
9、到质量稳定的产品，设计的流程与设备需要一定操作弹性，可方便进行流量和传热的调节。(3)应满足经济上的要求，设计应节省然热能和电能的消耗、减少设备与基础的费用，选择比较合理的回流比，节省水蒸气，设计应要全面考虑，力求总费用尽可能的低一些。(4)应保证生产安全，保证换热器具有一定刚度还有强度。根据设计压力确定壁厚，再校核其他零部件的强度，进行水压试验，确定容器是否有足够的腐蚀裕度。第2章换热器的工艺设计2.1换热器的工艺条件壳程（进/出）管程（进/出）物料名称泵用冷却水循环水物料状态液/液液/液设计压力MPa1.10.6最高工作压力MPa1.00.5设计温度15060工作温度63/5228/38以
10、下为参考数据换热面积m2400换热管规格及管束级别252.56000；类程数14标准规范GB150-20RR;GB151-20RR2.2估算设备尺寸2.2.1计算传热管数NT本设计拟用传热管规格为252.5，管长为6m，传热管数NT为NT=850根公式中符号：d0换热管外径。mmAP所需换热面积。M2L换热管长。MNT换热管总数。根2.2.2若将传热管若将传热管按正三角形排列，计算壳程直径D根据GB151-20RR的规定，管心距定为32mm横过管束中心线的管数Nc=1.1=33根本设计采用四管程结构，则壳程内径为D=t（nc-1）+（1.5）d0=32（33-1）+1.525=1061.5mm
11、圆整得D=1100mm第3章换热器零部件的结构设计3.1换热管3.1.1换热管的型号和尺寸除光管外，换热器还可采用各种各样的强化传热管，如翅片管、螺纹管、螺旋槽管等。当管内直径两侧给热系数相差较大时，翅片管的翅片应布置在给热系数低的一侧。本设计选用光管。换热管常用的尺寸（外径R壁厚）主要为19mmR2mm、25mmR2.5mm和38mmR2.5mm的无缝钢管以及25mmR2mm和38mmR2.5mm的不锈钢管。选用管径时，本设计给出换热管规格252.5规格。3.1.2换热管的材料常用材料有碳素钢、低合金钢、不锈钢、铜、铜镍合金、铝合金、钛等。此外还有一些非金属材料，如石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等。
12、设计时应该根据工作压力、温度和介质腐蚀性等选用合适的材料。根据钢材标准GB/T700-20RR中20号钢完全可以满足要求，因此本设计换热器可以选用材料为20号钢。3.1.3换热管排列方式以及管心距管子在管板上的排列有正三角形、正方形和正方形错列三种，如图所示。传热管的排列应使其在整个换热器圆截面上均匀分布，同时还要考虑流体的性质，管箱结构及加工制造等方面的问题。正三角形排列的优点：管板的强度高；流体走短路的机会少，但是管外流体扰动较大，因而对流传热系数较高；相同的壳径内可排列更多的管子；但是正三角形排列管外不易清洗。正方形排列的优点是便于清洗列管的外壁，适用于壳程流体易产生污垢的场合；但是在同
13、样的管板面积上可排列的管子数量较少。同心圆排列方式优点靠近壳体的地方管子分布较均匀，在壳体直径较小的换热管可以排列的传热管数比正三角形排列还多2。由于本换热器流体性质属于比较结晶和不易结垢，因此可以采用正三角形排列，如图（a）所示：图3-1管子排列形式管板上两传热管的中心距为管心距，管心距的大小主要与传热管和管板的连接方式有关，此外还应该考虑管板强度和清洗管外表面时所需的空间。根据GB151-20RR规定，管心距定为32mm。3.2折流板折流板顾名思义是用来改变流体流向的板，常用于管壳式换热器设计壳程介质流道，根据介质性质和流量以及换热器大小确定折流板的多少。折流板被设置在壳程，它既可以提高传
14、热效果，还起到支撑管束的作用。常用的折流板和支持板的形式有弓形和圆盘-圆环形两种。弓形折流板有单弓形、双弓形和三弓形三种。在弓形折流板中，流体在板间错流冲刷管子，而流经折流板弓形缺口时是顺溜经过管子后进入下一板间，改变方向，流动中死区较少，比较优越，结构较简单，一般标准换热器中只采用这种。盘环形折流板制造不方便，流体在管束中为轴向流动，效率较低。而且要求介质必须是清洁的，否则沉积物将会沉积在圆环的后面，导致传热面积失效，一般用于压力比较高而又清洁的介质。因此，本设计采用单弓形折流板。3.2.1折流板的主要几何参数弓形折流板缺口高度应该使流体通过缺口时与横过管束时的流速相近。缺口大小用切去的弓形弦高占筒体内直径的百分比来确定1，单弓形折流板缺口见图，根据GB151-20RR缺口弦高h值，宜取0.200.45倍的圆筒内直径，取系数为0.25，切去圆缺高度h=0.251100=275mm。图3-2单弓形折流板3.2.2折流板和壳体间隙折流板外周与壳体内径之间的间隙越小，则壳体流体介质在此外的泄漏越小，使传热效率提高，但同时间隙越小，又给制造、安装带来困难。根据GB151-20RR选取折流板的名义直径DDN-4.51095.5mm3.2.3折流板厚度折流板的厚度与壳体直径、换热管无支撑长度有关，根据GB151-20RR折流板最小厚度4，可选择83.2.4折流板的管孔折流板的管孔直径和公差
