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1、U型管式換熱器的設(shè)計 目錄 1 中文摘要 2 英文摘要 2 1.緒論 2 1.1課題的目的及意義 2 1.2工作任務(wù)分析 2 1.3國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2 1.4國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 2.主要設(shè)計參數(shù) 5 3.熱力計算 5 4. 熱力核算和壓降校核 6 4.1熱力核算 6 4.2換熱器內(nèi)壓降核算 7 5.結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 5.1管箱及殼體 8 5.2厚度計算及校核 9 5.3管箱厚度計算 9 5.4后端管箱厚度計算 10 5.5膨脹節(jié)選取 10 5.6墊片選取 11 5.7開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核 11 5.7.1管箱開孔補(bǔ)強(qiáng) 11 5.7.3外頭蓋開孔補(bǔ)

2、強(qiáng) 12 5.8換熱管 12 5.9分程隔板形式選定 12 5.10傳熱管與管板連接 12 5.11管板與管箱連接 12 5.12法蘭和墊片選型 13 5.13管板強(qiáng)度計算 13 5.14管板與殼體的連接 16 5.15接管 17 5.15.1筒體，接管，管箱殼體之間的連接 17 5.15.2排氣和排液管 17 5.15.3接管的外伸長度 17 5.16折流板的設(shè)計 17 5.17拉桿和定距桿 17 5.18防沖板 18 5.19保溫層 18 5.20浮頭蓋計算 18 5.21支座選取 20 5.22鉤圈 20

3、 中文摘要：本文介紹了 U 型管換熱器換熱計算，管板，管箱，支座等結(jié)構(gòu)設(shè)計。U 型管換熱器僅有一個管板，管子 兩端均固定于同一管板上，結(jié)構(gòu)比較簡易，U型管子的特點是可以自由伸縮，無熱應(yīng)力，而且熱補(bǔ)償性能好；管程采用雙 管程，流程較長，流速較高，傳熱性能較好，承壓能力強(qiáng)，管束可從殼體內(nèi)抽出，便于 檢修和清洗，且結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜。U 型管式換熱器的主要結(jié)構(gòu)包括管箱、筒體、封 頭、換熱管、接管、折流板、防沖板和導(dǎo)流筒、防短路結(jié)構(gòu)、支座及管殼程的其他附件 等。

4、關(guān)鍵詞：U型管式換熱器，結(jié)構(gòu)設(shè)計，換熱計算，管板，管箱，支座設(shè)計。 ABSTRACT We introduces how the U-tube heat exchanger ,and how to design and calculation. U-tube heat exchanger has only one tube sheet, tubes are fixed at both ends of boards in the same

5、tube, and tubes could telescopic freely, non-thermal stress, thermal performance and compensation? use of double-tube process, the process is longer, higher speed, better heat transfer performance, pressure capacity, and control can be extracted from the shell with easy maintenance and cleaning, and

6、 simple structure cost less. The main structure of U-tube heat exchanger, includes Equipment control, shell, head, exchanger tubes, nozzles, baffled, impingement baffle, guide shell, anti-short-circuit structure, support and other shell-tube accessories. This time I designed a second category pre

7、ssure vessel, which has high design temperature and high design pressure. Thus the design demands are strict. It has dual heat exchanger tube, stainless steel heat exchanger manufacturers. I mainly carried out the design of heat exchanger structural design, strength of design and parts selection and

8、 process design. KEYWOEDS: U-tube heat exchanger, frame, intensity, design and calculation 1.緒論 1.1課題的目的及意義 當(dāng)今世界處于正在走向節(jié)能減排的世界，誰能在環(huán)保上作出相應(yīng)貢獻(xiàn)，誰就可以更符合這個設(shè)計的要求，換熱器的目的就是可以達(dá)到節(jié)能減排的目的，換熱器包括，固定管板式換熱器，浮頭式換熱器，U型管式換熱器，它們都屬于列管式換熱器，U型管式換熱器也是列管使換熱器的一種，它結(jié)構(gòu)簡單，使用方便您環(huán)保，是節(jié)能環(huán)保的首選，本文的目的在于對U型管式換熱器的研究，達(dá)到

9、對換熱器的研究和對節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)，為能源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)有顯著的貢獻(xiàn)。 通過本次換熱器的設(shè)計，我們有機(jī)會能夠正確系統(tǒng)地認(rèn)識換熱器，了解換熱器的詳細(xì)設(shè)計過程，掌握換熱器設(shè)計的一般方法。這可以鍛煉我們運用所學(xué)知識解決設(shè)計時的實際問題的能力。學(xué)會如何查閱和熟練德使用參考文獻(xiàn)，可以為我們今后的工作積累寶貴經(jīng)驗。 1.2工作任務(wù)分析 換熱器設(shè)計，基礎(chǔ)設(shè)計為：水，走管程，17000㎏/h，進(jìn)口溫度30℃，出口溫度40℃；甲醇走殼程，進(jìn)口溫度為52℃，出口溫度為,40℃；設(shè)計壓力為1.6Mpa。根據(jù)設(shè)計任務(wù)，第一步要搜集原始資料，如水的物理化學(xué)性質(zhì)，包括水的密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、柏朗

10、特系數(shù)等。第二步就是進(jìn)行工藝及傳熱計算，包括管程換熱計算及阻力計算，殼程的換熱計算，校核傳熱系數(shù)和傳熱面積。第三步是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，要選定管子確定排列方式。進(jìn)行殼體、折流板、拉桿、進(jìn)出口管、浮頭、補(bǔ)強(qiáng)圈、接管法蘭、基座等的設(shè)計。第四步就是對管板、筒體、封頭、支座等主要元件的強(qiáng)度校核。 1.3國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 通過對國內(nèi)換熱器市場的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，在近年以來，在我國石化、鋼鐵等行業(yè)的快速發(fā)展的情況下，我國換熱器的需求水平正在劇烈上漲，但是國內(nèi)企業(yè)換熱器的供給能力又十分有限，這種情況了導(dǎo)致?lián)Q熱器行業(yè)呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的市場狀態(tài)，我們需要通過巨大的進(jìn)口來彌補(bǔ)市場出現(xiàn)的短缺情況。換熱器它是一種高效緊湊的

11、換熱設(shè)備，換熱器的應(yīng)用幾乎在所有的工業(yè)領(lǐng)域都有涉及，并且它的類型、使用范圍和結(jié)構(gòu)都在不斷地發(fā)展著。U型管式換熱器的結(jié)構(gòu)簡單使用方便，環(huán)保節(jié)能，它的特點越來越得到人們的認(rèn)可和接受。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，換熱器技術(shù)也在飛速發(fā)展著，特別是大型的工業(yè)制冷裝置和空調(diào)用制冷裝置都得到了非常明顯的發(fā)展，所以U型管式換熱器的應(yīng)用市場是非常廣大的。 在最近的幾十年，換熱器技術(shù)雖然一直在進(jìn)步之中，但發(fā)展得比較緩慢，綜合傳熱系數(shù)始終在60左右，沒有明顯的進(jìn)步。而且在理論上也沒有研究出發(fā)展的明確方向，因此換熱器技術(shù)的進(jìn)步不快。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。1、換熱器單位體積的換熱面積小，緊湊性很差。2、傳熱系數(shù)也不大，

12、效率低下。3、可靠性差。4、生產(chǎn)周期長，成本高，消耗大。5、組裝、維護(hù)、檢修都很困難，而且效率較低。無論是換熱器的研發(fā)人員，還是換熱器的用戶，都非常希望換熱器性能能夠變得更好。在目前換熱器性能的優(yōu)化主要是以下幾個方面：繼續(xù)優(yōu)化和提高換熱器的熱效率，不斷改善換熱器結(jié)構(gòu)的緊湊性，讓生產(chǎn)制造變得標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和專門化。管殼式換熱器的最佳狀態(tài)是是：兩側(cè)流體的壓力損失△P值低；緊湊度a值高；成本和價格都比較低；綜合傳熱系數(shù)K值高；性能優(yōu)良并且使用壽命長；容易制造和方便操作。 中國U型管式換熱器在中國已經(jīng)有一定的應(yīng)用，也在換熱器方面不斷的突破前進(jìn)，去尋找更多的發(fā)展前景，開創(chuàng)性地指出了“新型管殼式換熱器產(chǎn)

13、業(yè)”及替代品產(chǎn)業(yè)這個新的概念，在這一些基礎(chǔ)上，從四個方面即“科技創(chuàng)新”、“環(huán)境友好”、“以人為本”和“面向未來”上準(zhǔn)確地說明了“新型管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)”及替代產(chǎn)品的本質(zhì)意義?！靶滦凸軞な綋Q熱器產(chǎn)業(yè)”及替代品的評價體系和量化指標(biāo)體系，從一個不一樣的角度對中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了預(yù)測，在這個基礎(chǔ)上，對中國管殼式換熱器產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了全面的研究。 換熱器的發(fā)展前景：在所有的換熱器種類中，管殼式換熱器是一個數(shù)目眾多而且種類復(fù)雜的產(chǎn)品，由于國防工業(yè)技術(shù)在不斷向前發(fā)展，換熱器操作條件變得越來越苛刻，耐磨損、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料是目前最需要研制出來的。在最近一些年，我國一直在研究不銹鋼銅合金復(fù)合材料、鋁鎂

14、合金及碳化硅等非金屬材料，并且取得了較大的發(fā)展，其中鈦材的發(fā)展最快。鈦這種材料對海水、氯堿、醋酸等的抗腐蝕能力都很強(qiáng)，如果再強(qiáng)化鈦材的傳熱效果，那么鈦將會是一種非常好的只在換熱器的材料。對于材料的噴涂，我們可以從國外引進(jìn)生產(chǎn)線。鋁鎂合金也具有較高的抗腐蝕性和導(dǎo)熱性，并且價格比也比鈦材便宜，我們也應(yīng)將注意力放在它們身上。最近一些年我國在節(jié)能增效等方面取得了較大的進(jìn)步，在改進(jìn)換熱器性能，提高傳熱效率，減少單位傳熱面積的壓降，提高裝置熱強(qiáng)度等方面的研究也有了一些成績。換熱器的大量使用大大的提高了能源的利用率，這使得企業(yè)的效益得到了很大的提高。未來，我國國內(nèi)市場的需求表現(xiàn)出以下特點：更高的產(chǎn)品質(zhì)量的要

15、求，今后發(fā)展的重點將在節(jié)能環(huán)保上；要求產(chǎn)品性價比提高。 當(dāng)今就是一個環(huán)保的世界，我們需要采取相應(yīng)的措施去應(yīng)對當(dāng)前的環(huán)保問題，如果能在很多方面使用換熱器，是的確可以解決很多環(huán)保問題的，希望大家可以關(guān)注換熱器的發(fā)展。去盡量使用換熱器，換熱器包括列管式換熱器，U型管式換熱器，固定管板式換熱器，浮頭式換熱器，U型管式換熱器式列管式換熱器的一種，這個U型管式換熱器更加簡單方便，易于使用環(huán)保節(jié)能。 2主要設(shè)計參數(shù)

16、 管程 殼程 流體名稱 水 甲醇液 總流量 17000kg/h 400000kg/h 工作溫度進(jìn)/出 30/40 50/42 最大工作壓力 1.5m pa 1.m pa 定性溫度：管程Tm=（30+40）÷2=35℃ 殼程tm=(50+42）÷2=46℃ 物性數(shù)據(jù)：水，密度為993.95 比熱 為4174 黏度為725.1× 導(dǎo)熱系數(shù)為 62.6 甲醇密度為791.4 比

17、熱 為2500 黏度為590.4 導(dǎo)熱系數(shù)：20.7 3熱力計算 1）管程換熱計算 計算熱負(fù)荷==（20000×4171×10）÷3600=2.319×10000 2）平均傳熱溫 ＝（Δt1-△t2)/ln(Δt1/Δt2) ={(50-40)-(42-30)ln[(50-40 )/ (42-30 ）] =11.11(°C) R=熱流量的溫降/冷流體的溫升=(50-42)/(40-30)=1.2 P=冷流體的溫升/兩流體的初始溫差=（40-30）/（52-30）=0.45 查化工源

18、流4.25圖得溫差校正系數(shù)= 0.82 j=×=0.85×11.11=9.44 根據(jù)表4-7，選取總傳熱系數(shù)為K=800 ==231.9×1000/ 800×9.44 =30.7 試選型號 取水流速=0.9。選傳熱管為25mm2.5mm。其內(nèi)徑=0.02m，外徑=0.025m。管中心距t=1.2525=31.25mm。去t=32mm。 取單管程： 管子數(shù)：n==17.1根 取四管程，管長為4.5m。.換熱管管數(shù)=164=64根，取68根。估算殼體直徑：去=0.6，殼體直徑D=1.05t=1.0532=358mm，圓整后取D=400mm。型號為BES40

19、0-1.2-24-4.5/25-4。 折流板：采用弓形折流板，取圓缺高度為殼體內(nèi)徑的％，則切取的圓缺高度h=0.25400=100mm。折流板間距B=150mm，折流板數(shù)=-1=29塊。折流板圓缺面水平裝配。=23.6 計算接管尺寸： 取=0.4，對于殼程而言，管內(nèi)徑===142mm，對于殼程，===82.9mm，根據(jù)《過程裝備成套技術(shù)》取=83mm，=150mm。 4. 熱力核算和壓降校核 4.1熱力核算 傳熱系數(shù)的計算，以外表面為基準(zhǔn)的傳熱

20、系數(shù)計算公式，= 其中：管程傳熱膜系數(shù)=0.023，管程流通截面積=0.0053， 管程實際流速===0.92 管內(nèi)雷諾數(shù)===49800 管內(nèi)普朗特系數(shù)===2.21 管內(nèi)給熱系數(shù)=0.023=5629.4 管子為正三角形排列，殼程的當(dāng)量直徑為：=0.02m，管間截面積==0.0175，管外流速==0.364，管外雷諾數(shù)===1.34，管外普朗特數(shù)==4.846，=0.023==2573.77，傳熱面積核算： 污垢熱阻，管壁熱阻：=0.09，換熱管材料為碳鋼，其熱導(dǎo)率為=45，實際傳熱系數(shù)K==1250。 傳熱面積的校核：A===20.12， =1.173，即有1

21、7.3％的裕量，合格。 4.2換熱器內(nèi)壓降核算 管程流動阻力 其中為結(jié)垢校正系數(shù)，為串聯(lián)的殼程數(shù)，=1，位管程數(shù)，=4， =，，=3. =，R=1.333，S=0.375. =0.9，，分別為直管和彎管中因摩擦阻力而引起的壓強(qiáng)降。取管壁粗糙度為=0.2mm，傳熱管的相對粗糙度為=0.01，已知=49800，由《換熱器設(shè)計》關(guān)系圖可查得：=0.04. ==3542.21，=1180.7， =17002.6，根據(jù)《換熱器設(shè)計》在10000-100000之間，管程流動阻力在允許范圍之內(nèi)。 殼程流動阻力： ，采用正三角形排管方式，此時=0.5，=1， ，=。 為流體橫過管束的壓

22、降，單位為，為流體橫過折流板缺口的壓降，單位為，為管子的排列方法對壓降的校正系數(shù)，正三角形排列，取=0.5，為殼程流體的摩擦系數(shù)，當(dāng)＞500時，==0.57，為橫過管束中心線的管子數(shù)，=6,為折流板數(shù)，=29 =3377.3，=5251.5，=4314小于30000。殼程的流動阻力也在允許范圍之內(nèi)。 5.結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1管箱及殼體 筒體使用焊接板制作 偏安全設(shè)計：選擇設(shè)計溫度為50℃，設(shè)計壓力為1.6Mpa。選16為殼體和管箱材料 5.2厚度計算及校核

23、16的厚度負(fù)偏差為=2mm，腐蝕裕量為=1mm。雙面焊對接接頭，100％無損探傷，焊接系數(shù)=1.根據(jù)《壓力容器手冊》50℃時，許用應(yīng)力=170Mpa,（厚度為6-16mm）。 殼體計算厚度為===1.9mm 設(shè)計厚度為=+=3.9mm 名義厚度=10mm 有效厚度=--=8mm 根據(jù)《壓力容器設(shè)計手冊》常溫下材料的許用應(yīng)力為170Mpa，進(jìn)行水壓試驗，=1.25=2Mpa， 薄膜應(yīng)力==51Mpa 0.9==310.5Mpa,51＜310.5所以水壓合格。 5.3管箱厚度計算 管箱由兩部分組成：短節(jié)與封頭。 前端管箱厚度計算，采用橢圓型封頭。選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭，封頭的形狀系

24、數(shù)K=1，取鋼板厚度負(fù)偏差及腐蝕裕量分別為=2mm ，=1mm。 封頭的計算厚度===1.89mm 設(shè)計厚度=+=1.89+2=3.89mm 名義厚度=10mm 有效厚度=--=8mm 根據(jù)JB/T4735-95選擇封頭型號DN40010-16 公稱直徑為400mm，曲邊高度為100mm，直邊高度為40mm厚度為10mm，內(nèi)表面積為0.2237，容積為0.0134，質(zhì)量為18.03kg。=170Mpa，進(jìn)行水壓試驗。 =2Mpa， 薄膜應(yīng)力==51Mpa 0.9==310.5Mpa,51＜310.5所以水壓合格。 5.4后端管箱厚度計算 外頭蓋直徑取500mm，選用標(biāo)準(zhǔn)

25、橢圓型封頭，K=1，鋼板厚度負(fù)偏差=1mm， 腐蝕裕量=2mm，計算厚度：===2.36mm， 設(shè)計厚度=+=4.36mm名義厚度=10mm，有效厚度=--=8mm選外蓋頭型號如下：外蓋頭內(nèi)表面積為0.3338，容積為0.0242，總質(zhì)量為26.62kg。短節(jié)部分與外蓋頭厚度相同取6mm。 5.5膨脹節(jié)選取 膨脹節(jié)選用波形膨脹節(jié)，它具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單、補(bǔ)償性能好、價格便宜等優(yōu)點而得到廣泛使用，其補(bǔ)償能力與使用壓力和材料有關(guān)，根據(jù)本設(shè)計具體要求，采用波形膨脹節(jié)，按GB16749《壓力容器波形膨脹節(jié)》選取，數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑DN=400mm,波根外徑D=DN+2S=406mm,波高h(yuǎn)=6

26、5mm，圓弧半徑R=30mm，厚度S=3mm，質(zhì)量M=8.8Kg，膨脹節(jié)長度L=4R+5S==135mm 5.6墊片選取 墊片選取要綜合考慮操作介質(zhì)的性質(zhì)、操作壓力、操作溫度以及需要密封的程度；對墊片本身要考慮墊片性能，壓緊面的形式，螺栓的大小以及拆裝后復(fù)用的次數(shù)。中溫，中壓可采用金屬與非金屬組合式或非金屬墊片。墊片形式，選用金屬包墊片，不銹鋼包復(fù)材料，它適用溫度范圍-70℃～400℃[2].墊片尺寸根據(jù)JB/T4706-2000選取，尺寸如下：D=454mm,d=422mm,墊片厚度δ＝3mm，金屬包墊片的結(jié)構(gòu) 5.7開孔補(bǔ)強(qiáng)的校核 5.7.1管箱開孔補(bǔ)強(qiáng) 管程進(jìn)出口接管由工藝設(shè)計

27、所得的接管尺寸φ82×3，考慮實際情況選10號熱軋?zhí)妓劁摴堞?9×3，鋼管許用應(yīng)力108Mpa，腐蝕裕量=2mm，接管厚度負(fù)偏差=0mm，接管焊接接頭系數(shù)=1，強(qiáng)度削弱系數(shù)=1由于不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管外徑為89㎜，本接管外徑為89㎜，故不需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 5.7.2殼體開孔補(bǔ)強(qiáng) 殼程進(jìn)出口接管由工藝設(shè)計所得的接管尺寸φ150×4.5，考慮實際情況選10號熱軋?zhí)妓劁摴堞?59×4.5，鋼管許用應(yīng)力，腐蝕裕量=2mm，接管厚度負(fù)偏差=0mm，接管焊接接頭系數(shù)=1，強(qiáng)度削弱系數(shù)=1由于不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大接管直徑為φ89mm，所以需要進(jìn)行開孔補(bǔ)強(qiáng)，開孔直徑=159+4=163小于200，故采用等面積開孔

28、補(bǔ)強(qiáng)法計算。 接管計算壁厚==1.19mm 接管有效壁厚==10-2=8mm 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度B=2d=2154=308mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 ==39.24mm，內(nèi)側(cè)有效高度為0mm 所需補(bǔ)強(qiáng)面積=1542.36=363.44 殼體多余的金屬面積：殼體的有效厚度=8mm，多余的金屬面積： ==868.56，所以該接管補(bǔ)強(qiáng)的強(qiáng)度足夠，不需另行補(bǔ)強(qiáng)。 5.7.3外頭蓋開孔補(bǔ)強(qiáng) 外頭蓋上的排污孔和排氣口接管材料選擇20號鋼選用規(guī)格為，通過采用壁厚接管補(bǔ)強(qiáng)。開孔直徑=20mm強(qiáng)度削弱系數(shù)=1 接管的有效厚度=10-2=8mm，開孔所需補(bǔ)強(qiáng)面積：=201.19=23.8 有效

29、寬度=216+20+28=60mm，外側(cè)有效高度==12.6mm，內(nèi)側(cè)有效高度=0mm，外頭蓋的有效厚度=14mm。 外頭蓋多余面積==614.88，所以不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。 5.8換熱管 選擇換熱管的規(guī)格為，材料為16，排列方式為正三角形排列。換熱管的中心距t=32mm，根據(jù)GB151-1999可知低碳鋼的分程隔板槽的寬度為12mm，L=3m，因此分程隔板兩側(cè)相鄰管的中心距=32+12=44mm。 布管限定圓直徑，b，的值按GB151-1999的表-14選取。可得b=2，=3，=+1.5=15+1.5=16.5mm，=10mm 所以布管限定圓直徑為=400-21.5=378.5mm

30、。 5.9分程隔板形式選定 根據(jù)GB151-1999分程隔板槽深大于或等于4mm，槽寬為12mm，分程隔板最小厚度為8mm，選擇10mm。槽的拐角處的倒角為45℃，倒角寬度為8㎜。 5.10傳熱管與管板連接 在U型管式換熱器中，管子與管板的連接的好壞是非常重要的一部分，他決定著換熱器的很多其他部分的穩(wěn)定，但是他的工作比較復(fù)雜，需要保證很多因數(shù)的穩(wěn)定，我們需要保證他的強(qiáng)度的穩(wěn)定和工作環(huán)境的相對穩(wěn)定。 5.11管板與管箱連接 管板與管箱連接多數(shù)是靠法蘭連接，他的鏈接可能會隨著溫度的變化及其他情況的變化而變化，我們應(yīng)該根據(jù)情況而定，U型管式換熱器的管板與管箱法蘭的連接形

31、式比較簡單，他是列管式換熱器的一種他的管板與管箱鏈接相對于浮頭式換熱器和固定管板式換熱器要簡單許多。 5.12法蘭和墊片選型 管箱法蘭選取 選取甲型平焊法蘭，平面型密封面形式。設(shè)計壓力1.6MPa,公稱直徑DN＝400mm，選取，數(shù)據(jù)如下： DN=400mm,D=540mm,D1=500mm,D2=465mm,D3=455mm,D4=452mm,H=95mm，h=25mm，mm，M20,數(shù)量n＝20，對接同體最小厚度為6mm。 根據(jù)JB897-88，選取螺柱形式為B型，螺紋長度為50mm，總長度選250mm。 根據(jù)JB4706-2000選取墊片，墊片材料為0，型號為G53-400-

32、1.6. 參數(shù)如下：公稱壓力1.6Mpa，公稱直徑400mm，外徑452mm，內(nèi)徑422mm，墊片厚度取3mm，反包厚度取4mm。 外頭蓋法蘭，墊片與浮頭墊片，查JB4700-2000可得： DN=500mm,D=640mm,D1=600mm,D2=565mm,D3=555mm,D4=552mm,H=100mm，h=25mm，mm，M20,數(shù)量n＝24，對接同體最小厚度為8mm。 螺栓與管箱法蘭螺栓相同，墊片選取為G53-500-1.6，材料為0，參數(shù)為：公稱壓力1.6Mpa，公稱直徑500mm，外徑554mm，內(nèi)徑522mm，墊片厚度取3mm，反包厚度取4mm。 5.13管板強(qiáng)度計

33、算 查《換熱器設(shè)計手冊》，選擇管板的尺寸。公稱壓力p=1.6Mpa，=400mm，D=540mm，mm，mm，，mm，mm，mm，mm，mm，螺栓為M20,數(shù)量為20個。 查取GB151-1999的附錄得，換熱器的回轉(zhuǎn)半徑為i=6.052mm。換熱管受壓失穩(wěn)的當(dāng)量長度為=1800mm，查GB150-1998的表4-3可知，在200℃的設(shè)計溫度下?lián)Q熱管的許用應(yīng)力為145Mpa，彈性模量為=180000Mpa，設(shè)計溫度下的屈服應(yīng)力為=225Mpa，管板，法蘭材料為16，查表4-5，常溫下許用應(yīng)力=170Mpa，200℃下許用應(yīng)力為=170Mpa，查表可得，200℃下金屬的彈性模量為E=1800

34、00Mpa。 結(jié)構(gòu)參數(shù)及系數(shù)的確定，墊片壓緊力作用下中心圓直徑： ==15mm大于6.4mm，所以=9.8mm大于6.4mm。所以=452-29.8=432.4mm 殼程圓筒內(nèi)直徑橫截面積：=1.256，沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)為7，隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距為=44mm。 ==3648.5,為管板布管區(qū)的面積。==63949.8。根據(jù)GB151-1999，求得管板布管區(qū)的當(dāng)量直徑=285.42mm，管板布管區(qū)當(dāng)量直徑與殼程圓筒直徑之比=0.71，=1.6Mpa，==1.41，管板開孔后的面積： 1.256-68=92237.5，其中d為換熱管外徑，一根換熱管管壁金屬的橫截面積：=207.

35、24，總的橫截面積為=68207.24=14092.32。 系數(shù)：==0.15， 管束模數(shù)=4.13， 管子有效長度L===3837， 管版削弱系數(shù)=0.2，剛度削弱系數(shù)為0.8。， =2.87， 查系數(shù)C：計算=0.03， ==8.2，查得C=0.6 計算換熱管的穩(wěn)定許用應(yīng)力 系數(shù)：=140.6 換熱管的回轉(zhuǎn)半徑為30mm，為換熱管受壓失穩(wěn)的當(dāng)量長度 ===2275mm，所以=340.5根據(jù)國標(biāo)，小于， 8.19Mpa，=170Mpa。 管板設(shè)計厚度和名義厚度 管板的計算厚度=0.6=29.66mm 對于管側(cè)的結(jié)構(gòu)開槽為4mm，C2=2mm。

36、對于殼側(cè)的結(jié)構(gòu)尺寸為0，C2=2mm。 取管側(cè)的較大值和殼側(cè)的較大值得：=29.66+4+2=35.66mm 可選取50mm后的管板。換熱器的軸向應(yīng)力按照三種工況進(jìn)行校核。 ①只有管程設(shè)計壓力，無殼程設(shè)計壓力，無膨脹變形 =1.6Mpa，=0Mpa，=1.6Mpa，=0.15 =0-1.84=-1.84 =0.016 ==4.2，由此可查GB151-1999得=2.52 ==90.635Mpa，所以=170Mpa。校核通過 ②只有殼程壓力，沒有管程壓力 =0Mpa，=1.6Mpa，=0.15，==1.6Mpa。 =1.6Mpa =0.016Mpa ==4.2，由此

37、可查GB151-1999得=2.52 ==90.635 Mpa，所以=170Mpa。校核通過。 ③管程和殼程都有壓力 =1.6Mpa，=1.6Mpa，=0.15，=0Mpa。 =1.6-1.6=-0.24 =0.016Mpa， ==4.2，由此可查GB151-1999得=2.52 =135.44Mpa，=170Mpa，校核通過。 換熱管與管板連接的拉脫力的校核：按照國標(biāo)l=2.5mm，換熱管和管板連接之間的拉脫力為==39.64，＜=0.5170=85。 所以校正合格。 5.14管板與殼體的連接 對于U型管式換熱器，采用可拆式連接方式，用墊片將管板加在殼體法蘭和管箱法蘭

38、之間。 5.15接管 5.15.1筒體，接管，管箱殼體之間的連接 三者之間的連接采用插入式焊接結(jié)構(gòu)，接管不突出與殼體的表面。 5.15.2排氣和排液管 對于不能借助其他接管排液和排氣的換熱器，要設(shè)置排液管和排氣管。兩者的端口都必須與殼體或者箱體的內(nèi)表面平齊。其尺寸一般不小于15mm。 5.15.3接管的外伸長度 冷熱水進(jìn)出口管和排液排氣管外伸長度都為200mm。 5.16折流板的設(shè)計 選擇單弓形折流板，材料為16，折流板缺口高度為100mm，間距為150mm，有29塊。查國標(biāo)GB151-1999可知折流板的最小厚度為8mm，所以選擇折流板的厚度是9mm。查GB151-1999

39、可以知道折流板的名義外徑為DN-4.5=400-4.5=395.5mm。查GB151-1999可知管孔直徑為25+0.6=25.6mm。 折流板的重量 ==0.253，為切去的弓形板高度，為折流板的外圓直徑。 折流板的面積，=0.4943，為29.64° 弓形直邊的長度為343.75mm，折流板切去的面積為： ==24374.764 折流板面積為=-24374.764=98415.132 折流板的體積為v==98415.1329=885736.2 材質(zhì)密度為7850，所以質(zhì)量為m=7850885736.2=6.95kg。 5.17拉桿和定距桿 拉桿直徑為12mm，拉桿螺

40、紋直徑為12mm，為20mm，為大于等于60， b為2mm，拉桿數(shù)量為8.材料為10號鋼。 定距管的規(guī)格和換熱器相同。 5.18防沖板 本設(shè)計=9970.090.09=8.08小于740，所以不需要防沖板。 5.19保溫層 選擇保溫材料為脲甲醛泡沫塑料，它的性能參數(shù)如下：密度為13-20， 導(dǎo)熱系數(shù)為0.0119-0.026，吸水率為12%，抗壓強(qiáng)度為0.25-0.5，使用溫度在-90-500℃之間。 5.20U型蓋計算 0.000000.0000000000000000000000000000000000000000000.000......................

41、........................................................................................0000000000000000000000.0.0.0... 本換熱器采用B型鉤圈式浮頭，浮頭蓋采用球冠形封頭。 圖1 為換熱器圓筒的內(nèi)直徑為400mm 為U型管法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑為=400-218=364mm 為U型管法蘭和鉤圈的外直徑，=+80=480mm 為外蓋頭內(nèi)直徑 =+100=500mm 為U型管板外直徑，=-2=400-6=394mm。 為螺栓中心圓直徑，==437mm 為墊片壓緊

42、力作用下中心圓直徑為432.4mm 為作用在法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的軸向力為=0.785=0.785 =153860N 為徑向分力為==153860 為計算壓力為=1.6Mpa 為封頭球面內(nèi)半徑為300mm，根據(jù)GB151-1999的表46. 為螺栓中心至法蘭環(huán)內(nèi)側(cè)的徑向距離。 為對法蘭環(huán)截面型心的力臂。 為封頭邊緣處球殼中面切線與法蘭環(huán)的夾角。。 為球冠形封頭的計算厚度。 為球冠形封頭的名義厚度。 為U型管法蘭的計算厚度。 為封頭材料在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力。 為焊接接頭系數(shù)。 管程壓力作用下的浮頭蓋的計算 球冠形封頭計算厚度按==2.353mm，取=8mm。 浮頭法蘭計算

43、厚度 ==2.09mm 操作狀態(tài)： ==804.888 預(yù)緊狀態(tài)： ==357.65 法蘭厚度， 操作狀態(tài)：==30.54mm 操作狀態(tài)：==18.92mm 法蘭厚度去兩者中的較大值為30.54mm，且大于球冠形封頭名稱厚度的兩倍。所以=40mm。 5.21支座選取 備凈重估算結(jié)果，考慮工作后的介質(zhì)及其他載荷，選取BⅠ重型焊制鞍式支座GB/T4712.1--2007 支座數(shù)據(jù) 公稱直徑DN=400mm，允許載荷Q=145KN，鞍座高度h=180，底板=450，b1=140，=10，腹板=10，筋板=250，b4=110，=10，墊板 弧長為580，b4=200，=

44、6，e=56，螺栓間距=320，鞍座質(zhì)量20kg。 5.22鉤圈 根據(jù)國標(biāo)GB151-1999，選用B型鉤圈，其設(shè)計厚度為=50+16=66mm 為鉤圈的設(shè)計厚度，為浮動管板的厚度。 6.小結(jié) 這段時間一直在進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計終于靠一段落了。從總體上來看，我這次的設(shè)計還算是比較簡單的。首先是工作介質(zhì)為冷熱水，比較常見，而且其工作溫度不高，溫差不大，其次設(shè)計壓力也比較低，所需壓強(qiáng)僅為1.2Mpa。所以總體上來說，設(shè)計過程還

45、是比較順利的，通過自己的努力，就能夠完成課程設(shè)計的任務(wù)。 當(dāng)然，萬事開頭難，我在剛開始設(shè)計時也碰到了許多困難，比如不知道設(shè)計步驟，找不到查閱資料，不知道設(shè)計結(jié)構(gòu)等。不過在老師的幫助下，這些問題也是一一被解決。在設(shè)計過程中老師給了我很大的幫助，幫我解決了許多麻煩，并為我講解了設(shè)計思路和設(shè)計步驟，在我設(shè)計出現(xiàn)問題時，及時的幫我指出了問題所在，因此我才能順利的完成設(shè)計。 在畢業(yè)設(shè)計過程中，我不僅復(fù)習(xí)了大學(xué)四年所學(xué)的知識，同時也了解了換熱器設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握了設(shè)計換熱器的基本技能。這對我來說是一種鍛煉，能讓我了解自身的不足。 畢業(yè)設(shè)計主要包括外文翻譯，開題報考，設(shè)計計算部分，論文編寫和繪制圖紙

46、這幾大部分 本次課程設(shè)計內(nèi)容雖然不是很復(fù)雜，但是通過本次課設(shè)，我還是學(xué)到了很多知識。非常感謝邢紅麗老師在畢業(yè)設(shè)計中的指導(dǎo)與批評。 致謝詞：我很感謝這段時間邢老師的細(xì)心指導(dǎo)，本來開始，我是什么都不會做的。包括什么外文翻譯，開題報告，等一些內(nèi)容我都不是很清楚，而且做的很差。后來，邢老師把我叫到辦公室?guī)臀遗拈_題報告和外文翻譯，我才勉強(qiáng)結(jié)束了開題報告和外文翻譯的任務(wù)，接下來開始著手論文，論文需要查找的資料很多，很多可能已經(jīng)超出我們以前學(xué)習(xí)的范圍，我又開始一步一步的查找資料，不懂得還是在邢老師的指導(dǎo)下完場，功夫不負(fù)有心人，最后在我的邢老師的細(xì)

47、心指導(dǎo)下，我順利完成了論文的撰寫。 7.參考資料 【1】大型臥式容器及其平臺的設(shè)計計算 期刊論文]? 《廣州化工》 -2013年13期李娟HYPERLINK " \t " " \t " 【2】淺談臥式容器基礎(chǔ)設(shè)計 [期刊論文]? 《建設(shè)科技》 -2013年5期盧福強(qiáng) 【3】 大直徑薄壁臥式壓力容器的設(shè)計 [期刊論文]? 《石油化工設(shè)備技術(shù)》 ISTIC -2013年4期郭為民 【4】埋地臥式容器的受力分析與設(shè)計[期刊論文]? 《石油和化工設(shè)備》 -2010年1期管霄雷 【5】受集中載荷的

48、臥式容器強(qiáng)度計算[期刊論文]? 《遼寧化工》 -2003年8期趙東顯，鄭國玉 【6】臥式儲罐漏磁內(nèi)檢測技術(shù)影響因素與實驗分析[期刊論文]? 《科學(xué)技術(shù)與工程》 ISTIC -2014年14期劉鵬，任毅 【7】內(nèi)壓臥式儲罐最佳長徑比研究 [期刊論文]? 《河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報》 ISTIC PKU -2002年1期王洪海，谷芳，閆勝昝，王俊寶 【8】帶附屬設(shè)備臥式儲罐連接部位的有限元分析 [期刊論文]? 《科技視界》 -2013年25期張光浩，霍平，陳麗文 【9】液化石油氣臥式儲罐的規(guī)則設(shè)計 [期刊論文]? 《中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量》 -2013年6期朱云 【10】大型低溫臥式LNG儲罐

49、的設(shè)計、制造 [期刊論文]? 《廣東化工》 -2014年13期馮俊爽，鄒惠忠，馬政足，陳健，陳峰 【11】液化石油氣臥式儲罐的設(shè)計探討[期刊論文]? 《科技資訊》 -2014年7期古麗巴哈爾·吐爾松，張斌 【12】常用承壓液氨存儲設(shè)備設(shè)計要點 [期刊論文]? 《石油和化工設(shè)備》 -2014年6期張彥斌 【13】淺談液化烴罐區(qū)臥式儲罐的設(shè)計 [期刊論文]? 《化工管理》 -2015年17期馬宗萌 【14】埋地臥式儲罐抗浮穩(wěn)定性驗算的一種新方法 [期刊論文]? 《中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量》 -2014年22期王穎 【15】LNG臥式儲罐開裂原因分析 [期刊論文]? 《金屬加工（熱加工）》

50、 -2014年4期石生芳，吳興華，湯曉英，顧福明 【16】臥式儲罐的抗震分析 [會議論文]? 李永錄 ，1998 - 中國金屬學(xué)會冶金建筑學(xué)會第三屆青年學(xué)術(shù)年會 【17】《液化石油氣臥式儲罐設(shè)計的幾個問題》[會議論文]? ，2001 - 2000年中國焦化年會 【18】地上臥式輕烴儲罐的設(shè)計 [期刊論文]? 《油氣田地面工程》 ISTIC PKU -2003年10期張桂麗 【19】LNG儲罐內(nèi)翻滾現(xiàn)象臨界判據(jù)的數(shù)值模擬[期刊論文]? 《低溫工程》 ISTIC PKU -2012年6期姚云，張湘鳳，曲順利HYPERLINK " \t " 【20】大型LNG儲罐預(yù)應(yīng)力混凝土外墻應(yīng)力分

51、析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[期刊論文]? 《油氣儲運》 ISTIC PKU -2011年11期程旭東，朱興吉，胡晶晶 【21】"Bulkloader" telescopic troughed belt conveyor [外文期刊]? Newland Engineering U.K. 《Bulk Solids Handling: The International journal of Storing, Handling and Transporting Bulk》, EI 1998 1 【22】Three-dimensional analysis of thermal shock effect on

52、 inner semi-elliptical surface cracks in a cylindrical pressure vessel[外文期刊]? M.PerY.Greenberg 《International Journal of Fracture》, EI SCI 1999 3 【23】Hydrogen Assisted Microcracking in Pressure Vessel Steels [外文期刊]? Bohumir Strnadel 《International Journal of Fracture》, EI SCI 1998 3 【24】Ultra Light Steel Auto Closures Project(ULSAC)[外文期刊]? 《Metallurgia》, EI 1999 6 【25】Performance of multiple mini-tube heat exchangers as an internal heat exchanger of a vapor-injection cycle heat pumpJin Yong Jang.Ji Hwan Jeong[外文期刊]Heat Mass Transfer (2016)