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1、目录1.换热器选型和工艺设计31.1设计条件31.2换热器选型31.3工艺设计31.3.1传热管根数的确定41.3.2传热管排列和分程方法41.3.3壳体内径42 换热器结构设计与强度校核42.1 管板设计42.1.1管板材料和选型52.1.2管板结构尺寸52.1.3管板质量计算62.2法兰与垫片62.2.1管箱法兰与管箱垫片72.3 接管82.3.1接管的外伸长度92.3.2 接管位置设计92.3.3 接管法兰102.4管箱设计122.4.1管箱结构形式选择122.4.2管箱最小长度122.5 换热管132.5.1 布管限定圆132.5.2 换热管与管板的连接132.6 拉杆与定距管142.
2、6.1 拉杆的结构形式142.6.2 拉杆的直径、数量及布置142.6.3 定距管152.7防冲板152.7.1防冲板选型152.7.2防冲板尺寸162.8 折流板162.8.1 折流板的型式和尺寸162.8.2 折流板的布置172.8.3 折流板重量计算173.强度计算183.1壳体和管箱厚度计算183.1.1 壳体、管箱和换热管材料的选择183.1.2 圆筒壳体厚度的计算183.1.3 管箱厚度计算193.2 开孔补强计算203.2.1 壳体上开孔补强计算203.3 水压试验213.4支座213.4.1支反力计算如下：213.4.2 鞍座的型号及尺寸234焊接工艺设计234.1.壳体与焊接
3、234.1 .1壳体焊接顺序234.1.2 壳体的纵环焊缝244.2 换热管与管板的焊接244.2.1 焊接工艺254.2.2 法兰与短节的焊接254.2.3管板与壳体、封头的焊接264.2.4接管与壳体焊接27总结28参考文献28 1.换热器选型和工艺设计1.1设计条件 项目管程壳程工作压力（MPa）1.70.7工作温度（）4015017090介质净化煤气水蒸气/冷凝水换热管尺寸（mm）252.5换热面积（m2）90换热管长度（m）自选管程数2结构型式卧式使用寿命10年1.2换热器选型管程定性温度 t=40+1502=95壳程定性温度T=170+902=130管壳程温差 t=T-t=130-
4、95=3550 故初步选择不带膨胀节的固定管板式换热器（双管程）。根据介质特性初步选择换热管材料为20号碳钢，壳体材料为Q245R1.3工艺设计1.3.1传热管根数的确定已知换热管外径do=0.025m，内径di=0.02m，换热面积S=90m2,管程数为2。取换热管长l=6m，由S=dolN得换热管数N=Sdol=903.14x0.025x6=191取N=192（根）1.3.2传热管排列和分程方法由于设计要求为双管程换热器，故采用组合排列方法，即每程内均按正三角形排列，隔板两侧采用正方形排列。取管心距a=1.25do(焊接) 则a=1.25x25=31.25 取a=32mm；各程相邻管的管心
5、距a1=2a2+6=44mm横过管束中心线管数（正三角形排列）nc=1.1N=1.1x192=15.216 （根）1.3.3壳体内径多管程结构取管板利用率=0.7，则壳体内径为D=1.05aN=1.05x32x1920.7=556mm取D=600mm1.3.4折流板由于壳程有水蒸气冷凝，所以选用垂直切口的弓形（圆缺形）折流板。a. 圆缺高度h=25%D=25%x600=150mmb. 折流板间距B=151D，取B=300mmc. 折流板数NB=传热管长度/折流板间距-1=6000/300-1=19 块2 换热器结构设计与强度校核2.1 管板设计2.1.1管板材料和选型 管板是管壳式换热器最重要
6、的零部件之一，用来排布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，避免冷、热流体混合，并同时受管程、壳程压力和温度的作用。管板的设计合理与否直接关系到换热器的制造成本的高低及综合性能的优劣。由于本设计中的流体只具有轻微的腐蚀性，故采用工程上常用的Q2454R板材。固定管板式换热器常采用管板兼作法兰，故采用兼作法兰的管板。2.1.2管板结构尺寸由壳程设计压力 ps=1.0MPa, 管程设计压力 pt=2.5MPa；壳体公称直径DN=600查P155可得管板的结果尺寸如下管板尺寸psMPaptMPaDNDD1D2D3D4D5Cd2螺栓b1b规格数量n21.02.5600760715676597663600
7、12.527M24243848 图2-1 管板结构 2.1.3管板质量计算do换热管外径25；N换热管根数192；Q245R密度，=7850Kg/m3对上图所示的管板结构h取值为0。其它字母含义和数值见上图和管板尺寸表Q=4D2-d22xn2xbf+D42x6+D52x4+D32xh-do2xbxNx=47602-272x24x38+6632x6+6002x4-252x48x192x10-9x7850=121Kg2.2法兰与垫片 2.2.1管箱法兰与管箱垫片 （1） 查NB/T 47023-2012压力容器法兰可选管箱法兰为长颈对焊法兰，凹凸密封面，材料为锻件Q245R，其具体尺寸如下：（单位
8、为mm） 图2-2 凹凸面法兰结构DN600长颈对焊法兰尺寸DN法兰螺柱对接筒体最小厚度DD1D2D3D4Hhaa1Rd规格数量6007607156766666634211035211816261227M242410（2）此时查NB/T4702-2012压力容器法兰，根据设计温度可选择垫片型式为非金属包垫片，材料为石棉橡胶板，其尺寸为：图2-3 垫片结构管箱垫片尺寸PN(Mpa)DN(mm)外径D(mm)内径d(mm)垫片厚度2.560066561532.3 接管（1）选材本次设计压力在低压范围内、工作温度不高、介质腐蚀性弱、接管与壳体焊接连接，为了减少焊接应力集中选择接管材料选用20号钢。（
9、2）接管尺寸规格本次设计共有8个接管，由管口公称直径，查得接管的外径和厚度如下符号公称尺寸用途外径 mm厚度mm(sch20)A80气体进口894.6B80气体出口894.6C80蒸气进口894.6D50冷凝水出口603.5E25排污口343.5F25排污口343.5G25排气口343.5H25排气口343.52.3.1接管的外伸长度根据接管公称直径和厚度查换热器设计手册P142表1-6-6可得，接管A、B、C、D、E、F、G、H伸出长度都可以取150mm。2.3.2 接管位置设计 在换热器设计中，为了使传热面积得以充分利用，壳程流体进、出口接管应尽量接近两端管板，而管箱进、出口接管尽量靠近管
10、箱法兰，可缩短管箱、壳体长度，减轻设备重量。然而，为了保证设备的制造安装，管口距地的距离也不能靠得太近，它受到最小位置的限制。（1） 壳程接管位置的最小尺寸壳程接管位置最小尺寸即接管中心线到管板密封面的距离如图2-3所示.图2-4 壳体接管的位置对接管C(蒸汽进口),由于是无补强圈结构,可以按照下面的公式计算L1dh2+b-4+C=892+48-4+30=118.5mm取L1=120mm。由于壳体接管F,H外径都小于89,其相应的L1小于118.5mm,故取接管C、接管F、接管H的L1=120dh=89mm，为接管外径；b为管板厚度；C管外壁至管板（或法兰）与壳体连接焊缝之间的距离，计算中 取
11、C4S（S为壳体厚度，mm），且；(2)管箱接管位置的最小尺寸管层接管位置是指接管中心到法兰密封面的距离如图3-4所示图2-5 管箱接位置无补强圈按下面公式计算L2dh2+hf+C=892+110+30=184.5mm ；取L2=185mm；同理，对管程接管、E、G，取L2=185mmhf为法兰高度,由前可知hf=H=110mm2.3.3 接管法兰（1）接管法兰的材料为取材方便，选接管法兰材料为Q245R（2） 法兰类型和密封面形式由HG/T2059220653-2009钢制管法兰、垫片和紧固件可知，PN2.5MPa，可以选用板式平焊法兰（PL ）、密封面形式选用全平面（FF）如图2-6 图2
12、-6 全平面管法兰（3） 法兰结构尺寸法兰结构图如图2-7所示 图2-7 板式平焊管制法兰A1为接管外径查得法兰的尺寸如下表公称尺寸DN连接尺寸法兰厚度C法兰内径B1（B）法兰外径D螺栓孔中心圆直径K螺栓孔直径L螺栓Th螺栓孔数量N（个）251007511M10414335014011014M12416598019015018M16418912.4管箱设计 2.4.1管箱结构形式选择B型封头管箱型,用于单程或多程管箱,结构简单,便与制造,适于高压清洁的介质,可省掉一块造价高的盲板、法兰和几十对螺栓，椭圆型封头受力情况比平端盖好得多。故选用此结构管箱。管箱结构尺寸确定2.4.2管箱最小长度前端管
13、箱由于换热器为二管程，其最小管箱长度可按相邻焊缝间距计算Lg minL2+L3+L4=185+100+183=468mmL2 在管箱接管最小位置一节已算出为185mm；L3为接管轴线到壳体与封头焊缝间距离，这里取L3=100mm；L4为封头高度，根据DN=600，查GB/T25198-2010 压力容器封头可得=h1+h2175mm考虑封头厚度L4=h1+h2+Sp=150+25+8=183mmh1为封头曲面高度，h2为封头直边高度，Sp为封头厚度（第三节强度计算中得出）取管箱长度为470mm；（后端管箱长度同前端管箱，见装配图）则L3取102mm；管箱短节长度ld=L2+L3=185+102=287mm。由于是多管程换热器，故此处需要用到分程隔板。查GB151-2014可知：
