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1、-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1电子版U型管换热器说明书第二部分、设计说明书1、传热工艺计算1. 原始数据壳程水蒸气的进口温度 = 壳程水蒸气的出口温度 =95 壳程水蒸气的工作压力 =管程冷却水的进口温度 =38oC管程冷却水的出口温度 =97oC管程冷却水的工作压力 = MPa 管程冷却水的流量 =120t/h2. 定性温度及物性参数管程冷水定性温度(38+97)/2=64 管程冷水密度查物性表得=981 Kg/管程冷水比热查物性表得=Kg oC管程冷水导热系数查物性表得=m管程冷水黏度=Pas管程冷水普朗特数查物性表得Pr2=壳程水蒸气定性温度 （+9
2、5）=150壳程水蒸气密度查物性表得 =壳程水蒸汽比热查物性表得 =壳程水蒸气导热系数查物性表得=m壳程水蒸气黏度 =s 壳程水蒸气的普朗特数查物性表Pr1=3. 传热量与冷水流量取定换热效率为= 查表得 r=则设计传热量:120000 (97-38) 1000/36008060108（W）则加热水流量：=s4. 有效平均温差=参数p：参数R：换热器按单壳程两管程设计 则查书图 2-6 a得： 温差校正系数： = 有效平均温差：60 5. 管程换热系数计算参考表27初选传热系数：则初选传热面积为：选用 不锈钢的无缝钢管作换热管。则管子外径d0= 管子内径di= 管子长度=5m则所需换热管根数：
3、570 根可取换热管根数为580根则管程流通面积为:管程流速为：=管程雷诺数为:32671管程传热系数为：4834结构的初步设计：查GB151-1999知管间距按取：管间距为：s= 分程隔板槽两侧相邻管中心距Sn=管束中心排管数为:26根取 26根则壳体内径为：故内径Di=则长径比为:合理 。选择单弓形折流板。则弓形折流板的弓高为：折流板间距为:折流板数量为：9块6. 壳程换热系数计算壳程流通面积为： 壳程流速为：s壳程质量流速为：s壳程当量直径为：壳程雷诺数为：43433切去弓形面积所占比例按:查图438b 得为，壳程换热因子查图212得120 管外壁温度假定值为：120 壁温下水的黏度为：
4、 黏度修正系数：壳程传热系数：71807.传热系数计算查GB151-1999第138页可知：管程水侧污垢热阻为：壳程污垢热阻为: 管壁热阻r忽略,则总传热系数为：=1300则传热系数比为： 所以假设合理。8.管壁温度计算 管外壁热流密度计算为：59010W/外壁温度为：误差校核： 所以误差不大，合适。9.管程压降计算管内壁温度:92 壁温下水的黏度为： 黏度修正系数：查得管程摩擦系数为： 管程数2管内沿程压降为： Pa回弯压降为： Pa取进出口处质量流速为：1600kg/进出口管处压降为： Pa管程污垢校正系数为： 则管程压降为： Pa管程允许压降 即管程压降符合要求。10. 壳程压降计算壳程
5、当量直径：de=雷诺数Re1=16656查得壳程摩擦系数：（图3-2）管束压降：取进出口质量流速：进出口压降：取导流板阻力系数：导流板压降：壳程结垢修正系数：壳程压降：壳程允许压降： 符合要求。2、强度计算换热管材料、规格的选择及功能的确定序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1换热管外径d0mmGB151-1999252管长Lmm同上30003传热面积管壳式换热器原理与设计4换热管根数个5805拉杆个GB151-1999表43、4466材料GB150-1999钢制压力容器选20钢 管子的排列方式序号项目符号单位数据来源及计算公式数值正三角形排列GB151-19992换热管中心距SmmGB15
6、1-1999323隔板槽两侧相邻管最小中心距mmGB151-199944 确定壳体直径序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1换热管中心距SmmGB151-1999表12322换热管根数根5803分程隔板厚度mmGB151-1999104管束中心排管数根265筒体直径mm9006实取筒体直径mm900 筒体壁厚确定序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1工作压力PMPa给定2材料GB150-199916MnR3材料许用应力MPaGB150-1999表4-11704焊接接头系数5壳程设计压力MPa6筒体计算厚度mm7设计厚度mm8名义厚度mm+59实取名义厚度mmGB151-1999510负偏差
7、mm011腐蚀裕量mm212有效厚度mm1013设计厚度下圆筒的计算应力MPa12114校核MPa合格15设计温度下圆筒的最大允许工作压力MPa 液压试验序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1试验压力MPa2圆筒薄膜应力MPa3常温下材料强度指标MPa3454校核MPa合格 壳程标准椭圆形封头厚度的计算序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1设计压力MPa2工作压力PMPa给定3材料GB150-199916MnR4材料许用应力MPaGB150-1999表4-11705焊接接头系数6封头计算厚度mm7设计厚度mm8名义厚度mm+59实取名义厚度mmGB151-1999510负偏差mm011腐蚀
8、裕量mm212有效厚度mm313设计温度下封头的计算应力MPa12114校核MPa合格15设计温度下封头的最大允许工作压力MPa16公称直径mm筒体公称直径90017曲面高度mmJB/T4737-9530018直边高度mmJB/T4737-9540 管程标准椭圆形封头厚度的计算序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1设计压力MPa2工作压力PMPa给定3材料GB150-199916MnR4材料许用应力MPaGB150-1999表4-11705焊接接头系数6封头计算厚度mm7设计厚度mm8名义厚度mm+79实取名义厚度mmGB151-1999710负偏差mm011腐蚀裕量mm212有效厚度mm5
9、13设计温度下封头的计算应力MPa10914校核MPa合格15设计温度下封头的最大允许工作压力MPa16公称直径mm筒体公称直径90017曲面高度mmJB/T4737-9530018直边高度mmJB/T4737-9540 法兰的选择 设备法兰的选择按其条件DN=900mm 设计温度97 设计压力 由压力容器法兰长径对焊法兰表1，选择长径对焊法兰，连接面形式为突面，相关参数如下：单位（mm）DD1D3D4HhRd螺柱规格螺柱数量106010159661275521626115351227M2428由JB/T4704-2000选择非金属软垫片，其相应尺寸如下：垫片外直径D=965; 垫片内直径 d
10、=915; 垫片厚度 。 接管法兰的选择（1）接管a 、b的公称直径相同设为，设进口流速为3m/s,则=120 mm取125mm，公称压力 由选择带径对焊法兰，法兰相关参数如下：DNA1DKLnThCNSH1RH125140250210188M1128158412655（2）接管c 、d的公称直径相同设为，设进口流速为s,则=26mm取32，公称压力 由选择带径对焊法兰，法兰相关参数如下：DNA1DKLnThCNSH1RH3242140100184M1618566842 管板的设计序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1未被换热管支撑面积135522官板布管区面积366083管板布管区当量直径
11、mm2164布管区当量直径与直径之比5半径Rmm4706垫片基本密封宽度mm257垫片接触宽度NmmJB/T4704-2000 图1508垫片有效密封宽度bmm9垫片接触外径DmmJB/T4700-4707-200096510垫片压紧力作用中心圆直径mm94011系数GB151-1999管壳式换热器12管板削弱系数GB151-1999管壳式换热器13管板材料GB150-1999钢制压力容器16MnR14设计温度下管板材料的许用应力MPaGB150-1999钢制压力容器表4-112515壳程设计压力PSMPa已知16管程设计压力PtMPa已知17管板设计压力PdMPa18管板厚度mm19壳程腐蚀
12、裕量mm220管程腐蚀裕量mm221实取名义厚度mmGB151-1999管壳式换热器6422换热管轴向应力MPa1.2.3.23换热管最大轴向应力MPa已知24单根换热管金属的横截面积a25换热管与管板焊脚高度lmmGB151-1999管壳式换热器26换热管与管板连接的拉脱力qMPa27许用拉脱力qMPa28校核合格 管箱短节壁厚的确定序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1工作压力PMPa给定2材料GB150-199916MnR3材料许用应力MPaGB150-1999表4-11704焊接接头系数5管程设计压力MPa6管箱筒体计算厚度mm7设计厚度mm8名义厚度mm+109实取名义厚度mmGB
13、151-19991010负偏差mm011腐蚀裕量mm212有效厚度mm513设计厚度下圆筒的计算应力MPa10914校核MPa合格15设计温度下圆筒的最大允许工作压力MPa拉杆和定距管的确定序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1拉杆直径mmGB151-1999表43162拉杆数量n根GB151-1999表4463定距管规格GB151-19994拉杆在管板端螺纹长度mmGB151-1999表45205拉杆在折流板端螺纹长度mmGB151-1999表45606拉杆上的倒角高度bmmGB151-1999表452 折流板的选择 选型 根据GB151-1999图37选择单弓形水平放置的折流板。 折流板
14、尺寸 缺口弦高h值，一般取的圆筒内径，取h=。 换热管无支撑跨距或折流板间距 由GB151-1999表42知，换热管为25钢管时，换热管的最大无支撑跨距为L=1850mm，且折流板最小间距一般不小于内径的五分之一且不小于5mm，有传热计算得到B=400mm。 折流板厚度 由GB151-1999表34知，DN=900,L=300取折流板最小厚度6mm. 折流板直径 由GB151-1999表41查得折流板名义外直径为DN=900mm,管孔直径为 防冲板的选择1. 由GB151-1999查得防冲板外表面到圆筒内壁的距离应不小于接管外径的四分之一，取10mm。2. 防冲板的直径或边长应大于接管外径50
15、mm,取为80mm.3. 防冲板的最小厚度取材料为不锈钢，3mm,实取3mm(具体尺寸见零件图所示) 接管及开孔补强 由GB150-1998表8-1知当满足下列所有条件是不另行补强1. 设计压力小于或等于;2. 两相邻开孔中心距应不小于两孔直径之和的两倍；3. 接管公称直径小于或等于89mm;4. 接管最小壁厚满足表8-1要求 管箱接管开孔补强的计算 由于接管125mm的公称直径大于89mm,所以要补强，但由于设计的筒体或封头厚度远大于理论厚度，所以要进行计算看是否需要补强1. 有效补强范围a) 有效宽度B=250b) 有效高度：外侧高度h1=25c) 有效高度；内侧高度h2=02. 补强面积
16、有效补强范围内可作为补强的截面积按GB150-1998（8-10）计算补强面积mm2壳体有效厚度减去计算厚度之外的多余面积218 接管有效厚度减去计算厚度之外的多余面积 =170 焊缝金属表面积 而最小补强面积 484 484 A , 则不需要补强圈。 分程隔板厚度选取 根据GB151-1999，分程隔板厚度选为8mm。支座的选择及应力校核支座的选择根据钢制管法兰 垫片 紧固件 JB/T4712-92鞍式支座的选择重型BI型焊制鞍式支座（表7） 当DN=900mm取鞍式支座的相关尺寸如下：序号项目符号单位数值1公称直径DNmm9002允许载荷QKN2253鞍座高度hmm2004底板mm810m
17、m150mm105腹板mm106筋板mm400mm140mm120mm107垫板弧长mm1060mm200mm6emm368螺栓间距mm5909带垫板鞍座质量MKg4010包角12011型号BI重型F,S各一、鞍座的应力校核（1） 原始数据表序号项目符号单位数值1设计压力MPa2设计温度toC1603物料密度4筒体内径mm9005筒体长度Lm47526公称厚度mm57厚度附加量Cmm28鞍座型号BI9鞍座中心线离封头切线的距离Hmm155710鞍座腹宽Bmm17011腹板厚度mm1012鞍座包角12013容器与封头的材料16MnR14容器与封头的许用应力MPa17015鞍座材料16MnR16鞍
18、座材料许用应力MPa17017容器自重mkg1152618物料重量Kg736819总重量Mkg18894（2） 校核计算序号项目符号单位数据来源及计算公式数值1支座反力FN2系数C13系数C24系数C35筒体在支座跨中截面处的弯矩M1Nmm6筒的支座截面的弯矩M2Nmm7跨中截面处的轴向应力（最高点）MPa8跨中截面处的轴向应力（最低点）MPa9系数A10系数BMPaGB150-1998图6-314811轴向许用压缩应力MPB=148 MP14812比较 =128 MP验算合格筒体和封头中的切向剪应力13系数过程装备设计表5-214切向剪应力=15椭圆形封头的形状系数K标准椭圆形封头K=16封头内压引起应力12617比较 ,验算合格筒体的周向应力18鞍座截面筒体最低处的周向应力19系数K过程装备设计表5-320筒体有效宽度mm21鞍座边角处筒体的周向应力MP22系数K过程装备设计表5-323比较 ,验算合格鞍座腹板应力24系数K 过程装备设计表5-525鞍座承受水平分力FsN= KF26鞍座计算高度mm取实际高度20027取和中较小者为即=10028鞍座有效断面平均应力MPa29比较验算合格
