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1、U型管换热器设计方案用 户： 上海航天能源股份有限公司型 号：6001500任务书编号：12023工作令：12171图 号：01-013-001、设计标准本设计中U型管换热器属于换热设备，属管壳式（列管式）换热器。应以安 全为前提，综合考虑质量保证的各个环节，尽可能做到经济合理，可靠的密封性， 足够的安全寿命。设计标准如下：a. R0004-2009固定式压力容器安全技术监察规程b. 151-1999管壳式换热器c. 150.1150.4-2011压力容器c. 20584-1998钢制化工容器制造技术要求d. 4712.2-2007容器支座2、U型管换热器的特点U型管换热器仅有一个管板，管子两
2、端均固定在同一管板上，这一换热器的 优点是：管束可以自由伸缩，不会因为管壳之间的温差而产生热应力，热补偿性 能好；管程为双管程，流程较长，流速较高，传热性能较好；承压能力强；管束 可从壳体内抽出，便于检修和清洗，且结构简单，造价便宜。分部管不紧凑，所以管字数不能太多， 且管束中心部分存在间隙，使壳程流 体易于短路而影响壳程换热。此外， 为了弥补弯管后管壁的减薄，直管部 分必须用壁较厚的管子。这就影响了 其适用场合，仅宜用于管壳壁温相差 较大，或壳程介质易结垢而管程介质 不易结垢，咼温、咼压、腐蚀性强的 场合。缺点：管内清洗不便，管束中间 部分的管子难以更换，又因最内层管 子弯曲半径不能太小，在
3、管板中心部3、材料选择一、管程材料 筒体与封头的材料选择：该设备管程设计压力1.0,设计温度70，介质为天然气。天然气最主要的 成分是甲烷，经过处理的天然气具有无腐蚀性，因此可选用一般的钢材。由操作 条件可知，该容器属于低压、常温范畴。在常温下材料的组织性和力学性能没有 明显的变化。但根据客户的要求，选用材料S31603，执行24511-2009承压设 备用不锈钢钢板及钢带的相关要求。 换热管的材料选择：根据该设备的压力、温度、介质的腐蚀程度，按照151管壳式换热器及 客户技术规格书中的换热管有关要求，选用13296锅炉、热交换器用不锈钢无 缝钢管材质，牌号为：0017142。 管板材质的选择
4、：根据151管壳式换热器中的管板材料的有关要求，可以选用钢板及锻件。 本台设备管板较厚，依据标准选择S31603级锻件，符合标准47010-2009承压设 备不锈钢及耐热钢锻件的要求。 接管的材料选择：根据150钢制压力容器引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的 要求，故选择0017142 14976-2002流体输送用不锈钢无缝钢管作各型号接 管。因设备设计压力较高，涉及到开孔补强问题，在后面的强度计算过程中，选 择S31603锻件作为接管材料。 法兰的材料选择：法兰选用20615-2009钢制管法兰，材质：S31603,符合47010-2009承压设 备不锈钢及耐热钢锻件标准。二、壳程
5、材料： 筒体与封头的材料选择：该设备管程设计压力1.0,设计温度70，介质为热水。因此可选用一般的 钢材。由操作条件可知，该容器属于低压、常温范畴。在常温下材料的组织性和 力学性能没有明显的变化。但根据客户的要求，选用材料S31603，执行24511-2009承压设备用不锈钢钢板及钢带的相关要求。 接管的材料选择：根据150钢制压力容器引用标准以及接管要求焊接性能较好且塑性好的要求，故选择0017142 14976-2002流体输送用不锈钢无缝钢管作各型号接 管。因设备设计压力较高，涉及到开孔补强问题，在后面的强度计算过程中，选 择S31603锻件作为接管材料。法兰的材料选择：法兰选用B16.
6、5-2009钢制管法兰，材质：S31603，符合47010-2009承压设 备不锈钢及耐热钢锻件标准。三、其他附件、连接件：与受压件相焊的的垫板，选用与壳体一致的材料：S31603 24511-2009； 其余非受压件，选用Q235 3274碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和钢 带；设备紧固件选用4707-2000等长双头螺柱、6170-2000 六角螺母；4、设计参数的确定根据用户提供的容器运行条件，确定该设备的设计参数如下：5、结构设计、管箱设计：管箱筒体强度设计:前端管箱筒体计算结果计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司计算所依据的标准150.3-2011计算条件筒体简图C计算压力 设计温度t1
7、.0070.00内径600.00材料S31603（板材）试验温度许用应力E120.00设计温度许用应力bit120.00试验温度下屈服点Q180.00S钢板负偏差C10.30腐蚀裕量C20.002焊接接头系数00.85厚度及重量计算计算厚度P D.5 =2ot 0-P = 2.96有效厚度5 =5 - C- C2= 9.70名义厚度en125 = 10.00重量n225.65压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值=1.25P= 1.5000（或由用户输入）勿压力试验允许通过 的应力水平qtqt 0.90 qs = 162.00试验压力下 圆筒的应力务-P/D +5e? -55.46
8、T25 .0e校核条件qt qt校核结果合格压力及应力计算最大允许工作压力=寺晋=324553ie设计温度下计算应力P （D +5 丿6 25 31.43e102.00校核条件打0三6结论合格管箱封头强度设计:前端管箱封头计算结果计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司计算所依据的标准150.3-2011计算条件椭圆封头简图计算压力1.00设计温度t70.00 C内径600.00曲面深度150.00二-、一、材料S31603（板材）设计温度许用应力Qt120.00x试验温度许用应力Q120.001Di.钢板负偏差C10.00腐蚀裕量C20.00焊接接头系数01.00压力试验时应力校核压力试验类型液压试
9、验试验压力值=1.25 1.5000压力试验允许通过的应力Qtqt 0.90 乂 = 162.00试验压力下封头的应 力qt= p”.（D +）= 51.51TTie45 0校核条件Ot Qt校核结果合格压力试验时应力校核压力试验类型液压试验试验压力值=1.25 1.5000压力试验允许通过的应力Qtqt 0.90 Qs = 162.00试验压力下封头的应 力n = p .（KD+ 0.5S ） = 51.51TTie25 0校核条件qt qt校核结果合格厚度及重量计算形状系数K = 112 一 2 + 6 D 丫 = 1.00003*计算厚度KPD.5h -2 b t 0-0.5 Pc =
10、2.51有效厚度5 =5 - CC = 8.80最小厚度8 = 2.00名义厚度5 = 880结论满足最小厚度要求重量30.31 管板的强度计算:U型管换热器管板计算计算单位江苏盛伟过滤设备有限公司设计条件壳程设计压力ps1.00管程设计压力p1.00壳程设计温度70.00C管程设计温度f70.00C壳程筒体壁厚5s10 00管程筒体壁厚5 hh10 00壳程筒体腐蚀裕量C0.00管程筒体腐蚀裕量C0.00换热器公称直径D600.00换热管使用场合严格场合管板与法兰或圆筒连接方式（a b c d型）a型换热管与管板连接方式（胀接或焊接）焊接管板材料（名称及类型）S31603锻件名义厚度552.
11、00强度削弱系数卩0.40刚度削弱系数耳0.40材料泊松比v0.30隔板槽面积A32092.502换热管与管板胀接长度或焊脚高度l4.00设计温度下管板材料弹性模量EP191250.00设计温度下管板材料许用应力b tr104.50许用拉脱力q58.50壳程侧结构槽深h10.00管程侧隔板槽深h24.00壳程腐蚀裕量C0.00管程腐蚀裕量C0.00换材料名称管子外径d19.00执八、管管子壁厚st2.00U型管根数n200根换热管中心距S25.00设计温度下换热管材料许用应力b tt117 00垫 片 a型垫片材料软垫片压紧面形式1a 或 1b垫片外径660.00垫片内径620.00垫片厚度S
12、g垫片接触面宽度0垫片压紧力作用中心园直径644.00E （c 型）f管板材料弹性模量19125000E” （ d 型）f管板材料弹性模量19125000f （ b d 型）管箱圆筒材料弹性模量19125000hE （ b c 型）壳程圆筒材料弹性模量19125000b （ c d 型）f管板延长部分形成的凸缘宽 度0.00S （ c 型）f壳体法兰或凸缘厚度0.00S （ d 型）f管箱法兰或凸缘厚度0.00参数计算管板布管区面积At三角形排 列A = 1.7321S2 + A =td248592.502正方形排列A = 2nS2 + A =td一根换热管管壁 金属横截面积aa =冗3 （d S ） = 106.81tntn2管板开孔前抗弯刚度Db c d型D = ” MN管板布管区当量直径DD =&4A/ 兀=562.60tt半径Ra型R = D ! 2 =其他R= D / 2 =322.00系数pp = D / 2R = 0.87系数w按S / D 和S / D 查图得：w = 0.000000Si厂i系数W按S / D 和S / D 查图得：w = 0.000000 hif i壳程圆筒与法兰 或凸缘的旋转刚K = 0f度参数Kf管箱圆筒与法兰 或凸缘的旋转刚度参数K”f管板边缘旋转刚 参数Kfa型其他旋转刚度无量刚系数Kf系数Cc，Ce，CM
